CDAM0000014-4

Embed Size (px)

Citation preview

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    1/43

    CAPTULO 3

    FLOCULADORES

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    2/43

    Floculadores 91

    1. INTRODUCCIN

    El objetivo del floculador es proporcionar a la masa de agua coagulada una

    agitacin lenta aplicando velocidades decrecientes, para promover el crecimientode los flculos y su conservacin, hasta que la suspensin de agua y flculos salga

    de la unidad. La energa que produce la agitacin del agua puede ser de origen

    hidrulico o mecnico. En este captulo trataremos sobre el diseo de unidades de

    agitacin hidrulica.

    Entre los floculadores ms conocidos se pueden citar, en primer lugar, las

    unidades de pantallas de flujo horizontal y vertical, las de medios porosos, la de

    tipo Alabama y Cox, y los floculadores de mallas.

    2. PARMETROS Y RECOMENDACIONES GENERALES DEDISEO

    Los gradientes de velocidad que optimizan el proceso normalmente varan

    entre 70 y 20 s-1. En todo caso, en el primer tramo de la unidad el gradiente no

    debe ser mayor que el que se est produciendo en la interconexin entre el mez-

    clador y el floculador(1).

    El gradiente de velocidad debe variar en forma uniformemente decrecien-te, desde que la masa de agua ingresa a la unidad hasta que sale (2).

    El tiempo de retencin puede variar de 10 a 30 minutos, dependiendo del

    tipo de unidad y de la temperatura del agua. En las zonas tropicales, donde

    las aguas presentan temperaturas por encima de los 20 C, el tiempo de

    floculacin necesario suele ser ms breve, alrededor de 15 minutos. En

    cambio, en los lugares fros, donde el agua tiene temperaturas de 10 a 15

    C, generalmente el proceso se optimiza con tiempos de retencin iguales

    o superiores a 20 minutos (3).

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    3/43

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    4/43

    Floculadores 93

    Se proyectar un mnimo de dos unidades, salvo que la planta tenga alterna-

    tiva para filtracin directa, porque en ese caso, podr darse mantenimiento

    al floculador durante los meses en que la planta opera con filtracin directa.

    En este tipo de unidades predomina el flujo de pistn, por lo que se consigue

    un buen ajuste del tiempo de retencin.

    Se pueden utilizar pantallas removibles de concreto prefabricadas, fibra de

    vidrio, madera, plstico, asbesto-cemento u otro material de bajo costo, dis-

    ponible en el me-dio y que no cons-

    tituya un riesgo de

    contaminacin.

    De esta manera,

    se le da mayor fle-

    xibilidad a la uni-

    dad y se reduce el

    rea construida,

    disminuyendo porconsiguiente el

    costo de construc-

    cin (figura 3-1).

    Entre los materia-

    les indicados para

    las pantallas, los

    que ofrecen ma-

    yor confiabilidad

    son la fibra de vidrio, el plstico, los tabiques de concreto prefabricados y lamadera. En cada caso, la eleccin del material depender del tamao de la

    planta, del costo del material y de los recursos disponibles. Si se empleara

    madera, se pueden disponer tabiques de madera machihembrada, tratada

    con barniz marino aplicado en varias capas, cada una en sentido opuesto a

    la anterior, de tal manera de formar una gruesa capa impermeabilizante.

    Tambin puede emplearse madera revestida con una capa de fibra de vi-

    drio. La unidad puede tener una profundidad de 1,00 a 2,00 metros, depen-

    diendo del material utilizado en las pantallas.

    Figura 3-1. Floculador de pantallas de flujohorizontal (6)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    5/43

    94 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    Se pueden utilizar tambin

    pantallas de asbesto-ce-

    mento, siempre y cuando no

    se tengan aguas cidas o

    agresivas. Las aguas reco-

    mendables para utilizar este

    tipo de solucin deben te-

    ner las siguientes caracte-rsticas:

    Ia

    10

    CO2

    3,5 mg/L

    Sulfatos 1.500 mg/L

    pH 6

    Donde:

    Iaes el ndice de agresividad, que es igual a:

    Ia

    = pH + log 10 (A x D)

    A = alcalinidad total como CaCO3

    en mg/L y

    D = dureza como CaCO3

    en mg/L

    En zonas ssmicas no se

    recomienda el empleo de

    planchas de asbesto-cemento.Durante el terremoto que

    ocurri en el sur del Per en el

    2001 se quebraron todas las

    pantallas de la unidad de flujo

    horizontal de la figura 3-2. En el

    primer plano de la figura 3-3 se

    pueden ver los tanques de

    floculacin sin pantallas.

    En la figura 3-4 se

    puede observar cmo quedaron

    las pantallas del floculador y del

    decantador laminar, que tambin

    Figura 3-3. Floculador de pantallas

    despus del sismo (7)

    Figura 3-2. Floculador de pantallas

    de flujo horizontal (7)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    6/43

    Floculadores 95

    eran de asbesto-cemento.

    Principalmente a partir de esta

    experiencia, de gran impacto

    econmico, no recomendamos

    utilizar el asbesto-cemento para

    este fin en zonas de alto riesgo

    ssmico y de bajo nivel de ope-

    racin, porque es un material muy

    quebradizo si no se manipula

    adecuadamente durante laslabores de mantenimiento. Los

    operadores acostumbran caminar

    sobre las pantallas. En la figura

    3-5 se pueden ver las maderas que colocan para caminar encima de ellas.

    Con pantallas de asbesto-cemento, se recomienda disear unidades de

    mximo un metro de profundidad til, colocando las pantallas con la dimensin

    de 1,20 metros en el sentido vertical.

    Si se usan pantallas de

    a s b e s t o - c e m e n t o

    onduladas, se consigue

    disminuir un poco la

    diferencia de gra-

    dientes de velocidad

    entre los canales y las

    vueltas (figura 3-6). En

    este caso, se considera

    un coeficiente de

    friccin (n)de 0,03 para

    calcular la prdida de

    carga en los canales.

    Cuando se utilicen

    placas de asbesto-cemento planas o de madera, los coeficientes deben ser

    0,013 y 0,012, respectivamente.

    El coeficiente (K) de prdida de carga en las vueltas vara entre 1,5 y 3,0

    Se recomienda usar un coeficiente de 2 para este fin (8).

    Figura 3-4. Pantallas de asbesto-cemento rotas (7)

    Figura 3-5. Floculador con pantallasde asbesto-cemento planas (7)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    7/43

    96 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    El espaciamiento entre el

    extremo de la pantalla y la

    pared del tanque es decir, el

    paso de un canal a otro se

    deber hacer igual a 1,5 veces

    el espaciamiento entre pan-

    tallas (9).

    Dependiendo del tamao de la

    unidad, deber considerarseun punto de desage por unidad

    o uno por cada tramo.

    3.1.2 Criterios para el dimensionamiento

    En las unidades hidrulicas el gradiente de velocidad es una funcin de la

    prdida de carga:

    (1)

    Donde:

    / = relacin que depende de la temperatura del agua

    hf = prdida de carga total en m

    T = tiempo de retencin en s

    La prdida de carga se produce a lo largo de los canales (h1) y

    principalmente en las vueltas (h2

    ), por lo que la prdida de carga total en el

    tramo hf

    = h1

    + h2.

    h1

    = [n v / r2/3 ] 2 . I (2)

    n = coeficiente de prdida de carga de Manning. Con planchas corrugadas

    (n = 0,03),

    v = velocidad en los canales

    g = aceleracin de la gravedad (m/s2)

    r = radio hidrulico del canal

    l = longitud total en el tramo (m)

    Figura 3-6. Floculador con pantallasde asbesto-cemento onduladas (7)

    hf/T.=G y/

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    8/43

    Floculadores 97

    h2

    = K ( v2 / 2g ). N (3)

    K = 2, coeficiente de

    prdida de carga

    en las curvas.

    N = nmero de vueltas

    o pasos entre ca-

    nales.

    3.1.3 Aplicacin

    Se requiere proyectar un

    floculador de pantallas para un

    caudal de 30 L/g y se ha

    seleccionado la unidad de flujo

    horizontal por tratarse de un

    caudal pequeo. Se simul el proceso en el laboratorio para determinar los gradientes

    de velocidad y tiempos de retencin ptimos y se obtuvieron los resultados que seindican en el grfico de la figura 3-8.

    Los resultados del estudio indican que se obtendra la mayor eficiencia con

    los gradientes de velocidad y los tiempos indicados en el cuadro 3-1.

