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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE CALKINÍ EN EL ESTADO DE

CAMPECHE

INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

INGENIERIA DE ALIMENTOS I

UNIDAD 2: CENTRIFUGACIÓN Y SEDIMENTACIÓN

AUTOR: ING. JUAN ALBERTO MOO PUC

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2 PRESENTACIÓN

Este paquete didáctico contempla los materiales básicos de aprendizaje para la asignatura de INGENIERÍA DE ALIMENTOS I, en ella podrá encontrar los aspectos teóricos de la operación unitaria denominada CENTRIDUGACIÓN Y DE LA SEDIMENTACIÓN y su aplicación en la industria de los alimentos

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3 ÍNDICE DE CONTENIDO

UNIDAD 2 SEDIMENTACIÓN Y CENTRIFUGACIÓN

TEMA 2.1. INTRODUCCIÓN

2.1.1 DEFINICIONES E INTRODUCCIÓN

2.1.2 TEORÍA DE CENTRIFUGACIÓN

TEMA 1.2 VARIABLES DE IMPORTANCIA (ELEMENTOS DE ANÁLISIS)

2.2.1 DEFINICIONES E INTRODUCCIÓN A LA SEDIMENTACIÓN

2.2.2 TEORIA DE SEDIMENTACIÓN

TEMA 1.3 EQUIPOS DE CENTRIFUGACIÓN

2.3.1 EQUIPOS

2.3.2 APLICACIONES

TEMA 1.4 EQUIPOS DE SEDIMENTACIÓN

2.4.1 EQUIPOS

2.4.2 APLICACIONES

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4 OBJETIVOS GENERALES DE LA UNIDAD TEMÁTICA


El alumno conocerá y evaluara los aspectos teóricos de la operación unitaria denominada CENTRIFUGACIÓN, y la importancia en relación a los usos que esta tiene en la industria alimentaría

TEMA 2.2 VARIABLES DE IMPORTANCIA

El alumno conocerá y evaluara los aspectos teóricos de la operación unitaria denominada SEDIMENTACIÓN, y la importancia en relación a los usos que esta tiene en la industria alimentaría

TEMA 2.3 EQUIPOS DE CENTRIFUGACIÓN

En esta unidad el alumno conocerá los equipos de CENTRIFUGACIÓN más utilizados en la actualidad por la industria alimentaria, y por otras industrias.


En esta unidad el alumno conocerá los equipos de SEDIMENTACIÓN más utilizados en la actualidad por la industria alimentaria, y por otras industrias.

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5 INSTRUCCIONES GENERALES PARA EL USO DEL PAQUETE DIDÁCTICO

El presente material ha sido elaborado para un aprendizaje autodidacta del alumno para ello debe seguir las siguientes instrucciones:

1.- Consultar el índice de contenido de la unidad temática: en el encontrará todos los temas y subtemas de que consta el material.

2.- Consultar los objetivos generales que corresponden a cada tema: en este caso existen 4 temas que corresponden a los del índice de contenido, en este apartado se exponen las acciones que el alumno deberá realizar para alcanzar el logro de la unidad.

3.- A continuación una vez que el alumno conoce de los objetivos, para su logro deberá consultar el desarrollo de los temas integrantes de la unidad, que se encuentran en el siguiente apartado, estudiarlos de manera que logre alcanzar el objetivo señalado anteriormente.

El material esta dividido en temas con su correspondiente contenido que corresponden a los objetivos a alcanzar y este contiene subtemas que corresponden a cada uno de los conocimientos que el alumno debe de asimilar para poder cumplir con éxito la meta final.

4.- Conforme vaya estudiando, puede realizar la investigación documetal que se señala, en la que se encuentran los temas que corresponde al logro del objetivo, el formato y el sistema de calificación serán los que el instituto tiene estandarizado para ello: ver anexo

5.- Una vez finalizado el trabajo de investigación documental y adquirido los conocimientos que los temas y subtemas marcan, realice la auto evaluación y compruebe si realmente domina la unidad temática.

Si la autoevaluación es exitosa usted ya esta preparado para continuar el estudio de la siguiente unidad temática “felicidades”.

En caso contrario repase de nuevo los subtemas que no domina intentando alcanzar el objetivo marcado, repita esto tantas veces como sea necesario.

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6 DESARROLLO DE LOS TEMAS INTEGRANTES DE LA UNIDAD TEMÁTICA


El alumno conocerá y evaluara los aspectos teóricos de la operación unitaria denominada CENTRIFUGACIÓN, y la importancia en relación a los usos que esta tiene en la industria alimentaría

INSTRUCCIONES: LEE CUIDADOSAMENTE EL MATERIAL, Y AL FINAL REALIZA LAS ACTIVIDADES QUE SE TE INDICAN

CENTRIFUGACIÓN

La centrifugación es una técnica de separación de partículas que se basa en la distinta

velocidad de desplazamiento de las partículas en un medio líquido al ser sometidas a un

campo centrífugo.

