Calculadora de Velocidad de Sedimentación de una Partícula (Ley de Stokes) — Online y Gratis

¿Qué es Velocidad de Sedimentación (Stokes)?

La ley de Stokes describe el equilibrio entre dos fuerzas que actúan sobre una partícula pequeña cayendo en un fluido: el peso neto de la partícula (su peso menos el empuje que le da el fluido desplazado, proporcional a la diferencia de densidades) y la resistencia viscosa que el fluido opone a su movimiento, proporcional a la viscosidad del fluido y al tamaño de la partícula.

Cuando esas dos fuerzas se equilibran, la partícula deja de acelerar y cae a una velocidad constante, la velocidad de sedimentación o velocidad terminal. ¿Por qué esta fórmula solo aplica a partículas pequeñas? Porque asume que el flujo alrededor de la partícula es laminar, una condición que se cumple para partículas de arena fina o más pequeñas cayendo en agua, pero que deja de ser válida para partículas más grandes, donde el flujo alrededor de la partícula se vuelve turbulento y la resistencia ya no es proporcional al diámetro, sino a su cuadrado, requiriendo entonces otras fórmulas (como la ley de Newton para partículas gruesas).

Esta velocidad es exactamente el dato que determina cuánto tiempo, y por lo tanto qué longitud de tanque, necesita un desarenador para atrapar las partículas de un tamaño mínimo determinado.

Fórmulas utilizadas

Donde g es la aceleración de la gravedad (9.81 m/s²), ρs es la densidad de la partícula (kg/m3), ρf es la densidad del fluido (kg/m3), d es el diámetro de la partícula, asumida esférica (mm, convertido a metros en el cálculo) y μ es la viscosidad dinámica del fluido (Pa·s, aproximadamente 0.001 Pa·s para agua a 20°C). El resultado v es la velocidad de sedimentación terminal, en m/s.

Ejemplo resuelto paso a paso

¿Cuándo usar esta calculadora?

Se usa en el diseño de desarenadores en bocatomas y plantas de tratamiento de agua, para determinar el tiempo de retención necesario y dimensionar el tanque según el tamaño mínimo de partícula que se quiere remover. También sirve para estimar la velocidad de sedimentación de sedimentos finos en cuencas de retención de aguas lluvias. ¿Tus partículas son más grandes que arena fina, como grava? La ley de Stokes deja de ser precisa para partículas grandes, donde el flujo alrededor de la partícula ya no es laminar; en esos casos hace falta una fórmula distinta, válida para régimen turbulento.

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