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