Clarificacion

 

“UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA” 

FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL  “AÑO

DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO” 

LABORATORIO “GRANULOMETRÍA PARA MEDISO FILTRANTES Y PRUEBA DE CLARIFICACIÓN”   CLARIFICACIÓN”

Curso: PROCESOS UNITARIOS Presentado a: Huaman Jara, Vicente Javier Presentado por: pareja mendoza william

2 17  

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PRUEBA DE CLARIFICACIÓN 1.  OBJETIVOS:   Experimentalmente se deberá demostrar el efecto de la sedimentación de partículas clase 

I, llamadas también partículas discretas.   Se verificará la correlación del trabajo experimental con las fórmulas teóricas referidas a la



sedimentación de partículas clase I. 2.  FUNDAMENTO TEÓRICO  Se entiende por sedimentación la remoción por efecto gravitacional de las partículas en suspensión presentes en el agua. Estas partículas deberán tener un peso específico mayor que el fluido. La remoción de partículas en suspensión en el agua puede conseguirse por sedimentación o filtración. De allí que ambos procesos se consideren como complementarios. La sedimentación remueve las partículas más densas, mientras que la filtración remueve aquellas partículas que tienen una densidad muy cercana a la del agua o que han sido resuspendidas y, por lo tanto, no pudieron ser removidas en el proceso anterior. La sedimentación es, en esencia, un fenómeno netamente físico y constituye uno de los procesos utilizados en el tratamiento del agua para conseguir su clarificación. Está relacionada exclusivamente con las propiedades de caída de las partículas en el agua. Cuando se produce sedimentación de una suspensión de partículas, el resultado final será siempre un fluido clarificado y una suspensión más concentrada. A menudo se utilizan para designar la sedimentación los términos de clarificación y espesamiento. Se habla de clarificación cuando hay un especial interés en el fluido clarificado, y de espesamiento cuando el interés está puesto en la suspensión concentrada. Las partículas en suspensión sedimentan en diferente forma, dependiendo de las características de las partículas, así como de su concentración. Es así que podemos referirnos a la sedimentación de partículas discretas, sedimentación de partículas floculentas y sedimentación de partículas por caída libre e interferida.

1.1  Sedimentación de partículas discretas Se llama partículas discretas a aquellas partículas que no cambian de características (forma, tamaño, densidad) durante la caída. Se denomina sedimentación o sedimentación simple al proceso de depósito de partículas discretas. Este tipo de partículas y esta forma de sedimentación se presentan en los desarenadores, en los sedimentadores y en los presedimen- 4 Manual I: Teoría tadores como paso previo a la coagulación en las plantas de filtración rápida y también en sedimentadores como paso previo a la filtración lenta.

 

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1.2  Sedimentación de partículas floculentas Partículas floculentas son aquellas producidas por la aglomeración de partículas coloides desestabilizadas a consecuencia de la aplicación de agentes quí- micos. A diferencia de las partículas discretas, las características de este tipo de partículas — forma, tamaño, densidad— sí cambian durante la caída. Se denomina sedimentación floculenta o decantación al proceso de depó- sito de partículas floculentas. Este tipo de sedimentación se presenta en la clarificación de aguas, como proceso intermedio entre la coagulación-floculación y la filtración rápida.

1.3  Sedimentación por caída libre e interferida Cuando existe una baja concentración de partículas en el agua, éstas se depositan sin interferir. Se denomina a este fenómeno caída libre. En cambio, cuando hay altas concentraciones de partículas, se producen colisiones que las mantienen en una posición fija y ocurre un depósito masivo en lugar de individual. A este proceso de sedimentación se le denomina depósito o caída interferida o sedimentación zonal. Cuando las partículas ya en contacto forman una masa compacta que inhibe una mayor consolidación, se produce una compresión o zona de compresión. Este tipo de sedimentación se presenta en los concentradores de lodos de las unidades de decantación con manto de lodos.

