Centrifugación y Centrífugas
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La centrifugación en un proceso de separación que utiliza la acción de la fuerza centrífuga para promover un asentamiento acelerado de partículas en una mezcla sólido-líquido. Las dos fases mayormente distintivas se forman en el recipiente durante la centrifugación: El sedimento Usualmente no tiene una estructura uniforme Encuentre aquí un ejemplo de un depósito de sedimento:
The centrifugate or centrate which is the supernatant liquid. Often clear though sometimes cloudy, due to the presence of very fine colloidal particles that are not readily settled. However it may also contain several phases if the mixture’s interstitial liquid contains element with different densities, such as oils for example. APLICACIÓN EN TRATAMIENTO DE AGUA
Fuerza centrífugaEn un reciente cilíndrico que gira a una velocidad angular w (rad/s) o N (rpm) y contiene un anillo líquido de radio medio R (m), la aceleración centrífuga Fc (m/s) para la cual las partículas son sometidas es: Fc = w2R = 0.011 N2R La fuerza ejercida en una partícula por unidad de peso es expresada por: 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 partícula rl: densidad del líquido intersticial CentrifugasLas centrífugas logran la separación por medio de la fuerza gravitacional acelerada lograda por una rotación rápida. Esto puede ya sea reemplazar la gravedad normal en la sedimentación de la suspensión o proporcionar la conducción de fuerza en la filtración a través de un medio filtrante de algún tipo. La aplicación más común es la separación de sustancias sólidas desde suspensiones altamente concentradas. Utilizado en esta forma para tratamiento de lodo de aguas residuales habilita la deshidratación con la producción de más o menos sedimento consistente dependiendo de la naturaleza del lodo a ser tratado, y el espesamiento acelerado de lodo de baja concentración. PrincipioLa separación es similar en principio a lo logrado en un proceso de separación de gravedad. La fuerza motriz es más alta porque es resultado de la rotación del líquido: en el caso de la sedimentación, donde la fuerza motriz es el resultado de la diferencia en densidad entre las partículas sólidas y el líquido, la separación es lograda con una fuerza de 1000 a 20000 veces la de la gravedad. TiposLa mayoría de centrífugas giran gracias a algunos tipos de impulsión de motor. Los tipos de centrífuga utilizados para sedimentación incluyen: Las centrífugas de sedimentación fueron inventadas para separar sólidos de líquidos y no para la manipulación de sólidos. Pronto se hizo evidente que estas máquinas tenían aplicaciones más amplias, que involucrarían la presencia de impurezas sólidas, destacándose el uso de separación de sólidos desde líquidos. HidrociclónEl dispositivo simple para usar fuerza centrífuga para lograr la separación es el hidrociclón. Realmente no es una centrífuga: la separación centrífuga es producida por el movimiento la lechada, inducido por introducción tangencial del material de alimentación. Su principio de operación está basado sobre el concepto de la velocidad de asentamiento terminal de una partícula sólida en un campo centrífugo. La siguiente imagen describe las condiciones en una operación de hidrociclón. |
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El alimento entra tangencialmente en la sección cilíndrica del hidrociclón y continúa por un camino de circulación con un flujo neto, hacia adentro del fluido, desde el exterior, al buscador de vórtice en el eje. El campo centrífugo generado por las altas velocidades de circulación, crean un núcleo de aire en el eje que usualmente se extiende sobre la espita abriéndose al fondo de la sección cónica a través del buscador de vórtice hacia el desbordamiento en la parte superior. Esto con el fin de que esto ocurra, el campo de fuerza centrífuga debe ser varias veces más grande que la gravitacional. Las partículas que experimentan este campo centrífugo tenderán a moverse hacia afuera en relación con el líquido portador debido a su relativamente alta densidad. Las partículas más grandes y más pesadas migrarán rápidamente a las paredes exteriores de la sección cilíndrica y entonces serán forzadas a moverse hacia abajo al interior de la pared cónica. Las partículas pequeñas, por otro lado, serán arrastradas al interior por el fluido a medida que se mueve hacia el buscador de vórtice. La separación de sólido ocurre en el paso de la suspensión a lo largo del cilindro del hidrociclón, para formar lodo espeso en la pared exterior, que entonces sale del hidrociclón como una corriente continua desde su boquilla de descarga. |
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Centrífuga de Tipo Bowl CámaraLa centrífuga de tipo bowl cámara es un número de bowl tubulares ordenados coaxialmente. Tiene un bowl principal que contiene insertos cilíndricos, los cuales dividen el volumen del bowl en una serie de cámaras anulares que operan en serie. El alimento entra al centro del bowl y la suspensión pasa a través de cada cámara sucesivamente, a distancias incrementadas desde el eje. Los sólidos se establecen en la pared exterior de cada cámara y el líquido clarificador emerge desbordándose por el diámetro más grande de la cámara. Este dispositivo también proporciona una clasificación de los sólidos suspendidos: las partículas gruesas se depositan en la cámara interna y la partícula cada vez más fina se depositan en las cámaras subsecuentes. La remoción de sólidos sedimentados requiere la detención de la rotación para limpieza manual.
