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MEZCLA LENTA FLOCULADOR HIDRAÚLICO DE FLUJO VERTICAL

Generalidades

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Ampliamente utilizados

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Son tanques divididos por tabiques mamparas (Estructura que divide) o pantallas dispuestas para generar en el agua un flujo vertical; en zig – zag, en sube y baja.

El agua tiene que efectuar varios recorridos de arriba abajo, pasando por encima y por debajo de los tabiques que dividen el tanque, a lo largo de la unidad.

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Generalidades •

La unidad puede tener una profundidad de 2 m a 5 m.

•

Más frecuentemente entre 2 y 3 m

•

Para caudales entre los 50 y los 1000 LPS

•

Debe dejarse una abertura en la base de cada pantalla con un área equivalente al 5% del área horizontal del compartimiento, para prevenir la acumulación de lodos. Vista Longitudinal.

MEZCLA LENTA Generalidades

FLOCULADOR HIDRAÚLICO DE FLUJO VERTICAL

• Unidades usadas para caudales superiores a 50 LPS y menores a 1000 LPS. • Son mucho más compactas y ocupan menos espacio (área superficial), manejan profundidades entre 2,0 y 4,0 m • El material de los tabiques es el mismo que para los floculadores hidráulicos de flujo horizontal. • La velocidad de flujo en los pasos inferiores no debe superar 3/2 de la velocidad entre tabiques. • Maneja gradientes de velocidad 20 y 90 sg-1.

MEZCLA LENTA Generalidades

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• Para pantallas sumergidas (tabiques que llegan hasta el fondo), deberá dejarse un espacio igual al 5% del área horizontal de cada compartimento (área entre tabiques), de manera que facilite la limpieza de la unidad y se impida la acumulación de barro en el fondo.

• Los pasos superiores deben trabajar como vertedero rectangular de pared delgada sin contracciones, y con descarga ahogada, ya que, si se presenta una descarga libre, se corre el riesgo de rotura del floc preformado en la caída. • Debe dejarse una válvula de fondo, que permita limpieza y el vaciado completo del floculador.

MEZCLA LENTA Parámetros de diseño

FLOCULADOR HIDRAÚLICO DE FLUJO VERTICAL

Deben diseñarse teniendo en cuenta los siguientes criterios:

Tiempo de detención y el gradiente de velocidad Deben determinarse a través de pruebas de laboratorio, en base a las pérdidas de carga y la longitud de trayectoria del flujo.

• El gradiente medio de velocidad (G) debe estar entre 20 s-1 y 70 s-1 • El tiempo de detención (td) entre 20 y 30 minutos Velocidad del agua

• El floculador debe diseñarse de manera que la velocidad del agua a través del tanque de 0.2 m/s a 0.6 m/s.

MEZCLA LENTA Criterios de diseño Parámetros Caudal de diseño (LPS) Gradientes óptimos de mezcla (sg-1) Número de secciones con gradientes diferentes

FLOCULADOR HIDRAÚLICO DE FLUJO VERTICAL

Valor o rango 50 a 1.000 20 a 90 2a4

Tiempos de retención hidráulica (min)

20 a 40

Profundidad de la unidad (m)

2,0 a 4,0

Velocidad de flujo entre los tabiques (m/s)

0,15 a 0,80 / 0,15 a 0,5

Pérdida de energía (m)

Comúnmente 0,15 – 0,6

Pendiente del fondo de la unidad (%)

1a2

MEZCLA LENTA Dimensionamiento

FLOCULADOR HIDRAÚLICO DE FLUJO VERTICAL

La secuencia de cálculo para determinar las dimensiones de un floculador hidráulico de flujo vertical, sería: Para los pasos superiores • Pérdida de carga en el sistema H: Pérdida total de carga

𝐺2 × 𝑣 × 𝑇 𝐻= 9,81

G: Gradiente de mezcla (sg-1) 𝑣 : Viscosidad cinemática del agua, depende de la temperatura (m2/s)

T: Tiempo de retención hidráulica (s)

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Dimensionamiento Para los pasos superiores

