FILTRACIN

FILTRACIN DE LA SEMOLAI. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente la resistencia especifica de la torta () y diferentes valores de presin (P). Determinar experimentalmente la resistencia especifica del medio filtrante (Rm) a diferentes valores de presin (P). Determinar experimentalmente el coeficiente de comprensibilidad de la torta.

II. FUNDAMENTOEn la filtracin, las partculas suspendidas en un fluido, ya sea lquido o gas, se separan mecnica o fsicamente usando un medio poroso que retiene las partculas en forma de fase separada que permite el paso del filtrado sin slidos. La filtracin es una operacin bsica que consiste en la separacin de slidos finamente divididos del lquido en que estn suspendidos. Para ello se utilizan medio filtrante que es permeable al lquido, reteniendo los slidos de la suspensin. En realidad la filtracin es una operacin compleja que puede ser analizada simplemente en funcin de una variable, sin tener en cuenta la influencia de las dems.Las filtraciones comerciales cubren una amplia gama de aplicaciones. El fluido puede ser un gas o un lquido. Las partculas slidas suspendidas pueden ser muy finas (del orden de micrmetros) o bastante grandes, muy rgidas o plsticas, esfricas o de forma muy irregular, agregados o partculas individuales. El producto valioso puede ser el filtrado sin slidos o la torta slida. En algunos casos, se requiere una eliminacin completa de las partculas slidas y en otros, basta con una eliminacin parcial.La alimentacin o suspensin de entrada puede contener una gran carga de partculas slidas o una proporcin baja. Cuando la concentracin es mnima, los filtros operan por tiempos muy largos, antes de que sea necesario limpiar el medio filtrante. Debido a la gran diversidad de problemas de filtracin, se ha desarrollado un enorme nmero de equipos de filtracin. En esta prctica se ver que a medida que la resistencia al flujo aumenta la torta crece.Todo equipo de filtracin, independientemente de su diseo, debe de suministrar un soporte para el medio filtrante, un espacio para la acumulacin de slidos, canales para alimentar el pre-filtrado y para retirar el filtrado, y un medio para inducir el flujo del filtrado a travs del filtro. 1. FILTRACIN En la filtracin se establece una diferencia de presin que hace que el fluido fluya a travs de poros pequeos que impiden el paso, de las partculas slidas las que a su vez, se acumulan sobre la tela como torta porosa. El problema general de la separacin de partculas slidas de lquidos se puede resolver usando gran diversidad de mtodos, dependientes del tipo de slido, de la proporcin de slido a lquido en la mezcla, de la viscosidad de la solucin y de otros factores.El equipo industrial de filtracin difiere del de laboratorio nicamente en lo que respecta a la cantidad de materia que se maneja y en la necesidad de operar a costos bajos. En la figura 1, se muestra un aparato de filtracin tpico del laboratorio, que es un embudo de Bchner. El flujo del lquido a travs de la tela o papel filtro se produce debido al vaco en el extremo de salida. La suspensin consta del lquido y las partculas suspendidas. Las pequeas aberturas de los poros de la tela bloquean el paso de las partculas. Se usa un soporte con orificios bastante grandes, sobre el cual se apoya la tela filtrante. Las partculas slidas se acumulan en forma de una torta de filtrado a medida que se verifica el proceso.

Figura 1. Aparato de filtracin de laboratorio.En la Figura 1, se va a considerar el tipo ordinario de filtracin en el que se usa una diferencia de presin para forzar al lquido a travs de filtro de tela y de la torta que se acumula.

La filtracin es una operacin bsica, muy utilizada en la industria qumica, consistente en la separacin de partculas slidas de una suspensin mediante un medio filtrante que deja pasar el lquido y retiene el slido. Las partculas slidas retenidas sobre el medio filtrante van formando un lecho poroso, a travs del cual circula el fluido, denominado torta filtrante (figura l).

Figura 2. Principio de filtracin.

Por lo general, los poros del medio filtrante tendrn una forma tortuosa y sern mayores que las partculas que deben separarse, operando el filtro de forma eficaz nicamente despus de que un depsito inicial haya sido retenido en el medio. A medida que avanza el proceso de filtracin aumenta el espesor de la torta por lo que la resistencia al paso de fluido es cada vez mayor, pudindose llevar a cabo la operacin de las siguientes formas:

Filtracin a presin constante: El caudal disminuye con el tiempo. Filtracin a caudal constante: La presin aumenta al avanzar la filtracin.

Los volmenes de las suspensiones a tratar variarn desde grandes cantidades que aparecen en la depuracin del agua y en el tratamiento de minerales en la industria minera, hasta cantidades relativamente pequeas de la industria qumica, en la que la variedad de slidos ser considerable. En la mayor parte de casos en la industria qumica lo que interesa son los slidos, siendo sus propiedades fsicas y tamao de gran importancia. Los filtros tambin son muy variados: la eleccin del ms adecuado as como de las condiciones ptimas de operacin, son funcin de diversos factores entre los que cabe destacar los siguientes:

Las propiedades del fluido, especialmente viscosidad, densidad y propiedades corrosivas. La naturaleza del slido: tamao y forma de las partculas, distribucin de tamaos y caractersticas del relleno. La concentracin de los slidos en la suspensin a filtrar. La cantidad de material a tratar y su valor. Si el producto que interesa es el slido, el fluido o ambos. Caudal de suspensin a tratar. Necesidad de lavado del slido filtrado.

