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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL
"EVALUACIÓN HIDRODINÁMICA DE UNIDADES DE
TRATAMIENTO DE AGUA, UTILIZANDO
RADIOTRAZADORES"
INFORME DE SUFICIENCIA
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO QUÍMICO
POR LA MODALIDAD DE ACTUALIZACIÓN DE CONOCIMIENTOS
PRESENTADO POR:
LICARIÓN JEREMÍAS RODRÍGUEZ COSME
LIMA- PERÚ
2006
RESUMEN
El presente informe de suficiencia denominado "EVALUACIÓN
HIDRODINÁMICA ·DE UNIDADES DE TRATAMIENTO DE AGUA,
UTILIZANDO RADIOTRAZADORES", es una descripción de de los trabajos de
evaluación realizados en las unidades de tratamiento de la· Planta Nº 1 de La
Atarjea, entre los meses de Septiembre y Noviembre del año de 1998.
En la primera parte del informe se hace una descripción detallada de las
unidades de tratamiento de agua, identificación del problema y recopilación de
datos. Luego se resalta la aplicación de los radiotrazadores para determinar las
características hidráulicas en dichas unidades, tales como tipos de flujo, espacios
muertos y cortocircuitos.
En la etapa de evaluación se han determinado mediante pruebas de campo los
parámetros requeridos con las que opera la planta, para su posterior análisis. La
técnica consiste en inyectar a la entrada del sistema un trazador que no modifica la
descarga del fluido principal pero que puede ser detectado a la salida gracias a una
propiedad físico - química particular (radioactividad); se obtiene así una señal de
estímulo - respuesta de cada unidad en función del tiempo.
La evaluación hidrodinámica del sistema se realizó mediante la interpretación
de dicha señal, empleando para ello un moderno Sistema de Adquisición de Datos
marca Damri, incorporado el software Latin36, estos datos obtenidos son tratados
mediante los modelos del "Metódo del Trazador" y como modelo matemático
analítico el "Método de Wolf Resnick", que nos permiten la determinación
cualitativa y cuantitativa de las características hidráulicas de cada unidad de
tratamiento como tiempo de residencia, modelos de flujo (mezcla completa y flujo
pistón) y anomalías hidráulicas (zona muerta, corto circuito y recirculación).
Se observó· desde el punto de vista hidráulico que un número apreciable de
unidades evaluadas no trabaja con la eficiencia para lo cual fue diseñado, para lo
cual recomendamos que deben analizarse conjuntamente con los estudios del
comportamiento químico del proceso ( coagulación y floculación) para mejorar el
proceso de tratamiento del agua.
3
INDICE
RESUMEN ..... .-..................................................................... 2
l. INTRODUCCIÓN .................................................................. 6
II. DESARROLLO DE LOS CONCEPTOS Y TÉCNICAS .
2.1 Elementos de Radiactividad
2.1.1 Radiactividad .............................................................. 7
2.1.2 Ley del decaimiento exponencial ....................................... 9
2.1.3 Periodo de semidesintegración (T o t v2) ............................. 1 O
2.1.4 Vida media de un nucleido ............................................. 12
2.1.5 Actividad ................................................................... 12
2.1.6 Medición de la actividad - eficiencia ................................. 13
2.2 Descripción de la Planta de Tratamiento
2.2.1 Plantas de tratamiento de las aguas del río Rimac .................. 15
2.2.2 Desarenadores ............................................................ 17
2.2.3 Embalses reguladores ................................................... 18
2.2.4 Unidades de tratamiento convencional - Planta Nº 1 ............... 19
2.2.5 Decantación .............................................................. 20
2.2.6 Filtración .............................................. : .................. 21
2.2. 7 Cloración ................................................................. 21
2.2.8 Depósitos de regulación ................................................ 21
III. IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
3.1 Objetivos ........................................................................ 22
3 .2 Descripción del problema .................................................... 22
3.3 Distribución de las unidades de tratamiento ................................ 23
3 .4 Diagrama de bloques de la planta de tratamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.5 Caracterización hidráulica ................................................... 27
3.6 Datos .......................................................................... ... 27
3.7 Equipo y material utilizado ................................................... 30
4
IV. EVALUACIÓN HIDRODINÁMICA
4.1 Tecnología de Trazadores
4.1.1 Trazad0res ................................................................ 31
4 .1.2 Características de un trazador .......................................... 31
4.1.3 Tipos de trazadores ................................. : ................... 32
4.1.4 Selección del trazador radiactivo ..................................... 34
4.1.5 Ventajas y desventaj�s del empleo de radiotrazadores ............. 34
4.1.6 Obtención de trazadores radiactivos .............................. ... 36
4.1. 7 Características del radiotrazador Yodo 131 (I - 131) .............. 3 7
4.1.8 Aplicaciones de los radiotrazadores .................................. 38
4.2 Análisis de flujos y factores que afectan al tiempo de retención en
plantas de tratamiento de agua
4.2.1 influencias del tiempo de retención ................................. . .40
4.2.2 Uso. de trazadores para determinar el tiempo retención y
características hidráulicas de un reactor .............................. 41
4.2.3 Tipo de inyección del trazadór ........................................ 43
4.2.4 Modelos de flujo ......................................................... 45
4.2.5 Análisis de las características de un reactor ........................... 48
4.2.6 Características descriptivas del proceso de desplazamiento de un
fluido dentro de un sistema ............................................ 48
4.2.7 Modelo matemático simplificado de la teoría de Wolf-Resnick
empleado para la evaluación ........................................... 51
V. SALUD Y SEGURIDAD
5 .1 Protección radiológica
5 .1.1 Exposición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5 .1.2 Dosis equivalente ........................................................ 54
5.1.3 Tasa de dosis equivalente ............................................... 54
5.1.4 Clasificación de los riesgos radiactivos .............................. 55
5.1.5 Principios básicos para la protección contra irradiación extema ... 56
5.1.6 Limites de exposición ................................................... 58
5
VI. EVALUACIÓN Y RESULTADOS
6.1 Metodología de la evaluación
6.1.1 Calibración del detector o sonda con el radiotrazador 1-131 ...... 59
6.1.2 Cálculo de actividad del radiotrazador I - 131 a inyectar en el
floculador Nº 1 de la planta 1 ..................... : .................... 60
6.1.3 Tipo de inyección y adquisición de datos ............................ 63
6.1.4 Manejo de los. datos obtenidos con el equipo multisonda marca
Damri. ................. ..................................................... 63
6.1.5 Determinación de las características hidráulicas del floculador Nº l
por el método de Wolf- Resnick ...................................... 65
6.1.6 Gráfica de la curva 1 - F(t) para el análisis por el método de Wolf
- Resnick ................................................................. 68
6.1. 7 Cálculo de la dosis equivalente durante el desarrollo de la
evaluación ................................................................. 70
6.2 Resultados ...................................................................... 70
VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................. 74
7 .1 Respecto de las características hidráulicas de las unidades de
tratamiento ......................................................................... 7 4
7.2 Respecto a la seguridad radiológica .......................................... 79
VIII. BIBLIOGRAFÍA.................................................................. 80
IX. APÉNDICE ......................................................................... 81
Apéndice A: Trazadores radiactivos más utilizados y su campo de aplicación.
Apéndice B: Graficas de curvas de respuesta obtenidas mediante el eqmpo
multisonda correspondiente a las unidades de la planta Nº 1.
Apéndice C: Fotografías tomadas durante la evaluación.
l. INTRODUCCIÓN
Muchas plantas de tratamiento de agua no tienen la eficiencia esperada por
deficiencias hidráulicas que ocasionan diferentes distribuciones de flujo y afectan
los períodos de retención del agua en los reactoi;es. Al respecto, los métodos con
trazadores son una valiosa herramienta que permite conocer el tipo de flujo que
existe en el interior de un equipo, a través de una interpretación adecuada de los
resultados obtenidos en una prueba con trazadores.
El presente informe muestra la utilización de la técnica de radiotrazadores para
definir los tiempos reales de retención y sus principales características como tipos
de flujo, espacios muertos y cortocircuitos en unidades de tratamiento tales como
desarenadores, sedimentadotes, floculadores y decantadores. Además, esta técnica
también es aplicable en modelos de reactores en etapa de diseño para conocer su
comportamiento hidráulico y deficiencias en etapa previa a su construcción, lo
cual es de enorme utilidad práctica.
Si bien la evaluación se realizó en el año de 1998, pero los problemas persisten en
el presente, lo cual se refleja por las actuales condiciones de demanda de agua de
la población. Las causas son diversas, pero una de ellas corresponde desde el
punto de vista hidráulico a las deficiencias de las unidades de tratamiento, motivo
del presente informe.
El objetivo del presente informe es de ayudar a mejorar el proceso de tratamiento
del agua para obtener los resultados deseados, tales como mejor calidad del agua,
menor costo de tratamiento y mejorar la eficiencia de las unidades de tratamiento
para cumplir con el suministro de agua a la zona metropolitana de Lima.
Por lo tanto, es necesario hacer un análisis en conjunto tanto de procesos químicos
como las características hidráulicas de las diferentes Unidades de Tratamiento de
la Planta de La Atarjea.
11. DESARROLLO DE LOS CONCEPTOS Y TÉNICAS
2.1 ELEMENTOS DE RADIACTIVIDAD
2.1.1 RADIACTIVIDAD
En la naturaleza hay ciertos elementos inestables en el sentido que pueden emitir
espontáneamente partículas o radiación modificando la naturaleza o el estado de
los núcleos de sus átomos. Este proceso de emisión se llama desintegración
radiactiva y el fenómeno radiactividad.
La desintegración radiactiva responde a las leyes estadísticas y sus propiedades
son independientes de cualquier influencia del entorno tales como presión,
temperatura, campos eléctricos o magnéticos y reacciones químicas. Para precisar
más, es una propiedad característica de cada nucleido en particular. Se suele
denominar nucleido o núclido, al núcleo estudiado en estos tratamientos sin hacer
referencia al átomo del que forma parte.
Considerando una muestra formada por átomos de un elemento radiactivo, en
instantes de tiempo estadísticamente al azar se producirán desintegraciones
radiactivas.
Esto ocurrirá con una probabilidad, que es propia del nucleido considerado. Se
define entonces una constante de desintegración, que es la probabilidad de que
un núcleo se desintegre en la unidad de tiempo. Se la denota con la letra A y su
unidad es una inversa del tiempo, por ejemplo: segundo-1, minutó-1
, año-1.
Los trabajos de Becquerel, Pierre y María Curie y Rutherford entre 1896 y 1907,
demostraron no sólo la existencia de la transformación espontánea llamada
desintegración, sino también que había radiaciones que tenían distinto poder de
penetración.
A las radiaciones menos penetrantes, que son absorbidas por una hoja de papel o
una delgada lámina metálica, se las denominaron Rayos a y a otras más
penetrantes, Rayos J3. Se comprobó que estos rayos, que podían ser desviados por
un campo magnético, son de naturaleza corpuscular. Más tarde se reconoció que
las partículas a son núcleos de helio y que las partículas J3 son electrones. Otro
tipo de radiación a la que se denominó Rayos y que no se desvía en presencia de
un campo magnético fue identificada con la emisión de radiación
8
electromagnética o fotones. También se detectaron partículas con propiedades
idénticas a las· J3 pero cuya desviación en un campo magnético indicaba que tenían
carga positiva. A éstas se las llamó '3 + , y a las anteriores, para diferenciarlas, 13- .
En la tabla 2.1 se muestran algunas propiedades generales de los tipos de
radiación emitida por núcleos radiactivos y en la figura 2.1 un esquema
representativo de la penetración de la radiación.
Radiación
a,
y
Tabla 2.1 - Naturaleza y penetración de la radiación
Naturaleza Carga Penetración en Penetración en
aire sólidos
núcleo de helio (2 protones y 2 +2e � centímetros � micrómetros
neutrones)
electrón -le � metros � milímetros
radiación o � 100 metros
� centímetros/ electromagnética metros
Fuente a. a Fuente J3 a Fuente y a
Papel
; .. .� . ::
1 Detector
Fuente a,
Fuente J3
Fuente y
Fuente a,
Fuente J3
Fuente y
a
a.
íl
. :� 5 mm de Aluminio
,)
1 Detector .
ªª J D 10 mm de Plomo
:¡,., Detector
[] .............................. '
Figura 2.1 - Penetración de la radiación
9
Interesa la penetración de la radiación en la materia fundamentalmente por dos
motivos, primero, porque cuando la radiación es frenada se produce una
conversión de la energía de la radiación en energía térmica y, segundo, porque la
radiación es dañina para los sistemas biológicos y es necesario conocer cómo
protegerlos de las fuentes de radiación.
En principio, la ley de decaimiento o desintegración radiactiva es independiente
del tipo ( a, P, o y) de radiación que se trate. Por ello, veremos las leyes de la
desintegración radiactiva de manera general.
2.1.2 Ley del decaimiento exponencial
Se considera . una muestra de material radiactivo tal que en el instante t=to
contiene No = N (to) núcleos.
En el transcurso de un intervalo de tiempo .ót a partir de to, se producirán algunas
desintegraciones radiactivas, de modo que en el instante t = fo + lit ya no se
tienen No núcleos de la sustancia original sino un número menor N(t). La
diferencia M entre N (to) y N(t) corresponde al número de núcleos que se han
desintegrado. Como esa diferencia es un número negativo, entonces (- 11N) es el
número de desintegraciones ocurridas en el lapso lit .
t = to
N(to) = No
• o o.
o • oo o
• o •
t =to+ Lit N(t) < No
Figura 2.2 - Decaimiento radiactivo
Se calcula a continuación la probabilidad de desintegración en el intervalo lit a
partir de t = t0• Por una parte, si "A es la probabilidad de desintegración en la
unidad de tiempo, la probabilidad de desintegración en lit es:
"A • lit ................................. (2.1)
10
Por otro lado se puede expresar la probabilidad de desintegración en !).f como:
· Número de casos favorables -�N-----------=
Número de casos posibles No ................ (2.2)
Donde el numerador (- m) es el número de desintegraciones efectivamente
producidas en !).f y el denominador es No porque cualquiera ·de los No núcleos
presentes al tiempo to pudo haberse desintegrado.
Igualando las expresiones (2.1) y (2.2):
/4. /).(=- óN Nº
Si tomamos un intervalo de tiempo infinitesimal a partir de un instante cualquiera,
la expresión anterior se expresa:
dN A,. dt=--
Integrando en ambos miembros y operando se obtiene la ley general de la
desintegración radiactiva: . -
-AJ N(t)==-N0
e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.3)
Esta expresión permite calcular el número de núcleos de una sustancia activa
presentes al tiempo t, conociendo cuántos había en el instante t0• La constante "A es
una propiedad de cada especie de nucleido que lo identifica -inequívocamen�e,
independiente de cualquier factor exterior. En consecuencia, si se conoce una
sustancia es posible identificar su A y si se mide el A de una sustancia incógnita se
puede revelar su naturaleza.
2.1.3 PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN (T o t112)
Llamada indistintamente semiperíodo de desintegración, período
semidesintegración, o simplemente período, es la definición de otra magnitud
asociada a la velocidad con que una sustancia radiactiva se desintegra.
El periodo T es el tiempo que debe transcurrir para que el número de núcleos de
una sustancia radiactiva en una muestra se reduzca a la mitad de su valor inicial,
es decir:
11
N(T)= No2
Si se reemplaza en la ley general de la desintegración t = T, se hallará la relación
entre T y 11.:
N(T)=N0
e-JT =>
Operando:
1 -JT-=e => -ln2=-2T
T= ln 2 = 0,693
/4 /4
La unidad del período es de tiempo y su valor puede variar desde el orden de los
10-10 segundos hasta los 1023 segundos. En la Tabla 2.2 se presentan algunos
valores indicativos.
Tabla 2.2 - Valores indicativos del periodo de semidesintegración.
Nucleido
Radiactivo
238u92
86Ra26
13 1¡53
33As76
218p084
218 At85
214p084
Período Constante de
T Desintegración A
4,5 . 109 años 4,9. 10-18 s...:_1
1620 años 1,3 . 10-ll S
-I
8,04 días 10. 10-7 s-1
26, 5 horas 7,3 . 10-6 s-1
3,05 minutos 3,78. 10-3 s-1
3,05 minutos 0,4 seg-1
1,64 . 10---4 segundos · 4,23. 10-3 s-1
12
2.1.4 Vida media de un nucleidoSi se calcula un promedio del tiempo que los núcleos tardan hasta desintegrarse apartir de un instante to = O en una muestra radiactiva, se obtiene una magnitudllamada vida media, que se denota con la letra,:. Esta equivale a la inversa de laconstante de desintegración.
t=-
2.1.5 ACTIVIDADSe había señalado que (-M) es el número de núcleos que se desintegran en eltiempo �t. Entonces (- ��) es el número de núcleos que se desintegran en la
unidad de tiempo. Esta magrtitud que puede entenderse como una velocidad dedesintegración, se llama actividad, y se la denota con la letra A, .
