OPTIMIZACION SISTEMA DE FLOCULACION PLANTA DE...
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OPTIMIZACION SISTEMA DE FLOCULACION
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
SANTA FE DE ANTIOQUIA
I. DIAGNOSTICO SISTEMA ACTUAL
El sistema de floculación esta compuesto por un floculador hidráulico deflujo horizontal y por dos módulos de floculadores mecánicos los cuales presen- tan la siguiente distribución
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Cálculo del tiempo de retención
Se pretende mejorar la capacidad de la Planta de tratamiento con un caudal de diseño de 200 lps
Timpo de retención en el floculador hidráulico
Caudal de diseño Qd = 200 lpsQd = 0,2 m3/seg
Ancho floculador B = 6,4 mEspaciamiento entre tabiqu b = 1,25 mProfindidad h = 3 mEspesor tabique e = 0,3 mCaudal
Velocidad de paso v = 0,0533 m/seg
Número de tabiques n = 3 unid
a = 1,1 m
F. Mecanico 1 F. Mecanico 2
F. Hidráulico
Entrada
Canal de
Pantallas
AvQ ⋅=
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tdh = 385,31 seg6,42 min
Tiempo de retención en el floculador mecánico
B = 4 mL = 5,2 mH = 3 m
Volumen del floculador V = 62,4 m3
Caudal de cada floculador mécanicoQm = 0,1 m3/seg
Tiempo de retención tdm = 624 seg10,4 min
Timpo total de retenciónTd = tdm + tdhTd = 16,8 min
El tiempo de retención es menor que el tiempo mínimo permitido en elras 2000 C.5.5.2.1 de 20 minutos
Cálculo del gradiente en el floculador hidráulico
k = 3,2γ = 9790,2 Nw/m3
μ = 1,14E-03 Nw*s/m2
G = 5,76 s-1
EL gradiente es muy bajo, no permite la formación adecuada del floc, y no cumple con el RAS 2000 C.5.5.2.1 el que debe estar entre 15 y 70 s-1
( )v
aebBNt −++=
21
3
2 ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
BgvKG
μγ
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II. DISEÑO FLOCULADOR HIDRAULICO DE FLUJO VERTICAL
CARACTERISTICAS GENERALES
Caudal de diseño de la planta
Qd = 200 lps
Se proponen la construcción de dos módulos de floculadores hidráulicos de flujovertical con el fin de facilitar las operacones de mantenimiento y cumpliendo conla normatividad (RAS 2000 C.5.5.2.5) Por lo cual el caudal de diseño de cada módulo será igual a la mitad del caudal todal de la Planta
Caudal de diseño Q = 100 lpsQ = 0,1 m3/seg
Médidas del floculador
El ancho y largo del floculador de flujo de flujo vertical son fijas y dependen de lasdimensiones de la estructura actual para el ancho y para el largo depende de lapropuesta de optimización para los floculadores mecánicos.
Ancho de cada módulo b = 2,05 m Largo L = 9 mProfundidad H = 2 m
Volumen por módulo V = 36,9 m3
Tiempo de retención T0 = 369 segT0 = 6,15 min
2 05 m
9,0 m
2 05 m
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Este tiempo de retención es parcial para todo el sistema de floculación, ya que escomplementario con la floculación mecánica por esta razón no cumple de formaindividual con el RAS 2000 C.5.5.1.1. para tiempos de retención en floculadoreshidráulicos deben estar entre 20 y 30 min.
