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• Geocondita Tasipanta

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FLOCULADOR HIDRÁULICO DE FLUJO HORIZONTAL En este tipo de floculadores, el agua se desplaza en sentido horizontal entre dos tabiques consecutivos haciendo el giro al final de cada uno. Para utilizar un floculador de flujo horizontal, el tanque debe estar dividido por pantallas de concreto u otro material adecuado, dispuesto de forma que el agua haga un recorrido de ida y vuelta alrededor de las mismas. Debe dejarse suficiente espacio para la limpieza de los canales; si éstos son muy estrechos las pantallas deber ser removibles. Además es conveniente disminuir la velocidad del agua en los giros de 180° del flujo para evitar la ruptura del floc. ( Villegas de brigard, 2008)

Figura 1. Esquema de un floculador de tabiques de flujo horizontal Ventajas ( Villegas de brigard, 2008)   

No tienen cortos circuitos, esto es, que el flujo queda retenido durante un tiempo casi igual al periodo de detención nominal. No tiene partes movibles, de forma que su operación y mantenimiento son más simples que de los equipos mecánicos. Si bien la pérdida de carga necesaria para producir un determinado gradiente de velocidad es mayor, no requiere consumo externo de energía, lo que es una considerable ventaja cuando el flujo llega por gravedad a la planta.

Desventajas ( Villegas de brigard, 2008)  

Se produce mucho más pérdida de carga y por tanto gradiente de velocidad en los giros de 180° del flujo que en los tramos rectos. Cuando los tabiques son fijos, la velocidad es constante para cada flujo. Si se quiere cambiar Q la velocidad cambia y cambia también la pérdida de carga, pudiendo ser o muy alta o muy baja.

Unidades de Pantallas Las unidades de pantallas son las más eficientes y económicas de todos los floculadores actualmente en uso. Debido a la gran cantidad de compartimientos que tienen, confinan casi perfectamente el tiempo de retención; el tiempo real es prácticamente igual al tiempo

teórico cuando la unidad ha sido bien proyectada. Debido a que no se requiere energía eléctrica para su funcionamiento, el costo de producción es muy bajo. (Floculadores, 2012) Se pueden utilizar pantallas removibles de concreto prefabricadas, fibra de vidrio, madera, plástico, asbestocemento u otro material de bajo costo, disponible en el me- dio y que no constituya un riesgo de contaminación. De esta manera, se le da mayor flexibilidad a la unidad y se reduce el área construida, disminuyendo por consiguiente el costo de construcción. Entre los materiales indicados para las pantallas, los que ofrecen mayor confiabilidad son la fibra de vidrio, el plástico, los tabiques de concreto prefabricados y la madera. En cada caso, la elección del material dependerá del tamaño de la planta, del costo del material y de los recursos disponibles. Si se empleara madera, se pueden disponer tabiques de madera machihembrada, tratada con barniz marino aplicado en varias capas, cada una en sentido opuesto a la anterior, de tal manera de formar una gruesa capa impermeabilizante. También puede emplearse madera revestida con una capa de fibra de vidrio. La unidad puede tener una profundidad de 1,00 a 2,00 metros, dependiendo del material utilizado en las pantallas. (Floculadores, 2012) Se pueden utilizar también pantallas de asbestocemento, siempre y cuando no se tengan aguas ácidas o agresivas, ni la zona sea considerada como sísmica, ha quedado en evidencia que durante un terremoto estas presentan fisuras por ser un material muy quebradizo. Diseñar un floculador hidráulico de flujo horizontal, para un caudal de 50 l/s, en un periodo de 15 minutos. Considerando una temperatura de 18° C, y que las gradientes de velocidad varíen de 40 a 20 s^-1. Para el diseño se considerará dividir el floculador en do etapas de diferente tiempo, con pantallas de fibra de vidrio (n=0,010) Se procedió a dividir el floculador en 2 tramos de 7 y 8 minutos respectivamente, por lo que se tiene los siguientes datos. Procedimiento TRAMO 1, T=7 min, v=0.18 m/seg Q= Tr= 7 min Temperatura del agua= Velocidad de Flujo= (0,1-0,6 m/s) K (coeficiente pérdida de carga)=(2-4) u (viscosidad absoluta) p (densidad) Longitud Total de los canales

