Sólidos en suspensión
Una suspensión es una mezcla heterogénea de sólidos y un líquido. Los sólidos suspendidos son partículas sólidas dispersadas en un fluido. Las partículas pueden mantenerse en suspensión gracias al flujo o al movimiento browniano.
El tamaño de las partículas varía desde unos pocos nanómetros hasta milímetros. En la mayoría de los casos, los sólidos tienen una densidad mayor que el líquido. En estado de reposo, se aplica lo siguiente: cuanto más pequeñas son las partículas, más tiempo pueden permanecer en suspensión. Se sedimentan muy lentamente. Por el contrario, las partículas más grandes se sedimentan más rápidamente. La concentración de sólidos influye en la viscosidad, la densidad y el transporte de calor y de materia.
En el ámbito de la tecnología de agitación, se suelen utilizar ecuaciones de correlación para las «sustancias sólidas en suspensión», por ejemplo, para determinar la velocidad mínima necesaria para lograr una suspensión completa o para calcular la concentración de sólidos. Un enfoque fundamental es la correlación de Zwietering para determinar la velocidad mínima del agitador. De este modo, ya no quedan partículas en el fondo.
N_js = S · g^0,45 · (ρ_s −ρ_L)^0,45 · d_p^0,13 · X^0,13 ·ρ_L^−0,85 ·μ_L^0,20
- N_js = velocidad mínima para la suspensión completa (s⁻¹ o min⁻¹)
- S = factor geométrico empírico (dependiente del tipo de agitador, el recipiente y los elementos internos)
- g = aceleración de la gravedad
- ρ_s = densidad de las partículas sólidas
- ρ_L = densidad del líquido
- d_p = diámetro de las partículas
- X = porcentaje en masa de sólidos (o porcentaje en volumen, según la forma de correlación)
- μ_L = viscosidad dinámica del líquido
Densidad efectiva de la suspensión:
ρ_mix = (1 − φ_s) · ρ_L + φ_s · ρ_s
- φ_s = porcentaje de volumen de sólidos
Viscosidad efectiva de suspensiones altamente concentradas (ejemplo de preparación):
η_eff = η_L · (1 − φ_s / φ_max)^−[α]
- η_eff: viscosidad efectiva (aparente) de la suspensión
- η_L: viscosidad de la fase líquida (fluido puro sin sólidos)
- φ_s: porcentaje en volumen de las partículas sólidas en la suspensión (0…1)
- φ_max: porcentaje máximo de volumen de materia sólida compactable (a partir del cual el sistema se «atasca» o adquiere una consistencia muy pastosa; depende de la forma y la distribución de las partículas)
- α: exponente empírico (sin dimensiones) que describe en qué medida aumenta la viscosidad al aumentar φ_s; normalmente se determina a partir de datos de medición mediante un ajuste
Los sólidos en suspensión se encuentran en los sectores químico, alimentario, farmacéutico y de la tecnología medioambiental. Algunos ejemplos son las lechadas, las suspensiones de cristales, la crema solar, las dispersiones de pigmentos y las aguas residuales.