Balotario Solucionario FINALES.docx

SEDIMENTACIÓN 1. Explicar cómo sedimentan las partículas en suspensión dentro de una masa líquida. Teniendo como

base la información que se obtiene de la columna de sedimentación, como selecciona la máxima velocidad de sedimentación y determina el porcentaje de remoción total. Las partículas en suspensión sedimentan por la acción de la gravedad de ya que su peso específico es mayor que el del agua y tienden a caer. Si se refiere a su procedimiento de caída estas sedimentan como entidades individuales y no existe interacción sustancial con las partículas cercanas. Para poder seleccionar la máxima velocidad de sedimentación la suspensión es colocada en la columna de sedimentación permitiendo que sedimente bajo condiciones de quietud. A diferentes intervalos de tiempo, muestras son retiradas a una profundidad dada y la concentración de las partículas en cada muestra determinada. Cada muestra contiene un número de partículas con velocidades de sedimentación lo suficientemente suficientem ente grandes para transportarlas desde la superficie y pasar la profundidad de muestra durante el periodo de sedimentación. La máxima velocidad de sedimentación de las partículas, es aproximadamente: Z n = Profundidad de muestreo

 =  .á . á  . .  =  =  %  ó ó  = = 1    ∫   %  . .   En qué se diferencia la clarificación clase I de la clase II y explicar y derivar la expresión matemática 2.

que permite determinar la velocidad última de sedimentación de una partícula que se encuentra en suspensión en el agua. La clarificación clarificac ión de partículas clase I se trata de partículas discretas disc retas que sedimentan por la acción de la gravedad como entidades individuales, en cambio las de clase II se trata de partículas en suspensión bastante diluidas estas partículas que se agregan o floculan, es decir, tienen que primero formar un floc para aumentar su masa y luego sedimentar. Por eso, la “Clarificación de Clase II difiere de la clase I, en que la remoción es dependiente de la taza de clarificación, así como de la profundidad. Como las partículas discretas clase I siguen las leyes de newton, entonces cuando una fuerza exterior origina que una partícula se mueva a través de un fluido, la fuerza resultante sobre una partícula ESFÉRICA es:

 =      .     . ∅   .. .  ( ) . .              =  ,  =  .   ,  =  , . =   . .   

FR = Fuerza resultante, FE = Fuerza exterior, FB = Fuerza de flotación, FD = Fuerza de fricción o arrastre

3. ¿Qué se entiende como capacidad de clarificación y espesamiento en una operación de

sedimentación de partículas que tienden a flocular? y ¿Cómo determinaría la altura a la que el lodo que está sedimentando permanece, si todos los sólidos en la columna de sedimentación fueran de la misma concentración? *Se entiende que son los principales factores para encontrar el área superficial requerida para separar concentraciones suspendidas en tanques de flujo continuo de sedimentación o espesamiento. * Se determina con la ayuda de una gráfica de la altura de interface como una función del tiempo. La pendiente en cualquier punto a lo largo de la curva es igual a la velocidad a la que la interface a ese punto particular se sumerge o se hunde, si con la pendiente se halla la ecuación de la recta se encuentra que la altura a la que la columna de lodo permanecería si todos los sólidos en la columna estuvieran en la misma concentración (Z1’) Z1’ = (Co.Zo’)/ C2

4. En un análisis de la curva de sedimentación de partículas que tienden a flocular explicar ¿Qué

representa la pendiente en cualquier punto de la curva? ¿Qué representa el punto de corte de la tangente al eje donde se ubican la altura de interfaces?, y ¿Cómo se determina la altura de contraflujo y el tiempo de contraflujo y el punto de concentración crítica? *La pendiente en cualquier punto a lo largo de la curva es igual a la velocidad a la que la interface a ese punto particular se sumerge o se hunde, si con la pendiente se halla la ecuación de la recta se encuentra que la altura a la que la columna de lodo permanecería si todos los sólidos en la columna estuvieran en la misma concentración (Z1’) Z1’ = (Co.Zo’)/ C2 *La altura de contraflujo Zu’ se determina reemplazando el valor de tu en la ecuación de la recta tangente a la curva de sedimentación en el punto de concentración crítica (C2) que controla la capacidad de manipulación. El cálculo de tu depende del tiempo necesario para alcanzar la concentración de lodos deseados en el fondo del tanque. 5. Explicar ¿Cómo es el comportamiento de las suspensiones diluidas de partículas floculantes? ¿Cuál

es su tasa de floculación? y ¿Cómo se lleva a cabo el análisis en una columna de sedimentación para determinar la remoción más eficiente? *Las partículas relativamente diluidas tienden a agregarse unas con otras durante el proceso de sedimentación, conforme se produce la floculación las masa de las partículas va aumentando y depositando a mayor velocidad. La rapidez con la que suceda la floculación depende de la posibilid ad de contacto entre las diferentes partículas, carga de superficie, profundidad del tanque, de la concentración de partículas y de su tamaño.

* La tasa de clarificación (q), está en función de z/t  (distancia en que las partículas sedimenta en un tiempo t) y A (Área del volumen rectangular en la dirección de aquietamiento)

 =  ∗  =  ∗

*Para determinar las características de sedimentación de una suspensión de partículas floculentas se usa la columna de sedimentación. La altura es conocida, suele estar graduada y tienen unos orificios de muestreo cada cierta distancia vertical, la sedimentación es en condiciones de reposo. La retirada se muestras se realiza en diferentes intervalos de tiempo y se analiza el porcentaje de eliminación de sólidos y los resultados se muestran en una gráfica en función de la profundidad, una dibujado los puntos se trazan las curvas que pasan por los puntos que tienen idéntico porcentaje de eliminación o fracción removida. 6. De un análisis de sedimentación que se ha llevado a cabo en una columna de 1 m de profundidad

con un lodo que tiene una concentración de C o= 5000 mg/L se ha encontrado los siguientes resultados: Altura de la zona Tiempo en Altura de la zona Tiempo en Altura de la zona Tiempo en de intercambio minutos de intercambio minutos de intercambio minutos 100 Cero 40 5 10 15 90 1 30 6 10 17 80 1.5 20 7 10 20 70 2 15 9 60 3 12 11 50 4 10 13

Si se desea una concentración en la zona de flujo contrario de C u=12 000mg/L, ¿Cuál será el área mínima que el espesador debe tener? SOLUCIÓN La superficie necesaria para el espesado de fangos es A= (Q*tu)/Ho 1. Se traza una línea horizontal a la profundidad H u correspondiente a la profundidad a la que todos los sólidos se encuentren a la concentración deseada para el fango del fondo del tanque (Cu). Hu= (Co*Ho)/Cu Entonces, Hu= (5000*100) /12000=41.67 cm → Hu=41.67 cm

