Modulo3-B-071111-PTA
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Sedimentacin
Sedimentacin floculenta Tipo 2
Contacto de partculas; masa de partculas velocidad;
Carga de superficie Profundidad del tanque Gradiente de velocidad del sistema Concentracin de partculas Tamaos de las partculas
Ensayos de sedimentacin
-
Sedimentacin
Sedimentacin floculenta Tipo 2
Columnas de sedimentacin Altura igual al tanque de sedimentacin Mltiples orificios Distribucin uniforme en toda la profundidad Temperatura uniforme Toma de muestras a intervalos regulares
-
Sedimentacin
Remocin =
++1
2
-
Sedimentacin
Sedimentacin floculenta Tipo 2
Consideraciones La carga de superficie real es menor a la terica
Carga sup. Real = Carga sup. terico * factor Factor 0.65 a 0.85
Tiempos de retencin reales mayores a los tericos
Tiempo Real = Tiempo terico * factor
Factor 1.25 a 1.5
-
Sedimentacin
Ejemplo
Altura de columna 2.5 m; Tiempo de detencin 20 min;
10 20 30 40 50
tiempo
Determine La remocin total (%); Tasa de sedimentacin
superficial;
-
Sedimentacin
10 20 30 40 50
tiempo
1 0.5
2 0.275
3 0.375
4 1.35
0.45
0.50
0.50
0.50
0.55
pro
fun
did
ad
Para t = 20 minutos
Remocin (%) =
++1
2
R = 1
100+80
2 +
2
80+70
2+
3
70+60
2 +
4
60+50
2 = 65.7%
-
Sedimentacin
Tasa de sedimentacin superficial (TSS) o Carga de Superficie
=
=
Profundidad
Tiempo de detencin
=2.5
20m min = 180 m da
El valor real es:
=2.5
201.5m min = 120 m da
El valor terico es:
-
Sedimentacin
Concentracin
-
Sedimentacin
Sedimentacin Zonal Tipo 3
Sedimentacin simple
Ensayos de columnas de sedimentacin rea instalaciones Espesamiento de lodos
Mtodo de flujo de slidos
-
Sedimentacin
Sedimentacin Simple Superficie para clarificacin Superficie para espesado Tasa de extraccin de lodos
Mayor superficie
Talmadge y Fitch
t2
-
Sedimentacin
Sedimentacin Simple
Velocidad constante f(floculacin; concentracin) Concentracin Velocidad (progresiva) Zona de compresin
-
Sedimentacin
= 0
=0 0
=
Ae = superficie para espesado; Ac = superficie para clarificacin; tu = tiempo para concentracin de lodos deseada; H0 = altura inicial de la interfase en la columna; C0 = concentracin inicial; Cu = concentracin de lodos deseada; Q = caudal entrante al estanque; Qc = caudal sobrenadante; v = velocidad de subsidencia;
-
Sedimentacin
t2 t2
-
Sedimentacin
Ejemplo
Dimensionamiento de un tanque de lodos activados Concentracin inicial, C0 4,000 mg/l; Altura inicial de la interfase, 60 cm; Caudal entrante 400 m3/d; Concentracin de lodo, Cu = 12,000 mg/l;
Determine La superficie del tanque; Carga de slidos en kg/m2 da; Carga de superficie m3/m2 da;
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
Resultados
Dimensionamiento de un tanque de lodos activados Superficie del tanque = 16.89 m2 ; Carga de slidos = 94.7 kg/m2 da; Carga de superficie = 23.68 m3/m2 da;
-
Sedimentacin
Mtodo de flujo de slidos Ensayos de columnas de sedimentacin
Sedimentacin por gravedad Transporte de masa
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
El flujo de slidos se determina por:
=
=
= +
= +
SFg = flujo de slidos por gravedad, kg/m
2h; SFu = flujo de slidos por extraccin lodos, kg/m
2h; Ci = concentracin de slidos, mg/l; Cu = concentracin mxima de slidos, mg/l; Ub = velocidad descendente de la masa, m/h; Vi = velocidad sedimentacin slidos a Ci, m/h; k = factor de conversin de unidades, 1/1,000;
-
Sedimentacin
Velocidad de sedimentacin zonal a distintas Ci
Ci elevadas Vi 0
SFg bajo
Ci bajas SFg bajo
Vi ind. de Ci
Vi cte. Ci SFg
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
El rea transversal del sedimentador se determina por:
= + 0
SFL = flujo de slidos lmite, kg/m
2da; C0 = concentracin en el caudal de entrada, g/m
3; (Q+Qu)= caudal volumtrico total que entre al estanque, m3/da; A = rea transversal, m2; = Qu/Q; k = factor de conversin de unidades, 1/1,000;
= 1+ 0
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
Ejemplo
Q+Qr = 24 m3/m2 da; Qr = 40% de Q; Qw 0
Q = 8,000 m3/da
Determine El rea del sedimentador
-
Sedimentacin
1. Determinar el flujo de slidos por gravedad
SSLM, mg/lVel. Sed.,
m/h
2,000 4.27
3,000 3.51
4,000 2.77
5,000 2.13
6,000 1.28
7,000 0.91
8,000 0.67
9,000 0.49
10,000 0.37
15,000 0.15
20,000 0.07
30,000 0.027
=
Flujo de slidos
gravedad, kg/m2 h
8.54
10.53
11.08
10.65
7.68
6.37
5.36
4.41
3.7
2.25
1.4
0.81
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
2. Determinar el flujo de slidos de lodos
=
Carga Sup. =
=
Carga Sup.
