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-
MDULO 3 Ingeniera Civil - Departamento de Obras Civiles
Marcelo Bravo Fortune
-
MDULO 3
INTRODUCCIN
OPERACIONES UNITARIAS
-
Qu tipo de procesos o mtodos permiten eliminar los contaminantes del agua? Procesos Qumicos Procesos Fsicos Procesos Biolgicos
Cmo se suelen clasificar estos mtodos individuales? Operaciones Fsicas Unitarias Procesos Qumicos Unitarios Procesos Biolgicos Unitarios
INTRODUCCIN
-
En qu consisten estos mtodos?
Operaciones Fsicas Unitarias Predomina la accin de fuerzas fsicas
Procesos Qumicos Unitarios Adicin de productos qumicos Desarrollo de reacciones qumicas
Procesos Biolgicos Unitarios Actividad Biolgica
INTRODUCCIN
-
Operaciones Fsicas Unitarias
INTRODUCCIN
Pretratamiento / Primario
-
INTRODUCCIN
Operaciones Fsicas Unitarias
Procesos Qumicos Unitarios
Procesos Biolgicos Unitarios
Desbaste Precipitacin Procesos Aerobios
Mezclado Adsorcin Procesos Anaerobios
Floculacin Desinfeccin Procesos Anxicos
Sedimentacin Procesos Combinados
Flotacin Procesos de Lagunaje
Transferencia de Gases
Filtrado
-
NT
Tratamiento de aguas
INTRODUCCIN
Procesos Biolgicos Unitarios
Procesos Qumicos Unitarios
Operaciones Fsicas
Unitarias
CC
NT CC
NT CC
-
INTRODUCCIN
-
Esquema de potabilizacin o purificacin
INTRODUCCIN
Agua Cruda
Cribado Decantacin Simple
Filtracin Lenta
Desinfeccin
Consumo
aforo
-
INTRODUCCIN
Esquema de Planta de Tratamiento de aguas
-
INTRODUCCIN
Planta de Tratamiento la Farfana
-
INTRODUCCIN
Esquema de Planta de Tratamiento de aguas residuales
-
INTRODUCCIN
-
MDULO 3
INTRODUCCIN
OPERACIONES UNITARIAS
-
Qu entendemos o en qu consiste el desbaste o cribado? Pasar el agua a travs de rejas o tamices,
generalmente de tamao uniforme, las cuales retienen los slidos de tamao mayor.
Desbaste
-
Tamices
Rejas
Descripcin Constituye la 1ra operacin unitaria Elementos separadores
Aberturas rectangulares o circulares Manual o automtica
Desbaste
Barras Varillas Mallas metlicas Placas perforadas
-
Desbaste
-
Desbaste
-
Desbaste
-
Desbaste
-
Desbaste
-
Desbaste
-
Prdidas de carga Rejas
Desbaste
= 2
2
=1
0.72 2
2
V = Velocidad media del agua, m/s; K = Coeficiente descarga 0.54
V = Velocidad de circulacin entre las barras de la reja, m/s; v = Velocidad de aproximacin a la rejas, m/s
-
Prdidas de carga Rejas
Desbaste
=
43
2
2
V = Velocidad media de aproximacin a la reja, m/s; = ngulo que forman las barras con la horizontal; W = Ancho mximo de las barras frente al flujo, m; D = ancho mnimo de aberturas entre rejas, m; = Coeficiente de clculo depende de la forma de las barras
-
Prdidas de carga Tamices de malla fina
Desbaste
=1
2
2
C = Coeficiente adimensional de descarga del tamiz; Q = Caudal que atraviesa el tamiz, m3/s; A = superficie efectiva sumergida del tamiz, m2;
-
Desbaste
-
Qu es o en qu consiste? Amortiguar variaciones de caudal
Porqu se utiliza? Superar problemas de explotacin que estas
variaciones provocan en las instalaciones; Mejorar la efectividad de los tratamientos aguas
abajo.
Homogeneizacin de Caudales
Q = cte Q cte
-
En qu situaciones se aplica? Caudales en tiempo seco Caudales procedentes de redes de alcantarillado
separativas en pocas lluviosas Caudales procedentes de redes de alcantarillado
unitarios
Qu sistemas de redes tenemos en Chile? Una mezcla, las redes ms antiguas unitarias. Las
nuevas por disposicin legal (SISS), separadas.
Homogeneizacin de Caudales
-
Homogeneizacin de Caudales
Diagrama de flujo de PTAR. Homogeneizacin en lnea
Fuente: Adaptado de Talmadge, W. P. Determining Thickener Unit Areas - Metcalf & Eddy
-
Homogeneizacin de Caudales
Diagrama de flujo de PTAR. Homogeneizacin en derivacin
Fuente: Adaptado de Talmadge, W. P. Determining Thickener Unit Areas - Metcalf & Eddy
-
Ventajas de la homogeneizacin Mejora el tratamiento biolgico Mejora la calidad del efluente y rendimiento de
tanques de sedimentacin Mejora rendimientos de filtros Mejora el control de la dosificacin de reactivos
Homogeneizacin de Caudales
-
Homogeneizacin de Caudales
Variaciones de caudal y concentracin
4AM
-
Homogeneizacin de Caudales
Qu volumen se requiere?
-
Volumen terico v/s Volumen real Funcionamiento continuo de equipos de aireacin y
mezclado Imprevistos y cambio no previsibles en los caudales
diarios
Volumen real = volumen terico * factor Factor 1.1 a 1.2
Homogeneizacin de Caudales
-
Aplicacin. Determinar: Volumen del tanque en lnea necesario para la
regulacin del caudal; Efecto de la regulacin sobre la carga de DBO
Homogeneizacin de Caudales
Perdo de
tiempo
Caudal
medio, m3/s
C media de
DBO, mg/l
0-1 0.275 150
1-2 0.220 115
2-3 0.165 75
3-4 0.130 50
4-5 0.105 45
5-6 0.100 60
6-7 0.120 90
7-8 0.205 130
8-9 0.355 175
9-10 0.410 200
10-11 0.425 215
11-12 0.430 220
Perdo de
tiempo
Caudal
medio, m3/s
C media de
DBO, mg/l
12-1 0.425 220
1-2 0.405 210
2-3 0.385 200
3-4 0.350 190
4-5 0.325 180
5-6 0.325 170
6-7 0.330 175
7-8 0.365 210
8-9 0.400 280
9-10 0.400 305
10-11 0.380 245
11-0 0.345 180
-
Determinacin del Volumen del tanque.
