RESUMENTodos los procesos de tratamiento biológico de aguas residuales se producen en un volumen definido por los límites físicos específicos llamado reactor. Dentro del diseño y funcionamiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales es indispensable conocer los cambios que ocurren, y es de gran importancia saber que la forma y eficiencia de esos cambios suceden gracias al tipo y configuración de un reactor. El objetivo principal de esta práctica es evaluar y analizar el comportamiento hidráulico de un reactor de flujo continuo, y esta determinación experimental se complementa con trazadores, que son sustancias que se introducen en un sistema y se comportan como “espías” que da información acerca del mismo a un observador externo. En complemento, se pretende calcular la concentración del trazador que se empleará y ver el comportamiento utilizando la curva de contracción de un trazador y el método WolfResnick y a su vez determinar un tiempo de retención hidráulico experimental para compararlo con el teórico Para el desarrollo de la práctica se hizo uso de materiales tales como: reactores a escala de laboratorio, en este caso un reactor de mezcla completa de 3 cedas ,espectrofotómetro, bomba, cronometro, probeta, vasos desechables pequeños, balde, solución madre de verde de bromocresol (50 g/L) y soluciones patrón de verde de bromocresol .Por consiguiente pudo realizarse un reconocimiento de reactores con una calibración de caudal y determinación del tiempo de retención hidráulico; también la selección del trazador a utilizar calculando su cantidad y concentración adecuada para luego realizar la curva de calibración del trazador en el espectrofotómetro para finalmente hacer una prueba de trazadores. INTRODUCCION Los sistemas implementados para el tratamiento de aguas residuales deben encontrarse en condiciones óptimas en lo que respecta a su funcionamiento donde el diseño y la operación deben realizarse adecuadamente y para ello es indispensable una evaluación de esos sistemas de tratamientos para la eficiencia de remoción de material contaminante. Pues bien, para la operación de estos se requiere un equipo capaz de desarrollar cambios gracias a las reacciones químicas el cual este diseñado para generar eficiencia a los sistemas, llamado reactor. El reactor, al ser un componente esencial para efectuar un cambio químico se consideran equipos que sirven para transformar un producto determinado, atendiendo sus causas físicas y químicas, para obtener uno nuevo o trabajar en el mismo, lo que muestra su gran importancia industrial. Muchos procesos naturales se pueden analizar mediante un reactor. De hecho, el presente trabajo muestra las modificaciones en la composición y concentración de ciertos constituyentes durante el tiempo de residencia de las aguas residuales en el reactor puesto que son elementos esenciales en el tratamiento de aguas residuales lo que destaca el uso frecuente como lo es en este caso, en el campo de la Ingeniería ambiental, y la gran importancia es que para garantizar una buena operación del reservorios y en acuíferos subterráneos. pero muy útil para determinarla distribución del flujo en unidades paralelas y evaluar las condiciones hidráulicas. En forma continua. sedimentadores. inferior a 1/30 del tiempo teórico de retención (to) y en un punto tal que se mezcle instantáneamente con la masa de agua afluente de la unidad que se piensa analizar.reactor es necesario evaluar su comportamiento hidráulico e identificar posibles problemas que lo afecten. biológico o industrial. brindando luego información acerca del mismo a un observador externo. estas sustancias se comportan como verdaderas “espías”. a través de su detección o medición. Sumado a esto. MARCO TEÓRICO: Los trazadores son sustancias que se introducen en un sistema con el fin de estudiar la evolución temporal y/o espacial de determinado proceso químico. y en base a ciertas consideraciones en el flujo y el mezclado se considera un tipo de reactor completamente mezclado en el que hay una muestra homogénea y flujos continuos de entrada y salida. floculadores. De esta forma. físico. La aplicación de trazadores puede hacerse de dos maneras distintas: En forma instantánea. lo cual es de enorme utilidad práctica. Dosificación instantánea Se aplica una concentración (Co) a la entrada de la unidad en evaluación en un tiempo muy corto. así como en