Se deduce de la (2.3) que
dN A=_:--... --
dt
dN -Al -=N
0 e (-J)=-JN
dt .··
Entonces la actividad también se puede expresar como:A=ÁN
Como N es función del tiempo, también lo será A:
Definiendo 'A No = Ao como la actividad al instante inicial to, se obtiene:A(t) == A
0 e-:it ................ (2.4)
Se observa que la actividad sigue una ley exponencial idéntica formalmente a la(2.3). La actividad se puede presentar medida en unidades inversas del tiempo,por ejemplo como "desintegraciones/segundo".
13
La Comisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación (ICRU), en su
Informe Nº 33, recomienda el uso del Becquerel (Bq) como unidad de actividad.
Se define el Becquerel como una desintegración por segundo:
1 Bq = 1 s-1
Dado que 1 bq es una cantidad muy pequeña de actividad es muy frecuente el uso
de los múltiplos del mismo, por ejemplo, MBq, GBq, etc.
Durante mucho tiempo se utilizó otra unidad de actividad llamada Curio o Curie.
El Curie, cuya abreviación es Ci, es una unidad de radiactividad definida como la
cantidad de cualquier nucleido radiactivo que produce 3, 7 1O 10 desintegraciones
por segundo. Se puede escribir entonces:
1 Ci = 3, 7 . 1010 Bq
2.1.6 Medición de la actividad - Eficiencia
Existen instrumentos, detectores de la radiación, que se usan para medir la
actividad de fuentes radiactivas.
\ / -; o= .. ====:::::�: edl DETECTOR
MUESTRA
Figura 2.3 - Medición de actividad
Hay un sinnúmero de factores, entre ellos el geométrico, por los que sólo una
fracción de las partículas o fotones que emite una fuente radiactiva alcanzan el
detector del instrumento de medición. Por lo tanto lo que se mide, Am(actividad
14
medida), es un valor que se relaciona con la actividad absoluta A de la fuente de la siguiente manera:
A =CA m
El factor C se denomina factor de eficiencia y es siempre menor que la unidad. Habitualmente se �o expresa de modo porcentual y se lo denomina simplemente eficiencia:
Eficiencia= Am 100 = C 100 A
Por lo tanto cuando se efectúa una medición con un determinado instrumento y en condiciones particulares de trabajo, se dice que se mide la actividad de una fuente
radiactiva con una eficiencia del "tanto" por ciento.
Las actividades absolutas se expresan en Bq ( desintegraciones/unidad de tiempo). Las actividades medidas se expresan habitualmente en cuentas/unidad de tiempo ( comúnmente cuentas por minuto) y el factor C queda expresado en cuentas/ desintegraciones.
En el presente informe las actividades medidas se expresan en cuentas por segundo (cps), porque así esta programado el equipo Multiso�da marca Damri con el software Latin 36.
Hay otra consideración a destacar en relación a la medición de actividad. Cuando se coloca un detector frente a una fuente radiactiva es imposible evitar el ingreso de la radiación proveniente de otras fuentes, naturales o artificiales, denominada radiación de fondo. Esta radiación, no deseada a los fines de medición, puede desminuirse tomando los recaudos pertinentes pero en ningún caso puede anularse por completo. No obstante el fondo de radiación puede medirse en ausencia de la fuente bajo medición y, al medir la actividad de ésta, se lo resta para obtener la actividad propia de la fuente.
15
2.2 DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
2.2.1 PLANTAS DE TRATAMIENTO DE LAS AGUAS DEL RIO RIMAC
Hasta las primeras décadas del siglo anterior, la ciudad de Lima se abastecía con
las aguas subterráneas, localizadas en lo que hoy se denomina "La Atarjea". Esta
zona se encuentra ubicada a orillas del río Rímac, a 6 Km de la Plaza de Armas de
Lima y al pie de los cerros Santa Rosa y Quiroz, en un terreno de 120 has.
Con el transcurrir del tiempo, este . tipo de aprovechamiento de las aguas ha
resultado insuficiente, haciéndose necesario la utilización de las aguas
superficiales del río Rímac, construyéndose para ello las primeras instalaciones de
tratamiento de agua superficial. Estas instalaciones han sufrido transformaciones y
ampliaciones hasta convertirse en Plantas de Tratamiento más grandes del país.
El abastecimiento de la Planta de la Atarjea se hace todo por gravedad con aguas
del río Rímac. Este río se caracteriza por sus crecidas violentas, con alto ·grado de
sedimentos en suspensión durante el verano y poco volumen, con baja turbiedad,
durante las otras estaciones del año.
En la figura 2.4 se muestra la Planta de· Traiamiento de La Atarjea en donde los
números dentro del recuadro reprendan cada proceso de tratamiento.
El río Rímac
EL río Rímac es un "torrente de montaña", que nace en las cumbres de los Andes
y que en un corto recorrido de 125 km, desciende cerca de 5000 m.
En el período de lluvia desde las empinadas laderas de la cordillera, se producen
deslizamientos de tierra o "huaycos" que se precipitan al río. Por este motivo, el
tratamiento está dirigido a la remoción de la materia sólida en suspensión, y
paralelamente a la eliminación de la carga bacteria!.
La captación
La captación de las aguas, se realiza en el río Rímac, donde se toma el caudal
necesario para su tratamiento, por medio de una represa.
Más agua para vívír mejor
&
Figura 2.4 Diagrama de la Planta de Tratamiento de Aguas de La Atarjea: (1) Represamiento del rio Rimac-Captación; (2) Dosificación de polímeros; (3) Desarenadores; ( 4) Precloración; (5) Embalse regulador; (6) Dosificación de coagulantes en plantas; (7) Decantación; (8) Filtración; (9) Planta de recirculación de agua de lavado de filtros; (1 O) Cloración; (11) Reservorios de almacenamiento.
17
Existen dos (2) bocatomas, ubicadas en las márgenes izquierda y derecha del río,
inmediatamente aguas arriba de las compuertas de sector, las tomas están
equipadas con rejillas. para la separación del material flotante y de arrastre
(troncos, cañas, piedras, etc.).
La capacidad de captación es de 15 y 20 m3 /s, respectivamente, para la margen
izquierda y derecha.
El caudal máximo de captación es de 20 m3/s, correspondiendo 15 m3/s en la
bocatoma construida entre los años 1965-1967 sobre el río Rímac y 5 m3/s en la
antigua bocatoma sobre el río Surco ( derivación del Rímac ). Este volumen de
captación es afectado seriamente por el atascamiento de las rejillas, debido a
vegetación flotante que arrastra el río.
Dosificación de polímeros: Cuando la turbiedad es alta en periodos de "huaycos"
se agrega el polímero para aglomerar las partículas en suspensión, que permiten la
sedimentación en los Desarenadores y Estanque Regulador originándose una
remoción significativa de turbiedad.
2.2.2 DESARENADORES
El agua captada en la margen izquierda, es conducida por una tubería de 2,40 m
de diámetro y 700 m de longitud entre la bocatoma y desarenadores.
En la derecha, el agua captada pasa bajo el cauce del río por un sifón invertido,
siendo conducido a los desarenadores por una tubería de 3,0 m de diámetro y 430
m de longitud.
En los extremos finales de los conductos hacia cada una de las baterías de
Desarenadores, existe una sección que desacelera a la corriente y un canal
distribuidor para repartir el agua entre las doce unidades de desarenación que
cuenta cada batería anterior al estanque Nº 1 y 2.
En estas unidades se produce la separación natural de la arena por acción de la
gravedad y la disminución de la velocidad del agua, a lo largo de los 3 5 m de
longitud.
18
Los desarenadores retienen arena de 0,03 mm a 0,08 mm de diámetro. La arena o
limo que no fueran retenidos en estas unidades, quedan en el estanque regulador o
en los tanques de sedimentación, según las alternativas de operación que se
adopten.
En períodos de alta turbiedad, se aplican polímeros que ayudan a precipitar las
pai1ículas (arcillas, limos, etc.).
Son veinticuatro (24) pozas, repartidas en dos (2) baterías de doce (12) unidades.
que reciben el agua captada en cantidades iguales, donde se retiene la arena.
. DOSIFICACIÓN .¡'" POLIMEROS
Agua sernitratada
Figura 2.5 - Diagrama del Proceso de desarenación
PRECLORACION
Antes que ingresa el agua al Estanque Regulador se aplica cloro en cantidad
suficiente, tiempo de contacto, temperatura y volumen a tratar para los proceso
de desinfección, oxidación y control de olores, lográndose reducir la
contaminación bacteriana.
2.2.3 EMBALSES REGULADORES
Son dos (2) unidades que tienen la función de almacenar agua para asegurar la
continuidad de la producción de las Plantas durante 15 horas, sin que se capte
agua del río.
Los embalses reguladores de la captación, cumplen dos funciones principales: En
los meses de lluvia, cuando el agua viene excesivamente turbia por los --huaycos ...
permite inte1Tumpir la captación, proporcionando a las plantas, agua más clara y
menos contaminada.
19
.'
En los meses de sequía, permite uniformizar la producción de las plantas, a pesar
de la escasez de agua en el río.
Además, permite mantener el flujo regular de la planta, por su periodo de
retención de más de 1 O horas, tienen la función de sedimentar el agua y sirve
como cámara de contacto entre el cloro y el agua.
Existen dos unidades, la más antigua y pegada al cerro, de 500000 m3 de
capacidad, cuya longitud mayor es de 500 m y su profundidad máxima de 8,5 m.
La otra unidad tiene una capacidad total de 1200000 m3 con una longitud máxima
de 555 m y una profundidad máxima de 9,5 m. Tienen en conjunto, un área
superficial de 270000 m2 y una capacidad total de almacenamiento de 1 700000
m3 .
Anualmente, del estanque regulador de 500000 m3 de capacidad, se elimina en
periodos de limpieza entre 40 a 100 mil m3 de lodos en sólo 20 a 25 días, lo que
representa enorme economía para la planta. Este estanque regulador tiene un
periodo de retención de 14 horas para el caudal de tratamiento de 8 m3 /s.
2.2.4 UNIDADES DE TRATAMIENTO CONVENCIONAL- PLANTA Nº
1
Dentro del circuito de la Planta Nº 1, existen unidades de tratamiento
convencional, anteriores a 1955, que sirven normalmente como unidades de paso
y están conformadas por Dosificadores, Floculadores Hidráulicos y
sedimentadores.
Ocasionalmente y en épocas de alta turbiedad, sirven como unidades de pre
tratamiento o acondicionamiento.
Dosificación de coagulantes en plantas: en su trayecto a los Decantadores de
Manto de Lodos; el agua recibe la dosificación del coagulante en forma continua,
su efecto hace que las partículas finas en suspensión que producen la turbiedad, se
aglomeren formando grumos o flóculos que son fácilmente sedimentados.
Floculadores hidráulicos y sedimentadores: La descarga del estanque pasa
a cuatro floculadores hidráulicos de tabiques de flujo horizontal y 1 O unidades de
20
sedimentación de 40m de ancho por 60m de largo y 3m de profundidad. Cuando
la turbiedad del agua cruda sobrepasa los 1000 Unidades Jackson (U.J.) se le
aplican los coagulantes en esta etapa.
2.2.5 DECANTACIÓN:
Los decantadores, son unidades muy importantes en la clarificación de las aguas.
El agua que ingresa a los Decantadores tipo Pulsator Degremont previamente ha
recibido una dosis de coagulantes (sulfato de aluminio), ingresando por el fondo
mediante tuberías de distribución con orificios que cubren toda el área,
asegurando un flujo vertical; por acción del coagulante se forman los floculas que
son pequeñas partículas que luego se van aglomerando formando una espesa capa
(Manto de Lodos) por la que deben atravesar las aguas de abajo hacia arriba.
El agua que aflora a la superficie ya está clarificada, la que es recolectada por
tubos o canales mediante orificios, la eficiencia de estas unidades se logra
mediante las pulsaciones.
La homogeneidad del manto y el engrosamiento de los grumos se obtienen
estableciéndose una intermitencia o pulsación en el régimen de alimentación del
decantador por medio de ventiladores, almacenando un volumen de agua y
descargándola, para lo que, se abren y cierran válvulas intermitentemente en
forma automática.
Esta suspensión de Manto de Lodos permite retener las partículas coaguladas por
contacto clarificando el agua con mayor eficiencia.
Los pulsadores fueron inicialmente 4 para un caudal de 5 m3 /s y 12 años después,
con motivo de las obras de ampliación se construyeron dos decantadores mas,
elevando así la capacidad de la planta a 7,5 m3/s.
Planta de recirculación de agua de lavado de filtros
Tiene por finalidad recuperar el agua que se perdería por determinadas
operaciones de proceso de tratamiento (lavado de filtros). Mediante la
recirculación de agua de lavado de filtros se recupera un promedio de 250 1/s,
caudal que es muy necesario en el periodo de estiaje (época no lluviosa en la
21
· ---
cuenca alta del río). Con la recirculación de las aguas, las pérdidas en el proceso
son mínimas (menos de 1 %).
2.2.6 FILTRACIÓN
Se realiza a través de filtros Aquazur con una capa de arena de lm de espesor y
con granos de alrededor de 1 mm de diámetro. El agua se filtra a través de la capa
de arena, que retiene partículas más pequeñas que los poros entre los granos de
arena, produciendo una importante reducción de la turbiedad y el contenido
bacteria! del agua.
La salida de los filtros son regulados por sifones con admisión parcial de aire o
válvulas de regulación de caudal.
Los filtros después de 24 horas de funcionamiento se colmatan o ensucian,
lavándose con aire y agua en contra corriente de abajo - arriba.
Con la filtración se termina el proceso de clarificación.
2.2. 7 CLORACIÓN
A la salida de los filtros el agua recibe la cloración final, para destruir toda
contaminación que pueda haber quedado después de todos los procesos anteriores,
y para dejar un residuo de cloro disponible como protección contra posibles
contaminantes en el transporte o distribución.
2.2.8 DEPÓSITOS DE REGULACIÓN
En el exterior de la planta se encuentran 9 depósitos de regulación con una
capacidad de almacenamiento de 238000 m3•
La función de estos depósitos es la de atender las variaciones en la demanda de la
ciudad, permitiendo que la planta trabaje a un ritmo uniforme.
ID. IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA Y DATOS.
3.1 OBJETIVOS
Evaluar las característica,s hidráulicas de las diferentes unidades se tratamiento de
agua de La Atarjea, para determinar el estado actual de la misma, haciendo uso de
· la tecnología de radiotrazadores y el modelo matemático de Wolf - Resnick.
3.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA:
Las aguas superficiales que ingresan a la Planta de La Atarjea contienen una gran
variedad de materias, el tamaño de las partículas de estas materias y su naturaleza
determinan los tipos de tratamiento dentro de las unidades de la Planta. Las
partículas de tamaño muy grande como el detritus orgánico, algas protozoarios,
grava, arena, limo y otros, pueden ser eliminadas por los tratamientos de
separación fisica.
Un buen tratamiento de agua no sólo depende de un buen proceso químico
( coagulación y floculación), sino también dep�nde de la eficiencia de las unidades
de tratamiento desde el punto de vista hidráulico.
Cuando se diseña una planta de tratamiento, sea esta de agua potable, aguas
servidas u otra, es necesario considerar, en base a la cantidad y calidad de las
aguas a tratar, las dimensiones y características de sus unidades. Pero aquí se
presenta el problema de que existen en dichas unidades anomalías hidráulicas
(como regiones muertas, cortocircuitos), las cuales hacen variar la eficiencia de la
unidad diseñada.
Estas anomalías se traduce en un menor tiempo �eal de retención del fluido y, por
lo tanto, en un menor tiempo de tratamiento, lo que implica la necesidad de un
estudio, que permita conocer el problema y así poder mejorar las condiciones de
flujo, para lograr el resultado deseado.
El presente trabajo trata de evaluar y analizar los períodos y tiempos de retención
de las unidades de tratamiento ( desarenadores, floculadores hidráulico,
sedimentadores y decantadores) y determinar las características de flujo que en
ellos se producen, para el cual se usan los radiotrazadores.
23 . '·
3.3 DISTRIBUCIONES DE LAS UNIDADES DE TRATAMIENTO DE LA
PLANTA Nº 1 DE LA ATARJEA.