Homogeneizacin de Caudales
Perdo de
tiempo
Caudal
medio, m3/s
0-1 0.275
1-2 0.220
2-3 0.165
3-4 0.130
4-5 0.105
5-6 0.100
6-7 0.120
7-8 0.205
8-9 0.355
9-10 0.410
10-11 0.425
11-12 0.430
Caudal medio m3/s
Volumen m3
Desarrollar la curva de caudales acumulados de agua residual
3 =
3 3600
-
Homogeneizacin de Caudales
Volumen acumulado al final del perodo
Perdo de
tiempo
Vol. en el
perodo, m3
0-1 990
1-2 792
2-3 594
3-4 468
4-5 378
5-6 360
6-7 432
7-8 738
8-9 1,278
9-10 1,476
10-11 1,530
11-12 1,548
= + Vol. acumulado
al final del
perodo, m3
990
1,782
2,376
2,844
3,222
3,582
4,014
4,752
6,030
7,506
9,036
10,584
10-11 1,368
11-0 1,242
25,308
26,550
-
Homogeneizacin de Caudales
Perdo de
tiempo
Caudal
medio, m3/s
0-1 0.275
1-2 0.220
2-3 0.165
3-4 0.130
4-5 0.105
5-6 0.100
6-7 0.120
7-8 0.205
8-9 0.355
9-10 0.410
10-11 0.425
11-12 0.430
Determinar el caudal medio del da
3 =
3 3600
10-11 0.380
11-0 0.345
=
-
Homogeneizacin de Caudales
V = 4,098 m3
-
Homogeneizacin de Caudales
Vol. acumulado
al final del
perodo, m3
990
1,782
2,376
2,844
3,222
3,582
4,014
4,752
6,030
7,506
9,036
10,584
calculo de
diferencias de
volumen
116
431
943
1,581
2,309
3,056
3,730
4,098
3,926
3,557
3,133
2,691
25,308
26,550
25,444
26,550
Caudal medio,
m3
1,106
2,213
3,319
4,425
5,531
6,638
7,744
8,850
9,956
11,063
12,169
13,275
136
0
-
Efecto sobre la carga DBO
Homogeneizacin de Caudales
1,106 m3/h Caudal medio regulado para el perodo de una hora
= + Determinar el volumen almacenado
-
Homogeneizacin de Caudales
perodoVolumen
aportado, m3
8-9 1,278
9-10 1,476
10-11 1,530
11-12 1,548
12-1 1,530
1-2 1,458
Volumen
almacenado, m3
172
542
966
1,408
1,832
2,184
0-1 990
1-2 792
6-7 432
7-8 738
374
0
3,986
3,672
-
Homogeneizacin de Caudales
Determinar la concentracin de DBO homogeneizada en mg/l
= + +
perodoVolumen
aportado, m3
Volumen
almacenado, m3
C media DBO,
mg/l
8-9 1,278 172 175
9-10 1,476 542 200
10-11 1,530 966 215
11-12 1,548 1,408 220
12-1 1,530 1,832 220
C homogeneizada
DBO, mg/l
175
197
210
216
218
-
Homogeneizacin de Caudales
Determinar la Carga de DBO homogeneizada, kg/h
= 3600
1000
C homogeneizada
DBO, mg/l
175
197
210
216
218
Carga DBO
homogeneizada,
kg/h
194
218
233
239
241
-
Homogeneizacin de Caudales
perodoVolumen
aportado, m3
Volumen
almacenado, m3
C media DBO,
mg/l
C homogeneizada
DBO, mg/l
Carga DBO
homogeneizada,
kg/h
8-9 1,278 172 175 175 194
9-10 1,476 542 200 197 218
10-11 1,530 966 215 210 233
11-12 1,548 1,408 220 216 239
12-1 1,530 1,832 220 218 241
1-2 1,458 2,184 210 215 237
2-3 1,386 2,464 200 209 231
3-4 1,260 2,618 190 203 224
4-5 1,170 2,682 180 196 216
5-6 1,170 2,746 170 188 208
6-7 1,188 2,828 175 184 203
7-8 1,314 3,036 210 192 213
8-9 1,440 3,370 280 220 244
9-10 1,440 3,704 305 246 272
10-11 1,368 3,966 245 246 272
11-0 1,242 4,102 180 230 254
0-1 990 3,986 150 214 237
1-2 792 3,672 115 198 219
2-3 594 3,160 75 181 200
3-4 468 2,522 50 164 181
4-5 378 1,794 45 148 164
5-6 360 1,048 60 134 148
6-7 432 374 90 121 134
7-8 738 0 130 127 140
-
Homogeneizacin de Caudales
-
Homogeneizacin de Caudales
Relacin
Carga de DBO
No homogeneizada Homogeneizada
Punta/Media 2.06 1.27
Mnima/Media 0.08 0.63
Punta/Mnima 25.82 2.03
-
Qu es?
Mezclado
Revolver Combinar Incorporar
AP AR
AP AR
Producto Qumico
Revolver Combinar Incorporar
-
Existen dos grandes tipos de mezcla Mezcla rpida
Homogeneizar la concentracin de un reactivo con el agua, en forma rpida.
Mezcla lenta
Favorecer reacciones en el interior, en procesos prolongados.
Mezclado
-
Mezclado
Fuente: Imagen cortesa FMC Corporation
-
Los procesos de mezcla se pueden desarrollar por medio de:
Resaltos hidrulicos
Mezcladores estticos
Mezcladores mecnicos
Mezcladores neumticos
Mezclado
-
Mezclado
Agitadores de hlice
v2
v1
-
Mezclado
Mezclador de turbina en lnea
Fuente: Imagen cortesa Mixing Equipment Company
-
Mezclado
Fuente: ITT Water & Wastewater
-
Impulsores mecnicos:
Paletas - flechas verticales u horizontales; - paletas estacionarias; - velocidades bajas o moderadas de 2 a 15 rpm; - mezcla lenta;
Turbinas - hojas planas o curvas - velocidades de 10 a 150 rpm - mezcla lenta;
Mezclado
-
Impulsores mecnicos:
Hlices - flechas verticales o inclinadas; - velocidades altas de 150 a 1,500 rpm; - mezcla instantnea;
Mezclado
-
Mezclado
Fuente: Imagen cortesa Envirex de la Rexnord Company
-
Mezclado
-
Mezclado
Fuente: AIM Water
-
Mezclado
Fuente: AIM Water Fuente: ITT Water & Wastewater
-
Mezclado
Fuente: ITT Water & Wastewater
Fuente: ABS
-
Energa disipada en el mezclado
Mezclado
Turbulencia Mezclado Energa
=
G = Gradiente de velocidad medio, 1/s; P = Potencia necesaria, W; = viscosidad dinmica, Ns/m2; V = Volumen del tanque, m3;
Camp y Stein
-
Considerando el tiempo de detencin terico
Mezclado
=
= 1
td = tiempo de detencin, s; Q = caudal, m3;
=
-
Energa necesaria para llevar a cabo el mezclado Mezcladores de hlice y de turbina
Mezclado
P = k 2 3
P = energa necesaria, W; k = Constante = viscosidad dinmica del fluido, Ns/m2; = densidad del fluido, kg/m3; D = dimetro del impulsor, m n = revoluciones por segundo, rev/s;
P = k 3 5
Rushton
Laminar; Re < 10
Turbulento; Re > 10,000
-
Energa necesaria para llevar a cabo el mezclado Mezcladores de hlice y de turbina
Mezclado
Fuente: Metcalf & Eddy
-
Mezcladores de hlice y de turbina Consideraciones
Mezclado
-
Mezcladores de hlice y de turbina Consideraciones:
Mezclado
Deflectores Posicin de los impulsores
-
Energa necesaria para llevar a cabo el mezclado Agitadores de paleta
Mezclado
P =
P = energa necesaria, W; FD = fuerza de resistencia del fluido sobre las paletas, N; CD = coeficiente de resistencia al avance de las paletas; = densidad del fluido, kg/m3; vp = velocidad relativa de las paletas respecto del fluido, m/s;
P =
3
2
=
2
2
-
Energa necesaria para llevar a cabo el mezclado Mezcladores estticos
Mezclado
P =
P = energa disipada, kW; = peso especfico del agua, kN/m3; Q = caudal, m3/s; h = prdida de carga, m;
-
Energa necesaria para llevar a cabo el mezclado Mezcladores neumticos
Mezclado
P =
P = energa disipada, kW; pa = presin atmosfrica, kN/m
2; Va = volumen de aire introducido a presin atmosfrica, m
3/s; pc = presin del aire en el punto de descarga, kN/m
2
-
Ejemplo Mezclador esttico
Rango de velocidad zigzag 15.2 cm/s a 45.5 cm/s 19 mamparas Tiempo de desplazamiento de 30 minutos Temperatura de 10C Q = 0.28 m3/s Dimensiones del tanque:
Ancho = 0.76 m; Profundidad = 2,43 m; Longitud = 13.7 m;
Mezclado
-
Ejemplo Determinar
Prdida de carga Potencia disipada G Gtd
Mezclado
-
Ejemplos Prdida de Carga
Mezclado
12
2 + 1 2
2
2
Donde n = el nmero de canales
h = 21.6 cm
-
Ejemplos Potencia disipada
Mezclado
P = 0.59 kW P =
Donde = 9.804 kN/m3
-
Ejemplos G y Gtd
Mezclado
G 29.9 1/s
Donde = 0.001307 Ns/m2
=
Determinacin del V = t x Q = 504 m3
=
Gtd = 53,820
-
Ejemplo Agitador de paletas
G = 50 1/s Volumen del tanque 3,000 m3 Coeficiente de arrastre 1.8 Velocidad relativa es de 0.75 vpunta Velocidad de la punta (vpunta) = 0.6 m/s Temperatura de 15C Palas rectangulares
Mezclado
Determinar
Energa necesaria
rea de la pala
-
Mezclado
P = 8,543 W
Donde = 1.139 kNs/m2
=
P =
3
2 A = 104.3 m2
= 999.1 kg/m3
-
Qu es la sedimentacin? Es la eliminacin de slidos suspendidos en el agua
por asentamiento gravitacional. Partculas en suspensin ms pesadas que el agua.
