AIREACIÓN Se entiende por aireación la mezcla de agua con el aire que tiene por objeto modificar la concentración de la sustancias volátiles contenidas en ella e incrementar la concentración del oxígeno disuelto, disminuir la concentración de metano y otros gases indeseables que puedan estar presentes; adicionalmente promover y acelerar la oxidación, precipitación del hierro y manganeso. Los principales factores que influyen en el proceso de aireación del agua son: la temperatura, la presión y la superficie de contacto. Las funciones más importantes de la aireación son:
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Transferir oxígeno al agua para aumentar el oxigeno disuelto OD Disminuir la concentración de dióxido de carbono (CO 2) Disminuir la concentración concentración del del sulfuro de hidrogeno (H2S) Remover gases como metano, cloro y amoniaco Oxidar hierro y manganeso Remover compuestos orgánicos volátiles Remover sustancias volátiles productoras de olores y sabores
En el proceso de aireación los sistemas más comúnmente empleados suelen ser:
AIREADORES POR GRAVEDAD: Utilizan la energía liberada cuando el agua pierde altitud al aumentar el área superficial aire –agua, por lo tanto se incrementa la concentración de oxigeno del agua
AIREADORES EN CASCADA Y VERTEDEROS (AGUA EN AIRE)
En este tipo de aireadores se deja caer el agua en láminas o capas delgadas sobre uno o más escalones de concreto. Este aireador produce una pérdida de energía grande pero es muy sencillo. Algunos autores señalan que con una cascada y 40cm de profundidad de suministro se pueden airear 9000 m 3/día de agua con remociones del 50% al 60% del CO2. Se diseña como una escalera; cuanto más grande sea el área horizontal más complete es la aireación. Esto ocurre en las áreas de salpicamiento en forma similar o como sucede en un rio turbulento, por ello se acostumbra a colocar salientes, bloques o vertederos en los extremos de los escalones. La carga hidráulica de estos aireadores puede ser de 10 a 30 l/s*m 2 u 864-2592 m/d, donde la carga hidráulica es la relación entre el caudal aplicado y el área horizontal del aireador; la altura de los escalones de 20 - 40 cm, y la altura total
de 1 - 3m. La aireación en vertederos es factible cuando existe suficiente energía disponible, en ese caso el sistema es económico; el sistema de aireación con vertedero es más eficiente que el de aliviaderos. Es posible mejorar la aireación creando turbulencia, mayor relación de área / volumen, cuando el agua cae libremente de un nivel superior a uno inferior que cuando se cae deslizándose sobre la cara del vertedero. En un vertedero la aireación ocurre durante la formación de la capa agua – aire en la cresta del vertedero en caída libre, la transferencia de gases se mejora por entrepamiento y salpicamiento en la superficie i nterior del agua
AIREADORES DE BANDEJA
Un aireador de bandeja consiste en una seria de bandejas equipadas con ranuras, fondos perforados o mallas de alambre, sobre las cuales se distribuye el agua y se deja caer a un tanque receptor en la base. En muchos aireadores de bandeja se pone medio grueso de coque, piedra, ladrillo triturado o cerámica, de 5 – 10 cm de diámetro, para mejorar la eficiencia del intercambio de gases y la distribución del agua; en plantas de remoción de hierro y manganeso, para usar el efecto catalítico de los depósitos de hierro y manganeso. Generalmente se emplean de 3 a 9 bandejas, comúnmente 3 a 5; el espacio entre bandejas es de 30 – 75 cm. El área requerida para las bandejas varía entre 0.05 – 0.15 m2 l/s de agua a tratar, por lo general menos de 0.06 m2; la altura del aireador de bandeja suele ser de 2 a 3 m, cargas superficiales menores de 100 m3/m2*día, profundidad del agua en la bandeja aproximadamente 15 cm.
AIREADORES DE FUENTE O SURTIDORES
Consiste por lo general en una serie de toberas fijas, sobre una malla de tuberías, las cuales dirigen el agua hacia arriba verticalmente o en ángulo inclinado de tal manera que el agua se rompe en gotas pequeñas. Este tipo de aireadores se ha usado para la remoción de CO2 y la adición de oxigeno tiene gran valor este tipo pero requieren un área grande.
AIREADORES DIFUSORES O DE INYECCIÓN
Son tanques rectangulares de concreto con tubos perforados o placas porosas u otros dispositivos que se encuentran cerca del fondo y a través de los cuales el aire comprimido se inyecta en el sistema, se producen burbujas de aire que aumentan el contacto entre el agua y el aire; en el interior del tanque debe
ubicarse una tubería perforada o difusores colocados cerca del fondo; el aire comprimido, debe inyectarse a través del sistema a fin de producir burbujas. La cantidad de aire que se requiere de pende de la cantidad de aireación.