    Figura 3-7. Comportamiento de la prdidade carga

    Figura 3-8. Correlacin de G y T

    PerfilPlanta

    h2

    hf

    h1

    H

    I2I1

    I1 I1

    I2

    Correlacin de G y T

    y = -20,193Ln(x) + 108,14

    R2 = 0,9047

    10

    100

    1 10 100

    Tiempo (min)

    G

    (s-1)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    9/43

    98 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    Tramos Gradientes de velocidad(s-1)

    Tiempos de retencin(min.)

    Cuadro 3-1. Parmetros ptimos de floculacin (10)

    1 80 5

    2 60 10

    3 50 15

    4 45 20

    En el cuadro 3-2 se muestra un ejemplo de clculo para un tramo del

    floculador de pantallas de flujo horizontal con pantallas de asbesto-cemento

    onduladas. El proceso se repite para los tramos siguientes.

    En el ejemplo se eligi un gradiente bajo para el ltimo tramo (25 s-1) para

    optimizar la formacin del flculo.

    Se eligi el ltimo tramo de la unidad para desarrollar el ejemplo de clculo,

    a fin de indicar tambin cmo se chequea que las pantallas se crucen en toda la

    unidad por lo menos 1/3 del ancho. De acuerdo con el clculo efectuado, el ancho

    de las vueltas en este tramo es de 0,54 metros y el ancho total del tanque, de 3

    metros. Teniendo en cuenta dos anchos de vuelta correspondientes a cada extremo

    del canal, las pantallas traslaparan en una longitud de 3 (0,54x2) = 1,92 m. Porlo tanto, el dimensionamiento es correcto.

    Tambin se puede apreciar que se han modificado los tiempos de retencin

    en cada tramo, de tal modo que las longitudes de todos los tramos sean iguales a

    4,30 metros. Esto permitir construir cuatro tanques iguales de 4,30 metros delargo, 3 metros de ancho y un metro de profundidad total.

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    10/43

    Floculadores 99

    Cuadro3-2.D

    imension

    amientodeunfloculadorhid

    rulicodeflujohorizontal(10

    )

    1

    CaudalQ

    =0,030

    m3/s

    L4

    =V

    4x

    T4

    x6

    0

    L4

    =

    (0,12

    )

    (4,9

    7)

    (60)

    Longituddecanales

    m

    deltramo4

    Tiempod

    eretencintramo4

    min

    L4

    =35

    ,8

    T4

    =4,97

    Velocidad

    eneltramo4

    m/s

    V4=0,12

    2

    A=

    Q/V

    4

    A=

    0,030/0

    ,12

    Seccindecanalesdel

    m2

    tramo

    4

    A4

    =0

    ,25

    3

    Alturade

    aguaenlaunidad

    m

    a4

    =A

    4/H

    a4

    =

    0,25

    /0

    ,70

    Ancho

    decanalesdel

    m

    H

    =0,70

    tramo

    4

    a4

    =0

    ,36

    4

    d4

    =

    1,5

    a4

    d4

    =

    1,5

    x

    0,3

    6

    Ancho

    devueltasdel

    m

    tramo

    4

    d4

    =0

    ,54

    5

    Anchotildelalminade

    m

    B=

    3b+d

    4

    B=

    3(0,825)+

    0,5

    4

    Ancho

    delfloculador

    m

    asbesto-cementocorrugada

    B=

    3,0

    b=

    0,825

    6

    N4

    =l1/B

    N4

    =

    35,8

    /3

    ,0

    Nmerodecanalesen

    unidades

    eltram

    o4

    N1

    =12

    7

    Espesord

    elaslminasde

    m

    L4

    =N

    4a

    4+

    L4

    =

    12x

    0,3

    6+

    (12-1

    )0

    ,006

    Longituddel

    m

    asbesto-cementocorrugadas

    (N4

    -1)e

    tramo

    4

    e=

    0,006

    L4

    =4

    ,4

    Paso

    Datos

    Criterios

    Clculos

    Unidad

    R

    esultados

    Unidad

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    11/43

    100 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    Cua

    dro

    3-2.D

    imensionam

    ien

    todeun

    flocu

    ladorh

    idru

    lico

    de

    flu

    johorizon

    tal(c

    on

    tinuaci

    n

    )

    8

    Coeficientedeprdidadecarga

    unidades

    h1

    =KV

    12

    (N-1)/2g

    h

    1

    =(2)(0,1

    2)2

    (12-1)/19,6

    P

    rdidadecargaen

    m

    enlasvueltas

    l

    asvueltasdelcuarto

    K=2

    t

    ramo

    h

    1

    =0,0

    17

    9

    Aceleracindelagravedad

    m/s2

    g=9,8

    10

    P1

    =2H+a

    1

    P

    1

    =2(0,7

    0)+0,3

    6

    P

    ermetromojadode

    m

    l

    asseccionesdeltramo

    4

    P1

    =1,7

    57

    11

    Coeficientederugosidad

    unidades

    h2

    =[NV

    12/r2/3/3].L

    1

    h

    2

    =[0,0

    3(0,1

    2)2/(0,1

    42)2/3].

    P

    rdidadecargaenlos

    m

    n=0,0

    3

    (35,8

    )

    c

    analesdeltramo4

    h

    2

    =0,0

    012

    12

    hf1=h

    1+h

    2

    h

    f1=0,0

    17+0,0

    012

    P

    rdida

    decarga

    m

    t

    otalenelcuarto

    t

    ramo

    h

    f1=0,0

    19

    13

    T=20C

    G=

    (/)^0,5

    G

    1

    =3.1

    15(0,0

    19/(4,9

    5x

    G

    radientedevelocidad

    s-1

    (hf/T)0,5=3.1

    15

    (hf

    /T)^0,5

    6

    0))^0,5

    e

    neltramo1

    G

    1=25

    Datos

    Criterios

    Clculos

    Unidad

    Resultados

    Unidad

    Paso

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    12/43

    Floculadores 101

    3.1.4 Recomendaciones para el proyecto y problemas de diseo ms comunes

    A continuacin presentaremos algunas condiciones de diseo muy

    importantes para el correcto funcionamiento de una unidad de flujo horizontal y

    algunos de los errores de diseo ms comnmente identificados:

    Considerar, en el fondo de la unidad, una pendiente igual a la prdida de

    carga obtenida en el clculo, de tal modo que la altura de agua permanezca

    constante y, por lo tanto, el gradiente de velocidad en todo el tramo tambin

    se mantenga as.

    La unidad de la figura 3-9

    fue diseada con el fondo

    plano. La seccin inicial es

    mucho mayor que la final y,

    como el caudal es constante,

    la velocidad es menor al

    inicio y mayor al final. Al

    evaluar esta unidad, seencontr que los gradientes

    de velocidad estaban al

    revs, empezaban bajos y

    terminaban altos.

    Para mejorar el comportamiento de la unidad, se requerira darle pendiente

    en el fondo, para lo cual sera

    necesario retirar todas las vigas que

    sujetan las pantallas y los tabiques

    de concreto prefabricados.

    La unidad de la figura 3-10

    tiene una profundidad inicial de 1,70

    metros y una final de 2,40 metros.

    Fue diseada con gradientes de

    velocidad variables entre 27 y 2,5 s-1

    y un tiempo de retencin total de

    39 minutos. Si calculamos la prdida

    de carga correspondiente a lavelocidad en las secciones entre las

    Figura 3-9. Floculador de pantallasde flujo horizontal (7)

    Figura 3-10. Floculador de pantallasde flujo horizontal (7)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    13/43

    102 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    pantallas, esta sera apenas de 3,9 centmetros. Como el desnivel del fondo

    de la unidad es de 0,70 metros, el caudal se escurre totalmente hacia el

    final. La estructura de esta unidad es toda de concreto con pantallas rgidas;

    para mejorar su comportamiento, ser necesario demolerla.

    Al elegir el ancho de la unidad, debe

    tenerse en cuenta el ancho de la

    vuelta en el ltimo tramo, de tal

    modo que las pantallas se crucen

    por lo menos en un tercio de sulongitud. En la unidad de la figura

    3-11 no se tuvo en cuenta este

    criterio y el flujo pasa totalmente por

    la parte media y forma un rpido

    cortocircuito, mientras que entre las

    pantallas se producen vrtices y

    zonas muertas.

    El sistema que se adopte para lasujecin de las pantallas, sobre todo

    cuando se trata de pantallas de

    asbesto-cemento onduladas, es muy importante para el buen funcionamiento

    de la unidad. El sistema de la figura 3-12 no es recomendable. Como se

    puede apreciar, no se logra mantener el paralelismo de las pantallas y el

    agua termina pasando de un canal a otro.

