Universidad de Santiago de ChileDepartamento 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 teóricoUnidad 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:

FD=CD ∙ A ∙ γ ∙V r2

2∙ g

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,

W=P∀ P=F D∙V rV r=(1−K ) ∙ vv :Velocidad periféricaderotación de las paletas .

v=2∙ π ∙r ∙ n ,nenRPSK ∙ v :Velocidad del aguaen RPS

La Potencia:

P=G2 ∙u ∙ v P=4 ∙ π 3∙Cd ∙ ρ (1−K )3 ∙ n3∑ Ai ∙ ri3

Floculador de tabiques horizontales

Por definición de volumen:

V=Q d ∙t r

V=0 ,1 ∙1800=180m3

Para la velocidad: v=QD

a ∙h→a∙h=

Qd

v

a ∙h=0 ,10 ,2

=0 ,5m2

Suponiendo un ht=1 .5 según las dimensiones de las planchas

V=W ∙ht ∙ L→ peroL=5W

V=5W 2 ∙ ht→W=√ V5 ht

W=4 ,9 5m

El ancho de la sección se aproxima a : a=0 ,5m y b=4 ,5m , para cada tabique se usarán dos paneles.

Se debe calcular el volumen según las dimensiones obtenidas

V=5 ∙52 ∙1 ,5=187 ,5m3

La diferencia de volúmenes es considerable, por lo que se debe buscar una mejor solución, además se debe verificar que h sea menor que ht.

h ∙5∙52=187 ,5→h=1 ,5

v= 0 ,10 ,5 ∙1,5

=0 ,13nocumple conla velocidad

Se debe buscar un h menor: v=0 ,2=0 ,10 ,5∙ h

→h=1

Con estos valores se cumplen los parámetros y se determina L:

V=187 ,5=1∙5 ∙ L→L=37 ,5 38m

V T=38 ∙5 ∙1=190m3

2) Numero de tabiques

Usando el largo del floculador: L=(N+1 ) ∙ a

38=(N+1 ) ∙0,5→N=75

3) Verificación de diseño

J= v2n2

Rh43

Manning

Para determinar este parámetro el radio hidráulico viene dado por:

Rh=a ∙h2 ∙ h+a

→Rh=0,2m

Además se establecen consideraciones como:

n=0,013Para revestimientos de hormigón o asbesto

μ=1,33∙10− 4( kg ∙ sm2 ) Viscosidad del agua para t°=10° C

Entonces J=0,22 ∙0,0132

0,243

→J=0,000058

H f=J ∙L f→H f=0,022

Con Lf=(N+1 )W

H s=K ∙ N ∙v2

2g

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

H s=3 ∙75∙0,22

2∙9,81=0,45

∩t=Hs+Hf=¿0,48

Finalmente para obtener el gradiente de velocidad y así verificar si el diseño es bueno:

G=√Ωt ∙ γμ ∙t r=37,8 40 s−1

Valor que esta dentro del rango aceptable.

Para realizar un mejor control : G ∙tr=37,8 ∙1800=68040

Este valor también se encuentra dentro de los valores aceptables por tanto las dimensiones del floculador son:

h 1 mW 5 ma 0,5 mb 4,5 mL 38 mN 75 tabiquesG 40 s-1

Floculador tipo paleta

Se recomienda el uso de caudales de entrada entre 0,035 m3/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:Q=100 ( ls )=0,1(m3s )

Tiempo de retención: tr=30 (min )Temperatura: t=10 °C

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:

-Ve=Q ∙tr

Ve=0,1 ∙30 ∙60=180 (m 3 )

Al ser un floculador vertical, la base del estanque debe ser cuadrada, L= W.

Dimensiones del estanque:

W = base

Ha= altura de agua = 3

AS=L ∙W=Vh

AS=1802

=90m2

Por recomendación L=W

AS=L2→L=9 ,48m

Esta longitud es muy grande, se debe disminuir.

Para disminuir la longitud se puede dividir la sección en 2 compartimientos:

AS=2 ∙ L ∙W=2 ∙W 2→W=6 ,7m

Aun las dimensiones son excesivas, por lo tanto, se procede a dividir en 4 compartimientos.

AS=4 ∙W2→W=4 ,8m

El volumen a construir es : V=4 ∙2∙4 ,82=184 ,32m2

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%

0 ,15 ∙2 ∙4 ,8=4 ∙ a ∙(3−0 ,6)

a=0 ,2m

Verificación:

4 ∙0 ,2 ∙ (3−0 ,6 )=1,92m2

1,92 →17,3% cumple

2.2) Distancia entre paletas

r1=3 ,872

−0 ,3−0 ,22

=1 ,45m

r1=¿

3) Potencia Teorica

Por definición :

G=√ωμ →ω=G2 ∙ μ

ω= PV

P=G2 ∙ μ ∙V

P=352 ∙1,33 ∙10−4 ∙ (3 ,872 ∙2 )

P=6 ,5 kg .ms

4) Determinación de n

Usando

P=4 ∙ π 3 ∙Cd ∙ ρ ∙(1−k) ∙∑ A ∙ r3

∑ A ∙ r3=2 ∙1∙ a ∙ (r13+r23 )

∑ A ∙ r3=3 ,33m5

Para determinar cd se debe interpolar después de establecer:

Ia=12→cd=1 ,34

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