modelos de reactores en etapa de diseño para conocer su comportamiento hidráulico y deficiencias en forma previa a su construcción. ríos. También tienen aplicación los ensayos de trazadores para la medición de caudal. es indispensable evaluarlo mediante la curva de contracción del trazador y el método de Wolf-Resnick. Las pruebas con trazadores han sido usadas por muchos años como medio para determinar el flujo en canales. En la actualidad estos ensayos se utilizan principalmente para determinarlos tiempos reales de retención y sus principales características concomitantes: tipos de flujo. como parte principal del análisis de un comportamiento hidráulico. Dosificación continúa Se aplica la concentración (Co) continuamente. Por eso. por un tiempo no menor de tres veces el periodo de retención teórico (to). espacios muertos y cortocircuitos hidráulicos en unidades de tratamiento como mezcladores rápidos. En plantas de tratamiento su uso ha sido limitado. introduciéndose en un sistema en forma prácticamente desapercibida. el objetivo en el que se centra la práctica es en determinar el comportamiento hidráulico del reactor de flujo continuo de tipo mezcla completa haciendo uso de un trazador al que se le determina su concentración y hallar un tiempo de retención hidráulico. y luego se interrumpe bruscamente la dosificación. . etcétera) hacen imposibles las condiciones de flujo estable. es difícil que esto ocurra. los reactores pueden ser de flujo de pistón. corrientes de inercia. cortocircuitos hidráulicos.La forma continua tiene la ventaja de permitir establecer comparaciones entre las curvas que se presentan a la entrada del trazador (cuando se inicia la dosificación) y al final (cuando el proceso se paraliza). desde el punto de vista hidráulico. Se entiende como tiempo medio de residencia. se obtiene una serie de valores de concentración que aumentan con el tiempo hasta llegar a un máximo y luego disminuyen progresivamente. parámetro denominado tiempo o periodo de retención. Flujo mezclado Un reactor con flujo mezclado es aquel en el que todo elemento que ingresa al reactor se dispersa inmediatamente dentro de él. Flujo de pistón Se describe como aquel en el que todas las partículas de fluido que entran a la unidad permanecen en ella el mismo tiempo. Se necesitan tiempos de retención o periodos de contacto cortos o largos para lograr la transferencia o las reacciones necesarias. Modelos de flujo En las unidades de tratamiento de una planta. el flujo del líquido puede ser de dos tipos: discontinuo o intermitente y continuo. . Además. Flujo continuo es el habitual en las plantas de tratamiento de agua. mezclado y no ideal. Teniendo en cuenta esta característica. En las plantas de tratamiento se dan procesos que ocurren muy rápidamente y también con mucha lentitud. los elementos de fluido pasan a través del sistema y son descargados en la misma secuencia en que fueron introducidos y no hay ningún tipo de mezcla entre el fluido que ingresa y el fluido que está en la unidad. De esta manera. Influencia del tiempo de retención Tradicionalmente se ha empleado para el diseño de los reactores utilizados en plantas de tratamiento de agua el Análisis de las características de un reactor Al aplicar trazadores a un reactor y analizar las muestras de agua tomadas a la salida. permanencia o tiempo de retención (to) del flujo en la unidad al cociente: 𝑇𝑜 = 𝑉 𝑄 Donde: V = volumen de la unidad Q = caudal En la práctica. ya que las condiciones hidráulicas del fluido (zonas muertas. se cumplirá que la concentración de una sustancia a la salida de la unidad es igual a la existente en todo el reactor. El aforo del caudal se realizó varias veces hasta que se consiguió un caudal estable. mezcla completa (M) y zona muertas(m) que se presentan en la operación normal a partir de parámetros como θ . Fase III: Prueba de trazadores Fuente: J. Caudal. METODOLOGÍA Para el desarrollo de la práctica fueron necesarios tres pasos Fase I: Reconocimiento de reactores. . M. Pérez Carrión. Se calculó la concentración Se aplicó el trazador al reactor. Las muestras se tomaban en vasos desechables de un tamaño pequeño y se obtenía la concentración leyéndolas en el espectrofotómetro con una longitud de onda de 480 nm.5 Tabla 1: Datos Volumen (Reactor-Trazador). DATOS. En la tabla 2 podemos observar los datos de concentración a lo largo del tiempo que se obtuvieron en la