    El sistema de sujecin

    para pantallas onduladas de la

    figura 3-13 es la solucin ms

    conveniente desde el punto de

    vista tcnico y econmico.

    Consiste en colocar un listn de

    madera en el borde superior de

    cada pantalla, tomando tambin

    la longitud de la vuelta para

    sujetarlo en las paredes late-

    rales del tanque. Esta accin

    mantiene las pantallas establesy alineadas. Estos primeros

    Figura 3-11. Floculador de pantallasde flujo horizontal (7)

    Figura 3-12. Floculador de pantallasde flujo horizontal (7)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    14/43

    Floculadores 103

    listones se sujetan con otros

    perpendiculares a ellos mediante

    pernos, y as se mantiene el ancho

    constante de los canales.

    En la parte inferior las

    pantallas se sujetan mediante un

    listn de madera con ranuras, que

    debe instalarse semiempotrado en

    el fondo de la unidad.

    3.2 Unidades de flujo vertical

    En este tipo de unidades el flujo sube y baja a travs de canales verticales

    formados por las pantallas. Es una solucin ideal para plantas de medianas a

    grandes, porque debido a la mayor profundidad que requieren estas unidades,

    ocupan reas ms reducidas que los canales de flujo horizontal. Otra ventaja

    importante es que el rea de la unidad guarda proporcin con respecto a los

    decantadores y filtros, con lo que resultan sistemas ms compactos y mejorproporcionados. Cuando se emplean floculadores de flujo horizontal en plantas

    grandes, el rea de los floculadores es mucho mayor que el rea de todas las

    dems unidades juntas.

    3.2.1 Parmetros y recomendaciones de diseo

    Las unidades de flujo vertical son una solucin recomendable para plantas

    de capacidad mayor de 50 litros por segundo.

    Se proyectan para profundidades de 3 a 4 metros, por lo que ocupan un

    rea menor que las unidades de flujo horizontal.

    Los tabiques pueden ser de fibra de vidrio, prefabricados de concreto, de

    madera o de asbesto-cemento. En la figura 3-14 se puede ver una unidad

    con pantallas de dry wall; en la figura 3-15, con madera; y en la 3-16, de

    asbesto-cemento gruesas.

    Las restricciones para el uso de pantallas de asbesto-cemento son las mismas

    que se indicaron anteriormente.

    Figura 3-13. Floculador de pantallasde flujo horizontal (7)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    15/43

    104 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    Con este tipo de tabiques, se recomienda usar una altura mxima de agua

    de 2 a 3 metros. Pueden proyectarse alturas mayores, traslapando pantallas y

    empernndolas. Se debe tener especial cuidado durante el llenado de este tipo de

    unidades, para evitar roturas.

    La seccin de cada paso se calcular para una velocidad igual a los 2/3 de

    la velocidad en los canales.

    El gradiente de velocidad en los canales no deber ser menor de 20 s-1. En

    plantas grandes se pueden colocar mallas diseadas con el gradiente de

    velocidad apropiado en los orificios de paso.

    Para evitar la acumulacin de

    lodos en el fondo y facilitar el

    vaciado del tanque, se dejar

    una abertura equivalente al5% del rea horizontal de

    cada compartimiento en la

    base de cada tabique que llega

    hasta el fondo.

    Estructuralmente, son ms

    confiables los tabiques de

    concreto prefabricados y fibra

    de madera machihembrada de

    1,5" a 2" de espesor; pueden

    Figura 3-14. Floculador de flujovertical con tabiques de dry wall (7)

    Figura 3-15. Floculador de flujovertical con tabiques de madera (7)

    Figura 3-16. Floculador de flujo verticalcon pantallas de asbesto-cemento (7)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    16/43

    Floculadores 105

    adoptarse, en este caso, alturas de agua de 4 a 5 metros. Con este tipo de

    solucin se reduce apreciablemente el rea de la unidad, lo cual es

    especialmente ventajoso en plantas grandes.

    Al igual que en las unidades de flujo horizontal, debe tenerse especial cuidado

    en la adopcin del ancho de la unidad para que en el diseo de los tramos

    con bajos gradientes de velocidad, las pantallas se entrecrucen por lo menos

    en 1/3 de la altura til. As se evitar la formacin de espacios muertos y

    cortocircuitos.

    3.2.2 Criterios para el dimensionamiento

    La seleccin del nmero aproximado (m) de compartimentos por tramo o

    canales de gradiente constante se puede determinar utilizando el criterio de

    Richter(5).

    (4)

    b = ancho del tramo o canalL = longitud del tramo

    t = tiempo de retencin del tramo

    La prdida de carga en las vueltas (h2) se calcula mediante la siguiente

    expresin:

    h2

    = [(m + 1)V12 + mV

    22] / 2g (5)

    V1

    = velocidad en los canales

    V2

    = velocidad en los pasajes u orificios de paso de un

    compartimiento a otro

    La velocidad en los pasajes (V2):

    V2

    = 2/3 V1

    (6)

    El gradiente de velocidad en los canales (G1) se comprueba mediante la

    siguiente expresin:

    tQ)(bLG/0,045=m .23

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    17/43

    106 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    Planta

    Corte A-A

    A

    b

    + a +

    H

    h2

    e2

    e1

    A

    e2e

    2

    h2

    G1

    = /. 1/2g . f / 4RH

    . V11,5 (7)

    f = coeficiente de Darcy Weissbach, que vara entre 0,01 y 0,03. Se

    recomienda utilizar 0,02.

    RH

    = A/P, radio hidrulico del canal.

    En el cuadro 3-3 se desarrolla un ejemplo de dimensionamiento de un

    floculador de 6 compartimientos.

    Figura 3-17. Floculador de pantallas de flujo vertical (12)

    3.2.3. Aplicacin

    Se requiere proyectar un floculador de pantallas para un caudal de 250

    litros por segundo y se ha seleccionado una unidad de flujo vertical de 4,50 metros

    de profundidad por tratarse deuna planta grande. Se simul el

    proceso en el laboratorio para

    determinar los gradientes de

    velocidad y los tiempos de

    retencin ptimos. Se obtuvie-

    ron los resultados indicados en

    el grfico de la figura 3-18. Los

    resultados del estudio indican

    que se obtendra la mayoreficiencia con los gradientes de

    velocidad y los tiempos

    indicados en el cuadro 3-3.Figura 3-18. Correlacin de G y T

    Correlacin de Gy T

    y = -20,193Ln(x) + 108,14R2= 0,9047

    10

    100

    1 10 100Tiempo (min)

    G

    (s-1)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    18/43

    Floculadores 107

    Tramos Gradientes de velocidad(s-1)

    Tiempos de retencin(min.)

    1 90 2,34

    2 80 4,90

    3 70 7,80

    4 65 11,10

    5 55 15,03

    6 50 20,10

    Cuadro 3-3. Parmetros ptimos de floculacin (10)

    Como los gradientes de velocidad en los tlimos tramos (5 y 6) son muy

    similares y la formacin del flculo optimiza con un gradiente de velocidad bajo al

    final, se tom para el sexto tramo un valor de 28 s-1.

    Aplicando el procedimiento del cuadro 3-4, se calcul una unidad de seis

    tramos o canales con gradientes de velocidad decrecientes entre 87 y 28 s-1, y se

    obtuvieron los resultados del cuadro 3-5. El clculo del cuadro 3-4 corresponde aldimensionamiento y comprobacin de un solo tramo, el ltimo de la unidad. Este

    proceso debe aplicarse reiteradamente para cada tramo, empleando los parmetros

    correspondientes (cuadro 3-3).

    Una vez calculado el ltimo tramo, debemos comprobar si los pasos se

    cruzan. Cada paso tiene una altura de 0,92 metros y la profundidad de la unidad es

    de 4,50 metros. La longitud de traslape es de 4,50 (0,92 *2 ) = 2,66 m.

    Si tuviramos, en cambio, un clculo del ltimo tramo en que los pasos

    tienen 1,50 metros de alto y la profundidad total de la unidad es de 2,50 metros, las

    pantallas no llegaran a cruzarse. La superior estara a 1,50 del fondo y la inferior

    a 1,50 metros de la superficie del agua, con lo que quedara un espacio libre de

    0,50 metros por el que debera pasar todo el caudal formando un cortocircuito.

    Los espacios entre las pantallas se constituiran en espacios muertos en los que la

    masa de agua quedara retenida.

