Clase 20 y 21 UT 9 Clasificacion de Particulas Solidas Por Medio de Fluido

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    27-Dec-2015

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  • OPERACIONES UNITARIAS I

    Dr. Ing. Qco. Walter Gustavo Morales

    Ingeniera Qumica 2013 FRRe - UTN

  • UNIDAD TEMTICA 9

    Clasificacin de partculas slidas por medio de fluidos

  • UNIDAD 9: CLASIFICACIN DE

    PARTCULAS SLIDOS POR MEDIO DE

    FLUIDOS.

    Aplicaciones de la mecnica del movimiento de

    partculas a travs de un fluido: principios

    generales, velocidad Terminal. Cada

    obstaculizada de partculas esfricas.

    Sedimentacin retardada. Partculas isodrmas o equidescentes. Equipo de clasificacin. Cribas hidrulicas. Mesas vibradoras o sacudidoras.

    Elutriacin. Flotacin.

  • UNIDAD 9: CLASIFICACIN DE PARTCULAS SLIDOS POR MEDIO DE

    FLUIDOS

    OBJETIVOS

    1) Conocer la importancia de la separacin de materiales slidos particulados por rangos de tamaos y su relacin con su utilizacin en procesos industriales, usos finales y valor comercial.

    2) Conocer los principales equipos industriales y sus aplicaciones especficas.

    3) Entender las reglas bsicas para seleccionar un equipo industrial

  • Aplicaciones:

    Transporte de producto por aspersin flujo

    gaseoso

    Alimentacin de carbn pulverizado a un

    quemador

    Separacin de partculas slidas de un

    fluido filtracin y sedimentacin- o separacin partculas slidas entre si.

    Mtodos mecnicos de separacin son dos:

    - mecanismo controlado por mecnica de

    fluido

    - no descritos por la mecnica de fluidos

  • Coeficiente de arrastre: Sv

    FC

    fs

    DD

    22

    F es la fuerza que acta sobre el slido, vfs es la velocidad de

    corriente libre relativa a la partcula, y S es el rea proyectada del

    slido perpendicular al flujo

    Arrastre de forma para flujo

    estacionario

  • Fuerza Externa: gravedad o

    campo de fuerza centrfugo

    dt

    dvmFg c

    Fuerza de

    arrastre,

    debido a la

    friccin del

    fluido

    Fuerza de

    flotacin

    dt

    dvmgFFF cBDE )(

    EcE magF

    2

    2 SvCgF

    fsD

    cD

    E

    s

    sB am

    gF

    m

    SvCaa

    dt

    dv vfD

    s

    EE

    2

    2

  • mSvCg

    dt

    dv D

    s 21

    2

    Si fuerza externa es campo centrfugo , aE = r 2, r es el radio

    de trayectoria y es la velocidad angular en radianes/s

    m

    SvCr

    dt

    dv D

    s 21

    22

    Si fuerza externa es la gravedad , aE = g

    Ecuaciones para resolver

    separacin mecnica

  • Velocidad Terminal

    sp

    D

    s D

    vCg

    dt

    dv

    4

    31

    2

    ssp

    tD gD

    vC

    1

    4

    3 2

    D

    ps

    tC

    gDv

    3

    4

    A la velocidad terminal, dv/dt = 0;

    Considerando el rea proyectada perpendicular al flujo es Dp2/4 y la masa es

    (Dp3/6) s. Reemplazando en la anterior para campo gravitatorio

    Ley de Newton

  • Expresin para la velocidad terminal, independiente de CD, para partculas con

    flujo laminar.

    Fuerza de resistencia, segn demostr Stokes vDgF pcD 3

    vDgmdt

    dvm p

    s

    31

    que para esferas m = ( Dp3/6)s

    vDgD

    dt

    dvDps

    p

    s

    p

    3

    66

    33

    sps

    s

    D

    vg

    dt

    dv

    2

    18

    18

    2

    ps

    t

    gDv

    Ley de Stokes para calcular la viscosidad

    usando un viscosmetro de cada de una

    esfera

    A la velocidad terminal, dv/dt = 0;

  • Sustituyendo la expresin de vt de Stokes en la de Newton, el

    Coeficiente de arrastre con flujo laminar

    23

    4

    t

    ps

    Dv

    gDC

    Re2

    242418

    3

    4

    NvDgDv

    gDC

    tppst

    ps

    D

  • Tcnica para la solucin simultnea

    t

    sp

    D vgD

    C log23

    4loglog

    t

    pv

    DN logloglog Re

    2

    3

    Re3

    4loglog2log

    spD

    gDNC

    es la ecuacin para una lnea

    recta de pendiente (-2) que pasa a

    travs del punto NRe = 1 y CD =

    4g Dp3 (s - ) / 3 2.