Sedimentación Tipo 1.  La sedimentación de partículas discretas no es Impedida por otras partículas en sedimentación y sólo será función de las profundidades de la unidad y de las características propias de las partículas. Por lo tanto, su análisis puede hacerse a través de leyes clásicas formuladas por Newton y Stokes. La primera relaciona la velocidad final de las partículas discretas con el peso específico de la partícula y la resistencia o fuerza de arrastre que surge en su recorrido; obteniéndose la siguiente ecuación:

 4  g   (   s    )d  V c   *  C  D *    3

1/ 2

 

Donde: Vc  = Velocidad final de la partícula. d g

= Diámetro de la partícula. = Aceleración de la gravedad.

CD 

 

= Coeficiente de arrastre.

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p

= densidad del fluido.

ps  = densidad de la partícula. El Coeficiente de arrastre adopta diversos valores según que el régimen de corriente que qu e rodee a la partícula sea laminar o turbulento. La forma de la partícula af afectará ectará el valor de este coeficiente. La ecuación sugerida por Stokes se relaciona con la forma de la partícula y el número de Reynolds del fluido, esta ley será:

V c



 g    (  s

 



2

  )d 

18 

 

Donde: Vc  = Velocidad final de la partícula. d

= Diámetro de la partícula.

g

= Aceleración de la gravedad. p = densidad del fluido. ps  u

= densidad de la partícula. = Viscosidad dinámica.

En proyectos de diseño de sedimentadores el procedimiento normal es seleccionar una partícula con una velocidad final Vc y diseñar el tanque de modo que queden eliminadas las partículas que posean una velocidad final igual o mayor que Vc. La producción de agua clarificada por unidad de tie tiempo mpo es:

Q   A *V C    

Donde: Q

= Caudal del afluente.

A

= Área de la superficie del tanque de sedimentación.

Vc

= Velocidad ascensorial, en m3/día por m2.

Lo que demuestra que la velocidad ascensorial o carga de superficie, que es la base normal de diseño, es equivalente a la velocidad de sedimentación. Así mismo la ecuación significará que para partículas de tipo 1, la capacidad de producción de agua clarificada es independiente de la profundidad.

 

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En el caso de que se conserven como constantes el caudal de diseño, la longitud del tanque y el tiempo de retención, las partículas con velocidad Vc y mayores se depositarán en el fondo del tanque. En la práctica esto no se cumplirá ya que los caudales de los sistemas de tratamiento no siempre son constantes y por lo tanto el período de retención del líquido en la unidad será variable; razón por la cual será necesario afectar a los resultados del diseño por factores de seguridad. Pero los análisis de laboratorio para el diseño seguirán siendo los mismos; por lo tanto, la fórmula de cálculo para el experimento e xperimento será:

V C 

 profundida  profundid ad  

tiempo _ de _ retencion  

La sedimentación del tipo 1 en un tanque ideal deberá cumplirse que las partículas con una velocidad de caída inferior a Vc no se eliminarán en absoluto durante el tiempo que se dispone para la sedimentación. Suponiendo que las partículas de los distintos tamaños estén distribuidas uniformemente por toda la profundidad del estanque en la entrada de la unidad, mediante un análisis de ia trayectoria de la partícula puede analizarse que las partículas con una velocidad de sedimentación inferior a Vc se eliminarán en la siguiente proporción:

Vp   

 X r 

Vc  

Donde: X r = Fracción Fracción de partículas partículas con velocidad de sedimentación Vp que son eliminadas. eliminadas. La fracción total ds partículas eliminadas vendrá dada por la siguiente ecuación:  Xc

 Fracci  Fra ccione one lim inada  (1   Xc) 

Vp

 Vc dx   0

Donde: (1-Xc): Fracción de partículas eliminadas con velocidad VP mayor que Vc.  Xc

Vp

 Vc dx 0

 

: Fracción de partículas eliminadas con velociadad Vp menor que Vc.