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    19/43

    108 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    Cua

    dro

    3-4.

    Dimensio

    nam

    ien

    todeun

    flocu

    lador

    de

    pan

    tallas

    de

    flu

    jover

    tica

    l(10

    )

    1

    Caudal

    Q=0,25

    m3/s

    =60Q.

    T.

    =60(0

    ,25)20

    Volumentotalde

    m3

    =300

    launidad

    Tiempototaldeflo-

    T=20

    min

    culacin

    2

    Longituddelaunidad

    L=6,5

    m

    B=

    /H.

    L

    B=300/6

    ,5(4,5

    )

    Ancho

    totaldela

    m

    B=10,30

    unidad

    Profundid

    addelflocu-

    H=4,5

    m

    t=

    HbL/Q.

    60

    t=[4,5

    (2

    ,60)(6,5

    )]/[0,2

    50(60)]

    Tiempoderetencin

    min

    lador

    t=5,0

    7

    delprimercanal

    3

    Anchode

    lcanal

    b1

    =2,60

    m

    4

    Gradiente

    develocidad

    G=25

    s-1

    m=0,0

    45[(b.L.G

    /

    m=(0,04

    5){[(2,6

    0)(6,5

    )(25)/

    Nmer

    odecomparti-

    N.

    enelltimotramo

    Q)2

    .t]1/3

    0,2

    5]2.5

    ,07}1/3

    miento

    sentre

    m1

    0

    pantallas

    5

    Espesord

    elaspantallase=0,038

    m

    a=[L-e(m-1

    )]/m

    a=[6,5-(

    9)(0,0

    38)]/10

    Espaci

    amientoentre

    m

    e=1,5

    pulgada

    a=0,6

    2

    pantallas

    6

    V1

    =Q/(ax

    b)

    V1

    =0,25

    /(0,6

    2x2,6

    0)

    Velocid

    adenlos

    m/s

    V1

    =0,16

    canalesverticales

    7

    V2

    =2/3V

    1

    V2

    =2/3(

    0,1

    6)

    Velocid

    adenlospasos

    m/s

    V2

    =0,104

    8

    P2

    =(Q/V

    2)/b

    2

    P2

    =(0,25

    /0,1

    04)/2,6

    0=0,9

    2

    Altura

    delpaso

    m

    9

    l=60V

    1t

    l=60(0,

    16)(5,0

    7)

    Extens

    intotalde

    m

    l=48,67

    canales

    delltimo

    tramo

    Paso

    D

    atos

    Cr

    iter

    ios

    Clcu

    los

    Un

    idad

    R

    esu

    lta

    dos

    Un

    ida

    d

    Smbo

    lo

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    20/43

    )ORFXODGRUHV

    Cuadro3-4.

    Dimen

    sionamientodeunfloculadord

    epantallasdeflujovertical(10)(continuacin)

    10

    RH

    =a.b/2(a+b)

    RH

    =(0,62)(2,60)/2(0,62+2,60

    )Radiohidrulicodel

    m

    RH

    =

    0,25

    compartimientoentre

    pantallas

    11

    Coeficientedela

    n=0,013

    constante

    h1=[nV

    1/

    h1

    =[[0,013(0,16)]/[0,25]2/3]2

    Prdidadecarga

    m

    frmuladeManning

    RH

    2/3]

    2

    xl

    x

    47,5

    continuaenlos

    h1

    =0,00128

    canales

    12

    h2=[(m+1)V

    12

    h2

    =

    [11(0,16)2+10(0,104)2]/

    Prdidadecargaen

    m

    +mV

    22]/2g

    19,6

    lasvueltas

    h2

    =0,0198

    13

    hf=h

    1+h

    2

    hf=0,00128+0,0198

    Prdidadecarga

    m

    hf=0,021

    totalenelltimo

    tramo

    14

    V=HbL-e(m-1)

    V=(4,50)(2,60)(6,50)-0,038

    Volumendeltramo

    m3

    b(H-P

    2)

    (10-1)x2,60(4,5-0,92)

    V=72,87

    15

    /

    =3.267

    G1=

    /.

    hfQ/

    G1

    =3267.[0,25x0,021/72,87]0,5

    Comprobacindel

    s-1

    T=25C

    G1=28

    gradientede

    velocidadtotalenel

    primercanalotramo

    16

    G2=

    /

    .

    1/2g.

    G2

    =5,5

    Comprobacindel

    s-1

    gradientede

    velocidadenel

    canalvertical

    Paso

    Datos

    Criterios

    Clculos

    Unidad

    Smbolo

    Resultados

    Unidad

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    21/43

    110 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    1 1,20 0,62 10 0,92 87 2,34 0,10

    2 1,30 0,62 10 0,92 77 2,54 0,08

    3 1,50 0,62 10 0,92 62 2,93 0,06

    4 1,70 0,62 10 0,92 51 3,32 0,055 2,00 0,62 10 0,92 41 3,90 0,04

    6 2,60 0,62 10 0,92 28 5,07 0,02

    Total 20,10 0,35

    Tramo Ancho detramo (m)

    Separacinde pantallas

    (m)

    N.de com-partimien-

    tos

    Altura depasos(m)

    G( s-1 )

    T(min)

    Prdidasde carga

    (m)

    Cuadro 3-5. Dimensionamiento de un floculador de flujo verticalde 250 L/s de capacidad (10)

    Analizando los resultados del cuadro 3-5, se puede observar que todos los

    tramos tienen el mismo nmero de compartimientos. Esto se ha conseguido variando

    el ancho de los tramos. La gran ventaja de este diseo es que facilita la construccin,

    debido a que todos los espaciamientos entre pantallas y alturas de los pasos, en

    todos los tramos, sern iguales, lo que tambin permitir evitar errores.

    3.2.4 Recomendaciones de diseo y defectos ms comunes

    Si se estn proyectando dos unidades, ser necesario colocar un partidor

    para asegurar que cada unidad reciba la mitad del caudal. Si son ms de

    dos, se proyectar un canal

    de distribucin uniforme.

    Las pantallas deben tener un

    grosor adecuado de acuerdo

    con la profundidad de la

    unidad. Para unidades de 4

    a 5 metros de profundidad,

    sern necesarias pantallas de

    1,5 a 2 pulgadas de espesor.

    Las pantallas deben estar

    sujetas a las paredes late-

    rales mediante ranuras,

    Figura 3-19. Floculador de flujo vertical

    con pantallas de un centmetro deespesor (7)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    22/43

    Floculadores 111

    perfiles, etctera, de tal

    manera que el flujo de

    agua no pase a travs

    de las uniones entre las

    pantallas y las paredes,

    porque estaran contri-

    buyendo a la formacin

    de cortocircuitos (figura

    3-20).

    Las ranuras para pasar

    las pantallas solo deben

    comprender el trecho en el que estas se colocarn. El espacio que

    corresponde al paso del agua por debajo de las pantallas no debe tener

    ranura, para evitar que con el tiempo las pantallas se desplacen y la altura

    de los pasos vare, lo que incrementara la prdida de carga en el tramo y,

    por consiguiente, el gradiente de velocidad.

    Los efectos de este problema se pueden llegar a apreciar a simple vista,porque con el tiempo el agua empieza a pasar por encima de las placas

    debido al incremento de la prdida de carga.

    Este fenmeno se puede

    visualizar en los floculadores

    de la figura 3-21. Ello ocurre

    en los tramos que fueron

    modificados, porque las placas

    no se cruzaban. Al efectuarse

    las nuevas ranuras, se hicieron

    en toda la altura de la unidad,

    lo que dio lugar a que con el

    tiempo, las placas, con su

    propio peso, vencieran los

    soportes que haban sido

    colocados y se desplazaran.

    Ello disminuy la altura de los

    pasos.

    Figura 3-20. Floculador de flujo vertical (7)

    Figura 3-21. Floculadores depantallas de flujo vertical (7)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    23/43

    112 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    3.2.5 Ventajas y desventajas de las unidades de pantallas

    Se pueden sealar las siguientes ventajas:

    De acuerdo con evaluaciones realizadas en varias plantas de Amrica Latina,

    los cortocircuitos y espacios muertos que se producen son mnimos, de tal

    modo que el tiempo de retencin terico es similar al tiempo real obtenido

    en la unidad.

    Carecen de elementos mviles o mecnicos, de tal modo que la operaciny el mantenimiento son muy simples y poco costosos; se reducen bsicamente

    a limpieza y pintura.

    Son muy confiables, garantizan un funcionamiento continuo.

