Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica

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1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

……………………………………………………………………………2 Diseño y fabricación de un floculador………………………………2 floculador………………………………2 ……………………………………………………………………2 Floculadores hidráulicos…………………… hidráulicos………………………………………….…… …………………….……….. …..4 Floculadores de tabiques, de flujo horizontal……………….……7

Floculadores de Alabama ……………………………………..…………..9 Floculación en manto de lodos ………………………………….…….12 Floculadores en medios porosos ………………………….………….13 Algunos de los parametros de diseño de los floculadores en general……………………………………………………….……………..…….16 10. ……………………………………………….17 11. ………………………………………………………….18 12. ………………………………………………………………….18 13. ……………………………………………………………… ..18 14. ……………………………………………………………………..24 15. …………………………………………………………..25 16. ……………………………………………………………25

Diseño De Reactores 1


 El equipo es diseñado para flocular relaves con el fin de

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sedimentar la ganga y recuperar el agua para su posterior utilización. Recuperar agua de buena calidad y sin residuos sólidos. Eliminar las turbulencias de una solución acuosa. Por este medio ayudar con la no contaminación del medio ambiente Puede ser de mucha importancia en el laboratorio

El Estudio se inscribe dentro de la disciplina de Ingeniería Metalúrgica, ya que es esencialmente diseñado para un laboratorio para hacer diferentes análisis ya sea de soluciones químicas, aguas turbulentas, relaves de celdas de flotación, entre otros equipos que generan aguas con solidos y turbulencias. Es por eso que el trabajo en equipo tuvimos una noción de mejorar estos procesos y recuperar un líquido más limpio y sin componentes residuales.

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 Diseño De Reactores 2

Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica la unidad. La energía que produce la agitación del agua puede ser de origen hidráulico o mecánico. En este capítulo trataremos sobre el diseño de unidades de agitación mecanica. La floculación es La operación mediante la cual las partículas ya desestabilizadas entran en contacto efectivo, formando flocs o flóculos que pueden removerse por sedimentación en un tiempo adecuado a una PTAP.

ORTOCINÉTICA TIPOS DE FLOCULACIÓN PERICINÉTICA

En las zonas tropicales, donde las aguas presentan temperaturas por encima de los 20 °C, el tiempo de floculación necesario suele ser más breve. En cambio, en los lugares fríos, donde el agua tiene temperaturas de 10 a 15 °C, generalmente el proceso se optimiza con tiempos largos.


Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica Para que el periodo de retención real de la unidad coincida con el de diseño, debe tener el mayor número posible de compartimientos o divisiones. El paso del mezclador al floculador debe ser instantáneo y deben evitarse los canales y las interconexiones largas.

Cualquier dispositivo en que se utilice la energía hidráulica disipada en el flujo del agua a través de un tanque, canal o canalización, puede utilizarse como floculador hidráulico. Los floculadores hidráulicos más utilizados han sido los de tabiques, de flujo horizontal o vertical. En los primeros, el agua circula con un movimiento de ida y vuelta y en los segundos, la Diseño De Reactores 4

Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica corriente sube y baja sucesivamente contornando los diversos tabiques.

Se pueden utilizar pantallas removibles de concreto prefabricadas, fibra de vidrio, madera, plástico, asbesto cemento u otro material de bajo costo, disponibles en el medio y que no constituya un riesgo de contaminación. De esta manera, se le da mayor flexibilidad a la unidad y se reduce el área construida, disminuyendo por consiguiente el costo de construcción F.H.F.H. La unidad puede tener una profundidad de hasta 1,0 m, dependiendo del material utilizado en las pantallas. Considerar, en el fondo de la unidad, una pendiente igual a la pérdida de carga obtenida en el cálculo, de tal modo que la altura de agua permanezca constante y, por lo tanto, el gradiente de velocidad en todo el tramo también se mantenga así. Al elegir el ancho de la unidad, debe tenerse en cuenta el ancho de la vuelta en el último tramo, de tal modo que las pantallas se crucen por lo menos en un tercio de su longitud.



En este tipo de unidades el flujo sube y baja a través de canales verticales formados por las pantallas. Es una solución ideal para plantas de medianas a grandes, porque debido a la mayor profundidad que requieren estas unidades, ocupan áreas más reducidas que los canales de flujo horizontal. Otra ventaja importante es que el área de la unidad guarda proporción con respecto a los decantadores y filtros, con lo que resultan sistemas más compactos y mejor proporcionados. Cuando se emplean floculadores de flujo horizontal en plantas grandes, el área de los floculadores es mucho mayor que el área de todas las demás unidades juntas.

