calculo floculacion

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    MEZCLADORES Y FLOCULADORES " DISENO

    Para dejar mayor flexibilidad en la operacion, los motores que impulsan los agitadoresdeben ser de velocidad variable con relacion 1:3 0 1:4 ya sea por sistema de correas 0cajas de velocidad. El factor de servicio debe estar entre 1.25 y 1.50, por cuanto serequiere funcionamiento permanente (29).III. AGLUTINACION DE PARTICULASGeneralidades

    Una vez dispersados los coagulantes hay que producir una lenta agitaci6n en elagua para permitir el crecimiento de floc. Este crecimiento es inducido por el contactoentre partfculas de diametro mayor de "IJ.L" creado por el gradiente de velocidad de lamasa Iiquida (*).

    Tres caracteristicas esenciales deben por eso estudiarse en toda floculaci6n:(a) La forma de producir la agitacion(b) El gradiente de velocidad(c) El tiempo de detencionLos dos objetivos basicos que se persiguen son:(a) Reunir los microfloculos para formar particulas mayores con peso especificosuperior al agua(b) Compactar el floc (disminuyendo su grado de hidratacion) para producir unabaja concentraci6n volumetric a, que permita una alta eficiencia en la fase de se -paraci6n (sedimentacion - filtracion).Es muy importante tener en cuenta al respecto que la materia solida en el floc re-

    present a entre el 2-11 % (4) de su volumen, y que el grado de hidratacion depende delgradiente de velocidad que se comunique a la masa liquida, 10 cual influencia el pesoespecffico de las particulas formadas y su velocidad de asentamiento.Concentracion volumetrica del floc

    Si como sugiere Camp (5) coagulamos una muestra de agua, la dejamos sedimentar,la colocamos frente a un microscopio, contamos el numero de particulas presentes y me-dimos su diametro.podemos calcular el volumen total del floc en un determinado volu-men de agua. Este volumen puede expresarse en ml de floc por litro de agua, 10 que losautores denominan concentraci6n volumetric a de floc 0 concentraci6n de floc en unamuestra dada.Ahora bien, despejando aV en la formula (2-51) de Hudson obtenemos:

    aVIn NoNtGt (3-15)

    (*) Como ya sedijo en el capitulo anterior, las particulas menores de "I J .L estan influenciadas maspor el movimiento browniano que por elgradiente de velocidad.

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    Por tanto la concentracion de floc V es inversamente proporcional al gradientede velocidad G y al tiempo de floculacion t, conclusion esta de gran valor practice.En otras palabras, esto quiere decir que es posible variar el volumen de floc, cambiandola energia que se le comunique a lamasa liquida 0 el periodo dedetencion del flocula-dor. La figura 3-19, dibujada basicamente con los datos aportadospor Camp (5), mues-tra el porcentaje de agua al volumen en el floc y su concentracion, para diferentes gra-dientes de velocidad. El agua usada fue la de la ciudad de Boston.

    Se observa en dichas curvas claramente que al aumentar el gradiente de velocidad,disminuye la concentracion de floc por cuanto disminuye el porcentaje de agua en el.Esto significa que si bien el floc es mas pequefio se hace mas compacto y puede teneruna mayor velocidad de caida.

    Lagvankar y Gemmel B'Z) sugieren que este incremento de concentracion puededeberse a que por la mayor agitacion del liquido, se produce una distribuci6n de part i-culas por tamafios, tal que el floc grande que es el mas hidratado y voluminoso,o no seforma 0 se forma y se rompe cuando alcanza un tamafio limite.

    PORCENTAJE DE AGUA Y VOLUMEN DE FLOCP AR A D 1FE RE NT ES G RA DIE NT ES

    100

    II

    . 1 \ . .__- - . . . . . :~PA7 ,,~.II If'~

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    De esta manera el volumen -de floc producido con baja velocidad de agitacion,puede ser hasta 25 veces mas grande que el producido con alta velocidad de agitacion(14). Tal cosa representa una gran diferencia en la fase de separacion de solidos que serealizaen los procesos de sedimentacion y filtracion. Segun Hudson (14), el floc produ-cido con un altoGt puede reducir el trabajo de los ftltroshasta 10veces. Tambien mencionahaber observado rapido asentamiento de floc con tamano inferior a 0.5 mm, pero quehabia sido obtenido con un Gt elevado.

    El floc esponjoso y grande suele por eso ser inconveniente, porque sedimenta condificultad y llena rapidamente por su gran volumen los poros del medio filtrante.

    Por otra parte el volumen del floc depende de la dosis de coagulante que se apli-que. Para el mismo gradiente, a mayor dosis mayor concentracion volumetrica. Esto sepuede deducir de la formula 2-53 presentada en el capitulo anterior.Clasificacion de los floculadores

    Segun el tipo de energia usada para producir la agitacion, los floculadores puedenc1asificarse en hidraulicos y mecanicos.

