UNIDAD 3: Coagulación Principios Proceso/ Diseño de las Unidades Mezcla Rápida/ Canaleta Parshall MEZCLA RÁPIDA La mezcla rápida es una operación empleada en el tratamiento del agua con el fin de dispersar rápida y uniformemente el coagulante a través de toda la masa o flujo de agua. La mezcla rápida puede efectuarse mediante turbulencia, provocada por medios hidráulicos o mecánicos. Entre las unidades hidráulicas de mezcla rápida que pueden usarse se encuentran el resalto hidráulico, los vertederos y los mezcladores estáticos; entre las unidades mecánicas de mezcla rápida que pueden emplearse se encuentran los mezcladores mecánicos. Para los niveles bajo y medio de complejidad, en lo posible, no se recomienda el empleo de mezcladores mecánicos sino hidráulicos. COAGULADORES HIDRÁULICOS COAGULADORES MECÁNICOS ECUACIONES PARA EL DISEÑO • El modelo básico de diseño fue formulado por Camp y Stein en 1943. El gradiente de velocidad es ampliamente aceptado, como un medio para calcular los requerimientos energéticos de mezcla. Los gradientes de velocidad pueden calcularse con las ecuaciones siguientes: Para mezcladores hidráulicos Para mezcladores mecánicos • Según Rushton, la potencia requerida para establecer condiciones de turbulencia completa en un tanque de mezcla rápida, N RE > 100000, se puede determinar por la relación siguiente: P = KpN 3 d 5 donde: P = Potencia requerida, W K = constante p = densidad del agua, kg/m 3 d = diámetro del impulsor, m N = velocidad del impulsor, revoluciones/s • El número de Reynolds está dado por: donde: d = diámetro del impulsor, m N = revoluciones/s p = densidad del líquido, kg/m 3 u= viscosidad dinámica, N s/m 2 , kg/ms, Pa.s * La relación entre la distancia desplazada del fluido con cada revolución del impulsor y el diámetro del mismo, recibe el nombre de pitch; el impulsor tiene un pitch cuadrado cuando esta relación es igual a 1. DISEÑO DE CANALETA PARSHALL • La canaleta parshall tiene 2 funciones: unidad de mezcla rápida y medidor de caudal. Esta formada por tres partes principales: la entrada principal, la garganta “W” o tramo angosto del canal y la salida o parte divergente. CANALETA PARSHALL DIMENCIONES DE LA CANALETA PARSHALL Tomado de Jairo Alberto Romero. Tratamiento de aguas residuales LÍMITES DE APLICACIÓN. MEDIDORES PARSHALL CON DESCARGA LIBRE Tomado de: manual de hidráulica de J.M. de Azevedo Netto y Guillermo Acosta Alvarez, 6ª Edición SEGÚN EL RAS TITULO C Mezcladores hidráulicos como la canaleta Parshall 1. Resalto hidráulico a) Parámetros de diseño Deben tenerse en cuenta los siguientes parámetros de diseño: • La velocidad mínima en la garganta debe ser mayor de 2 m/s. • La velocidad mínima del efluente debe ser aproximadamente 0.75 m/s. • El resalto no debe ser oscilante; es decir que el número de Froude (Fr) no debe estar entre 2.5 y 4.5. • El número de Froude debe estar entre 1.7 y 2.5 o entre 4.5 y 9.0. • Ha/w debe estar entre 0.4 y 0.8. Donde Ha es la altura del agua y w es el ancho de la canaleta. • El Gradiente medio óptimo se produce para valores mayores de 1000 s-1. b) Punto de aplicación del coagulante La aplicación de la solución de coagulante debe realizarse en el punto de mayor turbulencia SEGÚN EL RAS TITULO C Mezcladores mecánicos a) Parámetros de diseño Deben tenerse en cuenta los siguientes criterios de diseño: • Tiempo de detención (td) menor de 60 s. • Gradiente medio de velocidad (G) entre 500 s-1 y 2000 s-1. • La planta debe contar por lo menos con dos unidades. b) Punto de aplicación Los productos químicos que se adicionan deben ser introducidos en la parte inferior de la turbina o de la hélice del agitador. ECUACIÓN DE CAUDAL La ecuación para el caudal bajo condiciones de flujo libre es de la forma: = ℎ Donde: = caudal en 3 / ℎ = Carga medida aguas arriba de la garganta en metros = exponente que varia de 1.52 a 1.60. depende del ancho de la garganta = factor que depende del ancho de la garganta Valores de los parámetros en aforadores Parshall Ancho de la garganta, W K n 1'' 0.0604 1.55 2'' 0.1207 1.55 3'' 0.1771 1.55 6'' 0.3812 1.58 9'' 0.5354 1.53 1' 0.6909 1.522 1.5' 1.056 1.538 2' 1.428 1.550 3' 2.184 1.566 4' 2.953 1.578 5' 3.732 1.587 6' 4.519 1.595 7' 5.312 1.601 8' 6.112 1.607 EJERCICIO Basado en la utilización de la ecuación de Bernoulli y considerando diferentes secciones en la canaleta, determinar el perfil hidráulico de la canaleta y el cálculo del valor del gradiente . • Q = 100 l/s • T = 16°C • Viscosidad cinemática= 0.01117 2 / • Densidad= 0.99897 / 3 Tamaños de garganta Sumergencia (hb/ha) 1 a 3 in <= 0.5 6 a 9 in <= 0.6 1 a 8 ft <= 0.7 BIBLIOGRAFÍA [1] RAS TÍTULO C_ UNIDADES DE MEZCLA RÁPIDA [2] Jorge Arturo Pérez Parra “Manual de potabilización del agua”. Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia Sede Medellin. http://www.bdigital.unal.edu.co/70/4/45_-_3_Capi_2.pdf [3] ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS. Capitulo 5: medida del flujo en sistemas de flujo libre. http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/5000117/co ntenido/cap5/lec5_5.htm