Sedimentacion 2

Mostrar las generalidades, principios físicos y los equipos utilizados para la sedimentación, con sus respectivas ventajas, desventajas, industrias en las que se utilizan y costos actuales de los mismos.

1. OPERACIONES UNITARIAS“ EQUIPOS EN SEDIMENTACION”
Iván A. Salazar, Laura Portela, Lina M. López, Sebastián Cadena
OPERACIONES CON SÓLIDOS ING. QUÍMICA DOC. ING. IVÁN RAMÍREZ MARÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE AMÉRICA NOVIEMBRE 2013

OPERACIONES UNITARIAS
“SEDIMENTACION ”

Iván A. Salazar
1
, Laura Portela
1
, Lina M. Lopez
1
, Sebastián Cadena
1
1
Facultad de Ingeniería Química, Universidad de América de Colombia.
Tel: [phone] Fax: [phone]
Email: [email protected]


RESUMEN

Este trabajo contiene información sobre la operación unitaria de sedimentación, sus principios
físicos, sus clases, equipos utilizados, aplicaciones industriales y costos en la industria. Tiene
como objetivo sintetizar los contenidos encontrados en fuentes como libros y páginas de internet
para el mejor estudio de la operación, resaltando lo esencial y más importante para un mejor
entendimiento de los conceptos y demás ítems.

(ver www.ucatedraivan.wordpress.com)

Palabras Claves: Sedimentación, operación unitaria, principios físicos.

ABSTRACT

This paper contains information on research showing sedimentation unit operation, its
physical principles, their classes, equipment used, and industrial applications in industry costs. It
aims to synthesize the contents found in sources such as books and websites for the best study of
the operation, highlighting the essential and most important for a better understanding of the
concepts and other items

Key words: Sedimentation, unit operation, physical principles.


INTRODUCCIÓN

El proceso de sedimentación representa el
más importante proceso unitario para
separaciones mecánicas de sólido-líquido.
Es tal vez la operación unitaria más usada en
el tratamiento de aguas y aguas residuales.
En la mayoría de los casos, el objetivo
principal es la obtención de un efluente

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clarificado con la ayuda de equipos
sedimentadores que se adecuan y utilizan
según la industria y el fin para el que son
construidos e implementados.

SEDIMENTACIÓN

La sedimentación es una operación de
separación sólido- fluido en la que las
partículas sólidas de una suspensión, se
separan debido a la densidad del disolvente
y el soluto, la concentración y el tamaño de
las partículas en suspensión, la presencia o
no de coagulantes en la mezcla y el estado
de agitación del conjunto. El producto de
mayor interés suele ser generalmente el
fluido libre de partículas, pero en otros casos
es el propio producto sólido; aunque rara vez
se consigue la separación total de las dos
fases de forma absoluta y nítida.

Los sólidos en suspensión sedimentables
son aquellos que por acción de la gravedad
se separan del seno del líquido y son
arrastrados hacia el fondo del tanque
sedimentador, donde pueden ser separados
del líquido a la cual se desea darle
tratamiento para remoción de dichas
partículas. Los sólidos sedimentables son
aquellos que tienen una densidad mayor a la
del líquido donde se encuentran. Aún y
cuando teóricamente deben separarse todas
las partículas más densas que el líquido que
contiene dichos sólidos, la eficiencia del
proceso de remoción es generalmente baja
ya que en el proceso de separación están
involucrados otros factores como corrientes
de turbulencia y de desestabilización de la
cama de lodos, etc.

La separación del material en suspensión
del líquido que lo contiene involucra un
proceso netamente físico. En este proceso se
manifiestan una serie de fuerzas como son:

 La fuerza que provoca que el sólido
sedimente y que se debe a la acción
de la gravedad.
 La fuerza de oposición o el empuje
que se manifiesta por el
desplazamiento del líquido por la
partícula suspendida que se desplaza
verticalmente hacia abajo.
 La fuerza de fricción que se debe al
desplazamiento de la partícula por el
fluido.

Si la fuerza gravitatoria es mayor que las
fuerzas de oposición, la partícula se precipita
al fondo del recipiente (sedimenta), de lo
contrario, la partícula no se separa del
líquido y será arrastrada por el líquido
sobrenadante que sale en la parte superior
del sedimentador.