    Se economiza energa elctrica.

    Se autorregulan cuando se producen variaciones de caudal, y el nmero de

    Camp (Nc) se mantiene ms o menos constante. Al bajar el caudal, disminuyeel gradiente de velocidad y se incrementa el tiempo de retencin; cuando

    sube el caudal, el efecto es el inverso. Dependiendo de cunto se incremente

    el caudal de operacin, podemos estar generando gradientes de velocidad

    tan altos que rompan el flculo.

    Si se selecciona apropiadamente el rango de gradiente de velocidad, se

    puede explotar esta propiedad en el diseo de plantas en las que se pueden

    esperar pequeas variaciones diarias de caudal, teniendo en cuenta que

    variaciones de 50% producen variaciones de gradientes de velocidad de

    aproximadamente 20%.

    Entre las desventajas se pueden indicar las siguientes:

    La prdida de carga es mayor en las vueltas que en los canales y el gradiente

    de velocidad vara en forma similar. Esta desventaja se atena con las

    pantallas onduladas.

    Producen prdidas de carga ms o menos altas.

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    24/43

    Floculadores 113

    Es comn escuchar a los operadores argumentar que la limpieza de estas

    unidades es difcil, pero esto sucede cuando no se han previsto en el diseo

    las facilidades para esta operacin, colocando aberturas en la base de las

    pantallas (unidades de flujo vertical) y compuertas o vlvulas de fondo

    convenientemente ubicadas para desaguar la unidad.

    4. FLOCULADORES DEL TIPO ALABAMA O COX

    En estas unidades el agua hace un movimiento ascendente-descendentedentro de cada compartimiento, por lo que es muy importante mantener la velocidad

    del agua constante, para que este comportamiento se d. La velocidad ascensional

    ser constante mientras el caudal sea constante; por esta razn, estas unidades

    son muy vulnerables a las variaciones de caudal. Si el caudal de operacin baja, el

    agua ya no hace su recorrido ascensional y solamente pasar por el fondo de la

    unidad de una boquilla a la otra, lo que generar un cortocircuito en esta zona y un

    gran espacio muerto en toda la parte superior.

    El gradiente de velocidad se produce casi exclusivamente en los puntos depaso (niples, codos, boquillas, etctera), los cuales estn localizados en el fondo de

    la unidad y distribuidos alternadamente en uno y otro extremo (figura 3-22).

    a) Parmetros y recomendaciones de diseo

    La profundidad total de la unidad debe ser de 3 a 3,50 metros, para

    que la altura del agua sobre los orificios sea por lo menos del orden de

    2,40 metros.

    La relacin ancho/largo de cada compartimiento debe ser de 1 a 1,33.

    La seccin de cada compartimiento se disear con una tasa de 0,45

    m2 por cada 1.000 m3/d.

    Los criterios para disear los puntos de paso entre los compartimientos

    son los siguientes:

    a) La relacin de la longitud del niple con respecto a su dimetro

    debe ser de 1 a 5.

    b) Velocidad en las boquillas variable entre 0,25 y 0,75 m/s.

    c) Tasa de diseo para determinar la seccin de las boquillas de

    0,025 m2 por cada 1.000 m3/d.

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    25/43

    114 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    El diseo de estas unidades debe efectuarse muy cuidadosamente para

    evitar la formacin de cortocircuitos y espacios muertos.

    El nivel de recursos humanos disponible para la operacin es un criterioimportante en la seleccin de estas unidades, porque, como se indic

    anteriormente, es necesario que la unidad se opere a caudal constante. Las

    disminuciones de caudal anulan el funcionamiento de estas unidades al

    decrecer la velocidad. En esta situacin, el flujo tiende a pasar directamente

    entre los puntos de paso y prcticamente todo el volumen del floculador se

    convierte en un enorme espacio muerto.

    Los criterios expuestos no tienen una base experimental conocida, por lo

    que se recomendara investigar en forma preliminar la velocidad ptima dediseo antes de proyectar este tipo de unidad.

    Figura 3-22. Floculadores del tipo Cox y Alabama (11, 12)

    Floculador tipo Cox

    Planta

    Floculador Alabama

    A

    Corte A-A

    C

    HA

    1

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    26/43

    Floculadores 115

    2,20 2,20

    2,20

    0,50 0,50

    2,25

    1,30

    0,65

    N.A

    1,70

    0.60

    A

    Corte A-A

    0,30

    5. FLOCULADORES DE MEDIOS POROSOS

    En esta unidad el agua flocula al pasar a travs de los espacios o poros de

    un material granulado, los cuales desempean la funcin de pequeos

    compartimientos.

    5.1 Parmetros y recomendaciones de diseo

    Es una unidad

    hidrulica con unnmero casi infi-

    nito de cmaras o

    compartimientos, lo

    cual explica su

    gran eficiencia, de

    acuerdo con la

    teora de Harris y

    Kaufman (12).

    Como material

    granular, pueden

    utilizarse piedras,

    bolitas de plstico,

    residuos de las

    fbricas de plstico,

    segmentos de tu-

    bos o cualquier otro

    tipo de material

    similar no putresci-

    ble ni contami -

    nante.

    Las investigaciones

    realizadas hasta el

    momento solo per-

    miten disear estos

    floculadores con

    piedra de 1/2" a3/4" (dimetro Figura 3-23. Floculador de medio poroso (16)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    27/43

    116 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    medio = 15,9 mm). Investigaciones asesoradas por el CEPIS/OPS con

    piedras de tamao mayor indican que no se puede lograr todo el rango de

    gradientes de velocidad para floculacin variando el dimetro equivalente

    de las piedras u otro material similar.

    A partir del estado actual del conocimiento, se recomienda disear esta

    unidad con flujo ascendente y forma tronco-cnica(5), a fin de escalonar

    los gradientes de velocidad, manteniendo el tamao del material constante

    para facilitar la limpieza.

    En este tipo de unidades, el tiempo de retencin total es de apenas 5 a 10

    min (efecto del infinito nmero de compartimientos de la unidad).

    La informacin disponible sobre floculadores de piedras (5, 8, 9, 10) solo

    permite disear unidades para caudales de hasta 10 a 15 L/s (figura 3-23).

    5.2 Criterios de dimensionamiento

    Habiendo determinado el tiempo de floculacin adecuado(TJ

    ) mediante un

    estudio de prueba de jarras (Tratamiento de agua para consumo humano.

    Plantas de filtracin rpida. Manual I: Teora, tomo II, captulo 11), el

    tiempo de retencin para proyectar la unidad se selecciona mediante la

    expresin siguiente:

    T = TJ

    [Ln (To

    /Tf) ] / [T

    o/T

    f- 1] (8)

    Donde:

    T = tiempo de retencin en una unidad de floculacin de medio poroso

    To = turbiedad del agua crudaT

    f= turbiedad despus de flocular y sedimentar

    El gradiente de velocidad en un floculador de medio granular se calcula por

    la siguiente expresin:

    G = [ . V. J / . ] 1/2 (9)

    Donde:

    V = velocidad de aproximacin =Q/A

    J = prdida de carga unitaria en el medio poroso = porosidad del material

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    28/43

    Floculadores 117

    Esfrico 1,00 0,38

    Redondeado 0,98 0,38Desgastado 0,94 0,39

    Agudo 0,81 0,40

    Angular 0,78 0,43

    Triturado 0,70 0,48

    Descripcin Factor de forma

    Porosidad

    La prdida de carga para valores de Nmero de Reynolds elevados secalcula mediante la ecuacin de Forchheimer:

    J = aV + bV2 (10)

    Los coeficientes a y b se pueden estimar en funcin de las caractersticas

    granulomtricas del medio.

    = [0,162 (1 - )2 ] / (2 D23 ) (11)

    Donde:

    = factor de forma de material

    D = dimetro representativo del material

    b = [0,018 (1 - )] / D 3) (12)

    Los valores del factor de forma en funcin de la porosidad del material se

    pueden obtener del cuadro 3-6.

    El cuadro 3-7 da un ejemplo de aplicacin:

    Cuadro 3-6. Factores de forma y porosidad de

    materiales granulares tpicos (16)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    29/43

    118 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    Cuadro3-7.

