Para explicar cómo se desarrolla esta operación se recurrirá a describir un posible experimento de sedimentación discontinua efectuado en un cilindro de vidrio, a fin de poder observar a través de las paredes del recipiente los cambios que tienen lugar en el seno de la suspensión. La suspensión puede ser no floculenta o incompresible, cuando las partículas no forman flóculos (probablemente ocurrirá con tamaños de partícula grandes, superiores a 1 mm) o floculenta o compresible, cuando las partículas forman flóculos, con líquido en su interior.

 

La sig. Figura representa una probeta conteniendo una suspensión de concentración uniforme Co en el momento de iniciarse el experimento (tiempo t=0, Figura 1-(a)).

 

 

 

Al cabo de un cierto tiempo pueden observarse algunos cambios (Figura 1-(b)); en el fondo de la probeta se va formando un lodo concentrado (zona D), con sólidos en contacto continuo. Sobre esta zona puede aparecer una capa (C) de tamaño y concentración variable, donde los sólidos sedimentan sin contacto continuo, y otra (B) donde la concentración de sólidos es aproximadamente igual a la inicial de la suspensión. Finalmente, en la parte superior aparece una zona (A) de líquido claro, libre de sólidos. La separación entre las zonas A y B suele ser bastante nítida si el tamaño de las partículas que forman la suspensión es suficientemente uniforme. La separación entre las zonas C y D es menos definida y en algunos casos resulta difícil o imposible de apreciar, así como la separación B y C, cuya separación es siempre inapreciable. A medida que sigue transcurriendo el tiempo, el espesor de las capas varía como se indica en la Figura 1-(c). Finalmente llega un momento en que la zona B desaparece (Figura 1-(d)). A partir de ese instante, el espesor de la zona C va disminuyendo hasta alcanzar un valor límite (Figura 1-(e)). En las suspensiones no floculentas, la capa D no disminuye de espesor, una vez que ha desaparecido la capa C, y la concentración es la que le corresponde a un lecho fijo de partículas (porosidad en torno a 0.35). En las suspensiones floculentas, la capa D sigue descendiendo, por la compresión del sedimento al salir el líquido que formaba los anteriores flóculos. Si se coloca una tira de papel milimetrado a lo largo del cilindro donde se efectúa el experimento de sedimentación discontinua y, desde el momento inicial se va anotando la variación de la altura de las superficies de separación entre A y B y C y D, respectivamente, en función del tiempo transcurrido, se obtendría una representación parecida a la de la Figura 2.

 

 

 

 

El punto en que se confunden las dos interfases (A-B y C-D) se denomina punto crítico. Como puede observarse en la figura mencionada, a partir del punto crítico, la operación se reduce a una "compresión" lenta de la zona D. En esta zona el líquido pasa a través de los canales del lecho de sólidos hacia la zona de líquido claro. Se recuerda que se pueden diferenciar dos rangos de sedimentación de acuerdo con la concentración de sólidos:

a) A concentraciones bajas, hasta un valor crítico de concentración de sólidos (denominado concentración crítica), las partículas, agregados o flóculos descienden sin estar en contacto continuo. Este rango se denomina "rango de sedimentación impedida" o "de no-compresión". El adjetivo "impedida" se le añade para indicar el hecho de que las partículas o agregados se molestan unas a otras, disminuyendo la velocidad de sedimentación a medida que aumenta la concentración de sólidos (mayor impedimento). En este rango y tal como se presenta en los apartados siguientes, la velocidad de sedimentación de las partículas o agregados depende exclusivamente de la concentración de sólidos.

b) Si aumenta la concentración de sólidos, llega un momento en que las partículas o agregados están en contacto continuo.

1.- Si la suspensión estuviera formada por partículas sólidas macizas (sin huecos en su interior rellenos por fluido), una vez se alcanzase esta concentración crítica (a la cual las partículas están en contacto continuo), no se podría aumentar más la concentración de sólidos (se tratará de suspensiones incompresibles o no floculentas).

2.- Por el contrario, si la suspensión está formada por agregados de partículas o flóculos, (que contienen líquido en su seno), al llegar a estar en contacto continuo se produce el fenómeno de sedimentación por "compresión". Tienen lugar, por tanto, los fenómenos:

·         Por una parte, los agregados o flóculos pierden su identidad y se forma una matriz de sólidos, liberando parte del líquido del interior.

·        La velocidad de compresión de los sólidos, dentro de la matriz, se debe al peso menos el empuje hidrostático que ejercen los sólidos de las capas superiores, restando la fuerza de fricción del fluido que circula hacia arriba. Dentro de la matriz de sólidos, se forman canales por donde se recoge el agua del entorno para circular hacia arriba.

 

Por tanto, hay dos regímenes de sedimentación separados por un límite, denominado concentración crítica (de sólidos), donde todos los sólidos pasan de sedimentar de forma individual a estar en contacto continuo. Esta división queda delimitada claramente en suspensiones donde todos los agregados tienen el mismo tamaño y la misma cantidad de sólidos. Sin embargo, hay que hacer algunas consideraciones en suspensiones donde existe una distribución de tamaños de partícula:

1.- En muchas ocasiones se forman agregados con alto grado de uniformidad entre ellos, con partículas finas y gruesas, en el rango de "sedimentación impedida" y por tanto el análisis anterior es correcto.

2.- No obstante, a concentración muy baja (casi a dilución infinita) no se forman agregados uniformes y es posible que las partículas gruesas sedimenten con mayor velocidad que las más pequeñas.