La filtracin es, esencialmente, una operacin mecnica, que no requiere una gran cantidad de energa. En la operacin tpica mostrada en la Figura 1, se establece gradualmente una torta sobre el medio filtrante, incrementndose progresivamente la resistencia al flujo. En los instantes iniciales de la operacin se depositan partculas en las capas superficiales del soporte, formndose el medio filtrante. Los factores ms importantes de los que depende la velocidad de filtracin son, por lo tanto:

- La cada de presin desde la alimentacin hasta el lado ms lejano del medio filtrante. - El rea de la superficie filtrante. - La viscosidad del filtrado. - La resistencia de la torta filtrante. - La resistencia del medio filtrante y de las capas iniciales de torta.

El tipo de filtracin descrito anteriormente se denomina Filtracin por torta: en ella la proporcin de slidos en la suspensin es elevada y la mayor parte de las partculas se recogen en la torta filtrante que posteriormente se separa del medio.

Al obtener esta ecuacin se ha supuesto que la porosidad es constante sobre toda la torta. Esto no ser siempre cierto ya que el espesor de la torta depende de la naturaleza del soporte (incluyendo geometra y estructura de la superficie) y de la velocidad de deposicin de las partculas.

2. TIPOS DE EQUIPOS DE FILTRACIN2.1. Clasificacin de los filtros. Los filtros se clasifican dependiendo de que la torta de filtrado sea el producto deseado o bien el lquido transparente. En cualquier caso, la suspensin puede tener un porcentaje de slidos relativamente alto, lo que conduce a la formacin de una torta, o a tener muy pocas partculas en suspensin.Los filtros tambin se clasifican de acuerdo con su ciclo de operacin: por lotes, cuando se extrae la torta despus de cierto tiempo, o de manera continua, cuando la torta se va extrayendo a medida que se forma. En otra clasificacin, los filtros pueden ser de gravedad, donde el lquido simplemente fluye debido a la presencia de una carga hidrosttica, o bien se puede usar presin o vaco para incrementar la velocidad de flujo. Un mtodo de clasificacin muy importante se basa en la colocacin mecnica del medio filtrante. La tela filtrante puede estar en serie, en forma de placas planas encerradas, como hojas individuales sumergidas en la suspensin, o sobre cilindros giratorios que penetran en la suspensin.

2.2. Lecho de filtracin. El tipo ms sencillo de filtro es el de lecho, que se muestra de manera esquemtica en la Figura 3. Este tipo es til principalmente en casos en los que pequeas cantidades relativas de slidos se separan de grandes cantidades de agua y se clarifica el lquido. Con frecuencia, las. capas inferiores se componen de piezas burdas de grava que descansan sobre una placa perforada o ranurada. Por encima de la grava hay arena fina que acta como el medio de filtracin real. El agua se introduce en la parte alta del lecho sobre un deflector que dispersa el agua. El lquido clarificado se extrae de la parte inferior. La filtracin continua hasta que el precipitado, esto es, las partculas filtradas, obstruyen el lecho de arena y la velocidad de flujo resulta demasiado baja. Entonces se suspende el flujo y se introduce agua en direccin contraria lavar el filtro y arrastrar el slido. Este aparato slo se puede usar con precipitados que no se adhieran con firmeza a la arena y que se desprendan con facilidad con un retrolavado. Para la filtracin del suministro de agua municipal, se usan filtros de tanques abiertos.