Gradiente del sistema G (promedio) = 40 s-1
Valor escogido de acuerdo a la recomendación RAS 2000 C.5.5.1.1, El gradientemedio de velocidad debe estar entre 20 y 70 s-1
viscocidad υ = 1,01E-06 m2/seg
Coeficiente Orificio Cd = 0,7
Figura 1. Parámetros floculador eje vertical
PARAMETROS DE DISEÑO
1. Pérdida total
La pérdida de carga total del sistema se halla mediante la siguiente ecuación
H
h1
hf
hf
h2
V
V2
V3
hf
Orificio
e
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gvtG
hT0
2
=
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vtGh 0
2
= Ec. 1 (III.45, Arboleda Valencia)
hT = 0,061 m6,079 cm
2. Espaciamiento entre tabiques
El caudal que pasa por cada tabique en flujo ascendente o descendente esta dadopor:
Donde V es la velocidad de paso entre los tabiques y A es el área transversal a ladirección del flujo y esta dada por el ancho del módulo b y el espaciamiento entre tabiques e
Ec. 2
v2 es la velocidad de paso entre tabiques y es asumida inicialmente como 0,2 m/s
Asumida v2 = 0,2 m/s
e = 0,2439 m
Espaciamiento asumido e = 0,30 m
Se escoge un valor constructivo para elespaciamiento, pot lo cual se calcula de nuevo la velocidad de paso entre tabiques
Velocidad con el nuevo e v2 = 0,1626 m/seg
3. Número de tabiquesEc. 3 (III.46, Arboleda Valencia)
n = 30 tabiques
4. Pérdida por tabiqueEc. 4 (III.47, Arboleda Valencia)
hf = 0,002026 m0,203 cm
gT
Htv
n 02=
nhh T
f =
2vbQe =
AVQ ⋅=
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4. Pasos superiores
Asumiendo un valor de h1
h1 = 0,1 m
h2 = h1 - hf
h2 = 0,097974 m
Coeficiente h2/h1 = 0,9797 m
Cálculo del Coeficiente de Sumergencia con base en la Tabla III.10 Arboleda Val. para el cálculo del gasto unitario por metro de vertedero
α = 0,352
Gasto unitario Ec. 5 (III.48, Arboleda Valencia)
q = 0,064768 m3/seg/m
Con este valor del gasto unitario por Ml de vertedero podemos calcular un anchoteórico para el floculador de acuerdo a:
Ec. 6 (III.49, Arboleda Valencia)
Q = 0,1 m3/seg
b = 1,544 m
Como se ha definido un ancho fijo para cada módulo del floculador, calculamosde nuevo el gasto unitario real
Ancho real b = 2,05 mQ = 0,1 m3/seg
Gasto unitario real q = 0,048780 m3/seg/m
Teniendo en cuenta que
Se asume α = 0,402
h1 = 0,065948096 m
qQb =
184,1 hq α=
184,1 hq α=
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h2 = h1 - hf
hf = 0,002026177 m
h2 = 0,0639 m
Coeficiente h2/h1 = 0,969
Verificación α = 0,402(Tabla III.10, Arboleda Valencia)
5. Pasos inferioresEc. 6 (III.50, Arboleda Valencia)
Q = 0,1 m3/segCd = 0,7hf = 0,002026 m
A= 0,7165 m2
Altura del orificio inferiorEc. 7
a = 0,34951021 mMedida constructiva a = 0,35 m
Velocidad en el orificioEc. 8
v3 = 0,1394 m/s
Gradiente en el orificio Ec.III-51 Arboleda Valencia
Ec. 9 (III.51, Arboleda Valencia)
Coeficiente f = 0,04
fghCdQA22=
baQv⋅
=3
υRHfvG
8
3
=
bAa =
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(f = 0,04 - 0,03, Arboleda Valencia)
Radio Hidráulico RH = A/PA = 0,7175 m2P = 4,8 m2
RH = 0,149479167 m
G = 9,47 S-1
Es menor que el gradiente de paso general por lo cual el floc no se mantendrá íntegro durante el paso por los orificios sumergidos
G (sistema) < G (orificios)
40 < 9,47
Orificios inferiores
Con el fin de evitar depósitos en el fondo, se deberán construir orificios de fondo en los tabiques que lleguen hasta el, equivalentes al 5% del flujo
5 % del caudal Qd orificio = 0,005 m3/seg
Gradiente en el orificio de fondoEc.III-51 Arboleda Valencia
Ec. 9 (III.51, Arboleda Valencia)
Coeficiente f = 0,04(f = 0,04 - 0,03, Arboleda Valencia)
Radio Hidráulico RH = A/Pborif = 0,4aorif = 0,15
A = 0,06 m2P = 1,1 m2
RH = 0,054545455 mv = 0,083333333 m/s
G = 7,25 S-1
Se mantiene en gradiente por debajo del general del floculador.
υRHfvG
8
3
=
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u
DISEÑO SISTEMA DE FLOCULACIÓN MECÁNICA
1. Caracteristicas generales
Caudal de diseño de la planta
Qd = 200 lps
Se proponen la contrucción de dos módulos de floculadores mecánicosindependientes compuestos cada uno de dos compartimientos con su respec- tivo motor y sistema de paletas agitadoras Por lo cual el caudal de diseño de cada módulo será igual a la mitad del caudal todal de la Planta
Caudal de diseño por mód Q = 100 lpsQ = 0,1 m3/seg
Médidas del floculador
Las medidas del floculador son establecidas de acuerdo a la estructura existente y al objetivo propuesto el cual es tener dos módulos de floculación indepen-dientes
Medidas por compartimiento
Ancho b = 4 m Largo L = 4 mProfundidad útil H = 3 m
Volumen V (por comp) = 48 m3
Cada módulo esta compuesto por dos compartimientos
El volumen total de cada módulo es
V = 96 m3
Tiempo de retención
dtVQ =
QVt d =
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QVt d =
t d = 960,0 segt d = 16 min
Timpo de detención total del sistema de floculación
T d = t d (hidráulico) + t d (mecánico)
T d = 22,15 min
Este valor cumple con el RAS 2000 en el cápitulo C.5.5.2.1 donde se expresa que el tiempo de retención debe estar entre 20 y 40 min
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