    Pro

    cesodeclculodeunfloculad

    ordemedioporoso(16)

    1

    Caudal

    Q=

    0,0

    12

    m3/s

    =60QT/

    =60(0

    ,012)(5)/(0

    ,40)

    Volum

    entotaldel

    m3

    =9,0

    floculadorde

    2

    Tiempod

    e

    T=

    5

    min

    piedra

    s

    floculaci

    n

    Porosidad

    =

    0,4

    3

    Dimensionesdela

    H=

    1,7

    m

    h=

    (V

    1/3B2

    H)/B2

    h=

    [9

    1/3(1

    ,6)2

    1,7

    ]/(1

    ,6)2

    Altura

    delaseccin

    m

    pirmide:

    B=

    1,6

    m

    h

    2,9

    5

    prismticacomple-

    altura

    mentariaocupada

    lado

    porlaspiedras

    4

    Ladodelaseccin

    b1

    =0

    ,40

    m

    V1

    =100Q/b

    12

    V1

    =100

    (0,0

    12)/(0

    ,4)2

    Velocidadenla

    cm/s

    deentradadeltron-

    V1

    =7

    ,5

    seccindeentrada

    codelap

    irmide

    5

    Ladodelaseccin

    b2

    =0

    ,8

    m

    V2

    =100Q/(b

    2)2

    V2

    =100

    (0,0

    12)/(0

    ,80)2

    Velocidadenla

    cm/s

    media

    V2

    =1

    ,87

    5

    seccinmedia

    6

    Ladodela

    B=

    1,6

    m

    V3

    =100Q/B2

    V3

    =100

    (0,0

    12)/(1

    ,6)2

    Velocidadenla

    cm/s

    seccinm

    xima

    V3

    =0

    ,46

    9

    secci

    nmxima

    delapirmide

    7

    Tamaom

    edio

    D=

    15

    ,9

    mm

    Coefic

    ientesdela

    s/cm

    delmaterial

    frmulade

    granular

    Forchheimer

    s2/cm

    2

    8

    Factorde

    forma

    =

    0,8

    1

    J1

    =a

    V1

    +bV

    12

    J1

    =0

    ,00

    55(7

    ,5)+0

    ,013(7

    ,5)2

    Prdid

    adecarga

    m

    J1

    =0

    ,773

    unitariaenlaseccin

    deentrada

    Paso

    Da

    tos

    Criterios

    Clculos

    Unidad

    R

    esultados

    Cantidad

    Unidad

    [

    ]

    =

    =

    3

    (0,4

    )

    (15

    ,9)

    0,81

    0,4

    )

    (1

    0,01

    8

    b

    3

    (0,4

    )

    2

    (15

    ,9)

    2

    0,81

    2

    0,4

    1

    0,162

    a

    (

    )

    3

    D

    )

    (1

    0,0

    18

    b

    2

    2D2

    2

    1

    0,1

    62

    a

    =

    =

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    30/43

    Floc uladores 119

    Cuadro3-7.

    Proceso

    declculodeunfloculadorde

    medioporoso(continuacin)

    9

    /=

    2.9

    20

    G1=

    /

    V1

    J1

    /

    G1

    =

    2.9

    20

    7,5

    (10)-

    2x

    0,7

    73/0

    ,40

    Gradienteen

    s-1

    T=

    15C

    G1

    =

    1.1

    12

    laseccinde

    entr

    ada

    10

    J2

    =

    aV

    2+bV

    22

    J2

    =

    0,0

    055(1

    ,8

    75)+

    0,0

    13(1

    ,875)2

    Prd

    idadecarga

    J2

    =

    0,0

    56

    unit

    ariaenla

    secc

    inmedia

    11

    G2

    =

    2.9

    20

    [1,875(10)-2

    (0

    ,056)/(0

    ,40)]

    Gradientede

    s-1

    G2

    =

    150

    velo

    cidadenla

    secc

    inmedia

    12

    J3

    =

    aV

    3+bV

    32

    J3

    =

    0,0

    055(0

    ,4

    69)+

    0,0

    13(0

    ,469)2

    Prd

    idadecarga

    J3

    =

    0,0

    0545

    enl

    aseccin

    mx

    ima

    13

    G3

    =

    2.9

    20

    [0,4

    69(10)-2

    (0

    ,0054)/(0

    ,40)]

    Gradienteenla

    s-1

    G3

    =23

    secc

    inmxima

    Paso

    Datos

    Criterios

    Clculos

    Unidad

    Resultados

    Cantidad

    Unidad

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    31/43

    120 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    6. FLOCULADORES DE MALLAS O TELAS

    Las telas intercaladas en un canal oponen una resistencia localizada al flujo

    y tienden a uniformarlo, reducen la incidencia de cortocircuitos y actan como

    elementos de compartimentalizacin. Sus posibilidades de empleo estn

    principalmente orientadas a la ampliacin y optimizacin de unidades de mezcla

    rpida y floculacin en plantas existentes.

    6.1 Parmetros de diseo

    El proceso se consigue colocando en una unidad mallas de hilo denylon,

    las que son atravesadas por el flujo y se produce el gradiente de velocidad

    deseado como funcin de la prdida de carga. En este caso, la floculacin

    depende de las caractersticas de las mallas y de la velocidad del flujo.

    La velocidad ptima en cm/s es igual al doble del espaciamiento (e) entre

    los hilos de nylon (V = 2e).

    El espaciamiento entre hilos (e) recomendado es de 5 a 15 cm.

    El grosor de hilos (d) ms adecuado es de 1,5 a 4 mm.

    Hilos ms delgados (d 1 mm) tienden a romper el flculo rpidamente.

    Se recomiendan velocidades del flujo del orden de 2 a 5 cm/s para evitar la

    sedimentacin excesiva de los flculos.

    Cuando las mallas se emplean en canales de mezcla rpida, los parmetros

    de diseo recomendados son los siguientes:

    1. Velocidades de flujo (V) de 1,0 a 1,5 m/s

    2. Dimetro de los hilos (d) de 1 a 3 mm

    3. Espaciamiento entre hilos (e) de 1 a 3 cm.

    6.2 Criterios de dimensionamiento

    El criterio para determinar el gradiente de velocidad en mallas est dado

    por la siguiente expresin:

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    32/43

    Floculadores 121

    G = Q h / (13)

    donde la prdida de carga (h) est dada por la expresin:

    h = K V2 / 2g (14)

    donde Ves la velocidad media de aproximacin(Q/A) y Kel coeficiente de prdida

    de carga, una funcin de la porosidad() de la malla:

    K = 0,55 [1 - 2 ] / 2 (15)

    Esta expresin es vlida para altos valores de ()y Re 500.

    La porosidad() de la malla en funcin de sus caractersticas est dada

    por:

    = (1 - n . d)2 (16)

    Donde:

    d = dimetro de los hilos

    n = nmero de hilos por cada metro de ancho de canal.

    El volumen ( ) en el que se da el proceso se considera como:

    = 4 A e (17)

    Donde:

    A = rea de la malla atravesada por el flujo

    Por lo que la expresin especfica para calcular el gradiente de velocidaden funcin de las caractersticas de las mallas es la siguiente:

    o (18)

    Para temperaturas de 20 C la ecuacin 18 se transforma en:

    G = 350 (K/ e)0,5. V1,5 (19)

    en unidades del sistema mtrico

    1,5e/K6/1=G 1,5Ve/k.g8/1=G

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    33/43

    122 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    6.3 Aplicacin y recomendaciones

    Las telas pueden ser utilizadas en cualquier elemento de la planta de

    tratamiento para producir un determinado gradiente de velocidad. Si son

    intercaladas en el canal o en la tubera de llegada del agua cruda, pro-

    ducirn la turbulencia necesaria para la mezcla de los productos qumicos.

    Pueden sustituir las paletas de un floculador mecnico, donde, adems de

    optimizar la floculacin, pasan a operar con menor velocidad, lo que prolonga

    la vida til de la unidad.

    Si las telas son instaladas en tramos rectos de canales de floculacin

    hidrulica donde el gradiente de velocidad normalmente es muy bajo,

    generarn gradientes ms adecuados, lo que mejorar la floculacin y

    permitir un menor tiempo de residencia, bien sea por una tasa ms elevada

    de colisiones entre las partculas debido al aumento de la superficie de

    cizallamiento (efecto de la viscosidad) o por el efecto de la divisin en

    compartimientos.

    Las experiencias realizadas sugieren que el dimetro del hilo de la mallatiende a limitar el tamao del flculo, como si lo cortase, aun a gradientes

    bajos. Este efecto negativo deja de ser sensible en hilos con un dimetro

    que sea 3 a 4 veces el mximo dimetro del flculo; es decir, 3 4 mm.

