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Instituto Tec nológ ico de Veracruz

Sedimentadores Elizabeth Hernández Sa ntisbón Nery Karina Reyna González Procesos de Separación I Profesor: Jorge Alberto Vásquez Contreras 17 de Octubre de 2012

Procesos de Separación I 1 Sedimentadores

Índice 1. Sedimentación…..………………………………………………………………………………………3 1.1 Sedimentación de partículas discretas……………………………………………..4 1.2 Sedimentación de partículas floculentas………………………………………….5 1.3 Sedimentación libre o interferida……………………………………………………..6 2. Teoría del movimiento de partículas en un fluido……………………….….……9 2.1 Velocidad de Sedimentación……………………………………………….…………..10 2.2 Coeficiente de arrastre de la partícula en flujo laminar………….….….11 2.3 Criterios para identificar el régimen de sedimentación……………...…13 Problema 2.1: Velocidad de precipitación de gotas de aceite…….…15 2.4 Sedimentación interferida………………………………………………………………..18 Problema 2.2: Precipitación frenada de esferas de vidrio……….……19 2.5 Sedimentación diferencial………………………………………………..………..……20 Problema 2.3: Separación de una mezcla de sílice y galena……..…24 2.6 Sedimentación Centrifuga……………………………………………………………….26 Problema 2.4 Sedimentación centrífuga………………………………………30 3. Sedimentadores………………………………………………………………………………………34 3.1 Clarificadores y espesadores…………………………………………...………….……34 3.1.1

Clarificadores primarios……………………………………………………..…..35

3.2 Clarificadores secundarios…………………………………..………………..…………50 3.3 Clasificadores……………………………………………………………………………….…...62 3.4 Sedimentadores centrífugos……………………………………………….……………69

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4. Diseño de un sedimentador……………………………………………………………...…..78 4.1 Dimensionamiento de un sedimentador………………………....……...……80 4.2 Criterios de diseño……………………………………………………………………...…….82 4.3 Ejemplo de diseño………………………………………………………………………..…..83 5. Mantenimiento y costos de implementación y diseño…………………….…..88 5.1 Mantenimiento y limpieza de un sedimentador……………………….…..88 5.2 Costos…………………………………………………………………………………………....…..89 Bibliografía………………………………………………………………………………………………………..92

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1. Sedimentación La sedimentación es la operación unitaria que consiste en la remoción por acción de la gravedad de las partículas que son más pesadas que el fluido y que se encuentran en suspensión. Las partículas pueden ser de tipo sólido o gotas de líquido, el fluido puede ser un líquido o un gas y estar en reposo o en movimiento. 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. En general, el proceso de sedimentación se lleva a cabo de la siguiente manera: 

Primero tenemos una suspensión uniformemente distribuida en el líquido y lista para sedimentar denominada B (Figura 1.1). La profundidad total de la suspensión es Z 0.



Se observa la primera aparición de los sólidos sedimentados en la capa inferior del recipiente, la denominaremos D. Encima de la capa D se forma la zona C que es una capa de transición, cuyo contenido en sólidos varía desde el de la pulpa original hasta el de la zona D. En la capa superior de la zona B se encuentra la zona A, que es el líquido clarificado (Figura 1.2).



A medida que avanza la sedimentación, los espesores de las zonas D y A aumentan, el de la zona C permanece constante, mientras que el de la zona B disminuye (Figura 1.3).



Posteriormente, desaparecen las zonas B y C, y todos los sólidos están en la zona D, comenzando entonces un nuevo efecto llamado compresión. El momento en el que la compresión resulta por primera vez evidente recibe el nombre de punto crítico. Durante la compresión una parte del líquido contenido en los flóculos se

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proyecta fuera de la zona D formando como pequeños surtidores y el espesor de esta zona disminuye (Figura 1.4). 

Finalmente, cuando el peso de sólidos alcanza el equilibrio mecánico con la resistencia a la compresión de los flóculos, se detiene el proceso de sedimentación. En este momento el limo alcanza su altura final (Figura 1.5).

Figura 1.1

Figura 1.2

Figura 1.4

Figura 1.3

Figura 1.5

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.

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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 pre-sedimentadores como paso previo a la coagulación en las plantas de filtración rápida y también en sedimentadores como paso previo a la filtración lenta. 

Sedimentación de partículas floculentas: Se denomina sedimentación floculenta o decantación al proceso de depósito de partículas floculentas. Si las partículas son muy pequeñas aparece el movimiento browniano, que es un movimiento al azar debido a las colisiones de la partícula con las moléculas de fluido que la rodean. Este efecto se aprecia para tamaños de partícula del orden de 2 a 3, μm. El movimiento al azar de la partícula tiende a suprimir el efecto de la fuerza de la gravedad de forma que no se produce la sedimentación. Para separar partículas finas de diámetros de unos pocos micrómetros o inferiores, las velocidades de sedimentación resultan demasiado bajas y para que la operación pueda realizarse, es preciso aglomerar o flocular las partículas para formar partículas grandes que posean una velocidad de sedimentación razonable. Partículas floculentas son aquellas producidas por la aglomeración de partículas coloides desestabilizadas a consecuencia de la aplicación de agentes químicos. A diferencia de las partículas discretas, las características de este tipo de partículas —forma, tamaño, densidad— sí cambian durante la caída. Muchos limos constan de partículas con cargas eléctricas, positivas o negativas, y debido a la repulsión de cargas iguales, las partículas tienden a dispersarse. Si se añade un electrólito, los iones que se forman en la disolución neutralizan las cargas de las partículas, que pueden entonces aglomerarse y formar flóculos de mayor tamaño. Cuando las partículas originales están cargadas negativamente será efectivo el catión del electrólito, mientras que cuando la carga es positiva el activo será el anión. En cualquier caso, cuanto mayor es la valencia del ion más eficaz es el ion como

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agente de floculación. Otros métodos de floculación incluyen el uso de agentes superficialmente activos y la adición de materiales tales como cola, caliza, alúmina o silicato sódico, que arrastran con ellos las partículas. En un limo convenientemente tratado los flóculos son visibles a simple vista. Las partículas floculadas poseen dos importantes características de sedimentación: la primera de ellas es la complicada estructura de los flóculos. Los agregados poseen débiles enlaces entre las partículas y retienen una considerable cantidad de agua en sus estructuras, que acompaña a los flóculos en la sedimentación. Aunque inicialmente los flóculos sedimentan de forma libre o impedida, y por tanto son aplicables en principio las ecuaciones habituales, no resulta práctico utilizar cuantitativamente las leyes de la sedimentación debido a que el diámetro y la forma de un flóculo no se pueden definir fácilmente. 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 y las partículas están a suficiente distancia de los límites del recipiente y de otras partículas, de forma que no afectan a su caída y se depositan sin interferir, el proceso recibe el nombre de sedimentación libre. En cambio, si el movimiento de las partículas está impedido por otras partículas, lo que ocurrirá cuando las partículas estén próximas entre sí aun cuando no lleguen a tocarse, el proceso recibe el nombre de sedimentación impedida, y ocurre en altas concentraciones de partículas, lo que provoca que se produzcan colisiones que las mantienen en una posición fija y ocurre un depósito masivo en lugar de individual.

El objetivo del proceso es separar las partículas de una corriente de fluido con el fin de eliminar contaminantes del fluido o bien recuperar las partículas, como en el caso de eliminación de polvos y humos de aire o gases de combustión, o la retirada de sólidos de líquidos residuales. En otras

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ocasiones, las partículas se suspenden intencionadamente en fluidos con el fin de obtener separaciones en fracciones de diferentes tamaños o densidades. Después el fluido puede recuperarse a partir de las partículas fraccionadas.

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2. Teoría del movimiento de partículas en un fluido Cuando una partícula se mueve a través de un fluido, varias fuerzas actúan sobre ella.

Fuerzas actuantes en una partícula:

 La fuerza de flotación que actúa hacia arriba: Fuerza de flotación Fb en N sobre la partícula es

Fb 

m g



 V  g

Ecuación 1

Donde:

m= masa de la partícula ( kg) ρρ =Densidad de la partícula ( kg/m3) m/ρ ρ =Volumen Vρ de la partícula ( m3) ρ =Densidad del fluido ( kg/m3) g =Aceleración de la gravedad ( m/s2)

 La gravedad que actúa hacia abajo: La fuerza de gravitación, externa o centrifuga Fg en N que actúa sobre la partícula es:

Fg  mg

Ecuación 2

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 La resistencia o fuerza de rozamiento que actúa en dirección opuesta al movimiento de la partícula: La fuerza de arrastre (o rozamiento) FD sobre un cuerpo, en N, se puede deducir del hecho de que, como en el flujo de fluidos, a través de conducciones, se ha encontrado que resulta útil el factor de fricción definido como la relación entre el esfuerzo cortante y el producto de la carga de velocidad por la densidad.

v2 FD  C D A 2

Ecuación 3

De la ecuación anterior, tomamos en cuenta que en el caso de sólidos sumergidos, se emplea un factor análogo al factor de fricción, llamado coeficiente de rozamiento:

CD 

FD / Ap

Ecuación 4

v / 2 2 0

Donde:

FD= Es la fuerza de arrastre o resistencia al flujo total ( N) Ap= Área proyect ada de la partícula, medida en un plano perpendicular a la dirección de movimiento de la partícula ( m2) CD=Coeficiente de rozamiento (o arrastre, adimensional) V0=Velocidad de la corriente libre ( m/s) ρ = Densidad del fluido ( kg/m3).