2. Se traza la tangente en el punto de concentración crítica, trazando las tangentes a las regiones de compresión y sedimentación libre. 3. En la curva de sedimentación, se traza una línea horizontal para Hu=41.67 cm y una tangente a la curva de sedimentación en C 2, punto medio de la región comprendida entre la sedimentación entre la sedimentación zonal y por comprensión. Biseccionado en ángulo formado por las tangentes, se determina el punto C2, la intersección de la tangente en C2 con la horizontal Hu determina tu. *tu= 36.47 min=2188.2 s *Reemplazando A= (Q*tu)/Ho→ A= (Q*2188.2)/1.00 →A=2188.2 Q 7. De un análisis de sedimentación por tandas llevado a cabo con un lodo que tiene una concentración

de Co=3000 mg/L se obtuvieron los siguientes resultados: Tiempo en minutos 0 2 3 6 18 20 25 30 Altura del lodo en cm. En la interface 40 32 24 16 8 7 7 7 ¿Qué área deberá tener el espesador si se desea concentrar los lodos hasta Cu=12000 mg/L? Determinar igualmente a qué altura y en qué tiempo se iniciará la compactación. La superficie necesaria para el espesado de fangos es A= (Q*tu)/Ho 1. Se traza una línea horizontal a la profundidad H u correspondiente a la profundidad a la que todos los sólidos se encuentren a la concentración deseada para el fango del fondo del tanque (Cu). Hu= (Co*Ho)/Cu Entonces, Hu= (3000*40)/12000=10.0 cm → Hu=10 cm 2. Se traza la tangente en el punto de concentración crítica, trazando las tangentes a las regiones de compresión y sedimentación libre. 3. En la curva de sedimentación, se traza una línea horizontal para Hu=10.0 cm y una tangente a la curva de sedimentación en C 2, punto medio de la región comprendida entre la sedimentación entre la sedimentación zonal y por comprensión. Biseccionado en ángulo formado por las tangentes, se determina el punto C 2, la intersección de la tangente en C2 con la horizontal Hu determina tu. *tu= 11.0 min= 660 s *Reemplazando A= (Q*tu)/Ho→ A= (1m3 /s*660s)/40m →A=16.5 m2 8. Explicar cómo se determina la remoción fraccional de partículas floculentas como una función del

tiempo y la profundidad. *Para determinar la remoción fraccional que es una de las características de sedimentación de una suspensión de partículas floculentas se usa la columna de sedimentación. La altura es conocida, suele estar graduada y tienen unos orificios de muestreo cada cierta distancia vertical, la sedimentación es en condiciones de reposo o quietud. La retirada se muestras se realiza en diferentes intervalos de tiempo y se analiza el porcentaje de eliminación de sólidos y los resultados se muestran en una gráfica en función de la profundidad, una dibujado los puntos se trazan las curvas que pasan por los puntos que tienen idéntico porcentaje de eliminación o fracción removida.

9. En el laboratorio se ha encontrado que una partícula discreta que tiene un peso específico de 2.4 y

un diámetro de 0.5 mm tiene un velocidad última de sedimentación de 0.05 m/s. Sabiendo que a la temperatura de 20 °C el peso específico del agua es 0.999 Tn/m3 y la viscosidad es de 0.996x10-4 Tns/m2, determinar cuál serán los valores del coeficiente de arrastre, la fuerza de arrastre y el Número de Reynolds.

24  3 0.34,:  = 2.4   ,=5∗10−,=0.5  ,=0.996∗10− ./,  = ∗∗ , =    √    − ∗0.5 2400∗5∗10  = 0.996∗10−  →=., = 6024.24096  √ 6024.3 096 0.34→ =.

10. Determinar las velocidades últimas de sedimentación de partículas discretas que tienen los

siguientes tamaños: 0.6, 0.4, 0.3, 0.2, 0.15 ,0.1, 0.08, 0.06 y 0.05 mm todas ellas tiene un peso específico de 1.75. El coeficiente de arrastre para las condiciones dadas es de Cd=0.75. La velocidad de sedimentación más apropiada para una buena tasa de clarificación (q) se ha encontrado que es ut=0.010 m/s. Determinar ¿Cuál será la remoción total? y ¿Qué área se requiere para tratar un caudal de 0.2 m/s?

.   ( ).∅ 4   . =  3 . .  , =  ∗  =  ∗

ɸ (mm) 3

ρ (kg/cm )

0.60 0.40 0.30 0.20 0.15 0.10 0.08 0.06 0.05

q (m/s)

0.20

1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75

ut (m/s)

0.01

v (m/s)

2.8

2.28 1.98 1.62

1.4

1.14 1.02 0.88 0.81

2

A (m )

20

11. De un análisis en una columna de sedimentación de 3m de profundidad y de 150 mm de diámetro,

se ha encontrado los siguientes resultados para determinar la velocidad de sedimentación (ut) y tasas de clarificación para partículas discretas(q m3/s): Tamaño de partícula Tiempo de sedimentación Fracción en peso de en milímetros en minutos partículas que tienen vel. de sed. baja 1.00 0.5 0.56 0.8 0.6 0.42 0.4 1.2 0.35 0.2 2.4 0.28 0.15 3.4 0.20 0.1 6 0.05 0.08 8 0.02 ¿Cuál sería la remoción total si se seleccionase una tasa de clarificación de 0.4 m3 / m2 /s?

          1 ∫  =   =  =  ,  =  ∗  =  ∗ ,  =     %  . ɸ(mm)

t sed (seg) X se queda ut (m/s) -3

q 10 (m3/s) X total

1.00 0.80 0.40 0.20 0.15 0.10 0.08

Zn (m)

3

0.02

0.56 0.42 0.35 0.28 0.20 0.05 0.02

A (m2) uto(m/s)

0.1 0.08 0.04 0.02 0.01 0.01 0.01

q (m/s)

0.4

30

36

72

144

204

360

480

1.76 1.47 0.73 0.37 0.26 0.15 0.11 0.44 0.58 0.65 0.72

0.8 0.95 0.98

22.7

12. Determinar las velocidades últimas de sedimentación de partículas discretas que tienen los

siguientes tamaños: 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.15, 0.1, 0.08, 0.06, 0.5 mm, todas ellas tienen un peso específico igual a 2.4. Determinar además ¿Qué tiempo demora cada una de ellas en sedimentar una profundidad de 3 m y de 150 mm de diámetro? y ¿Cuál sería la remoción total? C d=0.75 Sabiendo que: Tamaño Remoción 0.6 mm 100 % 0.5 mm 84 % 0.4 mm 67% 0.3 mm 51%

Tamaño 0.2 mm 0.15mm

Remoción 34 % 24 %

Tamaño Remoción 0.10mm 11% 0.08mm 8%

Tamaño 0.06mm 0.05mm

Remoción 5% 4%

 Y que la tasa de clarificación encontrada en el laboratorio es de q = 0.063 m3 /m2 /seg.

