Concepto De Tanque De Sedimentación Ideal Temaaaa A Hablar mg5y

CONCEPTO DE TANQUE DE SEDIMENTACIÓN IDEAL Los tanques de sedimentación ideales son fundamentales para el entendimiento y diseño de los sedimentadores. El modelo seleccionado es el de un sedimentador ideal constituido por 4 zonas (Ramalho, 1991): 1.

Zona de entrada: En esta el flujo se puede considerar laminar. Se supone que al final de esta zona las partículas se distribuirán uniformemente de acuerdo a como sea su zona de entrada.

2.

Zona de sedimentación: La partícula deja de estar en suspensión cuando llega al fondo de esta zona. Zona de salida: Zona donde el agua residual es recogida antes de su salida al proceso siguiente.

3. 4.

Zona de lodos: En esta zona se depositan los lodos para, luego ser evacuados en un procesos de purga, o de ser necesario en un proceso de recirculación de los mismos.

una longitud L y una altura H. La Velocidad V , se puede encontrar con la ecuación 3.7.

(3.7)

En la sedimentación discreta, la velocidad es constante para cualquier trayectoria (Wat, 2002), lo cual quiere decir que la velocidad de sedimentación especifica Vs y la velocidad Vv no varía lo largo de sus trayectorias respectivas, esto dado que las partículas no están sometidas a procesos de coalescencia o aglomeración de las mismas, durante el proceso de sedimentación. Cuando una partícula está´ sometida a los procesos antes mencionados se tiene como resultado que la trayectoria de la misma es recta, tal como lo Muestra la figura 3.2, sino que tendrá´ una trayectoria curva. a

En la figura 3.2 se muestra un esquema de lo anteriormente dicho.

Es posible demostrar, que la velocidad de sedimentación de una partícula discreta en un tanque rectangular, ideal, se puede encontrar mediante la ecuación 3.8

En este esquema conceptual se supone que sólo las partículas que alcanzan a cruzar la frontera entre la zona de lodos y la zona de sedimentación, serán consideradas sedimentadas. Todas las partículas, como es natural tienen dos vectores componentes de velocidad; al primero de ellos se le denominar´ V , el cual es paralelo al fondo del tanque sedimentador y es causado por la velocidad inicial horizontal, con la cual las partículas entran al tanque de sedimentación; al segundo se le denominar´ Vv , y es causado por la atracción gravitatoria y está dirigida hacia abajo, tal y como se observa en la figura 3.2.a

(3.8) La ecuación 3.8 quiere decir que el rendimiento de la sedimentación es función principalmente del ancho superficial del tanque, más que de la profundidad del mismo. Sea utilizan profundidades razonables para facilitar la utilización de mecanismos que permitan la remoción de lodos sedimentados, y para evitar que se den cambios en la componente horizontal de la velocidad y así no se de arrastre de partículas que previamente han sido sedimentadas. Este arrastre ocurrir´ si V es suficientemente grande para hacer pasar a suspensión las partículas que ya habían sido depositadas Según lo dicho anteriormente, se puede afirmar, entonces, que todas las partículas con una velocidad igual o superior a Vs se sedimentación y aquellas partículas con velocidad Vv , menor que Vs , se sedimentación en una proporción T = Vv /Vs .ao

Figura 3.2: Esquema conceptual en corte longitudinal de un sedimentador ideal ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Este tanque de sedimentación ideal, tiene dos áreas importantes, la primera de ellas se obtiene al realizar un corte transversal del sedimentador, suponiéndose que la sección tiene un ancho W y una altura H. La segunda sección se obtiene al hacer un corte longitudinal del sedimentador, se supone, entonces, que la sección tiene

Finalmente, se define la carga superficial como lo muestra la ecuación 3.9

(3.9)

Dado que se pueden requerir áreas muy grandes para realizar estos procesos de sedimentación, se recurre, entonces, a los sedimenta dores de alta tasa, los cuales se trataran en el siguiente numeral.

SEDIMENTA DORES DE ALTA TASA La idea presente en este tipo de unidades es bastante simple, y consiste en lo siguiente: supóngase que se tiene un sedimentador ideal y que a la mitad de su altura se coloca una bandeja, como resultado se tendrá que las partículas que antes no sedimentaban a una altura H, muy probablemente ya lo podrán hacer a la nueva altura H/2, lo que conlleva a un aumento en la eficiencia de la unidad de decantación Como es lógico, el proceso de lavado y mantenimiento de una placa horizontal en uno sedimentador es bastante complejo, por ello diversos investigadores propusieron inclinar las placas, lo cual favorece el proceso de diversas formas, tales como: a) b) c)

Deslizamiento de los lodos que se se encuentran en las placas hacia la zona de lodos del sedimentador Facilita el lavado de las placas en el momento que este sea necesario Las placas en esa posición son más fáciles de remover, en caso de que se necesite hacer mantenimiento

Según el sentido del flujo, existen dos tipos de decantadores de placas: de flujo ascendente y de flujo horizontal. En este trabajo se estudiara solo el decantador de flujo ascendente, en los cuales, el fluido entra por la parte inferior de la unidad (debajo de las placas) y asciende a través de ellas, para posteriormente ser evacuado al proceso siguiente. A continuación, se describe el proceso de sedimentación entre placas paralelas, el cual se encuentra muy bien ilustrado en P´rez (1997) En la figura 3.3, se puede observar una partícula que avanza con velocidad V0 entre las placas; esta velocidad, a su vez, es paralela a las placas y se descompone en dos componentes la primera dirigida hacia el centro de la tierra y corresponde a la velocidad de sedimentación Vs , la segunda es la componente Vy , como se muestra en la figura 3.3.

