La decantació segons els diccionaris és l'acció de decantar, encara que si se centra el punt de vista des de la química, es pot dir que és una tècnica utilitzada per separar una barreja heterogènia, Existint només dos tipus de relacions de substàncies que poden ser separades.
Aquest procés no ha de ser confós amb la separació gravitatòria (o sedimentació), la qual representa la separació de matèria a l'aigua, com ara la matèria orgànica, la sorra, entre d'altres. La decantació és una tècnica molt important que es fa servir per tractar les aigües residuals, i així poder netejar-les per reutilitzar-les.
A les pràctiques d'aquest procés es poden observar dos tipus de separació, o de decantació per efecte, pel fet que es poden separar els sòlids diluïts dels líquids, i dos líquids les densitats dels quals no permetin la seva unió; per això cal recórrer a dues tècniques diferents per a cada un d'ells.
Per poder extreure alguns components d'altres substàncies líquides cal deixar que la gravetat sigui un punt d'ajuda, perquè els residus o excessos d'aquestes quedin assentades al fons del recipient, i així aconseguir-les extreure.
Què és la decantació?
Es coneix com decantació a una tècnica física, la qual té la finalitat de separar les barreges de caràcter heterogènies, la qual és una combinació de dues substàncies que tenen fases diferents, en la qual es poden separar els sòlids dels líquids, o aquests mateixos mentre siguin més densos que els altres líquids, que per presentar aquestes característiques ha d'estar a la part superior de determinada barreja.
En essència, la decantació involucra transferir amb cura el líquid superior a un altre contenidor, deixant els sòlids o el líquid més pesat darrere. Aquest mètode es recolza exclusivament en la acció de la gravetat i en les diferències de densitat entre els components de la barreja, per la qual cosa no requereix energia addicional ni equips complexos.
Per poder tractar les aigües residuals s'utilitza aquest mètode, ja que amb ell es poden extreure qualsevol tipus de agent contaminant o de malbaratament que es pugui trobar al compost, aconseguint així purificar l'aigua perquè aquesta sigui òptima per al consum humà novament o, si més no, molt menys contaminant per al medi ambient.
És molt comú que s'associï o es confongui la decantació amb la sedimentació o separació gravitatòria, la qual cosa és un error freqüent. Confondre ambdós processos és un error important: la separació gravitatòria sol referir-se al simple dipòsit de partícules en aigua –per exemple, sorra, matèria orgànica o sediments– mentre que la decantació implica a més la extracció controlada d'una fase respecte a l'altra (per exemple, mitjançant embut de separació o una vàlvula), procés clau en aplicacions de laboratori i industrials.
En contextos industrials i de laboratori, la decantació es considera un mètode de baix cost, molt versàtil i fàcil d'aplicar, que resulta crucial en química, biologia, tractament d'aigües, indústria farmacèutica, indústria alimentària i molts altres sectors on es requereix la separació de fases de manera eficient.
Què és una barreja heterogènia?
Per comprendre una mica millor com funciona aquest procés cal comprendre què és una barreja heterogènia, ja que aquest tipus de barreges són les que es poden separar mitjançant aquest mètode.
A diferència de les barreges homogènies, a les quals no se'ls pot apreciar les substàncies a simple vista, aquestes són conegudes gràcies al fet que en elles es pot observar a simple vista que no tenen uniformitat, pel fet que està conformada per dues o més substàncies que físicament no tenen les mateixes característiques, o estan en estats completament diferents, que al seu torn estan distribuïts de forma totalment desigual. Aquestes barreges són més senzilles quant a separar les seves parts, sent aquestes unes suspensions o barreges gruixudes, depenent de les proporcions i la mida de la substància.
Les barreges gruixudes són totes aquelles en què les partícules són apreciables a simple vista, com ara el concret, o algun tipus d'amanida, mentre que les suspensions tenen com a diferència que les partícules tenen la capacitat de dipositar-se amb el temps com ara el talc amb aigua, o la mateixa amb oli, alguns medicaments. La majoria d'aquests compostos solen tenir una descripció amb indicacions de agitar el producte abans d'obrir-lo, precisament perquè les partícules s'han sedimentat.
Dins de les barreges heterogènies, la decantació és especialment útil quan existeix una frontera clara entre fases, com passa en els sistemes líquid-líquid immiscibles o en líquid-sòlid on el sòlid es diposita de forma evident al fons del recipient.