.  (  ).∅ 4   . =  3 . .  , =  ∗  =  ∗, =  =  %  ó

ɸ(mm)

ρ(g/cm3) v (m/s) t (s) X X total

0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.15 0.10 0.08 0.06 0.05 2.4

2.4

2.4

3.82 3.49 3.12

2.4 2.7

2.4

2.4

2.4

2.21 1.91 1.56

2.4

2.4

2.4

1.4

1.21

1.1

0.78 0.86 0.96 1.11 1.36 1.57 1.92 2.15 2.48 2.72 1

0.84 0.67

0.51 0.34 0.24 0.11 0.08 0.05

Zn (m)

3

A (m2) uto (m/s)

0.0176 3.57955

q (m/s)

0.063

0.04

1.07 0.98 0.91 0.88 0.87 0.89 0.94 0.95 0.97 0.97

FLOTACION 13. ¿Cuál es el método flotación más utilizado en tratamiento de agua?, ¿Cómo se lleva a cabo el

contacto entre la partícula y la burbuja de aire? y ¿Qué factores importantes se tiene que considerar para el diseño de esta operación? 1. El método de flotación más utilizada es la FLOTACIÓN CON AIRE DISUELTO, que es la inyección de aire en el líquido sometido a presión y posterior liberación de la presión a que está sometido el líquido. En éste caso las burbujas son producidas como resultado dela precipitación de un gas de una solución súper saturada con el gas. También existe la flotación por dispersión de aire, las burbujas de aire son generadas introduciendo la fase gaseosa a través de un impulsador o a través de un medio poroso 2. El mecanismo de contacto entre la burbuja de gas y partículas flotantes puede ser por entrampamiento o por adhesión Entrampamiento involucra el entrampamiento o captura física de materia por las burbujas de aire que están creciendo y ascendiendo en una estructura que crece de la partícula flotante.  Adherencia resulta como consecuencia de la interacción entre las moléculas, aquí existen fuerzas de intermoleculares que hacen que exista una atracción entre dos diferentes sustancias. 3. Los factores de mayor importancia para el diseño de operaciones para la flotación por presión son: *La concentración de sólidos *La cantidad de aire y requerida *El caudal. 14. De que depende la separación de partículas que se encuentran en suspensión por flotación, explicar

y que metodologías se utilizan. La separación de partículas en suspensión por flotación no depende tanto del tamaño o la densidad relativa de las partículas sino de su estructura, propiedades superficiales y de la cantidad de aire utilizado en su flotación. Por esta razón, las operaciones de flotación no pueden diseñarse sobre la base de ecuaciones matemáticas, y los análisis de laboratorio deben ser la fuente para el criterio de los diseños preliminares.

15. 600 gal/min de desagüe que contiene 400 ppm de sólidos suspendidos debe ser tratado por flotación

a presión utilizando el efluente aireado recirculado. Los trabajos de laboratorio con ese desagüe dan los siguientes resultados: Relación aire/sólido óptima =0.03 La velocidad de elevación de la interface = 0.4 ft/min = 0.4 pies por minuto Presión del aire saturado = 50 psi = 50libras por pulgada cuadrada = 50 lb-f/in 2 Concentración del aire en el efluente = 5.6x10 -4 libras por galón, temperatura =25ºC

a) Cuando la presión se reduce a 1 atmósfera. Estimar el efluente recirculado y las dimensiones de la unidad de flotación. b) Asumiendo que el agua recirculada solamente está saturada en un 50% del aire requerido y la profundidad más conveniente para la separación de la fase sólida líquida es de es de 2 metros, que dimensiones debería tener la unidad de flotación para las condiciones dadas. SOLUCIÓN a. La tasa de flujo de sólidos será:

 ∗ 3.78  ∗400∗  ∗ 2.20462   =600  =. 1   10  

b.  A una tasa de aire - sólido de 0.03 la cantidad de aire requerido para la flotación es de:

  =0.03→   =0.03→=0.06  ó 2 / 

c. la tasa de recirculación del aire sobresaturado requerido para suministrar ese aire será:

 →  .= .     =  25°∗ = 5.6 10−  ∗0.06  

Como esta saturada 50% la tasa es el doble: 107 x 2 = 214 gal/min

*Por lo tanto el flujo total a través de la unidad de flotación es: → 600 + 214 = 814 gal/min *A una concentración de sólidos en flotación de 1% solamente 6 gal/min permanecerá con los sólidos. → 814 - 6 = 808 gal/min Para una tasa de elevación de 0.4 ft/min. El área superficial requerida será:

 /  =270  .∗.

 Asumiendo una profundidad mínima de 2m, el tiempo de retención en la unidad de flotación será:

270∗27.78 = 16.4   =  = 808∗0. 3048 MEZCLA

16. Definir y explicar a que se le denomina mezcla y agitación así como a que nos referimos cuando

hablamos de un régimen de un fluido o líquido en una operación de mezcla. *MEZCLA: describe con mayor precisión una operación en la que dos o más materiales son entremezclados para obtener o alcanzar un grado requerido de uniformidad. *AGITACIÓN: se aplica a aquellas operaciones en la que el propósito principal de ella es promover la turbulencia en un líquido, con el propósito de promover el crecimiento de la aglomeración o congregación en suspensiones es comúnmente denominado floculación. *REGIMEN DEL FLUIDO (Liquido), se refiere a los patrones de flujo y la sumatoria total de las relaciones de corte de masa existentes en un líquido en movimiento. Generalmente ambos, masa liquida y turbulencia o su resultado, la fuerza cortante liquida, son importantes en las operaciones de mezcla.

17. Si se lleva a cabo una operación de mezcla en un mezclador de turbina con 6 hojas planas de 60 cm

de diámetro, y el agua está a 15°C y bajo esas condiciones, se ha encontrado que: el Número de Reynolds es 1* 105, la densidad de agua es 0.999T/m3, la viscosidad de agua es 1.14x10-3 N. s/m2 y la constante K por la forma del mezcladores es 6.3. Determinar a qué velocidad debe rotar el impulsor para asegurar la turbulencia requerida y cuál será la potencia del motor. 1. Cálculo de la velocidad de rotación:

 ∗∗  ∗1.14∗10−  ..  ∗ 10  =  =  →  =  ∗ = 0.6 ∗999 = 19  =0.302  2. Cálculo del consumo de potencia o energía a la velocidad de rotación dada.  = ∗ ∗ = 9.6.831.999∗0.302 ∗0.6 = 2.76  COAGULACION

18. ¿Cómo se clasifican los coloides? y Explicar ¿A qué se debe el comportamiento de los coloides en