    El uso de mallas e hilos de dimetro pequeo debe, por lo tanto, quedar

    restringido a la mezcla rpida o al inicio de la floculacin, cuando el flculo

    an no ha alcanzado tamaos significativos. Despus de eso, se debe dar

    preferencia a mallas e hilos de mayor dimetro, que produzcan los gradientes

    deseados sin provocar la ruptura de los flculos.

    Est demostrado que las telas son dispositivos econmicos y eficientes de

    floculacin, con innumerables y promisorias posibilidades de empleo en

    nuevos diseos y, principalmente, en la ampliacin y optimizacin de plantas

    existentes.

    Se ha demostrado tambin que el gradiente de velocidad en una tela es

    funcin de la velocidad del flujo y de sus caractersticas geomtricas

    (espaciamiento y dimetro de los hilos de la malla). Jugando con los elementos

    geomtricos de la tela, se podrn obtener valores adecuados de gradiente

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    34/43

    Floculadores 123

    de velocidad para una velocidad dada en el canal. Se podrn adoptar

    velocidades ms elevadas, como de 10 a 30 cm/s, por ejemplo, a fin de

    prevenir una sedimentacin excesiva en el floculador.

    Los estudios ya realizados permiten indicar que es posible reducir

    considerablemente el tiempo de floculacin. Se podr obtener una sustancial

    economa en la realizacin de obras de ampliacin o de nuevas instalaciones.

    Por otro lado, en unidades deficientes se podr mejorar de manera sensible

    la calidad del agua tratada.

    Desde el punto de vista prctico, es fcil instalar telas en cualquier elemento

    de un canal o tanque de floculacin, bien sea como dispositivo de floculacin

    hidrulico o mecnico.

    Los trabajos hasta ahora realizados no permiten llegar a conclusiones

    definitivas sobre el empleo de las telas en las plantas de tratamiento; no

    obstante, son lo suficientemente consistentes como para permitir la aplicacin

    prctica de estos dispositivos con relativa seguridad en cuanto a los resultados

    esperados. La continuacin de los estudios en marcha y la recoleccin deinformacin en las instalaciones donde fueron instalados tales dispositivos

    permitirn en breve tiempo consolidar y generalizar su uso, con excelentes

    ventajas econmicas y operacionales.

    En la aplicacin del cuadro 3-8 se ha dimensionado una malla para levantar

    el gradiente de velocidad en los pasos de un floculador vertical y en el

    cuadro 3-9, una malla para ajustar el gradiente de velocidad en un mezclador

    hidrulico.

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    35/43

    'LVHxR GH SODQWDV GH WHFQRORJtD DSURSLDGD

    RWQHLPDLFDSV(

    H

    PF

    QQ

    URSVROLKHGRUH

    P~1

    PVROLK

    VROLKHUWQH

    ODQDFHGRKFQDHGRU

    WHP

    VROLKVROHGURVRU*

    G

    PP

    GQ

    H

    WVQRF

    DOODPDOHGGDGLVRUR3

    HWQD

    >

    H

    @

    H

    H

    .

    H

    WVQRF

    DGLGUpSHGHWQHLFLI

    HR&

    HWQD

    >.

    @

    DJUDFH

    G

    .

    ODQDFOHQHGDGLFROH9

    9

    VPF

    *

    H.

    9

    V

    GDGLFROHYHGHWQHLGDU*

    @>

    *

    URSRMXOIOHGRVDS

    OHG

    *

    DOOD

    PDO

    OHGDUXWDUHSPH7

    7

    o&

    DXJD

    9.

    K

    J

    P

    DJUDFHGDGLGUp3

    >

    K

    @

    DOODPDOURSDGLFXGRUS

    K

    RVD3

    VRWD'

    VRLUHWL

    U&

    GDGLQ8

    VRGDWOXVH5

    GDGLWQD&

    GDGLQ8

    QyLFDOXFROIDUDSDOODPDQ

    XHGRWQHLPDQRLVQHPL'

    RUGDX&

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    36/43

    )ORFXODGRUHV

    DGLS

    iUDOF]HPHGODQDFQXDUDSDOODPDQXHGRWQHLPDQRLVQHPL'

    RUGDX&

    HUWQHRWQHLPDLFDSV(

    H

    PF

    Q

    HGRUHP

    ~1

    VROLK

    PVROLK

    VROLK

    Q

    HGRUWHPURS

    ODQDFHGRKFQD

    VROLKVROHGURVRU*

    G

    PP

    G

    Q

    H

    >H

    @

    DOODPDOHGGDGLVRUR3

    H

    H

    .

    H

    DGLGUpSHGHWQHLFLIH

    R&

    HWQDWVQRF

    .

    .

    DJUDF

    HG

    OHQHGDGLFROH9

    9

    VP

    *

    o

    H

    .

    9

    V

    GDGLFROHYHGHWQHLGDU*

    ODQDF

    *

    RVDSOHURSRGLFXG

    RUS

    *

    DOHGVpYDUWDRMXOIOHG

    DOO

    DP

    OHGDUXWDUHSPH7

    7

    o&

    DXJD

    9.

    K

    J

    P

    DJUDFHGDGLGUp3

    K

    DOODPDOURSDGLFXG

    RUS

    K

    RVD3

    VRWD'

    VRLUHWLU&

    GDGLQ8

    VRGDWOXVH5

    ROREPt6

    GDGLQ8

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    37/43

    126 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    REFERENCIAS

    (1) Villegas, R. A. y R. D. Letterman. Optimizing Flocculator Power Input,

    Journal of the Environmental Division, abril, 1976.

    (2) TeKippe, R. J y R. K. Ham. Velocity Gradient Paths in Coagulation,

    Journal of the American Water Works Association, julio, 1971.

    (3) Agencia de Proteccin Ambiental de los Estados Unidos-EPA.Optimizacin

    de la produccin de plantas de tratamiento de agua mediante el

    Programa de Correccin Compuesto. Washington, Agencia de Proteccin

    Ambiental de los Estados Unidos. EPA/625/6-91/027, 1998.

    (4) Argaman, Y. y W. J. Kaufman. Turbulence and flocculation,Journal of

    Sanitary Engineering Division, ASCE, 1970.

    (5) Kawamura, Susumu y R. Rhodes Trussell. Main Features of Large Water

    Treatment Plants in Japan, Journal of the American Water Works

    Association,junio, 1991.

    (6) Canepa de Vargas, Lidia. Estudio de la PFR de Barranca. Lima, CEPIS,

    1977. Documento indito.

    (7) Canepa de Vargas, Lidia. Fotos de archivo. Lima, CEPIS.

    (8) Bhargava, D. S. y C. S. P. Ojha. Models for Design of Flocculating Baffled

    Channels, Water Research, vol. 27, 3, 1993.

    (9) Canepa de Vargas, Lidia. Estudio sobre investigacin en floculadores de

    pantallas de flujo horizontal. Documento indito. Lima, 1977.

    (10) Canepa de Vargas, Lidia. Estudio de caso.

    (11) Richter, Carlos. Projetos de estaes de tratamento de gua. Mdulo

    4.4. Projetos de unidades de floculao. Lima, CEPIS, 1981.

    (12) Programa CEPIS/OPS de Mejoramiento de la Calidad del Agua para

    Consumo Humano.Manual V. Criterios de Diseo. Serie Filtracin Rapida.Lima, CEPIS, 1992.

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    38/43

    Floculadores 127

    (13) Harris, H. S.; W. J. Kaufman y R. B. Krone. Orthokinetic Flocculation in

    Water Purification. Journal of Sanitary Engineering Division, ASCE,

    diciembre.

    (14) CEPIS/OPS (1973). Teora, diseo y control de los procesos de

    clarificacin del agua. Serie Tcnica 13. Lima, CEPIS/OPS, 1966.

    (15) CEPIS/OPS. Criterios de diseo de plantas de tratamiento de agua.

    Lima, CEPIS/OPS, s. f.

    (16) Richter, Carlos y R. B. Moreira. Floculadores de piedras. Experiencias

    en filtros pilotos. Curitiba, Sanepar, 1980.

    (17) Richter, Carlos. Estacin de tratamiento para pequeas comunidades.

    Curitiba, Sanepar, 1980.

    (18) Richter, Carlos. Sistemas de floculacin acelerada. Curitiba, Sanepar, s. f.

    (19) Snel, H. y Jorge Arboleda.Influencia de la escala de turbulencia en elproceso de floculacin del agua. Cali, ACODAL, 1982.

    (20) Richter, Carlos. Sistemas simplificados de floculacin. Seminario

    Internacional sobre Tecnologa Apropiada para Potabilizacin del Agua. Cali,

    ACODAL, Seccional Valle del Cauca, 1987.

