Floculacion juujuihjkghjgghjkugyugi hgf uytf PDF
| Title | Floculacion juujuihjkghjgghjkugyugi hgf uytf |
|---|---|
| Author | Javier Diez |
| Course | Ciencia Y Análisis De Aguas De Consumo Y Bebidas |
| Institution | Universidad Complutense de Madrid |
| Pages | 42 |
| File Size | 1.5 MB |
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Summary
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Description
C AP APÍÍ TUL ULO O 3 F L O C UL ULADO ADO ADOR R ES
Floculadores
1 .
91
I N T R O D UCC UC C I Ó N
Elobjetivodelfloculadoresproporcionaralamasadeaguacoaguladauna agitaciónlentaaplicandovelocidadesdecrecientes,parapromoverelcrecimiento delosflóculosysuconservación,hastaquelasuspensióndeaguayflóculossalga delaunidad.Laenergíaque producela agitacióndel aguapuedeserde origen hidráulicoomecánico.Enestecapítulotrataremossobreeldiseñodeunidadesde agitaciónhidráulica. Entrelosfloculadoresmásconocidossepuedencitar,enprimerlugar,las unidadesdepantallasdeflujohorizontalyvertical,lasdemediosporosos,lade tipoAlabamayCox,ylosfloculadoresdemallas.
2 .
PA RÁM ÁME E T R O S Y R E C O ME ND NDAC AC ACII O NE NES S G E NE NER R AL ALE E S DE DE DI DISE SE SEÑ ÑO
Losgradientesdevelocidadqueoptimizanelprocesonormalmentevarían entre70y20s1.Entodocaso,enelprimertramodelaunidadelgradienteno debesermayorqueelqueseestáproduciendoenlainterconexiónentreelmez cladoryelfloculador(1). ·
Elgradientedevelocidaddebevariarenformauniformementedecrecien te,desdequelamasadeaguaingresaalaunidadhastaquesale(2).
·
Eltiempoderetenciónpuedevariarde10a30minutos,dependiendodel tipodeunidadydelatemperaturadelagua.Enlaszonastropicales,donde las aguaspresentantemperaturaspor encimade los 20 °C, el tiempode floculación necesario suele ser más breve, alrededor de 15 minutos. En cambio,enloslugaresfríos,dondeelaguatienetemperaturasde10a15 °C,generalmenteelprocesoseoptimizacontiemposderetencióniguales osuperioresa20minutos(3).
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Diseñodeplantasdetecnologíaapropiada
·
Paraqueelperiododeretenciónrealdelaunidadcoincidaconeldediseño, elladebetenerelmayornúmeroposible decompartimientosodivisiones (4).
·
Elpasodelmezcladoralfloculadordebeserinstantáneoydebenevitarse loscanalesylasinterconexioneslargas.
·
Eltiempoderetenciónyelgradientedevelocidadvaríanconlacalidaddel agua(1,4).Por lo tanto,estosparámetrosdebenseleccionarsesimulando elprocesoen ellaboratorioconunamuestra delagua que se vaatratar (ver el procedimiento en Tratamiento de agua para consumo humano. Plantas defiltraciónrápida. Manual I: Teoría, tomoII, capítulo 11).
·
Puedenoperar indefinidamente sin riesgosde interrupción, debido a que solodependendelaenergíahidráulica.Porestarazón,sonmuyconfiables ensuoperación.
·
Porsubajocostodeconstrucción,operaciónymantenimiento,seconsidera alosfloculadoreshidráulicoscomounatecnologíaapropiadaparapaísesen desarrollo.
3 .
