Desarenadoresclase 4

Profesor Ing. Claudio Vera

Arena en AS: AS: * Arena (humedad 13 65%; contenido voltil de 1 a 56%) 65% 56% * Grava * Ceniza * Cscaras de huevo * Trozos de huesos * Residuos de comida * Materiales con K > K de slidos orgnicos putrescibles del ASK arena limpia = 2,7 K arena c/ materia orgnica adherida = 1,3 Se acepta K = 1.600 Kg/m3 Dimetro a eliminar: J > 0,2 m eliminar:Normalmente la mayor parte de las arenas de las AS quedan retenidas en malla 100 (0,15 mm)

Objetivo de los desarenadores de AS: AS: * Proteger elementos mecnicos mviles, de la abrasin y desgaste excesivo * Reduccin de depsitos pesados al interior de tuberas y canales* Prolongacin de los perodos de limpieza de los Digestores Los desarenadores normalmente siguen al desbaste pero pueden precederlos Desarenacin antes del bombeo suele implicar tanques de gran profundidad

Tipos de desarenadores* De Flujo Horizontal - V.horizontal 30 cm/s aprox. (suspension materia orgnica - depsito arena) aprox. - V.sedim. de partcula crtica 10% menor que la calculada con K = 2,75 gr/cm3 sedim. 10% * Desarenadores aireados requieren elementos mecnicos y energa * Desarenadores de vrtice

Para partculas discretas de g=2,65 gr/cm3 y dimetros entre 1 y 0,085 mm. vale aprox. : Vs = Velocidad de sedimentacin [mm/seg.] d = dimetro de la partcula esfrica [ mm ] t = temperatura [ C ] Fe = factor de esfericidad [adimensional]

Vs = Fe d (3t + 70)

Fe = rea transv. esfera de vol.equivalente / rea transversal de partcula Para cubos Fe = 0,806 ; Para esfera Fe = 1,000 = yd' [ mm ]

De = dimetro equivalente Tambin: y = 1 para esfera

d' = dimetro de partcula estimado por ltimo tamiz

Vs = De (3t + 70)

y = 0,98 partcula cantos redondeados y = 0,94 part. cantos desgastados y = 0,81 partcula de cantos agudos y = 0,78 partcula cantos angulares y = 0,70 part. cantos triturados

Aplicando la frmula anterior para agua a 10 C se tiene:Diametro mm 1,0 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,15 0,1 0,015 0,01 0,0015 0,001 0,0001 0,00001 Denominacion Arena gruesa " " " " " " " Arena fina " Limos " Bacterias, coloides Part. de arcilla Part. coloidales Veloc. de sedim. mm/seg 100 80 60 53 40 30 21 15 10 0,35 0,154 0,0035 0,00154 0,0000154 0,000000154 Tiempo aprox. para sedim.1 m 10 segundos 12 17 " 20 " 25 " 33 " 50 " 67 " 2 minutos 47,5 minutos 2 horas 4,5 das 7,5 das 2 aos 20 aos

DESARENADOR DE FLUJO HORIZONTAL

V0 I Vsc II IV h

III

Se distinguen cuatro zonas en las que se cumplen las siguientes hiptesis ideales. I Zona de entrada entrada: concentracin y velocidad de las partculas es igual para cada tamao Zona de sedimentacin sedimentacin: direccin del flujo es horizontal es igual en cada punto de zona de sedimentacin. Zona de lodos cualquier partcula que toca el fondo queda retenido. lodos: Zona de salida velocidad de salida del agua no produce arrastre. salida:

II

III IV

A

V0 Vsc V0 V0 II VsVsc D B x C IV h

I III

V0

La partcula de velocidad de sedimentacin Vsc es la ms pequea que queda 100% retenida Las partculas con Vs < Vsc quedan removidos en la proporcin Las partculas de Vs > Vsc quedan todas removidas. El tiempo en que la partcula crtica llega al fondo es igual al tiempo de retencin to = Vol Q = tiempo de retencin = Vol. de la unidad caudal de diseo P =

xh

= Vs Vsc

A

V0 Vsc II VsVsc D B(2)

x C IV h

I

Vol = A * h

to = A * h Q

(1)

h = Vsc to

Reemplazando to en (2):

Vsc = QA

(3)

Esta expresin ( 3 ) es llamada "carga superficial"

Q

A

Q

Vs = Q / ACarga Superficial

Valores promedio tpicos para prediseo de desarenadores horizontales * Tiempo de detencin: detencin: * Velocidad horizontal: horizontal:* Velocidad de sediment. partcula crtica: sediment. crtica: 1 min

0,30 m/s1,15 m/min (D = 0,21 mm; #65) mm; 65) 0,75 m/mn (D = 0,15 mm; # 100) mm; 100)

ESQUEMA DE DESARENADOR DE FLUJO HORIZONTAL i

ai

bh VS VH

Vv

VS = Velocidad de sedimentacion de partcula crtica de arena a = ancho del desarenador b = largo del desarenador T = perodo de retencin VH = Velocidad horizontal en zona de decantacin h = profundidad i = pendiente de fondo Vv = Velocidad de salida

PARA SEDIMENTACIN CON COAGULANTE i

ai

bh VS 0,15 mm/seg < VS < 0,7 mm/seg 0,003 m/seg < VH < 0,018 m/seg 3 hrs < T < 4 hrs 20 < VH / VS < 40 VH

Vv

3 % < i < 12 % 1,5 m < h < 3 m Vv < 30 cm/seg b < 30 h 2 < b/ a < 5

Para flocs de sulfato de aluminio Vs = 0,7 a 0,15 mm/seg

S E D I M E N TAC I O N D E ALTA V E LO C I DAD(usado para decantacin con coagulante de slidos suspendidos)

Carga Superficial Vs = Q/A

Es decir, el tamao de partcula retenida en el proceso de decantacin, no est influido por la altura del decantador.

