Cuestionarios sobre flujo de fuidos, Ejercicios de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente

¡Descarga Cuestionarios sobre flujo de fuidos y más Ejercicios en PDF de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente solo en Docsity! INSTITUTO TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ZAMORA INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS 2024-1 Unidad 2 de Flujo de Fluidos Docente: José Luis Reyes Patiño ACTIVIDAD 1. CUESTIONARIO Nombres: Barrera Núñez Mayra Karina, Castro Arroyo Juan Ramon, Contreras García María Guadalupe, Lopez Hernández Joanna Margarita, Lopez Hernández Juan Carlos, Vega Ramirez Osvaldo Daniel APARTADO A) FILTRACIÓN 1.Defina, ¿qué es la filtración? La filtración es un proceso físico de separación de sólidos en suspensión en un fluido (líquido o gas) mediante el paso del fluido a través de un medio poroso o filtro que retiene las partículas sólidas y permite el paso del fluido limpio. 2. ¿Cuáles son los fundamentos teóricos de la filtración? Los fundamentos teóricos de la filtración se basan en la mecánica de fluidos y la teoría de la separación de partículas. Los principios clave incluyen:  Ley de Darcy: Describe el flujo de un fluido a través de un medio poroso. La velocidad del flujo es proporcional a la diferencia de presión y la permeabilidad del medio, e inversamente proporcional a la viscosidad del fluido.  Resistencia del filtro: La acumulación de partículas en el medio filtrante crea una resistencia adicional que disminuye la tasa de filtración.  Tamaño de poro del filtro: Determina la eficiencia de retención de partículas; los filtros con poros más pequeños retienen partículas más finas. 3. ¿Describa un ejemplo donde es aplicada la filtración y describa los motivos por lo que es usada? Un ejemplo común de aplicación de la filtración es en las plantas de tratamiento de agua potable. En este proceso, la filtración se utiliza para eliminar impurezas sólidas, bacterias y otros contaminantes del agua cruda para hacerla segura para el consumo humano. La filtración es esencial en este contexto porque garantiza la eliminación eficiente de partículas nocivas, mejorando la calidad del agua y protegiendo la salud pública. 4. ¿Qué diferencia tiene la filtración con…? a) La destilación: La destilación es un proceso de separación basado en las diferencias en los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla líquida, mientras que la filtración separa partículas sólidas de un fluido sin cambiar su fase. b) Evaporación: La evaporación es el proceso de conversión de un líquido en vapor para separar componentes volátiles de no volátiles, mientras que la filtración no involucra cambios de fase y se basa en la retención física de partículas sólidas. c) Sedimentación: La sedimentación es la separación de partículas sólidas de un fluido debido a la gravedad, donde las partículas más densas se asientan en el fondo, mientras que la filtración utiliza un medio poroso para retener las partículas en suspensión. d) Centrifugación: La centrifugación utiliza la fuerza centrífuga para separar partículas en suspensión de un fluido, basado en la densidad, mientras que la filtración utiliza un medio poroso para retener las partículas sólidas. 5. Hablando de separación por medio de filtración ¿Cuántos tipos de filtración existen?, describe cada uno de ellos.  Filtración por gravedad: Utiliza la fuerza de la gravedad para hacer pasar el fluido a través del medio filtrante.  Filtración a presión: Se aplica una presión adicional para forzar el paso del fluido a través del filtro, aumentando la tasa de filtración.  Filtración al vacío: Se crea una presión negativa en el lado de salida del filtro para aumentar el flujo de filtrado.  Microfiltración: Utiliza membranas con poros muy pequeños para eliminar partículas y microorganismos del tamaño de micrómetros.  Ultrafiltración: Emplea membranas con poros aún más pequeños para retener moléculas y proteínas.  Nanofiltración: Similar a la ultrafiltración, pero con poros que retienen solutos de tamaño nanométrico.  Equilibrio de fuerzas: La separación se basa en el equilibrio entre la fuerza centrífuga y las fuerzas de resistencia del fluido. 13. ¿Describa un ejemplo donde sea aplicada la sedimentación y centrifugación y describa los motivos por lo que son usadas? Sedimentación: Ejemplo: Tratamiento de aguas residuales. Motivos: La sedimentación se utiliza para separar los sólidos suspendidos del agua residual. Este proceso permite que los sólidos más pesados se asienten en el fondo de los tanques de sedimentación, produciendo un efluente más claro y reduciendo la carga de contaminantes antes de los procesos de tratamiento secundarios. Centrifugación: Ejemplo: Separación de componentes en una muestra de sangre. Motivos: La centrifugación se usa para separar el plasma de los glóbulos rojos y otros componentes celulares en la sangre. La alta velocidad de rotación genera una fuerza centrífuga que acelera la separación basada en la densidad, permitiendo una rápida y eficiente obtención de las distintas fracciones sanguíneas para análisis o uso clínico. 