= 0.29 /
-
Sedimentacin
2. Determinar el flujo de slidos de lodos
SSLM, mg/lVel. Sed.,
m/h
2,000 4.27
3,000 3.51
4,000 2.77
5,000 2.13
6,000 1.28
7,000 0.91
8,000 0.67
9,000 0.49
10,000 0.37
15,000 0.15
20,000 0.07
30,000 0.027
Flujo de slidos
lodo, kg/m2 h
0.58
0.87
1.16
1.45
1.74
2.03
2.32
2.61
2.9
4.35
5.8
8.7
=
= 0.29 /
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
3. Determinar el flujo de slidos totales, SFL y Cu
6.5
22,414
-
Sedimentacin
4. Determinar concentracin de slidos en el reactor
0 + = +
= 6,404 /
Balance de masa del sistema
Supuestos No existe crecimiento
celular en el reactor; X0
-
Sedimentacin
5. Determinar el rea del sedimentador
= 460 2 = 1+ 0
Carga Sup. =
= 466 2
Qu proceso determina el rea del sedimentador?
El rea mayor. En este caso clarificador.
-
Sedimentacin
Sedimentacin por Compresin Tipo 4
= 2 2
Ht = altura del lodo en un tiempo t; H = altura del lodo tras un prolongado perodo de tiempo; H2 = altura del lodo en un tiempo t2; i = constante para una suspensin dada;
-
Sedimentacin
vTS h
Sedimentadores de flujo horizontal Eficiencia depende principalmente de la velocidad y
en consecuencia del rea
-
Sedimentacin
Sedimentadores laminares Ventaja Aumento de la eficiencia Desventaja Problema prctico la limpieza del sistema
-
Sedimentacin
Sedimentadores laminares Se utilizaron por cerca de 60 aos
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
Cules son sus caractersticas? Serie de tubos o laminas paralelas Inclinadas Flujo laminar
-
Sedimentacin
Cules son sus caractersticas? Trayectoria ascensional (existen de flujo descendente) Se mueven a contracorriente por accin de la fuerza
de gravedad
-
Sedimentacin
Sedimentador laminar ascendente Fuente: Neptune Microfloc
-
Sedimentacin
Sedimentadores de laminares Fuente: Parkson Corporation
-
Sedimentacin
Aplicaciones prcticas Aumentar flujo en sedimentadores sobrecargados sin
perder eficiencia Disminuir el rea de sedimentacin inversin Pueden trabajar con flujo ascendente o descendente
-
Sedimentacin
Qu permiti esta nueva configuracin? Cargas superficiales mayores (4 a 10 veces) Menor perodo de sedimentacin Flujo ms estable
Carga Sup. =
Sedimentadores de flujo horizontal
-
Sedimentacin
Puede ser extendido a otros sistemas de sedimentacin? En lo particular para sedimentadores de alta velocidad
=0
sin + cos
S = constante segn tipo de sedimentador; v0 = velocidad promedio del flujo a travs del sedimentador; vS= velocidad de cada de la partcula suspendida; L = l/e longitud relativa; = ngulo de inclinacin del sedimentador;
-
Sedimentacin
e
-
Sedimentacin
Considerando un valor crtico de S Sc
= 0
sin + cos
Sc = constante crtica segn tipo de sedimentador; vTS= velocidad terminal de sedimentacin;
-
Sedimentacin
Por lo tanto la carga de superficie equivalente sera:
f = factor de rea, sen + Lcos; A0= rea perpendicular a las placas; A = rea de sedimentador (convencional)
Carga Sup. =
=
0
-
Sedimentacin
Existen varios factores que afectan el proceso: Relacin ancho longitud Flujo laminar Inclinacin de celdas Carga superficial
-
Sedimentacin
Relacin: Ancho(e) Longitud(l)
L= l/e
120
cm
60
6 cm
L= 120/6 = 20 e; l;
L= 240/6 = 40
Duplicamos l
Qu significa en trminos de eficiencia?
