FLOCULACION
FLOCULACION
FLOCULACION
Si los sólidos en la suspensión son principalmente partículas individuales de sólo unos pocos
micrómetros de diámetro, la velocidad de sedimentación por gravedad será muy lenta y quizá
también lenta para una operación práctica. Por fortuna, en muchas suspensiones finas, las
partículas forman aglomerados o agregados de partículas que sedimentan a velocidades
razonables. La aglomeración es a veces promovida por la adición de agentes floculantes
incluyendo electrólitos fuertes, que reducen las fuerzas repulsivas entre las partículas cargadas,
o floculantes poliméricos de carácter catiónico, aniónico o no iónico. La floculación se realiza
también por adición de materiales baratos tales como cal, alúmina o silicato de sodio, que forman
aglomerados libres que se precipitan junto con los finos.
Las partículas floculadas tienen diferentes características de sedimentación a partir de
suspensiones de sólidos dispersos densos. Los agregados tienen una alta porosidad y retienen
una cantidad de agua considerable que acompaña los flóculos cuando se sedimentan.
Los agregados también están unidos holgadamente, y los lodos en el fondo del sedimentador
se comprimen por el peso de los sólidos adicionales. A causa de su tamaño, forma y densidad
efectiva, los flóculos no se definen con facilidad, y no es posible predecir la velocidad de
sedimentación o la densidad del lodo a partir de teorías o correlaciones generales. El diseño
de espesadores se basa por lo general en las medidas de las velocidades de sedimentación
obtenidas a partir de pruebas discontinuas en el laboratorio.
SEDIMENTACION DISCONTINUA
Existen varias etapas en la sedimentación de una suspensión floculada, y diferentes zonas se
forman conforme se desarrolla la sedimentación. Por lo general, la concentración de sólidos es
lo suficientemente alta de modo que la sedimentación de partículas individuales o flóculos se
ve impedida por otros sólidos a tal grado que todos los sólidos a un nivel dado sedimentan a
una misma velocidad.
Al principio, los sólidos se distribuyen de manera uniforme en el líquido, tal como se
muestra en la figura 29.33a. La profundidad total de la suspensión es Z0. Después de un
corto tiempo, los sólidos se han sedimentado proporcionando una zona de líquido claro,
la zona A de la figura 29.33b, y una zona D de sólidos sedimentados. Encima de la zona
D está una capa de transición, zona C, cuyo contenido en sólidos varía desde el de la
pulpa original hasta el de la zona D. En la zona B, la concentración es uniforme e igual a
la concentración original, puesto que la velocidad de sedimentación es la misma a través
de esta zona. Los límites entre las zonas D y C, y entre C y B pueden no ser distinguidas,
pero los límites entre las zonas A y B están bien definidos.
A medida que la sedimentación continúa, se incrementa la profundidad de las
zonas D y A. La profundidad de la zona C permanece casi constante, y la de la zona B
disminuye. Esto se observa en la figura 29.33c. Posteriormente la zona B desaparece
y todos los sólidos están en la zonas C y D (véase figura 29.33d). Por otra parte, la
acumulación gradual de los sólidos ejerce presión sobre el material en el fondo, comprimiendo
los sólidos en la capa D. La compresión derrumba la estructura de flóculos
y agregados, y el líquido se expele hacia las zonas más altas. En algunas ocasiones el
líquido en los flóculos se expulsa hacia fuera de la zona D como pequeños géiseres
a medida que la capa D se comprime. Finalmente, cuando el peso de los sólidos está
balanceado por la fuerza compresiva de los flóculos, el proceso de sedimentación se
detiene, tal como se muestra en la figura 29.33e. Se llama sedimentación a todo el
proceso ilustrado en la figura 29.33.
VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN
En la figura 29.34 se muestra la representación gráfica típica de la altura de la interfase (el
límite entre las zonas A y B) con respecto al tiempo. Tal como indica la primera parte de la
curva, durante la primera etapa de sedimentación la velocidad es constante. Cuando la zona B
desaparece, la velocidad de sedimentación empieza a disminuir y cae continuamente hasta que
se alcanza la última altura. Para el ejemplo mostrado, la altura de la interfase fue disminuyendo
en 20 h, y sólo se estimó la última altura.
Las suspensiones varían enormemente durante la sedimentación en sus velocidades
de sedimentación y en las alturas relativas de varias zonas. La velocidad inicial está en
función de la concentración de la alimentación, pero en las últimas etapas, la velocidad
de sedimentación depende también de la altura inicial Z0, puesto que los efectos de compresión
son muy importantes con las capas de lodo espeso. Para el diseño de un espesador
son necesarios estudios experimentales de la velocidad de sedimentación para diferentes
alturas y concentraciones iniciales.