El factor principal que conduce a la
sedimentación es la densidad de la partícula.
A mayor densidad, mayor fuerza
gravitacional y más eficiente separación del
sólido. También influye en la separación la
densidad del líquido.

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SEDIMENTACIÓN POR
GRAVEDAD

ESPESADORES
La función principal de un espesador
continuo es concentrar los sólidos en
suspensión mediante asentamiento por
gravedad, para lograr un balance de materia
en régimen estacionario con extracción
continua de sólidos, especialmente en el
efluente inferior a la velocidad con que
entran a la alimentación.
Espesadores convencionales:
Se caracteriza porque su bandeja de
alimentación se encuentra en la parte
superior del equipo.

Esta suspensión diluida sedimenta a
velocidad constante formando un manto de
altura variable, para transformarse en
sedimento en la parte inferior del equipo

Figura 1. Fases del sedimentado.

El Espesador Convencional se utilizan
con frecuencia cuando el uso de floculante
es problemático o caro. La gran superficie y
las bajas tasas de enjuague permiten que las
partículas se depositen sin ayuda de
floculante.

Beneficios:
•Consumo de floculante reducido
•Maneja fácilmente las fluctuaciones del
proceso
•Reducción de gastos de operación
• Levante de rastras con baja fricción

Aunque las necesidades de espacio y
costos de capital (CAPEX) son a menudo
más altos – los costos a largo plazo en
funcionamiento (OPEX) pueden ser
considerablemente menores.

Desventajas:
Se ha demostrado que los espesadores
convencionales su tiempo de sedimentar es
de horas debido a que no tiene un agente
floculante

Espesador de alta densidad:
Estas unidades tienen paredes laterales más
altas y una inclinación más pronunciada para
maximizar densidades. Permiten la
eliminación de precipitados de desecho a
una concentración que evita la segregación
de partículas finas y gruesas o la formación
de una capa de líquido en la superficie del
depósito.
Beneficios:
• Descargas inferiores de alta densidad-
transportable con bombas convencionales
(centrífuga)
• Mecanismos de torque de alta eficiencia
• Sistemas de aspas de bajo perfil
• Levante de rastras con baja fricción

Desventaja:

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Las densidades más altas perjudican a la
unidad del mecanismo que requiere más
esfuerzo de Torque, así como el mecanismo
de rastra es arrastrado a través del material
de más alta viscosidad.

Operación:
Cuando se opera correctamente, los
espesadores requieren mínima atención y, si
las características de la alimentación no
cambian radicalmente, cabe esperar que se
mantengan las condiciones de diseño. Para
ello, se deben controlar las velocidades de
alimentación y el efluente inferior, así como
las concentraciones de sólidos. La velocidad
de dosificación de floculante y el nivel de la
interface, preferiblemente con sistemas
dependientes de instrumentación.

La puesta en marcha de un espesador es
la parte más difícil de la operación, ya que
en esta etapa es donde existe una mayor
probabilidad de daño mecánico que en
cualquier otro momento.


CLARIFICADORES
Los clarificadores continuos se emplean,
generalmente, con suspensiones diluidas,
normalmente corrientes de procesos
industriales y residuos domésticos
municipales, y su principal propósito es
producir un efluente superior relativamente
claro.
Los clarificadores emplean un
mecanismo de construcción más ligera y un
mecanismo de transmisión de impulso con
menor capacidad de torsión.
Clarificadores rectangulares:
El mecanismo de rasquetas empleado en
muchos diseños consiste en una draga de
arrastre tipo cadena, aunque para lo9s
procesos ligeros se usan sistemas de succión.
La draga de arrastre mueve la pulpa de
depositada hacia una tolva de lodos situada
en un extremo, por medio de raspadores que
hay al final de las larguísimas cadenas.
Durante su retorno a la posición de las
rasquetas, las palas deben pasar cerca del
nivel de agua y así actuar como desnatadores
para quitar la espuma o nata de la superficie.
Este tipo de clarificador se usa en
procesos tales como separaciones
preliminares de aceite y agua en refinerías y
en clarificación de corrientes residuales en
fábricas siderúrgicas. La calidad
(transparencia) del efluente superior
obtenida con estos clarificadores no es tan
buena como con los clarificadores
circulares, debido principalmente al
reducido perímetro de rebose por área
equivalente.
Clarificadores circulares:
El mecanismo es soportado por puente,
por columna central y de tracción periférica.
El primero de ellos está limitado a tanques
de diámetro menor a 20m por motivos
económicos.
Un clarificador circular está equipado con
un dispositivo desnatador de superficie, que
incluye un desnatador rotatorio, una placa