el agua y en cuanto a su tamaño, características superficiales, tipos, y cargas electrostáticas? Los coloides se clasifican en liofílicos y liofóbicos, dependiendo de que si las partículas coloidales tienen o no afinidad con el medio de dispersión. Si el medio es agua tenemos a las partículas hidrofílicas e hidrofóbicas. *P. HIDROFÍLICAS: La afinidad que poseen con el agua se debe a la presencia de ciertos grupos polares (-OH, -COOH, -NH2) sobre la superficie de las partículas. Son solubles en agua y como tal, atraen y mantienen una cobertura de agua firmemente absorbida a la superficie de la partícula. El agua envuelta en una partícula hidrofílica es referida como agua de hidratación o agua confinada. *P.HIDROFÓBICA: No tienen afinidad con el agua, siendo así que ellas no son disueltas, envueltas o cubiertas por agua. En general, coloides orgánicos son hidrofílicos e inorgánicos hidrofóbicos. 19. ¿Qué es el potencial zeta, donde se ubica para cada caso de coloides? y ¿Cómo se puede reducir su valor? *El potencial Zeta es el potencial eléctrico que existe en el plano de corte de la partícula (límite entre el grano y el fluido), con una distancia corta de la superficie. Las partículas coloidales dispersas en una solución están cargadas eléctricamente gracias a sus características iónicas y características de bipolaridad. El desarrollo de una red de carga eléctrica en la superficie de la partícula puede afectar la distribución de iones en una región interfacial vecina, y provocar un aumento de la concentración de iones contados (iones de carga contraria a las partículas) cerca de la superficie. *El potencial Zeta de las partículas coloidales pueden ser reducidos con un pequeño ajuste de pH del sistema hacia el punto de isoeléctrico. En el punto isoeléctrico la carga primaria es cero y no existen dobles capas que puedan producir un potencial Zeta. El potencial Zeta puede también ser reducido añadiendo iones o coloides de carga opuesta al sistema coloidal. El agua de confinamiento que envuelve a las partículas hidrofóbicas puede ser redicida añadiendo sales en altas concentraciones, Por ejemplo, las moléculas de proteínas y sus productos de degradación contienen ácido carbónico y grupos amino en los terminales o extremos opuestos de las moléculas entre sí.  A un cierto pH, denominado punto isoeléctrico, ambos grupos se ionizan y la carga neta en la molécula es cero. Una molécula en este estado neutral se le conoce como ión zwitter. Un incremento en pH desde el punto isoeléctrico rebaja la ionización del grupo amino hidratado y da como resultado una carga negativa. Una disminución del pH desde el punto isoeléctrico rebaja la ionización del grupo carboxilo y como resultado las moléculas tienen carga positiva. Como se indica en las flechas dobles la reacción es reversible.

20. Explicar el comportamiento del potencial zeta en las partículas hidrofílicas e hidrofóbica y ¿Cómo

se lleva a cabo la desestabilización de esos tipos de coloides? Desde que la carga de las partículas hidrofóbicas pueden ser reversibles por un cambio de pH, se ha supuesto que la carga primaria es causada por la adsorción de los iones hidrógenos u oxidrilos (o hidroxilos) dependiendo de los números relativos de cada uno en la solución. En las partículas hidrofílicas es debida primordialmente a la disociación de los grupos polares carboxilo y amino, tales como - COOH y -NH2. * La estabilidad de los coloides hidrofóbicos depende no solamente del potencial Zeta, sino también del agua confinada que envuelve a la partícula coloidal. La última puede ser reducida añadiendo sales en altas concentraciones, un procedimiento denominado salado.

21. Explicar como el Potencial Zeta está muy relacionado con el comportamiento coloidal para las

diferentes partículas que puedan encontrarse en suspensión. Las partículas coloidales poseen propiedades eléctricas que influyen fuertemente en su comportamiento. Las cargas que se ubican en la superficie de las partículas establecen un campo eléctrico que es un factor importante en la determinación de la estabilidad de un sistema coloidal. Estas cargas, llamadas cargas primarias es el resultado de los siguientes fenómenos: **La disociación de los grupos reactivos en los límites de las moléculas que forman parte de la estructura de la partícula.**La adsorción preferencial de iones del medio de dispersión. 22. Se tiene que tratar un agua superficial con sulfato de aluminio y se ha encontrado en una prueba de

 jarras que la dosificación óptima es de 30 mg/L. a) Determinar que cantidad se va ha necesitar para tratar 0.2 metros por segundo y que concentración de alcalinidad como carbonatos debe mantenerse en el agua cruda. b) Determinar cual es la concentración de alcalinidad en bicarbonatos requeridos en partes por millón como carbonatos de calcio. FLUJO A TRAVÉS DE CAMA DE SOLIDOS

23. Explicar, las diferentes camas de sólidos que se utilizan para el tratamiento de agua. Como es el flujo

a través de una cama expandida y como puede ser determinada la longitud de expansión. Filtras Rápidos de Arena: Tienen la más importante aplicación de camas porosas en Ingeniería Sanitaria. Son utilizados para el tratamiento de agua de origen doméstico o industrial, en donde el agua es pasada a través de camas de arena y grava estratificada por tamaño, para remover la materia en suspensión. La capacidad hidráulica de estas unidades decrecer tan pronto los materiales en suspensión se acumulan por capas en la superficie de la arena. Como resultado de eso, las acumulaciones deberán ser removidas periódicamente. La remosión se lleva a cabo invirtiendo el flujo a través de una operación que se denomina retrolavado. Filtros Lentos de Arena: La aplicación de filtros lentos es utilizada frecuentemente para el tratamiento secundario o terciario en tratamiento de desagües. Las aguas servidas sedimentados, tratadas biológicamente son pasadas a través de camas de grava y arena no estatificada. El material en suspensión es cogido en la superficie donde la materia orgánica es descompuesta por agentes biológicos. La acumulación de elementos que no se descomponen obliga a la limpieza periódica por medio de la remoción de la capa superior de arena. Unidades de Intercambiadores Iónicos: El agua es desmineralizada cuando se pasa a través de camas granulares de material intercambiador de iones. Las unidades son regeneradas periódicamente. Torres de Absorción: La remoción de olores y vapores orgánicos del aire puede llevarse a cabo forzando aire a través de torres llenas con carbón activado y/o absorbentes similares. Las torres que contienen sílica gel y alúmina activada son efectivas para remover vapor de agua del aire. Torres de Contacto: Son columnas llenas con varios materiales empacados que son utilizados como elementos para ponerse en contacto la fase, gaseosa con la fase liquida.

24. Desarrollar como se puede expresar la expresión de Carman y Kozeny para determinar la pérdida de

carta en una cama de sólidos limpia, en función del área y volumen total y como se determina la relación área /volumen promedio. 1. Se tiene la ecuación de carman y koseny      

 ∆       =  =    2 Hf=Perdida de carga por fricción en la cama en (pies)(libra fuerza)/(libra masa)

f = Factor de fricción, sin dimensiones L = Profundidades de la cama en pies rH = Radio medio hidráulico en pies D=4 rH v =Velocidad media del fluido a través de los canales en pies por segundo gc=Factor de fricción de la Ley de Newton en (pies)(libra masa)/(libra fuerza)(segundo al cuadrado)

2. la ecuación de volumen de canales es : 3.