UNI UNIDA DA DADE DE DES S DE DE PANTAL PANTALL L AS AS
Lasunidadesdepantallassonlasmáseficientesyeconómicasdetodoslos floculadoresactualmenteenuso.Debidoalagrancantidaddecompartimientos quetienen,confinancasiperfectamenteeltiempoderetención;eltiemporeales prácticamenteigualaltiempoteórico (4)cuandolaunidadhasidobienproyecta da.Debidoaquenoserequiereenergíaeléctricaparasufuncionamiento,elcosto deproducciónesmuybajo. Debidoasumayoreficienciaymenorcosto,enelJapónsehanreemplaza dolosfloculadoresmecánicosporhidráulicosyactualmentesolosediseñanuni dadesde estetipo(5). 3 . 1 Un Unid id idaa d es d e fluj flujo o ho horr izont izontaa l
3.1.1 Parámetros y recomendaciones de diseño ·
Recomendablesparacaudalesmenoresde50litrosporsegundo.
Floculadores
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·
Seproyectaráunmínimodedosunidades,salvoquelaplantatengaalterna tivaparafiltracióndirecta,porqueenesecaso,podrádarsemantenimiento alfloculadordurantelosmesesenquelaplantaoperaconfiltracióndirecta.
·
Enestetipodeunidadespredominaelflujodepistón,porloqueseconsigue unbuenajustedeltiempoderetención.
·
Sepuedenutilizarpantallasremoviblesdeconcretoprefabricadas,fibrade vidrio,madera,plástico,asbestocementouotromaterialdebajocosto,dis ponible enel me dioyquenocons tituyaunriesgode conta minación. De esta manera, seledamayorfle xibilidadalauni dadysereduceel área construida, disminuyendopor consiguiente el costodeconstruc ción(figura31).
·
Entrelosmateria lesindicadospara Fig igur ur a 31. 31. Floculadordepantallasdeflujo las pantallas, los horizontal (6) que ofrecen ma yor confiabilidad sonlafibradevidrio,elplástico,lostabiquesdeconcretoprefabricadosyla madera.Encadacaso,laeleccióndelmaterialdependerádeltamañodela planta,delcostodelmaterialydelosrecursosdisponibles.Siseempleara madera, sepuedendisponer tabiques demadera machihembrada, tratada conbarnizmarinoaplicadoenvariascapas,cadaunaensentidoopuestoa laanterior, detal manerade formaruna gruesa capa impermeabilizante. También puedeemplearsemadera revestida con unacapade fibradevi drio.Launidadpuedetenerunaprofundidadde1,00a2,00metros,depen diendodelmaterialutilizadoenlaspantallas.
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·
Diseñodeplantasdetecnologíaapropiada
Sepuedenutilizartambién pantallas de asbestoce mento,siempreycuandono se tengan aguas ácidas o agresivas.Lasaguasreco mendablesparautilizareste tipo de solución deben te ner las siguientes caracte rísticas: Ia CO2 Sulfatos pH
£ £ £ ³
10 3,5mg/L 1.500mg/L 6
Figu igurr a 32. Floculadordepantallas deflujohorizontal (7)
Donde:
Ia eselíndicedeagresividad,queesiguala: Ia = pH+ log10(A xD) A= alcalinidadtotalcomoCaCO3 enmg/Ly D= dureza como CaCO3 en mg/L Enzonassísmicasnose recomienda el empleo de planchas de asbestocemento. Durante el terremoto que ocurrióenelsurdelPerúenel 2001 se quebraron todas las pantallas dela unidadde flujo horizontaldelafigura32.Enel primerplanodelafigura33se pueden ver los tanques de floculaciónsinpantallas.
Figu igurr a 33. Floculadordepantallas despuésdel sismo(7)
En la figura 34 se puedeobservarcómoquedaron laspantallasdelfloculadorydel decantadorlaminar,quetambién
Floculadores
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eran de asbestocemento. Principalmente a partir de esta experiencia, de gran impacto económico, no recomendamos utilizarelasbestocemento para este fin en zonas de alto riesgo sísmicoy de bajo nivelde ope ración,porqueesunmaterialmuy quebradizo si no se manipula adecuadamente durante las labores de mantenimiento. Los Fig igur ur a 34. 34.Pantallasdeasbesto operadoresacostumbrancaminar cementorotas(7) sobrelaspantallas.Enlafigura 35sepuedenverlasmaderasquecolocanparacaminarencimadeellas. ·
Con pantallas de asbestocemento, se recomienda diseñar unidades de máximounmetrodeprofundidadútil,colocandolaspantallasconladimensión de1,20metrosenelsentidovertical.