Las unidades de flujo vertical son una solución 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 área menor que las unidades de flujo horizontal. • Los tabiques pueden ser de fibra de vidrio, prefabricados de

concreto, de madera o de asbesto-cemento. Para evitar la acumulación de lodos en el fondo y facilitar el vaciado del tanque, se dejará una abertura equivalente al 5% del área horizontal de cada compartimiento en la base de cada tabique que llega hasta el fondo.



 El gradiente medio de velocidad debe estar entre 20 s-1 y    

70 s-1 El tiempo de detención debe seleccionarse entre 20 y 40 minutos La velocidad del agua a través del tanque debe estar entre 0.2 m/s y 0.6 m/s. Pendiente del fondo diseñarla con base en las pérdidas de energía totales. El gradiente de velocidad debe ir de mayor a menor.

Separación entre el extremo del tabique y el muro: 1,5 veces la separación entre tabiques.



 Determinar el número de floculadores y el Q de cada

uno.  Determinar el tiempo de retención hidráulica total.  Determinar secciones del floculador, por tiempo de retención hidráulica, las cuales tendrán Gradientes de velocidad diferentes.  Seleccionar la velocidad media del flujo en cada sección.


Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica  Determinar el área transversal entre tabiques en cada     

sección, con base en el Q y la v. Asumir una profundidad y determinar la separación entre tabiques o viceversa. Calcular la distancia recorrida por el flujo en cada sección. Asumir la longitud de los tabiques y el ancho del floculador (ajustar dimensiones). Calcular el número de tabiques por sección (con base en el recorrido y el ancho de la unidad) Determinar la longitud de cada sección (con base en los espacios entre tabiques y el espesor de estos)

Está constituido por compartimentos intercomunicados por la parte inferior a través de curvas de 90° hacia arriba. El flujo es ascendente y descendente en el interior del mismo compartimento y de este modo, aprovecha el fenómeno de floculación ortocinética, lo que lo hace a este tipo de floculador muy eficiente, a pesar de su simplicidad. Este floculador consta de una serie de pasos entre cámaras mediante el uso de codos de gran diámetro. Los gradientes se forman en la entrada del tubo, en el codo y en la boca de salida. El gradiente se modifica mediante la incorporación de platinas.



El agua hace un movimiento ascendente-descendente dentro de cada compartimiento, por lo que es muy importante mantener la velocidad del agua constante, para inducir este comportamiento. La velocidad ascensional será constante mientras el caudal sea constante; por esta razón, estas unidades son muy vulnerables a las variaciones de caudal. Si el caudal de operación baja, el agua ya no hace su recorrido ascensional y solamente pasará por el fondo de la unidad de una boquilla a la otra, lo que generará 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 de paso (accesos, codos, salidas del codo), los cuales están localizados en el fondo de la unidad y distribuidos alternadamente en uno y otro extremo. La relación de la longitud del niple con respecto a su diámetro debe ser de 1 a 5.


Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica Los codos deben colocarse alternados, uno a la derecha y el próximo a la izquierda. Debe dejarse un desagüe conectado a un múltiple para evacuación de lodos. Número de cámaras: Mínimo 8 Velocidad en el codo: 0,2 a 0,4 m/s Gradiente de velocidad: 20-70 (1/s) TRH: 20-40 min

Seleccionar las platinas necesarias para variar los gradientes de velocidad en cualquier cámara  Diseñar el dispositivo de entrada y salida del flujo.


Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica  Diseñar el sistema de evacuación de aguas de lavado.

El lodo recién coagulado tiene la propiedad de precipitar partículas en suspensión. Este principio dio origen a los decantadores de flujo vertical con manto de lodos, también denominados clarificadores de contacto o simplemente, clarificador seguido de un nombre o marca de una serie de equipamientos patentados (Circulator, Pulsator, Permujet, Accelerator, etc.) El principio básico es el mismo para todos. Normalmente estas unidades reúnen en un único tanque la floculación y la decantación en flujo vertical. La sedimentación se da en el sentido contrario al flujo del agua, causando aglutinación de flóculos por contacto entre ellos. Con el aporte de nuevas partículas traídas por el agua cruda y del coagulante aplicado para desestabilizarlas, el manto tiende a expandirse vertiendo hacia el concentrador, desde donde es drenado periódicamente a través de una válvula accionada manualmente o por temporizador, a fin de mantener la concentración óptima del manto de lodos y su estabilidad.