La distribución de las unidades de Tratamiento se muestra en la tabla 3 .1. Cabe
mencionar que para efecto del presente informe solo se toinó en cuenta la
evaluación de la Planta Nº 1.
El desarenador Nº l y el sedimentador Nº l0 de la Planta 1, estuvieron inoperativo
durante los días de trabajo, por lo tanto no se toma en cuenta en el presente
informe.
Tabla 3 .1 - Distribución de las unidades de tratamiento de La Atarjea.
UNIDAD Planta Nº 1 Planta Nº 2
Desarenador 12 12
Estanque Regulador 1 1
Floculador Hidráulico 4 --
. .
Sedimentador 10 --
Decantador 6 6
TOTAL 33 19
Gráficamente la distribución de las unidades de tratamiento de la Planta Nº 1 y 2
de La Atarjea se mostraron en la Figura 2.4.
La distribución de los desarenado res se muestra en la figura 3 .1
La distribución de los floculadores y sedimentadores se muestran en la figura 3.2.
3.4 DIAGRAMA DE BLOQUES DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
El diagrama de bloques de la Planta de tratamiento de agua potable de La Atarjea
se muestra en la figura 3.3.
La descripción tanto de las unidades de tratamiento y el proceso de operación se
mostró en el capitulo 2.2.
Desarenador 1 1 .o
Desarenador 2 1 .o rJl
o
• D"'O
Desarenador 3 1 (1)
rJl
.o (1)
Desarenador 4 1"'O
rJl
o
.o -
Desarenador 5 1 (1)
"'O
"'O
• D.....
Desarenador 6 �
Ingreso de las rJl
ro
aguas hacia los •
-Salida del agua hacia el
.a ro
Desarenado tes Desarenador 7 i::::: Estanque Regulador Nº 1 'º
.....
•ó�
Desarenador 8 .....
(1)
Desarenador 9 1 • D"'O
o..... Desarenador 1 O 1 • D
(1) ..... (1)
.o o
Desarenador 11 1
Desarenador 12 1 •ó
Figura 3.1 - Distribución de los Desarenadores de la Planta Nº 1 y la ubicación de los detectores para la toma de datos por el equipo Multisonda.
:-+
'
--+
--+
�
�
SALIDA DE AGUA .4 � Hacia los Decantadores
Sedimentador 5 Sedimentador 6
- � -
Sedimentador 4 Sedimentador 7 - �-
Sedimentador 3 Sedimentador 8 - �-
Sedimentador 2 Sedimentador 9 -
... -
Sedimentador 1 Sedimentador 1 O ·-
, . · -
-�
Floculador 2 +- r+
Floculador 3
Floculador 1 +- r+
Floculador 4
INGRESO DE AGUA (Proveniente del Estanque Nro. 1)
Figura 3 .2 - Distribución de Floculadores y Sedimentadores de la Planta Nº 1.
�
�
�
�
�
f-+
Polimeros (sílice) c�
t t
/,
Floculantes (polimeros)'-Coagulantes (FeCl3)
�tt Agua de río-----•�I PRESEDIMENTACIÓN 1 •• CLORACIÓN 1 • I ALMACENAJE 1 • I Ira SEDIMENTACIÓN 1 ,
· Partículassuspendidas
Bacterias Lodos
Cl2
Aguapotable 111i1f I CLORACIÓN • • 1
Bacteriasresidual
FILTRACIÓN
Impurezassólidas
Coagulaciónfloculación
Coloides sedimentación
Floculantes (polimeros)Coagulantes (FeC13)
•• 1 2da SEDIMENTACIÓN 1 • 1
Coloideslodos
Coagulaciónfloculación sedimentación
Figura 3.3 - Diagrama de bloques de la Planta de Tratamiento de Agua Potable de La atarjea
27
. '
3.5 CARACTERIZACIÓN HIRÁULICA
Las características hidráulicas a estudiar son:
•
•
Tiempo de residencia o retención
Diferentes modelos de flujo:
Flujo Pistón
Mezcla Perfecta
Volumen o espacios muertos
• Cortocircuitos
3.6 DATOS
3.6.1 Datos de caudales que ingresan a las diferentes unidades y sus respectivos
volúmenes.
Estos datos son proporcionados para la fecha en la cual se realizaron las
pruebas. Estos datos se muestran en la tabla 3.2.
Por ejemplo el volumen con la cual trabaja el desarenador 2 es de 1000 m3 y
el caudal para la fecha de 30 de Septiembre de 1998 es de 27912 m3 /h.
Se puede apreciar que para el desarenador 5, su caudal es de 26800 para el
09/10/98 diferente a la anterior debido a que las evaluaciones se realizaron en
fechas diferentes.
3.6.2. Parámetros deducidos del proceso de tratamiento.
1) Bajo las condiciones de operación de las unidades de tratamiento, la
bibliografía [1], dice que la sedimentación de arena fina (d<0. lmm) se efectúa
en forma mas eficiente en régimen laminar con valores Re<l 000. Las
partículas de arena gruesa en cambio sedimentan mejor con valores de Re entre
1.103 y 1.104 (la zona de transición es de: 4.103 -1.104)
28
2) Las técnicas de separación en función del diámetro de la partícula se
muestran en la tabla 3 .3
Tabla 3.3 -Técnicas de separación
Diámetro de
partícqla Técnica de Separación
10 a 100 mm Son separados por medio de los sistemas de rejillas ..
0.2 a 10mm Pueden ser separados por desarenación,
sedimentación, decantación y flotación.
0.01 a 0.1 mm son separados por filtración (macro y microtamizado)
3) El diámetro de las partículas presentes en las aguas que son tratadas en la
Planta 1, se muestran en la tabla 3 .4
Tabla 3.4 - diámetro de las partículas presentes en la planta 1. � - - . �
Tipo de Diámetro
Partículas (mm)
Grava 10 Arena Gruesa 1.0
Arena fina 0.1 Lodo fino 0.01 Bacterias 0.001 Coloides 0.0001
4) Como la bibliografía lo señala [2]:
Respecto a las características de una unidad de tratamiento, Como regla muy
aproximada, se puede decir que un sedimentador operando en buenas
condiciones debería tener un 60% de flujo de pistón y 40% de flujo mezclado.
Rara vez el flujo de pistón es mayor del 70% y esto no todo el tiempo. Un 20%
- 30% del volumen del tanque clasificado como muerto, podría considerarse
como promedio bueno.
29
Tabla 3 .2 - Distribución del volumen y caudal en las diferentes unidades.
UNIDAD
Desarenador 1 (*) Desarenador 2 Desarenador 3 Desarenador 4 Desarenador 5
Desarenador 6 Desarenador 7 Desarenador 8 Desarenador 9 Desarenador 1 O Desarenador 11
Desarenador 12 Sedimentador 1 Sedimentador 2 Sedimentador 3 Sedimentador 4
Sedimentador 5
Sedimentador 6
Sedimentador 7 Sedimentador 8 Sedimentador 9
Floculador 1 Floculador 2 Floculador 3 Floculador 4 Decantador 1 Decantador 2 Decantador 3 Decantador 4 Decantador 5 Decantador 6
Estanq. de Regulación
Fecha
30.09.98
30.09.98 22.09.98
09.10.98 30.09.98 22.09.98 30.09.98 22.09.98 30.09.98 22.09.98
30.09.98 20.10.98 20.10.98 20.10.98 16.10.98
15.10.98
15.10.98
20.10.98 20.10.98 20.10.98 6.10.98 6.10.98 6.10.98 6.10.98 6.11.98 6.11.98 4.11.98 4.11.98 6.11.98 4.11.98 15.09.98
Caudal Tratado
.
-
(m3/h)
27912 27912 27912 26800
27912 27912 27912 27912 27912 27912
27912 22350 22350 22350 22290
22290
22290 22350 22350 22350 26800 26800 26800 26800 22350 22350 22350 22350 22350
22350 26949
Fuente. Datos dé Volumen tratado proporcionado por Sedapal
Volumen efectivo de la u�idad (m3)
1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
1000 7000 7000 7000 7000
7000 7000
7000 7000 7000 1600 1600 1600 1600 6283 6283 6283 6283 6283 6283
316148
30
3.7 EQUIPO Y MATERIAL UTILIZADO
• 01 Sistema Multisonda de Adquisición de Datos marca DAMRT (Francés),
equipado con 3 sondas de centelleo, una computadora Pentium 133 Mz, e
impresora LaserJet HP690C, con software Latín 36 para adquisición y
procesamiento de información de radiotrazadores.
• 01 Contador de radiación MINEKIN (Australiano), equipado con una sonda
de centelleo, para mediciones puntuales utilizando radiotrazadores.
• O 1 Monitor de radiación para cálculo de dosis y estudios de seguridad y
protección radiológica, marca FAG (Alemán).
• 03 carretes de cables para sonda, de 1 00 metros cada uno.
• 01 cable para sonda, de 30 metros.
• 01 telepinza para inyección de radiotrazador.
• 14 ladrillos de plomo, 04 Blindajes cilíndricos para el material radiactivo.
• 14 contenedores de T-13 1 .
• 02 contenedores de Tc-99 m.
• O 1 ciento de jeringas descarta bles de 1 O mi.
• O l ciento de guantes descartables.
• 03 Pipetas volumétricas, 02 rollos de papel de aluminio.
Figura 3.4 - Programación del Equipo Multisonda marca Damri-Latin 36.
IV. EVALUACIÓN HIDRODINÁMICA
4.1 TECNOLOGÍA DE LOS TRAZADORES
4.1.1 TRAZADORES
El trazador es una . sustancia específica que sirve para "marcar" o hacer más
fácilmente identificable una fase específica o parte de un sist�ma denominado
material marcado. Es una sustancia natural ambiental o artificial que se encuentra
o se incorpora á un sistema en estudio brindando valiosa información sobre el
comportamiento de dicho sistema mediante el monitoreo o medida de su
concentración en una o más partes del sistema.
La técnica consiste en agregar a la entrada del proceso una sustancia específica, el
trazador mide a la salida la respuesta del proceso frente a una señal. Para que la
información obtenida mediante trazadores sea confiable, estos deben representar
bien el comportamiento del sistema que se estudia, es decir, debemos seleccionar
un "trazador" ideal. Un trazador ideal se define generalmente como una sustancia
que se comporta exactamente de la misma forma que el material que se estudia y
que posee una propiedad que lo distingue. de este y que lo hace fácilmente
detectable.
4.1.2 CARACTERÍSTICAS DE UN TRAZADOR
En el estudio de procesos industriales, los requerimientos básicos exigidos a un
trazador, son muchos más amplios a los descritos hasta el momento. En general
para que un trazador pueda ser utilizado en este tipo de estudio debe cumplir los
siguientes requisitos fundamentales:
1) Debe comportarse exactamente de la misma forma que el material en estudio
en la fase del proceso que se desea investigar:
2) Debe poseer una propiedad particular que lo distinga del material en estudio,
de tal forma que pueda ser fácilmente detectado en la presencia de otras
sustancias y a bajas concentraciones .
. 3) La detección debe ser inequívoca.
4) No debe modificar en forma significativa la densidad, viscosidad u otras
características propias del material en estudio.
32
5) Los cambios en su concentración no deben afectar el comportamiento del
sistema.
6) No debe contaminar el sistema por largos períodos de tiempo para permitir la
realización de futuras experiencias.
7) En experimentos con trazadores no radiactivos se . han empleado
satisfactoriamente algunas propiedades físicas tales como color, densidad y
conductividad. Sin embargo, · los radioisótopos o radiotrazadores son los
trazadores más universales y prácticos.
4.1.3 TIPOS DE TRAZADORES
Los requerimientos anteriores, lo satisfacen tres tipos de trazadores. Estos son:
a) Trazadores Estables: Son generalmente colorantes (fluoresceína o rodamina)
o sales químicas que no se encuentran en el sistema (trazador físico) o isótopos
estables del elemento en estudio (trazador químico). Los primeros presentan el
inconveniente de que no siempre cumplen ·con el tercer requisito (no tienen alta
precisión), ya que los métodos convencionales de detección tales como el color, el
índice de refracción, la conductividad, etc., puede estar afectados por la
interferencia que provoca la presencia de otros materiales en el sistema, y los
segundos confrontan la dificultad de que, los métodos de espectroinetría de masas
que se requieren. para su detección a bajas concentraciones, son engorrosos,
relativamente caros y difícilmente de implementar.
b) Trazadores Activables: Son compuestos estables que se añaden al sistema y
que luego son transformados en radiactivos por irradiación en instalaciones
nucleares destinadas con estos fines. Pueden ser físicos, si se emplea un elemento
ausente en el sistema y que presente características nucleares adecuadas para que
sea activable fácilmente; químicos, si se activan selectivamente uno o varios de
los elementos presentes en el material a marcar. En algunos casos, esta es la única
forma de marcar químicamente un material, debido a que por su naturaleza
(materiales muy complejos de difícil acceso a la fase donde se encuentra el
33
elemento de interés o desconocimiento de la forma química en que se encuentra,
etc.), es imposible llevar a cabo esta operación por la vía convencional ( añadiendo
el1 trazador).
Los principales inconvenientes de uso son: que no siempre le es asequible al
investigador una instalación como un reactor nuclear para llevar a cabo esta
operación, y que en ocasiones no es posible garantizar la pureza del radiotrazador,
por reacciones nucleares colaterales durante la activación, que provoca la
aparición de radionuclidos indeseables.
e) Trazadores Radiactivos (Radiotrazadores): Los trazadores radiactivos o
radiotrazadores son sustancias químicas que emiten radiactividad, lo que permite
detectar su difusión en cualquier medio o sistema. Esta peculiaridad contribuye a
determinar diversos parámetros de operación propios de las industrias de
procesos.
El radiotrazador se incorpora en pequeñas cantidades en materias comprometidas
en procesos industriales y se detecta su movimiento. La información es obtenida
por análisis de la radiación que emite el radioisótopo (isótopo radiactivo) trazador,
cuyo comportamiento dinámico es similar al material en estudio.
Son prácticamente los únicos que cumplen todos los requerimientos anteriormente
señalados. Pueden ser físicos (para marcar una determinada fase del sistema) o
químicos (si se obvian por el momento los efectos isotópicos, un isótopo
radiactivo posee idénticas propiedades químicas que los otros isótopos del mismo
elemento).
Su detección a bajas concentraciones se realiza de forma relativamente fácil
debido a la alta sensibilidad de los equipos de medición. Radioisotopos de T 112 <
100 días pueden ser detectados en cantidades tan pequeñas del orden de los 10-6 a
10-7 g. Por otra parte, la misma naturaleza de la propiedad distintiva de
desintegrarse, emitiendo radiaciones, hace que la detección pueda realizarse de
forma inequívoca, incluso en presencia de otro isótopo radiactivo en el sistema; el
isótopo radiactivo de interés puede ser detectado empleando la espectroscopia
nuclear o la discriminación por el periodo de semidesintegracion. En cuanto al
! '
34
cumplimiento del cuarto requisito, la alta sensibilidad de detección permite la
introducción de cantidades tan insignificantes, que prácticamente no perturban al
sistema en la inyección, y si a esto se suma el hecho de que cuando se emplean
emisores gamma, la detección puede realizarse "in-situ" a través de las paredes de
los equipos, eliminando el muestreo, se reducen aun más las posibles
perturbaciones en el sistema. Por último, y como casi siempre sucede, cuando se
emplean isótopos radiactivos de cortos periodos de semidesintegracion, se
minimizan los riesgos radiológicos, por cuanto transcurrido cierto tiempo, después
de haber finalizado la prueba, tiene lugar la desactivación natural del material sin
que queden rastros del trazador añadido.
De todo esto se puede concluir que, para el estudio de los procesos industriales, la
mejor opción es el empleo del método de trazadores radiactivos.
4.1.4 SELECCIÓN DEL TRAZADOR RADIACTIVO
Dada la gran diversidad de los isótopos radiactivos (principalmente los
artificiales), siempre existe la posibilidad de-que más de un radioisótopo satisfaga
los requerimientos de la investigación a realizar. En estos los factores más
importantes a tener en cuenta son:
• El periodo de semidesintegración.
• La actividad específica.
• Tipo de radiación.
• La energía de la radiación.
• El tipo de trazador (fisico o químico).
El orden de estos factores no indica prioridad alguna y puede darse el caso de que
las restricciones de uno de éstos, invaliden a los restantes y por tanto, limite el
empleo del trazador previamente seleccionado.
4.1.5 VENTAJAS y DESVENTAJAS DEL EMPLEO DE
. RADIOTRAZADORES
• Es mucho más preciso pues los detectores de radiación son más sensibles.
