P08 Sedimentacion

08
Sedimentación
Sedimentación
Es una operación de separación sólido-fluido en la que las partículas sólidas
de una suspensión, más densas que el fluido, se separan de éste por la
acción de la gravedad. La operación controlada por la transferencia de
cantidad de movimiento.
En algunos casos, como cuando existen fuerzas de interacción entre las
partículas y éstas son suficientemente pequeñas (suspensiones de tipo
coloidal), la sedimentación natural no es posible, debiendo antes proceder a
la floculación o coagulación de las partículas.
Para que la sedimentación sea viable en la práctica, el tamaño de las
partículas y su concentración en la suspensión deben tener unos valores
mínimos, del orden de 1-10 micras y 0,2% de sólidos en la suspensión.
La sedimentación se utiliza para separar las partículas sólidas dispersas en un
líquido. La diferencia de densidades entre las partículas y el líquido hace que,
aunque éste último tenga movimiento ascendente las partículas sólidas
sedimentan, siendo eliminadas desde el fondo en forma de lodos. La
viscosidad del líquido frena las partículas sólidas, que deben vencer el
rozamiento con el líquido en el movimiento.
En este proceso las partículas sólidas ceden parte de su cantidad de
movimiento a las moléculas del líquido de su alrededor. Cuanto mayor sea la
viscosidad del líquido, tanto más se frena el movimiento de las partículas. Las
moléculas del líquido, aceleradas por contacto con el sólido transmiten su
movimiento a capas de líquido más alejadas debido a interacciones
intermoleculares, de las que la viscosidad es una medida. La sedimentación
está controlada por el transporte de cantidad de movimiento.
Aplicación práctica, en tratamiento de aguas,
dos formas
• Busca reducir la carga de sólidos sedimentables cuyos tamaños de partícula
Sedimentación son relativamente grandes. Mediante esta operación se eliminan partículas
simples, no aglomerables, por reducción de la velocidad y turbulencia del
fluido, la eliminación se produce, cuando la fuerza de gravedad sobre las
Simple partículas prevalece sobre la fuerza de arrastre del fluido. Esta operación se
realiza en desarenadores o clarificadores
Sedimentación • Relativa a la sedimentación de partículas coloidales, cuya aglomeración, ha

sido inducida previamente por agentes químicos, como alumbre o hidróxido
férrico, entre otros. Esta operación se realiza en decantadores. La
Inducida decantación es inherente a la coagulación - floculación
La sedimentación consiste en la remoción de partículas más pesadas
que el agua por acción de la fuerza de la gravedad. Puesto que la
sedimentación de lodos de aguas residuales es un proceso que
depende del tiempo, el sistema que involucra la sedimentación de
lodos puede analizarse dinámicamente y el conocimiento del
comportamiento dinámico de las partículas, es primordial para conocer
las ecuaciones de movimiento de las mismas cuando estén
sedimentando.
Existen 2 tipos principales de sedimentación
• En ésta, las partículas no sufren cambios en sus características (forma,

Sedimentación tamaño, densidad) durante la caída, además se presenta en
suspensiones con bajas concentraciones de sólidos, cada una de las
discreta partículas se comporta como entidades individuales y casi no hay
interacción entre ellas.
• Es producida por la aglomeración de partículas coloidales