Figura 3. Lecho de filtracin de partculas slidas.2.3. Filtros prensa de placas y marcos. Uno de los tipos de filtros ms importantes es el filtro prensa de placas y marcos, que se muestra en la Figura 4a. Estos filtros consisten de placas y marcos alternados con una tela filtrante a cada lado de las placas, Las placas tienen incisiones con forma de canales para drenar el filtrado en cada placa. La suspensin de alimentacin se bombea en la prensa y fluye a travs del conducto al interior de cada uno de los marcos abiertos, de manera que va llenando los espacios vacos. El filtrado fluye entre la tela filtrante y la superficie de la placa, a travs de los canales y hacia el exterior, mientras los slidos se acumulan como torta en los marcos. La filtracin contina hasta que los marcos quedan completamente llenos de slidos. En la Figura 4a, todas las salidas de descarga comunican a un cabezal comn. En muchos casos, el filtro prensa tiene una descarga abierta individual para cada marco, que permite una inspeccin visual para verificar la transparencia del lquido filtrado. Si una de las salidas descarga lquido turbio debido a una perforacin de la tela o a otras causas, se puede cerrar por separado y continuar con la operacin. Cuando los espacios estn totalmente llenos, las placas y los marcos se separan y se extraen las tortas. Despus se vuelve a armar el filtro y se repite el ciclo. Si se desea lavar la torta, sta se deja en los marcos y se procede a un lavado transversal, como se muestra en la Figura 4b. En este tipo de prensa existe un canal aparte para la entrada del agua de lavado, que penetra a la unidad y a las placas a travs de aberturas situadas detrs de las telas filtrantes, en placas alternadas. El agua de lavado fluye a travs de la tela, pasa por la totalidad de la torta (no por una mitad, como en la filtracin), a travs de la tela filtrante, del otro lado de los marcos, y por ltimo, pasa al canal de descarga. Ntese que la Figura 4b, ilustra dos tipos de placas: las que tienen conductos para admitir el agua de lavado por detrs de la tela filtrante, y las que estn alternadas con las anteriores y carecen de dichos conductos. Las prensas de placas y marcos presentan los inconvenientes comunes a todos los procesos por lotes. El costo de mano de obra para extraer las tortas y volver a ensamblar la unidad, ms los costos fijos por tiempos muertos, pueden constituir una porcin muy elevada de los costos totales de operacin. Algunos modelos modernos de prensas de placas y marcos tienen un juego duplicado de marcos montados en un eje giratorio. Mientras se usa la mitad de los marcos, la otra mitad se descarga y se limpia, lo que reduce los costos de mano de obra. Existen tambin sistemas automatizados que se han aplicado a estos tipos de filtros. Los filtros prensa se usan en los procesos por lotes pero no se pueden emplear para procesos de alto rendimiento. Se manejan con facilidad, son verstiles y de operacin flexible y se pueden utilizar a altas presiones si es necesario, con soluciones viscosas o cuando la torta de filtro tiene una gran resistencia.

Figura 4. Diagramas de filtros prensa de placas y marcos: a) Filtracin de uno suspensin con descarga cerrada, b) Lavado de una prensa con descarga abierta.2.4. Filtros de hojas. El filtro prensa es til para muchos propsitos pero no es econmico para el manejo de grandes cantidades de lodos, ni para el lavado eficiente con cantidades pequeas de agua. El agua de lavado suele formar canales en las tortas y se requieren grandes volmenes de lquido. El filtro de hojas que se muestra en la Figura 5, se acondicion para grandes volmenes de suspensin y un lavado ms eficiente. Cada hoja es un marco hueco de alambre cubierto con un saco de tela filtrante. Estas hojas se cuelgan en paralelo en un tanque cerrado. La suspensin entra al tanque y la presin llega a la tela filtrante, donde la torta se deposita ene1 exterior de la hoja. El filtrado fluye por el interior del marco hueco hacia un cabezal de descarga y el lquido de lavado sigue la misma trayectoria de la suspensin, De esta forma, el lavado resulta ms eficiente que en los filtros prensa. Para extraer la torta se abre la coraza del tanque. Algunas veces se hace pasar una corriente de aire a travs de las hojas en direccin contraria para ayudar a desprender la torta. Cuando el material valioso no es el slido, se pueden usar chorros de agua a presin para desprenderlo y eliminarlo sin necesidad de abrir el filtro.Los filtros de hoja tambin presentan la desventaja de la operacin por lotes. Se pueden automatizar para el ciclo de filtracin, lavado y limpieza, pero su funcionamiento es cclico, por lo cual se usan para procesos por lotes y de produccin relativamente modesta.

Figura 5. Filtro de hojas2.5. Filtros rotatorios continuos. Los filtros de placas y marcos y los de hojas tienen las desventajas tpicas de los procesos intermitentes y no se pueden usar para procesos de gran capacidad. Existen varios filtros de tipo continuo disponibles, los cuales se analizan en seguida.

Filtro rotatorio continuo de tambor al vaco. El filtro rotatorio continuo al vaco que se ilustra en la figura 6; filtra, lava y descarga la torta con un rgimen continuo. El tambor cilndrico se recubre de un medio filtrante adecuado, se hace girar, y una vlvula automtica en el centro sirve para activar las funciones de filtrado, secado, lavado y descarga de la torta del ciclo de operacin. El filtrado sale por el eje del filtro. La vlvula automtica permite la salida independiente del filtrado y lquido de lavado. Adems, cuando es necesario, se puede usar una conexin para un retrosoplado de aire comprimido poco antes de la descarga, para ayudar que el raspador de cuchilla desprenda la torta. El diferencial mximo depresin para el filtro al vaco es de slo 1 atm. Por consiguiente, este modelo no es adecuado para lquidos viscosos o lquidos que deben estar encerrados. Si el tambor se encierra en una coraza, se pueden usar presiones superiores a la atmosfrica. Sin embargo, el costo de un equipo de presin es de cerca del doble del de un filtro rotatorio de tambor al vaco. Los procesos modernos de alta capacidad utilizan filtros continuos. Las ventajas importantes son que los procesos son continuos y automatices y los costos de mano de obra son relativamente bajos. Sin embargo, la inversin inicial es relativamente alta.