-
Sedimentacin Eficiencia terica sedimentador para distintas longitudes
L= l/e
-
Sedimentacin Eficiencia terica sedimentador para distintas longitudes
L= l/e
-
Sedimentacin
Flujo laminar
Turbulencia a la entrada de las celdas?
= 0
NR = nmero de Reynolds; v0= velocidad promedio del flujo a travs del sedimentador; = viscosidad cinemtica
0 =
= 0.0580
LT = L + L
-
Sedimentacin
Inclinacin de las celdas
= 0 = 0
sin + cos
0
=
vTS / v0 bajas L
Eficiencia mxima
Eficiencia = 1 0
-
Sedimentacin
Inclinacin de las celdas
= 90 = 0
sin + cos
0
=1
-
Sedimentacin Relacin eficiencia vs ngulo de inclinacin
-
Sedimentacin
Influencia del ngulo de inclinacin en la eficiencia
-
Sedimentacin
Carga superficial
Carga Superficial
Eficiencia
-
Sedimentacin
Fuente: Comparaciones realizadas por Yao
-
Sedimentacin
Respecto de su uso en Aguas residuales: Presentan problemas de olores; Acumulacin de aceites y grasas Obturacin;
Para su control: Limpieza peridica (mangueras a presin)
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
Ejemplo
En una planta de tratamiento con un sedimentador horizontal: Dimensiones de 24 m de longitud, 18 m de ancho y
3.7 m de profundidad; Caudal 50,000 m3/d;
Se instalarn mdulos tubulares. Determine Carga superficial actual; Carga superficial equivalente; Verificacin de NR;
-
Sedimentacin
Resultados
Carga superficial actual 116 m3/ m2 d; Carga superficial equivalente 45 m3/ m2 d; NR 116 Flujo Laminar,
-
Sedimentacin
Teora versus prctica
Corrientes de densidad
Trmicas
Concentracin
Corrientes debido al viento
Condiciones hidrulicas
Zona de entrada
Zona de sedimentacin
Zona de salida
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Por temperatura
TA TS
TA < TS
Ton/m3
4C, = 1.00000; 8C, = 0.99988;
16C, = 0 .99897; 18C, = 0.99862; 20C, = 0.99823;
TS
TA
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Por temperatura
Corrientes trmicas debidas al agua fra
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Por temperatura
TB TS
TB > TS
Ton/m3
4C, = 1.00000; 8C, = 0.99988;
16C, = 0 .99897; 18C, = 0.99862; 20C, = 0.99823;
TS
TB
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Por temperatura
Corrientes trmicas debidas al agua caliente
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Evaluacin del efecto de la temperatura
Cul es la masa de agua a 4C?
TS = 4C; V = 100,000 m3 4C, = 1 Ton/m3
M = 100,000 Ton
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Evaluacin del efecto de la temperatura
Cul es la masa de agua a 8C?
TS = 8C; V = 100,000 m3 8C, = 0.99988 Ton/m3
M = 99,988 Ton
M = 12 Ton 120 g/m3
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Por concentracin
Caoln, mg/l
, Ton/m3
0 1.0027
20 1.0056
40 1.0100
60 1.0162
80 1.0225
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Evaluacin del efecto de la concentracin
Cul es la masa de agua a C = 20 mg/l?
C = 20 mg/l; V = 100,000 m3 20 mg/l, = 1.0056 Ton/m3
M = 100,560 Ton
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Evaluacin del efecto de la concentracin
Cul es la masa de agua a C = 80 mg/l?
C = 80 mg/l; V = 100,000 m3 80 mg/l, = 1.0225 Ton/m3
M = 102,250 Ton
M = 1,690 Ton 16.9 kg/m3
-
Sedimentacin
Corrientes debidas al viento
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada
Floculador
GA GB
Sedimentador
Qu puede generar esto?