14. ¿Qué diferencia tiene como método d separación, la sedimentación y centrifugación con…? a) La destilación:  Sedimentación y Centrifugación: Separan componentes basándose en la densidad y la acción de la gravedad o la fuerza centrífuga.  Destilación: Separa componentes basándose en sus diferentes puntos de ebullición mediante calentamiento y condensación, ideal para mezclas homogéneas de líquidos. b) Evaporación:  Sedimentación y Centrifugación: No implican cambio de fase y se basan en diferencias de densidad.  Evaporación: Separa componentes eliminando el solvente mediante el calor, cambiando el estado del líquido a vapor, ideal para concentrar soluciones. c) Sedimentación:  Sedimentación: Utiliza la gravedad para separar partículas sólidas en suspensión.  Centrifugación: Utiliza la fuerza centrífuga para acelerar la separación de partículas en suspensión. d) Centrifugación:  Sedimentación: Más lenta y depende únicamente de la gravedad.  Centrifugación: Más rápida y eficiente, utiliza la fuerza centrífuga generada por la rotación rápida. e) Filtración:  Sedimentación y Centrifugación: Separan basándose en la densidad sin necesidad de un medio poroso.  Filtración: Utiliza un medio poroso para separar sólidos de líquidos o gases, adecuado para partículas finas. 15. Hablando de separación por medio de sedimentación ¿Cuántos tipos de sedimentación conoces?, describe cada uno de ellos.  Sedimentación libre: Ocurre cuando las partículas sedimentan sin interferencia mutua en un fluido poco concentrado. La velocidad de sedimentación es constante y depende del tamaño y la densidad de las partículas y la viscosidad del fluido.  Sedimentación impedida: Se da en medios más concentrados donde las partículas interfieren entre sí durante la sedimentación. La velocidad de sedimentación es menor debido a las interacciones entre partículas.  Sedimentación primaria: Proceso inicial en el tratamiento de aguas residuales donde las partículas más grandes y pesadas se asientan rápidamente.  Sedimentación secundaria: Utilizada después del tratamiento biológico de aguas residuales para separar los sólidos biológicos del efluente tratado.  Sedimentación terciaria: Se utiliza para la clarificación final del agua tratada, eliminando las partículas restantes antes de la descarga o reutilización. 16. ¿Qué diferencia hay entre sedimentación y centrifugación?, explique.  Sedimentación: Es un proceso más lento y natural, basado en la gravedad. Las partículas sedimentan debido a la diferencia de densidad entre ellas y el fluido, sin intervención de fuerzas externas.  Centrifugación: Es un proceso acelerado utilizando fuerza centrífuga. La rotación rápida genera una fuerza que separa las partículas de diferentes densidades mucho más rápido que la sedimentación, siendo útil para suspensiones con partículas muy finas o donde se necesita una separación rápida. 17. Explique, ¿en qué consiste la sedimentación libre? La sedimentación libre consiste en la caída de partículas a través de un fluido bajo la influencia de la gravedad, sin interferencia entre partículas. La velocidad de sedimentación es constante y se determina por la Ley de Stokes, dependiendo del tamaño, forma, densidad de las partículas y la viscosidad del fluido. 18. Explique, ¿en qué consiste la sedimentación impedida? La sedimentación impedida ocurre en medios donde la concentración de partículas es alta y las partículas interfieren entre sí durante la sedimentación. La interacción entre partículas reduce la velocidad de sedimentación, ya que las colisiones y el desplazamiento del fluido generan resistencia adicional. 19. ¿De qué manera se puede acelerar la sedimentación? Y ¿En qué casos sería necesario? Se puede acelerar la sedimentación de las siguientes maneras:  Aumentando la densidad del fluido: Añadir coagulantes o floculantes que aglomeren las partículas, aumentando su tamaño y velocidad de sedimentación.  Incrementando la temperatura: Disminuye la viscosidad del fluido, permitiendo que las partículas se sedimenten más rápidamente.  Aplicando fuerza centrífuga: Utilizar centrifugación para acelerar significativamente la sedimentación.  