Figura 6. Diagrama esquemtico de un filtro continuo de tambor rotatorio

Filtro de disco rotatorio continuo. Este filtro consta de discos verticales concntricos montados en un eje horizontal rotatorio. El filtro opera con el mismo principio que el filtro rotatorio de tambor al vaco. Todos los discos estn huecos y cubiertos con un filtro de tela que se sumerge parcialmente en la suspensin. La torta se lava, se seca y se descarga raspndola cuando el disco est en la seccin superior de su rotacin. El lavado es menos eficiente que con el filtro de tambor rotatorio. Filtro horizontal rotatorio continuo. ste es un filtro al vaco cuya superficie filtradora anular rotatoria est dividida en sectores. Conforme el filtro horizontal gira recibe suspensin, luego se lava, se seca y se le quita la torta. La eficiencia del lavado es mejor que con el filtro de disco rotatorio. Se usa mucho en procesos de extraccin de minerales, lavado de pulpas y otros procesos de gran capacidad.

3. FACTORES EN LA FILTRACIN:

a) Naturaleza de los slidos. La filtracin involucra la separacin de slidos compresibles e incompresibles, partculas deformables o rgidas de diferentes concentraciones y tamaos, que al depositarse en el medio filtrante, formaran capas de slidos (torta).

b) El medio filtrante. Lo fundamental en cualquier filtro es el medio filtrante cuyas caractersticas dependen del material del que se fabrica y de las tcnicas empleadas en su elaboracin, su seleccin se realiza tomando en cuenta los siguientes puntos: Tamao mnimo de partcula retenida Permeabilidad o resistencia al flujo Relacin entre oclusin del medio o incremento de resistencia al flujo Resistencia al calor, a la accin de productos qumicos, a la abrasin, flexin y rotura. Estabilidad dimensional Facilidad de limpiezaTipos de medios filtrantes: Telas metlicas, telas naturales o sintticas, placas de asbesto o celulosa, hojas de papel o fibra de vidrio, slidos sueltos etc.El medio para filtraciones industriales debe tener ciertas caractersticas. La primera y ms importante es que permita separar los slidos de la suspensin y producir un filtrado transparente. Adems, los poros no se deben obstruir con facilidad para que la velocidad del proceso no sea demasiado lenta. El medio filtrante debe permitir la extraccin de la torta sin dificultades ni prdidas. Obviamente, debe tener una resistencia suficiente para no rasgarse y no ser afectado por los productos qumicos presentes. Algunos medios filtrantes de uso comn son telas gruesas de loneta o sargas, tejidos pesados, fibra de vidrio, papel, fieltro de celulosa, telas metlicas, de lana, de nylon, de dacrn y otros tejidos sintticos. Las fibras de hilacha de materiales naturales, son ms eficaces para partculas finas que las fibras plsticas o metlicas. Algunas veces, el filtrado sale un poco lechoso al principio, antes de que se depositen las primeras capas de partculas que ayudan al filtrado subsecuente. El filtrado se puede recircular para una nueva filtracin.El filtro ayuda : Material finamente dividido que no se comprime por la presin que ejerce el lquido al pasar por este tipo de materiales, se agrega a suspensiones que presentan problemas a la filtracin por falta de compresibilidad y tamao muy pequeo de partcula. Un filtro ayuda debe ser inerte, ligero y debe formar una torta porosa; son ejemplo el carbn activado, pulpa de papel, tierra de diatomeas etc. En algunos casos se usan ayudas de filtracin para acelerar el proceso. Por lo general, son tierras diatomceas, que estn constituidos principalmente por slice no compresible. Tambin se usa celulosa de madera, asbesto y otros slidos porosos inertes. Estas ayudas de filtracin se pueden usar de diferentes maneras; por ejemplo como recubrimiento previo antes de filtrar la suspensin, el cual impide que los slidos de tipo gelatinoso obstruyan el medio filtrante y permite obtener un filtrado ms transparente. Tambin se pueden aadir a la suspensin antes de la filtracin. Esto aumenta la porosidad de la torta y reduce su resistencia durante el proceso. En un filtro rotatorio, la ayuda de filtracin se puede aplicar como recubrimiento previo y durante la operacin se desprende junto con la torta. El uso de ayudas de filtracin suele estar limitado a los casos en que la torta es el material que se descarta, o cuando el precipitado se puede separar de ellas por medios qumicos.

c) La fuerza impulsora. La separacin de los slidos contenidos en un fluido es mediante una fuerza impulsora, de acuerdo a ella los filtros se clasifican en:

Filtros por gravedad. La fuerza impulsora es la presin de la columna de lquido sobre el medio filtrante, un ejemplo es el filtro de arena abierto. Filtros a vaco. La fuerza impulsora es la succin del lado de la salida del filtrado por medio de vaco, operan en forma cclica y continua son ejemplos el filtro de hojas, el filtro de tambor rotatorio. Filtros a presin. La fuerza motriz es la presin dada por la fuerza motriz, un ejemplo es el filtro de placas y marcos o filtro prensa, donde el nmero de placas y marcos varia con la capacidad del filtro, es un filtro intermitente. Filtros centrfugos. La fuerza impulsora es la centrfuga se usan para separar slidos de tamao de partcula muy pequea o de suspensiones diluidas.