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desviadora de espuma y una caja recolectora
de espuma, los clarificadores esta provistos
generalmente de rodillos de plástico en las
cuchillas de raspado de los brazos de
arrastre, ya que es deseable que el fondo este
limpio para evitar la acumulación de sólidos
orgánicos.
Clarificadores de placa inclinada:
Se ha incrementado el uso de la placa
inclinada para la clarificación. Estos
separadores contienen múltiples placas
inclinadas de 45 a 60° con respecto a la
horizontal. Se utilizan varios métodos de
alimentación para que la entrada pase por
cada canal inclinado con aproximadamente
un tercio de la altura vertical desde el fondo.
Esto da por resultado que los sólidos tengan
que sedimentarse solo en una pequeña
distancia de cada canal antes de deslizar la
base hacia abajo para darles paso a la zona
de recolección, que se encuentra debajo de
las placas.
La ventaja principal del clarificador de
placas inclinadas es su capacidad
incrementada por unidad de área plana. Los
inconveniente más importantes son la
concentración variable de los sólidos de
efluente inferior, que es menor que en otros
clarificadores por gravedad, y la dificultad
de limpiarlo cuando se dan incrustaciones o
depósitos.
Clarificadores por contacto de sólidos:
Estos clarificadores permiten las
velocidades máximas de efluente superior,
con una dosis mínima de productos
químicos para producir un efluente de la
mejor calidad. La entrada, con su dosis de
productos químicos, se pone en contacto con
sólidos previamente sedimentados en un
tubo de succión de recirculación, dentro del
pozo de reacción, por medio de la acción de
bombeo de la turbina, que da por resultado
un mezclado total de estas corrientes.
Debido a la concentración más elevada de
sólidos que se recirculan, todas las
reacciones químicas son mas rápidas y casi
completas, lo que mejora la floculación.
Los clarificadores por contacto de sólidos
presentan ventajas en clarificadores de
sedimento o aguas turbias que requieren
coagulación y floculación para eliminar las
bacterias, los sólidos suspendidos o el color.
Las aplicaciones incluyen el ablandamiento
de agua mediante la adición de cal, la
clarificación de las corrientes de los
procesos industriales, el tratamiento terciario
para la eliminación de fosfatos, así como la
eliminación de sílice de las salmueras
geotérmicas o de las aguas de superficie que
se utilizan como de reposición en las torres
de enfriamiento.
Componentes y accesorios para las
unidades de sedimentación
Los componente básicos son los mismo
tanto si el sistema se utiliza para
espesamiento como para clarificación: el
tanque, la estructura de apoyo del motor, la

