Análisis de la función de corrección de la velocidad de sedimentación para micro partículas

Analysis of the correction function for micro-particle sedimentation velocity

La velocidad de sedimentación de las partículas presentes en una suspensión sufre una caída monótona en función dela concentración volumétrica de éstas, por efecto de las fuerzas hidrodinámicas y electroquímicas que se presentan en una suspensión. El valor efectivo que alcanza la velocidad de sedimentación puede evaluarse a partir de la velocidad de sedimentación teórica de una partícula única, multiplicada por la denominada función de corrección de velocidad o función obstáculo, la que considera tanto el régimen de escurrimiento como la concentración volumétrica de partículas. Los valores determinados para esta función por Richardson y Zaki en 1954 [14] son los más utilizados actualmente, donde el valor propuesto para el caso de regímenes de escurrimiento del fluido por sobre las partículas, cuyos números de Reynoldssean menores a 0,25, se establece un valor único de 4,65, independientemente del tamaño de las partículas. El presente artículo muestra los resultados alcanzados a partir de un trabajo experimental desarrollado con micro partículas calibradas de óxido de silicio (SiO₂), que indica que el valor del exponente de la función de corrección depende inversamente del tamaño, para el caso de partículas de orden micrométrico, lo que daría lugar a un nuevo valor para el exponente.

INTRODUCCIÓN

La velocidad de sedimentación de las partículas presentes en una suspensión sufre una caída monótona de su valor, a medida que su concentración volumétrica aumenta. El origen de este fenómeno se encuentra en la variación que sufre el comportamiento de las fuerzas hidrodinámicas, osmóticas y electroquímicas entre las partículas a medida que su concentración aumenta. Este fenómeno depende, además, del tamaño de las partículas presentes en la suspensión, ya que para suspensiones conformadas por partículas cuyo diámetro medio sea mayor a 100 µm, las fuerzas osmóticas y electroquímicas se pueden despreciar [1-4, 6-9, 12-19].

A este respecto es conveniente indicar que las fuerzas hidrodinámicas tienen su origen en la formación, ya sea puentes hidráulicos entre partículas y/o por el arrastre o la succión que las partículas de mayor diámetro realizan sobre las de menor diámetro y/o por el impulso que las partículas que desarrollan mayor velocidad tienen sobre otras de menor velocidad, lo que las puede desviar de sus trayectorias originales [3, 4, 7, 12, 17 y 20]. A lo anterior, se suma el efecto dominante que tienen las fuerzas de superficie tipo electroquímico entre las partículas, las que son definidas a través del potencial Zeta o carga electroestática superficial de las partículas, estas fuerzas son relevantes en el caso de micropartículas, ya que las superficies expuestas al electrolito, que en este caso es el fluido, son muy importantes, dada la gran superficie expuesta. Estas fuerzas pueden modelarse a través de la  teoría DLVO, desarrollada por Derjarin, Landau, Verwey y Overbeck [1, 17 y 20].