35
• La detección de los trazadores puede hacerse "in situ" y de forma continua sin
necesidad de recoger muestras.
• La gran diversificación de los radioisótopos hace factible que casi -siempre se
pueda encontrar al menos uno que sea el adecuado para la investigación a
realizar.
• Los trazadores radiactivos más utilizados son los emisores gamma. Esta
radiación posee una gran penetración que permite que sean fácilmente
detectables y medidos con gran sensibilidad, inyectando pequeñas cantidades
que no perturben los procesos. Además, la gran penetración permite que puedan
ser detectados a través de las paredes de tuberías y reactores, lo que hace posible
la realización de mediciones en línea.
• La identidad entre el producto marcado y el trazador puede lograrse a nivel
atómico (un átomo del trazador o isótopo radiactivo se comportará igual que un
átomo estable del mismo elemento).
• Puede detectarse selectivamente por discriminación del tipo y Energía de la
radiación emitida.
• No se ven afectados por las variables del proceso como presión, temperatura,
etc.
• Puede utilizarse como trazador un isótopo radiactivo de un elemento que forma
parte del proceso.
• Pueden obtenerse en diferentes formas según el material o proceso que se este
estudiando, es decir, se pueden obtener líquidos, sólidos o gases. Esto permite
conocer en forma simultánea el comportamiento de más de una fase (Ej. Pulpas
de mineral) utilizando trazadores de diferente energía para cada fase, los que
pueden medirse en forma independiente utilizando los equipos adecuados.
• En ocasiones es· la única vía para diferenciar el comportamiento de un elemento
en diferentes fases o estados químicos.
Las desventajas más significativas son:
• Las desventajas de los trazadores radiactivos son principalmente el decaimiento
del radioisótopo, que obliga a cumplir en forma rigurosa con la programación
36
de las experiencias, así como las limitaciones en la actividad y manipulación de
las muestras por necesidad de radioprotección, siendo necesario, además, el
'trabajo de personal especializado en el uso de fuentes radiactivas exigidos por
las normas de seguridad y protección radiológica.
• los efectos radiacionales que pueden introducir cambios en los sistemas
biológicos, alterando los resultados de las experiencias.
• Los efectos isotópicos propici�dos por las diferencias de masas entre el isótopo
radiactivo y el estable, que pueden influir en las velocidades de las reacciones
químicas ( efecto cinético), o en las transformaciones a otras fases o compuestos
( efectos termodinámicos).
• Los efectos psicológicos, y cierto rechazo, que en los últimos tiempos se han
acentuado hacia el empleo de los trazadores radiactivos y en general, hacia la
utilización de la energía nuclear.
4.1.6 OBTENCIÓN DE TRAZADORES RADIACTIVOS
La mayoría de los trazadores líquidos ·utilizados se obtienen por irradiación
directa de sales u otros compuestos en un reactor nuclear (los que posteriormente
se solubilizan).
Los trazadores sólidos se obtienen en general irradiando directamente en un
reactor nuclear el compuesto que se va a utilizar como trazador (sal, óxido u otro).
Estos compuestos se seleccionan de acuerdo a las características del material que
se desea trazar y de acuerdo a las características de periodo de semidesintegración
(tiempo necesario para que la concentración del material radiactivo se reduzca a la
mitad de su valor inicial) y energía del radioisótopo que se obtendrá como
producto de la irradiación.
En el estudio de algunos procesos como por ejemplo molienda, flotación y otros,
se puede utilizar como trazador una fracción del mineral que se alimenta
normalmente al proceso, irradiado en un reactor nuclear; de esta forma el
comportamiento del trazador será similar al del mineral que interviene en el
proceso.
37
4.1.7 CARACTERÍSTICAS DEL RADIOTRAZADOR YODO 131 (1-131)
El I-131 es uno de los muchos isótopos radiactivos del yodo, caracterizado por un
niÍmero atómico de 53 .y un número de masa de 131. Así mismo tiene las
siguientes propiedades nucleares:
• Periodo de semidesintegración: 8.04 días
• Forma de desintegracxión: p-
• Partículas y radiaciones emitidas: beta y gamma
• Principales energías beta:
• Principales energías gamma:
0.608 Mev - 90.4%
0.33 Mev - 6.9%
0.364 Mev - 85.5%
0.637 Mev - 6.9%
0.284 Mev - 5.0%
El I-131 es empleado en la forma química de una solución de yoduro de sodio
(Nal), siendo esta completamente soluble en agua, además no presenta mayores
problemas de adherencia al medio, como mangueras, tuberías y tanques. El I-131
es el radiotrazador utilizado en el presente trabajo.
Nota:
También se utilizó el radioisotopo Tecnecio - 99 metaestable, por no contar con la
disponibilidad del I-131.
Las características generales del Tecnecio-99 metaestable <99mTc) son:
Periodo de semidesintegración: 6 horas
Principal energía gamma: 0,141 Mev (89%)
OBTENCIÓN DEL 1-131
El proceso de producción del Iodo 131 que actualmente se obtiene en la Planta de
. Producción de Radioisótopos del Centro Nuclear (PPR- CN) RACSO, comprende
tres etapas:
38
La primera etapa, es la preparación del blanco dióxido de Teluro (TeO2) marca
Merck o Jhonson Matthey, ambos con 99,9% de pureza, activo pesado se coloca
en un tubo de cuarzo dentro de una cápsula de aluminio que es sellado en frío
verificándose su estanqueidad.
La segunda etapa, es la irradiación del blanco con bombardeo de neutrones en el
Reactor Nuclear RPl0, para producir el radioisótopo Teluro 131, el que a su vez
se transforma en el radioisótopo Iodo 131.
noTe(n, 13tmTe) P-
La tercera etapa, consiste en la separación del Iodo 131 de los Teluros, por
destilación seca o sublimación; esta etapa se realiza en celdas blindadas de plomo.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE--LA SOLUCIÓN DE YODO 131.
Forma química
Forma física
pH
Pureza radioquímica
Pureza radionucleídica
Teluro
Concentración de actividad:
Esterilidad
Toxicidad
Usos
13tINa
Solución acuosa tamponada e incolora
7a9
�96%
�99,9%
�l0ppm
de 2 a 350 mCi/ml
Estéril
Atoxico
Medico e industrial.
Dato obtenido en PPR - CN - RACSO.
4.1.8 APLICACIONES DE LOS TRAZADORES RADIACTIVOS
En la 9.1 del apéndice A, se muestran los trazadores radiactivos más utilizados y
su campo de aplicación, entre las más principales son:
39
• Análisis de procesos continuos: Determinación de curvas de las distribuciones
del tiempo de residencia, obtención del tiempo medio de residencia, evaluación
'de las características hidráulicas de las unidades de tratamiento de agua potable,
caso del presente estudio, elaboración o verificación de la validez de modelos
matemáticos, estimación de parámetros, medición de caudales, etc.
• Análisis de procesos de mezcla: Determinación de tiempos de mezcla,
optimización del mezclador, rendimiento del mezclador, etc.
• Mantenimiento: descubrimiento de fugas, investigación de desperfectos,
transporte de materiales.
• Desgaste y corrosión: desgaste de motores, corrosión de equipos procesadores,
estudios de lubricación.
40
'
4.2 ANÁLISIS DE FLUJOS Y FACTORES QUE AFECTAN AL TIEMPO
DE RETENCIÓN EN PLANTAS DE DE TRATAMIENTO DE AGUA.
Se analiza los diferentes_ tipos de flujo presentes en las diferentes unidades en
estudio y su importancia en tratamiento de agua. Se presenta y analiza el modelo
matemático mas apropiado del momento, para luego mostrar la �etodología de la
evaluación en el capitulo VI.
4.2.1 INFLUENCIAS DEL "TIEMPO DE RETENCION"
Tradicionalmente se ha empleado en el diseño de los reactores utilizados en
plantas de tratamiento de agua el parámetro denominado "tiempo o período de
retención". Puesto que las operaciones y procesos ocurren en general lentamente,
es necesario entonces un periodo de reacción largo o un periodo de contacto largo
para lograr la transferencia y/o reacciones necesarias.
Se entiende por tiempo medio de residencia o permanencia "to" del flujo en la
unidad, al cociente:
t =-0
Q ............. -: ... .-: ............. (4.1)
Siendo: V:Volumen de la unidad; Q:Caudal
Expresados en unidades homogéneas.
La permanencia es un concepto abstracto. Puede pensarse como· el "tiempo
promedio en que el fluido de caudal Q pasa a través del reactor de volumen V".
Es así mismo, el tiempo que tardaría una partícula cualquiera del fluido en entrar
y salir de la unidad en el caso en que todas las partículas del fluido evolucionarán
en la misma forma dentro de esa unidad. Cabe indicar que el caso correspondería
al flujo estable ideal.
En la práctica es dificil que esto ocurra ya que las condiciones hidráulicas del
flujo (regiones muertas, recirculación, cortocircuitos, etc.) hacen imposible que
. resulte condiciones de flujo estable.
La magnitud de la permanencia es variable: del orden de segundos en la aeración
por difusión, minutos en los lechos percoladores y filtros rápidos, horas en las
41
unidades de barros activados, días en la purificación natural de aguas
superficiales, semanas en la digestión anaeróbica de barros de aguas servidas, y
meses y aun años en la estabilización de depósitos en lagos y en el mar.
En los reactores el tiempo de retención "t" comúnmente es distinto para las
diferentes fracciones del volumen "V" que entra en el tiempo t=O. Siendo
necesario por tanto estudiar la distribución del tiempo de retención en el reactor,
para poder conocer la forma como ha quedado sometida la masa liquida a un
determinado tratamiento.
4.2.2 USO DE TRAZADORES PARA DETERMINAR EL TIEMPO DE
RETENCIÓN Y CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS DE UN REACTOR
Para visualizar el funcionamiento de una unidad desde el punto de vista
hidráulico, es conveniente utilizar una sustancia trazadora (una sal, un colorante o
una sustancia radiactiva), que pudiese inyectarse en la entrada de la unidad y
simultáneamente se comenzará a registrar la concentración del trazador a la salida.
Esquemáticamente mostramos la figura 4:1.
La inyección del trazador puede realizarse en forma continua o en forma
instantánea, en la práctica en un intervalo de tiempo Lit O •
La función obtenida C(t) se presenta en la Figura 4.1, en la cual la curva a la
entrada representa a un impulso Dirac o(t) y a la salida es una curva de
distribución típica. En el caso que el trazador no ingresa con un impulso Dirac, se
deben registrar las curvas C( t) vs t, tanto a la entrada como a la salida del sistema.
A partir de la curva de respuesta obtenida experimentalmente, el tiempo medio de
residencia puede hallarse mediante el cálculo de su baricentro, de la siguiente
manera.
CX).
f tC(t)dt t=-º----
Jc(t)dt
i=l
t C;
..................... (4.2)
i=l
C(t)
42
Curva de Distribución de Tiempo de Inyección Instantánea
t
C(t) Residencia (DTR)
Entrada ( Transporte en régimen \-___ S_alida 1�----p
-ermane
-nte ___..) Detector Inyección de Trazador
Figura 4.1 Técnica de inyección y adquisición de datos con trazadores
e
C0 = Concentración inicial del
trazador
fl. t0 = Tiempo de inyección
t
Figura 4.2 Inyección instantánea
t
43
A partir de la ecuación anterior se puede determinar el volumen efectivo (V) del
sistema considerando el caudal de entrada (Q), de acuerdo a la siguiente expresión:
V= Q.t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4.3)
4.2.3 TIPO DE INYECCIÓN DEL TRAZADOR
En el presente trabajo se empleó la inyección tipo instantánea del trazador.
Además como trazador se empleó el radioisotopo 1-131, por lo que el detector
mide las desintegraciones/segundo, pero para fines explicativos usaremos el
símbolo de C (concentración) para el presente trabajo.
Supondremos aquí que la concentración inicial, C0, del trazador permanece
constante durante el breve tiempo de inyección, Lito.
La representación de la concentración de trazador en función del tiempo a la
entrada y durante la inyección de la sustancia trazadora será entonces del tipo
como se muestra en la figua 4.2.
En el caso de una unidad bajo condiciones_ rt?ales de funcionamiento (o sea con
cierto grado de mezcla, cortocircuitos, regiones muertas, corrientes de inercia,
etc.), al medir y graficar la concentración del trazador a la salida en función del
tiempo, se obtiene una curva del tipo de la indicada en la figura 4.3 - a, ( curva de
gaus).
Sumando los valores de la concentración obtenemos una segunda curva
denominada F(t) (figura 4.3 - b ), la cual representa la fracción de la totalidad
del trazador que ha llegado a la salida del reactor.
Al graficar el valor del logaritmo de los valores de [1 - F(t)] con los valores de
(tito), siendo (t) el tiempo en el cual se toma la muestra a la salida del reactor, y
(to) el tiempo teórico de retención; se obtiene una curva que presenta una
tendencia recta (figura 4.3 - c), la cual es muy útil para la determinación de
características principales que acompañan al tiempo de retención: tipo de flujo
. producido - pistón, mezclado y espacios muertos.
La inyección continua es el otro tipo de inyección, pero no fue utilizada en el
presente trabajo.
44
(a)
C(t)
(b)
F(t)
(e)
Log 1-F(t)
tito
Figura 4.3: (a) curva respuesta del trazador, (b) curva F (fracción de la totalidad del trazador que ha llegado a la salida del reactor), ( c) curva Log [1 - F(t)]
(cantidad de trazador que permanece en el reactor)
45
4.2.4 MODELOS DE FLUJO
En las unidades de tratamiento, desde el punto de vista hidráulico, el flujo del
líquido puede ser de dos tipos: discontinuo o intermitente y continuo.
Flujo Discontinuo o Intermitente
El flujo de tipo discontinuo, es el menos habitual y consiste en: llenar la unidad,
dejar un tiempo el líquido en ella mientras se produce el proceso correspondiente,
que puede realizarse con o sin mezcla, vaciar la unidad y repetir el ciclo.
Esto, en la mayoría de los casos no es práctico y generalmente los procesos son de
flujo continuo, salvo que el proceso de tratamiento en sí exija la discontinuidad, o
se trate de experiencias piloto o pruebas de laboratorio.
Un ejemplo de este tipo de flujo, constituye la prueba de jarras en la cual los vasos
se llenan con un volumen "V" de líquido, se someten a un proceso de tratamiento
durante un tiempo de detención to, terminado el cual se vacían y se preparan para
una nueva prueba. En este caso toda lª ma$a líquida permanece en el reactor
durante todo el tiempo de detención.
Flujo continuo
Se pueden clasificar, también desde el punto de vista hidráulico, en: modelos de
flujo pistón y en modelos de flujo con mezcla.
a. El flujo pistón.
Es aquel en que todas las partículas de fluido que entran a la unidad permanecen
en ella el mismo tiempo. De esta manera los elementos de fluido pasan a través
del sistema y son descargados en la misma secuencia en que fueron introducidos y
no hay ningún tipo de mezcla entre el fluido que ingresa y el fluido que esta en la
unidad
. En la práctica es muy difícil lograr un flujo con estas características presentándose
en unidades hidráulicas (vertederos) y en floculadores hidráulicos.
46
b. Flujo con mezcla.
Implican una mezcla parcial o total del fluido entrante con el fluido que esta en la
unidad. Ejemplo de este tipo de reactor son las unidades de floculación y
sedimentación.
Como se ve en la figura 4.3-a, la forma de la curva refleja la situación del flujo en
el interior de los equipos. Por lo tarito, antes de ajustar la curva experimental con
algún modelo, conviene analizarla visualmente, ya que existe cierta información
· que se puede obtener directamente. Además esta inspección se recomienda dado
que permite visualizar una serie de anomalías de flujo, dentro de las que se puede
mencionar:
A) VOLUMEN MUERTO
"Es aquella parte del volumen del reactor en donde la velocidad de traslación
de la masa líquida es cero y/o el tiempo de retención llega a ser teóricamente
infinito".
No existe un volumen muerto en un sistema real; ya que aun en una región
que se encuentra totalmente inmóvil se producirá transporte de materia por
difusión molecular; aunque, un equipo puede presentar una re�ión que retiene
elementos de fluido durante tiempos de un orden de magnitud mayor que el
tiempo medio de residencia del fluido.
Para fines prácticos se considera que el fluido está en reposo y la región es un
espacio no útil del equipo. La forma de la curva en estas condiciones es
característica y presenta una larga "cola" que indica que existe fluido
retenido en el espacio muerto. En estos casos se obtiene un tiempo medio de
residencia aparente menor que el tiempo medio real, ya que, los datos
experimentales correspondientes a tiempos ubicados en la cola de la curva
son en general de poca exactitud. La forma de la curva se presenta en la
figura 4.4.
