Mecánica de fluidos
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Mecánica de fluidos. TEMA 5 OPERACIONES DE SEPARACION SOLIDO-FLUIDO BASADAS EN EL FLUJO DE FLUIDOS. Autores: I. Martin; R. Salcedo.

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Presentation Transcript


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.


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.


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


Filtración de torta

Ley de Darcy


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


Tortas compresibles

es

as varían en su longitud y durante todo el proceso

M

u+

MUY COMPLICADO

Se ajusta a INCOMPRESIBLE


Equipos filtración de torta (I)

  • Filtros prensa (platos y marcos)

  • Operan en Dp+ constante

  • Unos en operación, otros limpieza


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


Equipos filtración de torta (II)

  • Filtros de tambor

θ


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


Ultrafiltración

  • Flujo cruzado. No se acumulan sólidos en el medio filtrante

  • Utiliza membranas

Poros (nm)


SEDIMENTACION


Sedimentación discontínua

Suspensión inicial de concentración inicial Cso. No forma flóculos


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


Sedimentación discontínua

Suspensión inicial de concentración inicla Cso. No forma flóculos

A

B

B

C

D


Sedimentación discontínua

Suspensión inicial de concentración inicla Cso. No forma flóculos

A

A

B

B

B

C

C

D

D


Sedimentación discontínua

Suspensión inicial de concentración inical Cso. No forma flóculos

A

A

A

B

B

B

C

C

D

C

D

D


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


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


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


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


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


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.


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


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:


H

tiempo

Teoría de Kynch (1952)Suspensiones imcompresibles

Línea Característica: Trayectoria que sigue la capa

de fracción de sólidos esa

Ha

ta


H

tiempo

Teoría de Kynch (1952)Suspensiones imcompresibles

Ho

Hz

Ha

ta


Para el diseño

Experimentación previa en discontínuo

Sedimentadores contínuos

es crítica, tiempo crítico, da, AVI.


Sedimentadores contínuos

Dorr- Oliver


Sedimentadores contínuos

Rectangular


Sedimentadores contínuos

Lamelar


Centrifugación


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


Filtración con centrifugación


Sedimentación con centrifugación


Clasificación y separación neumática de sólidos


Clasificación neumática


Separación neumática. Ciclones

Entrada a 15-30 m/s

Muy efectivo de hasta 20 mm


Separación neumática. Ciclones


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