         = 1 ecuación del radio hidráulico  = −    E=porosidad de la cama

4. La ecuación de la velocidad promedio es :

 = 

Vs=VELOCIDAD SUPERFICIAL

5. ECUACION CONBIANDA DE CARMAN Y KOZENY ES

     1   = ∅       ,∅ =         25. En un análisis granulométrico de arena, a que se le llama tamaño efectivo y a que coeficiente de

uniformidad y como se determinan. El tamaño efectivo(P10):Es igual al tamaño en milímetros que pasa o deja pasar el 10% de la arena en peso. Coeficiente de uniformidad: Es igual al tamaño de malla que pasa el 60% de la arena dividida entre el tamaño de arena que pasa el 10% o también llamado TAMAÑO EFECTIVO.→ Cu=P60/P10 26. Se va a filtrar 50l7s a través de una cama de sólidos con área de 50m2. Constituida por el método de

granulometría, se ha encontrado: Фmm

0.5 0.6 0.8 1 1.2

Vúltima 0.05 0.06 0.08 0.10 0.12

L 0.40 0.20 0.15 0.15 0.10

ε

φ

ρ

0.35 0.35 0.35 0.35 0.35

0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

0.99780 0.99780 0.99780 0.99780 0.99780

µ 0.9608 0.9608 0.9608 0.9608 0.9608

%X 40 20 15 15 10

CD 1.6 1.6 1.8 2 2.5

Determinar la perdida de carga cuando la unidad está limpia, así como la profundidad o altura y porosidad de la cama expandida. 27. Aplicando la expresión de Carman y Kozeny en una unidad de cama de sólidos, que velocidad

superficial se debe aplicar para tener una pérdida de carga de 0.10 metros sabiendo que la cama está constituida de partículas que tienen las siguientes características: TAMAÑO mm PORCENTAJE QUE QUEDA EN LA MALLA 8.4 40 12 25 16 10

10

8

El factor de forma es 0.75, la porosidad de la cama es 0.25, el número de Reynolds es 10 y la profundidad de la cama es 0.80 metros. Determinar en base a esos resultados, que área de cama de sólidos se necesitaría para tratar 2 m3 /s. Ecuación de CARMAN Y KOZENY: calcule la velocidad superficial Vs

     % 1. 0 67   1  1. 0 67  1   = ∅       ,  = ∅        ∑   DONDE X% =porcentaje retenido DATOS  E= 0.25, NR =10, L =0.80 m

 =0.10,∅ = 0.75 ,     %    % 1. 0 67 0. 8 1  0.10= 0.75  0.25  9.81   ∑  → ∑  = 1.4280.937 0.3120.480 = 3.157 



Reemplazando en la ecuación tenemos

 1. 0 67 0. 8 1  0.10= 0.75  0.25  9.81   3.157 →  = 0.010 / Pero, Q = A x Vs entonces tenemos que: 2 = A x 0.010 → Área = 200 m2 28. Cuál será la pérdida de carga que se originará en un estrato de una cama de sólidos que tiene las

siguientes características: Velocidad superficial = 0.002 m/seg. Coeficiente de arrastre = 0.8 Potencia del estrato = 0.10 m factor de forma = 0.96 Porosidad = 0.15 Diámetro de la arena = 0.5 mm  Y ¿Cuál sería la perdida de carga total cuando el filtro esta limpio si la cama tiene una profundidad total de 1 metro?

De la ecuación de rose se tiene

    1   = 1.067∗ ∅ ∗  ∗  ∗ 

Sabemos que: f= 1.067xCd .Después reemplazando en la formula tenemos

 1. 0 670. 8  1 1 0. 0 02  = 0.96  0.510−  0.15  9.81 →  =1.432   é   29. Si la arena seleccionada para un filtro debería tener un tamaño efectivo igual a 5 mm y un coeficiente

de uniformidad de 1.8 Se pregunta qué porcentaje de esa muestra de arena puede utilizarse y cuál sería la pérdida de carga si se colocase en un manto filtrante de 80 cm. a una tasa de 150 litros por minuto por metro cuadrado sabiendo que la porosidad de la arena es 0.2, el coeficiente de uniformidad promedio es de 0.8, asumiendo un diámetro promedio igual a 8 mm con un c oeficiente de arrastre igual a 20.

30. Determinar cual es el tamaño efectivo y coeficiente de uniformidad de ese banco de arena .Si la arena

seleccionada para un filtro debería tener un tamaño efectivo igual a 0.5 mm y un coeficiente de uniformidad de 1.8 Se pregunta qué porcentaje de esa muestra de arena puede utilizarse y cuál sería la pérdida de carga si se colocase en un manto filtrante de 80 cm. a una tasa de 150 litros por minuto por metro cuadrado sabiendo que la porosidad de la arena es 0.2, el coeficiente de uniformidad promedio es de 0.8, asumiendo un diámetro promedio igual a 8 mm con un coeficiente de arrastre igual a 20.

Tamaño del orificio % de Tamaño de orifi cio % de -2 E n cmx10 arena que pasa en milímetros arena que pasa 1.05

0.2

8.4

59.8

1.49

0.9

11.9

74.4

2.10

4.0

16.8

93.3

2.97

9.9

23.8

96.8

4.2

21.8

33.6

100

5.9

39.4

*Cálculo del tamaño efectivo (P 10) 2.97→ 9.90 P10→ 10.00 →P10 = 2.98*10 -2 cm 4.2 →21.8

8.40→59.8

P60→60.00 → P60 = 8.45*10 -2 cm

11.9→74.4   =  = . =. . Tasa = 150 L/min/m , Ɛ=Porosidad = 0.2, Dpromedio= 8mm ,Cd=20 (Coeficiente de arrastre) 2

*f´´ =1.067Cd → f´´ = 21.34

Ecuación de Rose:

    1   = 1.067∗ ∅ ∗  ∗  ∗  Hallando Vs de la tasa: 150L/min/m  = 150*10  (m3*min)/(m2*min*60s)= 2.5* 10  m/s →Vs=2.5* 10  m/s − 2.5∗10   0 . 8 1  = 21.34∗ 1∗ 0.08 ∗ 0.2 ∗ 9.81 →   = 2

-3

-3

-3

31. En un banco de arena se ha encontrado el siguiente material para ser utilizado en una cama de

sólidos que deben tener un tamaño efectivo de 0.5 milímetros y un coeficiente de uniformidad de 1.6. ¿Qué porcentaje de esa arena sería utilizable, cuanto es muy gruesa y cuanto es muy fina? Tamaño del orificio % acumulativo de Tamaño de orificio % acumulativo de en milímetros arena que pasa en milímetros arena que pasa 0.10 0.15 0.20 0.30 0.42 0.59

Datos: Cu= 1.6 2.97→ 9.90

0.2 0.9 4.0 9.9 22 39

0.84 1.19 1.68 2.38 3.36

tamaño efectivo (P 10)=0.5mm -2

P10→ 10.00 → P10-2.97 = 4.2-2.97 =2.98*10 cm

10-9.9

8.40→59.8

P60→60.00 → P60-8.4 = 11.9-8.4 =8.45*10-2 cm

11.9→74.4    .  =  = . =. De los datos tenemos Cu= 1.6 → P10= 5*10 cm P60=0.08 cm 4.2 →21.8

59 74 93 97 100

22.0-9.9

60-59

-2

4.2→ 2.2

5.0→ P10 →P10= 30%

5.9→39

8.0→ P60→ P60=55.8%

5.9 →39

8.4→59 P1=30% , P2=55.8%, P3=51.6%, P4=24.84%, P5=76.44% *P3=% de arena utilizable * P4=% de arena muy fina *P5=% de arena muy gruesa