CiCo
Formación de la cola debido al volumen muerto
47
F(t)
O tito O tito
Figura 4.4 comportamiento hidráulico con presencia de volumen muerto
B) CORTOCIRCUITO
C/Co
Existen casos en que algunos elementos del fluido pasan a través del tanque
muchos más rápido que otros.
En general, si parte del fluido pasa en un tiempo de O, 1 a 0,2 del tiempo de
retención de la corriente de fluido principal, se dice que pasa en cortocircuito.
Este fenómeno se presenta debido a defectos en el diseño de la estructura de
entrada y salida que permiten el paso directo del agua entre unas y otras, por
corrientes de densidad de origen térmicas o por variación de concentración.
El cortocircuito se define por eso como "aquella parte del flujo que tiene una
velocidad infinita y un tiempo de retención cero". La forma de la curva será
del tipo mostrado en la figura 4.5. En la figura, el primer pico corresponde a
la fracción del fluido en cortocircuito y el segundo a la corriente principal;
aunque, debido a la transferencia entre los dos fluidos, no siempre es tan
sencillo distinguir los dos picos como sucede en la figura.
Formación de Picos debido a cortocircuitos
F(t)
o � o �
Figura 4.5 Comportamiento hidráulico con presencia de cortocircuito.
48
'·
C) RECIRCULACIÓN
Puede darse el caso. de que exista en el interior del equipo una fracción de
material que recircula, lo que también puede dar origen a curvas con más de
un pico.
C(t) Formación de picos en la cola por presencia de recirculación
t
Figura 4.6. Comportamiento hidráulico por presencia de recirculación.
4.2.5 ANÁLISIS DE LAS CARACTERÍSTICAS DE UN REACTOR:
Se utilizan dos sistemas para evaluar las características hidráulicas de un reactor:
a. Modelos matemáticos y especialmente el método empírico desarrollado por
Wolf y Resnick.
b. Análisis de la curva de tendencia ( curva de gauss) de concentración del
trazador y su correlación con las características hidráulicas.
4.2.6 CARÁCTERÍSTICAS DESCRIPTIVAS DEL PROCESO DE
DESPLAZAMIENTO DE UN FLUIDO DENTRO DE UN SISTEMA
Si se considera que un fluido está constituido por una infinidad de elementos, los
cuales están expuestos a diversas y variadas fuerzas de empuje y obstrucción al
movimiento de los mismo, se puede asumir con base en ello, que cada elemento
· del fluido tiene un comportamiento definido dentro del sistema que determina su
permanencia en el mismo, por lo tanto, cada elemento esta relacionado
directamente con su propia permanencia dentro del sistema y ello a su vez
49
relacionado con el flujo completo en el sistema, lo que da lugar a la función de
probabilidad del tiempo de residencia o lo que se conoce también como función
de Distribución del Tiempo de Residencia (DTR). Esto está ilustrado a través de
la figura 4.7
Magnitud Vectorial
(x,y,z,t)
Trayectoria de un elemento de fluido
E(t)·
o
. \
o
t112 • 00
t = Jt.E(t)dt
Elemento al azar
Elemento lento
t
t
Figura 4. 7 Representación del movimiento de los elementos del fluido en el
sistema y su correspondiente función de densidad de la Distribución del Tiempo
de Residencia (DTR).
De la figura:
tmod: tiempo modal, es el que transcurre entre t=O y el momento en que aparece la
máxima concentración en el efluente.
t112: tiempo medio de residencia, es el que existe desde t=O hasta el
correspondiente al centroide del área de la curva concentración-tiempo.
50
Estos conceptos es el que se emplea para la caracterización hidráulica de las
Unidades de Tratamiento de Agua de la Planta de la Atarjea.
La función de densidad de distribución E(t) se expresa como:
Donde:
E(t) = _!_ dN =__!_ dV = _I_dm
·· N0
dt Va dt m0
dt(4.4)
N: es el número de moles de la sustancia medida a la salida del reactor en el
tiempo "t".
No: el número de moles de la sustancia al inicio del experimento.
V: es el volumen de la sustancia medida a la salida del reactor en el tiempo "t".
Vo: es el volumen de la sustancia al inicio del experimento.
m: es la masa de la sustancia medida a la salida del reactor en el tiempo "t".
mo: es la masa de la sustancia al inicio del experimento.
Es importante remarcar que el área bajo la curva de la función de densidad de
distribución es por definición igual a la unidad [3] .
Como se aprecia en la figura 4.7 uno de los parámetros de importancia y que está
relacionado con la función de distribución es el tiempo integral medio de
residencia que se expresa como:
t = fo"' tE(t)dt (4.5)
Para aspectos de evaluación del tiempo de residencia es frecuente recurrir tanto a
la función de densidad (E) como a la función suma o función cumulativa (F) de la
variable correspondiente, es decir, del tiempo de residencia de los elementos de un
fluido. La primera ya fue definida anteriormente. La segunda es también una
función probabilística, la cual es conocida en la bibliografía como la función F o
curva F y resulta de integrar la función de densidad respecto a la variable en
cuestión.
51
La función suma o función cumulativa del tiempo de residencia esta definida por:
F(() = f E(t)dt (4.6)
En la práctica es frecuente determinar cualquiera de estas dos funciones de
probabilidad a través de la medición de la concentración de una sustancia
(denominada trazador) u otra propiedad física ligada a la concentración, tal como
en el presente trabajo que se mide las desintegraciones/segundo.
4.2.7 MODELO MATEMÁTICO SIMPLIFICADO DE LA TEORÍA DE
WOLF-RESNICK EMPLEADO PARA LA EVALUACIÓN
Uno de los modelos matemáticos más mencionados en la literatura [4] es el
modelo de Wolf -Resnick (Wolf - Resnick, 1963 ).
El modelo de Wolf - R�snick analiza la totalidad de la curva por lo que es posible
representar la función F(t) por la ecuación:
F(t) = (l- �)=1-exp(-n(1�º)) (4.7)
Donde:
C: la concentración que permanece en el reactor en el tiempo
C0 : la concentración aplicada en el tiempo t=O.
0 representa la fracción de flujo pistón en la parte efectiva:
0= p(l-m) (4.8)
Siendo m la fracción de espacios muertos y por lo tanto, (1-m) es la fracción
correspondiente a la parte efectiva del reactor. Por otro lado, n representa la
eficiencia de la mezcla y está dada por:
n == (1 - p }(1 - m) (4.9)
El modelo empírico de Wolf - Resnick es útil para determinar de una manera
sencilla el porcentaje de espacios muertos (fracción m), el porcentaje de flujo que
52
presenta una característica de pistón ( fracción p ), así como la zona de mezcla
completa o flujo no pistón (fracción 1-p).
Con el fin de determinar los parámetros que caracterizan el flujo de un
determinado sistema; es necesario construir una gráfica en la que en el eje de la
ordenada se presenta, en escala logarítmica, los valores de (1-F)
correspondientes a la cantidad de trazador que permanece dentro el reactor
o en escala lineal los valores logarítmicos de (1-F); el eje de las abscisas presenta,
en escala lineal, el tiempo normalizado t/t0•
1
1 - F (t)
0,1
0
t / to Escala lineal
Figura 4.8 Curva de la cantidad de trazador que permanece en el reactor
(1 - F(t)) vs tito
A partir de esta gráfica se busca la intersección de la línea de tendencia
correspondiente a los datos graficados, en dos puntos: el primer punto se
encuentra donde la curva corta el eje Y cuando la ordenada vale 1 en la escala
semilogarítmica ( el cual representa tl/to) y luego se busca el segundo punto,
correspondiente a la ordenada Y = 0.1 en la escala semilogarítmica ( el cual
representa t2/to)
53
Estos valores se sustituyen en la ecuación:
1 ta.ila=--
t2 tI
to to
(4.10)
Con este valor se calcula la fracción con características de flujo I?istón, mediante
la siguiente ecuación:.
0tana p=
O.435+0tana(4.11)
Una vez conocida la fracción de flujo pistón, se puede conocer la fracción de zona
muerta:
0 m=l--
y la fracción de mezcla completa:
(4.12)
(4.13)
V. SALUD Y SEGURIDAD
5.1 PROTECCIÓN RADIOLOGICA
Los riesgos radiactivos _son para nuestros sentidos impalpables, invisibles,
inodoros y no pueden ser descubiertos ni medidos sin la ayuda de aparatos
especiales. Por lo tanto, exigen la puesta en servicio de métodos d_e detección, de
prevención de los lugares de trabajo, una reglamentación estricta, y de todos los
medios que permitan evitar riesgos y/o exposición innecesaria a las radiaciones.
La protección radiología ocupacional es la disciplina que coordina las
investigaciones, trabajos y técnicas de radioprotección destinadas a prevenir y
minimizar la exposición a las radiaciones ionizantes de las personas que por su
trabajo están sometidas a los riesgos radiactivos.
5.1.1 Exposición
En el sentido general, exposición es la irradiación de personas o materiales.
Este concepto antiguamente indicaba la cantidad de energía de. radiación "x" y
gamma absorbida por el aire seco. Su unidad es el Roentgen (R).
5.1.2 Dosis Equivalente (H)
Es el producto de D, Q y N en el punto de interés de un tejido, siendo D la dosis
absorbida, Q el factor de calidad y N el producto de todos los demás factores
modificativos, al que se le asigna el valor de 1.
H=D. Q. N .................. (5.1)
El nombre específico de la unidad de dosis equivalente es el Sievert (Sv)
1 Sv = 1 J. Kg-1.
La unidad antigua es el rem:
1 rem = 10-2 Sv o lSv = 100 rem
5.1.3 Tasa de Dosis Equivalente
Es la velocidad de dosis equivalente expresada en Sv/h o rem/h
55
5.1.4 Clasificación de los Riesgos Radiológicos
Existen dos clases de riesgos radiactivos:
i) La irradiación interna o contaminación, y
ii) La irradiación externa
i) Irradiación Interna
Existe irradiación interna si el radionucleido penetra al orgamsmo. Esto puede
llevarse a cabo por:
(a) Inhalación.- en forma de gas, de aerosol o polvo, conducido dentro de los
pulmones por el aire respirado.
(b) Ingestión. - de radionucleidos disueltos en el agua de bebida o incorporados
en los alimentos.
(c) Via transcutánea.- para ciertos elementos como el tritio capaces de atravesar
la piel.
Producida la incorporación del radionucleído, la irradiación interna se prolonga
hasta la eliminación completa del mismo, siendo el tiempo requerido, función del
periodo radiactivo y del periodo biológico del nucleído. Este último se refiere al
tiempo en el que es eliminado del organismo.
ii) Irradiación Externa
Hay irradiaciones externas cuando el cuerpo humano está sometido a las
radiaciones emitidas por una fuente exterior (fuentes radiactivas o máquinas
generadoras de radiación con protección insuficiente). En este caso la acción
nociva termina desde el momento que el individuo abandona el campo de
56
irradiación y las dosis recibida es función de la intensidad de la radiación y del
tiempo de exposición.
5.1.5 Principios Básicos para la Protección contra Irradiación Externa
Para protegerse contra las radiaciones ionizantes se requiere conocer su naturaleza
y características, su interacción con la materia y sus efectos en el cuerpo humano,
considerándose de gran importancia la aplicación de tres principios básicos para la
protección contra irradiación externa:
A) Tiempo
Con fines de protección se puede considerar que las fuentes radiactivas emiten
radiación a una rapidez constante durante el intervalo de tiempo de interés para la
protección, adicionalmente tratándose de radiación electromagnética (rayos x o
gamma), se puede considerar que una exposición de un roentgen equivale a
una dosis de 1 rem (lR = lrem), sin cometer un error de importancia.
En base a las consideraciones anteriores, la dosis total recibida será directamente
proporcional al tiempo de exposición, es decir: (tasa de exposición) x (tiempo de
exposición)= Dosis total.
El factor tiempo en protección radiológica implica reducir al mínimo la
exposición a la radiación, esto se logra con un buen planeamiento de las
actividades que impliquen manejo de fuentes radiactivas. Así mismo, un buen
adiestramiento que conduzca al manejo de estas fuentes con habilidad, contribuye
notablemente a reducir el tiempo de exposición.
El decaimiento radiactivo también puede constituir un medio muy eficaz de
protección, dependiendo esto del período de semidesintegración del
radionucleido. En el caso de radionucleidos como el I - 131 cuyo período de
semidesintegración es de 8,04 días, será razonable esperar para manipularlo, un
tiempo relativamente corto a fin de que la actividad de la fuente decaiga. Sin
57
embargo, esto no será válido en el caso de radionucleídos como el Cobalto-60
que tiene un periodo de semidesintegración de 5 años.
B) Distancia
Este es un método de protección contra la irradiación externa· frecuentemente
eficaz y económica. La tasa de exposición de una fuente puntual, es decir, que
emite radiación en todas las direcciones con la misma intensidad, decrece según la
inversa del cuadrado de la distancia.
En un punto dado (a una distancia de la fuente), la tasa de exposición � (R/h),
puede calcularse por la fórmula:
donde
A= Actividad de la fuente (Ci)
d = distancia (m)
(5.2)
r = Constante especifica de radiación (R.m2/h.Ci)
La constante de radiación ( r ) indica la exposición por unidad de tiempo
producida a una distancia unitaria por un isótopo radiactivo en particular.
En la práctica la protección contra la irradiación externa, mediante la distancia se
logra por:
• El alejamiento de los operadores con relación a las fuentes.
• La utilización de herramientas especiales como telepinzas,
telemanipuladores, u otros sistemas.
La distancia reduce considerablemente la tasa de exposición; sin embargo, ésta
puede resultar mayor, como consecuencia de dificultades en la manipulación.
r'
58
C) Blindajes
La interposición de materiales apropiados entre las fuentes de radiación y las
personas expuestas es también un método eficiente para controlar la exposición a
las irradiaciones externas. Los materiales blindantes usados frecuentemente son
muy variados (por ejemplo plomo, hormigón, agua, entre otros); y se eligen en
función del tipo de radiación.
Para el transporte del 1-131 se util.izó como blindaje a base de plomo.
5.1.6 LÍMITE DE EXPOSICIÓN
ii) EXPOSICIÓN OCUPACIONAL
Límite de dosis
La exposición ocupacional de todo trabajador deberá controlarse de forma que no
se rebasen los siguientes límites:
a) Una dosis efectiva de 20 mSv (2000 mrem) por año como promedio en
un periodo de cinco años consecutivos.
b) Una dosis efectiva de 50 mSv (5000 mtem) en cualquier año,
c) Una dosis equivalente al cristalino de 150mSv en un año,
d) Una dosis equivalente a las extremidades (manos y pies) o a la piel de 500
mSv en un año.
ii) EXPOSICIÓN AL PÚBLICO
Límite de dosis
a) Una dosis efectiva de 1 mSv (100 mrem) por año
b) Una dosis equivalente al cristalino de 15mSv en un año
c) Una dosis equivalente a las extremidades (manos y pies) o a la piel de 50
mSv en un año
.�
VI. EVALUACIÓN Y RESULTADOS
6.1 METODOLOGÍA DE LA EVALUACIÓN
Para explicar la metodolo�ía empleada en la obtención de los resultados de las
diferentes unidades de la Planta · Nº l, consideraremos como referencia el
floculador hidráulico Nº 1.
6.1.1 Calibración del detector o sonda con el radiotrazador 1-131.
Se realiza la calibración del detector haciendo uso del radiotrazador I-131, para
determinar la actividad a inyectar en el floculador Nº 1. Para lo cual, inicialmente
se mide el contaje (cuentas/segundo) en ause.ncia del radiotrazador (llamada
también como lectura de fondo), resultó un valor de 11 cuentas/segundo.
Luego se hace el contaje para diferentes concentraciones del radiotrazador tal
como se muestra en la tabla 6.1.
Tabla 6.1: Calibración del Detector (con Radiotrazador I-131)
Fondo (Co) = 11 cuentas/segundo;- (cps=cuentas/segundo)
Medición Nº Conc. I-131(uCi/m3) C( cuentas/seg) C-Co ( cuentas/seg)
1 0.1 44.7 33.7 2 0.2 44.46 33.46 3 0.4 46.55 35.55 4 0.6 47.48 36.48 5 0.8 49.43 38.43 6 1 51.35 40.35 7 2 57.3 46.3 8 4 70.42 59.42 9 6 84.56 73.56 10 8 96.62 85.62
11 10 106.74 95.74 12 20 178.16 167.16 13 40 319.47 308.47 14 60 454.56 443.56 15 80 597.61 586.61 16 100 744.44 733.44
17 120 881.1 870.1 18 140 1023.6 1012.6
60
Donde:
C: contaje considerando fondo, es decir las interferencias del medio.