Sedimentacin
Sedimentacin Decantacin
-
Sedimentacin
S > L
S < L
sedimentacin flotacin
-
Sedimentacin
Purificacin del agua
Tratamiento de Aguas residuales
Sedimentos que se asientan con facilidad
Impurezas coaguladas
Impurezas precipitadas
Eliminacin de arenas
Impurezas en suspensin; flculos qumicos
Sustancias convertidas en slidos sedimentables; flculos biolgicos
-
Sedimentacin
Clarificacin Espesamiento
-
Sedimentacin
partculas discretas partculas aglomerables
Densidad
Tamao
Forma
Adhieren/aglutinan
Tamao
Forma
Peso especfico
Primera clasificacin de sedimentacin
-
Segunda clasificacin de sedimentacin
Sedimentacin
Concentracin
Interaccin partculas
1. Discreta 2. Floculenta 3. Retardada 4. Compresin
Fase Simultneos
-
Sedimentacin
Tipos de sedimentacin
Tipo 1 Partculas discretas
concentracin de slidos Entidades individuales No hay interaccin
-
Sedimentacin
Tipos de sedimentacin
Tipo 2 Floculenta
Suspensin diluida partculas agregan / floculan
Unin masa Mayor velocidad
-
Sedimentacin
Tipos de sedimentacin
Tipo 3 Retardada (zonal)
Concentracin intermedia Fuerzas de interaccin Partculas posiciones fijas Masa de partculas Interfase slido-lquido
Interfase
-
Sedimentacin
Tipos de sedimentacin
Tipo 4 Compresin
Concentracin estructura Compresin de la estructura
-
Sedimentacin
Etapas del asentamiento de partculas
-
Sedimentacin
Sedimentacin de partculas discretas Tipo 1
Partcula de
volumen
V
FB
FG
=
= densidad del fluido; s = densidad de la partcula; g = aceleracin de gravedad; V = volumen de la partcula;
-
Sedimentacin
Sedimentacin de partculas discretas Tipo 1
Partcula de
volumen
V
FB
FG
=
2
2
CD = Coeficiente de arrastre; vp = velocidad de la partcula; A = rea transversal de la partcula;
FR
-
Sedimentacin
Sedimentacin de partculas discretas Tipo 1
=2
=
Velocidad terminal de sedimentacin
-
Sedimentacin
Sedimentacin de partculas discretas Tipo 1
=4
3
Partculas esfricas
-
Sedimentacin
Sedimentacin de partculas discretas Tipo 1
=24
+3
+ 0.34
Cmo se determina el coeficiente de arrastre, CD? Varia en funcin del tipo de flujo Nmero de Reynolds
=
-
Sedimentacin
Fuente: T.R. Camps, Trans Am. Soc. Civil Engrs., 103, 897 (1946)
-
Sedimentacin
Fuente: Metcalf & Eddy
-
Sedimentacin
Sedimentacin de partculas discretas Tipo 1
=24
Para NR < 0.5
=
2
18
Para NR > 103
= 0.4 = 3.3
-
Sedimentacin
Proyectos de tanques de sedimentacin Seleccionar una partcula con velocidad crtica Disear tanque a modo de eliminar partculas con
v vertical > v crtica (lmite)
-
Sedimentacin
Tanque rectangular
-
Sedimentacin
Entonces la produccin de agua clarificada est determinada por:
= A = rea de la superficie del tanque de sedimentacin;
=
Definimos un parmetro de diseo:
Carga de superficie
-
Sedimentacin
Relaciones
=Profundidad
Tiempo de detencin
Consideraciones: Sedimentacin ideal; Turbulencia en entrada y salida del tanque; Cortocircuitos; Acumulaciones de lodo; Gradientes de velocidad;
-
Sedimentacin
Tiempo de retencin Distribucin uniforme de partculas en la profundidad Partculas con velocidad vertical inferior a la lmite
=
Xr = Fraccin de partculas con velocidad vp que se eliminan;
= 1 +
0
Fraccin de todas las partculas removidas
-
Sedimentacin
Velocidad de sedimentacin
Frac
ci
n d
e p
art
cula
s co
n v
elo
cid
ad d
e
sed
imen
taci
n
infe
rio
r a
un
val
or
det
erm
inad
o
-
Sedimentacin
Tanque circular
Vista en planta
-
Sedimentacin
Tanque circular
-
Sedimentacin
Determinacin de la velocidad de forma anloga al tanque rectangular:
=
20
vd = velocidad horizontal de la partcula (figura anterior);
=
=
02
2=
Integrando
A = rea de la superficie del tanque de sedimentacin;
-
Sedimentacin
Ejemplo
Carga de superficie de 32.6 m/da;
Determine La remocin total (%);
Velocidad Fraccin SS
mm/s %
1.08 10
0.689 15
0.527 40
0.387 70
0.172 93
0.043 99
0.011 100
-
Sedimentacin
=
Carga de
superficie
= 32.6 m/da
= 0.377 mm/s
Velocidad Fraccin SS
mm/s %
1.08 10
0.689 15
0.527 40
0.387 70
0.172 93
0.043 99
0.011 100
% partculas
vel. Inferior
90
85
60
30
7
1
0
-
Sedimentacin
0.377
27
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
Fraccin de partculas removidas con velocidad menor
x Vel. Sed. vx
mm/s
0.04 0.06 0.0024
0.04 0.16 0.0064
0.04 0.22 0.0088
0.04 0.26 0.0104
0.04 0.3 0.012
0.04 0.34 0.0136
0.027 0.37 0.00999
Total vx 0.06359
-
Sedimentacin
= 1 +
0
Fraccin de todas las partculas removidas
= 1 0.27 + 1
= 1 0.27 + 1
0.3770.06369
= 89.6%
-
Sedimentacin
Sedimentacin floculenta Tipo 2
Contacto de partculas; masa de partculas velocidad;
Carga de superficie Profundidad del tanque Gradiente de velocidad del sistema Concentracin de partculas Tamaos de las partculas
Ensayos de sedimentacin
-
Sedimentacin
Sedimentacin floculenta Tipo 2
Columnas de sedimentacin Altura igual al tanque de sedimentacin Mltiples orificios Distribucin uniforme en toda la profundidad Temperatura uniforme Toma de muestras a intervalos regulares