Una partícula determinada sedimenta por acción de la gravedad en un fluido dado con una
velocidad máxima constante. Para aumentar la velocidad de sedimentación, la fuerza de
gravedad que actúa sobre la partícula puede sustituirse por una fuerza centrífuga mucho
más intensa. Los separadores centrífugos han sustituido en buena parte a los separadores
por gravedad en las operaciones de producción debido a su mayor efectividad con
gotas finas y partículas, así como por su tamaño mucho menor para una determinada
capacidad.
factor de separación
DECANTADORES CENTRIFUGOS.
Los líquidos inmiscibles se separan industrialmente en decantadores centrífugos . La fuerza de
separación es mucho mayor que la de la gravedad y actúa en el sentido de alejarse del eje de
rotación en vez de estar dirigida hacia la superficie terrestre. Los principales tipos de
decantadores centrífugos son las centrífugas
tubulares y las centrífugas de discos.
Centrífuga tubular.
Centrífuga de discos.
La centrífuga de discos que se ilustra en la figura es altamente efectiva para algunas
separaciones líquido-líquido. Un recipiente corto y ancho de 200 a 500 mm (8 a 20 in.) de
diámetro gira sobre un eje vertical. El recipiente tiene un fondo plano y una tapa cónica. La
alimentación entra por arriba a través de una tubería estacionaria y se sitúa en el cuello del
recipiente. En una centrífuga tubular se forman dos capas líquidas; fluyen sobre dos represas
ajustables hacia conductos de descarga separadas. Dentro del recipiente, y girando con él,
existen “discos” espaciados estrechamente que en realidad son conos de lámina metálica
colocados unos encima de otros. Haciendo perforaciones en los discos, aproximadamente a la
mitad de la distancia entre el eje y la pared del recipiente, se forman canales a través de los
cuales pasan los líquidos. En la operación, la alimentación líquida entra por el fondo del
recipiente, y fluye por los canales y asciende sobre los discos. El líquido más pesado es forzado
hacia fuera desplazando el líquido ligero hacia el centro del recipiente. Durante su recorrido, el
líquido más denso choca muy rápido contra la cara inferior de un disco y fluye sobre ella hasta
la periferia del recipiente sin encontrar nada más de líquido ligero. De manera análoga el líquido
ligero fluye hacia dentro y hacia arriba sobre las superficies superiores de los discos. Puesto
que los discos están muy próximos, la distancia que una gota de cualquiera de los líquidos tiene
que recorrer para escapar de la otra superficie es mucho más corta que en el caso de una
centrífuga tubular, donde las capas de líquido son relativamente gruesas. Además, en una
máquina de discos existe un esfuerzo cortante considerable en la interfase líquido-líquido, ya
que una fase fluye en un sentido y la otra lo hace en sentido contrario. Estos esfuerzos
cortantes ayudan a romper ciertos tipos de emulsiones. Las centrífugas de disco son
especialmente valiosas cuando la finalidad de la centrífuga no es la separación completa, sino
la concentración de una fase fluida, como en el caso de la separación de la crema de la leche o
la concentración de látex de caucho.
Si la alimentación líquida que entra en una centrífuga tubular o en una de discos
contiene suciedad u otras partículas pesadas, los sólidos se acumulan dentro del recipiente
y es preciso descargarlos periódicamente. Esto se realiza parando la máquina, abriendo
el recipiente y retirando la carga de sólidos. Esto la vuelve antieconómica si los sólidos
representan sólo un pequeño porcentaje de la alimentación.
Las centrífugas tubulares y de discos se utilizan con ventaja para separar trazas de
sólidos de aceites lubricantes, líquidos de proceso, tinta y bebidas que deben estar
perfectamente
limpias. Son capaces de separar sólidos gelatinosos o viscosos que obstruirían
rápidamente un filtro. Por lo general clarifican un solo líquido de forma que el recipiente
posee un solo sobreflujo de líquido; sin embargo, también pueden arrastrar hacia abajo
los sólidos, separando simultáneamente dos fases líquidas.
Separadores de lodos
En una centrífuga con boquillas de descarga, los sólidos abandonan el recipiente por
debajo de la superficie del líquido y, por lo tanto, llevan consigo cantidades considerables
de líquido. Para separar una suspensión de alimentación en una fracción de líquido
claro y un lodo pesado “seco”, hay que desplazar del líquido, de manera mecánica, los
sólidos sedimentados y drenarlos mientras se encuentran todavía bajo la acción de la
fuerza centrífuga. Esto se realiza en separadores continuos de lodos; un ejemplo típico
de este procedimiento se muestra en la figura 29.44. En esta centrífuga de transportador