50 420 18 0.18 3.00

lt/s seg grados m/s

0.01060 9986.2

Pa N/m3

𝐿 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 ∗ 𝑇𝑟 = 0.18

𝑚 ∗ 420𝑠𝑒𝑔 = 75,6 𝑚 𝑠

Área de canales - Sección Transversal del Canal 𝐴=

𝑄 0.05 = = 0.28 𝑚2 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 0.18

Separación y espesor entre tabiques de fibra de vidrio 𝑏𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 = 0,40 𝑐𝑚 1 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 = " 𝑝𝑙𝑔 = 0,012 𝑚 2 𝑛 = 0,010 Altura de agua y altura de floculador ℎ=

𝐴 𝑏𝑎𝑑𝑜𝑝

=

0,28 𝑚2 = 0,70 𝑚 0,4 𝑚

𝑏𝑜𝑟𝑑𝑜 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 = 𝑏𝑙𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 = 0,20 𝑚 ℎ𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = ℎ + 𝑏𝑙 = 0,70 𝑚 + 0,20 𝑚 = 0,90 𝑚 Espaciamiento en los extremos Por lo general la distancia desde el extremo del tabique y el muro= 1,5 * b El espaciamiento entre los extremos de los tabiques y las paredes del tanque es:

𝑐 = 𝑏 ∗ 1,5 = 0,40 𝑚 ∗ 1,5 = 0,60 𝑚 Longitud efectiva del canal 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 = 5,00𝑚 𝐿𝑡 = 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 + 𝑐 = 5,00 + 0,60 = 5,60 𝑚 Número de canales El número de canales será: 𝑁=

𝐿 75,6 = = 14 𝐿𝑡 5,60

Se diseñarán 14 canales y 13 tabiques Longitud total del tanque La longitud total del tanque, teniendo en cuenta el ancho de las placas de 0,01 m, será Largo del tanque = Nc ∗ 𝑒𝑝 + 𝑁𝑡 ∗ 𝑏

𝑒𝑝 = 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎𝑠 = 0,01 𝑚 Largo del tanque = 13 ∗ 0.012 + 14 ∗ 0.40 = 5,756 𝑚 ≈ 5,80 𝑚 Perímetro mojado 𝑃 (𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜) = 2 ∗ ℎ + 𝑏 𝑃 (𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜) = 2 ∗ 0,70 𝑚 + 0.40 𝑚 = 1,80 𝑚 Radio Hidráulico 𝑅 (𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝐻𝑖𝑑𝑟𝑎ú𝑙𝑖𝑐𝑜) = 𝑅=

𝐴 𝑃

0.28 = 0.156 𝑚 1,80

2

2

𝑅 3 = (0.156)3 = 0.289 𝑚 Cálculo de las Pérdidas Pérdidas localizadas ℎ1 = ℎ1 =

𝐾 ∗ 𝑁 ∗ 𝑣2 2∗𝑔

3 ∗ 14 ∗ (18)2 2 ∗ 981

ℎ1 = 6,94 𝑐𝑚 Pendiente del Canal Para las pérdidas por fricción aplicamos la fórmula de Manning con un valor de n=0,013 para cemento. 𝑆(𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙) = (

𝑉∗𝑛 2

𝑅3

2

0.18 𝑥 0.010 2 ) =( ) = 4 ∗ 10−5 0.289

ℎ2 (𝑝𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠) = 𝑠 𝑥 𝐿 = 4 ∗ 10−5 𝑥 75,6 𝑚 𝑥 100 𝑐𝑚 = 0.293 𝑐𝑚 ℎ𝑓 = ℎ1 + ℎ2 = 6,94 𝑐𝑚 + 0.293 𝑐𝑚 = 7,23 𝑐𝑚 Potencia Disipada 𝑃=

ℎ𝑓 7,23 𝑐𝑚 = = 0.017 𝑇𝑟 420 𝑠𝑒𝑔

Gradiente de Velocidad 𝐺=√

𝑔∗𝑃 981 𝑥 0.017 =√ = 39,91 𝑠 − 1 𝜇 0.0106

TRAMO 1, T=8 min, v=0.12 m/seg Q= Tr= 7 min Temperatura del agua= Velocidad de Flujo= (0,1-0,6 m/s) K (coeficiente pérdida de carga)=(2-4) u (viscosidad absoluta) p (densidad)

