CONCEPTO DE TANQUE DE SEDI MENTACIÓN MENTACIÓN IDEAL Los tanques de sedimentación ideales son fundamentales para el entendimiento y diseño de los sedimentadores. El modelo seleccionado es el de un sedimentador ideal constituido por 4 zonas (Ramalho, 1991! 1.
una lon*itud L y una altura 5. La elocidad , se puede encontrar con la ecuación +.6.
(3.7)
Zona de entrada: En esta el "u#o se puede considerar laminar. $e supone que al %nal de esta zona las part&culas se distri'uirn uniformemente de acuerdo a como sea su zona de entrada.
).
Zona de sedimentación: La part&cula de#a de estar en suspensión cuando
+.
Zona de salida: ona donde el a*ua residual es reco*ida antes de su
lle*a al fondo de esta zona. salida al proceso si*uiente.
4.
Zona de lodos ! En esta zona se deposita depositan n los lodos lodos para, para, lue*o ser e-acuados en un procesos de pur*a, o de ser necesario en un proceso de recirculación de los mismos.
En la !"ra #$% se muestra un esquema de lo anteriormente dicho.
En la sedimentación discreta, la -elocidad es constante para cualquier trayectoria (at, )77), lo lo cual quiere decir que la -elocidad de sedimentación sedimentación especi%ca s y la -elocidad - no -ar&a lo lar*o de sus trayectorias respecti-as, esto dado que las part&culas part&culas no estn sometidas sometidas a procesos procesos de coalescenci coalescencia a o a*lomeraci a*lomeración ón de las mismas, durante el proceso de sedimentación. 8uando una part&cula est0 sometida a los procesos antes mencionados se tiene como resultado que la trayectoria de la misma es recta, tal como lo uestra la %*ura +.), sino que tendr0 una trayectoria cur-a. a
Es posible demostrar, que la velocidad de sedimentación de una partícula discreta en un tanque rectangular, ideal, se puede encontrar mediante la ecuación 3.8
En este esquema conceptual se supone que sólo las part&culas que alcanzan a cruzar la frontera entre la zona de lodos y la zona de sedimentación, sern consideradas sedime sedimenta ntadas das.. odas odas las part&c part&cula ulas, s, como como es natura naturall tienen tienen dos -ector -ectores es componentes de -elocidad/ al primero de ellos se le denominar0 , el cual es paralelo al fondo del tanque sedimentad sedimentador or y es causado por la -elocidad inicial inicial horizontal horizontal,, con la cual las part&culas entran al tanque de sedimentación/ al se*undo se le denominar0 - , y es causado por la atracción *ra-itatoria y est diri*ida hacia a'a#o, tal y como se o'ser-a en la %*ura +.).a
(3.8)
La ecuación +.: quiere decir que el rendimiento de la sedimentación es función principalm principalmente ente del ancho super%cial super%cial del tanque, ms que de la profundidad profundidad del mismo. mismo. $ea utilizan utilizan profundidades profundidades razona'les razona'les para facilitar facilitar la utilizació utilización n de mecanismos que permitan la remoción de lodos sedimentados, y para e-itar que se den cam'ios en la componente horizontal de la -elocidad y as& no se de arrastre de part&culas que pre-iamente han sido sedimentadas. Este arrastre ocurrir0 si es su%cientemente *rande para hacer pasar a suspensión las part&culas que ya ha'&an sido depositadas $e*;n lo dicho anteriormente, se puede a%rmar, entonces, que todas las part&culas con una -elocidad i*ual o superior a s se sedimentación y aquellas part&culas con -elocidad - , menor que s , se sedimentación en una proporción < - =s .ao
2i*ura +.)! Esquema conceptual en corte lon*itudinal de un sedimentador ideal
2inalmente, se de%ne la car*a super%cial como lo muestra la ecuación +.9
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Este tanque de sedimentación ideal, tiene dos reas importantes, la primera de ellas se o'tiene al realizar un corte trans-ersal del sedimentador, suponi3ndose que la sección tiene un ancho y una altura 5. La se*unda sección se o'tiene al hacer un corte lon*itudinal del sedimentador, se supone, entonces, que la sección tiene
(3.9)
>ado que se pueden requerir reas muy *randes para realizar estos procesos de sedimentación, se recurre, entonces, a los sedimenta dores de alta tasa, los cuales se trataran en el si*uiente numeral.
SEDIMENTA DO&ES DE ALTA TASA
Fi!"ra
#$# ! 2lu#o entre placas paralelas en un sedimentador de alta tasa (omado de A0rez,e1996
La idea presente en este tipo de unidades es 'astante simple, y consiste en lo si*uiente! supón*ase que se tiene un sedimentador ideal y que a la mitad de su altura se coloca una 'ande#a, como resultado se tendr que las part&culas que antes no sedimenta'an a una altura 5, muy pro'a'lemente ya lo podrn hacer a la nue-a altura 5=), lo que conlle-a a un aumento en la e%ciencia de la unidad de decantación 8omo es ló*ico, el proceso de la-ado y mantenimiento de una placa horizontal en uno sedimentador es 'astante comple#o, por ello di-ersos in-esti*adores propusieron inclinar las placas, lo cual fa-orece el proceso de di-ersas formas, tales como! a ' c
>eslizamiento de los lodos que se se encuentran en las placas hacia la zona de lodos del sedimentador 2acilita el la-ado de las placas en el momento que este sea necesario Las placas en esa posición son ms fciles de remo-er, en caso de que se necesite hacer mantenimiento
$e*;n el sentido del "u#o, e?isten dos tipos de decantadores de placas! de "u#o ascendente y de "u#o horizontal. En este tra'a#o se estudiara solo el decantador de "u#o ascendente, en los cuales, el "uido entra por la parte inferior de la unidad (de'a#o de las placas y asciende a tra-3s de ellas, para posteriormente ser e-acuado al proceso si*uiente. @ continuación, se descri'e el proceso de sedimentación entre placas paralelas, el cual se encuentra muy 'ien ilustrado en A0rez (1996 En la %*ura +.+, se puede o'ser-ar una part&cula que a-anza con -elocidad 7 entre las placas/ esta -elocidad, a su -ez, es paralela a las placas y se descompone en dos componentes la primera diri*ida hacia el centro de la tierra y corresponde a la -elocidad de sedimentación s , la se*unda es la componente y , como se muestra en la %*ura +.+.