Que pasara al dividir un sedimentador con bandejas horizontales?V0 Vsc=Vsc/3 =Q/3A V0 VSC =Q/A

Q/3VSC = 1/3 x Q/A x VSC

Q VSC = Q/A

Q/3VSC = 1/3 x Q/A x VSC

Q/3VSC = 1/3 x Q/A x VSC

aumentara su eficiencia en relacin directa al Nde bandejas +1

PROBLEMA Depsito de lodos mayor ( espectro ms amplio de partculas retenidas) Dificultad de extraccin de lodos desde bandejas inferiores

Q/3VSC = 1/3 x VSC

V0 Vsc=Vsc/3 =Q/3A V0 VSC =Q/A

Q VSC = Q/A

Q/3VSC = 1/3 x VSC

Q/3VSC = 1/3 x VSC

SOLUCION Sedimentacin de Alta Tasa

*

SOLUCION Sedimentacin de Alta Tasa

*

Circulacin de agua a tratar a travs de mltiples "sedimentadores" de muy pequea altura ( sedimentador provisto de numerosas bandejas inclinadas) Cada par de bandejas contiguas acta como sedimentador convencional independiente.

Solucin de problema de limpieza de sedimentos mediante inclinacin de bandejas en cierto ngulo respecto a la horizontal. (placas, estructuras tubulares, circulares, cuadradas, hexagonales)

Y l V0VX

e Vy X

VSC A0 J An J

J

VY / VX = e / l

Y l V0VX

e Vy X

VSC A0 J An L=l/e J

J

VY / VX = e / l Sea:

LVY = VX VY = VSC cosJ VX = V0 VSC sen J

(a) (b) (c)

Reemplazando (b) y (c) en (a):

S

!

0

sen .

cos .

Esta expresin es equivalente a la "carga superficial", de la decantacin horizontal En la prctica se verifica existencia de variable "S" funcin del tipo de unidad decantadora, que caracteriza el rendimiento.

V0 VC! sen . L cos .

VC sen . L cos . ! V0

Para cada tipo de flujo existe un S crtico "Sc" tal que cualquier partcula suspendida que produzca S igual o mayor que Sc, queda removida

De Lo anterior

V0 VC ! sen . L cos .C

En las expresiones anteriores: S = Cte. segn tipo de sedimentador Sc = Cte.crtica segn tipo de sedimentador y partcula crtica Vs = Velocidad de sedimentacin de la partcula Vsc = Velocidad de sedimentacin de la partcula crtica Vo = Velocidad media del flujo entre placas J = Angulo de inclinacin de las placas L = l/e = longitud relativa

Valores frecuentes aceptados para Sc Tipo de unidad Tubos circulares Conductos cuadrados Laminas paralelas SC 4/3 11/8 1

Para que las ecuaciones anteriores sean plenamente vlidas, entre placas debe haber flujo laminar Re < 280 si se trata de partculas floculentas Re < 600 para partculas discretase

!

2

0

e

En la longitud l de la placa, el flujo laminar no se establece al inicio de ella sino a la distancia XL medida desde el punto de entrada del agua

XL = 0,013 Re x e (vale para tubos y placas ) XL Hiptesis en Decantador de placas 1. Velocidad media del agua no se afecta por deslizamiento de lodos 2. Distancia XL se descuenta del largo total l por no mostrar sedimentacin

De la expresin:

SC V0 VSC ! sen . L cos .Haciendo LU = l - XL :U

!

-X ! - 0.013 Re e e

S

!

0

sen . - 0.013 Re cos . e Si L = l/e disminuye: VSC / V0 crece - eficiencia disminuye.

S 0

S ! sen .

cos .

Si L aumenta, VSC / V0 disminuye - eficiencia aumenta. Para L/e > 20, la eficiencia crece poco

Sistema de entrada El agua debe entrar directamente bajo las placas ( no requiere tanque horizontal ) Uso de dispositivos de orificios por debajo de las placas puede ser beneficioso si logra igualar las velocidades de entrada a cada placa

Sistema de salida El vertedero final tiende a bajar la eficiencia por la existencia de zonas muertas El sistema puede ser un canal central con canaletas recolectoras laterales

PLANTA DE TRAT. COMPACTA DE ALTA VELOCIDAD SECCION LONGITUDINAL

13 12 7 2 8

3

4

5 9

1

11 10

9

1 INGRESO AGUA CRUDA 2. INYECCIN RECATIVOS 3 MEZCLA RAPIDA 4 FLOCULACION 5 DECANTACION

6 DEC. LAMINAR 7 CANALES DE SALIDA 8 SALIDA A.S TRATADAS 9 BARREDOR FANGOS 10 EXTRACCION LODOS

11 BOMBA DE RECICLADO 12 HIDROCIC.RECUPERAC.REACTIVOS 13 EVACUACION DE LODOS