Floculadores Mecanicos

UNIVERSIDAD DEL AZUAY FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIA INGENIERIA CIVIL Y GERENCIA DE CONSTRUCCIONES HIDROSANITARIA I

NOMBRE: Karla Denisse Campoverde Chicaiza

DOCENTE: Ing. Josue Larriva

TEMA: Floculadores Mecánicos

2017 CUENCA – ECUADOR

FLOCULADORES MECANICOS DESCRIPCION: La floculación es un proceso que consiste en mezclar suavemente el agua residual y floculantes con el fin de aglomerar y formar partículas de mayor tamaño llamadas flóculos en resumidas es la aglutinación de las partículas, para formar los floculos, que al cobrar tamaño y peso se precipitaran en el fondo; este proceso puede ser de forma natural o mediante la intervención de máquinas. El objetivo del Floculador es proporcionar a la masa de agua coagulada una agitación lenta aplicando velocidades decrecientes, para promover el crecimiento de los flóculos y su conservación, hasta que la suspensión de agua y flóculos salga de la unidad. La energía que produce la agitación del agua puede ser de origen hidráulico o mecánico. En el caso de este trabajo mencionaremos los mecanicos. Los floculadores mecánicos son aquellos que requieren de una fuente de energía externa que mueva un agitador en un tanque o en una serie de tanques, en donde el agua permanece un tiempo teórico de detención. Para el diseño de un floculador se deben tomar en cuenta tres características básicas, que son: a) La forma de producir la agitación; que dependerá del tipo de floculador que usemos. b) El gradiente de velocidad que varía según el tipo de agua. c) El tiempo de detención

CLASIFICACION O TIPOS:

Según el sentido del movimiento del agitador se clasifican en: Giratorio(rotatorios) y Reciprocantes. Giratorios: Pueden ser de baja velocidad de rotación (paletas) o de alta velocidad de rotación (turbinas), y estas a su vez pueden ser de eje horizontal o de eje vertical.

Ilustración 1: Floculador Mecánico Giratorio de eje vertical

Ilustración 2: Floculador Mecánico Giratorio de eje horizontal

Reciprocantes: Consisten ya sea en una parrilla de madera que sube o baja alternativamente (walking beams) o en sistemas oscilantes como cintas (ribbons flocculators) que van y vienen dentro del tanque. En estos la energía comunicada al agua es directamente proporcional a la energía con la que se desplaza el elemento mecánico dentro de ella.

Ilustración 3: Floculador Reciprocante

 Paletas: Los floculadores mecánicos más utilizados son, sin duda, los de movimiento giratorio con paletas paralelas o perpendiculares al eje (Ilustración 1-Ilustración 2Ilustracion 4). El eje puede ser horizontal o vertical. Estos últimos normalmente son más ventajosos, porque evitan cadenas de transmisión, y también los pozos secos para la instalación de los motores. Su mantenimiento es difícil, pero cuando han sido bien proyectados, duran años sin dar mayores problemas. Estos son utilizados cuando su necesidad sea de una agitación suave y uniforme de la masa líquida, después de la adición de coagulantes químicos, con el fin de la formación de "floculos" de impurezas y aglomeración de éstos, para hacer que los sólidos sean más grandes y más densos, y por consiguiente fácilmente de cantables. 

Ilustración 4: Floculador mecánico de paletas

Constan de un sistema de paletas adheridas a un eje horizontal o vertical como se muestra en las figuras, el cual gira impulsado por un motor eléctrico desplazando agua y produciendo trabajo.

 Los agitadores pueden tener dos, tres o cuatro bazos, y en cada brazo pueden haber dos, tres o varias paletas. Pueden colocarse perpendicular a la dirección del flujo o paralelo.  Agitadores horizontales: pozo seco para motores y mecanismos.  Distancia entre los extremos de agitadores no menor a 0.60 m y el espacio entre el fondo no menor a 0.20m. El proceso usual de cálculo considera el número total de paletas, sumando las que están a la misma distancia del eje. Esto puede conducir a errores en la estimación del gradiente, como se verá a continuación. Las fórmulas indicadas son las usadas hasta el momento:

 Turbinas: Los floculadores del tipo turbina se dimensionan del mismo modo que los mezcladores rápidos. Como las velocidades periféricas máximas son superiores a 0,75 m/s, el agua tenderá a girar acompañando el movimiento de la turbina, a no ser que se prevea la instalación de deflectores o pantallas para estabilizar el movimiento.

