“GRANULOMETRIA PARA MEDIO FILTRANTES”
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“GRANULOMETRIA PARA MEDIOS FILTRANTES DE FILTRANTES DE TASA DECLINANTE Y LAVADO MUTUO” MUTUO ”
I.
OBJETIVO: Experimentalmente se deberá determinar el tamaño efectivo y coeficiente de uniformidad de una muestra de arena que pasaría a formar parte de un medio filtrante para unidades de filtración en tratamiento de aguas.
Se determinará así mismo algunas propiedades físicas de la arena; por ejemplo: la porosidad, la densidad, la forma de las partículas, etc.
II.
FUNDAMENTO TEORICO
1. ARENAS EMPLEADAS EN FILTROS Para estos diseños es importante conocer algunas características del comportamiento de las arenas durante el proceso, por ejemplo: el coeficiente de uniformidad, el tamaño efectivo, la porosidad, la uniformidad de partículas, esfericidad, la dureza, la solubilidad, etc. Para determinar el tamaño de la arena se usan tamices graduados.
TRATAMIENTO DE AGUAS II
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Para estos diseños es importante conocer algunas características del comportamiento de las arenas durante el proceso, por ejemplo: el coeficiente de uniformidad, el tamaño efectivo, la porosidad, la uniformidad de partículas, esfericidad, la dureza, la solubilidad, etc.
Otro de los usos que se le da a la granulometría es el estudio de las partículas en cuanto a las características físicas de las arenas; esto es importante puesto que el conocer la forma, el peso propio, la porosidad, la densidad, etc. se entenderá mejor el principio de la sedimentación de las partículas discretas o las que sedimentan por su propio peso; que luego se podrá cuantificar y llevarlas a fórmulas empíricas de diseño.
A continuación definiremos algunos de los conceptos importantes que determinaremos en una prueba de granulometría:
1. TAMANO EFECTIVO Es una de las características de los medios filtrantes que más afecta al proceso de filtración cuando este no cumple con las especificaciones de acuerdo al tipo de filtración utilizada. Este tamaño tanto afecta a la circulación del agua a través de ellos; así, si el tamaño efectivo es demasiado pequeño, la mayor parte de la fuerza actuante se empleará para vencer la resistencia de fricción provocada por el lecho filtrante; mientras que si es demasiado grande, muchas de las partículas de menor tamaño presentes en el agua a filtrar pasarán directamente a través del filtro sin ser eliminadas. Su cálculo es gráfico luego de una prueba de tamizado; y representa al 10% de la arena que ha sido seleccionada que pasa la malla correspondiente; su denominación es a través deP10.
2. EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD (C.U.) Se llama así a la relación entre el diámetro correspondiente a la línea del 60% en el diagrama y el correspondiente a la línea del 10%. A menor valor de este coeficiente corresponde a una curva más inclinada y mayor uniformidad de la muestra.
C .U .
P 60 P 10
Donde: P60 = Porcentaje del peso que pasa inferior al 60%. P10 = Porcentaje del peso que pasa inferior al 10%.
La relación entre los valores de P10 y P60 encaminados a los medios filtrantes para seleccionarlo para los filtros utilizaremos los criterios siguientes: TRATAMIENTO DE AGUAS II
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Llamemos P1, al porcentaje P10, P2 al P60, en base a ello se formula las siguientes relaciones:
P3 = 2(P2-P1)
:
P4 = P1 - 0,1P3 :
será el porcentaje de arena utilizable. será el porcentaje de arena que es demasiado fino para usarlo como
medio filtrante. P5 = P3 + P4
;
es el porcentaje de arena que es demasiado gruesa.
También: P5 = 2(P2-P1) + P1 - 0.2(P2-P1)
3. POROSIDAD (n) Se denomina así a la relación existente entre el volumen ocupado por los poros respecto ai volumen total; se expresa en porcentaje y se calcula con la siguiente expresión: n
V V
*100
V
Donde: Vv V
= Volumen de poros = Volumen total
4. DENSIDAD APARENTE (ρa) Es la relación del peso de la arena en el aire o sin compactar, al volumen total de la arena, incluido el volumen de poros. Su expresión de cálculo es el siguiente: a
P S
V
Donde: Ps
= Peso de la arena sin compactar
V
= Volumen
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2. GRANULOMETRIA DE SUELOS Clasificación de las partículas de los suelos por su tamaño En las clasificaciones basadas en las características granulométricas de los suelos se distinguen las distintas fracciones por el nombre de algunos tipos de suelos, como a rena gruesa, limo medio, etc. Las divisiones corresponden a cambios importantes en las propiedades de los suelos y las distintas fracciones son reconocibles a simple vista o mediante ensayos de campo sencillos. Podemos dividir los suelos en gravas, arenas, limos y arcillas.