2.1

Velocidad de Sedimentación

Cuando el cuerpo deja de estar en reposo y comienza a caer, esta caída pasa por dos periodos: el de caída acelerada y el de caída a velocidad constante. El periodo inicial de aceleración disminuye con el tiempo y tiende a cero. Así que el periodo de caída a velocidad constante es el

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más importante. A esta velocidad se le llama velocidad de precipitación libre o velocidad t erminal Vt.

vt 

2 g (  p   )m

Ecuación 5

Ap p C D 

Para el caso particular de partículas esféricas de diámetro Dp, entonces debemos tomar en cuenta la masa y área de la partícula: Ecuación 6

Ecuación 7

Al sustituir estas 2 ecuaciones en la ecuación de la velocidad terminal, obtenemos la ecuación para la sedimentación por gravedad de esferas:

vt 

4(  p   ) gD p 3C D 

Ecuación 8 Ley de Newton

Esta última ecuación, es la ley de Newton y se aplica únicamente para partículas relativamente grandes que caen en gases o fluidos de baja viscosidad. Para 1000 < NRe, p < 200,000 el coeficiente de rozamiento es aproximadamente constante:

Para calcular NRe, p tenemos:

N Re 

Dp v0 





D pG0



Ecuación 9

Procesos de Separación I 11 Sedimentadores

Donde:

Dp = Diámetro de la partícula ( m) V0 =Velocidad de la corriente libre ( m/s) ρ = Densidad del fluido ( kg/m3) µ = Viscosidad del fluido ( cP)

2.2

Coeficiente de arrastre de la partícula en flujo laminar

Tomando en cuenta que CD está en función del número de Reynolds de la esfera, en la región del flujo laminar, llamada región de la ley de Stokes se considera que si el NRe < 1, el coeficiente de fricción es

CD 

24 24  D p v /  N Re

Ecuación 10

La siguiente ecuación (sustituyendo coeficiente de arrastre en la ecuación de velocidad límite para partículas esféricas) se conoce como ley de Stokes y es aplicable para números de Reynolds de la partícula inferiores a 1.0

vt 

gD p2 (  p   ) 18

Ley de Stokes Ecuación 11

La Ley de St okes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. Fue derivada en 1851 por George Gabriel Stokes. Debemos tomar en cuent a que la ecuación, se utiliza sólo en caso de saber que nuestras partículas se encuentran en el régimen de la Ley de Stokes.

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2.3

Criterios para identificar el régimen de Sedimentación

Para identificar el intervalo en el que está comprendido el movimiento de la partícula, se elimina el término de velocidad del número de Reynolds sustituyendo ut de la ecuación 10, para obtener, en el intervalo de la Ley de Stokes:

N Re, p 

D p vt 





D 3p g (  p   ) 18

Ecuación 12

2

Y ahora debemos obtener un criterio K:

 g (  p   )  K  Dp   2  

1/ 3

Ecuación 13

Este criterio lo utilizaremos cuando conozcamos el tamaño de la partícula. Si el valor calculado de K es menor que 2.6 es aplicable la ley de Stokes y si el valor de K es mayor que 68.9 pero menor que 2360 se aplica la Ley de Newton. Cuando K es mayor que 2360 el coeficiente de rozamiento puede cambiar bruscamente para estas condiciones, así como en el intervalo comprendido entre la ley de Stokes y la ley de Newton ( 2,6 < K < 68,9), la velocidad límite se calcula a partir de la ecuación:

vt 

4(  p   ) gD p 3CD 

Ecuación 14

utilizando un valor de CD obtenido por tanteo en la Figura 1. Cuando el valor de K es mayor que 2360 se utiliza la grafica de CD vs NRe (figura 2).

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Figura 2.1

La Figura 2.1 muestra el coeficiente de rozamiento como una función del número de Reynolds (tomando en cuenta que conocemos el Número de Reynolds de la partícula). Pero para usar esta gráfica debemos tomar en cuenta que sólo es aplicable en condiciones restringidas. La partícula ha de ser una esfera sólida, estar lejos de otras partículas y de las paredes del recipiente, de forma que no se distorsione el modelo de flujo alrededor de la partícula, y

Figura 2.2. Correlación de C D contra Número de Reynolds.

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además la partícula ha de moverse con su velocidad límite con respecto al fluido. Las variaciones en la forma de la partícula pueden tenerse en cuenta obteniendo curvas separadas de CD vs NRe, p para cada forma, tal como se muestra en la Figura 1 para cilindros y discos. Sin embargo, las curvas para cilindros y discos de la Figura 1 solamente son aplicables para una orientación especificada de la partícula. En el movimiento libre de partículas no esféricas a través de un fluido la orientación está cambiando constantemente. Este cambio consume energía, dando lugar a un aumento del rozamiento efectivo sobre la partícula, y CD es mayor que para el movimiento del fluido sobre una partícula estacionaria. Como consecuencia, la velocidad límite, especialmente con discos y partículas de forma parecida, es menor que la que se predeciría a partir de las curvas para una orientación determinada.

Problema 2.1: Velocidad de precipitación de gotas de aceite. Se desea precipitar gotas de aceite con diámetro de 20μm (0.020 mm), suspendidas en aire a una temperatura de 37.8° C (311 °K) y 101.3 kPa de presión. La densidad del aceite es 900 kg/m 3 (56.2 lbm/pie3). Calcule la velocidad terminal de precipitación de las gotas. Datos:

Dp= 2.0x10-5 m ρρ= 900 kg/m3 Del Apéndice A.3, Geankoplis: Para el Aire a 37.8°C

ρ= 1.137 kg/m3 μ=1.90x10-5 kg/m s (1.275x10-5 lbm/pie· s)

Procesos de Separación I 15 Sedimentadores

El hecho de desconocer la velocidad requiere que tengamos que resolver por aproximaciones sucesivas. (La velocidad se desconoce para calcular el NRe de la partícula, y por tanto no es posible resolver para CD). El número de Reynolds es:

D p vt 

N Re 

N Re 





(2.0 10 5 m)(vt )(1.137 1.90 10 5

kg ms

D pG0

 kg ) m3  (1.197 s )v t m

Para nuestra primera aproximación suponemos que:

vt =0.305 m/s. . Este resultado refiere que la particular se encuentra en el régimen de la ley de Stokes ( NRe0.2 – 0.15 mm

Velocidad en canal (V)

0.25 - 0.35 m/s

Velocidad de decantación (v )

0.018 m/s

Tiempo de retención

45 – 90 s

Relación anchura / profundidad del canal

1 y 2.5

Factor de compensación de la longitud por turbulencia

1.25 – 1.5

Tabla 3.1 Parámetros de diseño para un desarenador longitudinal

Desarenadores de vórtice: Consisten en un tanque cilíndrico al cual ingresa el agua a tratar en forma tangencial, creando un vórtice dentro del cilindro. Se genera un vórtice libre por la acción del flujo tangencial de entrada. El efluente sale por el centro de la parte superior de la unidad desde un cilindro rotatorio, llamado también “ojo” del fluido. Las fuerzas centrífuga y gravitacional, presentes dentro de este cilindro rotatorio, limitan la liberación de las partículas con densidad superior a la del agua. Las partículas de arenas se sedimentan por gravedad en la parte inferior de la unidad, mientras que las partículas orgánicas y demás partículas separadas de las arenas por acción de las fuerzas centrifugas, abandonan el desarenador con el efluente.

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Canal de desarenado Entrada Adición de ox ígeno Trayecto ria de las arenas Soportes

Flujo de arenas

Elementos de contro l de flujo

Salida de arenas Figura 3.2 Desarenador de vórtice

Desarenadores aireados: Estas unidades consisten en un canal de geometría determinada, que disponen de un colector provisto de difusores que crean un movimiento de tipo helicoidal al agua a su paso por el equipo. La velocidad de giro o rotación del agua vendrá determinada por la cantidad de aire inyectado a través de los difusores. A mayor cantidad de aire, mayor velocidad de giro, de tal forma que se puede establecer la velocidad adecuada actuando sobre la cantidad de aire inyectado. Cualquier partícula que se encuentre en las proximidades de la zona de recogida de arena, se encuentra sometida a dos fuerzas de sentido opuesto: • Una de caída debida a la diferencia de peso específico con el agua • Otra ascensional o de arrastre producida por el giro de la masa de agua. Todas las partículas en que la fuerza de caída sea superior a la de arrastre, se depositarán en el fondo del desarenador, mientras que si son inferiores serán arrastradas por el agua fuera del equipo.

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Figura 3.3 Desarenador aireado

Variando la cantidad de aire inyectado, se varía la velocidad de giro y en consecuencia la fuerza ascensional, permitiendo la separación solo de partículas de alto peso específico. En la actualidad, se diseñan los desarenadores con menor velocidad de giro del agua, lo que permite que en superficie se produzca un desengrasado, lo que conlleva que por el fondo se deposite con las arenas ciertas cantidades de sólidos en suspensión de carácter orgánico. Para obtener una arena limpia, la arena extraída del desarenador se introduce en un lavador (clasificador) de arena donde se elimina la posible materia orgánica depositada. En las siguientes tablas se especifican las normas generales y los datos típicos de diseño de este tipo de desarenadores.

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Tabla 3.2 Normas generales de diseño La profundidad de los equipos varía entre

3.0 y 4.5 m

La longitud se encuentra entre

6 y 20 m

Relación longitud/anchura

2,5:1 a 5:1

La anchura varía entre

2,0 y 6,0 m

En el caso de que las dimensiones obtenidas fuesen superiores a las típicas, se utilizan unidades múltiples. Los difusores se instalan entre 0,4 y 0,6 m por encima de la cota del fondo . La capacidad de las bombas de extracción de arena 50 L/min en redes unitarias será En las unidades de desarenado-desengrasado conjuntas, se suelen instalar una pantalla longitudinal con el fin de conseguir una zona de tranquilización, y facilitar la separación de las grasas. La concentración de la arena para el bombeo no debe ser superior al 3%.