Tipus de decantació
La decantació es caracteritza per separar barreges de caràcter heterogeni, que a diferència de les homogènies no posseeixen substàncies amb qualitats de solut i solvent en equilibri, sinó que més aviat tenen dues substàncies físicament diferents, en què la unió es pot apreciar amb facilitat. S'hi poden aplicar dos tipus diferents de decantació, que varien segons les substàncies que s'estiguin separant, entre les quals hi ha les següents.
Líquid-líquid
En aquest tipus d'aquest procediment se separen dos líquids immiscibles, pel que fa que no es poden barrejar. Un exemple clàssic d'aquesta és l'oli i l'aigua, ja que aquests tenen densitats totalment diferents, i l'oli que és el menys dens sempre estarà per sobre de l'aigua, la qual té més densitat. Per realitzar aquest tipus de procés als laboratoris químics es fa ús d'un embut de brom, al qual se li ha batejat com el embut de decantació, o de separació, per raons òbvies.
En química s'aprofita aquest tipus de decantació per dur a terme extracció líquid-líquid, és a dir, la transferència d'un compost dissolt d'un dissolvent a un altre amb què no es barreja el primer. Això permet aïllar, purificar o concentrar substàncies presents en baixes quantitats, tant a laboratoris de recerca com a processos industrials.
Sòlid-líquid
Per a aquest tipus de decantació es retira la presència d'un material de caràcter sòlid, d'una substància en fase líquida, en què es troba dipositat. Aquest tipus és el més comú pel fet que la majoria de barreges heterogènies són les que es fan amb aquestes dues substàncies.
Si un líquid conté partícules sòlides en suspensió, s'observa que, per l'acció de la gravetat i el principi d'Arquimedes, la caiguda de partícules cap al fons o la tendència a surar a la superfície depèn de la densitat i de la grandària. Normalment el líquid queda a la part de dalt, és anomenat sobrenedant, i la matèria sòlida, anomenada dipòsit o sediment, cau al fons. La decantació permet retirar el sobrenedant o, en altres casos, obrir una vàlvula inferior per evacuar el sediment.
Aquest tipus de decantació s'utilitza principalment per al tractament d'aigües residuals: eliminació de sorra, llots, matèria orgànica i altres residus. També s'aplica a l'aclariment de begudes, a l'obtenció d'olis vegetals i al procés d'elaboració de vins i vinagres, on cal separar el líquid clar dels sòlids sedimentats.
Per conèixer com es faria un d'aquests procediments es pot posar d'exemple la barreja descrita anteriorment, la de l'aigua i l'oli, als quals se'ls aconsegueix separar amb l'ajut de l'embut de decantació. L'aigua, que és la que té la major densitat de tots dos, sempre estarà ubicada per sota l'oli, la qual és extreta mitjançant l'obertura d'una clau perquè s'alliberi de manera controlada. No obstant això, hi ha maneres més rudimentàries i menys curoses d'efectuar un d'aquests processos, per exemple mitjançant l'ús d'un simple recipient que s'inclina amb compte per abocar la fase superior.
Procediment general de decantació
Per començar a realitzar un d'aquests procediments cal deixar que el sòlid se separi pràcticament sol, això passa pel fet que la gravetat compleix amb la seva funció i fa que aquest s'assenta al fons del recipient. A aquest procés se'l coneix com la desintegració bàsica de les impureses i els compostos, les característiques dels quals són les de posseir major massa en una determinada substància.
En el cas de barreges líquid-líquid, es deixa reposar la barreja fins que es formin capes clarament diferenciades. El temps de repòs depèn de la diferència de densitats, la viscositat dels líquids i la presència o no d'emulsions, que són barreges més fines en què les gotes d'un líquid queden disperses a l'altre i en dificulten la separació.
En molts processos de tractament d‟aigua s‟afegeixen prèviament coagulants i floculants (com clorur fèrric, policlorurs d'alumini, polímers sintètics o carbó activat en pols) per afavorir l'aglomeració de les partícules en suspensió. Aquests productes augmenten la mida i el pes dels flòculs, accelerant així el procés de decantació i aconseguint una clarificació més eficient de l'aigua.
En instal·lacions avançades s'utilitzen decantadors amb microsorra, on els flòculs s'adhereixen a partícules de sorra molt fina, guanyant pes i sedimentant amb més rapidesa. L'aigua decantada es recull des de la part superior del tanc i travessa mòduls laminars inclinats que milloren la separació de les partícules més lleugeres. Els llots concentrats es bomban contínuament des del fons cap a unitats de tractament específiques.
