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Curso: Procesos de manufactura II
Facultad: Ing. Industrial - URP
Profesor: Ing. Tinoco Rondan
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PROCESO DE FLOCULACION
El proceso de floculación que sigue a la coagulación, consiste de ordinario en una agitación suave y lenta. Durante la floculación, las partículas entran más en contacto recíproco, se unen unas a otras para formar partículas mayores que pueden separarse por sedimentación o filtración. El alumbre (sulfato de aluminio) es un coagulante que se utiliza tanto al nivel de familia como en las plantas de tratamiento del agua.31, 32 Los coagulantes naturales incluyen semillas en polvo del árbol Moringa olifeira y tipos de arcilla tales como la bentonita.
Los factores que pueden promover la coagulación-floculacion son el gradiente de la velocidad, el tiempo y al pH. El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otro parte el pH es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes.
La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias denominadas floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado.
Es un paso del proceso de potabilización de aguas de origen superficial y del tratamiento de aguas servidas domésticas, industriales y de la minería.
Los compuestos que pueden estar presentes en el agua pueden ser:
• Sólidos en suspensión;
• Partículas coloidales (menos de 1 micra), gobernadas por el movimiento browniano; y,
• Sustancias disueltas (menos que varios nanómetros).
El proceso de floculación es precedido por la coagulación, por eso se suele hablar de los procesos de coagulación-floculación. Estos facilitan la retirada de las sustancias en suspensión y de las partículas coloidales.
• La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí;
• La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y después en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados sedimentadores.
Los factores que pueden promover la coagulación-floculación son el gradiente de la velocidad, el tiempo y el pH. El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otra parte el pH es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes.
La solución floculante más adaptada a la naturaleza de las materias en suspensión con el fin de conseguir aguas decantadas limpias y la formación de lodos espesos se determina por pruebas, ya sea en laboratorio o en el campo.
En la minería, los floculantes utilizados son polímeros sintéticos de alto peso molecular, cuyas moléculas son de cadena larga y con gran afinidad por las superficies sólidas. Estas macromoléculas se fijan por adsorción a las partículas y provocan así la floculación por formación de puentes interpartículas.
La floculación iónica:
La floculación iónica es el proceso a través del cual se modifican las moléculas disueltas en un fluido, mediante la acción de los llamados floculadores iónicos. Éstos son los elementos materiales compuestos por tubos de acero inoxidable, plata o cobre, que conectados en su extremo a polos de corriente directa, positiva o negativa, generan la actividad iónica. Los floculadores iónicos sumergidos en el fluido producen un campo de baja intensidad de actividad iónica constante, que incrementa la energía de los electrones de enlace; entonces, los átomos que componen las moléculas diluidas en el medio sufren un cambio en su estructura que las lleva a su forma más elemental, confirmando la teoría electrolítica de la disociación.
EJERCICIO PARA CALCULO DE FLOCULADOR DE AGUA POTABLE
El Siguiente es un ejemplo de Calculo para un Floculador de una planta de agua potable. Espero les sirva de guia.
DATOS DE ENTRADA
Q Caudal
TR Tiempo de Retención
G Gradiente de Velocidad
NT Número de Tramos
H Altura del Agua en el floculador 1,5 mts
b Ancho de las láminas 2,0 mts
e Espesor de las láminas 0,8 cm
K Coeficiente de pérdida en las vueltas 3
g Aceleración de la gravedad 9,8 m/s2
η Coeficiente de rugosidad de la lamina 0,02
T Temperatura 30 °C
El caudal de diseño Q el flujo de agua a tratar es 24 m3/hora.
El número de tramos escogidos es 3 debido a la practicidad de diseño y montaje del floculador.
El tiempo de retención escogido es de 9 minutos en cada tramo, para completar 27 minutos de tiempo de retención total. Este valor está dentro del rango recomendado para este tipo de unidades.
Los Gradiente de Velocidad escogidos para cada tramo son 50, 35 y 20 s-1, estos valores se tomaron teniendo en cuenta las recomendaciones de diseño en donde se establece que éste parámetro debe variar gradualmente entre valores comprendidos entre 70 y 20 s-1.
SECUENCIA DE CALCULOS
1. Se toma un valor inicial de velocidad (V)
2. Calcular la Longitud Total del canal (L)
L = V x TR
3. Calcular Área de flujo en los canales(A)
A = Q / V
4. Se calcula el ancho de los canales (a)
a = A / H
5. Calcular la distancia entre el borde de las laminas y la pared en las vueltas
d = 1,5 . a
6. Calcular el Ancho del floculador (B)
B = b + d
7. Número de Canales (N)
N = L / B
8. Longitud del Floculador (Tramo calculado)
Long = N (a + e)
9. Perdida en los las vueltas (h2)
10. Perímetro mojado (P)
P = 2H + a
11. Radio hidráulico (r)
r = A / P
12. Perdida en los tramos rectos
13. Pérdida Total (hT)
hT = h1 + h2
14. Gradiente de Velocidad
15. En este punto se compara el valor calculado de G con el estimado inicialmente, si son iguales el cálculo termina; si no son iguales se cambia el valor de velocidad en el punto 1y se repiten los cálculos hasta la igualdad de valores de G.
Los cálculos realizados se repiten independientemente para los tramos 2 y 3.
ANEXOS:
Las aguas residuales involucradas en el proceso industrial son recogidas en un pozo (A) y son bombeadas a un decantador por una bomba que trabaja automáticamente. En la estación de floculante (B) una solución de agua y floculante es preparada y es inyectada en la tubería que llena el decantador (C). El floculante actúa sobre las partículas sólidas incrementando su velocidad de decantación. Una vez que el agua sucia entra en el decantador, el agua limpia se situa en la parte superior y rebosa dirigiéndose al tanque de recolección de agua limpia (H), desde el que puede ser reenviada otra vez a las máquinas. El lodo se acumula en el fondo del decantador y es extraído por una válvula neumática (D), que lo descarga en el tanque de homogeneización (E). Este tanque está equipado con un agitador para prevenir la solidificación. Una bomba centrífuga de doble velocidad (F) saca el lodo del tanque y lo envía al filtroprensa (G). El filtroprensa de tipo con placas y cámaras exprime y extrae el agua del lodo y descarga el lodo seco debajo de su estructura.
