1 Centrifugacion Sedimentacion 1z6j30

Centrifugación

Separación de sustancias de diferente densidad mediante movimiento giratorio

Aplicaciones • Separación de células de caldos biológicos • Remoción de desechos celulares de caldos de células que han sido sujetas a rompimiento • Separación de precipitados proteicos • Recuperación de productos insolubles

Fundamentos Teoría de sedimentación: Ley de Stokes

Acción de la Gravedad Acción de una fuerza centrífuga

Fuerza de aceleración = Fuerza de empuje + Fuerza de arrastre Flujo laminar Partículas esféricas

Velocidad de sedimentación

SEDIMENTACION LIBRE

CENTRIFUGACION

E: Empuje hidrostático E

Fr P

Fr: Fuerza de roce viscosa

F’r

P: Peso

Fc

E’ R P

PR ω

Factor G Medida relativa de la velocidad de sedimentación de una partícula en un campo centrífugo con respecto a su velocidad de sedimentación en el campo gravitacional.

Equipos Tubular Cámara múltiple Sedimentadoras Tazón sólido Decantadoras Centrífugas

Discos Filtrante s

Equipos de FiltraciónCentrífuga • Canasta perforada cubierta con un medio filtrante que gira a altas velocidades. • Los sólidos se depositan sobre el medio filtrante. • Salida de líquido claro.

Equipos de sedimentación centrífuga • La suspensión se alimenta a un tazón que se hace girar provocando que los sólidos se colecten sobre una pared y el sobrenadante se recupere por acción de un colector líquido. • Clarificación. • Recuperación de sólidos. • Operación en forma continua o intermitente.

Centrífuga Tubular • Capaz de separar partículas hasta de 0.1 µm. • Modelos industriales: - 15000 rpm - 12000 G - entre 500 y 3500 l/h - 2 a 4 kg sólido por lote

Centrífugas de Cámara Múltiple • • • •

Diámetro de 335 a 615 mm Entre 5000 y 8400 rpm 5000 y 9000 G Capacidad de sólidos entre 2.5 y 60 litros.

Centrífuga de Tazón sólido • Diámetro de 95-125 cm • Capacidades volumétricas de 100 a 300 litros • Menor relación de longitud a diámetro que las tubulares.

Centrífugas Decantadoras o de Tornillo • • • •

Velocidades entre 1600 a 6000 rpm Campos centrífugos menores. Diámetro de 15 a 140 cm. Descarga de sólidos de 30 kg/h hasta 60 ton/h • Alimentaciones entre 3.8 a 1890 l/min.

Centrífuga de Discos

• • • •

Clasificación según la forma de descarga de sólidos: Retención de sólidos. Tazón abierto de descarga intermitente de sólidos. Válvula tipo boquilla de descarga intermitente de sólidos. Boquilla para la descarga continua de sólidos

Tazón abierto

Retención de sólidos • • • •

Diámetro de 21-44 cm Fuerzas centrífugas de 5000-8000 G Capacidad de sólidos de 5 a 20 litros Flujos de 0.4 a 1500 l/min

Diseño de Equipo de Centrifugación • Desarrollo de una expresión para el tiempo de residencia en la centrífuga. • Expresión para el tiempo de sedimentación. • Combinación de ambas expresiones para relacionar el gasto volumétrico manejable con las propiedades del caldo (tamaño de partícula, diferencia de densidades, viscosidad del líquido) y la geometría de la centrífuga.

Escalamiento y Diseño La teoría de la sedimentación combinada con la experimentación en equipos pilotos, permite operar y diseñar racionalmente los equipos de centrifugación.

Diseño de Centrífugas Tubulares • Tiempo de residencia:

• Tiempo de sedimentación:

Diseño de Centrífugas Tubulares • Gasto manejable para 100% sedimentación:

• Gasto manejable para 50% sedimentación:

Diseño de Centrífuga de Discos • Gasto manejable para 100% sedimentación:

• Gasto manejable para 50% sedimentación:

Filtración centrífuga • Gasto volumétrico:

• Tiempo de filtrado:

Equipos de centrifugación para sedimentación 1.

Centrifuga tubular. El tazón es alto y de diámetro estrecho, 100 – 150 mm. Estas centrifugas conocidas como supercentrifugas, desarrollan una fuerza equivalente a unas 13 000 veces la de la gravedad. Las centrifugas muy estrechas, con diámetros de 75 mm y velocidades muy altas, de 60000 rev/min, se llaman ultracentrifugas. Las supercentrifugas tienen grandes aplicaciones en la separación de emulsiones liquido-liquido. Figura 1. Centrifuga de tazón tubular para la separación de dos fases liquidas

La alimentación entra desde una boquilla estacionaria insertada a través de una abertura situada en el fondo del recipiente. y se separa en dos capas concéntricas de líquido en el interior del recipiente. La capa interior, que es la más ligera, rebosa sobre un vertedero situado en la parte superior del recipiente. El líquido más pesado fluye sobre otro vertedero, situado dentro de una tapadera separada y descarga por una tubería. El vertedero por el que descarga el líquido pesado puede separarse y reemplazarlo por otro con diferente tamaño de abertura.

Figura 2. Centrifuga tubular

2. Centrifuga de tazón con discos. Se usa con frecuencia en las separaciones liquido-liquido. La alimentación penetra al compartimiento por el fondo y se desplaza hacia arriba a través de orificios de alimentación espaciados verticalmente, llenando los espacios entre los discos. Los orificios dividen al conjunto vertical en una sección interior, en la que esta presente la mayor parte del liquido ligero, y una sección externa donde predomina el liquido pesado. Se usan en las separaciones de almidón-gluten, en la concentración de látex de caucho, en la separación de cremas, trazas de sólidos de aceites lubricantes y bebidas que deben ser perfectamente claras.

Figura 3: Diagrama esquemático de una centrifuga de tazón con discos

Figura 4: Centrifuga de disco

3. Centrifuga de boquillas de descarga. Se usa cuando el líquido de alimentación contiene mayor porcentaje de sólidos, siendo preciso que exista un dispositivo para la descarga automática de los sólidos. Los sólidos son desplazados hacia la periferia del recipiente y salen de forma continua a través de las boquillas junto con una considerable cantidad de líquido. En algunos diseños, parte de la suspensión descarga desde las boquillas y es reciclada a través del recipiente para aumentar la concentración de sólidos, y también se puede introducir líquido de lavado en el recipiente para efectuar un lavado por desplazamiento.

Figura 5: Centrifuga de boquillas de descarga

Figura 6. Centrífuga cilíndrico-cónica de transportador helicoidal. (Bird Machine Co.)

4. Separadores de lodos. En una centrífuga con boquillas de descarga los sólidos abandonan el recipiente por debajo de la superficie del líquido y, por tanto, llevan consigo cantidades considerables de líquido. Para separar una suspensión de alimento en una fracción de líquido claro y un lodo pesado «seco», hay que desplazar mecánicamente del líquido los sólidos sedimentados y escurrirlos mientras se encuentran todavía bajo la acción de la fuerza centrífuga. Esto se realiza en separadores continuos de lodos, un ejemplo típico de los cuales se muestra en la Figura 6. Por ejemplo, una máquina de 18 pulg puede tratar de 1 a 2 toneladas por hora.

FIN