Coeficiente de Transferencia de Oxigeno. Sin Terminar

Coeficiente de transferencia de oxigeno (KLA) oxygen transfer coefficient (KLA) Angie Chala a, Laura Cordero a, Carolina Hernández a, Dajhana Londoño a, Nelly Rubianoa. a

Ingenieria Ambiental y Sanitaria Operaciones Unitarias Agua Grupo 3

Fecha práctica 01 de Marzo del 2016; Fecha entrega de informe 08 de Marzo del 2016

Introducción La determinación del coeficiente de transferencia de oxigeno es muy importante ya que permite la selección del equipo de aireación propio para airear el agua a tratar aerobiamente ya que garantiza el intercambio de oxigeno necesario para el metabolismo de los microorganismos que se encuentran en dicha agua; el Oxigeno Disuelto es un indicador de cómo de contaminada está el agua o de lo bien que puede dar soporte esta agua a la vida vegetal y animal. Por esto el objetivo principal de esta práctica es determinar el coeficiente de transferencia de oxigeno (KLa) de un agua residual domestica y agua potable para seleccionar el mejor equipo de aireación. Para esto se llevara a cabo el protocolo del coeficiente KLa y de ahí se determinara el mejor equipo de aireación para el agua a tratar. Se logro la determinación y buena comprensión del coeficiente de transferencia de oxigeno.

Palabras claves: Aireación, Agua residual, Agua potable, KLa, Introduction

Keywords:

Objetivos 

Determinar el coeficiente de transferencia de oxigeno (KLa) en un agua residual domestica y del agua potable.

 

Encontrar la relación entre el KLa del agua residual y del agua potable. Seleccionar teóricamente el mejor equipo de aireación para el agua a tratar.

Justificación

Es importante la evaluación del coeficiente de transferencia de oxigeno ya que este permite identificar qué equipo se necesita para airear el agua a tratar además de la potencia que este necesita para su correcto funcionamiento. En el tratamiento de aguas residuales es importante la concentración de oxigeno disuelto ya que esta permite un mejor metabolismo de los microorganismos y así la eliminación de muchos contaminantes que el agua presenta por medio de procesos aerobios los cuales son ayudados por unos equipos de aireación que pueden ser turbinas o sopladores los cuales son seleccionados según la relación entre el KLa del agua potable y del agua residual.

nivel más alto de oxígeno disuelto indica agua de mejor calidad. Si los niveles de oxígeno disuelto son demasiado bajos, algunos peces y otros organismos no pueden sobrevivir [1]. El oxígeno disuelto en el agua proviene del oxígeno en el aire que se ha disuelto en el agua, por lo que están muy influidos por las turbulencias del río (que aumentan el OD) o ríos sin velocidad (en los que baja el OD). Parte del oxígeno disuelto en el agua es el resultado de la fotosíntesis de las plantas acuáticas, por lo que ríos con muchas plantas en días de sol pueden presentar sobresaturación de OD. Otros factores como la salinidad, o la altitud (debido a que cambia la presión) también afectan los niveles de OD [2].

Marco teorico

El oxigeno disuelto se establece como la concentración (mg/L) que puede tener el agua a una temperatura determinada. Se conoce también como el porcentaje de saturación [3]. La concentración de saturación de oxigeno disuelto para agua potable (Cs) se encuentra tabulada en la siguiente tabla.

El Oxígeno Disuelto (OD) es la cantidad de oxígeno que está disuelta en el agua. Es un indicador de cómo de contaminada está el agua o de lo bien que puede dar soporte esta agua a la vida vegetal y animal. Generalmente, un

Tabla 1: Valores de concentración de oxigeno disuelto en agua limpia a 760 mmHg

Tomada de: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358039/ContenidoLinea/leccion_16_teoria_de_la_aireacion.ht ml Para determinar la concentración de oxigeno Cs 760 mmHg = El valor de saturación de disuelto en el agua residual (Csw), debe oxigeno para el agua a 760 mmHg y 20° C tomarse el valor de concentración del agua limpia (Cs) y multiplicarse por el factor de Para el cálculo de KLa necesario realizar la corrección “β” el cual oscila entre 0,92 y 0,98 una tabla con los siguientes datos: Tiempo [4], así: (min), C (mg/L), Cs- C (mg/L), Log (Cs / Cs – C). Con lo anterior se obtiene una grafica de la cual se saca una regresión lineal y con el valor Cs w=β∗Cs ( 1 ) de la pendiente se calcula el KLa para agua potable y residual, así: Para lo correcta determinación de la concentración de saturación de oxigeno Cs 2,303 log ⁡( ) disuelto es necesario corregirlo a la presión (Cs−c) KLa=( pendiente )= atmosférica del lugar donde se toma la (T ) medición, lo anterior es igual para agua potable y residual [%], así (3)

Cs : (Cs) 760 mmHg * P 760 mmHg

(2)

Para identificar el dispositivo de aireación mas adecuado es necesario utilizar la siguiente fórmula:

Kla Agua potab≤¿ Kla agua residual α= ¿ (4)

α =0,6−0,7=Sopladore s

α =0,8−0,9=turbina

Agua Potable T (min) 0 3 6 9 12

Cs C (mgO2/L) C 0,2 6,58 3,45 3,33 4,69 2,09 5,72 1,06 6,08 0,70

Log (Cs /CsC) 0,01 0,31 0,51 0,81 0,99

Metodología

La tabla anterior muestra los datos la concentración de oxigeno después de desoxigenar con Sulfito de sodio y cloruro de Cobalto en diferentes intervalos de tiempo y los cálculos adicionales para el desarrollo de la grafica. La cual es Log (Cs/Cs-C) Vs tiempo.