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unidad de impulso y el dispositivo de
elevación, la estructura de arrastre, el pozo
de alimentación, los dispositivos de
efluentes superior e inferior, la
instrumentación y las instalaciones para la
floculación.
Tanques: Los tanques o estanques se
construyen con materiales como el acero,
hormigón, madera, tierra compactada,
laminado de plástico y cemento con tierra.
La selección de los materiales de
construcción se basa en el coste, la
disponibilidad, la topografía, la capa
freática, las condiciones del terreno, el
clima, la temperatura de operación y la
resistencia a la corrosión. Generalmente, los
tanques industriales de hasta 30m de
diámetro están hechos de acero. El hormigón
se suele utilizar en los tratamientos de aguas
municipales y en aplicaciones industriales
grandes. Se ha demostrado que son
económicas las unidades extremadamente
grandes en las que se utilizan estanque de
tierra con recubrimientos impermeables.
Estructuras de soporte de las unidades
motrices: existen tres mecanismos básicos
de unidad motriz:
 Espesadores con mecanismo
soportado en un puente: estos
espesadores son generalmente, de un
diámetro superior a los 30m, siendo
el máximo de 45m. ofrecen las
siguientes ventajas sobre los de
mecanismo soportado por columna
central: (1) capacidad para transferir
cargas a la periferia del tanque,(2)
capacidad para dar una
concentración de efluente inferior
más consistente y densa con un solo
punto de extracción,(3) un
dispositivo de elevación menos
complicado, (4) menos partes
estructurales sujetas a la
acumulación, (5) acceso al
mecanismo de impulso por ambos
extremos y (6) menor coste para
unidades con diámetro inferior a
30m.
 Espesadores con mecanismo
soportado por columna central: estos
espesadores suelen tener un diámetro
de unos 20m. el mecanismo esta
soportado por una columna central
de acero o de hormigón, y los brazos
de arrastre están unidos a un sistema
de impulso que gira alrededor de la
columna central.
 Espesadores por tracción: estos
espesadores se adaptan mejor a
tanques de mas de 60m de diámetro.
Su mantenimiento es, generalmente
mas fácil que el de otros espesadores,
lo cual es una ventaja cuando están
situados en lugares alejados. Las
desventajas de un espesador por
tracción son que (1) no puede usarse
ningún dispositivo practico de
elevación,(2) la operación puede ser
difícil en climas donde la nieve y el
hielo son frecuentes, y (3) el esfuerzo

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de impulso de torsión se debe
transmitir desde la periferia del
tanque hacia el centro, donde se
presentan las condiciones más
pesadas de rastrilleo.
Mecanismo de impulso: son el
componente clave de la unidad de
sedimentación. Proporcionan, la fuerza para
mover las rasquetas a través de la pulpa
espesada y para mover los sólidos
sedimentados hasta el punto de descarga,
soporta el mecanismo que le permite rotar,
capacidad adecuada de reserva para soportar
perturbaciones y sobrecargas temporales, y
control fiable que protege al mecanismo de
daños sobrecargas. Los mecanismos de
impulso suelen tener un engranaje recto de
hierro o acero montado sobre cojinetes,
piñones de aleación de acero o cualquier
engranaje de bronce o hierro maleable,
transportado a su vez por cinta de engranaje
de acero endurecido. También se emplean
sistemas hidráulicos de impulso. Este
conjunto esta guarnecido para obtener una
vida máxima de servicio. El mecanismo de
impulso contiene un sistema medidor de la
torsión indicada en el mecanismo que puede
transmitirse a un indicador a distancia. Si la
torsión alcanza un valor excesivo, este
sistema activa automáticamente los
dispositivos de seguridad, como alarma
sonora, elevándose las rasquetas y parándose
el mecanismo de impulso.
Mecanismo de elevación de las
rasquetas: estos mecanismos deber usarse
cuando existe la posibilidad de una
operación anormal de espesamiento. El
mecanismo de elevación puede ajustarse
para que eleve automáticamente los rastrillos
cuando ocurre un nivel específico de torsión
y seguir elevándolo hasta que la torsión
vuelve a su valor normal o hasta que se
alcanza la altura máxima de elevación.
Generalmente, deben tomarse las medidas
correctivas necesarias para eliminar la causa
de la perturbación.
Los dispositivos de elevación de los
rastrillos pueden ser manuales para los
espesadores de diámetro pequeño o
motorizado para grandes. La principal
ventaja de este diseño es el área superficial
relativamente pequeña del mecanismo de
rasquetas, que reduce acumulación de
sólidos y el tiempo muerto en las
aplicaciones en que puede darse incrustación
o formación de islas.
Una desventaja de este diseño o
cualquiera con brazos ensamblados por
bisagras y auto elevable es que en el centro
existe una elevación muy pequeña y, por lo
general, es en este lugar donde ocurren las
sobrecargas. Otra desventaja es la dificultad
de que existe para regresar las rasquetas a la
posición más baja en los espesadores que
contienen sólidos que se compactan
firmemente.
Mecanismo de arrastre: el mecanismo
de arrastre o de rasquetas ayuda a desplazar
los sólidos sedimentados hasta el punto de
descarga y también ayuda en el