En desarenadores con separación solo de arena, los datos típicos de diseño son: Tiempo de retención Carga hidráulica

5-10 min 50 - 70 m3/m2 *h

Caudal de aire

0,5- 1,8 m3 * h

Velocidad de paso del agua

0,10 - 0,15 m/s

Número de ciclos a lo largo del desarenador

2a4

La arena deberá contener una concentración en materia orgánica inferior al

5-7%

Tipo de difusores:

De burbuja gruesa o media

Procesos de Separación I 41 Sedimentadores

En aquellos casos de plantas depuradoras urbanas en que se desee llevar a cabo el proceso de desarenación conjuntamente con la separación de grasas y aceites, los datos de diseño serán: Tiempo de retención: Carga hidráulica:

8- 16 min 15 - 30 m3/m2 * h

Caudal de aire

0,5- 1,8 m3 * h De burbuja fina o media

Tipo de difusores:

Tabla 3.3 Datos típicos de diseño para desarenadores

Clarificadores rectangulares Consisten en balsas rectangulares donde el agua entra por uno de sus extremos, saliendo por el opuesto, siendo el flujo paralelo a la dimensión más larga. Los fangos depositados en el fondo del equipo, son arrastrados hasta uno de los extremos por un sistema de rasquetas o bien, mediante puentes móviles. Las rasquetas consisten en unos tablones de madera o poliéster de 0,15 a 0,20 m de altura, que se extienden a t oda la anchura del tanque. Las rasquetas de lodos en su camino de vuelta, en ciertos equipos lo hacen por la superficie, produciendo el arrastre de las espumas y flotables. Los sólidos arrastrados por las rasquetas son depositados en un canal transversal, de donde son eliminados por medio de un equipo de bombeo, sifón, tubería de purga, etc. Las purgas de lodos suelen realizarse intermitentemente. La entrada de líquido a tratar debe realizarse transversalmente al tanque por medio de vertedero, para que se distribuya el agua de forma regular a lo largo de toda la sección, con el fin de no producir zonas muertas de trabajo, lo que llevaría consigo una disminución en el rendimiento de la unidad.

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Figura 3.4 Clarificado r rectangular

La salida del líquido se llevará a cabo, al igual que la entrada, a lo largo de toda la anchura, mediante vertedero, en forma de dientes de sierra. Tabla 3.4 Normas Generales de Diseño La anchura máxima en estos equipos con arrastre por cadenas es de 6 m Longitud máxima utilizando cadenas metálicas entre 35-40 m Longitud máxima utilizando cadenas de material plástico entre 70-75 m Separación entre rasquetas 2,5-3,5 m La profundidad varía entre 2,5 y 3,5 m Velocidad de las cadenas es de 0,5 a 1,0 m / min, debiendo ser lo más constante posible a lo largo de todo el recorrido con el fin de no producir turbulencias. En el caso de que en el cálculo, las diferentes dimensiones obtenidas fuesen elevadas, se utilizará más de una unidad.

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Clarificadores circulares Los decantadores circulares consisten en una cuba normalmente construida en hormigón, en la cual la alimentación se realiza por la parte central, que dispone de una campana responsable de disipar la energía cinética con que entra el agua en el equipo y la distribución del flujo en todas las direcciones. La salida del agua clarificada se lleva a cabo a través de un vertedero periférico. Radialmente y pivotando sobre la columna central, se instala un puente giratorio, con el mecanismo de tracción sobre el muro exterior, sobre el cual se desplaza apoyado en ruedas. Colgando del mencionado puente radial, se encuentran las rasquetas de barrido de fondo que en su avance desplazan los fangos hasta una poceta central desde la que son purgados al exterior. Igualmente del puente cuelga una barredera superficial que arrastra los posibles flotables y espumas hasta una tolva de purga. En equipos de diámetro pequeño (menos de cinco metros), estos suelen ser de tipo estático.

Figura 3.5 Clarificador circular

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El puente radial, así como todos los mecanismos que conlleva, se construyen en acero al carbono, protegidas sus superficies sumergidas mediante pintura epoxi bituminosas. En algunos casos se pueden ver equipos con las mencionadas partes sumergidas en acero al carbono galvanizado, o incluso inoxidable. La solera del fondo, tiene una pendiente hacia el centro para facilitar el desplazamiento de los fangos a la poceta central de fangos mencionada con anterioridad. El vertedero periférico suele ser de aluminio, con forma de dientes de sierra y está protegido por una placa deflectora que evita la fuga de los flotables. Existen en el mercado equipos de purga continua mediante extracción de los lodos a lo largo de las rasquetas. Estos equipos sólo se utilizan en decantadores secundarios de diámetro elevado. Igualmente existen equipos con tracción central, siendo de precio considerablemente superior a los de tracción periférica.

Tabla 3.5 Normas Generales de Diseño Los tanques circulares normalizados por la mayor parte de los fabricantes oscilan entre 5 y 60 m de diámetro aunque en la práctica no es aconsejable equipos con diámetros superiores a 40-50 m. La pendiente de la solera del fondo es de 1:10 a 1:12, siendo definida por el fabricante del equipo. El diámetro de la campana central está comprendido entre el 10 y el 15% del diámetro del decantador. La altura de la campana central varía entre el 30 y el 60% de la altura del decantador. Velocidad periférica máxima de las rasquetas en decantadores primarios se encuentra entre 100-120 m / h. La altura útil de estos equipos varía entre 2,5 y 4,0 m. En el caso de que en el cálculo, las dimensiones obtenidas fuesen elevadas, se utilizaran unidades múltiples.

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Clarificadores de placas inclinadas o de lamelas Estos equipos generalmente consisten en una cuba de tipo rectangular equipada con unos paquetes de placas paralelas, separadas entre 2 y 5 cm, en función del suministrador, o bien un conjunto de tubos en forma de panel, formando un ángulo con la horizontal entre 45º y 60. En estos equipos se hace pasar el agua a través de los paquetes de placas paralelas en régimen de flujo laminar y a una velocidad tal, que los sólidos presentes en el agua decanten sobre las placas, deslizándose a continuación sobre la superficie de las mismas hasta alcanzar la zona de retirada de lodos. Si se disminuye el ángulo de las placas con la horizontal se pueden llegar a producir deposiciones de sólidos sobre las placas por un mal deslizamiento del fango, y si se aumenta sobre el valor máximo indicado, la superficie total de decantación disminuye considerablemente y en consecuencia pierde una de sus grandes ventajas.

Figura 3.6 Clarificado r de lamelas

Entre las ventajas que presentan estos equipos se encuentran: • La distancia a recorrer por los sólidos en su decantación, es la separación perpendicular entre las placas, considerablemente menor que en otros tipos de decantadores.

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• La superficie de decantación de un separador de este tipo, es la suma de las proyecciones en el plano horizontal de las placas instaladas. Lo indicado anteriormente, se traduce en equipos mucho más compactos y con unas necesidades de superficie considerablemente menores que en los decantadores circulares y rectangulares. Entre los problemas que presentan este tipo de unidades es su ensuciamiento, sobre todo con fangos de tipo biológico, lo que requiere su limpieza periódica. Igualmente estas deposiciones pueden dar lugar a la aparición de malos olores. Debido a precisar menor espacio, en el caso de decantadores existentes, que se hayan quedado pequeños por un aumento en el caudal de tratamiento y en consecuencia una pérdida important e de rendimiento, una forma de solucionar el problema podría ser la instalación de lamelas en las unidades existentes. Para unidades de pequeño tamaño, existen en el mercado equipos compactos, que incluyen el tanque de las lamelas construido en acero al carbono.

Espesadores Cuando en la separación se produce una decantación y un posterior espesamiento de los lodos, se trata de un espesador. El objetivo de los espesadores es concentrar los fangos diluidos obtenidos en diferentes procesos de la planta depuradora, de tal forma que los tratamientos posteriores de fangos, resulten de menor tamaño, al disponer de menor volumen. El proceso de espesado se puede clasificar de la siguiente manera: 

Espesado por gravedad: Los equipos son muy parecidos a los decantadores, variando los parámetros de diseño.

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

Espesado por flotación: Se utilizan unos equipos similares a los sistemas de flotación utilizados en la eliminación de sólidos en suspensión.

Ambos procesos son próximos a la decantación y flotación usadas para la eliminación de sólidos en suspensión, pero con unos parámetros de diseño diferentes. Espesado por gravedad: El espesamiento por gravedad se lleva a cabo en unos tanques similares a los utilizados para decantación, obteniéndose por el fondo un fango espesad o y por superficie un líquido clarificado que se envía a cabeza de tratamiento. Este proceso al igual que la decantación, se basa en la diferencia de densidad entre el agua y sólidos en suspensión a espesar, siendo el proceso más utilizado en espesamiento. Los equipos muy pequeños son estáticos, de forma cilíndrica, y terminados en su parte inferior de forma cónica, con una pendiente próxima a 45º, con el fin de facilitar la descarga del fango espesado.

Figura 3.7 Espesador por gravedad

Los de mayor tamaño son muy parecidos a los decantadores, disponiendo de un sistema de piquetas instaladas sobre las rasquetas

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barredoras de fondo que se desplazan suavemente, generando caminos de salida para el agua que se quede ocluida entre el fango espesado.