4. ECUACIONES DE FILTRACIN PARA PROCESOS A PRESIN CONSTANTE 4.1 Ecuaciones bsicas para la velocidad de filtracin en los procesos por lotes. Con frecuencia, las filtraciones se llevan a cabo en condiciones de presin constante. La ecuacin anterior se puede invertir y reordenar para obtener:

(1)Donde se da en s/m6 (s/pie6) y B en s/m3 (s/pie3). (s/m6) (2) (s/m3) (3)

Donde: : Volumen del filtrado : A presin constante, diferencial del tiempo respecto al filtradoA : rea circular del embudo Bchner Cs: Concentracin

4.2 Ecuaciones para encontrar las resistenciasy = a + bxResistencia Especfica de la Torta

Resistencia especifica del Medio Filtrante

S: Coeficiente de Comprensibilidad

III. MATERIALES Y MTODOSMATERIALESBiolgico: SEMOLA AguaMateriales de Laboratorio: Licuadora 1 kitasaco Embudo Bchner Papel filtro Algodn Bomba al vaco Botella de vidrio Jebe Cuchillo Mangueritas delgadas Balanza Analtica.

MTODOSPreparacin de las muestras de pia Lavar las pias y cortar las coronas de cada una de las pias. Se procede a cortar cada una de las pias en pedazos en forma de rectngulos o cuadrados Los pedazos o cortes de la pia se pone a una licuadora y se procede a licuar. Se llena en un depsito el jugo de la pia y se procede a pesar en la balanza analtica, para luego hacer una dilucin (si se pesa 1Kg se aade 1Kg de agua). La proporcin conseguida debe de estar en un litro y debemos separar en tres muestras para hacer en diferentes concentraciones de presiones. No olvidar que la proporcin de agua aadida al jugo de pia de pia debe ser de 1 a 1.

Toma de datos Montar el equipo de filtracin Llenar el embudo con la suspensin y aadir regularmente la solucin de pia preparada, procurando que siempre haya suspensin en l. Poner el cronmetro en marcha en el momento que caiga la primera gota, y anotar el tiempo cada 30 segundos de filtrado. Conectar el vaco y regular la diferencia de presin. Cuando se haya llenado la probeta se desconecta el vaco, se recoge la torta y se coloca en una placa petri y se pesa (peso de la torta hmeda) Repetir la experiencia para diferentes presiones (bueno en nuestro caso solo tomamos a una sola presin por cuestiones del equipo que no se contaba).

Figura 7. Esquema de filtracin

IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES

Tabla1. Datos de tiempo y volumen de los experimentos de filtrado.

V(m3)t(s)dt(s)dV(m3)dt/dV(s/m3)V prom.(m3)

0.00003730300.000037810810.81080.0000185

0.000072260300.0000352852272.72730.0000546

0.000098790300.00002651132075.4720.00008545

0.0001235120300.00002481209677.4190.0001111

0.0001498150300.00002631140684.4110.00013665

0.000178180300.00002821063829.7870.0001639

0.000198210300.0000215000000.000188

0.0002161240300.00001811657458.5640.00020705

0.0002297270300.00001362205882.3530.0002229

0.0002434300300.00001372189781.0220.00023655

Figura 8. Volumen promedio (m3) vs. dt/dV(s/m3)

Tabla 2. Resistencia especifica de la torta (), la resistencia especfica del medio filtrante (Rm). Wtorta(kg)0.07104

Volumen total filtrado(m3)0.0004164

rea0.00636174

1.68

(m/Kg)1.00153E+11

Rm (m-1)1.45507E+11

Cs (kg/m3)170.6051873

Segn Ramalho (1996), Los valores de resistencia especfica de la torta y del medio filtrante, se evalan a partir de la pendiente y la interseccin de la recta con las ordenadas respectivamente. La resistencia especfica tiene gran utilidad para comparar las caractersticas de filtrabilidad de distintos lodos y determinar las necesidades de coagulacin para producir una torta que ofrezca resistencia mnima. Es de este modo que en la prctica mediante el jugo de pia los valores de (m/Kg) y Rm (m-1) se evaluaron a partir de los datos de la pendiente b= 379229 y la interseccin de 7E+09, de esta manera podemos comparar las caractersticas de filtrabilidad del jugo de pia para producir una torta que ofresca resistencia mnima, que en nuestro caso fue de Rm (m-1) = 1.45507E+11.Segn Weber (2003), cuando se trata de filtracin a presin constante, se midi el volumen de filtrado y el tiempo transcurrido. La cada total de presin disponible se aplica a travs del filtro durante el ciclo del mismo. Al empezar el ciclo del filtro, la permeabilidad del mismo es alta y el caudal de filtracin es muy elevado. A medida que el filtro se obstruye con los slidos, su permeabilidad disminuye, y dado que la cada de presin permanece constante, el caudal disminuye.Comprando lo dicho por Weber (2003), observamos en la Tabla 1 que el volumen del filtrado iba aumentando al pasara el tiempo, en una presin constante. Al igual observamos que el Volumen promedio al pasar el tiempo iba en aumento de un inicio tener un 0.0000185 a 0.00020705 m3, diferencial de tiempo y volumen iba aumento de un 810810.8108 s/m3 a 1657458.564 s/m3 lo cual contrasta con el autor y se pude apreciar en la figura 8.Segn Geankoplis, (2002); la alimentacin o suspensin de entrada puede contener una gran carga de partculas slidas o una proporcin baja. Cuando la concentracin es mnima, los filtros operan por tiempos muy largos, antes de que sea necesario limpiar el medio filtrante. Debido a la gran diversidad de problemas de filtracin, se ha desarrollado un enorme nmero de equipos de filtracin. A medida que la resistencia al flujo aumenta la torta crece.Comparando lo dicho por Geankoplis, (2002); vemos que la resistencia aumenta cuando la torta crece debido a que su concentracin es mnima y los filtros operarn por 270 segundos.