·
Siseusanpantallasde a s b e s t o c e m e n t o onduladas,seconsigue disminuir un poco la diferencia de gra dientes de velocidad entreloscanalesylas vueltas (figura 36 y 37). En estecaso, se considera un coefi ciente de fricción (n) de 0,03 para calcular Fig igur ur a 3 35. 5. Floculadorconpantallas lapérdidadecargaen deasbestocemento planas(7) loscanales.Cuandose utilicen placas de asbestocemento planas o de madera, los coeficientes debenser0,013y0,012,respectivamente.
·
Elcoeficiente(K)depérdidadecargaenlasvueltasvaríaentre1,5y3,0 Serecomiendausaruncoeficientede2paraestefin(8).
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·
Elespaciamientoentreel ex tremodelapantallaylapared deltanque—esdecir,elpaso deuncanalaotro—sedeberá hacer igual a 1,5 veces el espaciamientoentrepantallas (9) .
·
Dependiendodeltamañodela unidad, deberá considerarse unpuntode desagüe porunidad ounoporcadatramo.
Fig igur ur a 3 36. 6. Floculadorconpantallas de asbestocemento onduladas (7)
3.1.2 Criterios para el dimensionamiento ·
Enlasunidadeshidráulicaselgradientedevelocidadesunafuncióndela pérdidadecarga: G = g /μ . hf/T
(1)
Donde:
g/m = hf = = T ·
relaciónquedependedelatemperaturadelagua pérdidadecargatotalenm tiempoderetenciónens
La pérdida de carga se produce a lo largo de los canales (h1) y principalmenteenlasvueltas(h2), porloquelapérdidadecargatotalenel tramohf = h1 + h2.
h1 =[nv/r2/3]2 .I n
=
v g r l
= = = =
(2)
coeficientedepérdidadecargadeManning.Conplanchascorrugadas (n =0,03), velocidadenloscanales aceleración delagravedad(m/s2) radiohidráulicodelcanal longitudtotaleneltramo(m)
Floculadores
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h2 =K(v2/2g).N K N
(3)
= 2, coeficiente de pérdida de carga enlascurvas. = número de vueltas o pasos entre ca nales.
h1 hf h2 H I1
I 1
I2
3.1.3 Aplicación I1
I2
Serequiereproyectarun Perfil floculadordepantallasparaun Planta caudal de 30 L/g y se ha Figu igurr a 37. Comportamientodelapérdida seleccionadolaunidaddeflujo decarga horizontal por tratarse de un caudalpequeño.Sesimulóelprocesoenellaboratorioparadeterminarlosgradientes develocidadytiemposderetenciónóptimosyseobtuvieronlosresultadosquese indicanenelgráficodelafigura38. Losresultadosdelestudioindicanqueseobtendríalamayoreficienciacon losgradientesdevelocidadylostiemposindicadosenelcuadro31. Co Corr r el ela a c i ó n d de eG yT
G (s (s 1)
100
1 10 y = =20,19 20,19 20,193L 3L 3Ln n ( x ) )+108, +108, +108,14 14 R2 = =0,9 0,9 0,9047 047 047
10 100
Tiempo(min)
Figu igurr a 38. Correlaciónde G y T
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C ua uad d r o31 31.. Pa r á met etrr os osópt óptimo imo imos s sd d e eflo flo flocula cula culación ción (10) Tr a mo mos s
Gr Graa dientes dientesde dev vel elo oci cid dad (s1)
Tiemp iempo os sd d e err et eten en enció ció ción n (min. min.) )
1 2 3 4
80 60 50 45
5 10 15 20