Diferencia entre gravas y arenas: Gravas (>2mm)
Los granos no se apelmazan aunque estén húmedos, debido a la pequeñez de las tensiones capilares.
Cuando el gradiente hidráulico es mayor que 1, se produce en ellas flujo turbulento.
Es difícil perforar un túnel en gravas con agua mediante aire comprimido porque la pérdida de aire es muy alta.
Arenas (0.06-2mm)
Los granos se apelmazan si están húmedos, debido a la importancia de las tensiones capilares.
No se suele producir en ellas flujo turbulento aunque el gradiente hidráulico sea mayor que 1.
El aire comprimido es adecuado para perforar en ellas.
Diferencia entre arenas y limos: Arenas (0,06-2mm)
Partículas visibles.
En general no plásticas.
Los terrones secos tienen una ligera cohesión, pero se reducen a polvo fácilmente entre los dedos.
Fácilmente erosionables por el viento.
Limos (0.02-0.06mm)
Partículas invisibles.
En general, algo plásticos.
Los terrenos secos tienen una cohesión apreciable, pero se pueden reducir a polvo con los dedos.
Casi imposible de drenar mediante bombeo.
Los asientos suelen continuar después de acabada la construcción. TRATAMIENTO DE AGUAS II
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Diferencia entre limos y arcillas: Limos (0.002-0.06)
No suelen tener propiedades coloidales.
A partir de 0,002 mm y a medida que aumenta el tamaño de las partículas, se va haciendo cada vez mayor la proporción de minerales no arcillosos.
Tacto áspero.
Se secan con relativa rapidez y no se pegan a los dedos.
Los terrones secos tienen una cohesión apreciable, pero se pueden reducir a polvo con los dedos.
Arcillas (<0.002)
Suelen tener propiedades coloidales.
Consisten en su mayor parte en minerales arcillosos.
Tacto suave.
Los terrones secos se pueden partir, pero no reducir a polvo con los dedos.
III.
MATERIALES Y EQUIPOS
1. MATERIAL NECESARIO
02 Probeta de 500 cc.
01 juego de tamices.
Tazones adecuados para arenas
2. EQUIPAMIENTO REQUERIDO
01 Vibrador de plancha.
01 Balanza analítica.
01 Microscopio. 01 Micrómetro.
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IV.
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PROCEDIMIENTO
Utilizando el método del cuarteo seleccione una porción de regular tamaño para determinar sus características y tamizado. El método del cuarteo consiste en dividir en cuatro una porción regular de muestra, uniformizarla independientemente y unir dos de las porciones por separado; esta unión formará una de las muestras para procesarla. La otr a porción (de la unión de las otras dos porciones) será otra muestra que servirá para la duplicidad de los resultados.
Se determinará la densidad aparente de la muestra problema midiendo el peso de una porción de volumen conocido de arena; por ejemplo: utilizando una probeta de 50 ml.
Se determinará la porosidad de la muestra problema siguiendo el siguiente procedimiento: o
Verter la arena en una probeta de 50 ml hasta su nivel máximo de 50 ml.
o
Compacte la arena contenida con golpes suaves de la base y con una franela para amortiguar los golpes fuertes, sobre la mesa por 40 veces consecutivas. Mida el volumen que quedó ubre desde la marca de 50 ml.
o
En otra probeta de 50 ml vierta agua hasta el nivel de 50 ml y luego con cuidado se verterá en la probeta que tiene la arena compactada sin disturbar la superficie de arena hasta que el nivel de agua alcance la marca de 50 ml. La cantidad de agua que permanezca en la probeta es equivalente al volumen de arena.
o
Con los datos obtenidos determine la porosidad.
Se tamizará, con ayuda de los alumnos. Esto por espacio de 10 a 15 minutos.
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Pese cada uno de los tamices en donde se retuvo una porción de arena.
Se determinará la forma y tamaño de las partículas de cada malla, observándolas a través del microscopio y midiéndolas con un micrómetro. Realice la gráfica de la granulometría de la arena estudiada en el formato adjunto y de ella
determinará los valores de pío y Peo; es decir, con ellos determinará el tamaño efectivo y el coeficiente de uniformidad.