Separador de Pila de DiscosEste diseño aún más simple es un bowl cerrado que contiene la pila de discos con cualquier sólido presente colectándose en la parte exterior del bowl, desde el cual tienen que ser removidos manualmente después de detener la rotación. Los sólidos son descargados desde el bowl por un número de métodos, incluyendo el uso básico de boquillas que son abiertas continuamente permitiendo la descarga de un lodo grueso. En los diseños más complicados, las boquillas valvuladas se abren automáticamente cuando la profundidad sólida en el bowl alcanza un cierto valor, y luego se cierra nuevamente cuando la mayoría de los sólidos han sido descargados. En la mayoría de los diseños complejos el bowl está abierto: su caparazón se divide circunferencialmente por un corto periodo, con la abertura también controlada por la profundidad de sólidos en el bowl. |
Centrífuga de Tipo Cesta ImperforadaLa centrífuga de tipo cesta imperforada se usa cuando el sólido, contenido de la suspensión, es alto. Está compuesto por una simple cesta en forma de tambor o bowl, que usualmente gira alrededor de un eje vertical. Los sólidos se acumulan y se comprimen como efecto de la fuerza centrífuga, pero no son deshidratados. El líquido residual es drenado cuando se detiene la rotación del bowl. La capa de sólidos se remueve manualmente por raspado o retirándola con pala. La descarga puede ser lograda primero, de manera semiautomática, usando un tubo desnatador para remover el líquido residual y luego, bajando una hoja de cuchilla dentro del sólido y cortándolo del bowl. Esto permite evitar la desconexión de la máquina.
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Decanter
La centrífuga Decanter es la única centrífuga de sedimentación diseñada desde el comienzo para manejar una concentración significante de sólidos en la suspensión de alimentación. Al mismo tiempo puede lograr muy buenos niveles de clarificación de líquidos concentrados. A pesar de ser una pieza compleja de maquinaria, encarna un principio simple. Esta se compone básicamente de un bowl cilíndrico horizontal (1) que gira a una alta velocidad, con un tornillo de extracción helicoidal (2) ubicado coaxialmente. El tornillo encaja perfectamente en el contorno interno del bowl, solo permitiendo una holgura entre el bowl y el rollo. La velocidad diferencial entre el tornillo y el rollo proporciona el movimiento de transporte para colectar y remover los sólidos, que se acumulan en la pared del bowl.
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El producto por tratar (3) es introducido axialmente en la unidad a través del distribuidor apropiado (4). Es propulsado al espacio del anillo (5) formado por la superficie interna dl bowl y del cuerpo del tornillo. el proceso de separación básicamente toma lugar dentro de la sección cilíndrica del bowl. la velocidad relativa del rollo empuja el producto establecido (6) a lo largo de bowl. El transporte de los sólidos en la longitud del cono habilita al sedimento para pasar fuera de la fase líquida clarificada. A medida que la alimentación es continua, se establece un nivel de líquido (7) en la unidad, continuando con una superficie cilíndrica que constituye la superficie interna del anillo líquido. Una vez los sólidos han pasado fuera del anillo líquido, la sección restante del cono el eyector proporciona el drenaje final: esta sección es conocida como la zona de secado (8). El líquido clarificado (9) es colectado en otro final del bowl, fluyendo a través de los umbrales ajustables (10), que limitan el anillo líquido de la unidad. Una cubierta que permite al líquido clarificado, así como a los sedimentos, ser colectados, protege el rotor. El Decanter opera principalmente por sedimentación, un proceso que causa la separación de sólidos suspendidos por virtud de su densidad, más alta que el líquido en el cual están suspendidos. si la diferencia de densidad es alta, entonces la gravedad puede proporcionar suficiente fuerza motriz para que ocurra la separación en un tiempo razonable. Si la diferencia de densidad es pequeña, o el tamaño de la partícula es muy pequeño, entonces la separación gravitacional tomaría demasiado tiempo y la fuerza de separación debe ser incrementada por la imposición de fuerza centrífuga muchas veces a la de la gravedad sola. VentajasLa principal característica beneficiosa del Decanter es su habilidad para remover sólidos separados desde la zona de separación sobre una base completamente continua. En comparación con:
Las ventajas del Decanter son su amplio rango de uso potencial, junto con su continua operación, su habilidad para aceptar un amplio rango de concentraciones de alimentación, y su disponibilidad en un amplio rango de capacidades de alimentación. AplicacionesEl Decanter centrífuga puede ser usado para la mayoría de los tipos de separación líquido/sólida. Puede ser usado para la clasificación de sólidos en suspensiones líquidas o para la clarificación de líquidos. También puede ser utilizado en la recuperación de un valioso sólido desde su suspensión en el líquido y puede lavar el sólido recuperado desde su licor madre. El Decanter también puede deshidratar lechadas a un alto nivel de secado y puede finalmente ser operado para actuar como espesante, produciendo líquido limpio y mayor concentración de lodos líquidos. Referencias:
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