-
Sedimentacin
Remocin =
++1
2
-
Sedimentacin
Sedimentacin floculenta Tipo 2
Consideraciones La carga de superficie real es menor a la terica
Carga sup. Real = Carga sup. terico * factor Factor 0.65 a 0.85
Tiempos de retencin reales mayores a los tericos
Tiempo Real = Tiempo terico * factor
Factor 1.25 a 1.5
-
Sedimentacin
Ejemplo
Altura de columna 2.5 m; Tiempo de detencin 20 min;
10 20 30 40 50
tiempo
Determine La remocin total (%); Tasa de sedimentacin
superficial;
-
Sedimentacin
10 20 30 40 50
tiempo
1 0.5
2 0.275
3 0.375
4 1.35
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
pro
fun
did
ad
Para t = 20 minutos
Remocin (%) =
++1
2
R = 1
100+80
2 + 2
80+70
2+ 3
70+60
2 + 4
60+50
2 = 65.7%
-
Sedimentacin
Tasa de sedimentacin superficial (TSS) o Carga de Superficie
=
=
Profundidad
Tiempo de detencin
=2.5
20m min = 180 m da
El valor real es:
=2.5
201.5m min = 120 m da
El valor terico es:
-
Sedimentacin
Concentracin
-
Sedimentacin
Sedimentacin Zonal Tipo 3
Sedimentacin simple
Ensayos de columnas de sedimentacin rea instalaciones Espesamiento de lodos
Mtodo de flujo de slidos
-
Sedimentacin
Sedimentacin Simple Superficie para clarificacin Superficie para espesado Tasa de extraccin de lodos
Mayor superficie
Talmadge y Fitch
t2
-
Sedimentacin
Sedimentacin Simple
Velocidad constante f(floculacin; concentracin) Concentracin Velocidad (progresiva) Zona de compresin
-
Sedimentacin
= 0
=0 0
=
Ae = superficie para espesado; Ac = superficie para clarificacin; tu = tiempo para concentracin de lodos deseada; H0 = altura inicial de la interfase en la columna; C0 = concentracin inicial; Cu = concentracin de lodos deseada; Q = caudal entrante al estanque; Qc = caudal sobrenadante; v = velocidad de subsidencia;
-
Sedimentacin
t2 t2
-
Sedimentacin
Ejemplo
Dimensionamiento de un tanque de lodos activados Concentracin inicial, C0 4,000 mg/l; Altura inicial de la interfase, 60 cm; Caudal entrante 400 m3/d; Concentracin de lodo, Cu = 12,000 mg/l;
Determine La superficie del tanque; Carga de slidos en kg/m2 da; Carga de superficie m3/m2 da;
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
Resultados
Dimensionamiento de un tanque de lodos activados Superficie del tanque = 16.89 m2 ; Carga de slidos = 94.7 kg/m2 da; Carga de superficie = 23.68 m3/m2 da;
-
Sedimentacin
Mtodo de flujo de slidos Ensayos de columnas de sedimentacin
Sedimentacin por gravedad Transporte de masa
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
El flujo de slidos se determina por:
=
=
= +
= +
SFg = flujo de slidos por gravedad, kg/m
2h; SFu = flujo de slidos por extraccin lodos, kg/m
2h; Ci = concentracin de slidos, mg/l; Cu = concentracin mxima de slidos, mg/l; Ub = velocidad descendente de la masa, m/h; Vi = velocidad sedimentacin slidos a Ci, m/h; k = factor de conversin de unidades, 1/1,000;
-
Sedimentacin
Velocidad de sedimentacin zonal a distintas Ci
Ci elevadas Vi 0
SFg bajo
Ci bajas SFg bajo
Vi ind. de Ci
Vi cte. Ci SFg
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
El rea transversal del sedimentador se determina por:
= + 0
SFL = flujo de slidos lmite, kg/m
2da; C0 = concentracin en el caudal de entrada, g/m
3; (Q+Qu)= caudal volumtrico total que entre al estanque, m3/da; A = rea transversal, m2; = Qu/Q; k = factor de conversin de unidades, 1/1,000;
= 1+ 0
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
Ejemplo
Q+Qr = 24 m3/m2 da; Qr = 40% de Q; Qw 0
Q = 8,000 m3/da
Determine El rea del sedimentador
-
Sedimentacin
1. Determinar el flujo de slidos por gravedad
SSLM, mg/lVel. Sed.,
m/h
2,000 4.27
3,000 3.51
4,000 2.77
5,000 2.13
6,000 1.28
7,000 0.91
8,000 0.67
9,000 0.49
10,000 0.37
15,000 0.15
20,000 0.07
30,000 0.027
=
Flujo de slidos
gravedad, kg/m2 h
8.54
10.53
11.08
10.65
7.68
6.37
5.36
4.41
3.7
2.25
1.4
0.81
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
2. Determinar el flujo de slidos de lodos
=
Carga Sup. =
= Carga Sup.
= 0.29 /
-
Sedimentacin
2. Determinar el flujo de slidos de lodos
SSLM, mg/lVel. Sed.,
m/h
2,000 4.27
3,000 3.51
4,000 2.77
5,000 2.13
6,000 1.28
7,000 0.91
8,000 0.67
9,000 0.49
10,000 0.37
15,000 0.15
20,000 0.07
30,000 0.027
Flujo de slidos
lodo, kg/m2 h
0.58
0.87
1.16
1.45
1.74
2.03
2.32
2.61
2.9
4.35
5.8
8.7
=
= 0.29 /
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
3. Determinar el flujo de slidos totales, SFL y Cu
6.5
22,414
-
Sedimentacin
4. Determinar concentracin de slidos en el reactor
0 + = +
= 6,404 /
Balance de masa del sistema
Supuestos No existe crecimiento
celular en el reactor; X0
-
Sedimentacin
5. Determinar el rea del sedimentador
= 460 2 = 1+ 0
Carga Sup. =
= 466 2
Qu proceso determina el rea del sedimentador?
El rea mayor. En este caso clarificador.