Mejorando el diseño del equipo: Usar tanques de sedimentación con mayor área superficial o unidades lamelares. Estos métodos serían necesarios en procesos industriales donde la rapidez y eficiencia de la separación son cruciales, como en el tratamiento de aguas residuales, la industria alimentaria y farmacéutica, o en laboratorios para análisis de muestras biológicas. c) En su caso que tipos de filtros o filtro usted recomendaría para aumentar la eficiencia de la operación unitaria de filtración para este proceso en particular Para aumentar la eficiencia en la filtración de la cerveza, recomendaría una combinación de filtros: Filtro de Tierra de Diatomeas (DE):  Motivo: Proporciona una excelente clarificación inicial y es eficaz en la remoción de partículas finas y levaduras. Filtro de Membrana:  Motivo: Ideal para la microfiltración final, garantizando la estabilidad microbiológica sin afectar el sabor ni los componentes deseados de la cerveza. La combinación de estos filtros maximiza la clarificación y estabilización microbiológica, asegurando un producto final de alta calidad. d) Conclusiones sobre apartado B) de filtración. La filtración es una operación unitaria crucial en la industria cervecera para garantizar la calidad y claridad del producto final. El uso de diferentes tipos de filtros, como filtros de placas y marcos, filtros de tierra de diatomeas y filtros de membrana, permite la eliminación eficiente de sólidos, levaduras y microorganismos a lo largo del proceso de producción. Recomendar una combinación de filtros de tierra de diatomeas y filtros de membrana puede aumentar significativamente la eficiencia del proceso de filtración, resultando en una cerveza más clara, estable y de alta calidad. La selección adecuada de filtros no solo mejora la apariencia y sabor de la cerveza, sino que también asegura su estabilidad y seguridad microbiológica. CENTRIFUGACIÓN Y SEDIMENTACIÓN 1. En tratamientos de aguas residuales de las empresas se usa la sedimentación … Explique lo que se pide a continuación. e) Describa el proceso de sedimentación en la separación de sólidos en aguas residuales y ubique la o las operaciones de sedimentación mediante un diagrama de bloques.  Pretratamiento: Remoción de grandes sólidos y desechos mediante rejillas y tamices.  Sedimentación Primaria: El agua residual se introduce en un tanque de sedimentación primaria donde los sólidos más pesados se asientan en el fondo del tanque formando lodos, mientras que los sólidos flotantes son retirados de la superficie.  Tratamiento Biológico: El efluente clarificado del tanque primario pasa a un tratamiento biológico (aeróbico o anaeróbico) donde microorganismos descomponen la materia orgánica disuelta.  Sedimentación Secundaria: El efluente del tratamiento biológico se introduce en un tanque de sedimentación secundaria. Aquí, los sólidos biológicos (lodos activados) se asientan en el fondo, separándose del agua tratada.  Tratamiento Terciario (Opcional): El agua puede pasar por filtración adicional o desinfección antes de su descarga o reutilización. f) Qué tipos de sedimentadores para este caso.  Sedimentadores Rectangulares: Comunes en plantas de tratamiento de aguas residuales, adecuados para grandes volúmenes y fácil mantenimiento.  Sedimentadores Circulares: Eficientes en términos de espacio y uniformidad en la sedimentación.  Sedimentadores de Placas Inclinadas (Lamelares): Ofrecen una mayor superficie de sedimentación en un espacio reducido, mejorando la eficiencia. g) Qué tipo de sedimentador será el más adecuado según tu punto de vista. Desde mi punto de vista, los sedimentadores lamelares son los más adecuados debido a su alta eficiencia y menor espacio requerido. Estos sedimentadores permiten una mayor tasa de sedimentación al aumentar el área superficial efectiva, lo cual es beneficioso en plantas con espacio limitado y grandes volúmenes de agua residual. h) Conclusiones sobre apartado B) numeral 1 de este tema. La sedimentación es un proceso crucial en el tratamiento de aguas residuales, permitiendo la separación de sólidos suspendidos y reduciendo la carga de contaminantes. Los diferentes tipos de sedimentadores, como los rectangulares, circulares y lamelares, ofrecen soluciones adaptables a las necesidades específicas de cada planta. La selección del sedimentador adecuado, como los lamelares, puede optimizar la eficiencia del proceso, mejorar la calidad del efluente y contribuir a la sostenibilidad ambiental. 2. En tratamientos la industria de lácteos usa la centrifugación como medio de separación … Explique lo que se pide a continuación. a) Describa el proceso de centrifugación en la separación de sólidos (o grasas) en la industria lacte y ubique la o las operaciones de centrifugación mediante un diagrama de bloques.  Recepción y Almacenamiento de Leche Cruda: La leche cruda se recibe y almacena en tanques refrigerados.  Clarificación: La leche se pasa por clarificadores centrífugos para eliminar sólidos no deseados como células somáticas y bacterias.  Descremado: La leche se introduce en una centrífuga descremadora donde la fuerza centrífuga separa la grasa (nata) del líquido (leche desnatada).  Estandarización: Ajuste del contenido de grasa de la leche mediante mezcla controlada de leche desnatada y nata.  Pasteurización: La leche estandarizada se pasteuriza para eliminar microorganismos patógenos.  Envasado: La leche pasteurizada se envasa y almacena para su distribución.