ESTABILIZACIÓN DEL AGUA

74-59

32. Explicar el efecto que el pH tienen sobre los CaCO 3. Qué cosa es el índice de Saturación y que

interpretación se le da a los diferentes valores. Como determina el pH s. El efecto del pH se da por la actividad del de los iones hidroxilos ,iones carbonatados ,bicarbonatos ,dióxidos de carbono etc. A partir de los datos, podemos también hacer estimaciones acerca del pH del agua. Así, un agua que contenga carbonato cálcico ha de ser ligeramente alcalina debido a la hidrólisis del agua, ya que se generan grupos OH. Así, un agua caliza, en ausencia de otros procesos químicos, tiene un pH algo elevado. *El efecto del pH sobre la solubilidad del CACO3 puede ser enunciado: PH> 6.5 PH < 9.5 *

  []    →  =[3 ] 32

→ 

  =  .     , Donde: 2.103 k  es la constante de disociación    .    = ..   Donde 4.10  es el producto de solubilidad. Resolviendo 1 tenemos:  =  .  , 8.10 es aprox por lotanto se desprecia [ ] .  −.  Entonces

2

………(I)

 )- log (+)+s

Tomando logaritmos: PHS =6.301 + log(k s/k2) – log (

 = 12. √ √  Los valores del pHs son valores de pH en que el agua estaría en equilibrio con respecto a los carbonatos,

bicarbonatos y dióxido de carbono normales contenidos en una solución. El agua a ese pH ni disolverá ni depositará más CaCO3 ni ion Calcio. La Alcalinidad puede ser determinada en el laboratorio. La diferencia entre el pH medido del agua y el pHs se denomina Índice de Saturación, y se expresa de la siguiente forma su relación: I = pH – pHs I> 0 es una indicación que el agua está supersaturada con CaCO3 y depositará CaCO3 I< 0 indica que el agua está bajo saturada y tenderá a disolver más CaCO3. I= 0 indica que el agua está en equilibrio con CaCO3 sólido. 33. A un curso de agua que contiene 171mg/lt de HCO3- y 20 mg/lt de CO 2 se derrama un residuo que

contiene 30 mili equivalente gramo por litro de H 2SO4 en una proporción de 1 litro de ácido y 99 de agua. Determinar cuál es el pH de curso de agua antes y después del derrame.

34. Cuál será el pH de una muestra de agua que tiene una concentración de alcalinidad a los

bicarbonatos de 180 mg/lt y una concentración de bióxido de carbono 30 miligramos por litro sabiendo que el producto de las concentraciones iónicas involucradas a 25 grados centígrados es de 4.45 x 10  –7 y cuál sería su índice de saturación de los carbonatos en esa muestra si el pH de saturación es 6.5.

35. Explicar cómo es el equilibrio de los en las aguas naturales saturadas de ellos. Establecer si una

muestra de agua que tiene las características que a continuación se indican están saturadas o no de carbonato de calcio. Determinar si la muestra de agua cuyas características se muestran disolverán carbonatos de calcio y explicar el porqué. *Sólidos totales disueltos 140 mg/L *Concentración del ión Calcio 1.4 miliequivalente/L *Alcalinidad total a los carbonatos 0.4 miliequivalente/L *Temperatura=25 °C *PH= 6.4 *Ks= 4.82x10-9 *K2= 4.69x10-11  Y determinar cuánto CaCO3 debe dosificarse o removerse para estabilizar el agua. También cuanto de bióxido de carbono i)*Ks´=4.82*10-9(1.1) → Ks´= 5.3*10-9  *K2´=4.69*10-11(0.9) → K2´=4.21*10 -11 *Cs=140 mg/L -5 -3 *u= 2.5*10 *140 → u= 3.5*10

− 2.  2.√3.5∗10 √   = 1 √  = 1√3.5∗10− =0.11→=0.11

ii)*

− 5.3∗10 pHs = 6.3  log4.21∗10−log0.4log1.40.11 → pHs=8.9 iii) I=PH-PHs =6.4-2.5 , 8.9 →I=

I< 0 indica que el agua está bajo saturada y tenderá a disolver más CaCO3 PRECIPITACIÓN QUÍMICA

36. Explicar cómo se lleva a cabo la remoción de iones por precipitación química. El agua de una

manantial tiene las siguientes características: *Bióxido de carbono = 0.2 mili equivalente gramos por litro *Alcalinidad total = 2 mili equivalente gramo por litro *Dureza total = 6 mili equivalente gramo por litro *Dureza magnésica = 1 mili equivalente gramo por litro Calcular la cantidad de cal y soda que se requiere para ablandar 200 metros cúbicos por día.  Asumiendo aguas naturales: alcalinidad de bicarbonatos = alcalinidad total CO2 = 0.2meq-gr/L Ca(OH) 2 – 4.2meqgr/L HCO3- = 2 meq-gr/L Masa(Ca(OH)2) = 74 Mg++ = 1 meq-gr/L Luego para 1L: 4.2x10 -3 = W/74 x2 → W=0.1554g Elevar pH = 1 meq-gr/L Total: 4.2meq-gr/L. Entonces para 1 m 3 = 155.4g → para 200 m 3 de agua se requiere 31.08kg de Ca(OH) 2 La soda o carbonato de sodio Na2CO3 es dosificar iones de carbonatos adicionales Ca++ inicial – 5meq-gr/L Ca++ añadido – 1meq-gr/L Carbonato formado (HCO 3-): 2meq-gr/L Ca++ elevar pH – 1meq-gr/L Carbonato formado (CO2) : 0.2 meq-gr/L Total: 7meq-gr/L Total: 2.2 meq-gr/L (7 – 2.2) = 4.8 meq-gr/L en equilibrio Para 1 m3 de agua → 2.8 eq -gr de Na2CO3 Luego: 4.8 eq- gr = W/106 x2 → W= 254.4g →  Para 200m 3 de agua se requiere: 50.88 kg Na2CO3

37. Explicar cómo es que se lleva a cabo la remoción de iones por precipitación química y que

aplicaciones se le puede dar para el tratamiento de agua. Relación de solubilidad: Expresión de equilibrio: Para lograr la remoción se tiene 2 casos, si la actividad iónica de una solución es tal que el producto de iones en la ecuación de equilibrio es menor que Ks, entonces la sal BmAn se disuelve aún más hasta que la cantidad total de la sal en estado sólido se disuelva o hasta que la actividad iónica alcance una magnitud donde el producto de iones es igual a Ks. Si sucede el caso que este producto es mayor que Ks, las sales mencionadas precipitaran de la solución hasta que el producto de iones y Ks sean iguales. Si a esta solución se añade otro soluto CpAq que contiene un ion común A -, el producto iónico seria incrementado proporcionalmente. Una posterior adición de CpAq además de incrementar más la actividad

+ − ↔ +− = 

de A-  origina la precipitación de BmAn con un decrecimiento de la actividad del catión B +. A esto se le denomina efecto del ion común, que bien mencionado antes juega un papel crucial en la remoción de iones de una solución por adición de productos químicos. El ablandamiento de agua es una aplicación de la precipitación química, en la mayoría de las aguas solo los iones de Calcio y Magnesio esta presentes en concentraciones tales como para ser consideradas, por lo que son los que más se busca ablandar en este proceso.-

  2− ↔ 0−  2 … −− 2− ↔ − 2 Cuando iones hidróxidos son añadidos para ablandar agua, la demanda ejercida por el bióxido de carbono

deberá ser tomada en cuenta cuando se calcule las cantidades a ser añadidas. Los iones Hidróxidos son convenientemente y más económicamente abastecidos por adición de cal hidratada en el agua (Ca(OH)2). El ion carbonato normal es generalmente introducido añadiendo carbonato de sodio Na2CO3. Se asume que las reacciones son completas cuando se calculas las cantidades exactas de cal y sosa. La precipitación de carbonato de calcio e hidróxido de magnesio se facilita poniendo en contacto la solución de agua con lodo de carbonato de alción e hidróxido de magnesio previamente precipitado.