-
Sedimentacin
Sedimentacin por Compresin Tipo 4
= 2 2
Ht = altura del lodo en un tiempo t; H = altura del lodo tras un prolongado perodo de tiempo; H2 = altura del lodo en un tiempo t2; i = constante para una suspensin dada;
-
Sedimentacin
vTS h
Sedimentadores de flujo horizontal Eficiencia depende principalmente de la velocidad y
en consecuencia del rea
-
Sedimentacin
Sedimentadores laminares Ventaja Aumento de la eficiencia Desventaja Problema prctico la limpieza del sistema
-
Sedimentacin
Sedimentadores laminares Se utilizaron por cerca de 60 aos
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
Cules son sus caractersticas? Serie de tubos o laminas paralelas Inclinadas Flujo laminar
-
Sedimentacin
Cules son sus caractersticas? Trayectoria ascensional (existen de flujo descendente) Se mueven a contracorriente por accin de la fuerza
de gravedad
-
Sedimentacin
Sedimentador laminar ascendente Fuente: Neptune Microfloc
-
Sedimentacin
Sedimentadores de laminares Fuente: Parkson Corporation
-
Sedimentacin
Aplicaciones prcticas Aumentar flujo en sedimentadores sobrecargados sin
perder eficiencia
Disminuir el rea de sedimentacin inversin
Pueden trabajar con flujo ascendente o descendente
-
Sedimentacin
Qu permiti esta nueva configuracin? Cargas superficiales mayores (4 a 10 veces) Menor perodo de sedimentacin Flujo ms estable
Carga Sup. =
Sedimentadores de flujo horizontal
-
Sedimentacin
Puede ser extendido a otros sistemas de sedimentacin? En lo particular para sedimentadores de alta velocidad
=0 sin + cos
S = constante segn tipo de sedimentador; v0 = velocidad promedio del flujo a travs del sedimentador; vS= velocidad de cada de la partcula suspendida; L = l/e longitud relativa; = ngulo de inclinacin del sedimentador;
-
Sedimentacin
e
-
Sedimentacin
Considerando un valor crtico de S Sc
= 0
sin + cos
Sc = constante crtica segn tipo de sedimentador; vTS= velocidad terminal de sedimentacin;
-
Sedimentacin
Por lo tanto la carga de superficie equivalente sera:
f = factor de rea, sen + Lcos; A0= rea perpendicular a las placas; A = rea de sedimentador (convencional)
Carga Sup. =
=
0
-
Sedimentacin
Existen varios factores que afectan el proceso: Relacin ancho longitud Flujo laminar Inclinacin de celdas Carga superficial
-
Sedimentacin
Relacin: Ancho(e) Longitud(l)
L= l/e
120
cm
60
6 cm
L= 120/6 = 20 e; l;
L= 240/6 = 40
Duplicamos l
Qu significa en trminos de eficiencia?
-
Sedimentacin Eficiencia terica sedimentador para distintas longitudes
L= l/e
-
Sedimentacin Eficiencia terica sedimentador para distintas longitudes
L= l/e
-
Sedimentacin
Flujo laminar
Turbulencia a la entrada de las celdas?
= 0
NR = nmero de Reynolds; v0= velocidad promedio del flujo a travs del sedimentador; = viscosidad cinemtica
0 =
= 0.0580
LT = L + L
-
Sedimentacin
Inclinacin de las celdas
= 0 = 0
sin + cos
0=
vTS / v0 bajas L
Eficiencia mxima
Eficiencia = 1 0
-
Sedimentacin
Inclinacin de las celdas
= 90 = 0
sin + cos
0=1
-
Sedimentacin Relacin eficiencia vs ngulo de inclinacin
-
Sedimentacin
Influencia del ngulo de inclinacin en la eficiencia
-
Sedimentacin
Carga superficial
Carga Superficial
Eficiencia
-
Sedimentacin
Fuente: Comparaciones realizadas por Yao
-
Sedimentacin
Respecto de su uso en Aguas residuales: Presentan problemas de olores; Acumulacin de aceites y grasas Obturacin;
Para su control: Limpieza peridica (mangueras a presin)
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
Ejemplo
En una planta de tratamiento con un sedimentador horizontal: Dimensiones de 24.4 m de longitud, 18.3 m de ancho y
3.7 m de profundidad; Caudal 50,000 m3/d;
Se instalarn mdulos tubulares. Determine Carga superficial actual; Carga superficial equivalente; Verificacin de NR;
-
Sedimentacin
Resultados
Carga superficial actual 112 m3/ m2 d; Carga superficial equivalente 45 m3/ m2 d; NR 116 Flujo Laminar,
-
Sedimentacin
Teora versus prctica
Corrientes de densidad
Trmicas
Concentracin
Corrientes debido al viento
Condiciones hidrulicas
Zona de entrada
Zona de sedimentacin
Zona de salida
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Por temperatura
TA TS
TA < TS
Ton/m3
4C, = 1.00000; 8C, = 0.99988;
16C, = 0 .99897; 18C, = 0.99862; 20C, = 0.99823;
TS
TA
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Por temperatura
Corrientes trmicas debidas al agua fra
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Por temperatura
TB TS
TB > TS
Ton/m3
4C, = 1.00000; 8C, = 0.99988;
16C, = 0 .99897; 18C, = 0.99862; 20C, = 0.99823;
TS
TB
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Por temperatura
Corrientes trmicas debidas al agua caliente
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Evaluacin del efecto de la temperatura
Cul es la masa de agua a 4C?
TS = 4C; V = 100,000 m3 4C, = 1 Ton/m3
M = 100,000 Ton
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Evaluacin del efecto de la temperatura
Cul es la masa de agua a 8C?
TS = 8C; V = 100,000 m3 8C, = 0.99988 Ton/m3
M = 99,988 Ton
M = 12 Ton 120 g/m3
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Por concentracin
Caoln, mg/l
, Ton/m3
0 1.0027
20 1.0056
40 1.0100
60 1.0162
80 1.0225
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Evaluacin del efecto de la concentracin
Cul es la masa de agua a C = 20 mg/l?
C = 20 mg/l; V = 100,000 m3 20 mg/l, = 1.0056 Ton/m3
M = 100,560 Ton
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Evaluacin del efecto de la concentracin
Cul es la masa de agua a C = 80 mg/l?
C = 80 mg/l; V = 100,000 m3 80 mg/l, = 1.0225 Ton/m3
M = 102,250 Ton
M = 1,690 Ton 16.9 kg/m3
-
Sedimentacin
Corrientes debidas al viento
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada
Floculador
GA GB
Sedimentador
Qu puede generar esto?
GA > GB
Turbulencias
sedimentacin
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada
Floculador
GA GB
Sedimentador
Qu efecto se podra generar?
Rompimiento de los floculos
Disipador de energa
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada Objetivo Distribucin uniforme de flujo hacia la zona de
sedimentacin (rea transversal)
Cmo se consigue?
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada
Floculador Sedimentador
Estructura
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada
Est controlado el problema? Alteraciones del flujo: Velocidad excesiva del flujo a la entrada; Orificios de ingreso muy grandes;
Distribucin desigual del flujo: Orificios de distintos dimetros; Orificios parcialmente obstruidos; Tabiques parciales;
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada Disipacin de chorros sumergidos
Resultados experimentales 10 v; 40%; 100 v; 94%;
v
10 100
v1=0.6v
v2=0.06v
Ejemplo: Velocidad de 30 cm/s; = 10 cm
10 v = 18 cm/s 100 v = 1.8 cm/s
-
Sedimentacin
Esquemas de zonas de entrada
-
Sedimentacin
Esquemas de zonas de entrada
-
Sedimentacin
Corto circuitos
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Zona de entrada
Corto circuitos y espacios muertos
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada Tabiques difusores
Basados en literatura (Azevedo Netto, Figura a): Nmero de orificios pequeos Forma ideal circular por sobre cuadrada; Orificios inferiores a h/4 o h/5 sobre el fondo (sin
remocin mecnica de lodos); Orificios superiores a h/5 o h/6 de la superficie Tabique difusor a distancia suficiente pared
sedimentador para limpieza (0.8 m);
-
Sedimentacin
Gradiente de velocidad para distintos dimetros de orificios
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada Ejemplo: Calcular N de orificios para un tabique difusor de un tanque sedimentador que tiene 4.8 m de profundidad por 5 m de ancho y un Q = 130 l/s. El gradiente de velocidad de la ltima cmara de floculacin es G = 20 1/s y T = 4C.
