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• DavidGiler

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FLOCULADOR MECANICO 10-12-18

Los floculadores mecánicos utilizan energía de una fuente externa, normalmente un motor eléctrico acoplado a un intercambiador de velocidades, que hace posible la pronta variación de la intensidad de agitación. FLOCULADORES DE PALETAS O LISTONES: En su configuración con eje horizontal, es probablemente el sistema más difundido. Las velocidades de rotación oscilan típicamente entre 2 y 8 rpm, y la potencia aplicada al agua está determinada por las fuerzas de resistencia. Como se ha mencionado anteriormente, el proceso de floculación de procura implementar con 2, 3 o incluso 4 etapas, de manera de tener una gradación o escalonado de densidades de potencia en cada zona con especificaciones para los distintos gradientes, 45/20/10, 50/35/20, 75/50/35. Probablemente no resulte conveniente exceder 75 así como mantenerse con velocidades periféricas no mayores a 3 fps para evitar destrucción de flóculos. Este tipo de floculadores no es empleable en aplicaciones de tipo denitrificación o en las cuales sea importante mantener sólidos en suspensión. La disposición de varios floculadores compartiendo el mismo eje horizontal permite la operación mediante un número menor de accionamientos. Si bien existen configuraciones de “árboles” de floculadores, la configuración de eje vertical más común es con accionamiento individual.

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FLOCULADOR MECANICO 10-12-18 FLOCULADOR TIPO TURBINA Pueden ser empleados en casi todos los casos, especialmente los diseños de eje vertical. Al igual que en el caso anterior, las configuraciones de eje vertical son de mantenimiento facilitado, al no haber rulemanes o cadenas bajo agua, aunque involucran accionamiento individuales y estructuras de soporte tipo puente. Según el porte del proyecto, los números favorecerán uno u otro caso. 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. Dentro de las alternativas “hydrofoil”, existe una verdadera variedad de diseños especializados que incluyen hélices de flujo axial y bajo nivel de destrucción de flóculos. Estos diseños lo que buscan es disminuir turbulencia y desagregado así como maximizar la cantidad de líquido bombeado. Nuevamente podemos tener el caso de dos diseños con idéntico G y velocidad periférica pero teniendo capacidades de bombeo notablemente distintas, e.g. 5 veces más. Generalmente cada floculador estará provisto de algún tipo de variador de velocidad de manera de poder optimizar el proceso. Las alternativas incluyen desde dispositivos manuales hasta variadores de frecuencia.

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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FLOCULACIÓN Los principales factores que influyen en la eficiencia de este proceso son: •

Las variaciones de caudal;

•

La intensidad de agitación;

•

El tiempo de floculación, y

•

El número de compartimentos de la unidad.

VARIACION DE CAUDAL En el floculador mecánico, el efecto es más perjudicial debido a su poca flexibilidad, ya que la velocidad permanece constante y el tiempo de residencia aumenta o disminuye de acuerdo con la variación del caudal. TIEMPO DE FLOCULACION En todos los modelos propuestos para la floculación, la velocidad de aglomeración de las partículas es proporcional al tiempo. Bajo determinadas condiciones, existe un tiempo óptimo para la floculación, normalmente entre 20 y 40 minutos. Mediante ensayos de prueba de jarras (jar tests), se puede determinar este tiempo GRADIENTE DE VELOCIDAD Cuanto mayor es el gradiente de velocidad, más rápida es la velocidad de aglomeración de las partículas. Mientras tanto, a medida que los flóculos aumentan de tamaño, crecen también las fuerzas de cizallamiento hidrodinámico, inducidas por el gradiente de velocidad. Los flóculos crecerán hasta un tamaño máximo, por encima del cual las fuerzas de cizallamiento alcanzan una intensidad que los rompe en partículas menores.

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PARAMETRO Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO 

El tiempo de detención 20-30min



El número de cámaras =3-4



G 75-10 s-1



Área de las paletas 20% del área del floc



Velocidad en el extremo de la paleta < 1.20m/s



Profundidad del agua 2.5 a 5 m



Energía aplicada 10^4 < GT < 10^5 (Media 5.10^4), los valores más bajos para aguas de alta turbiedad y los más altos para agua de alta turbiedad