En el cuadro 32 se muestra un ejemplo de cálculo para un tramo del floculador de pantallas de flujo horizontal con pantallas de asbestocemento onduladas.Elprocesoserepiteparalostramossiguientes. Enelejemploseeligióungradientebajoparaelúltimotramo(25s1)para optimizarlaformacióndelflóculo. Seeligióelúltimotramodelaunidadparadesarrollarelejemplodecálculo, afindeindicartambiéncómosechequeaquelaspantallassecrucenentodala unidadporlomenos1/3delancho.Deacuerdoconelcálculoefectuado,elancho delasvueltasen estetramoesde0,54 metrosyelanchototaldeltanque,de3 metros.Teniendoencuentadosanchosdevueltacorrespondientesacadaextremo delcanal,laspantallastraslaparíanenunalongitudde3–(0,54 x 2)=1,92m.Por lotanto,eldimensionamientoescorrecto. Tambiénsepuedeapreciarquesehanmodificadolostiemposderetención encadatramo,detalmodoquelaslongitudesdetodoslostramosseanigualesa 4,30metros.Esto permitiráconstruircuatrotanquesigualesde 4,30metros de largo,3metrosdeanchoyunmetrodeprofundidadtotal.
C ua uad d r o32 32.. Di Dim men enssi on a mient iento od e eu u n nflo flo flocc ula ulad d or h id idrr á ulico ulicod e efluj fluj flujo oh or izo izon n t a l (10) D a t o s
P a s o 1
U n i d a d
Caudal Q = 0,030
m3/s
T iempo de retención tramo 4
min
C r i t e r i o s
l4 = V4 xT4 x60
C á l c u l o s
l4 = (0,12) (4,97) (60)
Velocidad en el tramo 4
Longitud de canales del tramo 4
Un i d a d m
l4 = 35,8
T4 = 4,97 V4 = 0,12
R e s u l t a d o s
m/s
2
A= Q/V4
A = 0,030 / 0,12
Sección de canales del tramo 4
a4 = A4 /H
a4 = 0,25 / 0,70
Ancho de canales del tramo 4 a4 = 0,36
m
d4 = 1,5 a4
d4 = 1,5 x 0,36
Ancho de vueltas del tramo 4 d4 = 0,54
m
B = 3b + d4
B = 3 (0,825) + 0,54
Ancho del floculador
m
N4 = l4 /B
N4 = 35,8 /3,0
Número decanales en unidades el tramo 4 N4 =12
L4 =N4 a4 + (N4 1) e
L4 = 12 x 0,36 + (121) 0,006
Longitud del tramo 4 L4 = 4,4
m2
A4 = 0,25 Alturade agua en la unidad H =0,70
m
4
5
Ancho útil de la lámina de asbestocemento corrugada
m
Floculadores
3
B = 3,0
b = 0,825 6
7
Espesor de las láminas de asbestocemento corrugadas e = 0,006
m
m
99
100
Cu Cuaa d r o o32. 32. 32.Dim imensio ensio ension n a mi mieen t o od d e eun un unflo flocc ula ulad d or h id idrr á ul uliico cod e efluj fluj flujo o oh h or izo izon n t a l (co (con n t in inua ua uación) ción) ción) D a t o s
P a so 8
Coeficiente de pérdida de carga en las vueltas
U n i d a d
C r i t e r i o s
unidades h1 =KV 2 (N1) / 2g 1
C á l c u l o s
h1 = (2) (0,12)2 (121) / 19,6
9
Aceleración de la gravedad
Pérdida de carga en las vueltas del cuarto
U n i d a d m
tr amo h1 = 0,017 m/s2
g =9,8 P1 = 2H+ a1
10
11
Coeficiente de rugosidad n = 0,03
12
2/3
unidades h2 = [NV1 2/r ].l4
hf1 = h1 + h2
P1 = 2 (0,70) + 0,36
Perímetro mojado de las secciones del tramo 4 P1 = 1,757
m
h2 = [ 0,03(0,12) 2/ (0,142)2/3 ] . Pérdida de carga en los canales del tramo 4 (3 5,8 ) h2 = 0,0012
m
hf1 = 0,017 + 0,0012
m
Pérdida decarga total en el cuarto tra mo
hf1 = 0,019 13
T=20 °C
G1 = 3.115 (0,019/ (4,95 x 60)) ^ 0,5