AIREADORES DE ASPERSIÓN
Están compuestos por boquillas colocadas en un tubo de distribución, los aireadores de aspersión poseen un valor estético y agradan al público (fuentes luminosas). Necesitan un área grande y por ello no son económicos, son los aireadores más eficaces para el intercambio de gases y sustancias volátiles.
AIREADORES MECÁNICOS: La aireación mecánica se consigue utilizando la energía mecánica para provocar la ruptura del agua en gotas, el aumento de la transferencia del oxígeno, se logra por el incremento en el área de la interfase área – agua. ESTOS PUEDEN SER DE EJE VERTICAL Y HORIZONTAL. En el caso vertical, la transferencia del oxígeno se logra por la exposición de gotas de agua a la atmosfera, por turbulencia del agua o por arrastre del aire; en el horizontal la transferencia de oxigeno es por turbulencia superficial, por arrastre de aire y por bombeo horizontal. Estos pueden ser eléctricos o a combustión y también los hay híbridos, por ejemplo las bombas pulverizadoras y los aireadores de turbina.
AIREADORES DIFUSORES – HÉLICES
Se basan en el efecto Venturi. Estos aireadores consisten en un eje hueco que rota por acción de un motor eléctrico. Un difusor y una hélice están localizados al final del eje sumergidos en el agua. Esta unidad flota de manera tal que parte de ella está fuera del agua donde contiene un hoyo por el cual entra el aire, este pasa a través del difusor y entra al agua en forma de finas burbujas.
AIREADORES DE PALETA
Este consiste en un eje rotatorio propulsado por un motor eléctrico con una serie de paletas, de cierta forma aparatosos, bajo poder de oxigenación, potencia de 1.5 KW. Hay una variante que utiliza la toma de fuerza de motores a combustión.
Aireador de Paleta en Reposo
Aireador de Paleta en Movimiento
AIREADOR DE TURBINA
Existen turbinas con lentas con reductor de velocidad y turbinas rápidas con toma directa del motor. Turbinas lentas: se caracterizan por la presencia de un reductor en el motor y la turbina, es interesante para la acuicultura por su eficacia, posibilidad de colocarlas en los tanques de cultivos son necesidad de protecciones para los peces. Turbinas rápidas: tiene toma directa del motor y están provistas de una hélice que bombea y proyecta el agua. Presentan el inconveniente de tener que aislar la hélice de los peces con lo que el motor debe ser reversible para limpiar la rejilla de protección.
Turbina Lenta
Turbina Rapida
TUBO DE U
Consta de un tubo en forma de u en el cual el agua viaja hacia abajo por uno de los extremos del tubo y hacia arriba y afuera por el otro. Se inyecta aire al agua a través de un difusor.
CONOS DE AIREACIÓN
Consiste en un cono sumergido en el agua, donde el agua con aire inyectada a través de un difusor es bombeada hacia abajo.
AIREADORES SUMERGIBLES: Son apropiados para cualquier reacción gas – líquido a temperaturas por debajo de 70ºC y presiones por debajo de 2 bar. Se compone de un motor sumergible, soplante y mezclador integrado en un solo bloque. Está formado por un impulsor en forma de estrella directamente conectado con el eje del motor, así como de un estator que rodea al impulsor y un tubo de ventilación. El impulsor gira dentro del estator, creando una depresión y automáticamente aspira aire a través del tubo de ventilación al mismo tiempo, se produce una mezcla absoluta entre el agua que llega al impulsor y el aire produciéndose posteriormente una descarga radial a través de los canales del estator. De esta forma, el aire se descompone en finas burbujas
AIREADOR SUMERGIBLE SIN ANCLAJE
Se coloca en el fondo de la balsa sin necesidad de anclaje. Para su mantenimiento e inspección se puede izar el equipo con una grúa móvil. La ilustración presenta un aireador sumergible en una balsa de homogenización y compensación situada en una fábrica de zumos de fruta.
AIREADOR SUMERGIBLE DE INSTALACIÓN FIJA
Apropiados para balsas profundas o en el caso de que no pueda realizarse la instalación o el desmontaje con una grúa móvil. Se colocan entre dos tubos guía y pueden izarse por medio de polipasto sin vaciar la bolsa. La ilustración pertenece a aireadores sumergidos en balsas de lodos activados.
AIREADORES SUMERGIBLES FLOTANTES
Idóneos para la aireación en balsas sin solera de hormigón, lagunas, lagos o ríos. El aireador puede instalarse firmemente anclado, moviéndose hacia adelante y atrás, con cables metálicos de gran longitud, o autopropulsado guiado por un cable fuertemente tensado. La ilustración muestra un aireador sumergible en la laguna de aguas residuales en una azucarera.