El floculador en medio poroso, tuvo sus primeras aplicaciones en la India y en el Brasil, en la década del 70 y recientemente fue perfeccionado en Francia y en los Estados Unidos. La floculación en medio poroso o por contacto consiste en pasar el agua, luego de haber recibido el coagulante, a través de un medio granular contenido en un tanque, generalmente de flujo ascendente o descendente.


Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica En esta unidad el agua flocula al pasar a través de los espacios o poros de un material granulado, los cuales desempeñan la función de pequeños compartimientos.

Es una unidad hidráulica con un número casi infinito de cámaras o compartimientos, lo cual explica su gran eficiencia, de acuerdo con la teoría de Harris y Kaufman  Como material granular, pueden utilizarse piedras, bolitas

de plástico, residuos de las fábricas de plástico, segmentos de tubos o cualquier otro tipo de material similar no putrescible ni contaminante.  Se recomienda diseñar esta unidad con flujo ascendente y forma tronco-cónica, a fin de escalonar los gradientes de velocidad, manteniendo el tamaño del material constante para facilitar la limpieza.  El tiempo de retención total es de apenas 5 a 10 min (efecto del infinito número de compartimientos de la unidad).  La información disponible sobre floculadores de piedras solo permite diseñar unidades para caudales de hasta 10 a 15 L/s.

 Falta de flexibilidad para responder a cambios en la calidad

del agua.  La hidráulica y los parámetros de floculación – tiempo de floculación y gradientes de velocidad – son función del caudal y no se regulan independientemente o son de difícil ajuste.  La pérdida de carga puede ser significativa. Diseño De Reactores 13

Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica  La mezcla se genera por una transformación de energía

eléctrica a energía mecánica.  La energía mecánica es generada por un motor, que la transfiere mediante un eje a unos brazos agitadores que imparten movimiento rotatorio y turbulencia al fluido.  La configuración del eje puede ser vertical u horizontal.  La adaptabilidad del sistema depende en que la velocidad sea ajustable.

Ventajas  En el sistema es mucho más fácil ajustar los gradientes de

velocidad que en los floculadores hidráulicos.  Requiere mucha menos área superfiical.  No genera muchas pérdidas de energía hidráulica.

Desventajas   

Requiere fluido eléctrico continuo Es un sistema más costoso Requiere un mantenimiento con personal más capacitado

Floculadores mecánicos. Criterios de diseño.     

TRH: 20-40 min G: 15-75 (1/s) Velocidad en el extremo de paleta: <=3 m/s (alta energía) o 0,3-0,75 m/s (baja energía) Gradiente de Velocidad en el paso entre cámaras: > 20 (1/s) Separación de paletas a paredes y fondo del tanque: 1530 cm


Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica    

Mínimo: 2 floculadores Mínimo: 2 cámaras/floculador para niveles de complejidad bajo y medio. Mínimo: 4 cámaras/floculador para niveles de complejidad medio alto y alto. Área de las paletas de dos brazos contiguos: 10-25% del área transversal, para prevenir rotación del agua.

Velocidad tangencial: = /

 El gradiente de velocidad debe variar en forma

uniformemente decreciente, desde que la masa de agua ingresa a la unidad hasta que sale  El tiempo de retención 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 floculación necesario suele ser más breve, alrededor de 15 minutos. En cambio, en los lugares fríos, donde el Diseño De Reactores 15


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agua tiene temperaturas de 10 a 15°C, generalmente el proceso se optimiza con tiempos de retención iguales o superiores a 20 minutos. Para que el periodo de retención real de la unidad coincida con el de diseño, ella debe tener el mayor número posible de compartimientos o divisiones. El paso del mezclador al floculador debe ser instantáneo y deben evitarse los canales y las interconexiones largas. El tiempo de retención y el gradiente de velocidad varían con la calidad del agua. Por lo tanto, estos parámetros deben seleccionarse simulando el proceso en el laboratorio con una muestra del agua que se va a tratar. En este caso el floculador tendrá 4 mezcladores que deben girar a una velocidad sumamente igual en (RPM). Deben tener un medidor de velocidades; mínimamente deben contar con 6 velocidades ( de 100 hasta 600 RPM).