38. Explicar cuál es el objetivo de la precipitación química y como se puede utilizar para el tratamiento

de agua. En qué se diferencia el proceso de la precipitación química de los intercambios iónicos. En el proceso de precipitación química se toma en consideración una existente relación de solubilidad entre una sal o disuelta y sus iones, donde la actividad iónica de esta conducirá a una disolución hasta que la cantidad de sal en estado sólido sea disuelta. En el proceso de intercambio iónico, que es considerado también como un proceso químico, se basa también en el desplazamiento de iones de un material insoluble a través de una resina sintética que puede ser aniónica o catódica. CORROSIÓN 39. Cuáles son los factores más importantes que influyen en la corrosión. Explicar cómo se produce

una celda de aireación diferencial y que reacciones están involucradas. Uno de los factores más importantes es el potencial eléctrico de los metales, ya que cuando 2 electrodos del mismo metal están en contacto a través de una solución electrolítica se produce una celda, donde el grado de corrosión depende fundamentalmente del potencial del metal, mientras más bajo o negativo sea, más fácil de ser corroído será. La temperatura y formación de películas también influyen en la corrosión ya que aumentado la temperatura o conociendo que la película tiende a absorber la humedad o retenerla, incrementan la corrosión resultante. La velocidad es otro factor crucial, ya que un aumento de velocidad de movimiento relativo entre una solución corrosiva y una superficie metálica conlleva a acelerar la corrosión. Para valores de pH menores a 4, la concentración del ion hidrogeno es el principal factor. Para valores mayores a 6, es el oxígeno disuelto. Se produce por el contacto de 2 electrodos del mismo metal en un medio de solución electrolítica. En una celda de aireación diferencial un electrodo que contiene la mayoría del oxígeno disuelto se convertirá en cátodo. En estas celdas el flujo de la corriente se establece como un resultado de la más rápida remoción de la polarización de la película del átomo de hidrogeno del cátodo. 40. Explicar que mecanismo de corrosión y como se desarrollan y se presentan o originan en las

paredes interiores de las tuberías metálicas que conducen agua y qué tipo de tratamiento de agua o de la instalación se recomienda para evitarlo o no dejar que se presente. Explicar las formas de desinfección que pueden utilizarse para tratar o proteger el agua para consumo humano.

La corrosión metálica es primordialmente el resultado de la actividad de celdas electrolíticas, de las cuales 3 son las más importantes: Celda de Corriente Inducida, Celda Galvánica y Celda de Aireación Diferencial. El primer tipo sucede cuando una corriente inducida se establece cuando un voltaje es inducido a través de dos electrodos del mismo metal sumergidos en una solución electrolítica. El segundo caso sucede al tener 2 electrodos de diferentes metales sumergidos en una solución electrolítica y conectados por un conductor sólido, uno de estos metales se ionizara y entrara en solución. Los electrones liberados por la ionización fluirán a través del conductor sólido hacia el otro electro donde ellos reducirán los iones de hidrogeno de la solución. El último caso sucede cuando dos electrodos del mismo metal se sumergen en una solución electrolítica y se conectan a través de un conductor solido  Algunos problemas de corrosión pueden ser evitados escogiendo bien los materiales, en todo caso se aplican 2 métodos: La desoxigenación y depósitos protectores de carbonato de calcio. Para el primero cualquier proceso que remueva el oxígeno disuelto, alterara efectivamente la naturaleza corrosiva del agua… una opción es el uso de productos químicos o medios mecánicos para remover el OD. En el segundo caso en donde situaciones donde la temperatura de un sistema se mantiene relativamente constante, la corrosión es efectivamente controlada ya que una capa de carbonato de calcio es colocada sobre la superficie del metal cumpliendo la función de barrera física que limita la solución del metal. 41. Explicar el mecanismo de corrosión que se origina como consecuencia de usos de materiales

diferentes en las instalaciones, como se denomina, como se lleva a cabo y qué medidas se deben tomar para reducirlo o evitarlo. El mecanismo que se origina como consecuencia de usos de materiales diferentes es la Celda Galvánica. Sucede al tener 2 electrodos de diferentes metales sumergidos en una solución electrolítica y conectados por un conductor sólido, uno de estos metales se ionizara y entrara en solución. Los electrones liberados por la ionización fluirán a través del conductor sólido hacia el otro electro donde ellos reducirán los iones de hidrogeno de la solución. Para reducirlo o evitarlo se puede usar el depósito protector de carbonato de calcio o el método de la desoxigenación. 42. A qué se debe la corrosión metálica y como se lleva a cabo y que elementos ejercen una influencia

profunda en la corrosión.

INTERCAMBIO IONICO 43. En un proceso de intercambio de iones de cama fija explicar cómo se ubica una gradiente de

concentración durante el proceso de tratamiento y en base a que varía la altura de la zona de intercambio y como se interpreta los resultados de laboratorio. La gradiente de concentración en una cama fija se ubica en un comienzo en la parte superior de la cama y se va desplazando hacia abajo sucediendo que las capas superiores a la gradiente ya se agotaron. En un tiempo t1 se aprecia que la gradiente está completamente dentro de la cama, quiere decir que los iones que están siendo removidos, ninguno está escapando. En el tiempo t2, ya una cierta parte de los iones removidos está saliendo junto con el efluente, pero el tiempo t3 la gradiente ya casi ha pasado por toda la cama y por ende la concentración de iones en el efluente es casi igual a la que entra a la cama. La altura de la zona de intercambio varía en función del caudal del efluente, de la concentración de iones que deben ser removidos, de las dimensiones de la cama y de la capacidad de intercambio del material. Estas curvas pueden ser construidas con datos que se obtienen del laboratorio relacionando la concentración del efluente de los iones que están siendo removidos (Co) con el volumen del efluente (V) 44. Explicar cómo se determina la altura de la zona de intercambio en un proceso de intercambio iónico

y que valor tendría si una muestra de agua que tiene una concentración de 6 equivalente gramo por litros de iones a ser removidos se hace pasar a través de una superficie de intercambio de 60 cm 2 donde se ubica un material que tiene una capacidad de intercambio igual a 1 equivalente gramo por

litro con una porosidad igual a 0.2. La cantidad de agua que ha sido recolectada entre el punto de quiebre y el punto de agotamiento es 10 litros. Datos: Co = 6 eq-gr/L S = 60cm2 E = porosidad = 0.2 Ve = 10L Q = 1 eq-gr/L Piden: Z

*Al operar todo se debe pasar a cm … sea cm3 o sea meq-gr/cm3 Ve * Co = Z * S * (Q + E * Co) 10000 * 6 = Z * 60 * (1 + 0.2 * 6) Z = 454.54cm

45. Dimensionar una unidad para intercambio iónico que tenga una capacidad cincuenta metros cúbicos

de agua por día. El agua a tratar tiene una dureza de 8 mili equivalente gramo por litro como CaCO 3.El material de intercambio tiene una capacidad de5kg por litro como CaCO 3. En el laboratorio se ha encontrado que para una velocidad superficial de 0.005 metros por segundo, la altura de la zona de intercambio es 0.30 metros.

