Velocità di sedimentazione

Per velocità di sedimentazione si intende la velocità di deposizione, di discesa o di decantazione con la quale si deposita una particella all’interno di una miscela eterogenea.

Le miscele multi-fase (solido-liquido, liquido-liquido) possono essere separate meccanicamente per effetto della forza di gravità (sedimentazione). La premessa al riguardo è che i singoli componenti presentino densità diverse e che non siano reciprocamente solubili (ad es. acqua e olio).

Quali forze agiscono sulla particella?

Su una particella circondata da una sostanza liquida (ad esempio solidi o gocce di grasso nell’acqua oppure gocce di acqua nell’olio) agiscono tre forze (vedere la figura):

  • Forza di gravità FG
  • Forza ascensionale FA
  • Forza di resistenza FW

Alla forza di gravità FG (Field Force, Gravity) si oppongono quella ascensionale FA (Buoyant Force) e quella di resistenza FW. La velocità costante ascensionale o di discesa Vg della particella varia a seconda se la sua densità è maggiore o minore di quella del fluido circostante.

Calcolo della velocità di sedimentazione

Prendendo a riferimento un flusso laminare a titolo esemplificativo, la velocità di sedimentazione può essere rilevata con l’aiuto della legge di Stokes basata sull’equilibrio di forze.

La formula per il calcolo della velocità di sedimentazione nel processo di centrifugazione, ovvero nel campo centrifugo, è la seguente:

Parametri che influiscono sulla velocità di sedimentazione

Sulla base di questa equazione è possibile dedurre i parametri che influiscono in modo determinante sulla velocità ascensionale o di discesa:

Diametro “d” della particella: nella formula, il diametro della particella è riportato al quadrato. Più grande è il diametro (o il raggio della particella) maggiore è la velocità di sedimentazione della particella.

Differenza di densità “Δρ” tra particella e liquido: più elevata è la differenza di densità della particella e del liquido, maggiore è la velocità della particella, quindi tanto più velocemente sedimenta la miscela.

Viscosità dinamica “η” della miscela: minore è la viscosità dinamica del prodotto, tanto maggiore è la velocità di decantazione della particella.

 

Fonte

[1] Klaus Luckert: Handbuch der mechanischen Fest-Flüssig-Trennung, I edizione 2004

[2] Horst Kuchling: Taschenbuch der Physik; Fachbuchverlag Leipzig, XVI edizione1996

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