-
Sedimentacin
Gradiente de velocidad para distintos dimetros de orificios
G=20
=8
v=14
q=0.75
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada
Dimetro cm
Caudal por orificio
l/s Velocidad
cm/s No. Orificios
8 0.75 14 173
10 1.15 16 113
12 1.8 17 72
15 3.3 18 39
Velocidad para = 10 cm 100 v = 0.96 cm/s
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada
Floculador Sedimentador
1 2 10
1
2
11
40 cm
30 cm
70 cm
80 cm
100 cm
h/6 = 80 cm
h/5 = 96 cm
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de salida
Objetivo Recoleccin uniforme de agua a una velocidad tal que
evite arrastrar flculos en el efluente;
Problemas Canaletas de pequea longitud, mal ubicadas, mal
niveladas o impropiamente diseadas Cortocircuitos hidrulicos y zonas muertas
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de salida
Red de lneas de flujo
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de salida
Efecto del vertedero de salida en lneas de flujo
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de salida
Efecto del vertedero de salida en lneas de flujo
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de salida
Estructuras de salida
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de salida
Tipos de estructuras Vertederos de rebose
Canaletas de rebose
Orificios
Lisos Dentados
Lisas Dentadas Con orificios
Circulares Cuadrados
-
Sedimentacin
Vertederos de rebose
-
Sedimentacin
Vertederos de rebose
-
Sedimentacin
Vertederos de rebose
-
Sedimentacin
Canaletas de rebose
-
Sedimentacin
Canaletas de rebose Fuente: Aqua Colombia Ltda.
-
Sedimentacin
Canaletas de rebose
-
Sedimentacin
Canaletas de rebose
-
Sedimentacin
Canaletas para el agua decantada
-
Sedimentacin
Canaletas para el agua decantada
-
Sedimentacin
Orificios de salida
Q = C A 2
A = rea del orificio, m2; C = Coeficiente 0.6 0.8; h = Prdida de carga en el orificio;
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de sedimentacin
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de sedimentacin
Remocin de lodos En forma continua En forma intermitente
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de sedimentacin
Barre lodos tanque rectangular
-
Sedimentacin
Sedimentador circular
-
Sedimentacin
Sedimentador circular
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de sedimentacin
Barre lodos tanque circular
-
Sedimentacin
-
Qu es la filtracin? La remocin de partculas suspendidas y coloides; Presentes en un medio acuoso; Pasan por un medio granular;
Filtracin
Giardia Criptosporidium Bacterias Virus.
-
Un poco de historia.
Filtracin
-
Filtros Lentos
Un poco de historia.
Filtracin
1804
Ascendente Descendente
Instalacin de sistema de filtracin para toda una poblacin
Construy la 1ra planta de Filtros
-
Filtros Lentos - Descendentes
Filtracin
Limpieza Parte superior
-
Filtros Lentos - Ascendentes
Filtracin
Limpieza Cambio en el
Flujo
-
Filtros Rpidos - Descendentes
Filtracin
Limpieza Auto lavado
1855
-
Filtracin
Fuente: Arboleda
Existen variaciones de los valores de acuerdo a la
literatura
-
Filtracin
Fuente: Arboleda
Filtros lentos de arena
Fuente: Fair & Geyer
Filtros rpidos de arena
Profundidad del lecho
Tamao de la arena
Tamao del lecho
Velocidad de filtracin
-
Filtracin
Fuente: Fair & Geyer
Filtros lentos de arena Filtros rpidos de arena
Distribucin del tamao de granos de arena en el filtro
Sistema de drenaje inferior
Prdida de carga
Duracin del ciclo entre limpiezas
Penetracin de la materia suspendida
-
Filtracin
Fuente: Fair & Geyer
Filtros lentos de arena Filtros rpidos de arena
-
Filtracin
Fuente: Fair & Geyer
-
Diferentes tamaos
Partculas con distinta carga
Retenido en el lecho filtrante
Resistencia al esfuerzo de corte
Mecanismos de Filtracin
Filtracin
-
Mecanismos de Filtracin
Filtracin
F1
F2
F2 > F1
F1
F2
F2 < F1
-
Mecanismos de Filtracin (OMelia y Stumm)
Filtracin
Cernido; Sedimentacin; Intercepcin; Difusin; Impacto inercial;
Fuerzas de Van der Waals; Fuerzas electroqumicas; Puente qumico;
Accin hidrodinmica; Mecanismos de transporte
combinados;
Transporte de las partculas dentro de los poros
Adherencia a los granos del medio
-
Filtracin
Fuente: Arboleda
-
Mecanismos de Filtracin Transporte - Cernido
Filtracin
Partculas tamao mayor que los poros del lecho filtrante;
Capas ms superficiales del lecho;
Partculas resisten los esfuerzos cortantes;
=
32
Pr = probabilidad de remocin por cernido; = dimetro de la partcula; Dc = dimetro del medio filtrante;
Hall
-
Mecanismos de Filtracin Transporte - Sedimentacin
Filtracin
Granos del medio como unidad de sedimentacin;
1 m3 8,000 m2;
SS Grandes y densos VTS alta y Carga hidrulica baja;
-
Mecanismos de Filtracin Transporte - Intercepcin
Filtracin
Intercepcin
Partcula (A) Lneas de flujo Vel. bajas
Contacto (B) Entre partculas Medio filtrante
-
Mecanismos de Filtracin Transporte Impacto inercial
Filtracin
-
Mecanismos de Filtracin Transporte - Difusin
Filtracin
Partculas de 1m o menos; Comportamiento errtico
(Browniano); Las partculas de arcilla
presentan difusin;
energa termodinmica;
Viscosidad del H2O;
-
Mecanismos de Filtracin Transporte Accin hidrodinmica
Filtracin
Remocin de partculas grandes (10 m);
Gradiente de corte; Movimiento y rotacin de la
partcula;
-
Mecanismos de Filtracin Transporte Mecanismos combinados
Filtracin
Cernido; Sedimentacin; Intercepcin; Difusin; Impacto inercial; Accin
hidrodinmica;
Filtracin
Intercepcin
Cernido
Difusin
Importancia Caractersticas de la
suspensin; Medio Filtrante;
-
Filtracin
Fuente: Arboleda
Eficiencia de remocin de partculas en un filtro
Difusin partculas de tamao pequeo (menores a 1). Intercepcin y sedimentacin tamao partculas
-
Mecanismos de Filtracin Adherencia
Filtracin
Caractersticas de la Superficie
Granos del lecho
Adherencia
Granos del lecho
Partculas transportadas
Partculas retenidas
Adherencia
-
Mecanismos de Filtracin Adherencia Fza. Van der Waals
Filtracin
12 2
