CENTRIFUGCION

El mejor método para separar un sólido insoluble de un líquido es la filtración. También se puede utilizar la técnica de decantación si el sólido se deposita fácilmente por gravedad en el fondo del recipiente (sedimentación), o si permanece en la superficie del líquido (flotación). Un sólido sedimenta o flota dependiendo de su densidad respecto a la del líquido.

En otras palabras, el sólido experimenta una fuerza ascendente debida al empuje que el líquido ejerce sobre éste, cuya magnitud es igual a la del peso del líquido desplazado por el sólido (principio de Arquímedes). El sólido sedimentará si esta fuerza es inferior a la fuerza que la gravedad ejerce sobre el sólido; en caso contrario, flotará. Si las partículas son muy pequeñas, los procesos de sedimentación o flotación pueden ser extremadamente lentos debido, por un lado, a la resistencia al avance de las partículas provocada por la fricción que se establece entre éstas y las del líquido, y, por otro, a los movimientos aleatorios de las partículas inducidos por las turbulencias térmicas que se generan en el seno del líquido (difusión). En estos casos, hay que recurrir a la centrifugación para separarlas.

Centrifugación y centrifugadores

La centrifugación es un proceso de separación que utiliza la acción de la fuerza centrífuga para promover la aceleración de partículas en una mezcla de sólido-líquido. Dos fases claramente distintas se forman en el recipiente durante la centrifugación:

El centrifugado o el concentrado que es el líquido flotante.

A menudo claro, algunas veces nublado, debido a la presencia de las partículas coloidales muy finas que no se depositan fácilmente. Sin embargo puede también contener varias fases si el líquido intersticial de las mezclas contiene el elemento con diversas densidades, tales como aceites

Fuerza centrifuga

En un recipiente cilíndrico que rota a una velocidad angular w(rad/s) o N (rpm) y contiene un anillo de liquido de un radio significativo R (m), la aceleración centrifuga Fc (m/s) a la que están sometidas las partículas son:

Fc = w2R = 0.011 N2R

La fuerza aplicable a cada partícula por unidad de peso viene expresada como:

Fc = 0.011 N2R (rs – rL) x 1/g = G (rs – rl),

con G = w2R / g = 0.11 N2R / 9.81 = 11.2 x 10-4 N2R

Donde rs : densidad de la partícula

rl : densidad del liquido intersticial

Centrifugadores

Los centrifugadores se encargan de la separación de las partículas mediante fuerza de aceleración gravitacional que se logra gracias a una rotación rápida. Este proceso puede provocar la sedimentación o suspensión de las partículas o puede conseguir la fuerza necesaria para la filtración a través de algún tipo de filtro.

La aplicación mas común es la separación de sustancias sólidas a partir de suspensiones altamente concentrados. Si se usa de esta manera para el tratamiento de las aguas residuales se consigue la deshidratación y creación de sedimento mas o menos consistente dependiendo de la naturaleza del lodo tratado, y la aceleración en concentrar o aumentar el grosor de lodo poco concentrado.

Principio

El método de separación es similar a la separación por gravedad. La fuerza motriz es mayor al ser resultado de la rotación del liquido: en el caso de la sedimentación, donde la fuerza motriz es el resultado entre las diferencias en densidad de las partículas sólidas y liquidas, la separación se logra con una fuerza del orden de 1000 a 20000 veces mayor que la gravedad.

Tipos

La mayoría de los centrifugadores rotan gracias a algún tipo de fuerza motriz. El tipo de centrifugadores para la sedimentación incluyen:

Los centrifugadores de sedimentos fueron inventados para la separación entre líquidos y sólidas y para los solidos no manejables. Pronto se llego a la conclusión de que este tipo de sistemas tiene una gran cantidad de aplicaciones adicionales desde la separación de sólidos e impurezas, hasta la separación de sólidos en líquidos.

Hidrociclones

La manera mas simple de utilizar la fuerza centrifuga para la separación son los hidrociclones. En realidad no es un centrifugador: ya que la separación centrifuga se producida por el movimiento del lodo, inducido por la inyección del material de alimentación de manera tangencial. El principio de operación se basa en el concepto de velocidad terminal de sedimentación de una partícula sólida en un campo centrifugo. El siguiente esquema describe las condiciones de operación de los hidrociclones.