Cuando se centrifuga una solución, se rompe la homogeneidad y se produce la

separación del soluto y del disolvente. Las primeras partículas en sedimentar son las de

mayor masa.

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Fuerzas que actúan sobre la partícula: Peso (P)Fuerza centrífuga (Fc) debido al giro que experimenta. La suma de estas dos fuerzas da como resultante otra fuerza denominada Peso Efectivo (PE); es la fuerza que realmente produce la sedimentación, la que lleva la partícula al fondo del tubo: PE = P + Fc = m (g + ac) à PE = m gE (gE à gravedad efectiva) Módulo de la gE à | gE | = √ g2 + ac

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ac = w2 r w = velocidad angular = dα / dt α = ángulo respecto al eje de giro En la centrifugación: gE = √ g2 + (w2 r) 2

Si g <<<< w2 r à se puede despreciar el término más pequeño à gE =w2 r Empuje efectivo (Ee): Ee = ρo gE V = (ρo / ρ ) m gE

Fuerza de resistencia al avance (Fd)= Peso efectivo (PE) – Empuje efectivo (Ee)=

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M gE – (ρo / ρ ) m gE = f Vs Vs = m gE (1 - ρo / ρ) / f Vs = velocidad de sedimentación:

- Proporcional a la masa de la partícula. Esta propiedad es la que permite separar

partículas con diferente masa. Cuanto mayor sea la masa de la partícula mayor es la

velocidad de sedimentación.

- gE es el término que provoca la sedimentación forzada. Para sedimentar antes

se puede aumentar la velocidad angular (w). En esto se basan las

ULTRACENTRÍFUGAS que permiten separar partículas de muy similar masa debido a

las altas velocidades a las que trabajan.

- El resto de términos no se pueden modificar.

La velocidad de sedimentación es útil para caracterizar partículas, pero en Bioquímica

se emplea otra unidad: el coeficiente de sedimentación.

Volumen específico à V = 1 / ρ

Sustituimos en la ecuación de Vs y queda:

Vs / r w2 = m (1 – V ρo ) / f Coeficiente de sedimentación à s = Vs / r w2 à Unidades de tiempo (segundos), pero siempre tiene un valor muy bajo, por lo para medir el coeficiente de sedimentación se usa otra unidad: el Svedber (1 Svedber (S) = 10 -13 segundos ). El conocer s nos facilita:- Caracterizar la partícula y obtener información sobre su tamaño, densidad y forma.- Conocer su comportamiento en la centrifugación (facilita el diseño de métodos para su aislamiento. A partir de la ecuación del coeficiente de sedimentación se puede calcular la masa molecular (M) de las sustancias que se centrifugan: Si multiplicamos y dividimos la ecuación por el número de Avogadro (NA) y teniendo en cuenta que NA multiplicado por la masa de las partículas es igual a la masa molecular (M) de la sustancia: M = ( f s NA ) / ( 1- V ρo ) Como D = ( RT ) / ( f NA ) à M = (RTs) / D (1 - V ρo )

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http://es.geocities.com/centrifugacion/principiofisico.htm

CENTRIFUGACIÓN ANALÍTICA.

Con la centrifugación analítica lo que se pretende es estimar propiedades físicas de

alguna partícula en concreto: sus propiedades hidrodinámicas.

Para poder aplicar la tecnología de la centrifugación analítica deben cumplirse una serie

de requisitos:

· Que se aplique a sustancias lo más puras posible, no a grandes mezclas.

· Que presenten una mayor capacidad de giro, en torno a las 100.000 r.p.m.

· En cuanto al tipo de rotores, se necesita que las paredes del tubo se encuentren

alineadas con las líneas de fuerza y estén provistos de sistemas ópticos capaces de

detectar la sedimentación de la partícula en cada momento.

Esas variaciones en la densidad óptica se pueden recoger de varias formas.

Gráficas c frente a x: son de tipo sigmoideo, donde la máxima

pendiente nos indica el frente de sedimentación, es decir la

línea que separa la zona del principio de la cámara donde ya

no hay partícula debido a que esta ha empezado a sedimentar

de la zona donde la concentración está aumentando con respecto a la distancia al fondo

de la cámara.

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Gráficas dc/dx frente a x: se forrma un pico correspondiente al frente que es la máxima

variación de concentración frente a la distancia.

Este segundo método mide variaciones de concentración frente a la distancia y en le

primer método la máxima pendiente nos marca el frente, por lo que si solapamos las dos

gráficas el pico corresponde a la máxima pendiente.

B.-Medida de la densidad óptica.

Hay varios métodos para medir la densidad óptica:

1. Ultravioleta: indicado para absorción específica a esa longitud de onda (por ejemplo

DNA). Da como resultado gráficas de tipo c/x.