 5 Engranajes hechas a base de material polimérico (          

engranaje de fotocopiadoras). Plancha de acero inox. Perfiles de acero para la construcción de la estructura del equipo Máquina de soldar Electrodos ( facilito) Soldadura oxiacetilénica Cojinetes para cada engranaje. 4 Columnas de acero inoxidable que servirán como floculadores. Un juego de llaves. Torno Alicate, arco de cierre, regla de acero inox, etc. Diseño De Reactores 16

Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica  Motor de licuadora (OSTER 6 velocidades).  Entre otros equipos que sirvió de mucha ayuda para que el

equipo salga en perfectas condiciones.

 Primeramente el grupo entro en un dialogo sobre el diseño y los parámetros que va ha tener el equipo; entonces lo primero que se hizo es muchas ideas y se entró a una conclusión de que el sistema del floculador va funcionar con un sistema de 5 engranajes; de todas ellas 1 será la matriz o madre y las 4 restantes giraran a su alrededor; todas aquellas 4 serán traccionadas por el engranaje del centro o matriz. Esta matriz estará traccionado mediante un motor ( se optó por un motor de licuadora marca OSTER) luego se haría el plano en dibujo técnico a mano alzada; y posteriormente hacerlo el diseño en AUTOCAD.

 Se fue a la ciudad de Juliaca a comprar los diversos equipos y materiales ya mencionados.

 Seguidamente se hizo el sistema de engranajes con la guía del plano. Este sistema se hizo con diversas dificultades, pero finalmente de varios intentos fallidos salio algo mejor.

 Se conectó las columnas que servirán como floculadores y que tendrán una velocidad de giro igual ( al final de la columna tendrá cada una paletas para flocular el agua o cualquier otro liquido)  Todo el proceso mencionado ya anteriormente se hizo con diversas maquinas como tornos, equipos de soldadura, tornillos de banco, taladros, entre otros.  Por ultimo se hizo la estructura metalica.


Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica  Finalmente se hizo el montaje del sistema de engranajes

y su motor a la estructura metalica.

DATOS: engranaje matriz:81 dientes 4 engranajes: 71 dientes Rpm del motor: dato 150 RPM Formula: NA x DA = NB x DB

150 

=

°  =

81 71

15071 81

N°PM =131.48 RPMR Eso quiere decir que los pequeñas engranajes van ha dar en un minuto quivalente a 141 revoluciones por minuto. Mediante este método se puede calcular para cada velocidad del motor de la licuadora ya que consta de 12 velocidades.


Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica marca oster de 12 velocidades •450 watts de potencia trituradora de hielo para preparar

bebidas heladas de consistencia suave •Mecanismo para limpiar el vaso fácilmente y reducir el

tiempo entre cada uso •Consumo de energía (Wh/Dia): 15.66 •Consumo de energía en espera (Wh/Dia): 0.134

Altura:90 cm Ancho:50 cm Largo:32 cm

Diámetro: 8 cm engranaje madre y 7 cm los 4 restantes Radio:4 cm y 3.5 cm


Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica engranaje madre:81 dientes 4 engranaje: 71 dientes

Diámetro:1.5 cm Longitud:30 cm

Ancho:3 cm Largo:5 cm









Motor Engranaje matriz 4 engranajes 4 Columnas de acero inox Plancha de acero inox 5 cojinetes taladro Juego de llaves Juego de escuadras Electrodos (facilito) Costo de la torneria Regla de acero Plano (ploteo)

Base de la estructura

se gastó aproximadamente 570 soles


Universidad Nacional Del Altiplano Ingeniería Metalúrgica el equipo estará valorizado en 900.00 soles en caso si habría mercado de estos

 Una vez concluida el diseño y la construcción del equipo    

se hizo una pintura El equipo opera en perfectas condiciones. El montaje del motor y otros componentes se hicieron satisfactoriamente El floculador será de mucha importancia esencialmente para laboratorio de flotación de minerales. Puede ser también usado para flocular aguas residuales, aguas contaminadas, en la agronomía, en la hidrología, petrología, entre otras ciencias.

 AUSTRALIAN GOVERNMENT 2007 Tailings management.

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Primera edición. Australia: Australian Government,Departament of Industry, Tourism and resources. HUGHES, M.A. 2000 Coagulation and floculation. En SVAROVSKY, Ladislav. Solid liquid separation. Cuarta edición. Estados Unidos de América: Butterworth- Heinemann. pp. 178-187. Scribd. Floculación Scribd: diseño de plantas con tecnología apropiada. Tesis: Juan Alberto Cabrejos Salinas UNI 2011 Libro de RM ( rubiños 2014)


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