Normas generales de diseño • A diferencia con los decantadores, los espesadores son siempre de tipo circular y de tracción central. • Los espesadores de diámetro inferior a 5 m generalmente son estáticos, con una inclinación del fondo entre 60º y 45º. Los de mayor tamaño son dinámicos siendo la inclinación del fondo próxima a 1:10, aunque varia de unos fabricantes de equipos a otros. • Debido al elevado tiempo de retención del fango en los espesadores y su elevada carga orgánica, tienen tendencia a generar olores desagradables, sobre todo en verano, por lo que es práctica habitual utilizar equipos cerrados. • Debido a la alta carga orgánica y de sólidos en suspensión, el agua sobrenadante se envía a cabeza de tratamiento, presentando un grado de contaminación importante. • En este tipo de equipos no se utilizan reactivos para mejorar el espesado. • La línea de descarga de fangos debe ser de diámetro elevado, para evitar posibles problemas de atascamiento. • En plantas industriales cuyo fango a espesar no contenga materia orgánica, y en consecuencia del espesador se pase directamente a deshidratación de fangos, hay que prever un volumen adicional para almacenamiento de los mismos.

Procesos de Separación I 49 Sedimentadores

Figura 3.8 Espesador de piquetas

Espesado por flotación: En aquellos casos en que la densidad de los sólidos presentes en los fangos a espesar sea baja, como es el caso de los fangos biológicos, se puede utilizar como sistema de espesamiento el de flotación en la modalidad de aire disuelto en la recirculación. Como se indico anteriormente, en plantas urbanas grandes, este proceso se utiliza para el espesado de los fangos generados en los sistemas biológicos, mientras que los primarios se espesan por gravedad. Una vez espesados de forma independiente ambos fangos, se juntan para los tratamientos posteriores. Normas generales de diseño • La recuperación de sólidos está comprendida entre el 85 y el 95%, y la concentración de salida de las espumas entre el 3 y el 3,5%. • Debido a la fuga de sólidos del tanque de flotación, es aconsejable utilizar como agua a presurizar el efluente final de la depuradora o bien agua de planta, en lugar de agua recirculada.

Procesos de Separación I 50 Sedimentadores

• La utilización de polielectrolitos mejora la recuperación de sólidos y aumenta la concentración de las espumas entre 0,5 y 1 puntos porcentuales. • Para la flotación de fangos biológicos es recomendable llevar a cabo la purga del reactor biológico en lugar del decantador secundario. Al ser la concentración de alimentación al espesador menor y más constante, mejora la captura de sólidos, con lo que mejora el rendimiento del sistema. • Los espesadores por flotación al estar el agua saturada en aire, tienen menos tendencia a sufrir descomposiciones anaerobias y en consecuencia a generar malos olores. • Debido a la fuga de sólidos y la elevada carga orgánica que presenta, el agua de rechazo debe ser enviada a cabeza de tratamiento o bien a la entrada del tratamiento biológico. • A pesar de que los sistemas de flotación son capaces de flotar partículas con mas densidad que el agua, estos equipos no se utilizan para espesar fangos primarios o mixtos. Los parámetros de diseño ut ilizados en est e caso son los siguient es: • Necesidades aire 0,01-0,10 Kg/Kg SS • Carga de sólidos media 4,0 – 5,0 Kg/m2*h • Carga hidráulica 2,5-3,5 m3/m2*h • Presión de trabajo 4,0-7,0 Kg/cm2

3.2

Clarificadores secundarios

En las aguas residuales pueden existir una serie de partículas que por distintos motivos no es factible separarlas por decantación, debido a su pequeño tamaño, baja densidad o encontrase cargadas eléctricamente formando coloides. El mejor proceso para efectuar la separación de partículas con estas características es el de coagulación – floculación, que son dos procesos distintos utilizados en conjunto.

Procesos de Separación I 51 Sedimentadores

Coagulación: El proceso de coagulación consiste básicamente en la neutralización de las cargas eléctricas de los coloides y emulsiones presentes en el agua residual, y que dan origen a unas fuerzas de repulsión, que impiden su separación a través de los procesos de decantación o flotación. En el proceso de coagulación se consigue la desestabilización o neutralización de las cargas eléctricas presentes en los coloides y emulsiones mediante la dosificación de reactivos químicos y agitación vigorosa, para favorecer la mezcla rápida e íntima entre el agua residual y el reactivo en el menor tiempo posible y que se lleve a cabo la reacción correspondiente. Cuando la superficie de una partícula adquiere carga eléctrica, algunos iones de carga contraria se adhieren a la superficie y quedan allí retenidos gracias a fuerzas electrostáticas y de Van der Waals. Alrededor de esta capa fija de iones, existe otra capa difusa, que no pueden formar capa compacta debido a la agitación térmica. Si a un agua residual con materia coloidal se le hace pasar una corriente eléctrica continua, las partículas cargadas eléctricamente serán atraídas hacia uno u otro electrodo de acuerdo con el signo de su carga. Al potencial en la superficie de la nube se le denomina potencial zeta. El valor de este parámetro es limitado ya que varía según la naturaleza de los componentes de la solución.

Figura 3.9 Coagulación

Procesos de Separación I 52 Sedimentadores

Cuando se produce la neutralización de las cargas eléctricas por coagulación, el potencial zeta se anula. El proceso de coagulación se puede realizar por tres vías diferentes: • Adición de iones que se adsorban o reaccionen con la superficie del coloide y en consecuencia disminuyan su potencial. La dosificación de un electrolito fuerte da lugar a una mejor concentración iónica y en consecuencia a una disminución del potencial. • Adición de un polielectrolito. Los polielectrolitos se dividen en dos grandes familias, de acuerdo con su origen: • Natural, como pueden ser el almidón, la celulosa y los alginatos, etc. • Sintéticos, formados por monómeros simples que se polimerizan formando cadenas de muy alto peso molecular. De acuerdo con la carga de los polímeros estos pueden ser aniónicos, catiónicos y no iónicos. • Adición de sales metálicas: Cuando una sal metálica, fundamentalmente de aluminio o hierro se añade al agua, se originan una serie de reacciones de hidrólisis, formándose un conjunto de sustancias de tipo complejo de cargas multivalentes, que son los responsables del proceso de coagulación. Los reactivos utilizados generalmente son sales metálicas de cationes con alta carga iónica, de tal forma que cuanto mayor sea la carga del catión y menor el radio iónico mejor será el rendimiento de la operación. Floculación: Debido a que las partículas formadas en el proceso de coagulación son de un tamaño muy pequeño su decantación va a ser muy difícil debido a las bajas velocidades de decantación que precisan y a la resistencia que se origina a su paso a través de la masa de agua, siendo necesario su reagrupación en otras de mayor tamaño formando una especie de piña o ristra entre ellas que permita una mayor velocidad de decantación. A este proceso de reagrupamiento de las part ículas en otras de mayor tamaño se le denomina floculación.

Procesos de Separación I 53 Sedimentadores

Los hidróxidos metálicos formados en el proceso de coagulación, y con una agitación suave, tienen tendencia a formar unos coágulos que adsorben las partículas en suspensión, formando unos flóculos de tamaño visible y con unas velocidades de decantación aceptables. Los mencionados flóculos son bastante higroscópicos, lo que da lugar a retenciones de moléculas de agua. Para mejorar de forma notable la formación de flóculos es práctica habitual la dosificación de polielectrolitos orgánicos, consistentes en polímeros de alto peso molecular y larga cadena que fijan las partículas sólidas, formando unas nuevas partículas de mayor tamaño, compactas y fácilmente decantables. La floculación al no ser una reacción química, tiene lugar en el seno de una agitación moderada que no destruya los flóculos ya formados pero ponga en contacto las partículas con el reactivo, y mantenga los sólidos en suspensión.

Figura 3.10 Floculación

Mientras que la coagulación es una reacción de tipo químico, siendo la fuerza primaria de tipo electrostático o interiónico, en el proceso de floculación predominan la formación de puentes o enlaces de tipo físico.

Procesos de Separación I 54 Sedimentadores

El objetivo de los procesos de coagulación – floculación es la neutralización de las cargas eléctricas de los coloides y emulsiones presentes en el agua residual, seguido de un reagrupamiento de las partículas, de tal forma que sea factible su separación posterior por decantación. Las funciones más importantes del proceso de coagulación – floculación, son las siguientes: • Neutralizar las cargas eléctricas presentes en partículas coloidales o emulsiones, eliminando las fuerzas de repulsión existentes al ser cargas del mismo signo y que impedían su decantación o flotación. • Reagrupación de partículas de tamaño muy pequeño en otras de mayor tamaño más fácilmente decantables.  Las partículas de tamaño muy pequeño no decantan con facilidad, debido a las fuerzas de resistencia que se originan al atravesar las partículas el agua en su caída y la poca masa de que disponen, lo que llevaría a utilizar unas velocidades o cargas hidráulicas muy bajas, y en consecuencia unos equipos muy grandes. • Algunos compuestos orgánicos se eliminan en cantidades variables por adsorción sobre la superficie de los flóculos. • Adecuar determinadas partículas para que sean eliminadas en procesos posteriores de decantación o flotación. La utilización de un proceso de coagulación-floculación antes de la decantación primaria en una planta de tratamiento de aguas residuales urbanas da como resultado una mejora importante en el rendimiento del mencionado proceso, pudiéndose llegar hasta una eliminación próxima a un 90% de los sólidos en suspensión y de un 70 – 75% de DBO, frente a un 60 – 65% y 30 – 35% respectivamente en un proceso convencional. A pesar de esta mejora en los resultados, no se utiliza debido a la problemática de preparación de reactivos, coste de los mismos y una mayor generación de lodos.