práctica. CALCULOS Y ANALISIS Volumen Trazador[ml] 1. seguidamente cada 2 minutos desde el minuto 34 hasta el minuto 60 y finalmente cada 5 minutos desde el minuto 60 hasta el minuto 200.25ml y se determinó que el tiempo para tomar las muestras fue cada minuto desde el tiempo inicial hasta el minuto 34. el cual fue un reactor mezcla completa de 3 series. calibración de caudal y determinación del tiempo de retención hidráulico.25 Volumen Reactor[L] 12. que en este caso fue de 1. Tanα los cuales se hallan graficando 1-f(t) en función de t/to en escala logarítmica el eje Y. Modelo de Wolf-Resnick El modelo de Wolf-Resnick permite calcular las fracciones de flujo a pistón(P). el primera concentración de trazador no se dio sino hasta los 7 minutos de haber aplicado el trazador.5 Caudal[ml/min] 200 TRH[min] 62. Posteriormente se procedió a medir el volumen del reactor y el caudal aforando con el método volumétrico.del trazador a utilizar la cual fue de 10mg/L. TRH. Se seleccionó el tipo de reactor que se pretendía evaluar. Fase II: Trazadores El trazador que se empleo fue el verde cromocresol. 577 0.449 2.736 1.806 2.806 2.042 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0.310 0.806 2.806 3.310 0.806 33 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 130 140 150 160 170 180 190 200 2.461 1.895 2.716 2.984 2.290 1.825 19 1.806 2.934 0.895 2.048 0 0 0 0 0 Tabla 2: Datos de concentración en el tiempo .806 2.488 0.666 0.806 2.271 2.984 2.271 1.469 1.Tiempo[Min] 1 2 3 4 5 6 7 Concetracion[Mg/L] 0 0 0 0 0 0 0.895 2.845 0.806 2.666 0.112 0.627 2.112 1.538 2.182 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 2.914 21 2.469 1.399 0.360 2.379 1.093 22 2.806 2.221 0.914 1.825 20 1.073 2.023 1.099 0.716 2.132 0.716 2.845 1.806 2. desde ese momento empezó a descender hasta quedar en 0 en el minuto 160 encuentra muy cercanos.3073 8. Ver tabla 3 (anexos).073 registrada a la salida del reactor Co= Concentración inicial del trazador 0.96 33.M.61 tm=t50 T 90 =Tiempo correspondiente al paso del 90% 67. con una diferencia de 7.5365 0.19 al paso del trazador Tf= Tiempo que transcurre hasta que 150. tc= Tiempo correspondiente al paso Cp/2 to= Tiempo de retención teórico tb= Tiempo correspondiente al paso de Cp/10 VALOR[Min] 50.221 8 0.96 0.1896 1. Tomada de J. Se puede Observar que el TRH teórico o To y el hallado a partir de la gráfica se evaluación.825 18 Interpolando CP/10 para hallar tb Concetracion[Mg/L] Tiempo[Min] 0.50 8. 𝐶𝑖 × ∆𝑇 = 𝐶𝑖 × (𝑇𝑓 − 𝑇𝑜) 𝐶𝑖 𝐸(𝑇) = ∑ 𝐶×∆𝑇 𝐸(𝑇) × ∆ (𝐶−𝐶𝑜)×100 𝐹(𝑇) = ∑ 𝑆𝑢𝑚𝑎(𝐶−𝐶𝑜) ∑ 𝑇×𝐸(𝑇)∗∆𝑇 ∑ 𝐸×∆𝑇 𝑇𝑅𝐻 = 1 − 𝐹(𝑇) = 100 − 𝐹(𝑇) La tabla 3 se realiza para poder hallar los parámetros o criterios de evaluación a partir del análisis de la curva de variación y para graficar el modelo de WolfReisnick que se encuentra más adelante.073 1. Parámetros tp= Tiempo correspondiente a la máxima concentración ti= Tiempo inicial desde que se aplica el trazador hasta que aparece en el efluente.3073 Interpolando CP/2 para hallar tc Concetracion[Mg/L] Tiempo[Min] 1.00 17.073 mg/L.19 62. Manual de Grafica 1: Concentración vs Tiempo A continuación ecuaciones utilizadas para el cálculo de los datos de la tabla 3.4 minutos.00 atraviesa la totalidad del trazador Parámetros Valor (mg/l) Cp=Concentración máxima del trazador 3.En la gráfica 1 se puede observar que la concentración del trazador aumento hasta el minuto 50 donde fue la máxima concentración de 3. Tomo II A continuación se muestran las tablas para hallar algunos datos de la tabla 4 Cp Cp/2 Cp/10 3. publicado en CEPIS/OPS.310 9 . Pérez Carrión.469 17 1.45 del trazador T 10 =Tiempo correspondiente al paso del 10% 17.00 7.042 registrada a la salida del reactor Tabla 4: Parámetros Principales.5365 17. 8 Dato no claro para determinar predominancia de flujo Tc/to 0.M.45 90.2% frente a un 38. Interpolando t10 F(t) Tiempo[Min] 8.51 18 Modelo De Wolf-Resnick Interpolando t50 F(t) Tiempo[Min] 48. . Manual de evaluación.2 0.43 . predomina flujo mezcla completa E: excentricidad IM: Índice de Morril Tabla 6: Criterios de evaluación Tomada de J.8% de flujo a pistón.IM se acerca al valor .09578 34 Interpolando t90 F(t) Tiempo[Min] 89.72 10.537696 Existencia de cortocircuitos hidráulicos Tp/t0 0.2750336 No indica mezcla completa Tb/to 0.08 65 90 67.4 0.M.96 70 Grafica 2: Modelo de Wolf Resnick Tabla 5: Interpolaciones Criterio Trazando la curva de la tangente obtuvimos los valores Número (Valor) Análisis 0.71 17 10 17. publicado en CEPIS/OPS.112 El valor obtenido es menor a 0.6896 0.3 0.388 0 Tabla 7: Datos obtenidos después de analizar la gráfica de Wolf Resnick Se puede concluir del modelo de Wolf Resnick que el flujo predominante es de mezcla completa con un valor de 61.688 Dato no claro para determinar predominancia de flujo 3.923884209 El valor para mezcla completa es igual a 4. Pérez Carrión. también se puede observar que no existen zonas muertas lo cual deja como único problema los cortos circuitos. y el principal falla hidráulico son los cortos circuitos. Pérez Carrión predomina el flujo 𝑇1 de 𝑇𝑜 𝑦 Tanα.61 51. Dato θ Tanα P M p m 𝑇2 𝑇𝑜 los cuales se utilizan para hallar θ.388 61. Tomo II De acuerdo a los criterios tomados de J. Valor 0.mezcla completa.3 significa que existe paso directo del trazador entre la entrada y la salida del reactor Ti/t0 < 0.31 33 50 33.14336 No indica mezcla completa Tm/t0 < 1 0. 3880) ∗ (1 − 0) = 0.2 minutos.Ecuaciones de los datos obtenidos en la tabla 7 𝑡𝑎𝑛 ∝= 1 1.3880) ∗ (1 − 0) =0.330 = 61.3880) ∗ (1 − 0) Análisis de Resultados Los resultados obtenidos en la tabla 4 de parámetros principales indican un valor Ti/To de 0.5 minutos .4 𝑚 = 1 − (0. que originan un tiempo de retención muy pequeño 3. nos estaría indicando un flujo a pistón.537 < 1 . estas se descartan analizando las ecuaciones del modelo de Wolf resnick . = 0.8% Mezcla completa 𝑀 = (1 − 0.6339 (1 − 0.4∗0. Se presentan cortos apreciables.3 lo cual indica que el reactor tiene problemas de cortos circuitos.3880 Zonas muertas 0. para que sea un flujo a pistón debe ser mayor o igual a 1. donde se obtiene un valor negativo indicando que las zonas muertas para el reactor es igual a 0.4 𝑡𝑎𝑛 ∝=0.8% de flujo a pistón lo cual es un resultado idóneo puesto que trabajamos en un reactor de mezcla completa.3880)= -0.112 el cual es menor a <0.3880 = 38.8 es un valor que oscila entre 0 y 1.6896) Calculando la fracción de mezcla completa y flujo a pistón obtuvimos un porcentaje mayor de mezcla completa del 61. Tm/To Tp/to =0.85 − 0.2% en comparación al 38.4 𝑡0 𝑝= 0.6896 𝜃= 𝑡1 = 0. lo que corresponde a que efectivamente existen cortos circuitos y que da la posibilidad de zonas muertas . nos damos cuenta de que se trata de un flujo mezclado dado que 0.435+(0.4)∗(0.8 al este valor tender a 1. 1 = 1. Se presentó un pequeño inconveniente al momento de introducir el trazador. debido a que se introdujo un trazador con una concentración diferente a la indicada con lo cual se tuvo que volver a empezar y vaciar el reactor esto afecto el mezclado ya que se cambió la posición del reactor y las paletas de mezclado en primer lugar no estaban correctamente aseguradas esto posiblemente provoco la presencia de cortos circuitos en el reactor.2% Eficiencia de mezcla 𝑛= tuvo un valor de 0.6896 0.0309 Flujo a pistón 𝑃 = (0. en lugar de un tiempo calculado de 62. pero teniendo en cuenta la relación entre el tiempo inicial en el que se aplica el reactor. Conclusiones Bibliografía Para un buen desarrollo de la prueba de trazadores. http://www.edu. J. . El trazador se debe inyectar en un punto de mezcla a la entrada para evitar que se estanque desde el principio en una zona donde no haya buena distribución. (1992). para que la concentración total detectada a la salida sea igual a la que se aplique a la entrada. Lima: CEPIS/OPS.edu.gt/eris/te sis_eris/is/IS_0244. la forma en que se adiciona el mismo y la anticipación o retardo del mezclado.pdf http://www.uy/iq/maestrias/Dise nioReactores/materiales/notas2. Manual de evaluación. es necesario además de seleccionar correctamente el trazador contar con la cantidad apropiada y dar un tiempo considerablemente mayor que el teórico de residencia para garantizar que todo el trazador alcance a salir en su totalidad.pdf Anexos .usac. Para obtener resultados óptimos se deben tener en cuenta la distribución del tiempo de residencia del material en este caso el trazador que está fluyendo en el reactor. M.pdf http://sitios. Pérez Carrión.ingenieria. los resultados esperados. Es importante que el trazador escogido se una sustancia que no reaccione con los compuestos presentes en el agua.galeon.fing.com/mcoronado/ANA LISIS_UNIDADES/04REACTORES. Para evitar variaciones de la distribución del tiempo de residencia se debe asegurar que haya un buen mezclado para evitar canalización dentro del reactor y obtener así. Tomo II.