50 480 18 0.12 3.00

lt/s seg grados m/s

0.01060 9986.2

Pa N/m3

Longitud Total de los canales 𝐿 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 ∗ 𝑇𝑟 = 0.12

𝑚 ∗ 480𝑠𝑒𝑔 = 57,6 𝑚 𝑠

Área de canales - Sección Transversal del Canal 𝐴=

𝑄 0.05 = = 0.42 𝑚2 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 0.12

Separación y espesor entre tabiques de fibra de vidrio 𝑏𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 = 0,40 𝑐𝑚 1 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 = " 𝑝𝑙𝑔 = 0,012 𝑚 2 𝑛 = 0,010 Altura de agua y altura de floculador ℎ=

𝐴 𝑏𝑎𝑑𝑜𝑝

0,42 𝑚2 = = 1,05 𝑚 0,4 𝑚

𝑏𝑜𝑟𝑑𝑜 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 = 𝑏𝑙𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 = 0,20 𝑚 ℎ𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = ℎ + 𝑏𝑙 = 1,05 𝑚 + 0,20 𝑚 = 1,25 𝑚 Espaciamiento en los extremos Por lo general la distancia desde el extremo del tabique y el muro= 1,5 * b El espaciamiento entre los extremos de los tabiques y las paredes del tanque es:

𝑐 = 𝑏 ∗ 1,5 = 0,40 𝑚 ∗ 1,5 = 0,60 𝑚 Longitud efectiva del canal 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 = 5,00𝑚

𝐿𝑡 = 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 + 𝑐 = 5,00 + 0,60 = 5,60 𝑚 Número de canales El número de canales será: 𝑁=

𝐿 57,6 = = 10 𝐿𝑡 5,60

Se diseñarán 10 canales y 9 tabiques Longitud total del tanque La longitud total del tanque, teniendo en cuenta el ancho de las placas de 0,01 m, será Largo del tanque = Nc ∗ 𝑒𝑝 + 𝑁𝑡 ∗ 𝑏 𝑒𝑝 = 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎𝑠 = 0,01 𝑚 Largo del tanque = 9 ∗ 0.012 + 10 ∗ 0.40 = 4,108 𝑚 ≈ 4,15 𝑚 Perímetro mojado 𝑃 (𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜) = 2 ∗ ℎ + 𝑏 𝑃 (𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜) = 2 ∗ 1,05 𝑚 + 0.40 𝑚 = 2,50 𝑚 Radio Hidráulico 𝑅 (𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝐻𝑖𝑑𝑟𝑎ú𝑙𝑖𝑐𝑜) = 𝑅=

𝐴 𝑃

0.42 = 0.168 𝑚 2,50

2

2

𝑅 3 = (0.168)3 = 0.304 𝑚 Cálculo de las Pérdidas Pérdidas localizadas ℎ1 = ℎ1 =

𝐾 ∗ 𝑁 ∗ 𝑣2 2∗𝑔

3 ∗ 14 ∗ (12)2 2 ∗ 981

ℎ1 = 2,20 𝑐𝑚 Pendiente del Canal Para las pérdidas por fricción aplicamos la fórmula de Manning con un valor de n=0,013 para cemento. 𝑆(𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙) = (

𝑉∗𝑛 2

𝑅3

2

0.12 𝑥 0.010 2 ) =( ) = 2 ∗ 10−5 0.304

ℎ2 (𝑝𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠) = 𝑠 𝑥 𝐿 = 2 ∗ 10−5 𝑥 57,6 𝑚 𝑥 100 𝑐𝑚 = 0.09 𝑐𝑚 ℎ𝑓 = ℎ1 + ℎ2 = 2,20 𝑐𝑚 + 0,09 𝑐𝑚 = 2,29 𝑐𝑚 Potencia Disipada 𝑃=

ℎ𝑓 2,29 𝑐𝑚 = = 0.005 𝑇𝑟 480 𝑠𝑒𝑔

Gradiente de Velocidad 𝐺=√

𝑔∗𝑃 981 𝑥 0.005 =√ = 21,02 𝑠 − 1 𝜇 0.0106