CONSIDERACIONES ESPECIALES La remoción de compuestos orgánicos, inorgánicos y compuestos biológicos por medio de la Aireación puede incrementar los costos de tratamiento y los requerimientos de energía notablemente, por lo cual debe realizarse un estudio de las condiciones más favorables que permitan alcanzar los niveles de calidad exigidos.
Los factores que influyen en la efectividad de la Aeración para quitar trazas orgánicas del agua deben determinarse para llevar un adecuado control, entre estos se encuentran los siguientes:
· El tiempo de contacto. · La relación aire - agua. · La temperatura del agua. · La presión de vapor. · La solubilidad de los contaminantes.
Para el diseño de un sistema de Aeración deben conocerse los siguientes parámetros.
· Flujo total de agua. · Temperatura del agua. · Propiedades químicas del contaminante orgánico. · Eficiencia requerida para la remoción del contaminante orgánico.
MANTENIMIENTO DE LOS AIREADORES Para el mantenimiento de las unidades de Aeración, deben realizarse las siguientes actividades: 1. Revisión, reacondicionamiento y limpieza del aireador. 2. Revisión del funcionamiento de las válvulas o compuertas. 3. Verificar si existe en la estructura indicios de fisuras y detección de problemas para corregirlos. 4. Para los agitadores mecánicos debe realizarse frecuentemente el mantenimiento de los motores. 5. Para la Aeración por inyección de aire comprimido debe realizarse la limpieza de los inyectores. 6. Deben recolectarse los datos necesarios para llevar una hoja de vida del equipo.
MANTENIMIENTO DE CONTROL DE OLOR Y SABOR 7. Deben realizarse labores periódicas de limpieza con agua potable. Entre las labores a realizar expuestas, deben recordarse las siguientes: 8. Revisión, reacondicionamiento y limpieza del aireador. Revisión del funcionamiento de las válvulas o compuertas. 9. Verificar si existe en la estructura indicios de fisuras y detección de problemas como corrosión para corregirlos. 10. Deben recolectarse los datos necesarios para llevar una hoja de vida del equipo.
AIREACION
PRESENTADO POR LAURA CAMILA RIOS LUIS CARLOS OBANDO JOSE GONZALEZ BUCHELY
PRESENTADO A ING. HERNANDO BETANCOURT
UNIVERSIDAD DE IBAGUE INGENIERIA CIVIL IBAGUE 2012
INTRODUCCION
Los sistemas de aireación han tenido una evolución muy notoria a partir de la naciente necesidad de purificar el agua y dejarla en óptimas condiciones para el consumo humano debido a la elevada contaminación, es por esto que su análisis y posterior aplicación resulta de gran importancia en el área de la ingeniería civil. La aireación permite de manera adecuada introducir la cantidad suficiente de oxigeno al agua para disminuir así la concentración de Dióxido de Carbono y metales presentes en el liquido, presentando una solución muy viable a todo el problema que alrededor de la purificación del agua se tiene.
OBJETIVOS
Objetivo General
Reconocer e identificar los diferentes sistemas de aireación
Objetivos específicos
Encontrar la diferencia entre los aireadores por gravedad mecánicos y sumergibles. Determinar las características de cada sistema de aireación. Explorar las ventajas y desventajas que tiene la implementación de lo aireadores en la purificación del agua.
EJERCICIO Diseño Aireador Difuso
Q = 120
Pasamos el caudal de litros a metros cúbicos: 120
x
= 0.12
Se asume agua de características normales, lo que se busca es mejorar sus características físicas para el consumo El tiempo de retención debe ser mayor de 5 minutos, por lo tanto con un caudal de 0.12 m^3, se asumirá un tiempo de 8 min 8 min x
= 480 s
Volumen de retención: Vu = Q x tiempo de retención Vu = 0.12
x 480 s
Vu = 57,6 m^3 Ahora determinaremos las dimensiones del tanque La profundidad del tanque debe estar entre 2.5 m y 4 m; para este caso se asumió una profundidad de H = 4 m Vu = A x H
A = A =
A = 14,4 m^2 La relación entre la longitud y el ancho debe ser mayor de 2 A = L x B L=2xB A = 2 x B^2
B=
B=
√
√
B = 2,68 m L = 2,68 m x 2 L = 5,37 m En el Aireador debe garantizar la entrada de 1.5 litros de aire por cada litro de agua Pasamos ahora el volumen de m^3 a litros 57,6 m^3 x
= 57600 L agua Entonces
19200 L agua x 1.5
= 86400 L de aire
Se debe garantizar 86400 L de aire para llevar a cabo el proceso de aireación hacia la potabilización del agua
Aireador de Cascada Tipo Escalera
Aireador tipo Bandeja