Procesos de Separación I 55 Sedimentadores

Reactivos utilizados:  Cloruro férrico FeCl 3: Comercialmente se suministra en forma sólida (cristalina o anhidra) o líquida con concentraciones del orden del 33 al 40%. En este proceso con el fin de ajustar el valor idóneo del pH se lleva a cabo la dosificación de un producto alcalino como puede ser sosa o cal: 2 Cl3 Fe + 3 Ca (OH) 2 → 2 Fe (OH) 3 + 3 Cl2Ca El hidróxido férrico forma un flóculo de color pardo, gelatinoso. El cloruro férrico tiene tendencia a dejar en el agua una tenue coloración de color amarillo-pajizo, por lo que no es recomendable su utilización en aguas potables, de aportación o recuperación.  Sulfat o de aluminio (SO 4)3 Al 2: En su forma comercial se le conoce igualmente con el nombre de sulfat o de alúmina, alumbre, o alumbre de filtro. Al precipitar el hidróxido de aluminio, al igual que ocurría con el cloruro férrico el agua se acidula, siendo necesario ajustar el pH mediante la dosificación de un reactivo alcalino: (SO4)3 Al2 + 3 Ca (OH)2 → 2Al (OH)3 + 3 SO4Ca El sulfato de alúmina no transmite color al agua, al contrario de lo que ocurría con el cloruro férrico, por lo que es un producto idóneo en aguas potables o de aportación. 

Sulfato férrico Fe2 (SO4)3: Es un sólido fácilmente soluble en agua y su eficacia es similar a la del Cl3Fe. La utilización de uno u otro viene dada en gran medida por los aniones que acompañan al Fe3+ es decir, por la preferencia en cuanto al aumento de la concentración de sulfat os o cloruros en el agua a tratar. La reacción que tiene lugar es similar a la del cloruro férrico y al igual que ocurría con dicho compuesto es preciso dosificar un reactivo alcalino para neutralizar la acidez que se origina. Los coagulantes férricos, tanto del sulfato como del cloruro, tienen un amplio margen de pH para su utilización que va de 5 a 11, con un valor óptimo generalmente entre 7 y 8.



Sulfato ferroso FeSO4: Este compuesto es un subproducto obtenido en la fabricación de dióxido de titanio. Es un sólido verdoso en forma granular o cristalizada, fácilmente soluble en agua. Con el fin de

Procesos de Separación I 56 Sedimentadores

obtener la máxima eficiencia de este compuesto es preciso su oxidación a férrico por aireación. Esta oxidación a pH neutro es muy rápida. 

Policloruro de aluminio: Se presenta comercialmente en varias composiciones y tiene la ventaja respecto al sulfat o de alúmina de tener más porcentaje en peso de aluminio por producto dosificado.



Polielectrolitos: Los polielectrolitos son polímeros orgánicos de alto peso molecular y largas cadenas, existiendo en el mercado una gran variedad de marcas que comercializan estos productos. Las cantidades a utilizar en el proceso de floculación son generalmente bajas, variando entre 1 y 4 ppm, dependiendo de la concentración, tamaño y tipo de sólidos presentes en el agua residual.

Equipos donde se lleva a cabo: La eliminación de sólidos en suspensión a través de un proceso de coagulación floculación se lleva a cabo en tres etapas que son las siguientes: • Dosificación al agua residual de determinados productos químicos en un reactor de mezcla vigorosamente agitado donde tiene lugar la neutralización de los coloides y emulsiones a través de una reacción de tipo químico, así como el ajuste del pH al valor óptimo del proceso. • Formación de partículas o agregados de gran tamaño a partir de las partículas submicroscópicas procedentes de la coagulación, con el fin de obtener unas velocidades de decantación o flotación elevadas. Este proceso tiene lugar en un segundo reactor o floculador con tiempos de retención elevados y agitación suave que permita el contacto entre las partículas y el reactivo a la vez que evite la rotura de los flóculos ya formados. • Decantación o flotación de los flóculos formados en la etapa anterior.

Coaguladores Por tratarse de una reacción de tipo químico de primer orden, la misma tiene lugar de forma prácticamente instantánea, viniendo

Procesos de Separación I 57 Sedimentadores

determinado el tiempo de re-tención del sistema por el preciso para que el agua residual se mezcle perfectamente con el reactivo. El tiempo de retención para una correcta coagulación, cuando se dispone de agitación vigorosa está comprendido entre 2 y 3 minutos. Los reactores utilizados para coagulación, pueden ser de dos tipos:

llevar a

cabo el proceso de

Sección circular: En este caso el diámetro y altura del reactor t iene aproximadamente la misma dimensión. Sección rect angular: Siendo los tres lados de las mismas dimensiones.

Figura 3.11 Unidad de preparación de po lielectro lito.

Procesos de Separación I 58 Sedimentadores

Floculadores Por tratarse de una adsorción de tipo físico, y ser precisa una agitación muy suave, el tiempo de retención en el floculador es superior al caso de la coagulación. El tiempo de retención para floculación, cuando se dispone de una agitación suave, está comprendido entre 20 y 30 minutos. Los floculadores, al igual que los coaguladores son de dos tipos: Sección circular: En este caso el diámetro y altura de las mismas dimensiones. Sección rect angular: Siendo los tres lados de las mismas dimensiones. Decantador Los decantadores utilizados a continuación de un proceso de coagulación – floculación, son similares a los empleados en el tratamiento primario convencional. Si la consistencia del flóculo es buena se puede ir a cargas hidráulicas mayores y por tanto decantadores de menor tamaño, con el consiguiente ahorro de inversión.

Figura 3.12 Clarifloculador

Procesos de Separación I 59 Sedimentadores

En algunas ocasiones y especialmente en potabilización de aguas se utilizan unos decantadores especiales que llevan integradas las cámaras de coagulación y floculación y además proporcionan una recirculación de fangos, ya que la existencia de flóculos ya formados, facilita la agrupación de nuevas partículas. En estas unidades la dosificación de reactivos químicos se suele llevar a cabo en línea. Normas generales de diseño • La agitación en la coagulación se puede llevar a cabo mediante agitadores mecánicos vigorosos o bien por inyección de aire con difusores de burbuja media o gruesa. En este último caso el aire preciso es del orden de 1 a 1,5 m3 aire/m3 *h. • Si se adopta un coagulador de sección cilíndrica, es preciso la instalación de cortacorrientes, para disminuir el efecto de vórtice generado por el agitador, lo que conllevaría a una pérdida de energía por arrastre del agua. • Los cortacorrientes en estos reactores, se suelen poner en número de tres o cuatro y su anchura está comprendida entre el 5 y 10% del diámetro del tanque. • Debe de tenerse en cuenta que en el proceso de coagulación pueden tener lugar precipitaciones de tipo secundario, correspondiente a compuestos presentes en el agua residual, como pueden ser fosfat os, carbonatos, etc. produciendo la precipitación de los compuestos insolubles correspondientes, que conllevan unos consumos extra de reactivos y una mayor producción de fangos sobre los teóricamente previstos. • En el caso de utilizar cal como agente neutralizante, al tratarse de una reacción de tipo sólido - líquido los tiempos de retención deben incrementase, al ser la velocidad de reacción considerablemente menor. • La agitación en la floculación se puede llevar a cabo mediante agitadores de baja velocidad o bien por inyección de aire con difusores de burbuja media. En este último caso el aire preciso es del orden de 0,5 a 0,75 m3 aire/m3 *h.

Procesos de Separación I 60 Sedimentadores

• En el caso de utilizar agitación mecánica, es importante disponer de un variador de velocidad en el proceso de floculación con el fin de ajustar la velocidad según el tipo de flóculo formado. • La alimentación y la salida deben situarse en posiciones opuestas. • Tanto el coagulador como el floculador, suelen sobredimensionarse entre un 15 – 20% del volumen teórico obtenido por cálculo. Dimensionado de equipos El cálculo del volumen del coagulador o del floculador, se lleva a cabo a partir del tiempo de retención del agua en el equipo. El volumen del equipo vendrá dado por: m

Donde:

Q: caudal, m3/ h Tr: tiempo de retención, min Vol: volumen del equipo, m3 Este cálculo debe realizarse para el caudal medio y máximo, siendo los tiempos de retención a aplicar, para el caudal medio y máximo, los indicados anteriormente. El volumen del reactor corresponderá con el mayor de los dos volúmenes obtenidos. Para un floculador los tiempos de retención se encuentran dentro del rango indicado en las bases de diseño, aunque en este caso si las pruebas de laboratorio han demostrado una buena formación de flóculos, los tiempos a utilizar se pueden reducir. Si el equipo es de sección cuadrada, cada uno de los lados vendrá dado por:

Procesos de Separación I 61 Sedimentadores

Donde:

Vol: volumen del equipo, m3 L: lado del equipo, m Y si la sección es de tipo circular, el diámetro será próximo a la altura, siendo en este caso:

Donde:

H: altura del equipo, m Vol: volumen del equipo, m3 Para un coagulador, la altura calculada en cualquiera de ambas opciones, habrá que incrementarla en 40 / 50 cm para evitar las salpicaduras debidas a la agitación vigorosa y en un floculador la altura calculada en cualquiera de ambas opciones, habrá que incrementarla en 20 / 30 cm para evitar las salpicaduras debidas a la agitación del agua. 

Floculador

El cálculo del volumen del floculador, se determina a partir del tiempo de retención del agua en el equipo. El volumen del equipo será: m

Donde:

Q= caudal, m3/h Tr= tiempo de retención, min Vol= volumen del equipo, m3

Procesos de Separación I 62 Sedimentadores

3.3

Clasificadores

La clasificación es la separación de partículas en dos o más fracciones granulométricas en función de la velocidad de asentamiento dentro de un fluido. En los clasificadores se tienen dos corrientes diferenciadas por la velocidad de asentamiento de las partículas que las componen, estas corrientes son: Una corriente formada por partículas de asentamiento más rápido a la que se le denomina: pesados, arenas, productos de la descarga inferior o sobre tamaños. La otra corriente está formada por partículas de menor velocidad de asentamiento denominadas: ligeros, lamas, rebose, derrame o productos de la descarga superior.