La velocitat de caiguda de les partícules és proporcional a la seva diàmetre i al seu massa volumètrica, de manera que les partícules grans i denses es dipositen més ràpid que les petites i lleugeres. Aquest principi es té en compte en dissenyar decantadors industrials on s'ajusten el temps de retenció, l'alçada del tanc i la velocitat del flux.
L'embut de decantació al laboratori
Una de les principals eines que s'utilitzen en aquest procés a l'entorn de laboratori és el embut de decantació, també conegut com a embut de separació o pera de decantació. Conèixer el funcionament adequat és clau per separar líquids immiscibles amb seguretat i precisió.
Com és un embut de decantació? Disseny i materials
L'embut de decantació sol tenir una forma cònica o periforme (en forma de pera), amb un extrem inferior acabat en una clau o aixeta, i una part superior amb un tap.
components principals de l'embut de decantació:
- Cos de l'embut: recipient on es col·loquen els líquids que se separaran.
- Clau de pas: permet obrir o tancar el flux de líquid de forma controlada, facilitant la col·lecció de cada fase per separat.
- Tap superior: segella l'embut durant l'agitació de la barreja, evitant pèrdues i esquitxades.
materials comuns de l'embut de decantació:
- Vidre borosilicat: molt resistent a reaccions químiques i canvis de temperatura, ideal per a la majoria de treballs de laboratori.
- Plàstic (polipropilè o tefló): més lleuger i resistent a impactes, adequat per a substàncies que puguin atacar el vidre o per a treballs on es busqui més seguretat mecànica.
Variants habituals de l'embut:
- Diferents capacitats: des d'uns pocs mil·lilitres fins a diversos litres, adaptant-se a l'escala de treball.
- Models amb claus de vidre o de tefló, segons la compatibilitat química i les preferències de neteja i manteniment.
Com es fa servir l'embut de decantació?
Aquest és una de les principals eines que s'utilitzen en aquest procés de decantar, per la qual cosa és molt important conèixer el funcionament adequat de la mateixa, perquè així quan hi hagi la possibilitat d'usar-lo, es coneguin els passos correctament.
- Per començar cal abocar el líquid dins de l'embut, però abans de començar a omplir-lo amb aquesta substància cal adonar-se de si la clau de baix està tancada, per evitar fuites indesitjades que puguin alterar la barreja.
- Després cal deixar l'embut en repòs durant un temps determinat perquè els líquids presents puguin estar completament separats l'un de l'altre, formant capes ben definides.
- Si cal millorar la separació, es pot agitar suaument l'embut, tancant primer el tap i subjectant-lo amb fermesa. Durant l'agitació, és recomanable alliberar periòdicament la pressió interna obrint lleugerament la clau amb l'embut invertit, sobretot si hi ha dissolvents volàtils que generin gasos.
- Per començar amb el buidatge del líquid més dens, cal col·locar un got de precipitats a la part inferior del mateix perquè aquest no es vessi.
- Es procedeix a obrir la clau lentament ia tancar-la en el precís moment en què ja no es pugui notar cap presència del líquid amb més densitat, evitant que la fase superior comenci a sortir.
- Finalment s'ha de procedir a treure el líquid amb menys densitat, que és recomanable fer-ho per la part superior, retirant el tap i abocant amb compte, pel fet que és molt probable que a l'interior de la clau quedin residus de l'altra substància, que poden contaminar-lo.
L'ús correcte de l'embut de decantació ofereix múltiples avantatges al laboratori: permet una separació controlada, redueix pèrdues de producte, minimitza riscos de vessaments i facilita la manipulació de barreges complexes, especialment en processos de extracció líquid-líquid.
Aplicacions i utilitat de la decantació
La tècnica de decantació té una utilitat molt àmplia tant a laboratoris com a processos industrials ia la vida quotidiana. La seva senzillesa, baix cost i eficàcia la converteixen en una eina essencial per separar barreges en multitud de contextos.
Als laboratoris de química, biologia i medicina
En laboratoris de ciències, la decantació es fa servir per a preparar mostres, eliminar impureses, canviar de dissolvent i concentrar solucions. És clau a:
- Química orgànica: separació de productes de reacció usant dissolvents immiscibles, rentat de solucions per eliminar subproductes solubles en aigua o en dissolvents orgànics, i purificació de compostos.
- Indústria farmacèutica: purificació de principis actius, eliminació de solvents residuals i separació de fases en etapes de síntesi i formulació.