C-Co: contaje sin considerar el fondo.
Luego graficamos las concentraciones del 1-131 vs los contajes sin el fondo (C
Co),-debido a que no se debe considerar las radiaciones del medio. Obteniendo la
curva de calibración mostrada en la figura 6.1.
'@ o
8 '-"'
u
u
Calibración del Detector (con Radiotrazador 1-131) 1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
o
o 20 40 60 80 100 120 140
Concentración 1- 131 ( uCi/m3)
Figura 6.1. Curva de calibración del detector de centelleo
(Concentración 1-131 vs C-Co)
160
6.1.2 Cálculo de la Actividad del radiotrazador (1-131) a inyectar en el
Floculador Nºl de la Planta l.
La actividad se calcula partiendo de la ecuación:
[]:;:; A
V A= [ ]*V
Pero considerando el tipo de mezcla del trazador en el sistema:
[]*V A==-=--- ............................... (6.1)
Donde: A: Actividad de radiotrazador (Ci)
61
[ ] : Concentración de la actividad del radiotrazador (Ci/m3)
V: Volumen de la unidad de tratamiento (m3)
p: Factor dé dispersión (adimensional)
Los valores de "p" recomendados por el fabricante son: 1-2-3-4-5-6
1: Cuando el radiotrazador se mezcla completamente con todo el sistema.
2: Cuando el radiotrazador se mezcla con la 1/2 del sistema.
3: Con la 1 /3 parte.
4: Con la 1/4 parte. Y así sucesivamente.
Luego de observar el comportamiento del fluido y por experiencias anteriores de
los expertos se tomo el valor el valor intermedio para todas las unidades:
p = 3
Cálculo de la concentración del radiotrazador:
Medido el fondo: Co = 11 cps
Empíricamente a este valor se le multiplica por un factor de S (fabricante) para
asegurar que nuestra sonda pueda detectar las radiaciones y realizar el contaje sin
ningún problema.
Por tanto el nuevo contaje es: C = 11 *S =55 cps
Luego este valor introducimos en la ecuación de regresión lineal µiostrada en la
curva de calibración (Figura 6.1 ). Obteniendo la concentración del radiotrazador.
Siendo esta de:
[1-131] = 7.61 uCi/m3
El volumen del floculador es: 3 V= 1600 m.
Reemplazando esto valores en la ecuación 6.1:
A = 4058.66 uCi = 4.0586 mCi
(Dato de la Tabla 3.2)
Por tanto la actividad del 1-131 a inyectar en el Floculador Nº 1 es:
A=4 mCi
El mismo criterio se utilizo para las otras unidades y son reportados en la Tabla
6.2.
62
Tabla 6.2: Reporte de la cantidad de trazador (Actividad: mCi) inyectadas en c/u
de las unidades de la Planta 1 y datos proporcionados por la empresa. '
A. Caudal Vol. Caudal Tiempo UNIDAD Fecha Hora Traza mCi tratado efectivo tratado teorico
dor total unidad 3 to m 3/h 3
Q(m /s) m mm.
Desaren 2 30.09.98 15:34 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 Desaren 3 30.09.98 15:34 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 Desaren 4 22.09.98 15:44 l-131 10 27912 1000 0.705 23.64 Desaren 5 09.10.98 11:54 1-131 10 26800 1000 0.677 24.62 Desaren 6 30.09.98 14:59 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 Desaren 7 22.09.98 14:50 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 Desaren 8 30.09.98 14:59 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 Desaren 9 22.09.98 15:44 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 Desaren 10 30.09.98 14:21 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 Desaren 11 22.09.98 14:50 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 Desaren 12 30.09.98 14:21 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64
Sediment 1 20.10.98' 12:30 1-131 ,25 22350 7000 0.690 169.08 Sediment 2 20.10.98 12:30 1-131 25 22350 7000 0.690 169.08 Sediment 3 20.10.98 15:25 1-131 30 22350 7000 0.690 169.08 Sediment 4 16.10.98 13:08 1-131 i-s- - 22290 7000 0.688 169.57 Sediment 5 15.10.98 15:11 Tc-99 200 22290 7000 0.688 169.57 Sediment 6 15.10.98 15:11 Tc-99 200 22290 7000 0.688 169.57 Sediment 7 20.10.98 15:25 1-131 30 22350 7000 0.690 169.08 Sediment 8 20.10;98 15:25 1-131 30 22350 7000 0.690 169.08 Sediment 9 20.10.98 12:30 1-131 25 22350 7000 0.690 169.08
Flocul 1 6.10.98 13:27 1-131 4 26800 1600 0.82 32.52 Flocul 2 6.10.98 12:50 1-131 4 26800 1600 2.56 10.42 Flocul 3 6.10.98 13:27 1-131 4 26800 1600 1.61 16.56 Flocul 4 6.10.98 12:50 1-131 4 26800 1600 2.46 10.84
Decant 1 6.11.98 11:33 1-131 15 22350 6283 1.035 101.2 Decant2 6.11.98 11:33 1-131 15 22350 6283 1.035 101.2 Decant 3 4.11.98 16:06 1-131 15 22350 6283 1.035 101.2 Decant4 4.11.98 16:06 1-131 15 22350 6283 1.035 101.2 Decant 5 6.11.98 11:33 1-131 15 22350 6283 1.035 101.2 Decant 6 4.11.98 16:06 1-131 15 22350 6283 1.035 101.2 EstanqRegu 15.09.98 14:45 1-131 300 26949 316148 7.486 11.731
horas Los valores de las columnas 6 (Caudal tratado total) y 7 (Volumen efectivo de la
unidad) fueron reportados por parte de la empresa Sedapal. .
63
6.1.3 Tipo de inyección y adquisición de datos:
Previo a la inyección se lleva acabo la programación de la adquisición de datos
del equipo multisonda y revisión de conexiones.
Para la el floculador 1, se programó:
La adquisición de datos cada segundo
Número total de mediciones: 3169
Tiempo empleado: 52min 40seg. (aprox. el doble del tiempo teórico)
La inyección del trazador se realizó en forma instantánea a la entrada de cada
unidad y a la salida de dicha unidad se colocaron las sondas de centelleo para la
detección de radiaciones emitidas por el radiotrazador 1-131. Estas sondas están
conectadas al equipo multisonda marca Damri, la cual con la ayuda del software
Latin 36, se realiza la adquisición de datos y la visualización en tiempo real del
comportamiento del radiotrazador en el sistema en estudio, tal como lo muestra la
figura 6.2.
!
Figura 6.2: adquisición de datos con el equipo multisonda Damri (Latin 36)
6.1.4 Manejo de los datos obtenidos con el Equipo Multisonda.
Los dato almacenados en el Latin 36 son conve11idos a la de hoja de cálculo
Excel, para su posterior tratamiento. Estos datos se muestran en la tabla 6.3.
64
Tabla 6.3. Datos primitivos transformados a la hoja de calculo Excel.
FECHA HORA T.Med(s) Nº Med. Nombre ..
06/10/1998 13:27:53 1 3169 P1F01F03
t (s) Cpt 1 Cpt 2 (Fl) Cpt 3 . Cpt 4(F3) Fecha Hora
1 o 8.000028 o 7.000024 06/10/1998 13:27:54
2 o 6 o 5 06/10/1998 13:27:55
3 o 7 o 4 06/10/1998 13:27:56
4 o 4.999933 o 1.999973 06/10/1998 13:27:57
5 o 6.00008 o 8.000107 06/10/1998 13:27:58
6 o 6.999953 o 3.999973 06/10/1998 13:27:59
7 o 12.00008 o 9.00006 06/10/1998 13:28:00
8 o 9 o 11 06/10/1998 13:28:01
9 o 7 o 9 06/10/1998 13:28:02
10 o 8 o 9 06/10/1998 13:28:03
11 o 5 o 6 06/10/1998 13:28:04
12 o 9.999783 o 5.999869 06/10/1998 13:28:05
13 o 4.000081 o 6.000121 06/10/1998 13:28:06 --- --- --- --- --- --- ---
-· ..
--- --- --- --- --- --- ---
--- --- --- --- --- --- ---
--- --- --- --- --- --- ------ --- --- --- --- --- ---
3162 o 7.999947 o 3.999973 06/10/1998 14:20:35
3163 o 14.9998 o 11.99984 06/10/1998 14:20:36
3164 o 8.000161 o 4.000081 06/10/1998 14:20:37
3165 o 11.99998 o 4.999991 06/10/1998 14:20:38
3166 o 9.999849 o 8.999865 06/10/1998 14:20:39
3167 o 11 o 6 06/10/1998 14:20:40
3168 o 16 o 7 06/10/1998 14:20:41
3169 o 10 o 9 06/10/1998 14:20:42 Nota: No se muestran todos los datos, ya que las mediciones son 3169.
Donde: Cpt2: Contaje del Floculador 1 de la Planta l.
Cpt4: Contaje del Floculador 1 de la Planta 3.
Cptl y Cpt3: tienen valores ceros porque no tenían sonda.
P1F01F03: significa, Floculador 1 y 3 de la Planta 1.
65
6.1.5 Determinación de las características hidráulicas del Floculador Nºl de la Planta 1 por el método de Wolf-Resnick. A) Cálculo del tiempo teórico de retención:
De la tabla 6.2, observamos el caudal (m3 /s) en el Floculador Nº l en la fecha
correspondiente en la cual se evaluó dicha unidad, ya que estos valores varían
todos los días.
Por lo tanto el caudal en el floculador 1 es: .
3 Y el volumen de la unidad es: 1600 m
Luego el tiempo teórico de retención es:
V 1600 m3
to= - = ---- = 1951.2s = 32.5mm Q 0.82m 3
/ s
B) Ensayo con trazadores
3 Q=0.82 m /s.
El radiotrazador utilizado es el 1-131, con una actividad de 4 mCi. La cual fue
inyectado en forma instantánea a la entrada del floculador, recogiéndose los
datos (mediante la curva respuesta) a la salida del mismo con el equipo
multisonda (latin 36). Obteniéndose la curva que se muestra en la figura 6.3.
cps vs 140
120
100
80
0 60
o 40
o
20
tiempo (min)
Figura 6.3. Curva respuesta obtenida para el floculador Nº l de la Planta 1.
C) Análisis por el método de Wolf-Resnick.
Los datos de tiempo y cps (cuentas/segundo) se muestran en las columnas 2 y
4 respectivamente de la Tabla 6.4. Estos datos han sido importadas desde el
l'
66
eqmpo multisonda (software Latin 36) a la hoja de calculo Excel 97
(Microsoft).
A partir de estos datos se procedió a . determinar los valores de las demás
columnas siguiendo los siguientes criterios:
Columna 3: tito, resulta de la división del tiempo presente de adquisición del
dato entre el tiempo teórico de retención.
Columna 5: (C-Co), son las cuentas netas, es decir, que se le ha restado a las
cuentas originales el valor de la radiación de fondo o Backgraund, que en el
caso de este floculador es de 8 cps.
Columna 6: l:(C-Co ), es la sumatoria progresiva de los datos, es decir la
sumatoria total ac�l con la sumatoria siguiente.
Ejemplo, hasta la medición 8: 4 + 1 = 5
Ejemplo, hasta la medición 9: 5 + O = 5
Columna 7: F(t), resulta de la división del dato presente entre la sumatoria
total, y representa la fracción de la totalidad del trazador que ha llegado a la
salida del floculador.
¿(C-Co) F(t) = =----
LT01a1 (C -Co)
Columna 8: 1-F(t), resulta de la diferencia entre la unidad y el valor de F(t).
Representa la cantidad de trazador que permanece dentro del floculador.
En la Tabla 6.4 se muestran los resultados de manera resumida, ya que son 3169
adquisiciones.
67
Tabla 6.4. Datos y cálculos previos de parámetros para el uso del modelo de
Wolf-Resnick. Floculador Nº l de la Planta!. Hora: 13:27:53 del 06/10/98.
Dato: to=32.52min; Co=8cps (fondo)
1 2 3 4 5 6 7 8 med. t (min) tito e (cps) C-Co L (C-Co) F(t) 1 - F(t)
o 0.00 0.00 8 0.00 0.00 0.000 1.000 1 0.02 0.00 8 0.00 0.00 0.000 1.000 2 0.03 0.00 6 0.00 0.00 0.000 1.000 3 0.05 0.00 7 0.00 0.00 0.000 1.000 4 0.07 0.00 5 0.00 0.00 0.000 1.000 5 0.08 0.00 6 0.00 0.00 0.000 1.000 6 0.10 0.00 7 0.00 0.00 0.000 1.000 7 0.12 0.00 12 4.00 1/4.00 0.000 1.000 8 0.13 0.00 9 l .00� � 5.00 0.000 1.000 9 0.15 0.00 7 0.00 5.00 0.000 1.000
10 0.17 0.01 8 0.00 5.00 0.000 1.000 ---- ---- ---- ---- ---- ---- ----
---- ---- ---- ---- ---- ---- ----
1680 28.00 0.86 99 91.00- - 45563.00 0.498 0.502 1681 28.02 0.86 94 86.00 45649.00 0.499 0.501 1682 28.03 0.86 98 90.00 45739.00 0.500 0.500 1683 28.05 0.86 98 90.00 45829.00 0.501 0.499 1684 28.07 0.86 73 65.00 45894.00 0.502 0.498 1685 28.08 0.86 94 86.00 45980.00 0.503 0.497 1686 28.10 0.86 93 85.00 46065.00 0.504 0.496 1687 28.12 0.86 99 91.00 46156.00 0.505 0.495 1688 28.13 0.86 105 97.00 46253.00 0.506 0.494 1689 28.15 0.87 88 80.00 46333.00 0.506 0.494 1690 28.17 0.87 79 71.00 46404.00 0.507 0.493 1691 28.18 0.87 82 74.00 46478.00 0.508 0.492
---- ---- ---- ---- ---- ---- ----
---- ---- ---- ---- ---- ---- ----
3166 52.77 1.62 10 2.00 91475.00 1.000 0.000 3167 52.78 1.62 11 3.00 91478.00 1.000 0.000 3168 52.80 1.62 16 8.00 91486.00 1.000 0.000 3169 52.82 1.62 10 2.00 91488.00 1.000 0.000
L total = 91488.00
68
6.1.6 Gráfica de la curva 1-F(t) para el análisis por el método de Wolf
Resnick:
Se'construye una gráfica donde:
Eje de la ordenada:· se presenta en escala logarítmica, los valores de 1-F(t),
correspondiente a la cantidad de trazador que permanece dentro del reactor.
Eje de la abscisa: se presenta en escala lineal, el tiempo normalizado tito.
Luego al graficar estos datos se obtiene la curva que se muestra en la figura 6.4, el
cual ha servido para determinar en forma cuantitativa la proporción de los tipos de
flujo que pudieren existir en el floculador; esto aplicando el modelo matemático
de Wolfy Resnick, el cual se describe a continuación.
• Primero trazamos una línea recta por los puntos más representativos de la
curva, a partir del cual obtenemos los siguientes. valores:
0
0 = 0.80 => 0 = t1 I t
0 = 0.80
t2
/t0
=1.18
t1 / to 1750
E 11¡ O .1 00 +;,:-�+.:.,,+"'-c...=�+-c-i-'-'-'-7'":,:---:--':'---'�--"-'�--"-''--":-:-"�;:';k-:t=.,.-,-"-�----"-'-'-'.-----j
tito
Figura 6.4. Curva de 1 - F(t). Cantidad de trazador que permanece en el reactor
69
• A continuación se procede a calcular la pendiente a partir de la ecuación:
l tana=--
t2 t1 ---
to to
l =2.63 1.18-0.80
• Con este valor se calcula la fracción con características de flujo pistón,
mediante la siguiente ecuación:
P= 0.tana
0.435 + 0. tan a
(0.80)(2·63) =0.829=82.9% (0.435 + (0.80)(2.63)]
• La proporción de espacios muertos se determina a partir de la ecuación:
0 0.80 m=l--=1---= 0.035= 3.5%
P 0.829
• Finalmente, la proporción de flujo mezclado o mezcla completa es a partir
de la ecuación:
M = 1 - P = 1 - 0,829 = 0.171 = 17.1 %
• De la Figura 6.3, el tiempo de residencia, es el que existe <l:esde t=0 hasta
el correspondiente al centroide del área de la curva cps-tiempo. Este valor
se calcula con la ayuda del software Latin 3 7. Para el floculador Nº 1 el
tiempo de retención es igual a 28.03 min.