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espesamiento de la pulpa a romper los
puentes de floculos, permitiendo la salida
del fluido y la consolidación de los floculos.
Los mecanismos de arrastre se diseñan para
aplicaciones específicas y suelen tener dos
brazos largos con rasquetas y,
optativamente, dos brazos cortos para las
unidades con el mecanismo soportado por
puente o por columna central. Las unidades
de tracción tienen generalmente a un brazo
largo y tres cortos.
Generalmente, el diseño convencional se
utiliza en las unidades soportadas por
puente, en tanto que el diseño de doble
pendiente se emplea para las unidades de
mayor diámetro. Los extremos de las
rasquetas pueden tener fondos en forma de
pico o sierra para cortar sólidos que tienen
tendencia a compactarse.
Pozo de alimentación: el pozo de
alimentación se diseña para permitir que la
alimentación entre a una espesador
convencional con la turbulencia mínima y
una distribución uniforme, mientras disipa la
mayor parte de su energía cinética. La pulpa
entra al pozo de alimentación, que por lo
general está localizado en el centro del
espesador, a través de un tubo o canal
suspendido del puente. Algunos diseños
especiales de pozos de alimentación
utilizados para disiparla velocidad de
entrada y crear condiciones tranquilas para
la sedimentación dividen la corriente de
alimentación y la dejan que entre al pozo de
alimentación de forma tangencial, por lados
opuestos. Las dos corrientes colisionan para
disipar energía cinética.
Dispositivo de rebose: el efluente
clarificado se elimina por medio de un canal
periférico, localizado dentro o fuera del
tanque. El efluente entra al canal al sobre
fluir un vertedero plano o con muescas en V,
o mediante orificios sumergidos en el fondo
del canal. Los clarificadores industriales
pueden tener velocidades de efluente
superior mayores, que dependen de la
aplicación y la claridad deseada de efluente
superior. Los canales se pueden colocar de
diferentes formas para lograr la velocidad de
efluente superior deseada. Para mejorar la
clarificación hay varias alternativas, que
incluyen un canal anular dentro del tanque
(el líquido fluye por ambos lados) canales
radiales conectados al canal periférico (que
proporciona un vertedero muy largo, que
puede ser necesario cuando se dan
velocidades de efluente superior
anormalmente elevadas y la claridad del
efluente superior es importante). Por otra
parte, en muchas aplicaciones de los
espesadores no se requieren canales
periférico completos y no se obtienen
ninguna diferencia en la claridad de efluente
superior o del inferior en su concentración.
Dispositivo de extracción: los sólidos
concentrados se eliminan del espesador
mediante una bomba centrifuga para
precipitados, o bien una bomba de
desplazamiento positivo, o en ocasiones,
mediante descarga por gravedad a través de

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una válvula de control de flujo adecuada
para utilizarse con suspensiones. Existen
cuatro dispositivos básicos de extracción:
 Bomba adyacente al espesador con la
tubería enterrada: este dispositivo,
con la tubería que procede del cono
de descarga enterrada, es el menos
costoso, pero el más susceptible al
taponamiento. Se utiliza
exclusivamente cuando los sólidos
no se compactan hasta el grado de
formar un precipitado no bombeable,
y se puede retro lavar fácilmente si
se da taponamiento.
 Bomba con la tubería del cono de
descarga dentro de un túnel: se puede
construir un túnel debajo del
espesador para proporcionar acceso
al cono de descarga cuando los
precipitados de efluente inferior son
difíciles de bombear y tienen las
características que causan
taponamiento. La bomba de efluente
inferior se puede instalar debajo del
espesador o en el perímetro.
 Bomba con una descarga periférica:
la descarga periférica se utiliza para
permitir una reducción en el coste de
instalación de un tanque de fondo
plano sobre el terreno compactado.
Dado que se requiere más torsión
para arrastrar los sólidos hasta el
perímetro del tanque, este dispositivo
no es adecuado para el servicio que
incluye el manejo de sólidos gruesos
o los que se vuelven no fluido a altas
concentraciones.
 Bombeo por la columna central: este
mecanismo se puede utilizar en vez
del túnel. Se dispone de varios
diseños, el más común de los cuales
consiste en una bomba montada
sobre un puente, con la línea de
succión dentro de una columna
central húmeda o seca.
Instrumentación
El control de espesadores se basa
normalmente en la idea de que la densidad
del efluente inferior obtenido es el criterio
más importante del proceso. La claridad del
efluente superior también se considera, pero
no es tan determinante. Otros factores
adicionales a considerar son la optimización
del uso de floculantes y la protección del
mecanismo de arrastre.
Sensores de nivel de lecho de lodo: la
mayoría de los dispositivos más
comúnmente usados para la detección del
nivel de lecho de lodos operan por
ultrasonidos, radiaciones gamma, infrarroja
o luz visible, o simplemente con un corcho
que es cuidadosamente lastrado para que
flote en la interface del nivel de lecho de
lodo.
Medidores de flujo: se usan para medir
la velocidad de adición de floculante, de
efluente inferior y de flujo de alimentación.
Para el control automático, los dispositivos
más usados son los medidores de flujo

