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Proceso de sedimentación siempre en cono
Tipo: Apuntes
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Docente: Dr. Elvia Alva Rojas Alumnos: ● González García María Fernanda ● Jilote Mendiola Ximena ● Juárez Desales Gabriela ● Mondragón Camacho Berenice ● Ramírez García César Eduardo Grupo: PAL- Equipo: 1 Carrera: Ingeniería en Procesos Bioalimentarios
La sedimentación es una operación unitaria que consiste en la separación, por acción de la gravedad, de las fases sólida y líquida de una suspensión diluida, de manera que se obtiene una suspensión concentrada y un líquido claro. La sedimentación gravitatoria se emplea en la industria alimentaria para la separación de partículas sólidas contenidas en líquidos así como para la separación de emulsiones de dos fases líquidas inmiscibles. (González, 2018) Variables que influyen en la sedimentación ● Tamaño de partícula. ● Densidad de la partícula. ● Forma de la partícula. ● Propiedades superficiales. En la industria alimentaria el proceso de sedimentación se aplica en procesos de refinado de aceites, desgomado, eliminación de jabones, clarificación de zumos, separación de suero para mantequería y quesería, refinado de azúcar. La sedimentación también se utiliza para procesos de clarificación. Por ejemplo, para la clarificación del vino, donde se utiliza un coagulante para atraer las partículas de menor tamaño formando partículas más grandes, que por medio de la fuerza de gravedad comienzan a precipitar dejando un líquido claro sin turbulencias. Por estos motivos, es importante conocer la velocidad de sedimentación que tienen las partículas en un líquido, ya que de esta forma se puede determinar el tiempo en el cual las partículas se logran separar del líquido dejando dos fases, una sólida, en el fondo como precipitado y una líquida, para después seguir con los diferentes procesos que se estén realizando, ya sea una industria a la cual le interese los materiales sedimentados, o los líquidos clarificados. La velocidad de separación o velocidad de sedimentación está determinada por las propiedades del sólido, del líquido o de la mezcla.
Ley de stokes Se refiere a la fuerza de fricción que experimenta un objeto esférico moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. En general es la resistencia al movimiento de los cuerpos esféricos en un fluido viscoso, es directamente proporcional al radio del cuerpo a su velocidad y al coeficiente de viscosidad del medio. donde v es el radio de la esfera y r su velocidad y η la viscosidad del fluido. La condición de bajos números de Reynolds implica un flujo laminar lo cual puede traducirse por una velocidad relativa entre la esfera y el medio inferior a un cierto valor crítico. En estas condiciones la resistencia que ofrece en medio es debida casi exclusivamente a las fuerzas de rozamiento que se oponen al deslizamiento de unas capas de fluido sobre otras a partir de la capa límite adherida al cuerpo. La ley de Stokes se ha comprobado experimentalmente en multitud de fluidos y condiciones. Si las partículas están cayendo verticalmente en un fluido viscoso debido a su propio peso puede calcularse su velocidad de caída o sedimentación igualando la fuerza de fricción con el peso aparente de la partícula en el fluido (Gómez, 2019) ● Vs es la velocidad de caída de las partículas (velocidad límite) ● g es la aceleración de la gravedad. ● ρp es la densidad de las partículas. ● ρf es la densidad del fluido.
Es cuando el movimiento de las fases es debido al efecto de las fuerzas de gravedad, flotación y resistencia sobre el sistema y a la concentración y/o tamaño de las partículas sedimentadas (UAM, 2021)
Tabla 1. Materiales necesarios para la práctica Materiales Reactivos Equipo ● Fécula de maíz. ● Probetas graduadas de 250 ml. ● Vasos de precipitado de 500 ml. ● Agitador de vidrio. ● Vidrio de reloj. ● Espátula. ● Regla. ● Cono Imhoff. ● Matraz aforado de 1 L. ● Fécula de maíz. ● Carbonato de calcio (CaCO 3 ) ● Balanza analítica.