Resultados

Grafica 1: Grafica del Log (Cs /Cs-C) vs tiempo para el agua potable.

Para establecer la potencia de los aireadores debe emplearse la siguiente fórmula:

β=

C . S Agua residual (5) C . s Agua Potable

 Agua Potable Volumen muestra = 100 ml Temperatura = 24°C Concentración inicial OD= 4,28 mg O2/L Concentración de saturación= 9,2 mg O2/ L a 20°C y 760 mmHg Corrección: C.S = 9,2 mgO2L *

560 mmHg 6,78 mgO = 760 mmHg L

2

Calculo del Sulfito de Sodio (Na2SO3 )

12

La grafica anterior muestra la correlación mg Na 2 SO 3 ∗6,78 Unid OD∗0,1 L=8,136 mglineal Na2 de SOlos 3 datos y el valor de la pendiente LOD

Calculo del Cloruro de Cobalto (CoCl2)

0,05

(m) que corresponde a 0,2443 con un coeficiente de correlación de 0,994 el cual es muy alto y muestra relación entre los datos. Demostrando así la veracidad de los datos.

mg CoCl 2 ∗6,78 Unid OD∗0,1 L=0,0339 mgCalculo CoCl2del KLA L OD

Tabla 1: Resultados ensayo de Kla para agua potable

KLa=

2,303∗(0,81) =0,207 min−1 (9)

1 ∗1 min min −3 −1 0,207 =3,4545∗10 s 60 s 

Agua residual

Volumen muestra = 100 ml Temperatura = 24°C Concentración inicial OD= 3,35 mg O2/L Concentración de saturación

La tabla anterior muestra los datos la concentración de oxigeno después de desoxigenar con Sulfito de sodio y cloruro de Cobalto en diferentes intervalos de tiempo y los cálculos adicionales para el desarrollo de la grafica. La cual es Log (Cs/Cs-C) Vs tiempo. Grafica 2: Grafica del Log (Cs /Cs-C) vs tiempo para el agua residual.

C.S = 0,93 * 9,2 mg O2/ L = 8,55 mg O2/ L a 20°C y 760 mmHg Corrección: C.S = 8,55 mgO2L *

560 mmHg 6,3 mgO2 = 760 mmHg L Calculo del Sulfito de Sodio (Na2SO3 )

La grafica anterior muestra la correlación

lineal de los datos y el valor de la pendiente mg Na 2 SO 3 12 ∗6,3 Unid OD∗0,1 L=7,56 mg Na2 3 corresponde a 0,1837 con un (m)SOque LOD Calculo del Cloruro de Cobalto (CoCl2)

0,05

coeficiente de correlación de 0,996 el cual es muy alto y muestra relación entre los datos. Demostrando así la veracidad de los datos.

Calculo del KLA mg CoCl 2 ∗6,3 Unid OD∗0,1 L=0,0315 mg CoCl2 L OD 2,303∗⁡( 0,57) KLa= =0,145 min−1 (9)

Tabla 2: Resultados ensayo de Kla para agua Residual.

T (min) 0 3 6 9 12 15

Agua residual C Cs - Log (Cs (mgO2/L) C /Cs- C) 0,19 6,11 0,01 2,28 4,02 0,20 3,42 2,88 0,34 4,61 1,69 0,57 5,21 1,09 0,76 5,53 0,77 0,91

1 ∗1 min min 0,145 =2,43∗10−3 s−1 60 s Relacion KLa agua residual y agua potable

2,43∗10−3 s−1 α= =0,7 3,4545∗10−3 Calculo de la potencia del aireador

6,3 mgO 2/ l β= =0,92 6,78 mgO 2/l

Análisis de Resultados Grafica 3: Relación entre la concentración de oxigeno disuelto y el tiempo para el agua residual.

Describir graficas. Se necesita soplador para airear completar.

Conclusiones Referencias [1] J. Arboleda. Teoría y práctica de la purificación del agua. Colombia: Ed. Mc Graw Hill, 2000, p.31. [2] Goyenola. G,. Guía para la utilización de las Valijas Viajeras – Oxigeno Disuelto. Red de Monitoreo Ambiental Participativo de Sistemas Acuáticos. Versión 1 – Junio de 2007.

Grafica 4: Relación entre la concentración de oxigeno disuelto y el tiempo para el agua residual.

[3] Folleto Informativo Oxigeno Disuelto (OD) 3, 1, 1,0. Tomado de: http://www.waterboards.ca.gov/water_issues/p rograms/swamp/docs/cwt/guidance/3110sp.pd f [4] Lección 16. Teoría de la aireación. Universidad Nacional Abierta y a distancia. Tomado de: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358039 /ContenidoLinea/leccion_16_teoria_de_la_air eacion.html [5] Roberto Balda. Protocolo de determinación del coeficiente KLa. Universidad de la Salle. Ingeniería Ambiental y Sanitaria. Operaciones Unitarias Agua.