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2. Schlieren: mide variaciones del índice de refracción frente a la distancia (dn/dx), ya

que n es proporcional a la concentración, la gráfica resultado es del tipo dc/dx.

3. Interferencia: al igual que el anterior da como resultado gráficas dc/dx, pero es

mucho menos sensible.

Estos métodos no son capaces de detectar pequeñas concentraciones de partícula, con

lo que se deben trabajar a concentraciones del orden de 1 mg/ml para garantizar una

buena detección, lo que conlleva un problema, y es que en muchos casos es muy

complicado conseguir purificar una partícula a esa concentración.

C.- Aplicaciones.

Averiguar si el aislado es puro:

Si tenemos un aislado y queremos averiguar si está puro, podemos introducirlo en una

cámara de carga e iniciar la centrifugación, con lo que los datos empezarán a mostrarse

en el ordenador. Si está pura, la gráfica resultante mostrará un sólo frente de

sedimentación (un sólo valor de S), de modo que las gráficas obtenidas serían iguales a

las de la figura anterior. Si resulta que está contaminada con otra partícula, aquella con

un mayor coeficiente de sedimentación mostraría un frente más cercano al fondo de la

caja, mientras que aquella de menor S al sedimentar más lentamente mostraría su frente

más cerca del principio de la caja. De este modo nos encontramos con gráficas c/x con

dos escalones o dc/dx con dos picos.

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Las centrífugas analíticas no se pueden utilizar con grandes mezclas. La gráfica

resultante de la centrifugación de un homogeneizado no tiene un frente definido, sino

una línea más o menos sinuosa que nos indica que el aislado no está puro.

Averiguar la proporción relativa de los componentes: Si lo que tenemos no es un aislado puro, sino una mezcla de partículas

(preferiblemente 2), una de mayor S y otra con menor coeficiente de sedimentación, y

las centrifugamos, es de suponer que la más pesada formaría un frente más cerca del

final de la cámara, y si dejamos avanzar a ese frente observaríamos que a continuación

se forma otro correspondiente a la partícula de menor S. Al recoger el gráfico en la

pantalla obtendríamos una gráfica como la de la figura a la derecha. En la primera de

c/x se obtienen dos datos, a y b, éstos son la base para establecer la relación entre los

dos componentes, que se suele dar en % mediante las ecuaciones de la derecha. Por

supuesto la distancia a se corresponde con la partícula de mayor S. En una mezcla

heterogénea, como la de la figura del punto anterior, el establecer las medidas de los

valores a y b es prácticamente imposible.

% a = a / (a + b) % b = b / (a + b) Para interpretar posibles estructuras: En determinadas condiciones, la técnica de centrifugación analítica puede aportar gran

información en cuanto a estructura de macromoléculas, aunque sólo sea para

proporcionar modelos. Para ilustrar esto, nos centramos en una de las macromoléculas

más especiales en cuanto a estructura, el DNA, caracterizado por su doble hélice.

Si realizamos una centrifugación de este material en condiciones nativas (pH 7),

obtendríamos un solo pico o una sola pendiente, que nos indicaría que es homogéneo,

algo que se corresponde con la realidad, ya que a ese pH, el DNA es bicatenario y por

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tanto forma una sola entidad. En cambio si el experimento se realiza en condiciones

desnaturalizantes (pH 12), la gráfica cambia, mostrando una primera zona con una

pendiente baja, distintiva de una mezcla, y posteriormente una pendiente acusada

marcando homogeneidad. Los parámetros de la gráfica a y b, resultan ser iguales.

La explicación a este resultado pasa por postular tres posibles estructuras:

1. Que en la doble hélice una de las hebras presente nicks y la otra no,

correspondiendo a b y a respectivamente. Al ser las distancias iguales, las dos hebras

se encuentran al 50%.

2. Que halla dos cadenas de DNA, correspondiente a b una con nicks y otra intacta,

al 50%. Realmente se trata de una multiplicación del caso 1.

3. Si sumamos los postulados 1 y 2 se obtienen tres cadenas de DNA, una intacta que

se encontraría en a, con una proporción del (50 – x)/2%, otra con nicks en una de las

hebras, que aportaría una a b y otra a a con una proporción del x %, y una cadena toda

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cortada que se encontraría en b con igual proporción que la primera. Esta última

interpretación es muy poco probable en un entorno biológico, pero eso no implica que

explique los datos obtenidos.