● Diagrama de flujo Figura 1. Diagrama de flujo sedimentación en cono Imhoff *Al verter las soluciones en los conos se conoce como el tiempo 0 de la sedimentación, a partir de este momento empieza el tiempo de sedimentación.
Se realizaron soluciones de fécula de maíz y carbonato de calcio a las siguientes concentraciones: Tabla 2. Concentraciones y % m/v En la tabla 3 se muestran los resultados expresados en ml/L de acuerdo a la NMX- AA-004-SCFI-2013 de sedimentación de una solución de 1 L al 10% m/v de fécula de maíz en un tiempo de 2h. Tabla 3. Sedimentación solución 1 L al 10% m/v fécula de maíz
Figura 3. Sedimentación de fécula de maíz en cono Imhoff Para determinar la velocidad de sedimentación en la muestra de fécula de maíz se determinaron los ml sedimentados en un lapso de 15 min durante dos horas. Tabla 4. Sedimentación cada 15 min en fécula de maíz al 10% m/v Tiempo (min) Sedimentación (ml/L) 0 0 15 0. 30 0. 45 0 60 0. 75 0. 90 0 105 0. 120 0
Figura 5. Sedimentación de carbonato de calcio en cono Imhoff Para determinar la velocidad de sedimentación en la muestra de carbonato de calcio se determinaron los ml sedimentados en un lapso de 15 min durante dos horas. Tabla 6. Sedimentación cada 15 min en carbonato de calcio al 10% m/v θZ zi
0 20 40 60 80 100 120 140 0
1
2
3 f(x) = − 0.01 x + 1. R² = 0.
Sedimentación (ml/L) Linear (Sedimentación (ml/L)) Tiempo (min) Sedimentación Figura 6. Sedimentación por minutos de carbonato de calcio en cono Imhoff En la tabla 7 se muestran los resultados expresados en cm de sedimentación en probeta de una solución de 200 ml al 3% m/v de fécula de maíz en un tiempo de 2h. Tabla 7. Sedimentación de solución 200 ml 3% m/v de fécula de maíz
En la tabla 8 se muestran los resultados expresados en cm de sedimentación en probeta de una solución de 200 ml al 3% m/v de carbonato de calcio en un tiempo de 2h. Tabla 8. Sedimentación de solución 200 ml 3% m/v de carbonato de calcio Figura 8. Sedimentación carbonato de calcio 3 % m/v
● Cálculo velocidad de sedimentación carbonato de calcio
Durante el proceso al que se sometió la solución de 1 L al 10% m/v de fécula de maíz, se manejó un monitoreo continuo de cada 15 min, en un periodo de 2 horas, en donde el incremento del material sedimentado se encontraba estacionario en varios tiempos, es decir en media hora la sedimentación era la misma. Se realizó el mismo proceso, 1L al 10%m/v pero en este caso se empleó carbonato de calcio, el cual durante su monitoreo presentó un incremento progresivo en la medida del material sedimentado, en un principio presentó una precipitación de 1cm y al final del proceso un aumento de 1 mm, se podría entender que el incremento del sedimento es de mayor a menor cantidad, además se manifestó únicamente un momento estacionario justo a la mitad del monitoreo Para tener mayor comprensión acerca de cuáles podrían ser los factores que intervinieron en el proceso de sedimentación, se realizó otro proceso con los mismos solutos a diferencia de la concentración de estos dentro de la solución, su recipiente, siendo este ahora una probeta de 250 ml e incluso el monitoreo se realizó cada 10 min durante 2 horas. En lo que respecta a la solución de 200 ml al 3% m/v de fécula de maíz, con un monitoreo de 2 horas, se percibe un aumento continuo en la medida del sedimento, presentando únicamente dos lapsos estacionarios, en la última hora del proceso. Mientras que en la solución de 200 ml al 3% m/v de Carbonato de calcio se observa un aumento en la medida del sedimento bastante continua, aunque la diferencia en algunos tiempos es mínima, únicamente presenta una fase estacionaria justo en la última media hora de su monitoreo. En este último proceso se compara la velocidad de sedimentación entre la solución de 200 ml al 3% m/v de fécula de maíz y carbonato de calcio