Segn Aranceta (2006); el volumen promedio de un jugo va disminuyendo a medida que aumenta el tiempo. Comparando lo dicho por Aranceta en la Tabla 1 vemos que el volumen promedio va disminuyendo a medida que pasa el tiempo, esto se debe que en el inicio las partculas estn dispersas y al pasar el tiempo las partculas se irn al fondo e impedirn la entrada. Del mimo modo se observa en la figura 8 donde vemos que disminuye el volumen promedio el diferencial de tiempo y volumen va aumentando.

V. CONCLUSIONES

Se determin experimentalmente la resistencia especifica de la torta () en un solo valor de presin. Se determin la resistencia especfica del medio filtrante (Rm) a un solo valor de presin. No se determin el coeficiente de comprensibilidad de la torta, debido a que no realizamos la prctica a diferentes valores de presin (P).

VI. RECOMENDACIONES

Medir adecuadamente el tiempo, mediante la ayuda de un cronmetro. Pesar adecuadamente en una balanza analtica las muestras, para no generar mala toma de datos. Obedecer las instrucciones por parte del docente.

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICASRAMALHO, R. (1996). Tratamiento de aguas residuales. Ed. Reverte, Barcelona.WEBER, W. (2003). Control de calidad del agua Procesos fisicoqumicos. Ed. Reverte,, Espaa.GEANKOPLIS C. (2002). Procesos de transporte y operaciones unitarias, editorial continental, 2002.ARANCETA, J. (2006). Frutas, Verduras y Salud. Elsevier Espaa, 2006 - 268 pginas

VIII. ANEXOS

Lavado de la Pia Corte de la pia

Licuado para obtener el jugo de pia Obtencin del jugo de pia con mezcla con agua

Obtencin del volumen del filtrado Obtencin de Torta con algodn

FILTRACIN

Laboratorio N04:

Alumna: Martnez Saldaa, Yurico Elizabeth

LABORATORIO N 04: SEDIMENTACINI. INTRODUCCINLa sedimentacin es la operacin unitaria que consiste en separar por accin de la gravedad, un slido finamente dividido del lquido en el que esta suspendido. Como resultado de este proceso se obtiene un lquido claro (exento o con muy bajo contenido de slidos) y una pasta ms o menos espesa con un elevado contenido en slidos. La sedimentacin es, en esencia, un fenmeno netamente fsico y constituye uno de los procesos utilizados en el tratamiento del agua para conseguir su clarificacin. Est relacionada exclusivamente con las propiedades de cada de las partculas en el agua. Cuando se produce sedimentacin de una suspensin de partculas, el resultado final ser siempre un fluido clarificado y una suspensin ms concentrada. A menudo se utilizan para designar la sedimentacin los trminos de clarificacin y espesamiento. Se habla de clarificacin cuando hay un especial inters en el fluido clarificado, y de espesamiento cuando el inters est puesto en la suspensin concentrada.II. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente la velocidad de sedimentacin de jugo de manzana a diferentes concentraciones.

