INFORME de Sedimentacion

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PERÚ 

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA VELOCIDAD DE SEDIMENTACION

Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias

CÁTEDRA

:

INGENIERÍA DE ALIMENTOS II

CADERÁTICO

:

ING. EDGAR RAFAEL ACOSTA LÓPEZ

INTEGRANTES

:

PALOMINO CESAR, WILLIAM POZO CAMPOS, JOSÉ

2012

La sedimentación es un fenómeno natural que sustenta una de las operaciones básicas de más solera en ingeniería de procesos, cuyas aplicaciones más eficientes y económicas, y cuyos más estimulantes requerimientos, tienen lugar con frecuencia como en el ámbito del tratamiento de efluentes residuales así como en otros campos. La sedimentación es una operación basada en unos principios aparentemente sencillos y supuestamente bien conocidos. Quizá más que otras operaciones de separación hidráulica, la sedimentación ha tenido un tratamiento metodológico comparativamente muy modesto, lo que ha contribuido a alimentar la convicción de que se trata de una operación muy empírica, cuyo diseño descansa más en principios heurísticos y en generosos sobredimensionados que en formulaciones rigurosas y fiables.

La sedimentación sigue siendo, además, un procedimiento muy eficaz de separación, que requiere tecnología asequible y exige escaso mantenimiento, aunque sí sea dependiente de suficiente disponibilidad de espacio en planta cuando se trata de procesar los elevados caudales que suelen circular en las regiones del proceso donde esta operación encuentra su más frecuente utilidad. Debido a la importancia de esta operación unitaria como es sedimentación, en el presente informe se plantean los siguientes objetivos:

la

Determinar experimentalmente la velocidad de sedimentación. Analizar el tiempo de cocción y calidad de fideos. Observar la clarificación del jugo de caña de azúcar. Observar las fases de precipitados de partículas de harina gruesa de trigo.

Según Costa (1991) la sedimentación es una operación unitaria consistente en la separación por la acción de la gravedad de las fases sólida y líquida de una suspensión diluida para obtener una suspensión concentrada y un líquido claro. Se pueden distinguir dos tipos de sedimentación, atendiendo al movimiento de las partículas que sedimentan:

Se produce en suspensiones de baja concentración de sólidos. La interacción entre partículas puede considerarse despreciable, por lo que sedimentan a su velocidad de caída libre en el fluido.

Se observa en la sedimentación de suspensiones concentradas. Las interacciones entre las partículas son importantes, alcanzándose velocidades de sedimentación menores que en la sedimentación libre. La sedimentación se encuentra retardada o impedida. Dentro del sedimentador se desarrollan varias zonas, caracterizadas por diferente concentración de sólidos y, por lo tanto, diferente velocidad de sedimentación. Las interacciones entre las partículas son importantes, alcanzándose velocidades de sedimentación menores que en la sedimentación libre. La sedimentación se encuentra retardada o impedida. Leonard (1998) indica que dentro del sedimentador se desarrollan varias zonas, caracterizadas por diferente concentración de sólidos y, por lo tanto, diferente velocidad de sedimentación. Dependiendo de cómo se realice la operación, la sedimentación puede clasificarse en los siguientes tipos: el flujo volumétrico total de materia fuera del sistema es nulo, transcurre en régimen no estacionario. Este tipo de sedimentación es la que tiene lugar en una probeta de laboratorio, donde la suspensión se deja reposar. la suspensión diluida se alimenta continuamente y se separa en un líquido claro y una segunda suspensión de mayor concentración. Transcurre en régimen estacionario.

Díaz (1980) La sedimentación de sólidos en líquidos está gobernada por la ley de Stokes, que indica que las partículas sedimentan más fácilmente cuando mayor es su diámetro, su peso específico comparado con el del líquido, y cuando menor es la viscosidad del líquido. Las principales razones de la modificación de la velocidad de sedimentación de las partículas en una suspensión concentrada son las siguientes: 

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Las partículas grandes sedimentan con relación a una suspensión de partículas más pequeñas, por lo que la densidad efectiva y la viscosidad del fluido aumentan. La velocidad ascendente del fluido desplazado durante la sedimentación es notable en una suspensión concentrada y la velocidad aparente de sedimentación es menos que la velocidad real relativa al fluido. Los gradientes de velocidad en el fluido cercano a las partículas aumentan como resultado del cambio en el área y en la forma de los espacios de flujo. Las partículas más pequeñas tienden a ser arrastradas hacia abajo por el movimiento de las partículas grandes, experimentando por tanto una aceleración.

García (2005) menciona que para esta determinación se utilizan los datos obtenidos en una sedimentación discontinua, realizada con suspensiones de diferente concentración inicial, Co. La forma de operar con cada una de las probetas es la siguiente: a. Se mide la mide la altura inicial de la suspensión, ho, usando la regla acoplada a cada probeta. b. Se toma la probeta de concentración y se agita intensamente para que la concentración sea lo más uniforme posible a lo largo de toda la probeta. c. Se deja la probeta en reposo y se va determinando la altura que ocupa la suspensión en función del tiempo, tomando para ello medidas de la altura de la suspensión (h) cada minuto. Una vez determinadas las parejas de valores de la altura en función del tiempo, se puede utilizar el método de Coe y Clevenger para determinar la velocidad de sedimentación.

Se realizan ensayos con suspensiones a concentraciones diferentes. Para cada una de estas concentraciones iniciales se obtienen las parejas de valores (h,t)  y la correspondiente curva de sedimentación.