Los resultados obtenidos para este floculador y las demás unidades de la Planta 1
de la Atarjea se muestran en la Tabla 6.5 y 6.6 de resultados de la evaluación
(Planta Nº 1)
70
6.1. 7 Cálculo de dosis equivalente durante el desarrollo de la evaluación
Se utilizó la ecuación 5 .2:
Donde
A = Actividad de la fuente (Ci)
d = distancia (m)
r = Constante especifica de radiación (rem.m2/h.Ci)
Teniendo las siguientes consideraciones:
Distancia considerada: d = 0.3 m
Tiempo de exposición: t = 5 min.
Además, para el 1-131 y Tc-99m los valores de la constante especifica son:
2
1-131: r = 0.292rem.m
h.Ci
Tc-99m: r = 0.022 mSv.m 2
h.GBq
m: metro; h: hora; Ci: Curie; mSv: milisiever; GBq: Gigabequerelio.
lSv = 100 rem
Los resultados para cada unidad se muestran en la Tabla 6. 7
6.2. RESULTADOS
Los resultados obtenidos mediante el análisis de Wolf-Resnick se muestran en las
Tablas 6.5 y la Tabla 6.6. Además se muestran las condiciones de operación.
6.5. RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN (PLANTA Nº 1) Resultados por el Método Wolf-Resnick
Activ. Caudal Volumen Tiempo Tiempo % % % UNIDAD Fecha Hora Trazador (mCi) Tratado efectivo Q teórico Residencia Flujo zona Flujo Pistón
m3/h Unidad m3/s to (tr) Mezcla muerta
m3 mm. minutos
Desarenador 2 30.09.98 15:34 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 13.31 18.4 21.9 59.7
Desarenador 3 30.09.98 15:34 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 16.17 17.5 34.2 48.3
Desarenador 4 22.09.98 15:44 1-131 10 27912 1000 · 0.705 23.64 14.31 26.1 27.5 46.4
Desarenador 5 09.10.98 11:54 1-131 10 26800 1000 0.677 24.62 21.18 86.2 . o 13.8
Desarenador 6 30.09.98 14:59 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 14.12 39.5 25.1 35.4
Desarenador 7 22.09.98 14:50 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 11.69 21.8 39.2 39.0
Desarenador 8 30.09.98 14:59 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 16.65 53.9 11.2 34.9
Desarenador 9 22.09.98 15:44 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 9.25 22.9 49.7 27.4
Desarenador 1 O 30.09.98 14:21 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 14.34 34.2 25.8 40.0
Desarenador 11 22.09.98 14:50 1-131 10 27912 1000 0.705 23.64 10.36 50.5 35.1 14.4
Desarenador 12 30.09.98 14:21 1-131 10 27912 . 1000 0.705 23.64 21.73 63.3 o.o 36.7
Sedimentador 1 20.10.98 12:30 1-131 25 22350 7000 0.690 169.08 65.86 o.o 53.0 47.0
Sedimentador 2 20.10.98 12:30 1-131 25 22350 7000 0.690 169.08 60.66 O.O 42.2 57.8 Sedimentador 3 20.10.98 15:25 1-131 30 22350 7000 0.690 169.08 60.76 o.o 57.5 42.5 Sedimentador 4 16.10.98 13:08 1-131 15 22290 7000 0.688 169.57 50.0 O.O 62.6 37.4
Sedimentador 5 15.10.98 15:11 Tc-99 200 22290 7000 0.688 169.57 52.52 7.2 60.6 32.2
Sedimentador 6 15.10.98 15:11 Tc-99 200 22290 7000 0.688 169.57 63.15 15.l 54.4 30.5 Sedimentador 7 20.10.98 15:25 1-131 30 22350 7000 0.690 169.08 72.51 o.o 4�.l 54.9 Sedimentador 8 20.10.98 15:25 1-131 30 22350 7000 0.690 169.08 81.39 10.0 42.7 47.3 Sedimentador 9 20.10.98 12:30 1-131 25 22350 7000 0.690 169.08 80.17 o.o 46.4 53.6
._ __ _ _ .,. __ __ ____ _
TABLA 6.6. RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN (PLANTA Nºl) Resultados por el Método Wolf-Resnick
Activ. UNIDAD Fecha Hora Trazador (mCi)
Floculador 1 6.i0.98 13:27 I-131 4 Floculador 2 6J0.98 12:50 I-131 4 Floculador 3 6.10.98 13:27 1-131 4 Floculador 4 6.10.98 12:50 1-131 4
Decantador 1 6.11.98 11:33 1-131 15 Decantador 2 6.11.98 11:33 1-131 15 Decantador 3 4.11.98 16:06 1-131 15 Decantador 4 4.11.98 16:06 1-131 15 Decantador 5 6.11.98 11:33 I-131 15 Decantador 6 4.11.98 16:06 1-131 15 Estanque de 15.09.98 14:45 1-131 300 Regulación
Caudal Volumen Q Tiempo Tiempo Tratado efectivo Caudal teorico Residencia
m3/h Unidad m3/s to (tr) m3 (min.) minutos
26800 1600 0.82 32.52 28.04 26800 1600 2.56 10.42 8.5
26800 1600 1.61 16.56 15.6 26800 1600 2.46 10.84 9.9
22350 6283 1.035 101.2 68J7 22350 6283 1.035 101.2 74.67 22350 6283 1.035 101.2 82.62 22350 6283 1.035 101.2 75.92 22350 6283 1.035 101.2 79.25 22350 6283 1.035 101.2 82.17 26949 316148 7.486 11.731 6.5
horas horas
% %
Flujo zona mezcla muerta
17.4 o.o
O.O 24.5 · 22.1 o.o
18.3 8.5
35.5 18.8
44.9 10.6 40.6 3.2 19.6 15.6 26.3 9.3 20.8 10.0 42.2 39.6
%
Flujo Pistón
82.6 75.5 77.9 73.2
45.7 , 44.5 56.2 64.8 64.4 69.2 18.2
73
TABLA 6. 7. Dosis equivalente durante los ensayos realizados
UNIDAD Fecha Hora Trazador Activ. Dosis : (mCi) equivatente
(mrem) Desarenador 1 (*)
Desarenador 2 30.09.98 15:34 1-131 10 2.70
Desarenador 3 30.09.98 15:34 1-131 10 2.70
Desarenador 4 22.09.98 15:44 1-131 10 2.70
Desarenador 5 09.10.98 11:54 1-131 10 2.70
Desarenador 6 30.09.98 14:59 1-131 10 2.70
Desarenador 7 22.09.98 14:50 1-131 10 2.70
Desarenador 8 30.09.98 14:59 1-131 10 2.70
Desarenador 9 22.09.98 15:44 1-131 10 2.70
Desarenador 1 O 30.09.98 14:21 1-131 10 2.70
Desarenador 11 22.09.98 14:50 1-131 10 2.70
Desarenador 12 30.09.98 14:21 1-131 10 2.70
Sedimentador 1 20.10.98 12:30 1-131 25 6.76
Sedimentador 2 20.10.98 12:30 1-131 25 6.76
Sedimentador 3 20.10.98 15:25 1-131 30 8.11
Sedimentador 4 16.10.98 13:08 1--131 15 4.06
Sedimentador 5 15.10.98 15:11 Tc-99 200 15.08
Sedimentador 6 15.10.98 15:11 Tc-99 200 15.08
Sedimentador 7 20.10.98 15:25 1-131 30 8.11
Sedimentador 8 20.10.98 15:25 1-131 30 8.11
Sedimentador 9 20.10.98 12:30 1-131 25 -6.76
Floculador 1 6.10.98 13:27 1-131 4 1.08
Floculador 2 6.10.98 12:50 1-131 4 1.08
Floculador 3 6.10.98 13:27 1-131 4 1.08
Floculador 4 6.10.98 12:50 1-131 4 1.08
Decantador 1 6.11.98 11:33 1-131 15 4.06
Decantador 2 6.11.98 11:33 1-131 15 4.06
Decantador 3 4.11.98 16:06 1-131 15 4.06
Decantador 4 4.11.98 16:06 1-131 15 4.06
Decantador 5 6.11.98 11:33 1-131 15 4.06
Decantador 6 4.11.98 16:06 1-131 15 4.06
Estanque de 15.09.98 14:45 1-131 300 129.78
Regulación ,
(*) El Desarenador 1 de la Planta 1, estuvo moperat1vo durante los dias de trabajo.
VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7. 1' Respecto a las características hidráulicas de las unidades de tratamiento:
Previo al análisis de los resultados señalaremos algunos aspectos. fundamentales
acerca de las unidades- tratamiento.
A) Como regla general muy aproximada, se acepta que estas unidades
operando en buenas condiciones debería tener un 60% de flujo pistón y un
40% de flujo mezclado. Es decir, el% flujo pistón debe predominar más
que el% flujo mezcla.
B) Rara vez el flujo de pistón es mayor del 70% y esto no todo el tiempo.
C) Un 20% - 30% del volumen del tanque clasificado como muerto, podría
considerarse como promedio bueno.
D) Un gran porcentaje de espacios muertos, esta indicando que buena parte
del agua está saliendo en un tiempo _de-residencia (tr) menor que el periodo
de retención teórico (to) de la unidad de tratamiento.
E) La ausencia de espacios muertos hace que el tiempo de residencia (tr)
obtenido sea relativamente igual al tiempc:> teórico (to) ..
A partir de las consideraciones anteriores y observando las tablas 6.5 y 6.6, se
puede concluir que:
(1) De manera general:
• En la mayoría de los casos coexisten los dos tipos de flujo (pistón y
mezclado), además de espacios muertos, esto es debido a que en todo
sistema inestable, tanto la velocidad y la composición de la masa
líquida cambia con el tiempo.
• La utilidad del empleo de radiotrazadores durante la evaluación de las
unidades de tratamiento de agua, se debe a su alta sensibilidad, fácil
detección in situ y la obtención de datos relativamente cortos
75
comparados con los métodos convencionales tales como colorante,
soluciones salina, que se realizan por muestreo y luego se analizan en
los laboratorios, demandando más tiempo e induciendo a errores
posteriores.
• Un gran porcentaje de - flujo mezcla o de espacios muertos, esta
indicando la ineficiencia de la unidad y que buena parte del agua esta
saliendo en un tiempo menor que el periodo de retención teórico de la
unidad.
• La determinación del porcentaje de flujo pistón o de flujo mezclado,
evalúa únicamente el comportamiento cinético de las masas de agua.
Sin embargo la eficiencia de una unidad de tratamiento como
floculadores, sedimentadores y decantadores depende no solo de éste
aspecto, sino también de la densidad del floc y de la velocidad de caída
de las partículas, lo que a su vez es función de la manera como se
realice el proceso de floculación.
• Los resultados por Wolf-Resnick, ·rió dan ninguna información sobre la
eficiencia química de la coagulación. Puede presentarse el caso de que
dos floculadores con el mismo porcentaje de flujo pistón y flujo
mezclado, muestren distinto grado de eficiencia en la aglutinación de
partículas, debido a diferencias en el tipo de suspensión o en la
dosificación de coagulantes.
• Los resultados presentados en las Tablas 6.5 y 6.6 son importantes
para hacer ver la importancia hidráulica del sistema, esta información
servirá para mejorar la eficiencia de algún proceso.
• La representación grafica del valor logaritmo de (1-F) contra el tiempo
adimensional tito nos permite reconocer mediante el procedimiento
empleado en este trabajo los cambios en el régimen de flujo y por lo
tanto la búsqueda de un modelo que pueda predecir mejor los factores
que influyen en dichos cambios.
76
(2) Con respecto a los desarenadores (Tabla 6.5):
El predominio del tipo de flujo es compartido.
Existe un predominio del flujo pistón respecto al flujo mezcla en los
desarenadores: 2,3, 4, 7, 9 y 10.
De los cuales operan en forma óptima para los cuales fueron diseñados, los
desarenadores: 2, 3 y 4. Cabe resaltar que el desarenador 3 presenta zona
muerta (34.2%) un poco · apreciable que debe ser producto de la
recirculación tal como se muestra en la figura 9 .2 (apéndice), punto a tener
en cuenta si se desea mejorar su eficiencia.
También existe predominio de flujo mezcla respecto al flujo pistón en los
desarenadores: 5, 6, 8, 11 y 12.
De los cuales trabaja de manera ineficiente los desarenadores 5 y 11, por
presentar demasiado predominio de flujo mezcla respecto al flujo pistón y
además el desareandor 11 presente apreciable zona muerta. Los restantes
trabajan a nivel intermedio para las cuales fueron diseñados.
Por lo tanto son 5 los desarenadores -(5; 6, 8, 11 y 12) qµe presenta algún
tipo de inconveniente que impiden que el flujo pistón se desarrolle en
mayor proporción. Además en la mayoría de los casos debido a la
presencia de zonas muertas se evidencia que el tiempo de_ residencia (tr)
obtenido es menor que el tiempo teórico (to).
Recomendamos inspeccionar principalmente estos 5 desarenadores por las
razones expuestas.
(3) Con respecto a los floculadores (Tabla 6.6):
En los cuatro floculadores se están produciendo principalmente flujo de
pistón (mayores que 70%), frente al flujo mezcla (menores de 23%), lo
cual es favorable.
Por otra parte, no se presentan cortocircuitos m espacios muertos
apreciables, que podrían afectar el tiempo de residencia, haciendo que lo
tiempos de residencia teórico y real sean muy cercanos.
77
Estos resultados hace que las curvas de respuesta presenten la forma de
una curva de Gauss casi perfecta, tal como se aprecia en las figuras 9. 13,
9.14, 9.15 y 9.16 del apéndice.
Desde el punto de vista hidráulico, estos cuatro floculadores son eficientes.
( 4) Con respecto a los sedimentadores (Tabla 6.5):
En todos los sedimentadores se observa predominio de flujo pistón sobre
flujo mezcla. Pero no con la eficiencia esperada, por que un sedimentador
debe tener por lo menos un 60% de flujo pistón, solo los sedimentadores 2
(57.8%) y el sedimentador 7 (54.9%) están cercanos a este valor.
Además la presencia de espacios muertos es muy apreciables con valores
mayores que 40% (principalmente en los sedimentadores 1, 3, 4, 5 y 6),
cuando lo aceptable es 20%. Por lo tanto la eficiencia de los
sedimentadores· serán muy bajas.
Este inconveniente se puede deber a la acumulación de sedimentos en la
profundidad de los sedimentadores, lo cual hace que el agua sufra
modificaciones en su trayectoria.
En todas las unidades de sedimentación el tiempo teórico es mucho mayor
que el tiempo real obtenido, haciendo que la presencia de. zonas muertas
sea apreciable, lo cual, hace que el agua se mantenga casi ·inestable o en
movimiento lento a través del sedimentador ayudando así· a que los
flóculos formados anteriormente puedan sedimentar por gravedad hacia el
fondo de la unidad.
(5) Con respecto a los decantadores (Tabla 6.6):
En todos los decantadores predomina el flujo tipo pistón respecto al flujo
mezcla excepto en el decantadores 2 donde no es mucho la diferencia.
Existe la producción de zona muerta en todos los decantadores y es menor
del 20%, lo cual favorece para que las pequeñas partículas que se
encuentran en suspensión puedan elevarse a la superficie y ser eliminadas,
por que así lo requiere el funcionamiento de los decantadores.
78
Desde el punto de vista hidráulico, los decantadores funcionan de manera
eficiente, auque no es lo ideal, como son los casos de los decantadores 1, 2
y 3 pues presentan.un porcentaje alto de flujo mezcla.
(6) Respecto al estanque regulador (Tabla 6.6):
En el estanque de regulación predomina el flujo mezclado y los espacios
muertos, esto último se refleja en la gran diferencia que existe entre
tiempo de residencia real (tr=6.5h) y el tiempo de residencia teórico
(to=l 1.73 lh), es decir hay mas tiempo de permanencia de las aguas en
dicha unidad, lo cual favorece para los mesesde lluvia, cuando el agua que
viene excesivamente turbia, se interrumpe la captación, proporcionando a
las Plantas agua mas clara y menos contaminada
Se debe tener en cuenta que esta unidad tiene otra función que es de
uniformizar la· producción de las plantas especialmente en épocas de
sequía.
Recomendaciones:
• Se recomienda analizar la prueba de trazadores conjunuµnente con los
estudios del comportamiento químico del proceso, la técnica de trazadores
por tanto solo ayuda a explicar como una determinada unidad se comporta,
solamente cuando se conocen los otros parámetros que influyen el
proceso, tales como coagulación y floculación.
• Dada la importancia y el impacto del líquido elemento para la sociedad, se
recomienda hacer un seguimiento el estudio de trazadores en la evaluación
de las unidades de tratamiento de agua para poder contrastar con el
presente estudio y encontrar mejores resultados técnicos.