Pueden ser empleados en casi todos los casos, especialmente los diseños de eje vertical. La velocidad de rotación de los floculadores tipo turbina es del orden de 10 a 20 rpm y cota recomendable para velocidad periférica del orden de 5 fps. A diferencia del floculador de paletas, el floculador tipo turbina imprime movimiento al fluido que mantiene material particulado en suspensión. La potencia aplicada al agua por unidad de volumen es, en régimen turbulento:

Ilustración 5: Floculador de Turbina

Donde: K = una constante para números de Reynolds elevados superiores a 10.000, que varía con el tipo de impulsor y con la forma y dimensiones del tanque ρ = densidad n = velocidad de rotación en r. p. s. D = diámetro de la turbina en m A= volumen de la cámara de mezcla en m3 Con estas unidades, la potencia resulta en kilográmetros por segundo por metro cúbico

GRADIENTE DE VELOCIDAD El gradiente de velocidad en un líquido depende de la cantidad de energía disipada en el fluido y de la viscosidad de este. Los gradientes de velocidad están afectadas por la velocidad rotacional del agitador tanto por la geometría del recipiente y de las paletas del agitador. Para un agitador dado, con una velocidad rotacional constante, el gradiente de velocidad incrementara si el canal de mezcla tiene pantallas para prevenir el Flujo Laminar. Esto sucede porque más energía es disipada en el fluido, produciendo gradientes de velocidad más altos. Los gradientes de velocidad que tengan mezcladores mecánicos pueden estimarse de la siguiente manera, pero existen distintas formas según el tipo. 𝐺=√ Donde:

𝑃 𝑉𝜇

G: gradiente de velocidad (𝑠 −1 ). 𝜇: Viscosidad V: volumen del recipiente P: Potencia Gradiente de velocidad en floculadores mecánicos giratorios (Según Marcelo Baque, 2001): 𝑃

El gradiente de velocidad en los floculadores mecánicos giratorios es igual a: 𝐺 = √𝜇 ; si remplazamos la fórmula de 𝑃 = 𝐹 ∗ 𝑛3 (Potencia en el eje será igual a la potencia 𝑃

multiplicada por el factor de eficiencia) ; se obtiene 𝐺 = √𝜇 ∗ 𝑛3/2 es decir que el gradiente G es proporcional al número de revoluciones elevado a 3/2. El gradiente de velocidad en floculadores mecánicos se distribuye de manera muy desigual en la masa del agua. En paletas más alejadas del eje, el gradiente de velocidad es varias veces mayor que en las paletas cercanas al eje o junto al eje.

EJEMPLO DE APLICACIÓN: Diseño Floculador Mecánico De Paletas Tiempo total de detención: 20 min Numero de cámaras: 4 3

𝑄𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = 0.070 𝑚 ⁄𝑠  Diseño de la primera cámara: o Volumen de la cámara: 𝑉𝑜𝑙 = 𝑄 ∗ 𝑇 𝑇=

20 4

= 5 𝑚𝑖𝑛 = 300 𝑠𝑒𝑔

𝑉𝑜𝑙 = 0.07 ∗ 300 = 21 𝑚3 o Dimensiones de la cámara: Utilizando un tanque de 2.50m * 2.50m de planta se tiene 𝑉𝑜𝑙 = 𝐿2 ∗ 𝑃 𝑃=

P: profundidad útil

21 = 3.36𝑚 2502

𝑃 21 = = 1.34 𝐿 2.5 La profundidad útil del agua en el tanque puede adoptarse entre (1.3 – 1.5) veces L.

 Borde libre (BL): o Adoptando BL= 0.24m o Profundidad del tanque (H): H=P+BL H=3.36+0.24=3.60m o Dimensiones y posición del agitador: Diámetro (D): suponiendo D=2.0m 𝐷 2.0 = = 0.80 𝐿 2.5 

Largo de la paleta (b):

Suponiendo m = n =0.25m b=p-(2*0.25) b=3.36-(2*0.25) b=2.86m 

Ancho de la paleta :

Tomando l=0.16m 

Distribución de paletas:

Se utilizaran paletas localizadas sobre cada uno de los brazos (2) colocados entre sí a 180°. Velocidad de rotación: n= 5 rpm Velocidad tangencial máxima paleta exterior 𝑉𝑝 = 𝑉𝑝 =

2𝜋𝑟𝑛 60

2𝜋 ∗ 1 ∗ 5 0.52𝑚 = 60 𝑠

Velocidad tangencial máxima paleta intermedia que se localiza a 2/3 de D/2 esto es:

Gradiente de velocidad (G):

𝑃

𝐺 = √𝜇∗𝑉𝑜𝑙

Remplazando: 𝑃 = 1.46 ∗ 10−5 ∗ 999.97 ∗ 52.73 ∗ 2.86 ∗ 0.635 𝑃 = 3.91

𝐺=√

𝐾𝑔𝑓. 𝑚 𝑠

3.91 = 39.43 𝑠𝑒𝑔−1 ≅ 40𝑠𝑒𝑔−1 1.198 ∗ 10−4 ∗ 21

Bibliografía Macias, M. A. (2001). Diseño de un sistema de floculacion de Paletas Giratorias. Guayaquil, Ecuador. Mezcladores y Floculadores. (s.f.). Recuperado el 2017, de http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/scan/002320/002320-03c.pdf Vargas, I. L. (s.f.). FLOCULACION. Recuperado el 2017, de http://www.ingenieroambiental.com/4014/seis.pdf