DESINFECCIÓN 46. Cuál es el significado práctico de llegar al punto de quiebre en la cloración. En el caso de que un agua tenga cloro combinado, que tipos se van a presentar cuando esta se encuentra con un pH ácido, neutro y/o alcalino. **Cuando se aplica a un sistema de agua, el c loro reacciona primero formando cloraminas u otras combinaciones. El punto de quiebre significa que con la posterior adición  de cloro, este genera la misma cantidad de cloro residual en el agua, en termino gráficos haría una gráfica lineal de pendiente constante e igual 1. *1. Teniendo en solución cloro libre (HOCl) la desinfección será más rápida y el poder de destrucción (matanza) de bacterias será uniforme después del punto de quiebre (Break Point). *2. El sabor y olor son mínimos en las concentraciones del (Break Point) punto de quiebre; sin embargo no lo cura todo, pues algunas aguas, aun con un apropiado control del punto de quiebre (Break Point), tienen un olor intenso y es necesario filtrarla por carbón activado. *3. El residuo final después del punto de quiebre es estable; la materia orgánica nitrogenada (que sirve de alimento para los crecimientos) está destruida. *4. En algunos casos el color del agua aumenta. **El cloro (o hipoclorito) si existe amonio, reaccionara de la siguiente manera: Cl2 + H2O  HOCl + HCl (ACIDO HIPOCLOROSO) HOCl + NH3  NH2Cl + H2O MONOCLORAMINA NH2Cl + HOCl  NHCl2 DICLORAMINA NHCl2 + HOCl  NCl3 + H2O TRICLORAMINA  A pH alcalino predominan las monocloraminas. En pH acido existen los monocloraminas y dicloraminas en mayor proporción. En pH neutro existe una mezcla de igual de monocloraminas y dicloraminas. 47. Se ha hecho un análisis de agua y se ha encontrado que tiene cloro residual igual a 0.5 ppm.

Determinar el tipo de cloro que está presente en el agua y Que porcentaje de esa agua tiene cloro activo si la temperatura medida es 20°C, el pH del agua es 6 y la constante de ionización del ácido hipocloroso para esas condiciones de 3x10-8. Está esa agua protegida contra algún tipo de contaminación bacteriológica?

 = 1  →  = 1−  →  = 283.64  96.8%  1∗10 20273 13.10 ∗10 %HCLO= 96.8 % y %OCl =3.2 -

El doctor Chang (Harvard University), estudió la eficiencia del HTH - (100%) contra los cystos en agua a 28° C, con 10 minutos de contacto Este experimento comprueba que prácticamente el HOCl es el responsable y el desinfectante activo y el OCl- no tiene gran influencia en la muerte de los cystos en 10 minutos. Debe notarse que las cantidades de HOCl es mas o menos la misma en cambio la concentración de OClaumenta considerablemente conforme el valor del pH aumenta. 48. Explicar todas las formas de desinfección que pueden ser aplicadas para el tratamiento de agua.

Por qué el cloro es el más utilizado y cuales sus cualidades y efectos potencialmente tóxicos.

Sabiendo que la constante de ionización del ácido hipocloroso es 3.3 x 10  – 8 que tipo y porcentaje de cloro activo estará presente en el agua si el pH es 8. Existen varios métodos para la desinfección en el tratamiento de agua, mencionaremos algunos: Domestico: *Filtración a través de bujías de porcelana porosa*Ebullición del agua durante 10 o más minutos En planta: *Adición de ozono *Rayos UV *Adición de cloro y sus derivados. El cloro es el más utilizado porque tiene la propiedad fundamental que tras su adición, deja un efecto residual en el agua que lo protege contra contaminaciones o amenazas ulteriores. La forma de cloro más peligrosa, es el cloro gas, este en un potencial agente mortal, utilizado mayormente en guerras, pues sofoca las vías respiratorias y produciendo una terrible muerte. Si el K es 3.3 x10-8 a un pH de 8, el % de HOCL presente será de 23.25% lo que es un valor negativo para los propósitos de protección que necesita el agua. ELECTRODIALISIS 49. Explicar que métodos se pueden utilizar para desmineralizar un agua. En cuál de ellos se lleva a cabo

el proceso químico de desplazamiento y como se lleva a cabo. La desmineralización de un agua se puede dar a cabo tanto con el intercambio iónico, con la electrodiálisis y la osmosis inversa. EL intercambio iónico consiste en poner en contacto una resina con un catión/anión de remoción en el agua que contiene el catión/anión que se desea remover, la reacción de desplazamiento que tenga mayor coeficiente de equilibrio selectivo, será la favorecida y su reacción será dada a cabo. La electrodiálisis consiste en un equipo tipo filtro prensa que consiste en celdas cuyos límites son membranas, de tipo aniónica o catiónica, una disposición de muchas membranas genera compartimentos en el agua existirá agua desmineralizada y en otro agua concentrada de iones. El equipo funciona con un voltaje externo.

50. Explicar el método de desmineralización de agua por electrodiálisis y que efectos tiene sobre este

proceso cuando la normalidad del agua es baja. Se quiere desmineralizar 1000 litros de agua por día que tiene una concentración de sólidos disueltos igual a 600 ppm. El peso molecular promedio de los elementos presentes en el agua es de 300 gramos. La resistencia se estima en 15 ohm y la eficiencia de la corriente es de 75%. La máxima tasa de relación entre densidad de corriente y la normalidad permitida es de 900. Si se quiere utilizar equipos que tengan como máximo 600 membranas de 50 por 60 cm. Para las condiciones presentadas, determinar la eficiencia de remoción y cuál será el consumo de energía eléctrica.

*M (NaCl)= 58.5 g/mol *Cs=600 ppm *M (elemento)= 300g= 3*10 5 mg Ω=15 E=0.75 *Concentración de elementos = 600 ppm=600 mg/L *Equipo de membrana 50*60cm → A=3000 cm 2 *I=(1.8 mA/cm2)( 3000 cm2) → I=5.4 A

DC/N= 900 (Máximo) , Donde N=600/3*10 5=0.002 DC=900*N →DC= 1.8 mA/cm 2 n¨=600 /2 → n¨= 300 celdas

´ ∗ ∗∗∗ ∗ .∗∗. →  = ., =  ∗=. ∗  = ´ ∗ →  = ∗∗ =   ∗.  →  = . 