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magnético y los medidores de flujo de efecto
doppler.
Indicadores de densidad: se usan para
medir la densidad o el contenido de sólidos
suspendidos en las corrientes de
alimentación y de efluente inferior. Los
dispositivos más usados para el control
automático son los de radiaciones gamma,
pero los de ultrasonido son más efectivos en
un rango de densidades de lodo más bajo.
Indicadores de turbidez: operan con
haces de luz y detectores de luz visible. Se
usan para controlar la turbidez de la
alimentación y del efluente.
Detectores de cantidad de corriente:
con ellos se obtienen medidas fuertemente
relacionadas con el potencial zeta de una
suspensión y se usan para la optimización de
la dosis de coagulante en operaciones de
clarificación.
APLICACIONES INDUSTRIALES
Los espesadores y los clarificadores
tienen la aplicación industrial de desagüe en
las áreas de decantación que tienen
industrias de proceso, incluida la minería, la
construcción, pulpa y papel, energía,
petróleo y gas, son además usados para
tratar los contaminantes para el retiro en
agua y aguas residuales. En la industria del
azúcar son utilizados para procesar el jugo
mezclado y clarificar el jugo antes de la
evaporación.
COSTOS
Como regla general, el coste total de la
instalación es 3 a 4 veces el coste del
mecanismo de arrastre, más el de los pasillos
y el puente o jaula de estribo central, rieles y
lavadores de efluente superior. El coste de
energía para un espesador continuo es casi
insignificante, el bajo consumo de energía es
debido a las bajas velocidades de rotación; y
esta baja velocidad implica también bajos
costes de mantenimiento. La mano de obra
es poca, ya que no necesita mucha atención
tras la operación inicial de balance de
alimentación y efluente superior. Si se
requieren reactivos para la floculación, el
coste de éstos hace frecuentemente que los
demás costes de operación resulten muy
pequeños.
SEDIMENTACIÓN CENTRIFUGA
Ciclones (separación gas-solido)
Consiste en un cilindro vertical con un
fondo cónico, una entrada tangencial en la
parte superior que por lo general es
rectangular y una salida para el sólido
situada en el fondo del cono.
El aire cargado de solidos recorre un
camino en espiral hacia abajo del ciclón. La
fuerza centrífuga desarrollada en el vórtice
tiende a desplazar radialmente las partículas
hacia la pared para que se deslicen hacia
abajo dentro del cono y poder recogerlas, y
posteriormente las partículas de gas salen
por la parte superior ilustrado en la Figura 2.

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Figura 2. Ciclón separación gas sólido.
El ciclón es en esencia un dispositivo de
sedimentación en el que una fuerza
centrífuga intensa, que actúa radialmente, es
la que se utiliza en lugar de una fuerza
gravitacional relativamente débil dirigida de
forma vertical.