Gradiente de velocidad en el tramo 1 G1 = 25
s1
Diseñodeplantasdetecnologíaapropiada
K=2
R e s u l t a d o s
Floculadores
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3.1.4 Recomendacionesparaelproyecto yproblemasdediseñomáscomunes A continuación presentaremos algunas condiciones de diseño muy importantesparaelcorrectofuncionamientode unaunidaddeflujohorizontaly algunosdeloserroresdediseñomáscomúnmenteidentificados: ·
Considerar,en elfondodelaunidad,unapendienteigualalapérdidade cargaobtenidaenelcálculo,detalmodoquelaalturadeaguapermanezca constantey,porlotanto,elgradientedevelocidadentodoeltramotambién semantenga así. La unidad de la figura 39 fue diseñada con el fondo plano.La seccióniniciales muchomayorquelafinaly, comoelcaudalesconstante, la velocidad es menor al inicio y mayor al final.Al evaluar esta unidad, se encontróquelos gradientes de velocidad estaban al revés, empezaban bajos y terminabanaltos.
Figu igurr a 39. Floculadordepantallas deflujohorizontal (7)
Paramejorarelcomportamientodelaunidad,serequeriríadarlependiente en el fondo, para lo cual sería necesarioretirartodaslasvigasque sujetanlaspantallasylostabiques de concreto prefabricados.
Figu igurr a 310. Floculadordepantallas deflujohorizontal (7)
Launidaddelafigura310 tieneunaprofundidadinicialde1,70 metrosyunafinalde2,40metros. Fue diseñada con gradientes de velocidad variablesentre27y2,5s1 y un tiempo de retención total de 39minutos.Sicalculamoslapérdida de carga correspondiente a la velocidadenlasseccionesentrelas
102
Diseñodeplantasdetecnologíaapropiada
pantallas,estaseríaapenasde3,9centímetros.Comoeldesniveldelfondo de la unidad es de0,70metros, el caudalse escurretotalmente hacia el final.Laestructuradeestaunidadestodadeconcretoconpantallasrígidas; paramejorarsucomportamiento, seránecesariodemolerla. ·
Alelegirelanchodelaunidad,debe tenerse en cuenta el ancho de la vuelta en el último tramo, de tal modo que las pantallas se crucen por lo menos en un tercio de su longitud.Enlaunidaddelafigura 311 no se tuvo en cuenta este criterioyelflujopasatotalmentepor la parte media y forma un rápido cortocircuito,mientrasqueentrelas pantallas se producen vórtices y zonas muertas.
·
Figu igurr a 31 311. 1. Floculadordepantallas El sistema que se adopte para la deflujohorizontal (7) sujecióndelaspantallas,sobretodo cuando se trata de pantallas de asbestocementoonduladas,esmuyimportanteparaelbuenfuncionamiento delaunidad.El sistema de lafigura 312no es recomendable.Comose puedeapreciar,no selogra mantenerel paralelismode las pantallas yel aguaterminapasandodeuncanalaotro.
Figu igurr a 312. Floculadordepantallas deflujohorizontal (7)
El sistema de sujeción parapantallasonduladasdela figura313eslasoluciónmás convenientedesde el punto de vista técnico y económico. Consisteencolocarunlistónde maderaenelbordesuperiorde cadapantalla,tomandotambién la longitud de ...
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