Para calcular S: No se puede calcular S en centrifugación preparativa, pero sí en analítica, ya que las

ecuaciones se ajustan mucho más al minimizarse la fuerza de rozamiento debida al

choque de las partículas con los bordes del tubo. En estas condiciones, podemos obtener

el coeficiente de sedimentación en base a las sucesivas lecturas del proceso de

centrifugación llevadas a cavo por el lector óptico, con estas, obtenemos distintos

valores de x (x1, x2 y x3), que como es lógico se corrigen sumando el valor de distancia

entre la cubeta de carga y el eje, y recogiendo la primera ecuación de S, la integramos

obteniendo una nueva ecuación, donde:

Debido a los errores cometidos en las lecturas y medidas, no es conveniente sustituir

directamente dos de las medidas en la ecuación, lo recomendable es coger entre 8 y 10

valores de x a distintos tiempos, lo que nos pasa ahora es que la ecuación por tanto no es

del todo válida, con lo que seguimos transformando:

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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 sedimento

Generalmente no tiene una estructura uniforme.

Debajo encuentra un ejemplo de un depósito de sedimento:

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 por ejemplo.

USO EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJEINSTRUCCIONES:

1.- Identifica en la industria alimentaría que tipo de filtración se utiliza según las diferentes clasificaciones mencionadas en la teoría

AUTOEVALUACION

Las características de la sedimentación son: a) Separación incompleta – Baja velocidad de separación b) Separación Completa – Baja velocidad de separación c) Alta velocidad de separación – Separación Completa

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http://www.lenntech.com/espanol/particulas-coloidales.htm

d) Económica – Alta velocidad de separación e) Cara – Baja velocidad de separación

Cuando las particulas estan bastante separadas unas de otras y del recipiente se denomina: a) Centrifugación libreb) Sedimentación frenada c) Sedimentación forzada d) Sedimentación libree) Centrifugación frenada

Cuando las particulas estan muy juntas e interaccionan se denomina al tipo de sedimientación como: a) Sedimentación industrialb) Sedimentación libre c) Sedimentación diferencial d) Sedimentación aplicada e) Sedimentación forzada

Para el movimiento de una particula existen tres fuerzas, ¿cual es la fuerza que actua hacia abajo? a) La gravedad b) La Fuerza de flotación c) La resistencia d) La resistencia de la torta e) El agua

Para el movimiento de una particula existen tres fuerzas, ¿cual es la fuerza que actua hacia arriba? a) La resistencia de la particulab) La fuerza de gravedad c) La fuerza de flotaciónd) La resistencia del agua e) La estatica

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TEMA 2.2 VARIABLES DE IMPORTANCIA (SEDIMENTACIÓN)

El alumno conocerá y evaluara los aspectos teóricos de la operación unitaria denominada SEDIMENTACIÓN, y la importancia en relación a los usos que esta tiene en la industria alimentaría


SEDIMENTACIÓN

Movimiento hacia el fondo de las partículas suspendidas en el agua.

Proceso de depósito y asentamiento por gravedad de la materia en suspensión

en el agua.

En términos de tratamiento de aguas residuales la sedimentación consiste en la

separación, por la acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo

peso específico es mayor que el del agua.

Es una de las operaciones unitarias más utilizadas en el tratamiento de las

aguas residuales. Los términos sedimentación, clarificación y decantación se

utilizan indistintamente.

Esta operación se emplea para la eliminación de arenas, de la materia en

suspensión en flóculo biológico en los decantadores secundarios en los

procesos de lodo activado, estanques de decantación primaria, de los flóculos

químicos cuando se emplea la coagulación química, y para la concentración de

sólidos en los espesadores de lodos.

En la mayoría de los casos, el objetivo principal es la obtención de un efluente

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clarificado, pero también es necesario producir un lodo cuya concentración de

sólidos permita su fácil tratamiento y manejo. En el proyecto de estanques de

sedimentación, es preciso prestar atención tanto a la obtención de un efluente

clarificado como a la producción de un lodo concentrado.

En función de la concentración y de la tendencia a la interacción de las

partículas, se pueden producir cuatro tipos de sedimentación: discreta,

floculenta, retardada (también llamada zonal), y por compresión.

Es frecuente que durante el proceso de sedimentación, ésta se produzca por

diferentes mecanismos en cada fase, y también es posible que los cuatro

mecanismos de sedimentación se lleven a cabo simultáneamente.

SEDIMENTACIÓN

Consiste en promover condiciones de reposo en el agua, para remover,

mediante la fuerza gravitacional, las partículas en suspensión más densas.

Este proceso se realiza en los desarenadores, presedimentadores,

sedimentadotes y decantadores; en estos últimos, con el auxilio de la

coagulación.

SEDIMENTACIÓN SIMPLE

Se entiende por sedimentación simple, a la operación de eliminación de las

partículas sólidas contenidas en un fluido, por acción de la gravedad. En el

tratamiento de aguas se distinguen dos tipos de sedimentación. La

Sedimentación Simple y la Sedimentación Inducida.