Un ciclón de gran diámetro tiene un
factor de separación mucho menor que para
diámetros pequeños y son utilizados en
flujos no muy grandes para empresas
medianas y pequeñas; pero cuando el flujo
es grande se pueden acoplar varios ciclones
de pequeño diámetro utilizaos para grande
empresa.
La eficiencia de recolección aumenta con
la densidad de las partículas y disminuye al
aumentar la temperatura del gas porque
aumenta su viscosidad.
Tabla 1
Ventajas y desventajas de los ciclones

Ventajas Desventajas
 Bajos costos de
capital
 Falta de partes
móviles, por lo
tanto, pocos
requerimientos de
 Eficiencias de
recolección de
partículas
suspendidas totales
relativamente bajas,
particularmente para
mantenimiento y
bajos costos de
operación.
 Caída de presión
relativamente baja,
comparada con la
cantidad de
partículas
removidas.
particulas menores
de 10 µm.
 No se puede manejar
materiales pegajosos
o aglomerados.


Hidrociclones (separación liquido-solido)
La alimentación entra tangencialmente a
alta velocidad cerca de la parte superior. El
líquido sigue un camino en espiral cerca de
la pared del tanque, formando un fuerte
vórtice descendente. Las partículas de solido
grandes o pesadas se separan en la pared y
son impulsadas hacia abajo para salir del
ciclón. La mayor parte del líquido regresa
hacia arriba en una vórtice interno y sale a
través de una tubería central de descarga
como se muestra en la Figura 3.


Figura 3. Hidrociclón separación liquido
sólido.
Es imposible tener una buena eliminación
de solidos a una alta concentración del flujo
interior, por eso se utilizan alimentaciones
diluidas y maquinas con diámetros pequeños
entre 10mm y 1,2m para pequeñas empresas,
por lo tanto para flujos grandes se conectan

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varios hidrociclones pequeños en paralelo
utilizados en grades empresas.

Tabla 2
Ventajas y desventajas de los
hidrociclones

Ventajas Desventajas
 Facilidad de
construcción,
instalación y
mantenimiento.
 Unidades pequeñas
(ahorro de espacio)
 Esfuerzos cortantes
altos (corte fino,
evita la
aglomeración)
 Inflexibilidad (rígidos
en construcción con
poca posibilidad de
variaciones de
diseño)
 Esfuerzos cortantes
altos (desventaja a
altas concentraciones
por imposibilidad de
usar floculantes)

Centrifuga tubular
La alimentación se introduce por el fondo
del recipiente a través de un pequeño
orificio. Seguido, se encuentra un distribuido
y un deflector ensamblados que permiten la
distribución y la aceleración de la
alimentación a la velocidad circunferencial.
El líquido centrifugado abandona por rebose
o desbordamiento el recipiente por la parte
inferior y los sólidos que sedimentan contra
la pared del recipiente se retiran por la parte
superior.
Los modelos comerciales son de 102 a
127mm de diámetro y 762mm de longitud y
se usan para flujos grandes en empresas de
gran escala. Los de menor tamaño 44 x
229mm son usados para laboratorio y puede
desarrollar 65000g y se emplea para
separaciones de gran dificultad como
material bilógico.
Tabla 3
Ventajas y desventajas de la centrifuga
tubular
Ventajas Desventajas
 Se usa cuando se
requieren altos
requerimientos de
centrifugación.
 Fácil desmontado y
limpieza
 Limite en los
caudales


Centrifugas de disco
La alimentación se introduce próxima al
eje central, acelerando hasta alcanzar la
velocidad establecida mediante una especie
de eje sobre el que están situados de 50 a
150 discos cónicos superpuestos espaciados
entre 0,4 y 3mm, para reducir la distancia de
la separación solido-liquido. El ángulo
medio formado por los discos con la
horizontal esta entre 40 a 55
o
para facilitar el
transporte de sólidos. Cuando actúa la fuerza
centrífuga los sólidos sedimentan sobre la
cara interna e inferior de los discos y se
desplazan hacia el fondo por la inclinación
para recogerlos. Simultáneamente el líquido
clarificado se mueve hacia arriba por el
canal cónico gracias a las aberturas que
proporcionan los discos espaciados
uniformemente con un paso continuo; esto
se muestra a continuación en la Figura 4.