Aplicaciones de la Clasificación:  División de una distribución de tamaños, de amplio intervalo, en varias fracciones.  Efectuar una concentración de las partículas más pesadas y pequeñas de las partículas más grandes y ligeras.  Obtención de una separación en dos fracciones. Una relativamente fina y la otra relativamente gruesa (para separaciones muy finas).  Restringir la distribución de propiedades de las partículas que van a entrar a un proceso de concentración.

Procesos de Separación I 63 Sedimentadores

Equipos de clasificación:

 Clasificador Spitzkasten.

Figura 3.13 Clasificador Spitzkasten

Es una cámara de precipitación por gravedad, consiste en una serie de recipientes cónicos de diámetro creciente en dirección del flujo. La suspensión penetra al primer recipiente, donde se separan las partículas de tamaño más grande y mayor velocidad de precipitación. El flujo de derrame pasa al siguiente recipiente, donde se produce otra separación. El proceso continua en los recipientes subsecuentes. La velocidad de flujo ascendente de agua se controla en cada recipiente para obtener el intervalo de tamaño deseado.

 Clasificador de doble cono.

Figura 3.14 Clasificador de doble cono

Procesos de Separación I 64 Sedimentadores

Es un recipiente cónico con un segundo cono hueco de ángulo mayor depuesto con el vértice hacia abajo en el interior del primero. Se hace circular agua en dirección ascendente, que pasa a un rebosadero de descarga que rodea toda la periferia del cono exterior. El material a separar se introduce en suspensión en el centro del cono interior, manteniéndose el nivel del liquido ligeramente por encima del nivel del rebosadero, de manera que existe un flujo descendente continuo de liquido en el núcleo central, las partículas son transportadas al espacio angular, las partículas mas pequeñas son arrastradas por el liquido que rebosa y las partículas mayores sedimentan contra la corriente de liquido retirándose por el fondo. Se fabrican de metal, su dimensión esta limitada a diámetros de 3 metros aproximadamente, debido a la altura que toman con el incremento del diámetro, deben tener un Angulo en la parte inferior que no sobrepase los 60º con el fin de evitar asentamientos de granos en las paredes del equipo.

 Clasificador de rastrillos Stokes de doble acción Tiene forma de artesa con fondo inclinado liso (9º-14º). La parte inferior de la artesa será la zona o estanque de decantación. La alimentación es introducida por un canal transversal a cierta distancia de la pared inferior de la artesa que constituirá el rebosadero. Las partículas o granos más finos, y la mayor parte del agua, son extraídos por rebose mientras que las partículas de mayor dimensión a la de corte son extraídas por los rastrillos, que están animados de un movimiento que permite el rastrillado del piso de la artesa (avance) y un alejamiento del piso con retorno hacia atrás para volver a iniciar el ciclo (retroceso).

Procesos de Separación I 65 Sedimentadores

Figura 3.15 Clasificado r de rastrillos Stokes de doble acción

 Clasificador de Tornillo de doble eje

Figura 3.16 Clasificador de tornillo de doble eje

Constan de un tornillo de Arquímedes que hace de órgano de elevación. Este tornillo es de gran diámetro puede ser de paso simple, doble o incluso triple. Las espiras helicoidales están fabricadas de acero y el borde presenta una plaquitas o zapatas de material anti desgaste.

Procesos de Separación I 66 Sedimentadores

Para el lavado de arenas gruesas, el eje del tornillo dispondrá en su parte inferior de unas paletas que servirán para obtener un agua turbulenta y la máxima fricción entre las partículas. Se emplean como lavador-decantador o como espesador en preparación de arenas, caolín, etc.

Figura 3.17 Vista del rebosadero de un clasificador de torn illo de doble eje

Figura 3.18 Vista frontal de las artesas helicoidales de un clasificador de tornillo

Procesos de Separación I 67 Sedimentadores

 Clasificador de Tambor Hardinge

Figura 3.19 Clasificador de tambor Hardinge

Consiste en un tambor cilíndrico con ciert a inclinación y provisto interiormente de un tornillo que va a transportar los gruesos o hundidos sobre unos cangilones; estos cangilones elevarán y depositarán el material sobre una canaleta, expulsando el hundido al exterior.

 Clasificador hidráulico múltiple

Figura 3.20 Clasificador hidráulico múltiple

Consiste en una cuba con una serie de compartimentos. El producto a clasificar circula sobre cada compartimento.

Procesos de Separación I 68 Sedimentadores

Cada compartimento presenta un doble fondo mediante una chapa perforada que permitirá el paso de agua a presión. Estas perforaciones irán decreciendo a lo largo de los diferentes compartimentos y van a influir en la velocidad ascendente de las columnas de agua; influyendo en el corte del material. La pulpa densa o los granos son evacuados por orificios centrales controlados por válvulas de aguja; válvulas que activan la apertura según la densidad existente en el compartimento. Por los orificios centrales abandonarán el compartimento aquellas partículas cuya velocidad de sedimentación sea superior a la velocidad ascendente del agua. Existen mirillas o ventanas para comprobar que la operación se realiza satisfactoriamente sin acumulación de granos sobre la chapa perforada. La densidad de cada compartimento se ve modificada una vez que se ha producido el asentamiento de las diferentes fracciones granulométricas, actuando este cambio de densidad sobre un dispositivo electromecánico que enviará la señal correspondiente a la electroválvula de aguja para que ésta automáticamente abra. Estos equipos proporcionan una clasificación adecuada para tamaños que van desde los 6 mm hasta valores de micras.

Figura 3.21 Co mponentes del clasificador hidráulico múltiple

Procesos de Separación I 69 Sedimentadores

3.4

Sedimentadores centrífugos

El uso de centrifugas aumenta en alto grado las fuerzas que actúan sobre las partículas, por lo tanto las partículas que no se precipitan o lo hacen con mucha lentitud en sedimentadores, casi siempre se pueden separar de los fluidos por medio de fuerzas centrifugas. Estas fuerzas de precipitación de gran magnitud permiten obtener velocidades practicas con partículas mucho más pequeñas que en los sedimentadores (precipitadores por gravedad). Las elevadas fuerzas centrifugas no modifican las velocidades relativas de precipitación de las partículas pequeñas, pero si contrarrestan los efectos perturbadores del movimiento browniano. En ocasiones la separación por gravedad es demasiado lenta debido a la similitud de densidades de la partícula y el fluido, o las fuerzas de asociación que mantienen unidos a los componentes (como en el caso de las emulsiones). La separación por centrifugación se utiliza en muchas industrias alimenticias, tales como cervecerías, procesamiento de aceites vegetales, procesamiento de jugos de frutas para eliminar materiales celulares. Los separadores centrífugos se basan en el principio común de que la rotación de un objeto en torno a un eje o punto central, a una distancia radial constante desde dicho punto, produce una fuerza que actúa sobre dicho objeto.

Figura 3.22 Funcionamiento de un sedimentador centrífugo

Procesos de Separación I 70 Sedimentadores

El objeto que gira en torno al eje cambia de dirección constantemente, con lo cual se produce una aceleración aun cuando la velocidad rot acional se constante, esta fuerza centrípeta está dirigida hacia el centro de rotación. Si el objeto que se hace girar es un recipiente cilíndrico, el contenido de fluidos y sólidos desarrolla una fuerza igual y opuesta llamada fuerza cent rifuga, hacia la paredes del recipiente. Esta causa la sedimentación o precipitación de las partículas a través de una capa de líquido. Se trata de un recipiente cilíndrico o tazón giratorio y la alimentación de una suspensión de partículas solidas en un fluido penetra por el centro, al entrar, la alimentación es arrastrada de inmediato hacia las paredes del tazón, la fuerza gravitatoria vertical y la fuerza centrifuga horizontal.

Figura 3.23 Partículas en un sedimentador centrífugo

Equipos de centrifugación para la sedimentación: Los equipos de centrifugación tienen ciertas aplicaciones en la industria, como son: 

Bebidas/alimentos: Zumos de fruta y de verdura, aceites esenciales, vino/mosto, pectina, té, café.



Química/farmacéutica/biotecnología: Clarificación del suero, tratamiento de aguas residuales provenientes del proceso de la producción de almidón, algas (suplementos alimentares),

Procesos de Separación I 71 Sedimentadores

biotecnología industrial, caldos de fermentación, disolventes, aguas residuales químicos. 

Grasas y aceit es/oleoquímica: Grasas animales y aceites de pescado, aceites vegetales, algas (biocarburantes), aceite de oliva, biodiesel.



Aceit es industriales y minerales: Tratamiento de aguas residuales aceitosas.

Equipos cent rífugos para la separación sólido-liquido.

 Centrifuga Tubular También llamadas supercentrifugas, desarrollan una fuerza equivalente a unas 13,000 veces la de la gravedad. El tazón es alto y de diámetro estrecho (100-150 mm). Las centrifugas tubulares muy estrechas, con diámetros de 75 mm y velocidades de 60,000 r/min son llamadas ultracentrífugas. En este tipo de centrifugas la distancia que las partículas deben recorrer hasta las paredes del recipiente es más grande, a diferencia de una centrifuga de discos, donde la distancia entre los discos es más corta, y por tanto las partículas deben recorrer mucho menos distancia hasta apegarse a dichos discos.

