Mecánica de fluidos

1. Mecánica de fluidos TEMA 5 OPERACIONES DE SEPARACION SOLIDO-FLUIDO BASADAS EN EL FLUJO DE FLUIDOS Autores: I. Martin; R. Salcedo This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License. To view a copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ or send a letter to Creative Commons, 444 Castro Street, Suite 900, Mountain View, California, 94041, USA.

2. FILTRACION Operación unitaria de separación sólido-fluido donde los sólidos son retenidos por un medio filtrante, pasando el fluido a través del mismo. En ocasiones, se aplica a separación de gotas de líquido en gas.

3. Tipos de filtración • Filtración de torta. • Filtración propiamenente dicha y entendida. • Eliminación de sólidos por un medio flitrante, donde estos quedan retenidos formando una torta, que va creciendo con el tiempo y hay que retirarla. • Filtración de lecho profundo • Eliminación de sólidos finos y diluidos por pasar a través de un lecho granular de partículas. • Ultrafiltración

4. Filtración de torta Ley de Darcy

5. Tortas incompresibles es as son constantes en todos sus puntos durante todo el proceso M Formas de operación: a) A pérdida de presión constante: b) a caudal constante C’2 C’1

6. Tortas compresibles es as varían en su longitud y durante todo el proceso M u+ MUY COMPLICADO Se ajusta a INCOMPRESIBLE

7. Equipos filtración de torta (I) • Filtros prensa (platos y marcos) • Operan en Dp+ constante • Unos en operación, otros limpieza

8. Equipos filtración de torta (II) • Filtros de tambor • Operan siempre a Dp+ constante • Operación continua • Formación de torta discontínua θ t = θ/N A = área del tambor total

9. Equipos filtración de torta (II) • Filtros de tambor θ

10. Filtración lecho profundo • A través de lechos granulares (1-3 m) • Suspensiones de partículas finas (0.3 y 5 mm) y diluídas (100 ppm) • Velocidad 5-50 m/h, a veces tan baja como 0.1 m/h • Tratamiento de aguas potables

11. Ultrafiltración • Flujo cruzado. No se acumulan sólidos en el medio filtrante • Utiliza membranas Poros (nm)

12. SEDIMENTACION

13. Sedimentación discontínua Suspensión inicial de concentración inicial Cso. No forma flóculos

14. Zona A. Líquido claro sin sólidos Zona B. Con concentración de sólidos constante Semejante a la inicial Sedimentan individualmente Zona C. Concentración variable. Sedimentación libre Zona D. Sedimento. Contacto contínuo Sedimentación discontínua Suspensión inicial de concentración inicla Cso. No forma flóculos

15. Sedimentación discontínua Suspensión inicial de concentración inicla Cso. No forma flóculos A B B C D

16. Sedimentación discontínua Suspensión inicial de concentración inicla Cso. No forma flóculos A A B B B C C D D

17. Sedimentación discontínua Suspensión inicial de concentración inical Cso. No forma flóculos A A A B B B C C D C D D

18. Sedimentación discontínua Suspensión inicial de concentración inicla Cso. No forma flóculos A A A A B B B C C D D C D D

19. A A A A B B B C C D D C D D Variación altura tiempo No se forman flóculos H Zona A Zona B tiempo

20. A A A A B B B C C D D C D D Variación altura tiempo No se forman flóculos H Zona A Zona B PUNTO CRÍTICO Zona C Zona D tiempo

21. Sedimentación con flóculos A A A A A B B B C C D D D C D D En la Zona D hay compresión durante todo el proceso

22. A A A A A B B B C C D D D C D D Sedimentación con flóculos H Zona A Zona B PUNTO CRÍTICO Zona C Zona D tiempo

23. Teoría de Kynch (1952)Suspensiones imcompresibles • 1. La concentración de partículas es uniforme en una capa horizontal. • 2. Los efectos pared son despreciables. • 3. No hay diferencia en la velocidad de sedimentación de las partículas (las partículas son uniformes). • 4. La velocidad de sedimentación en la zona de no compresión depende únicamente de la concentración de los sólidos: • 5. La concentración inicial es uniforme al comienzo del experimento. • 6. En el fondo de la columna se forman una infinidad de capas de concentración intermedia entre dos límites: la concentración inicial de la suspensión y la concentración máxima que se puede alcanzar en contacto contínuo. Estas capas forman la zona C. • 7. La velocidad de sedimentación tiende hacia cero cuando la concentración se aproxima a su límite superior.

24. es = 0 es = cte = eso A Límite inferior B C Capas horizontales de composición constante D Límite superior es = cte = ecrítica (0.65) Teoría de Kynch (1952)Suspensiones imcompresibles

25. Teoría de Kynch (1952)Suspensiones imcompresibles • 1er teorema. Las capas de composición variable ascienden, desde el fondo, con velocidad constante • 2º teorema. Cada capa, de distinta concentración, asciende a velocidades diferentes • 3er teorema. Dada la fracción inicial de sólidos eso y su altura Ho, la fracción de sólidos de obtiene a partir de:

27. H tiempo Teoría de Kynch (1952)Suspensiones imcompresibles Línea Característica: Trayectoria que sigue la capa de fracción de sólidos esa Ha ta

28. H tiempo Teoría de Kynch (1952)Suspensiones imcompresibles Ho Hz Ha ta

29. Para el diseño Experimentación previa en discontínuo Sedimentadores contínuos es crítica, tiempo crítico, da, AVI.

30. Sedimentadores contínuos Dorr- Oliver

31. Sedimentadores contínuos Rectangular

32. Sedimentadores contínuos Lamelar

33. Centrifugación

34. Centrifugación • No es una operación unitaria por si misma. • Acelera la sedimentación y filtración por la acción de una fuerza centrífuga Ecuaciones de sedimentación Sustituir g por z·g

35. Filtración con centrifugación

36. Sedimentación con centrifugación

37. Clasificación y separación neumática de sólidos

38. Clasificación neumática

39. Separación neumática. Ciclones Entrada a 15-30 m/s Muy efectivo de hasta 20 mm

40. Separación neumática. Ciclones