79
'·
7.2 Respecto a la seguridad radiológica (Tabla 6.7):
La dosis equivalente por los cuatro operadores durante la evaluación que duró un
mes resultó: 267.00 mR�m
La dosis equivalente por cada operador equivale a:
66.75 mRem < 181.82 mRem/mes (Limite permisible mensual: 2000/11)
Por lo tanto:
Asumiendo conservadoramente que cada operador esta permanentemente en la
unidad operativa se expuso a dosis de 66.75 mRem, que comparado con el límite
de dosis mensual de 181.82 mRem es menor.
(Dosis anual promedio=2000 mRem).
Nota:
Para hallar la tasa de exposición mensual, el Organismo Internacional de Energía
Atómica considera dividir entre 11 a la tasa anual que es 2000 mRem/año.
Además, si consideramos el periodo de semidesintegración del 1-131 de 8.04 días
la actividad inyectada baja considerablemente en un mes. Durante este periodo en
que decae, el área estará supervisada.
El personal operador dispone para sus labores de un monitor de radiación y un
dosímetro tipo película para un control más efectivo de la dosis.
vm. BIBLIOGRAFIA
• [1] Carrión J. P. "Tratamiento, Filtración Lenta", CEPIS 1992, Manual II,
pág. 14.
• [2]: Organización Panamericana de la Salud. "Teoría, diseño y control de
los procesos de clarificación de agua". CEPIS, Serie técnica 13. 1972, pág.
193, 201, 283.
• [3] Levenspiel O. "Ingeniería de las Reacciones Químicas". Tercera
Edición, 2004, pág. 260.
• [4] Mosnain Alfredo "Aplicación de trazadores radiactivos a tecnicas para
determinar características hidráulicas en unidades de tratamiento de agua",
1972, pág. 20.
• Organismo Internacional de Energía Atómica, "Manual Practico de
Seguridad Radiológica", 1994, pág. 40.
• Plata Bedmar, A. "Isótopos en Ideología", 1972, pág. 5.
• Juan Ramos Tapia, Víctor Díaz Nuñez. Nuevos "Métodos de Tratamiento
de Agua", 1972, pág. 217.
• Nélida Heresi M., "Curso Regional de Entrenamiento en Aplicaciones de
los Radiotrazador�s en la Industria". ARCAL XVI, La Habana, Cuba,
Octubre 1995.
81
. '·
IX. APÉNDICE
Apéndice A:
Tabla 9.1 Trazadores radiactivos más utilizados y su campo de aplicación.
TABLA 9.1: TRAZADORES RADIACTIVOS MAS UTILIZADOS Y SU CAMPO DE APLICACIÓN.
Isótopos T112 Radiación útil Forma química Campo de aplicación
Ag-ll0m 233 días y: 0.66 - 1.50 Mev En cuarzo lnd. petróleo, sedimentología
Cloruro lnd. química
Ar- 41 110 min y: 1.37 Mev Gas Industria química
Au-198 2.7 días y: 0.41 Mev AuCb lng. recursos de agua, sedimentología, ind.
de minerales no metálicos e ind.
Metalúrgica
Coloidal u otra lnd. metalúrgica
Ba-131 Variada (mioroesferas) lnd. Del petróleo (perfiles de toma de agua
en pozos inyectores)
Br-82 36h y: 0.55 - 1.32 Mev CH3Br Industrias de aguas, químicas y
metalúrgicas, generación de energía
Bromobenceno lnd. química y petroquímica
Paradibromobenceno Ind. química en general, Hidrologí�
KBr
Isótopos
Ce-144
Co- 57
Co- 60
Cr-51
Cu-64
Cu-64
Fe- 59
Ge-77
H-3
Hg-197
Hg-203
T112
285 días
271 días
5.3 años
27.8 días
12.8 días
12.8 días
44.5 días
11 h
12.6 años
2.7 días
46.6 días
Radiación útil
�: 0.30 Mev
y: 0,122-0,136 Me V
y: 0.17 - 1.33 Mev
y: 0.325 Mev
y: 0.51 Mev
�: 0.57 Mev
y: 0.51 Mev
y: 1.10 - 1.29 Mev
y: 0.21-2.02 Mev
�: 0.018 Mev
y: 0.077 Mev
y: 0.279 Mev
Forma química Campo de aplicación_
Ce2O3 Procesamiento de minerales. no metálicos
Co( CN)6- - (Hexacianoco baltato) Recup. secundaria de petróleo
Naftenato Ind. petroquímica
Co(CN)6- - (Hexacianocobaltato) Recup. secundaria de petróleo
en cuarzo Ind. metalúrgica y del petróleo
Cr-EDTA Ind. metalúrgica.
CuO Ind. minero-metalúrgica
Mineral de Cu Ind. metalúrgica del Cobre.
Naftenato Ind. petroquímica y del carbón
Fe2O3 Ind. del cemento, refinerías de zinc
(tostación)
Varios comp. Orgánicos
Agua tritiada Ind. Del petróleo y gas natural, generación
de energía y recursos hídricos
Mercurio metálico Inventario en celdas electrolíticas
Mercurio metálico Inventario en celdas electrolíticas
Isótopos T112 Radiación útil Forma química Campo de aplicación_
I - 131 8.04 días y: 0.36 - 0.64 Mev C6Hsl en kerosene Inventario de kerosene
Nal Tratamiento de agua, ing. de recursos
KI hídricos, ind. del pétroleo y petroquímica e
ind. química en general, Hidrología
Ir - 192 74.4 d B: 0.67 Mev máx En cuarzo, areniscas y arcillas, Sedimentología
y: 0.2 - 1.4 Mev En alúminas Fracturación hidráulica
Kr-85 10 años B: 0.7 Mev Gas Ind. químicas y de gas natural, Ing.
y: 0.54 Mev Mecánica y electrónica
La-140 40h y: 0.33 - 2.54 Mev La2O3 Ind. de minerales no metálicos, ind.
metalúrgica
Cloruro lnd. química inorgánica
Naftenato Ind. química orgánica
Mo-99 67h y: 0.18-0.74-0.78 Mev Molibdato de sodio lng. de recursos hídricos
Na-24 15 h y: 1.37 - 2.75 Mev Na2O3 Ind. minero-metalúrgica
Naftenato salicilato lnd. química y petroquímica '
Ni-65 2.56 h y: 0.37-1.11-1.49 Mev Estearato, Oxalato Ind. química orgánica
Isótopos T112 Radiación útil Forma química Campo de aplicación
S-35 87 días �: 0.167 Mev H2S Ind. del hierro y del ácero
SCN- (tiocianato) Recup. secundaria de petróleo
Sb - 124 60 días y: 0.61 - 0.72 Mev Trifenilestibina Pruebas de fuga en transporte de productos
Trifenilantimonio orgánicos e hidrocarburos en general
En alúminas Fracturación hidráulica
Sc-46 84 días y: 0.89 - 1.48 Mev Sc2O3 lnd. del petróleo, sedimentología
En alúminas Fracturación hidráulica
Te-182 115 días y: 1.19 Mev Te2O3
Tc-99m 6h y: 0.14-0.89 Mev Tecnetato Tratamiento de agua, ing. de recursos
hídricos
Xe-133 5.27 días �: 0.34,y y: 0.08 Mev Gas Ind. química
Zn-65 274 días y: 1.11 Mev ZnO Ind. metalúrgica
86
Apéndice B:
Gráficas de curvas de . respuesta obtenidas mediante el equipo
multisonda correspondiente a las unidades de la planta Nº 1.
Gráficas de curvas de respuesta obtenidas mediante el equipo multisonda correspondiente a las unidades de la planta Nºl.
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
160
140
120
100
80
60
40
20
Planta Nro.1, Desarenador N° 2
5 10 15 20 25
tiempo (min)
Figura 9 .1: Curva respuesta uti_lizando el radiotrazador I - 131
Planta Nro.1, Desarenador Nº3 �------------------------------------
Formación de picos anticipados debido a cortocircuitos
5 10 15
tiempo (m in)
20
La formación de-la cola indica Zona muerta debida a la . recirculación j
25
Figura 9.2: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
Planta Nro. 1, Desarenador Nº4
400
300
200
100
o
o 5 10 15 20 25
tiempo (min)
Figura 9.3: Curva respuesta utilizando el radiotrazador 1- 131
RantaN'1, llsrenador N'5
100
100
140
12)
0 100
00
00
40
2)
o
o 5 10 15 40 45
Figura 9.4: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
160
140
120
100
U)80
60
40
20
o
o
300
250
U) 200a..O 150
100
50
0,0
Planta N31, Desarenador N3 6
5 10 15 20 tiempo (min)
Figura 9.5: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
5,0
Planta Nº 1, Desarenador Nº 7
10,0 15,0 tiempo (min)
20,0
Figura 9.6: Curva respuesta utilizando el radiotrazador 1- 131
25
25,0
Plan� N"1, Desarenador N°8
120
100
80
(/) 60
40
20
o
o 5 10 15 20 25
tiempo (min)
Figura 9.7: Curva respuesta utilizando el radiotrazador 1- 131
Planta Nro. 1, Desarenador N°9
700
600
500
400
300
200
100
5 10 15 20 25
tiempo (mln)
Figura 9.8: Curva respuesta utilizando el radiotrazador 1- 131
180
160
140
120
U) 100
80
60
40
20
o
o
10CX)
�
00)
700
00'.)
500
300
200
100
o 0,0
Planta Nro� 1, Desarenador Nº10
5 10 15 20 25
tiempo (min)
Figura 9.9: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
5,0
Planta N> 1, ll3sarenador N> 11
10,0 15,0
tiempo (min)
20,0 25,0
Figura 9.1 O: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
o
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
o
temp.(min) 200 276
5
Plan ta Nro. 1, Desarenad o r N ° 1 2
10 15
tiempo(min) 20
Figura 9 .11: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
ESTANQUE Nº1, PLANTA 1
330 376 416 447 477 507 537 576 620
Tiempo (min)
Figura 9.12: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
25
672 740 900
Planta� 1, Aoculador � 1
140-·�-----------------------------
120
100
(/) 80 o.
o se;)
40--
20
o
0,0
90
80
70
60
(/) 50
30
20
10
0,0
5,0 10,0 -+-H ! : 1 1 : f-+-1 i 1 ! 1 i H--H+H-+-H-++-H-1-+-H-+J
15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0
tierrpa(nin)
Figura 9 .13: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
5,0
Planta N2 1, Floculador N2 2
10,0
tiempo (min)
15,0
Figura 9.14: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I- 131
20,0
120
100
(/) o.
o
:¡
o
0,0
40 +
0. 30
20
10
0,0
Planta r�,f 1, Floculador Nº 3
5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 3>,0 35,0 40,0 45,0 50,0
tierTf)O (n'in)
Figura 9.15: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
Planta Ng 1, Floculador Ng 4
·----------------------·-···--.. ··-·-··-------
5,0
---+----+-----+---+----+- -·•-••••f• ••• ••••••-•••••••··-'···· .. •-••n••-
10,0
tiempo (min)
15,0
Figura 9 .16: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
20,0
P la n ta N 11 1 , Sed lm .entado r N 11 1
100
90
80
70
60
40
$0
20
·1 O
+----+--+---+---+-+---+----t-+--<···-- ........ ··t· -- ......... --->-+--+--+-+-------+--t--t-----+-----+---+--+-+--<--+--
25 50 75 1 00 125
tle m p o (m in)
Figura 9.17: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
Planta N 9 1, Sedimentador N 9 2
120 · --··--····-·-··-········ ... ···-················-·-······ -----------·--··------------------
100
A. 60
40
20
o 25 50 75 100 125
tiempo (m in}
Figura 9 .18: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
1 0
1 O
(/) a. o
Planta N!? 1, Sedimentador N2 3 250 .,---------------------------------------·---
200
150
100
50 -� 1 ¡
-l--4--+----4--<---,--+--------+---+---+-------->---+---+----+----l--t----t---;-----4-+---t--.---+--· --�-.-+i
25 50 75
tiempo {min)
100
Figura 9 .19: Curva respuesta utiliz�ndo el radiotrazador I - 131
Planta N2 1, Sedimentador N2 4
125
so.o-�----------�-------------------
a. 25,0(.)
10,0
5,0 ..
0,0 +--. ---,-�-�-...._,. __ --�------------
0,083 25,083 50,083 75,083 100,083
tiempo (mili)
Figura 9.20: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131
Planta N2 1, Sedimentador N2 5
400 ---------- -------------�-------------··---···-··¡
380 j 360
340 320 300
280
260 240
en 220 -0.. 200 -O 180
160 .. 140 120 100 ..
8Q ..
60
40
� 0 -h,-,-,.;.,.,-,,..,....-,--,-,-,.-,-,-..,..............,_,......,....,..,,_,.c.,....,-,-r-,--,-,-,-,--,-,-.---,-,-...,...,-,-,-..,........,...,...,,...,..,-,-,--.,.....,-.......-,...,....,..........-,.....,-,�-�-.--.---,l
o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
Tiempo (min)
Figura 9.21: Curva respuesta utilizando el radiotrazador Te -99m.
Planta N2 1, Sedimentador N2 6280 ...------'---'---'-'--'---------------------------·---···-,
260
240,
220 ..
200 ..
180
16.0
140
120
100
80
60
40
20
o .
o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 1:,0 140
tiempo {min)
Figura 9.22: Curva respuesta utilizando el radiotrazador Te - 99m.
i ¡
Planta N 9 1, Sedimentador N9 7
160 -r------------------------------- -----,
140
120
Q. 80(.)
en a.. o
60
o .,....i --+-+---+----;-__..._,___,_-+----+--o--+--+--+---;-+---+---+--f·····-····l-+-----t-----l----+-+---+---+---+1
50 75 100 125
tiempo (min)
Figura 9.23: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131.
Planta N2 1, Sedimentador N9 8
140-r-----------------------------------
0 +-------+----+---;
o 25 50 75
tiempo (min)
······,··-·""": ..... ¡ ...... -�-t .. ·····!--···"" ···• ·········i .. ···········!····· .. �-·
100 125
Figura 9.24: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131.
Planta N 2 1, Sedimentador N 2 9 100
90
80
70
50
30
20
10
o .. ---------t--+---f-t--+---+--+--+--i..-+---+--i--------r-l---+---+--+---+--'-----t--+-·l·········l····-
25 50 75 100 125 150
tiempo (min)
Figura 9.25: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131.
Planta ff1, Decantador ff1
60
50
40
30 o
20
10
o
o 25 50 75 100 125 150 175
tielll)O (mn)
Figura 9.26: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131.
Planta Nº1, Decantador Nº 2
70
60
50
en 40
30
20
10
o
o 25 50 75 100 125 150 175
TIEMPO (min)
Figura 9.27: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131.
Planta Nº 1, Decantador N°3
70
60
50
·u, 40
c..
30
20
10
o
o 25 50 75 100
tiempo (min)
Figura 9 .28: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131.
Planta Nº 1, Decantador Nº4
70
60
50
U) 40
c..
30
20
10
o
o 25 50 75 100
tiempo (min)
Figura 9 .29: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 13 1.
Plant� N °1, Decantador N º570
60
50
40
30
20
10
o
o 25 50 75 100 125 150 175
tiempo (min)
Figura 9.30: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131.
Planta Nº 1, Decantador Nº6
80
70
60
50
40
30
20
10
o
o 25 50 75 100
tiempo (min)
Figura 9.31: Curva respuesta utilizando el radiotrazador I - 131.
103
' Apéndice C:
Fotográfias tomadas.durante la evaluación.
Foto 1: CENTRO NUCLEAR "RACSO" DE HUARANGAL
Foto 2: Captación de las aguas del río Rimac
Foto 3: Ingreso de las agua a los desarenado res
Foto 4: Desarenadores de la Planta Nº
1
Foto 5: Colocación del detector o sonda a la salida
del desarenador
Foto 6: Dilución del radiotrazador I-131 para la inyección al desarenador
Foto 7: Inyección del radiotrazador I-131 a la entrada del desarenador
Foto 8: Adquisición de datos (cuentas/segundo) y gráficas de curva-respuesta in situ, con el equipo Multisonda marca Damri incorporado el software
Latin 36.
Foto 9: Curva respuesta del comportamiento del radiotrazador en el Floculador
Foto 1 O: Mantenimiento del equipo multisonda, a cargo de un especialista
Foto 11 : Floculadores de la Planta Nº l
Foto 12: Colocación del detector a la salida del Floculador de la Planta Nº
l
Foto 13: Decantador de la Planta Nº
l