III. FUNDAMENTO TERICO

SEDIMENTACIN.La sedimentacin es una operacin unitaria consistente en la separacin por la accin de la gravedad de las fases slida y lquida de una suspensin diluida para obtener una suspensin concentrada y un lquido claro.La sedimentacin remueve las partculas ms densas, mientras que la filtracin remueve aquellas partculas que tienen una densidad muy cercana a la del agua o que han sido suspendidas y, por lo tanto, no pudieron ser removidas en el proceso anterior.Existen tres tipos de sedimentacin: discreta, con floculacin y por zonas. Esta operacin unitaria puede llevarse a cabo de forma continua o intermitente. Los sedimentadores industriales, operan normalmente en rgimen continuo.A. TIPOS DE SEDIMENTACIN.Se pueden distinguir dos tipos de sedimentacin, atendiendo al movimiento de las partculas que sedimentan: Sedimentacin libre: se produce en suspensiones de baja concentracin de slidos. La interaccin entre partculas puede considerarse despreciable, por lo que sedimentan a su velocidad de cada libre en el fluido. Sedimentacin por zonas: se observa en la sedimentacin de suspensiones concentradas. Las interacciones entre las partculas son importantes, alcanzndose velocidades de sedimentacin menores que en la sedimentacin libre. La sedimentacin se encuentra retardada o impedida. Dentro del sedimentador se desarrollan varias zonas, caracterizadas por diferente concentracin de slidos y, por lo tanto, diferente velocidad de sedimentacin. En la Figura 1 se representa el proceso de sedimentacin por zonas en una probeta. Este proceso consta de las siguientes etapas: en un principio el slido, que se encuentra con una concentracin inicial x0 (figura 1a), comienza a sedimentar (figura 1b), establecindose una interfase 1 entre la superficie de la capa de slidos que sedimentan y el lquido clarificado que queda en la parte superior (zona A). La zona por debajo del lquido clarificado se denomina zona interfacial (zona B). La concentracin de slidos en esta zona es uniforme, sedimentando toda ella como una misma capa de materia a velocidad constante Vs. Esta velocidad de sedimentacin puede calcularse a partir de la pendiente de la representacin de la altura de la interfase 1 frente al tiempo, tal y como se muestra en la figura 2. Simultneamente a la formacin de la interfase 1 y de la zona interfacial, se produce una acumulacin y compactacin de los slidos en suspensin en el fondo de la probeta, dando lugar a la denominada zona de compactacin (zona D). En esta zona la concentracin de slidos en suspensin es tambin uniforme y la interfase que bordea esta zona, interfase 2, avanza en sentido ascendente en el cilindro con una velocidad constante V. Entre la zona interfacial y la zona de compactacin se encuentra la zona de transicin (zona C). En esta zona la velocidad de sedimentacin de los slidos disminuye debido al incremento de la viscosidad y de la densidad de la suspensin, cambiando la concentracin de slido gradualmente entre la correspondiente a la zona interfacial y la de la zona de compactacin. Las zonas de compactacin e interfacial pueden llegar a encontrarse, producindose la coalescencia de las dos interfases anteriormente citadas, en el denominado momento crtico tc, desapareciendo la zona de transicin (figura 1c). En este momento el slido sedimentado tiene una concentracin uniforme Xc o concentracin crtica, comenzando la compactacin y alcanzndose, posteriormente, la concentracin final Xu (figura 1d).

Figura 1. Proceso de Sedimentacin por zonas.La velocidad de sedimentacin en el momento tc corresponde a un valor Vc dado por la pendiente de la tangente a la curva de sedimentacin en el punto C, tal y como se indica en la figura 2 donde Vc< Vs.

Figura 2. Representacin grafica de la altura frente al tiempo.Dependiendo de cmo se realice la operacin, la sedimentacin puede clasificarse en los siguientes tipos:

Sedimentacin intermitente: el flujo volumtrico total de materia fuera del sistema es nulo, transcurre en rgimen no estacionario. Este tipo de sedimentacin es la que tiene lugar en una probeta de laboratorio, donde la suspensin se deja reposar. Sedimentacin continua: la suspensin diluida se alimenta continuamente y se separa en un lquido claro y una segunda suspensin de mayor concentracin. Transcurre en rgimen estacionario.

B. APLICACIONES.

Se incluye la eliminacin de slidos de aguas negras. La sedimentacin de cristales del licor madre. La separacin de mezclas lquido-lquido provenientes de la etapa de extraccin con disolvente de un sedimentador. La sedimentacin de partculas alimenticias slidas de un lquido preparado. La sedimentacin de una suspensin en el proceso de lixiviacin de la soya. Las partculas pueden ser de tipo slido o gotas de lquido, el fluido puede ser un lquido o un gas y estar en reposo o en movimiento.

IV. MATERIALES Y MTODOS

MATERIALESMaterial biolgico

Manzanas Agua

Equipos

Probeta (provista de una escala graduada en mm a fin de poder medir directamente la altura que se encuentra la superficie de separacin de las zonas, a intervalos regulares de tiempo) Cronmetro Balanza analtica

METODOLOGA Se lavan las manzanas a utilizar en la prueba de sedimentacin. Se cortan y se utilizan para luego licuarlas y sacar jugo de ellas. El jugo de las manzanas se separan en diferentes muestras y se mezclan con agua en diferentes concentraciones (1/4 y 1/10). Se hecha la nueva mezcla en la probeta mas grande (1L). Se deja la probeta sobre la mesa de laboratorio y se empieza a medir el tiempo. Se toma mediante la ayuda de un cronmetro el tiempo que tardar en sedimentar el jugo de manzana. Se tomar apunte de los tiempos y de las alturas marcadas en la probeta.

V. RESULTADOS Y DISCUSINTabla1. Datos de manzana en la concentracin de 500/2000.t (min)h (cm)

33.1

56.3

6.57

87.9

Figura 3. Datos de la manzana en concentracin de 500/2000. t (min) vs. h (cm)La velocidad = Tangente =7.9 cm / 7.8min= 1.6880 x 10-4 m/s Segn Philippe, (1995); para el grfico de Altura de Sedimentacin vs Tiempo, existe una primera fase en la que esta altura disminuye de manera constante con el transcurso del tiempo hasta llegar a un punto crtico, a partir de la cual se observan dos zonas: de clarificacin y de compresin.En la tabla 1 y Figura 1, presentadas se comprueba que no coincide con las afirmaciones anteriormente mencionadas, este puedo deberse que no se us ningn otro compuesto para que la solucin de manzana sedimente y su altura descienda.