GA > GB
Turbulencias
sedimentacin
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada
Floculador
GA GB
Sedimentador
Qu efecto se podra generar?
Rompimiento de los floculos
Disipador de energa
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada Objetivo Distribucin uniforme de flujo hacia la zona de
sedimentacin (rea transversal)
Cmo se consigue?
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada
Floculador Sedimentador
Estructura
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada
Est controlado el problema? Alteraciones del flujo: Velocidad excesiva del flujo a la entrada; Orificios de ingreso muy grandes;
Distribucin desigual del flujo: Orificios de distintos dimetros; Orificios parcialmente obstruidos; Tabiques parciales;
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada Disipacin de chorros sumergidos
Resultados experimentales 10 v; 40%; 100 v; 94%;
v
10 100
v1=0.6v
v2=0.06v
Ejemplo: Velocidad de 30 cm/s; = 10 cm
10 v = 18 cm/s 100 v = 1.8 cm/s
-
Sedimentacin
Esquemas de zonas de entrada
-
Sedimentacin
Esquemas de zonas de entrada
-
Sedimentacin
Corto circuitos
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Zona de entrada
Corto circuitos y espacios muertos
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada Tabiques difusores
Basados en literatura (Azevedo Netto, Figura a): Nmero de orificios pequeos Forma ideal circular por sobre cuadrada; Orificios inferiores a h/4 o h/5 sobre el fondo (sin
remocin mecnica de lodos); Orificios superiores a h/5 o h/6 de la superficie Tabique difusor a distancia suficiente pared
sedimentador para limpieza (0.8 m);
-
Sedimentacin
Gradiente de velocidad para distintos dimetros de orificios
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada Ejemplo: Calcular N de orificios para un tabique difusor de un tanque sedimentador que tiene 4.8 m de profundidad por 5 m de ancho y un Q = 130 l/s. El gradiente de velocidad de la ltima cmara de floculacin es G = 20 1/s y T = 4C.
-
Sedimentacin
Gradiente de velocidad para distintos dimetros de orificios
G=20
=8
v=14
q=0.75
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada
Dimetro cm
Caudal por orificio
l/s Velocidad
cm/s No. Orificios
8 0.75 14 173
10 1.15 16 113
12 1.8 17 72
15 3.3 18 39
Velocidad para = 10 cm 100 v = 0.96 cm/s
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de entrada
Floculador Sedimentador
1 2 10
1
2
11
40 cm
30 cm
70 cm
80 cm
100 cm
h/6 = 80 cm
h/5 = 96 cm
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de salida
Objetivo Recoleccin uniforme de agua a una velocidad tal que
evite arrastrar flculos en el efluente;
Problemas Canaletas de pequea longitud, mal ubicadas, mal
niveladas o impropiamente diseadas Cortocircuitos hidrulicos y zonas muertas
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Zona de salida
Red de lneas de flujo
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Zona de salida
Efecto del vertedero de salida en lneas de flujo
-
Sedimentacin
Corrientes de densidad Zona de salida
Efecto del vertedero de salida en lneas de flujo
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de salida
Estructuras de salida
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de salida
Tipos de estructuras Vertederos de rebose
Canaletas de rebose
Orificios
Lisos Dentados
Lisas Dentadas Con orificios
Circulares Cuadrados
-
Sedimentacin
Vertederos de rebose
-
Sedimentacin
Vertederos de rebose
-
Sedimentacin
Vertederos de rebose
-
Sedimentacin
Canaletas de rebose
-
Sedimentacin
Canaletas de rebose Fuente: Aqua Colombia Ltda.
-
Sedimentacin
Canaletas de rebose
-
Sedimentacin
Canaletas de rebose
-
Sedimentacin
Canaletas para el agua decantada
-
Sedimentacin
Canaletas para el agua decantada
-
Sedimentacin
Orificios de salida
Q = C A 2
A = rea del orificio, m2; C = Coeficiente 0.6 0.8; h = Prdida de carga en el orificio;
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de sedimentacin
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de sedimentacin
Remocin de lodos En forma continua En forma intermitente
-
Sedimentacin
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de sedimentacin
Barre lodos tanque rectangular
-
Sedimentacin
Sedimentador circular
-
Sedimentacin
Sedimentador circular
-
Sedimentacin
Condiciones hidrulicas Zona de sedimentacin
Barre lodos tanque circular
-
Sedimentacin