Relacione y calcule los valores de P1, P2, P3, P4 Y P5
V.
CALCULOS Y RESULTADOS:
Masa Inicial: 500gr. Malla
8 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 50
Abertura (pulg)
Abertura (mm)
0.094 0.079 0.066 0.056 0.047 0.039 0.033 0.028 0.023 0.020 0.017 0.012
2.38 2.00 1.68 1.41 1.19 1.00 0.84 0.71 0.59 0.50 0.42 0.30
Peso
Peso
%Peso
Retenido(g)
Corregido(g)
Retenido
Retenido
Pasa
0.10 1.05 2.26 1.41 7.3 135.78 207.39 115.9 25.2 2.49 0.21 0.008
0.100 1.052 2.264 1.412 7.312 136.004 207.733 116.091 25.242 2.494 0.210 0.008
0.020 0.210 0.453 0.282 1.462 27.201 41.547 23.218 5.048 0.499 0.042 0.002
0.020 0.230 0.683 0.966 2.428 29.629 71.175 94.394 99.442 99.941 99.983 99.984
99.98 99.77 99.317 99.034 97.572 70.371 28.825 5.606 0.558 0.059 0.017 0.02
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%Acumulado
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70 100 140 200 FONDO
0.008 0.006 0.004 0.003 < 0.003
0.21 0.15 0.10 0.07 < 0.07 Error (%)= Error =
0.0101 0.0173 0.0035 0.0043 0.0424 499.176 0.165 0.82440
0.010 0.017 0.004 0.004 0.042 500
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0.002 0.003 0.001 0.001 0.008 100
99.986 99.990 99.991 99.992 100.00
0.01 0.01 0.01 0.01 0.00
La porosidad hallada resulta: 58 %
Cálculo del diámetro o tamaño efectivo y el coeficiente de uniformidad (P10, P60 y Cu) El tamaño efectivo sería igual al valor del porcentaje en 10% y 60%, de los datos de la tabla podemos encontrar este valor tabulando los datos extremos a estos porcentajes.
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Abertura (mm)
% Que pasa por el Tamiz
0.84
28.825
D10
10.0
0.71
5.606
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Abertura (mm)
% Que pasa por el Tamiz
1.0
70.371
D60
60.0
0.84
28.825
Hallando el coeficiente de uniformidad (Cu):
Cálculo de P1, P2, P3, P4 y P5:
=.735 =0.906 ( ) ( ) TRATAMIENTO DE AGUAS II
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VI.
CONCLUSIONES El material tamizado tiene valor de coeficiente de uniformidad (Cu) es 1.233 y el valor del T.E=0.735, es decir las partículas de arena tienen tamaño uniforme, lo que indica que la muestra es apta para ser usada en los procesos de filtros lentos en plantas de tratamiento de agua. Se ha observado que la porosidad obtenida es del 58% entonces se puede decir que el volumen de vacíos entre cada grano de arena es considerable con respecto al volumen de la muestra, que constituye la fase gaseosa y sólida de la muestra.
VII.
OBSERVACIONES
El uso del método del cuarteo es el más recomendable antes de agregar la muestra a los tamices. Se debe tener en cuenta que el tiempo de agitación de los tamices, es el necesario para que las partículas estén ubicadas en el tamiz corr espondiente. Se recomienda limpiar bien las mallas del juego de tamices porque los materiales adheridos pueden aumentar el valor de las siguientes muestras arenas. Es mejor utilizar para la determinación de la porosidad una probeta de mayor capacidad para una mejor lectura de resultados. Se recomienda tener especial cuidado en el transporte de la muestra, debido a que cualquier pérdida del material (ya se mala limpieza de los tamices, o dejar caer parte de la muestra) distorsionará los resultados.
VIII.
RECOMENDACIONES
Al limpiar las distintas mallas procurar hacerlo con un cepillo por la parte inferior, no intentar usar objetos punzocortantes para facilitar el paso de material retenido en las TRATAMIENTO DE AGUAS II
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mallas, ya que, si asi ocurre no solo se estaría perdiendo el tiempo de vida útil de la malla, sino además, se variaría el diámetro promedio de la cuadricula de las mallas.
Procurar no perder la masa de la arena de estudio, evitando las corrientes de aire.
Transportar la arena ya separada de las mallas con sumo c uidado a la balanza electrónica para evitar cometer errores operacionales.
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