 Centrifuga de discos con boquillas de descarga Este separador es una centrifuga tipo discos modificada con un doble recipiente cónico. En el diámetro máximo de la periferia del recipiente hay una serie de pequeños orificios o boquillas con un diámetro del orden de 3 mm. Los sólidos son desplazados hacia la periferia del recipiente y salen de forma continua a través de las boquillas junto con una c onsiderable cantidad de líquido. El producto a ser separado se introduce a través de un tubo de alimentación fijo (1) en el distribuidor (2) del tambor rotante. La separación tiene lugar en el interior del paquete de discos (3).

Procesos de Separación I 72 Sedimentadores

Las fases líquidas separadas se dirigen a través del paquete de discos hasta las cámaras del rodete en la parte superior del tambor y son descargados desde ahí mediante un rodete (5). El líquido puede ser descargado según los requerimientos del proceso con o sin presión. Se dispone de clarificadoras y separadoras con un o dos rodetes. Los só lidos separados son recogidos en la cámara de sólidos (4) y son expulsados periódicamente a plena velocidad. El tambor de una centrífuga de discos consiste de una parte inferior (6) en la que se encuentra el meca nismo de descarga hidráulico y de una parte superior. Las aperturas (9) para la descarga de los sólidos ubicados en la pared exterior del tambor están abiertas por un breve momento a plena velocidad desplazando así verticalmente el pistón deslizante móvil. El pistón deslizante es controlado llenando y vaciando la cámara de cierre (7) debajo del pistón deslizante mediante las válvulas del tambor. Los tiempos de abertura del mecanismo de descarga de las centrífugas de discos son tan precisos que es posible descargar cantidades exactamente determinadas del tambor. Así es posible realizar “descargas parciales” (parte del contenido del tambor es descargado) y “descargas totales” (todo el contenido del tambor es descargado) en cualquiera combinación.

Figura 3.24 Centrifuga de discos con bo quillas de descarga

Procesos de Separación I 73 Sedimentadores

 Decantadora Centrifuga

Figura 3.25 Decantado ra Centrifuga

Es una maquina que provoca la sedimentación continua de los sólidos en suspensión en el liquido por medio de la acción de la fuerza centrifuga en un tambor rotatorio alargado. Está equipada con un transportador de tornillo axial para la descarga continua de los sólidos separados del rotor. El transportador gira en la misma dirección que el tambor rotor pero a una velocidad menor para provocar el efecto de “corrimiento” Llegan a una aceleración centrifuga de entre 2000 a 4000 g. Sus componentes principales son el tambor giratorio, el transportador y la caja de transmisión (juntos constituyen el rotor) y el bastidor, que comprende la carcasa, los envases colectores, el motor de accionamiento y la transmisión por correas.

Separación de sólidos cont enidos en gases: Ciclones. Para separar partículas solidas pequeñas o polvo fino de los gases, se utilizan los separadores de ciclón. El ciclón consta de un cilindro vertical con fondo cónico, por lo regular no contienen partes móviles. La mezcla de gas y partículas solidas entra tangencialmente por la parte superior. La penetración de la mezcla le imparte un movimiento giratorio, y el remolino

Procesos de Separación I 74 Sedimentadores

que se desarrolla produce la fuerza centrifuga que arrastra a las partículas hacia la pared de forma radial. Al entrar, el aire del ciclón fluye hacia abajo en una espiral o vórtice adyacente a la pared. Cuando el aire se aproxima al fondo cónico, vuelve a subir en una pequeña espiral en el centro del cono y del cilindro, se forma un vórtice doble. Las partículas son arrastradas hacia la pared y caen al fondo, saliendo por la parte inferior del cono. El ciclón es un dispositivo de precipitación, en el que las fuerzas que arrastran a las partículas hacia afuera a velocidades tangenciales altas, son superiores la fuerza de gravedad. La fuerza centrifuga dentro de un ciclón va desde unas 5 veces la fuerza de la gravedad en unidades grandes de baja velocidad, hasta 2500 veces en unidades pequeñas de alta resistencia. Se puede utilizar para la extracción de partículas de más de 5 μm de diámetro suspendidas en los gases. Estos equipos son muy comunes en aplicaciones como el secado de alimentos por rociado, en el que las partículas secas se separan con ciclones; en equipos separadores de polvos ambientales; y en la separación de rocíos finos de los gases.

 Ciclón Consiste en un cilindro vertical con un fondo cónico, una entrada tangencial cerca de la parte superior y una salida para el polvo situada en el fondo del cono. La entrada generalmente es rectangular. La conducción de salida se prolonga dentro del cilindro para evitar que se forme un cortocircuito de aire desde la entrada hasta la salida.

Procesos de Separación I 75 Sedimentadores

Figura 3.26 Ciclón

El aire entra cargado de polvo recorre un camino en espiral alrededor y hacia abajo del cuerpo cilíndrico del ciclón. La fuerza centrífuga desarrollada en el vértice tiende a desplazar radialmente las partículas hacia la pared, de forma que aquellas que alcanzan la pared deslizan hacia abajo dentro del cono y se recogen.

 Multiciclón

Procesos de Separación I 76 Sedimentadores

Los sistemas de multiciclones están constituidos por un grupo de ciclones trabajando en paralelo. Algunas ventajas sobre los ciclones convencionales son: caída de presión inferior para la misma eficiencia, una eficiencia superior, necesita menos espacio y permite by-pass para la limpieza y el mantenimiento con el proceso funcionando Los Multiciclones tienen una capacidad de separación excelente debido a menores diámetros requeridos. Llegan a separar del 85 a 90% para partículas de tamaño menor o igual a 20 mm y 100% para partículas mayores de 20 mm. Se aplican en numerosos procesos industriales por su alta eficiencia, construcción simple, mantenimiento mínimo y otras ventajas.

Procesos de Separación I 77 Sedimentadores

 Separador mecánico por aire Raymond Este es un separador mecánico por aire, el material es introducido por la parte superior a través del eje hueco y cae sobre el disco rotatorio que lo lanza hacia el exterior. Las partículas muy grandes caen dentro del cono interior y las restantes son elevadas por la corriente de aire producida por las pantallas rotatorias situadas encima del disco. Como a la corriente de aire se le ha impreso un movimiento rotatorio, las partículas más gruesas son lanzadas contra las paredes del cono interior y, junto con las partículas muy grandes, son retiradas por el fondo. Las partículas finas permanecen en suspensión y son transportadas hacia abajo por el espacio comprendido entre los 2 conos, recogiéndose en la parte inferior del cono exterior. El aire vuelve al cono interior a través de una serie de pantallas deflectoras y separa las eventuales partículas finas que se encuentran depositadas sobre la superficie de las partículas mayores al caer estas.

Figura 3.27 Separador mecánico por aire Raymond

Procesos de Separación I 78 Sedimentadores

4. Diseño de un sedimentador En todo proceso de sedimentación existen una serie de variables y parámetros que afectan a la eficiencia de los equipos y por tanto al rendimiento del proceso, por ello es preciso que al realizar un diseño se tomen en consideración, con el fin de obtener un rendimiento óptimo de la instalación. Los factores a tomar en cuenta en el diseño son entre otros, los siguientes:      

Caudal máximo y medio de la alimentación a la unidad (m 3/h) Carga de sólidos (kg/m2*h). Concentración de sólidos en suspensión en el influente (mg/l) Carga hidráulica (m3/m2*h). Tiempo de residencia (h) Carga sobre vertedero (m3/m*h)

Cada uno de estos parámetros se determina experimentalmente, mediante ensayos de laboratorio o bien recurriendo a la experiencia del diseñador. A su vez la velocidad de sedimentación de las partículas, vendrá condicionada entre otros, por los siguientes factores:  Densidad de la partícula.  Tamaño de la Partícula.  Temperatura del agua (A menor temperatura mayor viscosidad, a temperaturas elevadas menor viscosidad)  Interacciones entre las partículas cuando su concentración es elevada Al diseñar un sedimentador, se toman en cuenta 4 componentes o zonas principales del equipo, las cuales son esenciales para un funcionamiento correcto y efectivo durante el proceso de sedimentación:

Procesos de Separación I 79 Sedimentadores

a) Zona de entrada Estructura hidráulica de transición, que permite una distribución uniforme del flujo dentro del sedimentador. b) Zona de sedimentación Consta de un canal rectangular con volumen, longitud y condiciones de flujo adecuados para que sedimenten las partículas. La dirección del flujo es horizontal y la velocidad es la misma en todos los puntos, flujo pistón. c) Zona de salida Constituida por un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la finalidad de recolectar el efluente sin perturbar la sedimentación de las partículas depositadas. d) Zona de recolección de lodos Constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados, y una tubería y válvula para su evacuación periódica. En este caso se tomo por ejemplo un sedimentador de corte longitudinal, sin embargo estos 4 componentes principales son tomados en cuenta al diseñar cualquier tipo de sedimentador, sabiendo de antemano que la estructura del sedimentador varía de acuerdo a la forma de funcionamiento y el tipo de materiales que se desean sedimentar.

