Informe Sanitaria Lago Espol (1)

FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS DE LA TIERRA

INFORME SEDIMENTACIÓN

Ing. Sanitaria I

M.Sc. Alby del Pilar Aguilar Pesantes

INTEGRANTES: PARALELO: 2

Christian Cruz Rosado

Gabriel Gómez Estrada

Marilyn Pacheco Mieles

Henry Ponce Pineda

LABORATORIO DE SUELOS Y RESISTENCIA DE MATERIALES

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SEDIMENTACIÓN O DECANTACIÓN

INTRODUCCIÓN

Para el diseño de reactores que se utilizan para el tratamiento del agua, es necesario conocer la velocidad de sedimentación de partículas que entran en el mismo; entiéndase por sedimentación al proceso físico que permite el hundimiento de las partículas cuyo peso específico es mayor al líquido en la que se encuentra.

El cálculo de la velocidad de sedimentación se puede obtener por medio del teorema de Stokes para partículas de flujo turbulento, ya que el diámetro que se analizó en cada uno de los objetos utilizados, es mayor que 1 cm, objetos cuales serán detallados más adelante.

La finalidad de comprender la velocidad de sedimentación, es que por medio de ésta, podremos obtener el tiempo de sedimentación de las partículas, las cuales al llegar al fondo del reactor forman “fangos”, los mismos que son más facil de manejar y se los podría tratar como es debido.

OBJETIVO GENERAL

Calcular la velocidad terminal de sedimentación de partículas en una probeta a través de la gravedad.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Obtener un efluente clarificado en la probeta después de varios días. Conocer la concentración de solidos totales final e inicial de los sedimentos del lago Espol. Usar un coeficiente de arrastre Cd según el tipo de flujo que rodea la partícula. Analizar el comportamiento de los sedimentos según el tiempo y la altura.

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MARCO TEÓRICO

Sedimentación“La sedimentación es un fenómeno netamente físico este es uno de los pasos utilizados para el tratamiento del agua, para obtener una clarificación. Está relacionada exclusivamente con las propiedades de caída de las partículas en el agua. Cuando se produce sedimentación de una suspensión de partículas el resultado final será siempre un fluido clarificado y una suspensión más concentrada. Las partículas en suspensión se sedimentan de diferentes formas esto depende de las características de las partículas y su concentración.

Es así que podemos referirnos a:

Sedimentación de partículas discretas.- Se llama partículas discretas a aquellas partículas que no cambian de características (forma, tamaño, densidad) durante la caída.

Sedimentación de partículas floculentas.- Son aquellas producidas por aglomeración de partículas coloidales desestabilizadas a diferencia de las partículas discretas estas si cambian su forma, tamaño y densidad.

Sedimentación de partículas por caída libre.- Cuando existe una baja concentración de partículas en el agua, estas se depositan sin interferir. Se denomina a este fenómeno caída libre.” (Geeks).

“El proceso que consiste en la separación de las partículas o del “floc” que se ha formado en el agua por acción de la gravedad. Es necesario tener en cuenta que en el tratamiento del agua pueden efectuarse dos formas de sedimentación, sedimentación primaria o presedimentación y la sedimentación que se realiza después de la coagulación y la floculación.” (Lozano Ducuara &Gallego Perdomo, 2011)

“En el grafico podemos ver el proceso de sedimentación realizada en la práctica en la que podemos observar la parte superior más clara y siguen en capas de turbidez hasta llegar al fondo donde se encuentran los sedimentos. “ (Yactayo, 2004)

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METODOLOGÍA

ENSAYO #1

VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN DE PARTÍCULAS ESFÉRICAS Y SOLIDAS EN UNA PROBETA

1. Se llena de agua una probeta de 1000ml2. Se toma la Temperatura Inicial del agua 27.5°C3. Se calcula la altura con una cinta métrica colocando desde la posición inicial la cual nos dio

33.8 cm.4. Se saca la masa, volumen y densidad de cada objeto utilizado en el ensayo.5. Se fija un área proyectada al fluido hacemos caer cada objeto en la probeta y con ayuda de

un cronometro anotamos el tiempo que tarda en cada objeto en llegar hasta el fondo. Esto se repite 3 veces para cada objeto.

6. Se calcula el tiempo promedio de cada objeto.

OBJETOS

BALANZA

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A continuación se muestra las fórmulas utilizadas en los volúmenes de los objetos utilizados en la práctica.

Objetos Volúmenes (m3)Dado l3 =0.0153

Caucho π r2L =π (0.01 )2¿)Pila de reloj π r2L =π (0.006 )2 ¿)Tubo de cobre π r2L =π (0.005 )2¿)

A continuación una tabla con datos importantes para el ensayo de velocidad de sedimentación de sólidos.