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3.  CÁLCULOS:

3

5

1.02mm x 0.71mm

1

0.42mm x 0.26mm

0.28mm x 0.19mm

TABLA DE DATOS:

Tamiz

N° 30

N °50

N °100

medición

1

2

3

1

2

3

1

2

3

tiempo (s)

3.00

3.93

3.54

3.59

4.08

4.62

9.40

9.40

9.20

H(m)

0.564

0.564

0.564

0.564

0.564

0.564

0.553

0.542

0.540

velocidad(m/s)

0.188

0.144

0.160

0.157

0.138

0.122

0.059

0.058

0.059

velocidad promedio (m/s)

 

0.164

0.139

0.058

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Tasa de sedimentación

16.4 cm/s

13.9 cm/s

5.8 cm/s

TASAS DE SEDIMENTACIÓN Para la muestra N° 30   =  .    0.564   . 0. 0.01 011 1  = 3.43     = 0.0018 

Para la muestra N° 50   =  .     = 0.564 . 0.01 0.011 1  4.057     = 0.001529 

Para la muestra N° 100   =  .    0.564 . 0.01 0.011 1  = 3.9.7243 

 = 0.000638    

Gráfica: 4.  CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

  Se ha comprobado que la sedimentación es un tipo de separación mecánica, ratificándose su uso



hoy en día, a través de este informe queda demostrada la importancia de esta operación unitaria, intensamente empleada en tratamientos primarios de aguas residuales, además de la importancia del tamaño del tamiz y su estrecha relación con la velocidad de sedimentación y la relación existente entre ambos factores.

 

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  Las velocidades de sedimentación promedio de las partículas del tamiz N° 30 es de 0.164 m/s



Registrándose como la mayor, y esto debido a que son partículas de mayor tamaño y efectivamente caen por su propio peso y ajustándose a las leyes de la gravedad cumpliendo con lo estudiado teóricamente con respecto a las partículas p artículas discretas.

  En tanto que las partículas de los tamices N° 50 y N° 100 sedimentaron con velocidades de 0.139



m/s y 0.058 m/s, respectivamente, demostrando una vez más que a mayor peso de la partícula discreta mayor será la velocidad de sedimentación, estando ambas variables en una relación directa.

  Debido a que la columna de sedimentación no fue lo suficientemente profunda de 3 a 4 metros



como se establece en la teoría, es necesario que se preste mayor atención al tiempo debido a que los procesos se dan de manera muy rápida. 

5.  CUESTIONARIO  1. 

Averigüe como son las unidades de sedimentación primaria y esquematice algunos de ellos.

El primer tratamiento importante que sufren las aguas residuales después de las precedentes fases preliminares es, generalmente, la sedimentación de los sólidos suspendidos en un tanque adecuado en el que se mantienen las aguas por un lapso de 0.5 a 3 horas o más, que es suficiente para permitir permitir que el 40 a 65% de los sólidos finamente divididos, se pose pose en el fondo del tanque, del cual cua l se extraen ex traen por medio de colectores mecánicos, en fo forma rma de lodos. lodos. La sedimentación primaria es una o operación peración unitaria diseñada para concentrar y remover sólidos suspendidos orgánicos del agua residual. Antaño, cuando se consideraba que el nivel primario era suficiente como único tratamiento, la sedimentación primaria era la operación unitaria más importante de una planta. Su diseño y operación fueron determinantes en la reducción de las cargas de desecho que se disponían en los cuerpos receptores. En la actualidad, los requerimientos de tratamiento a nivel secundario han otorgado a la sedimentación primaria un rol menor. No obstante, muchos de los procesos procesos unitarios de tratamiento secundario son capaces de manejar los sólidos orgánicos sólo si se ha llevado a cabo una buena remoción de arena y escoria durante el pretratamiento. La mayor parte de los sólidos suspendidos presentes en las aguas residuales son de naturaleza pegajosa y floculan en en forma natural. Las operaciones de sedimentación sedimentación primaria son esencialmente del Tipo 2 sin la adición de coagulantes químicos ni operaciones de mezclado mecánico y floculación.