Sedimentación desestabilizadas a consecuencia de la aplicación de agentes químicos. A
diferencia de las partículas discretas, las características de este tipo de
partículas (forma, tamaño, densidad) sí cambian durante la caída. Este
floculenta tipo de sedimentación ocurre cuando existen bajas concentraciones de
partículas que son susceptibles de flocular.
Sedimentación Zonal
Cuando existen bajas concentraciones de partículas, éstas sedimentan
o decantan libremente; en cambio, con alta concentración de partículas
floculentas, superiores a 500 ppm (Maldonado, 2000), éstas se
encuentran a distancias tan reducidas que se adhieren entre sí y
sedimentan masivamente.
Así, se crea una clara superficie de separación entre los flóculos y el
líquido que sobrenada y dando origen al fenómeno de sedimentación
conocido con el nombre de sedimentación interferida o zonal.
Diseño de sedimentadores
Para determinar los parámetros de diseño de un clarificador, pueden
hacerse ensayos de sedimentación en laboratorio.
Al inicio del experimento, cuanto t = 0, la concentración de la
suspensión es uniforme dentro del recipiente.
A medida que transcurre el tiempo, se va formando una interfase cuya
altura se registra a intervalos de tiempo seleccionados.
Con la data se construye la curva de Fig. 1. Curva de sedimentación
sedimentación.
La velocidad de sedimentación por zonas
corresponde a la zona en la cual las partículas
suspendidas sedimentan antes de alcanzar la
concentración crítica, Xc:
Vs = OA/OB = Ho/t = 0,34/t (m/min)
Las pruebas de laboratorio para la velocidad de
sedimentación zonal deberían repetirse con
suspensiones de diferentes concentraciones
iniciales de sólidos, Xo (ppm).
El procedimiento para diseño de clarificadores que operen en estas
condiciones de sedimentación por zonas es el siguiente:
1. Calcular el área superficial mínima requerida para conseguir la
clarificación de la suspensión.
2. Calcular el área de la superficie mínima requerida para conseguir el
espesamiento de lodos y alcanzar las concentraciones deseadas.
3. Considerar la mayor de estas dos áreas como área de diseño para el
clarificador.
Determinación del área mínima requerida para
clarificación (Ac)
Ac, depende de la velocidad de sedimentación Vs para la cual las
partículas en suspensión sedimentan antes de alcanzar la
concentración crítica interfacial, Xc.
En condiciones de caudal constante, la velocidad del agua sobre el
vertedero no debe exceder de Vs si se quiere obtener la clarificación
(de lo contrario se producirá el arrastre de SS).
Ac = Qe/Vs
El valor de t se puede leer directamente de la abscisa (punto B).
Vs se puede calcular a partir de esta fórmula y Ac se puede obtener de
la misma forma.
Qe: Caudal (m3/h)
Vs: Velocidad de sedimentación (m/min)
Determinación del área mínima requerida para
espesamiento del lodo (Ac)
Hay que considerar que los ensayos de sedimentación en laboratorio
no corresponden a un funcionamiento en estado estacionario.
La capacidad del clarificador para arrastrar los sólidos a su parte
inferior, con una concentración Xi, por gravedad, en régimen
discontinuo, viene dada por:
GB: Caudal de sólido (kg/m2.d)
GB = Xi × Vi Vi: Velocidad de sedimentación en la zona para una
concentración Xi (m/min)
GT = GB + Gu GT: Flujo se solidos (kg sólidos/m2.d)
GB: Flujo de sólidos en funcionamiento discontinuo
(kg sólidos/m2.d)
Gu = Xi × Vu Vu: Velocidad del lodo debido a la extracción que se hace
por la parte inferior (m/min).
El flujo total GT, puede hacerse variar por el diseñador controlando Vu,
ya que está determinado por el caudal de bombeo de extracción.
Fig. 2. Procedimiento gráfico para determinar GT
BM clarificador primario:
Qe = Qo(Xu – Xo)/(Xu – Xe)
Qu = Qo – Qe
La siguiente ecuación expresa la velocidad teórica de sedimentación de
una partícula, que se define como la rapidez alcanzada por una
partícula que se asienta en el tanque, a medida que la gravedad vence
tanto la tendencia de flotar como la resistencia del líquido a permitir su
paso.
𝟏/𝟐 Vc: velocidad final de sedimentación de una partícula (m/h)
𝟒 ∙ 𝒈 ∙ 𝒅 ∙ 𝝆𝒔 − 𝝆 g: constante gravitacional (m/s2)
𝑽𝒄 = ρs: densidad de la partícula (g/L)
𝟑 ∙ 𝑪𝒅 ∙ 𝝆 ρ: densidad del líquido (g/L)
Cd: coeficiente de resistencia al paso
La velocidad crítica de sedimentación (Vc) es seleccionada basándose
en la cantidad de sólidos que se desea decantar. En teoría, si el flujo es
laminar (sin turbulencia) y no existen “cortocircuitos”, todas las
partículas con una velocidad mayor a Vc serán separadas. De esta
manera, se puede diseñar un tanque según el % de partículas que se
desea separar. Como el flujo en estos tanques es longitudinal, es
necesario diseñarlos lo suficientemente largos para asegurar que las
partículas con velocidades de sedimentación igual o mayor a Vc tengan
el tiempo necesario para asentarse antes de llegar a la salida. Las otras
partículas que no se asientan tan rápidamente saldrán en el efluente.
Afluente Efluente Afluente Efluente
Capa de nata
Fracción líquida Vc1

Capa de separación
Asentamiento de lodos Vc0
L
Extracción de lodos Salida de lodos
Fig. Esquema de las capas en un tanque de Fig. Velocidad final de sedimentación (Vc)
sedimentación y espesamiento requerida para que una partícula asiente dentro
del tanque de longitud L.
Velocidad de sedimentación
La velocidad se evalúa mediante:
∆𝒉
𝒗=
∆𝒕
donde:
Δh: variación de altura, m
Δt: variación del tiempo, s
Zona A-B, zona clara (parte superior), las partículas descienden
con incremento sucesivo de velocidad debido a que las
partículas de las capas inferiores sedimentan previamente y por
lo tanto no presentan mayores obstáculos durante su caída.
Zona B-C, zona turbia, se ve que la curva tiene pendiente
rectilínea que corresponde a una velocidad de caída constante
definida únicamente por el tipo de floculación y la
concentración de partículas.
Zona C-D, (parte inferior de la zona turbia), se produce la
disminución progresiva de la velocidad de caída de las
partículas hasta su detención. Se llama también zona de
desaceleración o transición.
Zona D-E, En esta zona los flóculos se tocan y ejercen presión
sobre las capas inferiores, puesto que están soportados por
estas. Esta es la zona de compresión.
Fig. Diagrama para el proceso de sedimentación

zonal y sus correspondientes etapas.
Referencia bibliográfica
• Ramalho, Tratamiento de aguas residuales, pp. 129.
Objetivos
• Evaluar el proceso de sedimentación de partículas en el seno de un
fluido
Materiales y equipo
Materiales
Observaciones
Tabla 1. Datos experimentales
Medición Tiempo, min. Altura, mm Altura, mm Observaciones
1 0 273 Difuso Totalmente turbio
2 5 271 Difuso Aparición de capa clara y sobrenadante turbio
3 10 270 2 Capa clara y capa de turbidez difusa. Formación de sedimento
4 15 267,5 6 Capa de turbidez difusa y sedimento
5 20 265 10 Capa de turbidez difusa y sedimento
8 35 256,5 17,5 Capa de turbidez difusa y sedimento
9 40 253,5 18 Capa de turbidez difusa y sedimento
10 45 251 18 Capa de turbidez difusa y sedimento constante
13 60 241 17,5 Capa de turbidez difusa y sedimento comprimido constante

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Sedimentación • Relativa a la sedimentación de partículas coloidales, cuya aglomeración, ha

• En ésta, las partículas no sufren cambios en sus características (forma,

• Es producida por la aglomeración de partículas coloidales

Fracción líquida Vc1

Fig. Diagrama para el proceso de sedimentación

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