Figura 3.3: Flujo entre placas paralelas en un sedimentador de alta tasa (Tomado de P´rez,e1997)

Donde L = l/e, siendo l la longitud de las placas y e la separación entre las mismas. La validez de la ecuación 3.10, se requiere que el flujo sea laminar, para ello, R ≤ 500, Preferiblemente R ≤ 250 (P´rez, 1997). El flujo laminar sólo se da a una distancia x, después de que el fluido ingresa a las placas, la cual se obtiene con la ecuación 3.11.

La ecuación 3.11 es conocida como ecuación de Langhaar (P´rez, 1997), en la cual se debe determinar el número de Reynolds, para ello se usa la ecuación 3.12.

Siendo ν la viscosidad cinemática del fluido

Se puede demostrar, entonces, que la longitud relativa util, Lu, de sedimentación de una placa, se puede representar mediante la ecuación 3.13.

Es posible demostrar que V0 se puede representar mediante la ecuación 3.10.

Finalmente, V0 debe ser calculado con la ecuación 3.14. (3.10)

DISEÑO DE LOS SEDIMENTADORES PRIMARIO Y SECUNDARIO A continuación, se muestra como se realizó´ el diseño de los sedimentadores de la planta de tratamiento de aguas residuales domesticas de pequeña escala. Primero se mostrara en el sedimentador secundario, pues es de conformación rectangular y sigue la teoría mostrada en el numeral 3.2.3; posteriormente, se mostrar´ el diseño del sedimentador primario, en la cual sigue también la teoría de sedimentadores de alta tasa, pero su geométrica externa es de forma cilíndrica circular recta, y su geometría interna está conformada por conos concéntricos que simulan el comportamiento de las placas.

SEDIMENTADOR SECUNDARIO

2.

Carga superficial: este es uno de los parámetros más usados en la práctica para el diseño de sedimentadores, ya que ayuda a determinar el área superficial del sedimentador La carga superficial recomendada en este tipo de unidades, para aguas residuales varia entre 35m3 /(m2 − dia) y 50m3 /(m2 − día) (RAS, 2000).ıa

3.

Tiempo de retención: El tiempo de detención depende del propósito del sedimentado En sedimentadores de alta tasa, este valor se encuentra entre 1 y 1.5 horas (RAS,2000).

4.

Velocidad horizontal: La velocidad del flujo a través del tanque de sedimentación, no es uniforme en toda la sección transversal del tanque, perpendicular a la dirección de flujo, aunque la entrada y la salida sean diseñadas para distribución uniforme, no debido a la existencia de corriente de densidad, corrientes de inercia, cortocircuitos,entre otros. Para minimizar estos efectos, la velocidad en un tanque de alta tasa debe mantenerse por debajo de 1cm/s.

5.

Unidades de entrada y de salida del sedimentador: La entrada al sedimentador se diseña para distribuir el agua uniformemente sobre la sección transversal del tanque,no proveyendo una transición suave, entre la velocidad relativamente alta del afluente y la velocidad baja uniforme en la zona de asentamiento ------------------------------------------------------------------------------------------------------------El propósito de la unidad de salida es similar al de la unidad de entrada, es decir,proveer una transición suave entre la velocidad del flujo en el sedimentador y la velocidad en la salida; generalmente, el nivel del agua en el sedimentador es controlado en la salida. Las salidas, como es el caso de este trabajo, pueden ser a través de vertederos.

6.

Almacenamiento de lodos: Al diseñar el sedimentador, se debe tener en cuenta el volumen destinado al almacenamiento de lodos, que se mueven hidráulicamente a una tolva de lodos, de donde son extraídos mediante una tubería de desagüe

La sedimentación secundaria, es un proceso unitario de vital importancia en el tratamiento de aguas residuales, dado que permite la separación de la fase salida de la fase liquida. Las partículas salidas se depositaron en la parte inferior del sedimentador, para en la mayor´ de los casos ser recirculadas a tanques anoxicos y anaeróbicos (David,ıaoo 2009), donde participaron en el proceso de purificacion, siguiendo el principio de los lodos activados. Además, el agua fluira de forma más clara a la salida de este. A continuación, se presentan los criterios de diseño del sedimentador secundario 1.

Gradiente de velocidad: a la entrada del sedimentador debe ser lo suficientemente bajo, de tal forma que garantice que no se destruyan elementos que se hayan formado por coalescencia. Se puede calcular con la ecuación 3.15 (Arboleda, 1991).

Donde f es un valor que varía entre 0.02 y 0.04, ν es la viscosidad cinemática del fluido, RH es el radio hidráulico del orificio y Ventrada es la velocidad de entrada.