La Sedimentación Simple, generalmente hace parte de los tratamientos

primarios y tiene por objeto reducir la carga de sólidos sedimentables cuyos

tamaños de partícula son relativamente grandes. Mediante esta operación se

eliminan partículas simples, no aglomerables, por disminución de la velocidad y

turbulencia del fluido, es decir, la eliminación se da simplemente, cuando la

fuerza de gravedad que obra sobre las partículas, prevalece sobre la fuerza de

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arrastre del fluido. Esta operación se realiza en unidades conocidas como

“desarenadores” o “clarificadores”.

La Sedimentación Inducida, llamada también Decantación, se refiere a la

sedimentación de partículas coloidales, cuya coagulación o aglomeración, ha

sido inducida previamente por agentes químicos, tales como el alumbre o el

hidróxido férrico, entre otros. Esta operación se realiza en unidades llamadas

decantadores. La decantación es inherente a la coagulación y a la floculación.

Tanques sedimentadores: La sedimentación es el proceso mediante el cual

se separara el agua clarificada de los flóculos debido a la mayor densidad que

provoca que se depositen en el fondo de los tanques mientras el líquido

asciende y se recolecta por la parte superior. Una adecuada dosificación de

coagulantes debe producir flóculos con velocidades de caída tales que lleguen

al fondo de las tolvas recolectoras en un tiempo económicamente aceptable

(entre 10 y 20 min).

Sedimentadores.- clarifican el efluente y separan los sólidos para retornarlos a

las zanjas y mantener la concentración de lodos activados. El agua clarificada

después de su tratamiento biológico, sale superficialmente a través de

vertedores.

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PRODUCTO : "Sedimentadores circulares"ID PRODUCTO : 1168

Características:

Tipo poste central ó puente, para sedimentación primaria ó secundaria.

Tracción central: tornamesa incluyendo reducción completa por engranes, mecanismo con indicador de torque, alarma y paro automático.

Diámetros de 3.0 a 60.0 mts.

Sedimentadores

La sedimentación es el proceso de separación de un conjunto de partículas que se encuentran en suspensión en un fluído. En este caso, las partículas son discretas, no cambian sus características durante el proceso de sedimentación.

Sedimentadores convencionales de forma rectangular y flujo horizontal

Descripción

La zona de entrada está constituida por una estructura hidráulica de transición que permite una distribución uniforme del flujo en toda la sección de la unidad. Esta estructura está compuesta de un vertedero rectangular a todo lo ancho de la unidad y una pantalla o cortina perforada.

La zona de sedimentación consta de un canal rectangular con volumen, longitud y condiciones de flujo adecuadas para que sedimenten las partículas.

La zona de salida está constituida por vertederos, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la finalidad de recolectar el efluente, sin perturbar la sedimentación de las partículas depositadas.

La zona de recolección de lodos está constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados y una tubería y válvulas para su evacuación periódica.

Figura 1. Sedimentador convencional de forma rectangular y flujo horizontal

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Ventajas

- Por su simplicidad, son unidades de operación confiable en el medio rural.

Restricciones

Son adecuadas para remover turbiedades de hasta 1000 UNT, turbiedades mayores crean interferencias en el proceso, disminuyendo la eficiencia. En estos casos se debe incrementar el período de retención o diseñar un presedimentador.

Son eficientes para reducir partículas discretas de tamaño mayor a 0.05 mm.

Criterios básicos

Se debe efectuar una prueba de sedimentación en el laboratorio, para determinar la velocidad de sedimentación óptima para el agua a tratar y la eficiencia que se podría esperar. La prueba deberá efectuarse con la turbiedad más alta con la que se espere que deba operar la unidad.

Criterios de diseño

Establecida la velocidad superficial en el laboratorio, el área de la zona de sedimentación será igual a la relación caudal/velocidad superficial.

Las dimensiones largo (L) y profundidad (H) de la unidad, la velocidad superficial (Vs) y la velocidad horizontal (VH) deben guardar la relación: L/H : VH/Vs.

La relación de las dimensiones largo (L) y ancho (B) de la unidad deben enconcontrarse en él: 2.8< L/B< 6.

La relación entre el largo (L) y la profundidad (B) deben encontrarse entre los límites: 6<L/H<20.

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La pantalla o cortina perforada debe encontrarse entre 0.60 a 1.00 m de la pared de entrada.

La velocidad en los orificios de la pantalla no debe ser mayor de 0.10 a 0.15 m/s.

Los orificios más altos deben estar a 1/5 o 1/6 de altura a partir de la superficie del agua y los más bajos entre 1/4 y 1/5 de la altura (H) a partir del límite inferior.

Para evitar arrastre de partículas, se recomiendan velocidades horizontales (VH), menores de 0.55 cm/s.

La tasa de velocidad en el vertedero de salida de la unidad debe ser preferiblemente menor de 1.0 l/s/m.

Se sugiere dar a la unidad una pendiente de 5% a 10%, para facilitar el deslizamiento del sedimento.