OBJETO MASA(kg) VOLUMEN(m3) DENSIDAD (kg/m3)

TIEMPO (s) T PROM (s)T1 T2 T3

Dado 5.629x10−3 0.003375x10−3 1667.85 0.73 0.71 0.73 0.72

Caucho 8.267x10−3 0.00785x10−3 1053.12 1.11 1.10 1.09 1.10

Pila Reloj 1.907x10−3 0.000452x10−3 4219.03 0.59 0.54 0.57 0.57

Tubo Cobre

7.941x10−3 0.00353x10−3 2249.58 0.57 0.52 0.60 0.56

7. Calculamos la velocidad de sedimentación experimental.

h= 0.338 m (Altura del Agua en la probeta)t= tprom= Tiempo promedio de cada objeto

Velocidad de Sedimentación= ht

Dado 0.469 m/sCaucho 0.307 m/sPila Reloj 0.593 m/sTubo Cobre 0.603 m/s

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8. Calculamos la velocidad de sedimentación teóricamente.Para ellos necesitamos los diámetros de cada partícula.

Dado 0.02 [m]Caucho 0.02[m]Pila Reloj 0.012[m]Tubo Cobre 0.01[m]

V t=1.74√d .g . ρp−ρρg= gravedadρp= densidad de la partículaρ= densidad del agua (996.31)kg/m3 a 28°Cd= diámetro de la partículaCd=0.44 constante

Procedemos a calcular las velocidades de cada objeto:

Calcular la velocidad de sedimentación en el dado.

V t=1.74√d .g . ρp−ρρV t=1.74√0.02 x9.81 .

1667.85−996.31996.31

V t=0.63 3(ms)

Calcular la velocidad de sedimentación en el caucho.

V t=1.74√d .g . ρp−ρρV t=1.74√0.02 x9.81 .

1053.12−996.31996.31

V t=0.184 (ms

)

Calcular la velocidad de sedimentación en el Pila de reloj.

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V t=1.74√d .g . ρp−ρρV t=1.74√0.012 x9.81 .

4219.03−996.31996.31

V t=1.073(ms)

Calcular la velocidad de sedimentación en el tubo de cobre.

V t=1.74√d .g . ρp−ρρV t=1.74√0.01 x9.81 .

2249.58−996.31996.31

V t=0.611(ms)

A continuación se presenta los errores en la velocidad de sedimentación del ensayo.

Se utilizó la siguiente fórmula:

%Error =Teorico−Experimental

Teoricox 100

Objetos Vt Experimental m/s

Vt Teórica m/s Error

Dado 0.469 0.63 3 25.9%Caucho 0.307 0.184 66.84%Pila reloj 0.59 1.073 45%Tubo cobre 0.603 0.611 1.3%

ENSAYO #2

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CALCULO DE CONCENTRACION DE SOLIDOS TOTALES DEL LAGO ESPOL EN UNA PROBETA EN UN INTERVALO DE TIEMPO.

1. Se utilizó una probeta de 1000ml, una pipeta de 25 ml, un vaso de precipitación de 100ml y una balanza.

2. Se pesa en la balanza el vaso de precipitación.3. Se llenó la probeta de 1000ml con agua del lado Espol.4. Se tomó la temperatura del agua del lago5. Se midió 50 ml en el vaso de precipitación, se lo peso y se lo llevo al horno durante 24

horas, este sería la concentración inicial6. Se deja tapada y en reposo la probeta durante días necesarios hasta que aparezca un

efluente clarificado.7. Luego se sacó la muestra que estaba en el horno y se la peso; este sería la concentración

final de la muestra.8. Una vez que se muestre un efluente clarificado en la probeta, se procede a medir su

altura, luego se toma y se mide una muestra de 50 ml en el vaso de precipitación para su posterior colocación en el horno durante 24 horas; esto es la concentracion inicial de nuestro efluente clarificado.

9. Después de 24 horas se saca la muestra del horno, se la pesa y obtenemos la concentración final del efluente clarificado.

PESO DEL VASO DE PRECIPITACIÓN

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A continuación se muestra una tabla con datos al inicio del ensayo es decir en un tiempo inicial cero.

Peso (Vaso + Muestra Húmeda): 101.471 g

CONCENTRACION DE SOLIDOS TOTALESPESO (VASO) 46.645 g T INICIAL 28°CPESO (VASO+MUESTRA SECA)

46.845 gVOLUMEN (MUESTRA) 50 ml

PESO MUESTRA SECA

0.2 g

CONCENTRACIÓN C1=0.2g50ml

x1000mg

1gx

1000ml1 l

=4000mgl

MUESTRA TURBIA DEL LAGO ESPOLMUESTRA SECA MUESTRA EN EL HORNO

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A continuación se muestra la tabla con datos al final del ensayo que se obtuvo después de 5 días. Se tomó la muestra con la pipeta de 25 ml en la zona de efluente clarificado.