El flujo de entrada entra tangencialmente (inlet) en la sección cilíndrica del hidrociclon que seguirá un camino circular con un flujo revertido de fluido desde afuera al eje del vortice (vortex finder).El campo centrifugo generado por las velocidades tan altas de circulación crearía un cono de aire en el eje que normalmente se extiende hasta la apertura guía (spigot or apex) en la base de la sección cónica (air core) a través del vortice (vortex finder) y hasta la sección de reborde o rebosamiento en la parte superior (overflow).Para que esto ocurra la fuerza centrifuga debe ser mucho mayor que la gravitacional. Las partículas que caen dentro del campo centrifugo tenderán a moverse hacia afuera en función de la mayor densidad. Las mayores, y mas pesadas migran rápidamente a las paredes de fuera de la sección cilíndrica y posteriormente forzadas a caer al interior de la pared cónica. Las partículas pequeñas, serán sin embargo atraídas hacia dentro por el fluido a medida que se mueven hacia el vortice (vortex finder). La separación sólida ocurrirá durante la suspensión a lo largo del recipiente del hidrociclon, de manera que genera lodo denso en la pared mas externa, que permite el flujo continuo del hidrociclon en la boquilla de retraso.

Campana tubular centrifuga

La campana tubular centrifuga ha sido usado durante mucho tiempo antes que otros sistemas de centrifugación. Se basa en simple geometría: su diseño consiste en un tubo, cuyo largo es de varias veces su diámetro que rotan entre apoyos a cada lado. El flujo del proceso entra en el fondo del centrifugador (feed suspension) y altas fuerzas centrifugas separan los sólidos que se adhieren a las pareces de la campana, mientras la fase liquida sale en la parte superior del centrifugador.

Debido a que este sistema carece de rechazo de sólidos, los sólidos solo se pueden eliminar parando el funcionamiento del aparato, desmontándolo y arrastrando o lavando los sólidos manualmente.

Estos centrifugadores campana tubular tienen capacidad de deshidratación, pero capacidad limitada de separación de sólidos. La espuma generada puede suponer un problema a no ser que se utilicen skimmer especiales o bomba centrípeta.

Cámaras-campana de centrifugación

Las cámaras- campana de centrifugación consiste en un numero de campanas tubulares organizadas de manera co-axial. Consiste en una campana principal que tienen divisiones cilíndricas insertadas que separan el volumen de la campana en una serie de cámaras anulares que operan en serie. El flujo de alimentación entra en el centro de la campana y la suspensión pasa a través de las distintas cámaras, que van aumentado la distancia del eje. Los sólidos sedimentan en las partes externas en las paredes de las cámaras y el liquido limpio se extrae mediante rebosamiento en la cámara de mayor diámetro. El sistema también supone una clasificación de sólidos en suspensión: las partículas principales se depositen en la cámara interior y las partículas finas en las cámaras subsecuentes. La eliminación de los sólidos sedimentadles necesita la parada de la rotación para su limpieza manual.

Centrifugador de cesta imperforada

Se usa cuando el contenido de sólidos en suspensión es muy alto. Consiste simplemente en una cesta o campana tambor, que normalmente rota en torno a un eje vertical. Los sólidos se acumulan y comprimen debido a la fuerza centrifuga pero no son deshidratados. El liquido residual drena al parar la rotación. la capa de sólidos se remueve manualmente mediante cepillado o retirada con pala. La descarga se puede conseguir mediante un skimmer y tubería para remover el liquido residual y después mediante la aplicación de una pala-cuchillo para cortar el sólido formado. Esto evita la parada del sistema para su limpieza.

Separador de discos

El diseño mas limpio se basa en una cámara cerrada que contiene una pila de discos, donde cualquier sólido recogido en la parte externa de la cámara, desde donde se retiraran manualmente al parar la rotación. Los sólidos son extraídos de la cámara mediante una serie de métodos incluidos las boquillas, que se abren continuamente, y que permiten la retirada de lodo denso. En otros diseños mas complicados boquillas con válvulas se abren automáticamente cuando la profundidad del sólido en la amara alcanza cierto valor, y luego se cierra cuando los solidos han sido extraídos. El diseño mas complicado, consiste en una cámara abierta: donde las carcasas de la cámara se separan de manera circunferencial durante un corto periodo de tiempo, en donde esta apertura también viene condicionada por la profundidad de los sólidos en la cámara.

Decantador

El

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