Se sugiere considerar un aliviadero para regular el caudal de ingreso, evitando que la unidad opere sobrecargada.



AUTOEVALUACION

La fuerza aceleradora que aprovecha la sedimentación para separar las fases es: a) La succiónb) La Fuerza centrífuga c) El vacío d) La presión e) La gravedad

Cuando los medios a separar son un gas y un sólido se utiliza un dispositivo denominado: a) Ciclon b) Turbina c) Centrifuga d) Filtro prenza e) Sedimentador

En una sedimentación diferencial en el que sedimentan un rango de partículas, las partículas de más grandes y las ligeras sedimentan a una velocidad

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a) la más grande sedimenta más lentob) a diferente velocidad c) la más grande sedimenta más rápido d) a una misma velocidade) Superior que el líquido asciende

La velocidad de sedimentación de los componentes de una suspensión está en relación directa con____ y en relación inversa con _____ a) la diferencia de densidad de la partícula con el fluido – viscosidad del fluido b) la diferencia de densidad de la partícula con el fluido – Diámetro de la partícula c) Diámetro de la partícula - la diferencia de densidad de la partícula con el fluido d) viscosidad del fluido - la diferencia de densidad de la partícula con el fluido e) viscosidad del fluido – Diámetro de la partícula

En un cilindro de sedimentación se sedimenta una suspensión de aceite con una densidad (ro) de 894 Kg./m3 (metro cúbico) en agua. Mencione la línea de interfase superior y el sedimento que se forman a) Es una suspensión constanteb) agua y aceite, respectivamente c) aceite y agua, respectivamented) no se sedimenta ya que tienen la misma densidad e) Se sedimenta el aceite y queda un líquido claro en la parte superior (es agua)

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TEMA 2.3 EQUIPOS DE FILTRACIÓN

En esta unidad el alumno conocerá los equipos de CENTRIFUGACIÓN más utilizados en la actualidad por la industria alimentaria, y por otras industrias.


EQUIPOS DE CENTRIFUGACIÓN

Esencialmente una centrífuga es un aparato que separa partículas que

están en solución. En Biología estas partículas pueden ser células,

orgánulos subcelulares o macromoléculas. Hay dos tipos de procesos

de centrifugación: centrifugación preparativa, cuyo objeto es aislar

partículas específicas, y centrifugación analítica, con la que se

pretenden estimar propiedades físicas de alguna partícula en

concreto: sus propiedades hidrodinámicas.

Dentro de la centrifugación preparativa hay dos métodos esenciales

de separación: la centrifugación diferencial y la centrifugación en

gradiente de densidad (zonal e isopícnica).

Todos estos tipos de centrifugación se explican con detalle en

apartados sucesivos.

Independientemente del tipo de centrifugación que se vaya a llevar a

cabo, el elemento básico necesario es la centrífuga. Se pueden

encontrar varios tipos de centrífugas.

Tipos de centrífugas.

1. Centrífugas de baja velocidad, de sobremesa o clínicas.

Pequeño tamaño.

Sin refrigeración.

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Máxima velocidad: 5000 rpm.

Útil para partículas grandes (células, precipitados de sales insolubles…)

1.a. Micrófugas: variante de las anteriores.

Velocidades altas: más de 10000 rpm y tubos cortos.

Volúmenes muy pequeños.

Útiles en Biología Molecular.

2. Centrífugas de alta velocidad.

Velocidad entre 18000 y 25000 rpm.

Refrigeradas, algunas con sistema de vacío.

Útiles en la separación de fracciones celulares.

Insuficientes para la separación de ribosomas, virus o macromoléculas.

3. Ultracentrífugas.

Velocidad: a partir de 50000 rpm.

Presentan sistemas auxiliares: sistemas de refrigeración, sistemas de alto vacío.

2 tipos:

- Analíticas: obtención de datos precisos de propiedades de sedimentación (s, PM).

-Preparativas: aislamiento de partículas de bajo S (microsomas, virus, macromoléculas).

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B.- Tipos de rotores.

Se tres tipos de rotores en las centrífugas:

- Rotores flotantes.

- Rotores de ángulo fijo o angulares.

- Rotores verticales.

Tipo de rotor es adecuado para un tipo determinado de separación:

Tipos de separaciones TIPO DE ROTOR

SEDIMENTAR CENT. ZONAL

CENT. ISOPÍCNICA

Ángulo fijo excelente pobre buenoVertical pobre bueno excelenteFlotante ineficiente bueno adecuado

A continuación se muestran unos diagramas de la estructura de cada rotor y esquemas

que indican cómo sucede la sedimentación con cada rotor, tanto en centrifugación

diferencial como en centrifugación en gradiente de densidad.

1.- Rotores flotantes.

En este tipo de rotor, los tubos que se utilizan para centrifugar están unidos al brazo del rotor por su parte superior.

