MEZCLA RAPIDAPROFESOR:ING. JUAN MORENO OSCANOA OBJETIVO • Los mezcladores tienen como objetivo la dispersión instantánea del coagulante en toda la masa de agua que se va a tratar. • Esta dispersión debe ser lo más homogénea posible, con el objeto de desestabilizar todas las partículas presentes en el agua y optimizar el proceso de coagulación. Disipación de energía en mezcla P G V G = gradiente promedio de velocidad (1/s). P = requerimientos de energia (W). μ = viscosidad dinámica (N.s/m2) V = volumen del reactor (m3). Tiempo de mezcla V T Q T = tiempo de mezcla V = volumen Q = caudal Aplicaciones • Mezcla rápida de coagulantes. • Floculación. • Agitación y mezcla en tanques de homogenización. • Mezcla continua en el tratamiento de aguas residuales (lagunas aereadas, procesos de crecimiento biológico suspendido y digestores aeróbicos). Tipo de mezcladores • Retro mezclador en línea Mecánicas • Resalto hidráulico • En línea • Caídas • Contracciones Hidráulicos • Velocidad o cambio de flujo Tipo de mezcladores hidráulicos • Canaleta Parshall • Canal con cambio de pendiente Resalto hidráulico • Vertedero rectangular, triangular • Difusores • Inyectores En línea • Estaticos UNIDADES HIDRAULICAS Canales Parshall Caudales> 500 L/s Canal con cambio de pendiente Todo tamaño Vertederos triangulares y rectangulares Caudales < 30 L/s Inyectores Mecanismo de inyección difusión con menores Difusores gradientes que los mezcladores hidráulicos Mezcladores y tiempos de mezcla para unidades en el tratamiento de aguas residuales Parámetros de operación 700 -1000 s-1 Mezcladores resalto hidráulico 500 -1000 s-1 Difusores e inyectores Gradiente 1500-3000 s-1 Baja eficiencia del proceso. 3000-5000 s-1 Mezcladores en línea >5000 s-1 Fuerte retardo de formación del floculo Turbidez Coagulacion por Alta Tiempo de < 1 seg adsorcion- retención neutralizacion de la carga. Turbidez 1-7 seg Coagulacion por Baja barrido Criterios de diseño • Las canaletas parshall se diseñan para caudales mayores a 500 L/s. • Los vertederos rectangulares se diseñan para caudales pequeños, de preferencia menores a 30 L/s. • El canal con cambio de pendiente para cualquier rango de caudal. Resalto hidráulico Flujo supercrítico Flujo subcrítico Resalto hidráulico Rampa MODELO DE COMPROBACION Para comprobar si se están produciendo los valores recomendados de gradiente de velocidad y tiempo de retención una vez asumida la geometría del canal, es necesario calcular las alturas y velocidades conjugadas en las secciones (1) y (2) Mezcladores de resalto hidráulico Gradiente hidráulico G= 700-1300 s-1 T< 1 seg Numero de Froude F= 4.5 - 9 Canaletas F= 2-3 Parshall Criterios de diseño Valores de Canal Parshall Floculadores hidráulicos Floculadores hidráulicos Canal Parshall Vertedero rectangular Criterios de dimensionamiento Las altura de agua antes (h1) y después del resalto (h2) deben satisfacer la siguiente ecuación: h2 1 8F 2 1 h1 2 V1 F g h1 V1 = velocidad en la sección antes del resalto F = número de Froude Criterios de dimensionamiento La energía hidráulica disipada o pérdida de carga se puede calcular en la longitud (L) del resalto, mediante la formula de Belanger hp h2 h1 3 4h1h2 La longitud del resalto mediante la formula de Smetana: L 6h2 h1 Criterios de dimensionamiento Gradiente de velocidad: Q hp hp G . V T Tiempo de mezcla: 2L T V1 V2 γ = peso especifico del agua (kg/m3) μ = coeficiente de viscosidad absoluta. Q = caudal (m3/s) hp = pérdida de carga (m) Mezcladores en línea Difusores en canal Mezcladores en línea Difusores en tubería Mezcladores en línea Inyectores Tipo de mezcladores mecánicos Mezclador de inducción de alta velocidad Mezclador de chorro de alta presión Tipo de mezcladores mecánicos Mezcladores estáticos de mezcla radial. Mezclador en estático Mezclador en estático línea con mezclador línea con orificio interno Tipo de mezcladores mecánicos Mezcladores de turbina y hélice Tipo de mezcladores mecánicos Tipo de impulsores Mezclador de flujo Mezclador de flujo radial axial con paletas tipo disco inclinadas (45°) Tipo de mezcladores mecánicos Mezclador de flujo Mezclador de helice axial con paletas tipo hidro-alas Tipo de impulsores de mezcladores usados en el tratamiento de aguas Diseño de mezcladores mecánicos • Flujo axial. • Flujo radial • Potencia = F (forma y volumen cámara, velocidad de giro y tipo de impulsor). • G=500-1000 s-1. • T= 1 a 7 seg Criterio de dimensionamiento Rusthon: Re<10 10<Re<0000 Re>10000 Criterio de dimensionamiento Rusthon: El coeficiente K depende de la geometría de la cámara y del equipo de mezcla, y p y q, del régimen de flujo. Criterio de dimensionamiento Número de Reynolds Ejercicios • Determine el requerimiento teórico de energía para obtener un gradiente de 100 s-1 en un tanque de volumen 2800 m3. Asumir que la temperatura del agua es 15°C. Cual seria el valor correspondiente a 5°C. • La velocidad en un floculador hidráulico horizontal que trata un caudal de 50 l/s es 0.10 m/s. Si el ancho de la unidad es 3 m., utiliza placas paralelas de PVC de 1 cm., el tiempo de retención 6 min., y T=15°C. • En salto hidráulico el h1= 0.02 m y el h1=0.17 m. Calcular la perdida de carga en la unidad y el gradiente que se produce. Considerar que el ancho del canal de la unidad es 0.60 m y el caudal de tratamiento 30 L/s. T=25°C.