Figura 3.28

Procesos de Separación I 80 Sedimentadores

4.1

Dimensionamiento de un sedimentador

 Área del Sedimentador:

Sh 

Q V

Siendo: Sh = superficie, (m2) Q = caudal, (m3/h) Vc = velocidad de sedimentación, (m/h)

Volumen del tanque (que está en función del tiempo de retención hidráulico) vendrá dado por:

Vol  Q  Tr Donde: Vol.: volumen del decantador, (m3) Q: caudal, (m3/h) Tr: tiempo de retención, (h) También podemos obtener el volumen de la siguiente manera:

Vol  Sh  h Donde: Vol.: volumen, (m3) Sh: superficie, (m2) h: altura, (m)  La Velocidad horizontal:

VH 

Q Bh

Procesos de Separación I 81 Sedimentadores

VH= velocidad horizontal (m/s) Q= caudal, (m3/h) B= ancho del tanque de sedimentación, (m) h= altura, (m)  Altura del sedimentador:

h  Q

Tr Sh

Donde: h= altura del sedimentador (m) Q= caudal (m3/h) Tr= tiempo de retención, (h) Sh= superficie, (m2) Cuanto menor es la profundidad del sedimentador menor es el tiempo de retención necesario para que las partículas sedimenten. El tiempo de retención, viene dado por:

Tr 

Vol Q

Q = caudal (m3/h) Tr = tiempo de retención, (h) Vol = volumen, (m3) Cuando se requiere colocar pantallas difusoras (las cuales se utilizan para controlar el flujo hidráulico que entra al sedimentador), debemos determinar el número de orificios con los que contara.  Numero de orificios:

A0 

Q V0

Procesos de Separación I 82 Sedimentadores

Donde: V0= velocidad en los orificios (m/s) Q= caudal (m3/h) A0= área total de orificios (m2)

n

A0 a0

a0 = área de cada orificio (m2) n = numero de orificios

4.2

Criterios de diseño

 El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 16 años.  El número de unidades mínimas en paralelo es de dos (2) para efectos de mantenimiento.  El periodo de operación es de 24 horas por día.  El tiempo de retención será entre 2 - 6 horas.  La carga superficial será entre los valores de 2 – 10 m3/m2/día.  La profundidad del sedimentador será entre 1,5 – 2,5 m.  La relación de las dimensiones de largo y ancho (L/B) será entre los valores de 3 - 6.  La relación de las dimensiones de largo y profundidad (L/H) será entre los valores de 5 - 20.

Procesos de Separación I 83 Sedimentadores

 La velocidad en los orificios no debe ser mayor a 0,15 m/s para no crear perturbaciones dentro de la zona de sedimentación.  Se debe aboquillar los orificios en un ángulo de 15° en el sentido del flujo.  Se debe guardar la relación de las velocidades de flujo y las dimensiones de largo y altura.  La ubicación de la pantalla difusora debe ser entre 0,7 a 1,00 m de distancia de la pared de entrada.

Figura 3.22

4.3

Ejemplo

Se desea diseñar un sedimentador, para tales efectos, contamos con los siguientes datos: Caudal de diseño Velocidad de Sedimentación

Q = 0.02 m3/s Vs =0.0011 m/s

Procesos de Separación I 84 Sedimentadores

 Se determina el área superficial del sedimentador:

Sh 

Q V

0.02 m3 / seg Sh   18.8 m2 0.0011m / seg  Se asume un ancho del sedimentador y se determina la longitud de la zona de sedimentación. B =2.4 m.

L

As B

18.8 m 2 L2   7.58 m 2.4 m  Se asume la distancia de separación entre la entrada y la pantalla difusora.

L1=0.7 m Como longitud de unidad, se tiene en total:

L  L1  L2  7.58m  0.7m  8.28m Nota: se debe verificar que se cumpla la relación L/B de los criterios de diseño. L/B=3.45

Procesos de Separación I 85 Sedimentadores

L 8.28m   3.45m B 2.4m  Se asume la profundidad (altura del sedimentador).

h=1.5 m. Nota: se verifica si cumple la relación L/H de los criterios de diseño: L/H= 5.05.

L 8.28m   5.52m h 1.5m  Se determina la velocidad horizontal (de arrastre).

VH 

VH

Q Bh

0.02 m 3 / seg   0.0125 m / seg (2.4m)(1.5m)

 Se calcula el volumen:

Vol  Sh  h

Vol  18.8 m2  1.5m  28.2 m3  Se calcula el Tiempo de Retención:

Tr 

Vol Q

Procesos de Separación I 86 Sedimentadores

28.2 m 3 Tr   1410 seg  23.5 min  0.39 horas 0.02 m 3 / seg  Para el diseño de la pantalla difusora se tiene: Se asume una velocidad de paso entre los orificios:

V0 =0.1 m/s  Se determina el área total de los orificios:

A0 

Q V0

0.02 m3 / seg A0   0.2 m2 0.1m / seg  Se adopta un diámetro de orificio:

d0 =0.75m  Se determina el área de cada orificio:

a0    r 2 a0    (0.375m) 2  0.0044m 2  Se determina el número de orificios.

n

A0 a0

Procesos de Separación I 87 Sedimentadores

0.2m 2 n  45 0.0044m 2

Procesos de Separación I 88 Sedimentadores

5. Mantenimiento y costos de implementación y diseño 5.1

Mantenimiento y limpieza de un sedimentador

Como un sedimentador no posee partes móviles, el mantenimiento anual que se le realiza tiene relación con sus válvulas de descarga y revisión (y sellado si corresponde) de sus paredes a fin de asegurar que no se tengan filtraciones. Dado que tiene extracción continua de fondos no se considera limpieza interior periódica; sin embargo, anualmente debe vaciarse y lavarse para su correspondiente mantenimiento. En dicha oportunidad, los residuos que puedan quedar en su interior son extraídos y transportados por una empresa autorizada. Las unidades de sedimentación tienen como fin retener los flóculos ya formados en las unidades anteriores, verificándose en ella la eliminación simultánea de virus y bacterias por arrastre durante el proceso de decantación. La eficiencia del proceso de sedimentación depende fundamentalmente de la correcta operación de las unidades que le anteceden y puede observarse comprobando la no aparición de flóculos en la zona de salida de la unidad. Para el buen funcionamiento del sedimentador es importante verificar los siguientes aspectos: a) Una distribución adecuada del caudal total entre todas las unidades de sedimentación b) La no existencia de placas rotas o desplazadas que pudieran aumentar la velocidad del agua a través de la zona de sedimentación. c) Una recolección uniforme del agua sedimentada, tanto entre los diferentes tubos o canales recolectores, como a lo largo de un mismo tubo o canal. Que en ninguna ocasión la altura del lodo decantado debe alcanzar la zona de entrada a la unidad, lo que provocaría un desplazamiento de estos fuera del sedimentador. La unidad de sedimentación debe drenarse

Procesos de Separación I 89 Sedimentadores

periódicamente para evitar lo expuesto en literal, en caso de ocurrencia de altas turbiedades podría ser necesario realizar este drenaje diariamente durante un minuto hasta descargar el volumen acumulado en las tolvas. Una vez cada tres meses debe sacarse de operación la unidad para su limpieza total, cerrando la compuerta de entrada y abriendo la válvula de desagüe de fondo, luego con la ayuda de un chorro de agua a presión o escobillones despejar las placas de sedimentos adheridos a ella. Esta unidad puede entrar en funcionamiento simplemente cerrando la válvula de desagüe y abriendo la compuerta de entrada.

5.2

Costos

Los costos de una planta de tratamiento de aguas residuales pueden ser clasificados principalmente en dos categorías como son: los costos de inversión inicial y los costos de funcionamiento (administración, operación y mantenimiento). Los costos de inversión inicial de los sistemas de tratamiento de aguas residuales están asociados con las inversiones necesarias para la construcción de la infraestructura física de la planta. En este sentido, incluye los costos de diseño, materiales, maquinaria, equipos y mano de obra. En la inversión inicial de una obra de ingeniería es necesario tener en cuanta, aparte de los costos directos de construcción, otros costos que deben ser cuantificados ya que elevan significativamente el monto de la inversión, tales como: estudios de preinversión (estudios técnicos necesarios para estimar la factibilidad del proyecto y realizar el diseño de las obras requeridas), interventoría (supervisión técnica de la obra en la fase de construcción), administración, imprevistos y utilidades (costos que la compañía constructora adiciona al presupuesto total de inversión como un porcentaje). Los costos de un sistema de tratamiento de aguas residuales no son directamente proporcionales al caudal de la planta, pues el tamaño de la misma depende también de las características de las aguas a tratar. Luego los costos se deben asociar a los tamaños de las unidades de tratamiento.

Procesos de Separación I 90 Sedimentadores

Los costos de operación y mantenimiento son los que se generan para garantizar el buen desempeño de las operaciones y procesos de tratamiento del agua y asegurar que las instalaciones sean operadas y mantenidas eficientemente. Los factores que determinan los costos de operación y mantenimiento están asociados a la complejidad de la tecnología usada, el tamaño de la misma y la capacidad local de soportar esta complejidad. Los requerimientos de la tecnología empleada son influenciados por los siguientes factores: 

Energía eléctrica



Insumos químicos



Control de calidad del agua de proceso



Mantenimiento y reparación de equipos



personal para operación y mantenimiento de las instalaciones



Gastos de administración

Procesos de Separación I 91 Sedimentadores

Bibliografía ‘Operaciones unitarias en ingeniería química’ W. L. McCabe, J. C. Smith, P. Harriot, Cuarta edición, Editorial McGraw Hill.

‘Procesos de transporte y operaciones unitarias’ C. J. Geankoplis, Tercera edición, Editorial Cecsa.

‘Tecnologías para la sostenibilidad, procesos y operaciones unitarias en depuración de aguas residuales’ J. A. Sainz Sastre, Editorial Fundación EOI. ‘Manual de industrias lácteas’ A. López Gómez.

‘Guía para el diseño de desarenadores y sedimentadores’ Organización Panamericana de la Salud.

‘Tratamientos primarios’ Prof. Dr. A. Aznar Jiménez, Universidad Carlos III de Madrid.

‘Modelo de costos para el tratamiento de las aguas residuales de la región’ D. S. Quintero, M. A. Zapata, J. Guerrero. ‘Capitulo 7, Sedimentación’ Victor Maldonado Yactayo. ‘Sedimentadores de placas’ Ing. José Pérez.