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Durante la centrifugación, debido a la fuerza centrífuga, los tubos pierden la verticalidad y se sitúan perpendiculares al eje de rotación.

2.- Rotores de ángulo fijo o angulares.

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En este tipo de rotores la centrifugación se lleva a cabo siempre en un ángulo fijo respecto al eje de rotación.

3.- Rotores verticales.

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AUTOEVALUACION

El objetivo de este tipo de centrifugación es aislar partículas de importancia.Centrifugación preparativaCentrifugación analíticaCentrifugación gravimétricaCentrifugación iniciativaCentrifugación Cuantitativa

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Un tipo de centrifugación preparativa es:La diferencialCentrifugación analíticaCentrifugación gravimétricaCentrifugación iniciativaCentrifugación Cuantitativa

El equipo que se muestra en la imagen usado para aislar:VirusCélulasOrganelosSuerosPrecipitados

El equipo que se muestra en la imagen es utilizado para aislar:MoléculasVirusCélulasBacteriasOrganelos celulares

El equipo de la imagen se usa para aislar:PrecipitadosVirusOrganelosMoléculasMicrosomas

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En esta unidad el alumno conocerá los equipos de SEDIMENTACIÓN más utilizados en la actualidad por la industria alimentaria, y por otras industrias.


SEDIMENTADORES

a. Descripción. Los sedimentadores son aparatos destinados a remover por

gravedad las partículas finas que el flujo de agua transporta en suspensión o

como arrastre de fondo. En el caso de obras alternativas para el drenaje

urbano de aguas lluvias los sedimentadores son obras anexas que deben

colocarse antes de que el flujo ingrese a una obra en la cual la sedimentación

de partículas finas puede generar problemas de funcionamiento o mantención,

y cuando el flujo que reciben transpone este tipo de materiales en suspensión.

En general se recomienda ponerlos antes de las obras de infiltración

subterráneas, como zanjas y pozos de infiltración, si existe un aporte de agua

con sedimentos y no se dispone de ninguna otra posibilidad de retirarlos o de

mejorar la calidad del agua aportante. Para el caso de zanjas y pozos de

infiltración que se alimentan por la superficie, al igual que en el caso de

estanques de infiltración, los sedimentos pueden quedar atrapados en las

capas de la cubierta de la obra de donde pueden removerse periódicamente.

En el caso de estanques y lagunas de retención, se contempla una zona

destinada a la sedimentación de partículas gruesas al inicio de la obra y por lo

tanto no requieren de un sedimentador anexo.

Se califica estos aparatos como desarenadores si están destinados a remover

el 75% de las partículas de diámetro igual o mayor que 0,2mm, y como

sedimentadores los destinados a remover del 60% al 80% de los sólidos en

suspensión.

Para que operen adecuadamente requieren un mantenimiento periódico

consistente en retirar los sedimentos atrapados para restituir el volumen útil del

sedimentador. La falta de mantenimiento es la primera causa de fracaso de

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este tipo de aparatos, por lo tanto deben colocarse sólo si se tiene la certeza de

que serán mantenidos razonablemente. Debido a ello se recomienda

desarrollar todas las acciones posibles para evitar que el agua que llegue a las

obras de infiltración acarree cantidades significativas de sedimentos.

Para ser empleados como obras anexas de drenaje urbano se consideran

desarenadores simples que actúen por gravedad sin la adición de floculantes,

de manera que separen partículas del tamaño de las arenas gruesas o

mayores.

SEDIMENTACION PRIMARIA

En estos sedimentadores los materiales livianos,

como grasas, aceites y espumas, flotan en la superficie y son retirados. Los

sólidos pesados se van al fondo de los tanques, donde una estructura que gira

lentamente los barre y concentra en una tolva central, de la cual se retiran

mediante bombas. Para este proceso se cuenta (inicialmente) con tres tanques

circulares de 38 metros de diámetro. Con el objeto de evitar olores

desagradables, los tanques de sedimentación primaria ESTÁNcubiertos. El aire

se renovará periódicamente y se someterá al tratamiento químico de olores.

32

SEDIMENTACIÓN FINAL

El agua residual al

salir del reactor,

contiene

una gran cantidad

de sólidos que se

deben retirar para

poder verterla

adecuadamente al

río Medellín. El lodo

activado tiene la

propiedad de

sedimentar muy

bien, por lo que al

llevarlo a tanques

con gran área y mucha quietud, se deposita en el fondo. Un equipo de

barrelodos lo concentra en una pequeña tolva, de la cual es retirado por medio

de bombas. Los sedimentadores finales o secundarios que se usan en San

Fernando son de forma rectangular. En la primera fase hay cuatro. Una parte

del lodo que se retira de los sedimentadores finales se recircula a los tanques

de aireación. Esto es lo que se conoce como lodo activado de retorno. Lo

anterior con el objeto de mantener altas concentraciones de sólidos (bacterias)

en los reactores. El lodo que no se recircula continúa hacia los otros procesos.