    Los primeros segun el sentido del flujo, se c1asifican en: de flujo horizontal, deflujo vertical y de flujo heliocoidal.Los segundos asimismo segun el sentido del movimiento, se c1asifican en recipro-cantes y rotatorios. Asi:

    Tabla 3-6 Clasifjcacion de floculadoresSegun la energia

    de agitacion Clasificacion Ejemplo

    I. Hidraulicos l.Flujo horizontal Tabiques intercaladosa lado y lado del tan queTabiques colocados arribay abajo del tan que

    2. Flujo vertical

    II. Mecanicos3. Flujo helicoidal1. Rotatorios2. Reciprocantes

    Paletas giratorias de ejehorizontal 0 verticalPaletas 0 cintasoscilantes.

    Por 10 general en Norte y Sudamerica, la floculacion se realiza en una unidad se-parada. En Europa y Asia, en cambio, la floculacion y la sedimentacion se realizanconjuntamente en unidades llamadas de contacto con solidos, de los que se hablara enel capitulo VI.

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    I. Floculadores hidrliulicosFloculadores de tabiques.

    Los floculadores hidraulicos derivan su energia para la agitacion de la masa liquida,de la carga de velocidad queel flujo adquiere al escurrir por un conducto. Puede ser detabiques 0 de flujo helicoidal.

    Los primeros consistenen tanques provistos de pantallas en los cuales el aguacircula con una velocidad fija, produciendo cierta turbulencia en cada cambio de direc-cion del flujo.

    Los mas comunes son los de flujo horizontal y los de flujo vertical. En los prime-ros, el flujo va y viene alrededor de los tabiques haciendo un giro de 1800 al final decada uno. En los segundos, el flujo sube y baja en condiciones similares.

    1.\ (,) r;'\ (I) (j\ (I) r:t ~

    ~ ~ \. V ~ \}) ~ ~ ~.; .

    a) Pluju Horizontal (Plan ta) b) Flu jo Ver tica l (Llevacion)

    Fig. 3-20 Floculadores hidraulicos de tabiquesEn ambos casos se produce una perdida de carga hf.(a) Por el cambio de direccion y turbulencia h'(b) Por ensanchamiento y contraccion de la seccion h"(c) Por la friccion en los tramos rectos h2La suma de estas perdidas de carga constituyen la perdida de carga total hf.En los floculadores de flujo horizontal h' + h" = hI , es proporcional a la carga de

    velocidad v2/2g, asi: .hI : kN .;2g

    donde k; constante empiricaN : mimero de tabiquesv = velocidad promedio del flujo : Q /A : gasto/seccion transversal.Esta velocidad promedio suele variar entre 0.10 y 0.60 mt/seg. Algunos disefiado-

    res suelen hacer dos 0 tres sectores, incrementando el espaciamiento de los tabiques paraproducir una alta velocidad al principio (0.30-0.60 mt/seg) y baja al final (0.10-0.20mt/seg).

    (3-16)

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    Las velocidades altas (0'.80' mt/seg) pueden romper el floc, mientras que las bajas(0'.10' mt/seg) permiten la sedimentacion de los lodos. Cada agua de acuerdo con lasfuerzas que mantiene aglutinadas las particulas y los coagulantes.que se usen, requiereun estudio especial al respecto,

    El coeficiente k es adimensional 'y varia en proporcion directa con la perdida decarga e inversa con el cuadrado de la velocidad:'k:kN (3-17)

    Suele tomarse k = 3.5 como valor promedio, pero en realidad varia entre 2 y 4segun la rugosidad de los tabiques, el espaciamiento entre elextremo de los tabiquesy la pared,la temperatura, viscosidad del agua, la forma de la punta de los tabiques (re-dondeada 0 cuadrada), etc. De los estudios de Cordon y Samayoa (10') se podria deducirque el valor mas frecuente de k tiende hacia 3.0'.

    La perdida de h2 se puede ca1cular con la formula de Manning. Asi:

    h2.: sL : (vn)2.R4/adel canal

    gasto

    L (3-18)donde s = pendiente

    Qv=--A seccion transversalR A area= radio medio hidraulico : - ::===------P perfmetro mojado

    n = coeficiente de Manning (puede tomarse 0'.0'13 para superficies de cemento y0'.0'12 para asbesto-cemento),

    La perdida de carga hl es la que predomina y puede representar hasta el 70' 0 / 0de la perdida total.

    En los floculadores de flujo vertical, el espesor de la lamina de agua en la partesuperior de los tabiques varia Con la velocidad y el gasto y, por tanto, la perdida de cargano es funcion de v 2/2g. h j,': 'J,}' ',. i

    Este tipo de floculador es mas compacto que el de flujo ' l e f . . f u : a l , pues puede hacer-se mas profundo (2.0' a 3.0' mts) y por tanto requieren menor area superficial. Su princi-pal problema consiste en la acumulacion de lodos en la parte inferior de los comparti-mientos, los cuales son dificiles de extraer, En Brasil para solucionar este problema, sedeja en la base de cada tabique que llega hasta el fondo, una abertura con un areaequivalente al 5 % del area horizontal de cada compartlmiento.En esta forma se permite que el flujo se divida, y mientras la mayor parte asciende, unapequena proporcion pa