Peso (Vaso + Muestra Húmeda): 96.227 g

CONCENTRACIÓN DE SOLIDOS TOTALESPESO (VASO) 46.645 g T INICIAL 27.1°CPESO (VASO+MUESTRA SECA)

46.681 gVOLUMEN (MUESTRA) 50 ml

PESO MUESTRA SECA

0.03 g

CONCENTRACIÓN C2=0.03g50ml

x1000mg

1 gx

1000ml1 l

=600mgl

MUESTRA SEDIMENTADA

MUESTRA SECA

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ANÁLISIS DE RESULTADOS ENSAYO#1


En el primer ensayo se obtuvo teóricamente y experimentalmente la velocidad terminal o también llamada velocidad de sedimentación, se procedió a calcular el error de cada objeto utilizado en el ensayo, el cual nos muestra que existe un alto índice de error respecto a la velocidad de cada uno.

En el objeto llamado caucho existe un error de laboratorio de 66.84% la cual puede ser producido por los choques que el objeto tuvo en las paredes de la probeta, también por no tomar en cuenta la altura desde que se suelta el objeto a la probeta y finalmente podría ser por los diferentes valores de tiempo que fueron tomados.

En el objeto llamado Pila Reloj se obtuvo un error de 45% casi el 50% pues en el ensayo era muy difícil tomar la velocidad de sedimentación con el cronometro, ya que la pila de reloj es muy pesada y caía al instante. El alto porcentaje de error podría ser por no tomar adecuadamente el tiempo.

Para el cálculo de la velocidad terminal o velocidad de sedimentación se utilizó la fórmula de flujo turbulento ya que las partículas que se utilizó fueron de diámetro mayor a 1cm.

ENSAYO#2


En el segundo ensayo se procedió a dejar en reposo el agua del lago en una probeta de 50 ml para obtener una sedimentación del fluido, se lo comenzó a realizar el día jueves 12 de Junio a las 10 am, pero por asuntos externos de la universidad se revisó la muestra el día lunes 16 de junio 8am. La cual estuvo alrededor de 5 días la muestra en proceso de sedimentación.

Inicialmente se pesó el vaso de precipitación sin ninguna muestra y luego se pesó el vaso de precipitación con la muestra del lago, después se procedió a llevarlo al horno a 103°C durante unas horas para que se queden los sólidos totales. Este procedimiento se repite cuando el efluente clarificado sea más notorio en la probeta. La concentración se la dejo expresada en mg/l

La concentración al inicio del ensayo se obtuvo 4000mg/l la cual muestra la concentración inicial a sedimentar pero después de 5 días se realiza la concentración del efluente clarificado, el cual es mucho menor 600mg/l esto significa que aún hay sedimentos que filtrar pero se necesita de otros procedimientos o ensayo para obtener un fluido sin materia que flote en ella.

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CONCLUSIONES

ENSAYO#1


Los objetos utilizados fueron figuras conocidas para obtener fácilmente los diámetros para luego proceder al cálculo de los volúmenes. Los objetos llamados caucho, tuvo de cobre, pila de reloj fueron figuras cilíndricas las cuales fueron calculadas con la fórmula de V=π r2 l. El único objeto distinto a los demás fue un dado de diámetro conocido, el cual procedimos a calcular el volumen con la fórmula de V=l3.

La velocidad de cada objeto varía según la densidad de cada uno; es decir por ejemplo la velocidad de la pila del reloj es mucho mayor que las otras ya que esta es más pesada por ende es más densa que el agua.

Respecto a la velocidad terminal del caucho es la que obtuvo menor valor ya que es un polímero repelente al agua, por lo tanto tiende a flotar.

ENSAYO#2


Al inicio del ensayo el agua se tornó totalmente turbia en la probeta, pero después de 5 días que revisamos la probeta, está ya tenía distintas zonas, las cuales en el efluente clarificado se mostraban partículas discretas y en lo último de la probeta se encontraban los sólidos a compresión.

Los valores de concentración al inicio y al final del ensayo son de mucha ayuda para entender la cantidad de sedimentos presentes en el agua, como al final del ensayo se mostró 600mg/l de concentración significa que el agua no está totalmente sedimentada, para lograr que el agua este totalmente libre de sedimentos se debe realizar otros procedimientos como la floculación o coagulación y si es para consumo humano, proceder con la desinfección.

BIBLIOGRAFÍA (Geeks)

(Lozano Ducuara & Gallego Perdomo, 2011)

(Yactayo, 2004)

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