LA SEDIMENTACIÓN COMO OPERACIÓN BÁSICA

La Sedimentación es una operación unitaria, inscribible en el ámbito de los

procesos fisicos, basada en el fenómeno de desplazamiento relativo de fases

particuladas en el seno de un medio fluido, en la cual se haya implicado un

mecanismo de transferencia de cantidad de movimiento por flujo viscoso.

33

AUTOEVALUACIÓN

Equipo sedimentador que retira casi todas las partículas de un líquido se conoce como: a) clarificador b) sedimentador de carbón activado c) seleccionador d) gravitador e) x

Equipo sedimentador que separa los sólidos en fracciones recibe el nombre de a) clasifïcador b) revolucionador c) seleccionador d) gravitador e) clarificador

Es un pretratamiento de la sedimentación en el que se añade un electrólito para evitar la dispersión de limos con cargas iguales, los iones que se forman en la disolución neutralizan las cargas de las partículas, que pueden entonces aglomerarse así acelerar la sedimentación. a) Lixiviación b) Floculación c) Reciclación

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d) Particulación e) Todas las anteriores ¿Qué ocurre con el agua que acompaña los flóculos cuando avanza la compresión? a) es expulsada por la presión b) es retenida por la fuerza de los enlaces de los flóculos c) es expulsada por evaporación d) es absorbida por las partículas constituyéndose en parte de ellas e) se aplica una fuerza centrífuga para ser retirada

Para que un equipo se denomine sedimentador este debe de remover un porcentaje de particulas alrededor de: a) 60 a 80% b) 10 a 20% c) 100% d) 50 a 60% e) 80 a 100%

7 EVALUACIÓN DE LA UNIDAD TEMÁTICA

(Trabajo de investigación documental)

Conceptos básicos y propiedades fundamentales de la centrifugación y la sedimentación

o Definiciones y conceptos básicos de centrifugación

o Definiciones y conceptos básicos de sedimentación

o Equipos de centrifugacióno Equipos de sedimentación

El formato del documento y las calificaciones son las que el instituto ha establecido y entregado al alumno durante el curso de inducción.

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EVALUACION

Cuando a los equipos no se les agrega floculantes este se denomina: a) Desarenadores b) Sedimentadores

c) Filtros

d) Centrifugas

e) Mezcladores

A los sedimentadores se les agregan ciertos compuestos para mejorar su efectividad y estos se denominan: a) Floculadores b) Sedimentadores

c) Filtros

d) Ceolita

e) Fijadores

¿Qué ocurre con el agua que acompaña los flóculos cuando avanza la compresión? a) es expulsada por la presión b) es retenida por la fuerza de los enlaces de los flóculos

c) es expulsada por evaporación

d) es absorbida por las partículas constituyéndose en parte de ellas

e) se aplica una fuerza centrífuga para ser retirada

Otro nombre que recibe la centrifugación de gradiente de densidad es: a) Isopicnica b) Analitica

c) Diferencial

d) Cuantitativa

e) Cualitativa

En la centrifugación analitica lo que se pretende es: a) Estimar propiedades fisicas b) Aislar elementos

c) Aislar virus

d) Estimar propiedades quimicas

e) estimar propieddaes bacteriológicas

El equipo de la imagen se usa para aislar: a) Precipitados b) Virus

c) Organelos

d) Moléculas

e) Microsomas

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El objetivo de este tipo de centrifugación es aislar partículas de importancia.a) Centrifugación preparativa b) Centrifugación analítica

c) Centrifugación gravimétrica

d) Centrifugación iniciativa

e) Centrifugación Cuantitativa

Separación mecánica en los que dos líquidos inmiscibles o un sólido y un líquido alcanzan el equilibrio bajo la acción de la gravedad. a) Sedimentación b) Centrifugación

c) Filtración

d) Tamizado

e) Cristalización

Incluyen el uso de agentes superficialmente activos y la adición de materiales tales como caliza, alúmina o silicato sódico, que arrastran con ellos las partículas de limo a) Métodos de floculación

b) Métodos de sedimentación

c) Métodos de centrifugación

d) Métodos de dispersión

e) Métodos de filtración

Las características de la sedimentación son: a) Separación incompleta – Baja velocidad de separación b) Separación Completa – Baja velocidad de separación

c) Alta velocidad de separación – Separación Completa

d) Económica – Alta velocidad de separación

e) Cara – Baja velocidad de separación

Bibiografia

TRANSFERENCIADE MASA,SEGUNDA EDICIONRobert E. TreybalProfesor de Ingenieria QuímicaUniversidad de Rhode Island

37

Mc. Graw Hill.

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r7059

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