13. OPERACIONES UNITARIAS“ EQUIPOS EN SEDIMENTACION”
Iván A. Salazar, Laura Portela, Lina M. López, Sebastián Cadena
OPERACIONES CON SÓLIDOS ING. QUÍMICA DOC. ING. IVÁN RAMÍREZ MARÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE AMÉRICA NOVIEMBRE 2013


Figura 4. Centrifuga de discos.
La centrifuga de discos es la más
utilizada en la industria debido a las
siguientes ventajas:
o Mayor rendimiento y diseño
compacto.
o Separación de solidos muy finos de
líquidos.
o Construcción cerrada y/o hermética
para evitar la contaminación del
producto del medio ambiente.
o Fácil manejo.



Centrifugas de recipiente apantallado
Consiste en un decantador de recipiente
macizo en el que se añade en la sección
cónica final una pantalla cilíndrica del
tamizado. La alimentación acelerada se
introduce y los sólidos más densos
sedimentan sobre la pared del recipiente,
escapando el efluente a través de las
aberturas que dispone el equipo. A medida
que los sólidos son desplazados por la zona
del tamizado, se somete a lavado en la
primera mitad para eliminar impurezas y la
segunda mitad está dedicada a deshidratar el
sólido.

Tabla 4
Ventajas y desventajas de la centrifuga
de recipiente apantallado
Ventajas Desventajas
 Se obtienen solidos
más secos debido a
la filtración
centrifuga en el
tamiz.
 Los tamices
minimizan el
taponamiento.
 Dificultad en la
limpieza y el
mantenimiento.


APLICACIONES INDUSTRIALES
Las centrifugas tienen la aplicación
idustrial de la deshidratación máxima de los
lodos residuales en el tratamiento de agua
residuales. Cada décimo por ciento que se
incrementa en la materia seca de los lodos,
origina un ahorro considerable para el
operador en la eliminación de los mismos.
En la purificación de vacunas, las vacunas
no centrifugadas contienen gran cantidad de
materiales no esenciales y dañinos;
purificación de aceites de lubricación e
industriales; clarificación y purificación
de productos alimenticios tales como aceites
esenciales, extractos y jugos de fruta, y en la
minería.
COSTOS

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Ni el coste de inversión ni el coste de
operación de una centrífuga pueden
correlacionarse directamente mediante una
única característica de un tipo dado que
centrífuga. Estos costes dependen también
de las características de la centrífuga
respecto de la naturaleza física y química de
los materiales a separar, el grado y dificultad
de separación, la flexibilidad y capacidad de
la centrífuga y sus equipos auxiliares, el
medio en el que se localiza la centrífuga y
otros muchos factores no técnicos,
incluyendo la competencia del mercado.

CONCLUSIONES
 Los espesadores y clarificadores son
máquinas de bajos costos puesto que
requieren una mínima atención, las
características de alimentación no
cambian radicalmente.
 Los espesadores están diseñados para
las condiciones de trabajo más
severas impuestas por una gran
cantidad de pulpa relativamente
concentrada, mientras que los
clarificadores son diseñados para
eliminar por completo los sólidos en
suspensión.
 La centrifugación es una operación
unitaria muy importante para separar
sólidos de líquidos, ya que el proceso
de gravedad es demasiado lento y
puede llegar a representar perdidas
en industrias por la parte de
producción, por eso, la
centrifugación hace que se acelere en
gran medida el procedimiento
mediante diferentes equipos como
hidrociclones, centrifuga de discos,
centrifuga tubular, entre otros.
 La centrifuga de discos se puede
considerar como uno de los mejores
equipos y el más utilizado en las
industrias, debido a que realiza una
separación de sólidos muy eficiente
al retirar los más finos, al igual
presenta un mayor rendimiento y
previene la contaminación del
producto.
 Los precios de los clarificadores
oscilan entre 250 y 300 MXP (pesos
mexicanos)/ ft
3
aproximadamente.
 Los precios de los espesadores
oscilan entre 15000 y 18000 USD/m
3

aproximadamente.
 Los precios de las centrifugas oscilan
entre 50000 y 60000 USD
aproximadamente.
 La aplicación industrial más común
para la sedimentación en espesadores
y clarificadores es la de tratamiento
de aguas y aguas residuales.
 La sedimentación por centrífuga
representa un papel importante en las
aplicaciones biotecnológicas y de
bioprocesos.

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