El material orgánico es ligeramente más pesado que el agua y se sedimenta lentamente, normalmente en el intervalo de 1 a 2.5 m/h. Los materiales orgánicos más ligeros, principalmente grasas y aceites, flotan en la superficie y se deben desnatar.

 

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Tipos de sedimentación

Descripción de los tanques de sedimentación.

La sedimentación primaria puede llevarse a cabo en tanques rectangulares alargados o en tanques circulares.

En los tanques rectangulares, como el mostrado, la espuma se retira utilizando unas rastras de lodo que, de manera alternada, después de recorrer el tanque por el fondo, regresan a su punto de partida recorriendo la superficie del agua, lo que se aprovecha, como se dijo, para remover la espuma. El material flotante se desplaza de esta manera hasta un sitio donde donde se colecta, ubicado a cierta distancia hacia atrás del vertedor del efluente, y allí es retirado al pasar sobre un vertedor de espuma o por medio de una rastra transversal.

 

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2. 

¿Qué entiende por tasa de sedimentación?

La taza de sedimentación es la velocidad de sedimentación de las partículas más lentas que son 100 % removidas.

3. 

Averigüe algunos ejemplos para los diferentes tipos de partículas. Ejemplo: Clase 1, las arenas y gravas. Sedimentación de partículas discretas (Tipo 1)

Se llama partículas discretas a aquellas partículas que no cambian de características (forma, tamaño, densidad) durante la caída. Se denomina sedimentación o sedimentación simple al proceso de depósito de partículas discretas. Este tipo de partículas y esta forma de sedimentación se presentan en los desarenadores, en los sedimentadores y en los presedimentadores como paso previo a la coagulación en las plantas de filtración rápida y también en sedimentadores como paso previo a la filtración lenta.

 

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Sedimentación de partículas floculentas (Tipo 2) Partículas floculentas son aquellas producidas por la aglomeración de partículas coloides desestabilizadas a consecuencia de la aplicación de agentes a gentes químicos. A diferencia de las partículas discretas, las características de este tipo de partículas —forma, tamaño, densidad— sí cambian durante la caída.Se denomina sedimentación floculenta o decantación al proceso de depósito de partículas floculentas. Este tipo de sedimentación se presenta en la clarificación de aguas, como proceso intermedio entre la coagulación-floculación y la filtración rápida.

Sedimentación por caída libre e interferida Cuando existe una baja concentración de partículas en el agua, éstas se depositan sin interferir. Se denomina a este fenómeno caída libre. En cambio, cuando hay altas concentraciones de partículas, se producen colisiones que las mantienen en una posición fija y ocurre un depósito masivo en lugar de individual. A este proceso de sedimentación se le denomina depósito o caída interferida o sedimentación zonal. Cuando las partículas ya en contacto forman una masa compacta que inhibe una mayor consolidación, se produce una compresión o zona de compresión. Este tipo de sedimentación se presenta en los concentradores de lodos de las unidades de decantación con manto de lodos. A continuación detallaremos un cuadro en el que se presenta a título ilustrativo valores de la "velocidad de sedimentación" correspondiente a partículas de peso específico 2,65 kg./dm.3 y a una temperatura del agua de 10° C, teniendo en e n cuenta distintos diámetros y los tiempos necesarios para sedimentar 0,3 m.

De un rápido análisis del cuadro se de duce que en la práctica es necesario establecer un tiempo límite para la sedimentación estableciendo a priori el diámetro mínimo que la estructura podrá Lo contrario implicaría diseñar tanques de sedimentación incompatibles con las

remover. posibilidades

económicas y aún físicas de los proyectos.

 

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