Universidad de Santiago de Chile Departamento de Ingeniería en Obras Civiles Ingeniería Civil en Obras Civiles
Diseño de Unidad de Floculación
Profesora: Patricia Mery
Asignatura: Calidad ambiental Integrantes: Enrique Valenzuela Juan Contreras Jonathan Lizama
Fecha: 02-12-2013
Índice Introducción_____________________________1 Marco teorico____________________________2 Floculador de tabiques horizontales____________4 Floculador tipo paleta_______________________9 Conclusión_______________________________15
Introducción El objetivo del floculador es proporcionar a la masa de agua coagulada una agitación lenta aplicando velocidades decrecientes, para promover el crecimiento de los flóculos y su conservación, hasta que la suspensión de agua y flóculos salga de la unidad. La energía que produce la agitación del agua puede ser de origen hidráulico o mecánico. Entre los floculadores más 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.
Marco teórico Unidad de Floculación.
Este transporta las partículas en el agua, para que choquen unas con otras y formen coágulos más pesados que puedan sedimentar, es decir, asentarse. Esto se logra mediante la agitación del agua
El diseño de este tipo de estanques se basa en las teorías de Camp, con siguientes valores: •
Gtr :
20.000 - 210.000
•
G :
20 - 75 seg-1
•
tr :
20 - 60 min.
•
En que G*tr indica el número de colisiones que tiene lugar durante el proceso.
Estos son solo valores de referencia tomados desde plantas con funcionamiento optimo o aceptables de acuerdo a lo empirico.
En cuanto el diseño de las paletas debe ser tal que el área total no exceda el 15 – 20% del área total de escurrimiento. Si el área de paletas es muy grande éstas arrastran la masa de agua a una velocidad aproximada a la de ellas sin producir realmente una mezcla. La función de disipación, la cual puede ser estimada a partir de la fuerza de arrastre del agitador que se mueve en el agua. La ley de Newton dice:
En donde, FD: Fuerza de arrastre. CD: Coeficiente de arrastre. Depende de la geometría del cuerpo sumergido. A: Área del objeto sumergido que enfrenta el escurrimiento. Vr: Velocidad relativa del objeto con respecto al fluido. Por medio de los datos obtenidos en la planta d Cambridge (mss), en Estados Unidos, obtendremos el valor de K, ya que no es fácil de deducir. Otras formulas que ocuparemos,
La Potencia:
∑
Floculador de tabiques horizontales
Por definición de volumen:
Para la velocidad:
Suponiendo un
√
según las dimensiones de las planchas
El ancho de la sección se aproxima a : usarán dos paneles.
, para cada tabique se
Se debe calcular el volumen según las dimensiones obtenidas
La diferencia de volúmenes es considerable, por lo que se debe buscar una mejor solución, además se debe verificar que h sea menor que h t.
Se debe buscar un h menor:
Con estos valores se cumplen los parámetros y se determina L:
2) Numero de tabiques
Usando el largo del floculador:
3) Verificación de diseño
Para determinar este parámetro el radio hidráulico viene dado por:
Además se establecen consideraciones como:
Para revestimientos de hormigón o asbesto Viscosidad del agua para t°=10° C
Entonces
Con
N: Número de cambios de dirección K: Coef. Por cambio de dirección en 180°. Toma valores entre 2 y 3,5; para este caso K=3
0,48
Finalmente para obtener el gradiente de velocidad y así verificar si el diseño es bueno:
√
Valor que esta dentro del rango aceptable. Para realizar un mejor control :
Este valor también se encuentra dentro de los valores aceptables por tanto las dimensiones del floculador son:
h
1m
W a b L N G
5m 0,5 m 4,5 m 38 m 75 tabiques 40 s-1
Floculador tipo paleta
Se recomienda el uso de caudales de entrada entre 0,035 m 3/s y 0,08 m3/s. En nuestro caso y de forma criteriosa considerando el caudal de gasto que se utilizó para el filtro diseñado, utilizaremos un Q de entrada de 100 lt/s.
Datos: Caudal: Tiempo de retención: Temperatura:
() ()
Observaciones:
Tr (tiempo de retención)= 30 min = 1800 s (recomendable entre 20 a 30 min)
H (altura de agua)= 3 m (1 o 1,25 veces el ancho de espaciamiento entre paneles)
Por definición de Volumen: -
Al ser un floculador vertical, la base del estanque debe ser cuadrada, L= W.
Dimensiones del estanque:
W = base Ha= altura de agua = 3
Por recomendación L=W
Esta longitud es muy grande, se debe disminuir. Para disminuir la longitud se puede dividir la sección en 2 compartimientos:
Aun las dimensiones son excesivas, por lo tanto, se procede a dividir en 4 compartimientos.
El volumen a construir es :
2) Diseño del Sistema de mezcla 2.1) Ancho de paletas
Para 4 paletas, dos por lado del eje. Por recomendación el área de las paletas debe estar entre 15% y 20%
Verificación:
1,92 →17,3% cumple
2.2) Distancia entre paletas
3) Potencia Teorica
Por definición :
√ 4) Determinación de n
Usando
∑ ∑ ∑ Para determinar cd se debe interpolar después de establecer:
Se recomienda para un K un rango entre 0,24 a 0,32, donde 0,24 corresponde al primer compartimiento y 0,32 para el ultimo, mientras que para los intermedio, se deben buscar valores que están en este rango.
Conclusión
Esta etapa es vital para el buen funcionamiento de los posteriores funcionamientos de una planta de tratamiento de aguas, ya que se quiere cumplir el objetivo, el cual es obtener una buena calidad de agua para potabilización y procesos industriales. Afortunadamente, el realizar estos diseños nos ayuda a entender tanto el funcionamiento de los sistemas de tratamiento de aguas y sus principales factores que hacer variar el dimensionamiento del sistema, así como también las singularidades que pueden ser imprevistas en un diseño.
Catálogo de Motores.
Catálogo de Controladores de Velocidad