    (21) Canepa de Vargas, Lidia. Programa de evaluacin de plantas en

    Repblica Dominicana. Informe Tcnico 356. Lima, CEPIS, 1986.

    (22) Mhaisalkar, V. A., R. Paramasivam y A. G. Bhole. Optimizing Physical

    Parameters of Rapid Mix Design for Flocculation of Turbid Waters.Water

    Research, vol. 25, 1, 1991, pp. 43-52.

    (23) Dharmappa, H. B., J. Verink, O. Fujiwara y S. Vigneswaran. Optimal

    Design of a Flocculator. Water Research, vol. 27, 3, 1993, pp. 513-519.

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    39/43

    128 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    40/43

    Floculadores 129

    0 1,78710-2 1,78710-2 1,78710-3 1,78710-6 3,7310-5 1,9210-5

    1 1,72810

    -2

    1,72810

    -2

    1,72810

    -3

    1,72810

    -6

    3,6110

    -5

    1,8610

    -5

    2 1,67110-2 1,67110-2 1,67110-3 1,67110-6 3,4910-5 1,8010-5

    3 1,61810-2 1,61810-2 1,61810-3 1,61810-6 3,3810-5 1,7410-5

    4 1,56710-2 1,56710-2 1,56710-3 1,56710-6 3,2710-5 1,6910-5

    5 1,51910-2 1,51910-2 1,51910-3 1,51910-6 3,1710-5 1,6310-5

    6 1,47210-2 1,47210-2 1,47210-3 1,47210-6 3,0810-5 1,5810-5

    7 1,42810-2 1,42810-2 1,42810-3 1,42810-6 2,9810-5 1,5410-5

    8 1,38610-2 1,38610-2 1,38610-3 1,38610-6 2,9010-5 1,4910-5

    9 1,34610-2 1,34610-2 1,34610-3 1,34610-6 2,8110-5 1,4510-5

    10 1,30710

    -2

    1,30710

    -2

    1,30710

    -3

    1,30710

    -6

    2,7310

    -5

    1,4110

    -5

    11 1,27110-2 1,27110-2 1,27110-3 1,27110-6 2,6610-5 1,3710-5

    12 1,23510-2 1,23510-2 1,23510-3 1,23510-6 2,5810-5 1,3310-5

    13 1,20210-2 1,20310-2 1,20210-3 1,20310-6 2,5110-5 1,2910-5

    14 1,16910-2 1,17010-2 1,16910-3 1,17010-6 2,4410-5 1,2610-5

    15 1,13910-2 1,14010-2 1,13910-3 1,14010-6 2,3810-5 1,2310-5

    16 1,10910-2 1,11010-2 1,10910-3 1,11010-6 2,3210-5 1,1910-5

    17 1,08110-2 1,08210-2 1,08110-3 1,08210-6 2,2610-5 1,1610-5

    18 1,05310-2 1,05410-2 1,05310-3 1,05410-6 2,2010-5 1,1310-5

    19 1,02710-2 1,02910-2 1,02710-3 1,02910-6 2,1410-5 1,1110-5

    20 1,00210-2 1,00410-2 1,00210-3 1,00410-6 2,0910-5 1,0810-5

    21 0,977910-2 0,979910-2 0,97810-3 0,98010-6 2,0410-5 1,0510-5

    22 0,954810-2 0,956910-2 0,95410-3 0,95710-6 1,9910-5 1,0310-5

    23 0,932510-2 0,934810-2 0,93210-3 0,93510-6 1,9510-5 1,0110-5

    24 0,911110-2 0,913610-2 0,91110-3 0,91410-6 1,9010-5 0,9810-5

    25 0,890410-2 0,893010-2 0,89010-3 0,89310-6 1,8610-5 0,9610-5

    26 0,870510-2 0,873310-2 0,87010-3 0,87310-6 1,8210-5 0,9410-5

    27 0,851310-2 0,854310-2 0,85110-3 0,85410-6 1,7810-5 0,9210-5

    28 0,832710-2 0,835910-2 0,83310-3 0,83610-6 1,7410-5 0,9010-5

    29 0,814810-2 0,818110-2 0,81510-3 0,81810-6 1,7010-5 0,8810-5

    Tempera-

    tura (C)Sistema mtrico Ingls

    Viscosidad

    dinmica

    (poises)

    Viscosidad

    cinemtica

    (Stokes)

    Viscosidad

    dinmica

    (N-s/m2)

    Viscosidad

    cinemtica

    (m2/s)

    Viscosidad

    dinmica

    (lb = s/pie2)

    Viscosidad

    cinemtica

    (pie2/s)

    Anexo AViscosidad del agua

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    41/43

    130 Diseo de plantas de tecnologa apropiada

    30 0,797510-2 0,801010-2 0,79810-3 0,80110-6 1,6610-5 0,8610-5

    31 0,780810-2

    0,784410-2

    0,78110-3

    0,78410-6

    1,6310-5

    0,8410-5

    32 0,764710-2 0,768510-2 0,76510-3 0,76810-6 1,6010-5 0,8310-5

    33 0,749110-2 0,753110-2 0,74910-3 0,75310-6 1,5610-5 0,8110-5

    34 0,734010-2 0,738110-2 0,73410-3 0,73810-6 1,5310-5 0,7910-5

    35 0,719410-2 0,723710-2 0,71910-3 0,72410-6 1,5010-5 0,7810-5

    36 0,705210-2 0,709710-2 0,70510-3 0,71010-6 1,4710-5 0,7610-5

    37 0,691510-2 0,696110-2 0,69210-3 0,69610-6 1,4410-5 0,7510-5

    38 0,678310-2 0,683110-2 0,67810-3 0,68310-6 1,4210-5 0,7410-5

    39 0,665410-2 0,670310-2 0,66510-3 0,67010-6 1,3910-5 0,7210-5

    40 0,652910-2 0,658010-2 0,65310-3 0,65810-6 1,3610-5 0,7110-5

    41 0,640810-2 0,646110-2 0,64110-3 0,64610-6 1,3410-5 0,7010-5

    42 0,629110-2 0,634510-2 0,62910-3 0,63610-6 1,3110-5 0,6810-5

    43 0,617810-2 0,623410-2 0,61810-3 0,62310-6 1,2910-5 0,6710-5

    44 0,606710-2 0,612410-2 0,60710-3 0,61210-6 1,2710-5 0,6610-5

    45 0,596010-2 0,601910-2 0,59610-3 0,60210-6 1,2410-5 0,6510-5

    46 0,585610-2 0,591610-2 0,58610-3 0,59210-6 1,2210-5 0,6410-5

    47 0,575510-2 0,581710-2 0,57610-3 0,58210-6 1,2010-5 0,6210-5

    48 0,565610-2 0,581910-2 0,56610-3 0,57210-6 1,1810-5 0,6110-5

    49 0,556110-2 0,562610-2 0,55610-3 0,56310-6 1,1610-5 0,6010-5

    50 0,546810-2 0,553410-2 0,54710-3 0,55310-6 1,1410-5 0,5910-5

    Tempera-

    tura (C)Sistema mtrico Ingls

    Viscosidad

    dinmica

    (poises)

    Viscosidad

    cinemtica

    (Stokes)

    Viscosidad

    dinmica

    (N-s/m2)

    Viscosidad

    cinemtica

    (m2/s)

    Viscosidad

    dinmica

    (lb = s/pie2)

    Viscosidad

    cinemtica

    (pie2/s)

    Viscosidad del agua (continuacin)

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    42/43

    )ORFXODGRUHV

    /DYLVFRVLGDGFLQHPiWLFDQHVFDOFXODGDFRPR

    NMU

    'RQGH

    Q YLVFRVLGDGFLQHPiWLFDFP V

    P YLVFRVLGDGGLQiPLFDJVFP

    U GHQVLGDGGHODJXDJFP

    3DUDFRQYHUWLUOD YLVFRVLGDGGLQiPLFDHQ SRLVHVD XQLGDGHVGHO 6LVWHPD

    ,QWHUQDFLRQDO

    MJFPVJFPVNJJFPP1VP

    NJ

    MJFPV1VP

    3DUDFRQYHUWLUODYLVFRVLGDGFLQHPiWLFDHQ6WRNHVDO6LVWHPD,QWHUQDFLRQDO

    QFPV FPV PFPPV

  • 7/30/2019 CDAM0000014-4

    43/43

    132 Diseo de plantas de tecnologa apropiada