Fr = fuerza de adherencia; = dimetro de la partcula; = cte. atraccin de Van der Waals; r = distancia entre las partculas y el grano
d
-
Mecanismos de Filtracin Adherencia Fza. electroqumicas
Filtracin
Fuente: Fair & Geyer
A
trac
ci
n
Rep
uls
in
En
erg
a
-
Mecanismos de Filtracin Adherencia Fza. electroqumicas
Filtracin
Granos del Lecho
Floc
Neg Pos Adhesin + Atraccin
Neg Neutro Adhesin
Neg Neg Repulsin
-
Mecanismos de Filtracin Adherencia Fza. electroqumicas
Filtracin
Granos del Lecho
Floc
Neg Pos Adhesin + Atraccin
Neg Neutro Adhesin
Neg Neg Repulsin
N
-
Mecanismos de Filtracin Adherencia Fza. electroqumicas
Filtracin
Granos del Lecho
Floc
Neg Pos Adhesin + Atraccin
Neg Neutro Adhesin
Neg Neg Repulsin
-
Mecanismos de Filtracin Adherencia Puente qumico
Filtracin
Fuente: Arboleda
Reaccin qumica Superficie del grano
-
Modelos matemticos Existen un nmero extenso de modelos; Iwasaki & Ives Mintz & Krishtul Deb Camp OMelia & Stumm Resultan prcticos para la comprensin del
fenmeno;
Determinacin de parmetros experimentalmente;
Filtracin
-
Modelos matemticos Iwasaki
Filtracin
Agua de calidad variable
Efluente de calidad variable
Retencin de partculas
Remocin material suspendido proporcional a la cantidad presente en el agua;
Remocin depende de:
Las fuerzas gravitacionales generan la remocin;
superficie granos disponibles; velocidad intersticial; recorrido del flujo dentro de los
poros;
-
Modelos matemticos Iwasaki (1937)
Filtracin
=
= cantidad de material depositado en la superficie y unidad de tiempo a una profundidad z del medio filtrante; = mdulo de impedimento o eficiencia de la respectiva capa del filtro, 1/L; = profundidad del medio filtrante;
-
Modelos matemticos Ives (1960-1965)
Filtracin
=
= concentracin volumtrica de partculas en el agua; = mdulo de impedimento o eficiencia de la respectiva capa del filtro, 1/L; = profundidad de la capa del lecho filtrante;
-
Modelos matemticos Ives (1960-1965)
Filtracin
=
=
1 21
-
Modelos matemticos Ives (1960-1965)
Filtracin
= depsito especfico Volumen depositado por unidad de volumen del medio filtrante
Volumen removido =
Volumen depositado =
-
Modelos matemticos Ives (1960-1965)
Filtracin
= ()
= + superficie
Vel. Intersticial = cte
eficiencia superficie
eficiencia
material
-
Modelos matemticos Ives (1960-1965)
Filtracin
= coeficiente emprico; 0 = porosidad inicial del lecho filtrante;
= + 2
0
2
0 Disminucin de =
-
Modelos matemticos Ives (1960-1965)
Filtracin
2
0
-
Modelos matemticos Ives (1960-1965)
Filtracin
-
Filtracin
-
RESUMEN
Eficiencia Capa i
Adherencia
Penetran capa inferior
Partculas (floc)
Capa i+1 Se repite el proceso
0 1 1 4
4 10 10 19 19 24
Alta
-
Modelos matemticos Ives (1960-1965)
Limitaciones No se tiene en cuenta la variacin del tamao del
medio filtrante, ni el cambio local en la concentracin del floc depositado;
Se parte del principio de que el volumen del material que queda entre los poros, es igual al volumen del material removido de la suspensin, lo que no se ajusta a datos experimentales;
Filtracin
-
Filtracin
Ensayos de Fox y Cleasby
-
Modelos matemticos Ives (1969)
Filtracin
-
Modelos Matemticos - Clsicos
=
= + 2
0
=
= 1 +
0
1
0
1
Ives 1960/65-69 Iwasaki 1937
RESUMEN
-
Otros Modelos Matemticos
Filtracin
-
Modelos Matemticos que relacionan con
Filtracin
-
Modelos Matemticos que relacionan con
Filtracin
-
Prdida de carga en lechos filtrantes
Filtracin
h(t) h0
Caudal
Friccin
Poros del lecho
Prdida de Carga
-
Prdida de carga en lechos filtrantes
Filtracin
h(t) h0
Operacin del filtro
Incremento poros
rea de flujo
Prdida de Carga
-
Prdida de carga en lechos filtrantes
Filtracin
h(t) h0
Inicial h0 Colmatacin h(t)
= 0 +
Prdida de Carga
-
Prdida de carga inicial, h0
Filtracin
0 =
1 0
2
03
2
= cte. experimental = 5; 0 = porosidad inicial del lecho filtrante;
Kozeny
Para su aplicacin se consideran los siguientes casos: Granos esfricos y de dimetro uniforme; Granos no esfricos pero dimetro uniforme; Granos no esfricos ni de dimetro uniforme (lecho no
estratificado); Granos no esfricos ni de dimetro uniforme (lecho
estratificado);
-
Prdida de carga inicial, h0 Granos esfricos y de dimetro uniforme
Filtracin
0 =
1 0
2
03
2
Relacin rea / Volumen de esfera 6
0 =
1 0
2
03
6
2
-
Prdida de carga inicial, h0 Granos esfricos y de dimetro uniforme
Filtracin
0 =
1 0
2
03
6
2
Reordenando y reemplazando ciertos valores:
0 = 180
1 0
2
03
1
2
-
Ejemplo: Un lecho filtrante tiene las siguientes caractersticas: bolitas esferoidales; Dimetro = 0.0005 m; P0 = 0.40; L = 60 cm; Temperatura del agua = 20C; Velocidad de filtracin = 0.00135 m/s; Viscosidad cinemtica = 1.01E-6 m2/s;
Cul es la prdida de carga inicial? h0 = 33.8 cm;
Filtracin
-
Prdida de carga inicial, h0 Granos no esfricos pero dimetro uniforme
Filtracin
Relacin rea / Volumen de esfera 6
Coeficiente de esfericidad 6
0 = 180
1 0
2
03
1
2
-
Granos no esfricos pero dimetro uniforme Coeficientes de esfericidad
Filtracin
-
Prdida de carga inicial, h0 Relacin entre los granos esfricos y no esfricos
Filtracin
Partculas esfricas
0 =0
2
Ce = 1 0 = 0
Otras Partculas Ce < 1 0 = 0
Mientras ms esfrica y uniforme la partcula
Menor la prdida de carga
Cmo se relaciona la forma con la prdida de carga?
Cul es la relacin?
-
Prdida de carga inicial, h0 Granos no esfricos ni de dimetro uniforme (lecho no estratificado); Qu tipo de filtro tiene un lecho no estratificado? El filtro lento
Filtracin
El aporte total de cada fraccin
Se establece una fraccin xi de tamao di para la dispersin de las partculas
6
-
Prdida de carga inicial, h0 Granos no esfricos ni de dimetro uniforme (lecho no estratificado);
Filtracin
0 = 180
1 0
2
03
1
2
-
Ejemplo: Un filtro lento tiene las siguientes caractersticas: Granos casi esfricos; P0 = 0.394; L = 75 cm; Temperatura del agua = 4C; Velocidad de filtracin = 0.0108 cm/s; Viscosidad cinemtica = 1.57E-6 m2/s;
Cul es la prdida de carga inicial?