    En esta ecuacin no aparece vt,

    pero puede determinarse

    graficando

  • CADA OBSTACULIZADA DE PARTCULAS

    ESFRICAS. SEDIMENTACIN RETARDADA.

    )1(82,110 B

    R

    gDv

    ps

    H

    18

    2

    VH es la velocidad terminal

    para la sedimentacin

    obstaculizada

    viscosidad global efectiva (B) y

    la viscosidad del lquido

    expresada en funcin de la

    fraccin de volumen del lquido

    () en la suspensin

  • EFECTO DE LAS PAREDES EN LA

    SEDIMENTACIN LIBRE

    25,2

    1

    eD

    D

    5,1

    1eD

    D

    Para flujo laminar o

    viscoso

    Para flujo turbulento

    D: dimetro de la partcula esfrica

    De: dimetro del recipiente o depsito

  • DESPLAZAMIENTO BIDIRECCIONAL.

    MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES

    `cosFdt

    dvm h

    senFmg

    dt

    dvm sv `

    vh: componente horizontal de la velocidad de

    la partcula.

    vv: componente vertical de velocidad de la

    partcula.

    cos = vh / v

    sen = vv / v

    222

    vh vvv

    m

    SvvC

    dt

    dv hDh

    2

    m

    SvvCg

    dt

    dv vD

    s

    sv

    2

    Composicin de fuerzas

  • DESPLAZAMIENTO BIDIRECCIONAL.

    MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES

    Dv

    CCCD

    Re

    hh

    hDDv

    CCC

    Re

    vv

    vDDv

    CCC

    Re

    hDhvDvD

    CvCvvC

    m

    vCS

    dt

    dv hhDh

    2

    2

    m

    vCSg

    dt

    dv vvD

    s

    sv

    2

    2

  • UNIDAD TEMTICA 9

    Clasificacin de partculas slidas por medio de fluidos

    2da clase

  • PARTCULAS ISODROMAS O EQUIDESCENTES

    Partculas isodromas; son aquellas que, pertenecientes a distintos materiales a separar,

    poseen el tamao preciso para permitirles caer en el seno del fluido a una misma velocidad

  • CLASIFICACIN

    Clasificacin separacin de partculas slidas en

    diversas fracciones, con base en sus velocidades

    terminales.

    Separacin de 2 materiales diferentes a y b

    presentes en una mezcla de partculas slidas,

    donde a es ms denso que b

    Db

    bb

    Da

    aa

    tC

    gD

    C

    gDv

    3

    4

    3

    4

    Db

    Da

    a

    b

    b

    a

    C

    C

    D

    D

  • CLASIFICACIN

    a

    b

    b

    a

    D

    D

    ta

    DavD

    C24

    tb

    DbvD

    C24

    a

    b

    a

    b

    b

    a

    D

    D

    D

    D

    a

    b

    b

    a

    D

    D2

    n

    a

    b

    b

    a

    D

    D

    n = para flujo laminar

    n = 1 para flujo turbulento

    < n < 1 para flujo de

    transicin.

    Para NRe altos CD cte

    Para flujo laminar, CD = 24 / NRe

    La separacin slo es posible si la relacin de separacin, definida

    como el cociente del tamao de la partcula ms pequea de a al de la

    partcula ms grande de b, es mayor que

  • CLASIFICADOR DE VELOCIDAD

    SUPERFICIAL O CAJAS CLASIFICADORAS

  • CLASIFICADOR DE VELOCIDAD

    SUPERFICIAL O CAJAS CLASIFICADORAS

  • EL SPITZKASTEN O CAJA PIRAMIDALES

  • EL SPITZKASTEN O CAJA PIRAMIDALES

  • ELUTRIADOR

  • CLASIFICADOR DE DOBLE CONO

  • CLASIFICADOR DE DOBLE CONO

  • CLASIFICADOR DE RASTRILLO O DORR

  • CLASIFICADOR DE RASTRILLO O DORR

  • REOLAVADOR

  • BIBLIOGRAFA

    Foust Alan S., Wenzel, Clump, Maus, Andersen, Principios de Operaciones Unitarias, Mxico, CECSA (Compaa Editorial Continental), 2da edicin, 10ma re impresin, 2006.

    Coulson & Richardson, Volume 2 Chemical Engineering, Particle Technology and Separation Processes, Oxford, Butterworth Heinemann, Sixth Edition, 2002.

    McCabe, Warren L., SMITH Julian C., HARRIOT, Peter. Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica. Sptima Edicin, Mxico, Editorial Mc Graw Hill, 2007.