• El número de compartimentos sería:

𝑀= V: Velocidad media de flujo entre tabiques (m) T: Tiempo de retención hidráulica (s) J: Altura útil del floculador (m)

𝑉×𝑇 𝐽

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Dimensionamiento Para los pasos superiores

• El número de tabiques 𝑁 =𝑀 −1 • La pérdida de carga en cada tabique: 𝐻 ℎ𝑓 = 𝑁

H: Pérdida total de carga

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Para los pasos superiores • La sumergencia de los tabiques h1 equivalente a la altura del flujo sobre la cresta del vertedero o corona del tabique, debe oscilar entre 0,3 y 0,6 m. Debe asignarlo tentativamente quien este a cargo del diseño. • La pérdida de carga originada por los pasos superiores h2, será:

ℎ2 = ℎ1 − ℎ𝑓

MEZCLA LENTA Dimensionamiento

FLOCULADOR HIDRAÚLICO DE FLUJO VERTICAL

Para los pasos superiores

• Tomando el cociente de h2/h1 se puede identificar u obtener un coeficiente de sumergencia α que permita calcular el gasto unitario por metro de vertedero. Los valores 0,8 pueden considerarse inciertos.

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Dimensionamiento Para los pasos superiores

• Gasto unitario por metro de vertedero

𝑞 = 1,84 𝛼 ℎ1 • Ancho del floculador

𝑄 𝐵= 𝑞 Q: Caudal de diseño en m3/s

q: Gasto unitario para B = 1,0 m

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Dimensionamiento Para los pasos inferiores • Espacio entre tabiques

𝑄 𝐸= 𝐵 × 𝑉 V: Velocidad media de flujo entre tabiques (m)

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Dimensionamiento Para los pasos inferiores • Área de pasos inferiores

𝑄

𝐴= 2

𝐶𝑑 × 2𝑔 × ℎ𝑓

Cd: Coeficiente de descarga = 0,71

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Dimensionamiento Para los pasos inferiores • Altura del paso inferior (orificio)

𝐴 𝑎= 𝐵 • Velocidad en el paso inferior:

𝑄 𝑉𝑝 = 𝐴

MEZCLA LENTA Dimensionamiento

Localización de las pérdidas y velocidades

FLOCULADOR HIDRAÚLICO DE FLUJO VERTICAL

MEZCLA LENTA Dimensionamiento

FLOCULADOR HIDRAÚLICO DE FLUJO VERTICAL

Para los pasos inferiores

• El gradiente de velocidad de los pasos inferiores, utiliza la fórmula que sirve para el cálculo del gradiente en conductos, canales u orificios. F: Factor de fricción. 0,04 para orificios o secciones anguladas (ventanas); 0,03 en orificios o secciones redondeadas. 𝑣 : Viscocidad cinemática del agua que depende de la

temperatura

(m2/s)

Vp: Velocidad media del flujo (m/s) RH: Radio Hidráulico = Área/Perímetro mojado (m)

𝐺=

𝑓 𝑉𝑝3 8 𝑅𝐻 𝑣

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Ejemplo Diseñar un floculador hidráulico de flujo vertical con las siguientes características: Q = 0,5 m3/s

T = 20 min V = 0,15 m/s

G promedio = 40 s-1 𝑣 = 1,01 x 10-6 m2/s

H = 4,20 m Cd = 0,7

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Ejercicio Se proyecta un floculador hidráulico de flujo vertical con un caudal de diseño de 300 LPS a 15 °C (temperatura mínima esperada en invierno: viscosidad cinemática = 1,14x10-6 m2/s). Los resultados de los ensayos de tratabilidad efectuados para la floculación en las pruebas de jarras, arrojaron los siguientes resultados: Zona 1: G = 55 s-1; V = 0,18 m/s; T = 8 min

Zona 2: G = 35 s-1; V = 0,13 m/s; T = 12 min Se usaran tabiques de fibra de vidrio n = 0,011 de 3,0 m de profundidad y un espesor e = 0,007 m. El ancho de los tabiques será definido en el diseño con el ancho del floculador.