ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL FUNCIONAMIENTO DE TANQUES

ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL FUNCIONAMIENTO DE TANQUES
SEDIMENTADORES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUA
José Alberto Rodríguez Morales(1), Nikolai Serpokrilov Sergeevich(2), Miguel Angel Domínguez
Cortazar(2)
1 Centro de Estudios Academicos sobre Contaminación Ambiental de la UNIVERSIDAD AUTONOMA
DE QUERETARO.
2 Posgrado de Ingenieria de la UNIVERSIDAD AUTONOMA DE QUERETARO
correo electronico josealbertoro@hotmail.com
Es sabido que para eliminar las impurezas en sólidos suspendidos con una densidad
distinta de 1 g/cm cubico en aguas contaminadas, se usan frecuentemente procesos de
sedimentación, mismos que se realizan en diferentes tipos de sedimentadores. Para poder
diseñar, se necesita conocer las propiedades de las impurezas que se habrá que precipitar,
porque de esto depende el tiempo de retención, el volumen total del tanque,el cono para
almacenamiento de los sedimentos y las dimensiones o del diámetro del efluente. Para
ello se requiere conocer la velocidad de precipitación (o de flotación) de impurezas en
mm/s. Este fue un experimento realizado en Rusia y conocido bajo el término de “grueso
hidráulico”, como una función de los tamaños de las párticulas, las fuerzas de gravedad y
Van der Waals, la ley de Arjimed, la agregación en caso de precipitación, la temperatura
del agua y el flujo irregular , etc. (N.Y. Avdeev, 1966).El grueso hidráulico tiene
vinculación muy estrecha con la eficiencia del tratamiento de las aguas: cada valor del
grueso hidráulico resulta adecuada la eficiencia del tratamiento o del tamaño de párticulas
eliminadas. Por eso, ayudandose de datos del grueso hidráulico se puede calcular la
duración del proceso de sedimentación y también las dimensiones de las obra de
tratamiento.
El grueso hidráulico se define como la relación entre la profundidad definida y el tiempo
de precipitación en mm por segundo. Para fijar simultaneamente estos parámetros se
toman muestras analizando la concentración de sólidos suspendidos en el agua a una
profundidad dada. Los muestreos se realizan a diferentes intervalos de tiempo, esto es a
0, 5, 15, 30, 45, 60, 90 y 120 minutos de iniciada la precipitación. Los métodos de
análisis son estándares y como resultado del estudio se dibuja la curva de precipitación
(fig.1)
Fig. 1. Curva de eficiencia de precipitación depende del tiempo y grueso hidráulico.
De acuerdo con el comportamiento de la curva anterior se puede tener dos opciones: si
conocemos el grueso hidráulico de impurezas eliminados podemos estimar la eficiencia
del tratamiento y el tiempo necesario para alcanzar dicha eficiencia o, si lo que
conocemos es la eficiencia, la gráfica permite obtener el tiempo y grueso hidráulico.
Despues de analizar el comportamiento de la precipitación, estaremos en condiciones de
determinar la profundidad necesaria del sedimentador de acuerdo con la ecuación (1):
H = (T / t )n x h,
(1)
Donde :
n - coeficiente considerado las condiciones de impurezas de aguas (tabla 1);
T - tiempo de precipitación en obra calculada, seg.;
t - tiempo de precipitación determinanda en probeta experimental, seg.;
h - profundidad definitiva de sedimentacion en modelacion, cm.
H – profundidad del sedimentador definitivo que tomamos de acuerdo de
experiencia de tratamiento de aguas:
del flujo horizontal – (1.5 – 3)m;
del flujo radial – (1.5 – 5) m.
Tomando en cuenta el tipo de agua la expresión anterior sirve para calcular T
dependiendo de la profundidad del sedimentador H en condiciones reales(desde la
superficie del agua libre hasta manto de proteccion que menor a 0.3 – 0.5 m de la
profundidad total).
También se puede tener el problema inverso al saber los tiempos de precipitación en el
laboratorio y en la planta real podemos determinar la profundidad laboral del
sedimentador por medio de la ecuación (1).
Tabla 1. Valores del coeficiente n depende de densidad de impurezas en
aguas(experiencia rusa)
N
Tipo de agua
025
Aguas residuales, agua doméstica
0.40
Aguas con materias inorgánicas, con densidad
D >= 2 – 3 g/cm3
0.60
Aguas con densidad de materiales d > 4 g/cm3
En caso de que no exista la posibilidad de determinar el tiempo y la eficiencia, así mismo
la precipitacion experimental se puede usar los datos de tabla 2. (N.Y. Avdeev, 1966)
Tabla 2. TIEMPO DE SEDIMENTACION (seg) DE AGUAS TRATADAS EN
PROBETA CON PROFUNDIDAD DE PRECIPITACION 50 cm Y TEMPERATURA
DE 20|°C.
N = 0.25
n = 0.4
n = 0.6
E
% Concentración de impurezas en mg/l
100
200
300
500
500
1000 2000
3000
200
300
400
2 600
300
150
140 100
40
0
3 900
540
320
260
180
150 150
50
0
4 1320 650
450
390
200
180 180
60
75
60
45
0
5 1900 900
640
450
240
200 200
80
20
90
60
0
6 3800 1200
970
680
280
240 230
100
180
120
75
0
7 3600
2600
1830 360
280 570
130
390
180
130
0
8 5260 1920 690 1470
370
3000
580
380
0
9 2230 3600
1080
0
1 1850
0
0
Nota: en casos de que las temperaturas sean distintas de 20 °C se usan los coeficientes
corregidos del tiempo de precipitación por medio del cambio de viscosidad (ver tabla 3).
Tabla 3
Temperatura
Coeficiente
(Cv)
50
0.55
40
0.66
30
0.80
25
0.90
20
1.0
Para calcular el sedimentador usamos las siguientas ecuaciones:
El largo del sedimentador del flujo horizontal, m:
L = V x H / k U0
;
(1.1)
el radio de sedimentadores de los flujos vertical y radial, m:
R = (Q /3.6 x 3.14 x k x U0 )*0.5, (1.2)
15
1.14
10
1.30
5
1.50
Donde :
Q – gasto calculado, m*3 /hr;
V – velocidad del flujo promedio, (5 – 10) mm/s;
k – coeficiente del uso util de volumen del sedimentador, lo valor igual 0.5 para
sedimentador horizontal, 0.45 – radial (circulo), 0.35 – vertical.
Valor del grueso hidraulico puede ser determinado experimentalnente que es mejor o
calculado:
U0 = (k x H / Cv x t) (h /k x H)*n – U, (1.3)
Donde U – el componente vertical del flujo horizontal en sedimentador, cuando V = 5
mm/s tenemos U = 0, cuando V = 10 mm/s – U = 0.05 mm/s.
Para analizar el comportamiento de las impurezas en el agua(flotación, sedimentación),
es necesario realizar pruebas experimentalesque confirmen la teoría anterior.