Filtracin
-
Ejemplo:
Filtracin
0.1470
0.0090
-
Ejemplo: Cul es la prdida de carga inicial? xi/di = 28.07 h0 = 12.23 cm
Filtracin
-
Prdida de carga inicial, h0 Granos no esfricos ni de dimetro uniforme (lecho estratificado); Prdida de carga total Capa = el conjunto de partculas comprendidas entre dos tamices consecutivos.
Filtracin
0 =
suma de las prdidas de carga en cada capa
-
Prdida de carga inicial, h0 Granos no esfricos ni de dimetro uniforme (lecho estratificado); Supuesto: La porosidad no vara entre capas
Li = L xi ; Li = espesor de una capa
Filtracin
0 = 180
1 0
2
03
1
2
2
-
Ejemplo: Un filtro rpido de granulometra dada tiene las siguientes caractersticas: Granos casi esfricos; p0 = 0.41; L = 45 cm; Temperatura del agua = 10C; Velocidad de filtracin = 0. 204 cm/s; Viscosidad cinemtica = 1.31E-6 m2/s;
Cul es la prdida de carga inicial?
Filtracin
-
Ejemplo:
Filtracin
cm *10^2
-
Ejemplo: Cul es la prdida de carga inicial? xi/di
2= 789.2 h0 = 109.81 cm
Filtracin
-
Prdida de carga final, hf Bsicamente este trmino se relaciona con los modelos de colmatacin del filtro.
Filtracin
= 0 + dL
= coeficiente de prdida de carga en funcin del medio filtrante utilizado, tasa de filtracin, tipo de suspensin y viscosidad del agua; = depsito especfico;
Caso Ideal = cte.
() = L
= 0 + ()
-
Prdida de carga final, hf
Filtracin
-
Prdida de carga final, hf
Filtracin
= 180
1 0 +
2
0 31
+
2
Camp
Formacin de pelculas en los granos
Reduccin de la porosidad
0
= 180
1 0 +
2
0 31
2 3 1 0
+14
-
Filtracin
Filtro Rpido convencional Fuente: Arboleda
-
Filtracin
Filtro Rpido convencional Fuente: Arboleda
-
Hidrulica de Lavado de un filtro
Filtracin
Inyeccin de agua por el fondo: Qu sucede?
-
Hidrulica de Lavado de un filtro
Filtracin
c va < vi
El lecho se expande; porosidad
va
va > vi
va
va >> vi Fluidizacin
El lecho no se expande
-
Hidrulica de Lavado de un filtro
Filtracin
Fuente: Arboleda
-
Filtracin
Fuente: Arboleda
-
Hidrulica de Lavado de un filtro
Filtracin
= 1
Fair & Hatch
= prdida de carga para producir expansin del lecho; = porosidad del lecho expandido; = profundidad lecho expandido; = densidad del agua; = densidad del material granular;
=
1
-
Hidrulica de Lavado de un filtro
Filtracin
Lecho estratificado
=
1
0 =
1 0
2
03
36
2
2
Expresin de prdida de carga de lecho expandido
-
Hidrulica de Lavado de un filtro
Filtracin
Relaciones tiles para la estimacin de expansin del lecho y prdida de cargas
3
1 =
36
2
2
-
Filtracin
Valores de 1/(1-pe) correspondientes a valores de pe3/(1-pe)
variando de 0.1 a 9.9
Fuente: Fair & Geyer
3
1
-
Hidrulica de Lavado de un filtro Expansin del lecho,
Filtracin
= 1 = + 1 L
Volumen de arena del lecho
= 1 0 L = 1
= 01
-
Hidrulica de Lavado de un filtro Lecho expandido, Le
Filtracin
= + 1 L
= 1 0 1
Para varias capas y considerando constante la porosidad
= 1 0 1
=1
-
Hidrulica de Lavado de un filtro Prdida de carga del Lecho expandido
Filtracin
= + 1
=1
1
-
Hidrulica de Lavado de un filtro Relacin de velocidad de lavado y porosidad de lecho expandido
Filtracin
=
=
=
0.22
Si n = 4.5
= velocidad de lavado; = velocidad de sedimentacin frontal o hipottica, viscosa; = valor experimental 4.5 a 5;
-
Hidrulica de Lavado de un filtro Videos
Filtracin
-
Hidrulica de Lavado de un filtro Videos
Filtracin
-
Ejemplo: Lecho filtrante constituido por arena con cierta granulometra (tabla adjunta), debe ser lavado. Velocidad de lavado = 61 cm/min; p0 = 0.414; L = 60 cm; Temperatura del agua = 10C; s / = 2.65; Viscosidad cinemtica = 1.31E-6 m2/s;
Cul es la expansin del lecho filtrante?
Filtracin
-
Filtracin
[1] [2] [3] [4]
Cedazos d xi * 10^2 vs
N cm cm/s
8 - 10 0.218 0.5 30.7
10 - 14 0.154 2.3 23.7
14 - 20 0.1 9.3 15.9
20 - 28 0.07 24.8 11.1
28 - 32 0.054 20.6 8.36
32 - 35 0.046 16.4 6.69
35 - 42 0.038 12.1 5.58
42 - 48 0.032 14 4.18
100
Tabla con granulometra y velocidad
-
Respuesta
Filtracin
= 1 0 1
=1
= + 1
=1
1
-
Filtracin
Tabla con resultados [5] [6] [7] [8]
va/vs pe =(va/vs)^0.22 1-pe xi/(1-pe)
0.033 0.473 0.527 0.009
0.043 0.500 0.500 0.046
0.064 0.546 0.454 0.205
0.092 0.591 0.409 0.606
0.122 0.629 0.371 0.555
0.152 0.661 0.339 0.483
0.182 0.688 0.312 0.387
0.243 0.733 0.267 0.524
2.816
-
Filtracin
= 1 0 1
=1
= 1 0.414 60 2.816
99
-
Filtracin
Tabla con resultados [9] [10] [11] [12] [13]
(s/ -1)*(1-pe) li h le
cm cm cm
0.870 0.300 0.111 0.290 0.333
0.825 1.380 0.172 1.334 1.618
0.749 5.580 0.291 5.395 7.204
0.675 14.880 0.433 14.387 21.321
0.612 12.360 0.580 11.951 19.526
0.560 9.840 0.727 9.514 16.993
0.516 7.260 0.876 7.020 13.617
0.441 8.400 1.192 8.122 18.415
60 58.014 99.027
Prdida de carga 58 cm
-
Filtracin
-
Filtracin
-
Filtracin
-
Factores que influyen en la filtracin
Filtracin
Caracterstica de la suspensin
tipo de partculas suspendidas;
tamao de partculas suspendidas;
densidad de partculas suspendidas;
resistencia o dureza de las partculas suspendidas (flculos);
temperatura del agua por filtrar;
concentracin de partculas suspendidas en el afluente;
potencial zeta de la suspensin;
pH del afluente.
Caractersticas del medio filtrante
tipo del medio filtrante;
caractersticas granulomtricas del material filtrante;
peso especfico del material filtrante; y
espesor de la capa filtrante.
Caractersticas Hidrulicas
tasa de filtracin;
carga hidrulica disponible para la filtracin;
mtodo de control de los filtros;
calidad del efluente.
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