- Biotecnologia i biologia: separació de fases aquoses i orgàniques en processos d'extracció de metabòlits, enzims o proteïnes, contribuint a la recuperació eficient de productes biotecnològics d'alt valor.
En el tractament i la potabilització de l'aigua
A nivell ambiental i en plantes de tractament, la decantació es considera una etapa fonamental. S'aplica per a:
- Tractament d'aigües servides: les aigües residuals contenen matèria orgànica, sorres, greixos i altres sòlids en suspensió. Mitjançant decantadors, es permet que les partícules més denses es dipositin al fons mentre l'aigua clarificada es condueix a etapes posteriors de filtratge o desinfecció.
- Potabilització de laigua: a la producció d'aigua apta per a consum, s'utilitzen etapes de coagulació-floculació seguides de decantació. D'aquesta manera es retiren argiles, llims i altres partícules fines, reduint la terbolesa i millorant la qualitat de l'aigua abans de filtrar-la i desinfectar-la.
- Control de contaminació: a la supervisió de rius, llacs i sòls contaminats, la decantació permet separar els sediments de l'aigua per analitzar-los per separat o per reduir la càrrega contaminant abans de tornar l'aigua a l'entorn.
A la indústria alimentària i de begudes
En el processament d'aliments i begudes, la decantació ajuda a millorar la qualitat sensorial i la seguretat dels productes. Alguns exemples rellevants són:
- Obtenció d'olis naturals: els greixos no són solubles en aigua, per la qual cosa durant l'extracció d'olis vegetals (com oliva, gira-sol o palmell) es recorre a la decantació per separar l'oli de l'aigua i dels residus sòlids de la polpa o llavors. Després de la mòlta i el batut, es deixa reposar perquè les fases se separin i es retira l'oli menys dens.
- Decantació del vi: el vi conté sòlids en suspensió procedents de la fermentació i del propi raïm. Al llarg del temps, aquests sediments es dipositen al fons dels recipients o de l'ampolla. La decantació es fa servir per separar el licor clar dels residus físics i, en molts casos, per millorar l'oxigenació i el desenvolupament d'aromes abans del servei.
- Fabricació de vinagres: en el refinament del vinagre d'origen vegetal, es recorre a la decantació per separar-lo d'olis més pesants o altres fases líquides, aconseguint així un producte més clar i estable.
A la indústria energètica i petroquímica
Al sector energètic, la decantació també té un paper crucial en diferents punts del procés:
- Refinació del petroli: durant la refinació, el petroli se sotmet a diferents etapes on s'obtenen hidrocarburs en forma gasosa o líquida. La decantació es fa servir per separar fraccions més lleugeres de les més denses, millorant l'eficiència dels processos posteriors de destil·lació i tractament.
- Extracció petroliera en plataformes marítimes: en extreure petroli del subsòl marí, sol barrejar-se amb aigua de mar. Mitjançant decantació, se separen les dues fases: el petroli, més dens i de característiques específiques, es dirigeix a l'emmagatzematge, mentre que l'aigua es torna, després del tractament, a l'oceà.
- Separació de biodièsel i glicerina: en la producció de biocombustibles a partir de greixos vegetals o animals, la glicerina es forma com a subproducte més dens. La decantació permet que la glicerina es dipositi al fons i se separi del biodièsel, millorant així la puresa del combustible obtingut.
Altres aplicacions rellevants
Més enllà dels casos anteriors, la decantació i els sistemes associats (com a dipòsits cònics o decantadors laminars) s'utilitzen en:
- Processos de lubricació i recuperació de restes a tallers, on se separen olis usats d'aigua i partícules sòlides abans de la seva gestió com a residus.
- Línies de extracció d'oli d'oliva, on s'utilitzen dipòsits de fons cònic o troncocònics amb diferents inclinacions per separar aigua, purgues i sòlids després del centrifugat. Un bon disseny i control del purgat permet evitar defectes als olis d'oliva verges extra i adaptar-se a diferents varietats d'oliva.
En tots aquests escenaris, la clau és aprofitar de forma òptima la diferència de densitats i lefecte de la gravetat, dissenyant equips i protocols que permetin una separació neta, segura i econòmicament eficient.
En conjunt, la tècnica de decantació i les seves variants es consoliden com una eina imprescindible per a qualsevol persona que treballi amb barreges heterogènies, des d'estudiants que s'inicien al laboratori fins a professionals que gestionen grans instal·lacions industrials, ja que ofereix una manera directa, econòmica i versàtil d'aconseguir separacions fiables sense alterar la naturalesa química dels components.