>onde L < l=e, siendo l la lon*itud de las placas y e la separación entre las mismas. La -alidez de la ecuación +.17, se requiere que el "u#o sea laminar, para ello, R B C77, Areferi'lemente R B )C7 (A0rez, 1996. El "u#o laminar sólo se da a una distancia ?, despu3s de que el "uido in*resa a las placas, la cual se o'tiene con la ecuación +.11.
La ecuación +.11 es conocida como ecuación de Lan*haar (A0rez, 1996, en la cual se de'e determinar el n;mero de Reynolds, para ello se usa la ecuación +.1).
$iendo D la -iscosidad cinemtica del "uido
$e puede demostrar, entonces, que la lon*itud relati-a util, Lu, de sedimentación de una placa, se puede representar mediante la ecuación +.1+.
Es posi'le demostrar que 7 se puede representar mediante la ec"ación #$'($
2inalmente, 7 de'e ser calculado con la ecuación +.14.
(3.1)
).
Car!a s",ercial: este es uno de los parmetros ms usados en la prctica para el diseño de sedimentadores, ya que ayuda a determinar el rea super%cial del sedimentador La car*a super%cial recomendada en este tipo de unidades, para a*uas residuales -aria entre +Cm+ =(m) F dia y C7m+ =(m) F d&a (R@$, )777.a
DISE)O DE LOS SE DIMENTADO&ES P&IMA&IO * SECUNDA&IO @ continuación, se muestra como se realizó0 el diseño de los sedimentadores de la planta de tratamiento de a*uas residuales domesticas de pequeña escala. Arimero se mostrara en el sedimentador secundario, pues es de conformación rectan*ular y si*ue la teor&a mostrada en el numeral +.).+/ posteriormente, se mostrar0 el diseño del sedimentador primario, en la cual si*ue tam'i3n la teor&a de sedimentadores de alta tasa, pero su *eom3trica e?terna es de forma cil&ndrica circular recta, y su *eometr&a interna est conformada por conos conc3ntricos que simulan el comportamiento de las placas.
SEDIMENTADO& SECUNDA&IO
+.
sedimentado En sedimentadores de alta tasa, este -alor se encuentra entre 1 y 1.C horas (R@$,)777. 4.
C.
su%cientemente 'a#o, de tal forma que *arantice que no se destruyan elementos que se hayan formado por coalescencia. $e puede calcular con la ecuación +.1C (@r'oleda, 1991.
>onde f es un -alor que -ar &a entre 7.7) y 7.74, D es la -iscosidad cinemtica del "uido, R5 es el radio hidrulico del ori%cio y entrada es la -elocidad de entrada.
Unidades de entrada 3 de salida del sedimentador ! La entrada al sedimentador se diseña para distri'uir el a*ua uniformemente so're la sección trans-ersal del tanque,no pro-eyendo una transición sua-e, entre la -elocidad relati-amente alta del a"uente y la -elocidad 'a#a uniforme en la zona de asentamiento GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG GGGGGGGGG El propósito de la unidad de salida es similar al de la unidad de entrada, es decir,pro-eer una transición sua-e entre la -elocidad del "u#o en el sedimentador y la -elocidad en la salida/ *eneralmente, el ni-el del a*ua en el sedimentador es controlado en la salida. Las salidas, como es el caso de este tra'a#o, pueden ser a tra-3s de -ertederos.
A contin"ación+ se ,resentan los criterios de dise-o del sedimentador sec"ndario .radiente de /elocidad: a la entrada del sedimentador de'e ser lo
0elocidad 1ori2ontal: La -elocidad del "u#o a tra-3s del tanque de sedimentación, no es uniforme en toda la sección trans-ersal del tanque, perpendicular a la dirección de "u#o, aunque la entrada y la salida sean diseñadas para distri'ución uniforme, no de'ido a la e?istencia de corriente de densidad, corrientes de inercia, cortocircuitos,entre otros. Aara minimizar estos efectos, la -elocidad en un tanque de alta tasa de'e mantenerse por de'a#o de 1cm=s.
La sedimentación secundaria, es un proceso unitario de -ital importancia en el tratamiento de a*uas residuales, dado que permite la separación de la fase salida de la fase liquida. Las part&culas salidas se depositaron en la parte inferior del sedimentador, para en la mayor0 de los casos ser recirculadas a tanques ano?icos y anaeró'icos (>a-id,aoo )779, donde participaron en el proceso de puri%cacion, si*uiendo el principio de los lodos acti-ados. @dems, el a*ua "uira de forma ms clara a la salida de este.
1.
Tiem,o de retención: El tiempo de detención depende del propósito del
!.
Almacenamiento de lodos: @l diseñar el sedimentador, se de'e tener en cuenta el -olumen destinado al almacenamiento de lodos, que se mue-en hidrulicamente a una tol-a de lodos, de donde son e?tra&dos mediante una tu'er&a de desa*He