Tabla2. Datos de manzana en la concentracin de 100/1000.t (min)h (cm)

21.3

44.7

68.8

810.4

1111.5

TANGENTE

Figura 4. Datos de manzana en concentracin de 100/1000 en donde t (min) vs. h (cm).La velocidad = Tangente=10.8cm / 10.3 min = 1.7476 x 10-4 m/s.Segn Philippe, (1995); cada Figura en la sedimentacin del almidn de maz ,nos debe mostrar el comportamiento de la curva de sedimentacin del almidn de maz en una probeta de una altura (H) en un tiempo (t) a cada concentracin, mostrando pendientes diferentes en funcin de la concentracin de CaCO3, stas pendientes suelen ser ms altas cuando la concentracin es menor indicando que las velocidades de sedimentacin son ms altas en stas etapas debido a que a menor cantidad de partculas existe menos interferencia en la cada Comparando lo dicho por Philippe (1995), en las figuras 3 y 4 nos muestra un comportamiento que a una menor concentracin del jugo de manzana en la probeta nos da una mayor velocidad de sedimentacin 1.7476 x 10-4 m/s. debido a que en la Tabla 2 la concentracin fue de 100/1000; y en tabla 1 a una mayor concentracin de jugo de manzana de 500/2000 nos da una menor velocidad de 1.6880 x 10-4 m/s. Entonces si contrasta con lo expuesto por el autor.Segn Cheng, et al (1955), la velocidad de sedimentacin de las partculas presentes en una suspensin sufre una cada montona de su valor, a medida que su concentracin volumtrica aumenta. El origen de este fenmeno se encuentra en la variacin que sufre el comportamiento de las fuerzas hidrodinmicas, osmticas y electroqumicas entre las partculas a medida que su concentracin aumenta. Este fenmeno depende, adems, del tamao de las partculas presentes en la suspensin, ya que para suspensiones conformadas por partculas cuyo dimetro medio sea mayor a 100 m, las fuerzas osmticas y electroqumicas se pueden despreciar.Comparando lo expuesto por Cheng , et al (1955); vemos que las velocidades del jugo de manzana en sus diferentes concentraciones fueron aumentando a medida que haba una baja concentracin en su composicin es as que a una concentracin de 100/1000 tenemos una velocidad de 1.7476 x 10-6 m/s y a una concentracin de 500/2000 tenemos una velocidad de 1.6880 x 10-4 m/s; entonces podemos afirmar que el origen de este fenmeno se encuentra en la variacin que sufre el comportamiento de las fuerzas hidrodinmicas, osmticas y electroqumicas entre las partculas a medida que su concentracin aumenta y a la vez depender de tamao de las partculas.

Segn Rivera et al, (2005); la relacin de la altura de interfase de sedimentacin en funcin del tiempo, muestran pendientes diferentes en funcin de la concentracin de almidn, stas pendientes son ms altas cuando la concentracin es menor indicando que las velocidades de sedimentacin son ms altas en stas etapas debido a que a menor cantidad de partculas existe menos interferencia en la cada, tal y como se mostrar mas adelante.Comparando lo expuesto por el autor con las tablas 1 y 2 y figuras 3 y 4; vemos que a una mayor pendiente la concentracin es menor y eso es cierto debido que a una concentracin de 100/1000 la velocidad ser 1.7476 x 10-4 m/s. y que a una concentracin de 500/2000 la velocidad ser de 1.6880 x 10-4 m/s. es decir las velocidades son mas altas a una menor concentracin de partculas.VI. CONCLUSIONES

se determin experimentalmente la velocidad de sedimentacin del jugo de manzana en las concentraciones de 100/1000 y 500/2000 obteniendo para el primer caso una velocidad de 1.7476 x 10-4 m/s y para el segundo caso 1.6880 x 10-4 m/s, concluyendo que a una menor concentracin de partculas habr una mayor velocidad de sedimentacin y que a una mayor concentracin de partculas habr una menor velocidad de sedimentacin.

VII. RECOMENDACIONES

La preparacin de la suspensin debe ser estable, lo que significa que el lquido adquiera las caractersticas de un electrolito que impida la formacin de aglomerados (grupos de partculas, las que dependiendo del potencial Z que posean se agrupen formando un aglomerado, el que obviamente presenta una mayor velocidad de sedimentacin y genera as la aparicin de una aparente segunda forma modal, entendiendo como modo al conjunto de partculas de un similar tamao y/o dimetro). Una correcta dispersin de la suspensin, permitir la formacin de aglomerados y de flculos que interfieren en la medicin.

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICASCHENG, P. SCHACHMAN, H. (1955). Studies on the validity of the Einstein viscosity law and Stokes law of sedimentation. Journal Polymer Sci. 16, pp. 19-30.PHILIPPE, D. (1995). Seminario textura y reologa de alimentos. Memorias, Dpto. Eng. Alimentos, Universidad del Valle, Cali-Colombia.RIVERA, F., GUTIRREZ, A., VAL, R., APARICIO, J. Y DIAZ, L. (2005). La medicin de sedimentos en Mxico IMTA, Mxico.IX. ANEXOS

Inicio de la sedimentacinVertido de la suspensin en la probeta