Una vez realizada la representación gráfica de la variación de la altura frente al tiempo, se calcula la velocidad de sedimentación en función de la concentración utilizando el método de Coe y Clevenger, el cual consiste en estimar, a partir de los datos experimentales obtenidos a las distintas concentraciones iniciales, los valores de las pendientes en el origen, -(dh/dt), que coinciden con las velocidades de sedimentación (v). Así se obtiene la tabla de v (cm/min) en función de C (g/L).

La evaluación de las propiedades de cocción en productos de pastificio es importante, sobre todo cuando se trata de materiales novedosos, distintos a las pastas simples; ya que como señalan Tudorica et al. (2007), son parámetros fundamentales e índices comúnmente empleados por los consumidores y por los industriales como predictores generales de calidad de distintas pastas alimenticias. Según a calidad del trigo duro que se utiliza para elaborar la Pasta se determina por su nivel de proteínas. Un nivel de proteínas elevado garantiza que la Pasta quede “al dente” para un tiempo de cocción determinado. También es importante tener en cuenta que los tiempos de cocción de la Pasta pueden variar según el nivel de calcio del agua o de la altitud sobre el nivel del mar. Para fideos del tipo corbata y caracol, generalmente este tiempo es variable según la calidad del fideo, dentro de un rango de 12 a 14 minutos.

1.1.

LUGAR DE EJECUCIÓN: La práctica se llevó a cabo en el laboratorio de Ingeniería de Alimentos de la facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias.

1.2.

MATERIA PRIMA:   

1.3.

Jugo de caña de azúcar Fideos de marca Alianza, en el tipo corbata. Harina gruesa de trigo

MATERIALES:

probeta de 250 ml papel milimetrado recipientes para coccion cinta scotch varilla de vidrio cronometro 1.4.

REACTIVOS: Colorante amarillo

Agua mineral

Sulfato de bario

Oxido de calcio o lechada de cal

1.5.

METODOLOGÍA A. Velocidad de sedimentación del sulfato de bario: 

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Se preparo una solución de sulfato de bario a diferentes concentraciones, las cuales fueron vertidos a una probeta con papel milimetrado. Con ayuda de una linterna, se observo la caída de las partículas de sulfato hacia el fondo de la probeta, y se midió cada 10 segundos esta caída. Luego se grafico en un papel milimetrado estos datos, y se determino la velocidad de sedimentación con el método de Coe y Clevenger.

B. Sedimentación de harina gruesa de trigo.    

Se preparo una solución al % de harina gruesa de trigo. Esta solución fue coloreada para su mejor observación. Se tomo el tiempo de formación de sedimentos de partículas de diferentes tamaños. Se comparo los datos obtenidos.

C. Clarificación del jugo de caña de azúcar:   

Se calentó el jugo de caña, se le adiciono la lechada de cal en una concentración del %. Se enfrió el jugo y se vertió el mismo en una probeta con papel milimetrado. Se tomo el tiempo inicial y final, en la cual se formo el precipitado de la lechada de cal más los cuerpos extraños del jugo de caña.

D. Control de calidad de fideos.   

Se tomo una muestra de 100 gramos de fideos, los cuales fueron cocinados en un litro de agua. Se tomo el tiempo inicial para determinar el tiempo de cocción. Se controló la cocción evaluando la dureza del fideo al dente.

 

El líquido de cocción, previamente sacudido, fue vertido en una probeta, y dejado en reposo por 24 horas. Luego se midió el tiempo de precipitado.

De lo realizado en la práctica se concluye lo siguiente:

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

Costa, J. (1991) Curso de química técnica: introducción a los procesos, las operaciones. Editorial Reverte. Barcelona España. Leonard, N. (1998) Tratamiento de Vertidos Industriales y Peligrosos. Ediciones Díaz de Santos. Madrid España. Díaz, M. (1980) Sedimentación fluvial: Sedimentación lacustre. Instituto geológico y minero de España. España. García V. (2005). Modelización matemática de la sedimentación en la costa. Publicaciones de la Universidad Jaume. España. TUDORICA C.M., KURI V., BRENNAN C.S. (2002). Nutricional physicochemical characteristics of dietary fiber enriched pasta. J. Agric. Food Chem. 50: 347-356 pp. Pérez, V. (2012) Elaboraciones básicas y platos elementales con hortalizas. Ediciones Nobel. España.

1. Explicar el método de Coe y Clevenger.

El método de Coe y Clevenger consiste en medir la caída de partículas cada cierta fracción de tiempo, con los cuales se construye una gráfica de distancias vs tiempos. En esta curva se traza una recta tangente al primer punto que se encuentra en el eje de distancias. La velocidad de sedimentación será la pendiente de esta recta trazada en ese punto. 2. Mencionar dos métodos que permiten determinar la velocidad de sedimentación.

2.1.

Cálculo de la velocidad de sedimentación de partículas en función del Numero De Reynolds

En el cuadro muestran las fórmulas aplicables para calcular la velocidad de sedimentación de partículas presentes en el agua. Van a ser función del número de Reynolds, que a su vez dependerá del tamaño de la partícula. La velocidad de sedimentación también se puede calcular de forma gráfica con el gráfico de la parte inferior.

Dónde:     

Vs: velocidad de sedimentación (m/s) d: diámetro de la partícula (m) g: aceleración de la gravedad (9,81 m/s2) ρ a : densidad de la partícula (kg/m3) ρ : densidad del agua (kg/m3)

Donde: 

Ss : densidad específica ( ρa/ρ)



R: número de Reynolds