FLOCULADORES uso y tipos, Apuntes de Ingeniería Ambiental

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FLOCULADORES

S I STEMAS DE ABAST ECI MIENTO DE AG UA P OTABLE UN ET – IN G. AMBIENTAL P ROF. : I N G. MART ÍN MOROS

Introducción

Durante la floculación, en partículas muy pequeñas el movimiento browniano provee cierto grado de transporte de ellas al crear la floculación pericinética.

En partículas grandes el movimiento browniano es muy lento y se requiere algún mecanismo de transporte que induzca la colisión de las partículas, creando floculación ortocinética.

En la floculación, una vez introducido y mezclado el coagulante, las diminutas partículas coaguladas son puestas en contacto unas con otras mediante agitación lenta prolongada, durante la cual las partículas se aglomeran, incrementan su tamaño y adquieren mayor densidad. El floculador es por tanto un tanque con algún medio de mezcla suave y lenta y con un tiempo de retención relativamente prolongado

Aglutinación de partículas

Los 2 objetivos básicos que se persiguen son:

a. Reunir los microfloculos para formar partículas mayores con peso específico mayor que el del agua

b. Compactar el floc, disminuyendo su grado de hidratación, para obtener una baja concentración volumétrica, que permita una alta eficiencia en la fase de separación (sedimentación y/o filtración)

La materia sólida del floc representa sólo entre el 2 y el 11 % de su volumen. El grado de agitación depende del gradiente de velocidad que se comunique a la masa líquida, lo cual influencia el peso específico de las partículas formadas y su velocidad de asentamiento

Concentración volumétrica del floc

La concentración del floc es inversamente proporcional al gradiente de velocidad y al tiempo de floculación.

Es posible variar el volumen del floc, cambiando la energía que se le comunica a la masa líquida o cambiando el periodo de detención en el floculador

La figura muestra el porcentaje de agua al volumen en el floc y su concentración para diferentes gradientes de velocidad

Al aumentar el gradiente de velocidad, disminuye la concentración de floc por cuanto disminuye el agua en él

Clasificación de los floculadores

Según el tipo de energía usada para producir la agitación, los floculadores pueden ser:

 Hidráulicos: según el sentido del flujo pueden ser horizontales, vertical o helicoidales. Los horizontales y verticales pueden tener y llamarse de tabiques. Los verticales con codos en el fondo que proyectan el agua hacia arriba se llaman floculadores Alabama y con entrada lateral al tanque se llaman floculadores Cox.

 Mecánicos: según el sentido del movimiento pueden ser reciprocantes (con rejas o cintas oscilantes) y rotatorios (de paletas de eje horizontal o vertical y de turbinas horizontales o verticales).

 Hidromecánicos: de flujo horizontal, de turbina Pelton y paletas horizontales

Clasificación

de los floculadores

Floculadores Mecánicos

Requieren de energía externa para mover el agitador en un tanque o series de tanques, en los que el agua permanece un tiempo teórico de detención.

Clasificación:

Giratorios: pueden ser paletas de baja velocidad de rotación o turbinas de alta velocidad de rotación. Pueden ser de eje horizontal o vertical.

Reciprocantes: pueden ser parrillas de madera que suben y bajan alternativamente o en sistemas oscilantes como cintas que van y vienen dentro del tanque. En ambos casos la energía imprimida a la masa de agua es proporcional al desplazamiento del elemento mecánico.

Floculadores Mecánicos

Parámetros de diseño:

Según la AWWA:

G = 5 – 100 s−

G.t = 30.000 – 150.

t = 20 – 60 min.

Velocidad de las paletas: 3 – 90 cm/s

Área de las paletas: 10 – 25 % del área de sección transversal

3 compartimientos en serie o más para controlar cortocircuitos

Según Fair y Geyer:

G = 19 – 75 s−

G.t = 10.000 – 100.

t > 10 min.

Velocidad de las paletas: 9 – 90 cm/s

Velocidad promedio del agua = ¼ de la velocidad de las paletas Velocidad diferencial entre el agua y las paletas: ¾ de la velocidad lineal de las paletas

Consumo de energía: 0,5 a 1,6 Wh por m^3 /d con CD = 1,

Floculadores Mecánicos

Según Montgomery:

G = 30 – 80 s−

Área de las paletas < 25% de A(secc-transv)

Cámaras con compartimientos por pantallas difusoras

Velocidad de las paletas: 0,25 – 0,75 m/s

Aberturas de pantallas < 10% del A(secc- transv)

Velocidad a través de las aberturas < 0,

m/s

Perdida de energía a través del bafle: 8 mm

Parte superior del bafle ligeramente sumergida

Parte inferior de la pantalla con abertura para limpieza y remoción de lodo

Floculador junto al sedimentador separados por pantalla difusora con huecos del 5 al 7 % del A(secc-transv) y perdida de 3 – 4 mm

Floculadores Mecánicos Giratorios

Constan de un sistema de paletas adheridas a un eje horizontal o vertical, el cual gira impulsado por un motor eléctrico que desplaza el agua y produce el trabajo.

Cuando se usan agitadores de eje horizontal se requiere de un pozo seco al lado del tanque de floculación, para acomodar los motores y mecanismos que impulsan el sistema.

Puede evitarse el pozo seco si se emplean correas en V que transfieran la energía del motor colocado en el borde del tanque.

En los verticales no se requiere de pozo seco pero es más fácil que se generen cortocircuitos.

El numero de paletas o agitadores es directamente proporcional a la energía comunicada al líquido.

Floculadores

Mecánicos

Giratorios

de eje

Vertical

Floculadores

Mecánicos

Giratorios

de eje

Vertical

Parámetros de diseño:

Según Smethurst:

G = 20 – 100 s−

G.t = 20.000 – 150.000 (número de Camp)

t = 10 – 60 min

Velocidad de flujo = 0,15 – 0,50 m/s

Perdida de energía: 0,15 – 0,60 m

Floculadores Hidráulicos de tabiques

Parámetros de diseño:

Según Arboleda:

G = 10 – 100 s−

t = 15 – 20 min

Velocidad de flujo = 0,10 – 0,60 m/s

Espaciado entre tabiques y pared = 1,5x(separación entre tabiques) o 0,5 para no crear contraflujos

Perdida de energía: 0,15 – 0,60 m

Floculadores Hidráulicos de tabiques