CÁLCULO DEL VOLUMEN DEL FLOCULADOR Caudal Permanencias Volumen

500 25 12500

750

Numero de modulos o etapas Numero de filas por modulo Numero de camaras en serie cada fila QT Lado de las camaras de base cuadrada Altura liquida promedio en las camaras Volumen Liquido

l/s min m3

Nm NF Nc QF L H1 V1

1 3 3 0,17 2,5 3 18,75

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DIMENSIONES DE LAS PALETAS 

Número de placas planas, ( de a parecen el eje de giro) =Np



Radio de giro del extremo= longitud de cada paleta=R1



Ancho de cada paleta con espesor 25.4mm = b1



Área total de las paletas= Np. b1. R1 = ΣA1



Viscosidad dinámica por T=20°C (unidad técnica) = u

ADOPTAMOS V1 V2 V3 V4

1,15 1 0,9 0,8

DATOS

< 1,20m/s

rps 0,16 0,12 0,1

rpm 9,73 7,3 5,84

GRADIENTE DE VELOCIDAD 

G1.1= 45 (n1^3ΣA1*R1/ u* V1)0,5



G1.2= G1.1(n2/ n1)3/2



G1.3= G1.2 (n3/ n2)3/2

DESARROLLO CAMARA 1 Numero de paletas Radio de griro= Longitud de paletas Ancho de cada paleta de espesor 25,4mm Area total de las paletas Np. b1. R Viscosidad dinamica T=20°C Gradiente de Velocidad G1.1=n1^3 ΣA1*R1/ u* V1)0,5 Gradiente de Velocidad G1.2= G1.1(n2/ n1)3/2 Gradiente de velocidad G1.3= G1.2 (n3/ n2)3/2

Np R1 b1 ΣA1 u G1.1 G1.2 G1.3

8 1 0,16 1,28 0,001003 95,94 62,35 44,61

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CAMARA 2 Numero de paletas Radio de griro= Longitud de paletas Ancho de cada paleta de espesor 25,4mm Area total de las paletas Np. b1. R Viscosidad dinamica T=20°C Gradiente de Velocidad G2.1=n1^3 ΣA1*R1/ u* V1)0,5 Gradiente de Velocidad G2.2= G1.1(n2/ n1)3/2 Gradiente de velocidad G2.3= G1.2 (n3/ n2)3/2

Np R1 b1 ΣA1 u G2.1 G2.2 G2.3

6 1 0,14 0,84 0,001003 83,35 54,16 38,76

Np R1 b1 ΣA1 u G3.1 G3.2 G3.3

4 1 0,12 0,48 0,001003 66,41 43,16 30,88

Np R1 b1 ΣA1 u G4.1 G4.2 G4.3

4 1 0,1 0,4 0,001003 64,30 41,79 29,90

CAMARA 3 Numero de paletas Radio de griro= Longitud de paletas Ancho de cada paleta de espesor 25,4mm Area total de las paletas Np. b1. R Viscosidad dinamica T=20°C Gradiente de Velocidad G3.1=n1^3 ΣA1*R1/ u* V1)0,5 Gradiente de Velocidad G3.2= G1.1(n2/ n1)3/2 Gradiente de velocidad G3.3= G1.2 (n3/ n2)3/2

CAMARA 4 Numero de paletas Radio de griro= Longitud de paletas Ancho de cada paleta de espesor 25,4mm Area total de las paletas Np. b1. R Viscosidad dinamica T=20°C Gradiente de Velocidad G4.1=n1^3 ΣA1*R1/ u* V1)0,5 Gradiente de Velocidad G4.2= G1.1(n2/ n1)3/2 Gradiente de velocidad G4.3= G1.2 (n3/ n2)3/2

RESUMEN G1 s-1 G1.1 G1.2 G1.3

G2 s-1 96 62 45

Np R b

G2.1 G2.2 G2.3

8 1 0,16

G3 s-1 83 54 39

6 1 0,14

G3.1 G3.2 G3.3

4 1 0,12

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G4 s-1 66 43 31

G4.1 G4.2 G4.3

4 1 0,1

64 42 30

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POTENCIA DE LOS EQUIPOS P = uV1G1.1 CAMARA 1 Unidades de la potencia maxima Potencia maxima requerida P1 = μ*V1*G1.1^2 Potencia del motor adoptado (HP) Relacion entre ambas potencias Z1 = Pm1 /P1

Kgm/s

HP

10,61683 0,139695 0,5 3,579

CAMARA 2

CAMARA 3 Unidades de la potencia maxima Potencia maxima requerida P1 = μ*V3*G3.1^2 Potencia del motor adoptado (HP) Relacion entre ambas potencias Z3 = Pm3 /P3

Kgm/s

HP

3,981312 0,052386 0,25 4,772

CAMARA 4 Unidades de la potencia maxima Potencia maxima requerida P1 = μ*V4*G4.1^2 Potencia del motor adoptado (HP) Relacion entre ambas potencias Z4 = Pm4 /P4

Kgm/s

HP

3,31776 0,043655 0,25 5,727

RESUMEN CAMARA 1 CAMARA 2 CAMARA 3 CAMARA 4

0,5HP 0,25HP 0,25HP 0,25HP 7

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