Proceso Unitario de Sedimentación
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El documento describe los diferentes tipos de sedimentación que ocurren en la sedimentación primaria. Describe la sedimentación de partículas discretas (Tipo I), la sedimentación floculenta (Tipo II), la sedimentación zonal o retardada (Tipo III), y la sedimentación por compresión (Tipo IV). También discute los decantadores tubulares y de placas lamelares como alternativas a la sedimentación tradicional.
Proceso Unitario de Sedimentación
- 1. Desbaste • Es la primera operación unitaria – Rejas – Tamices Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 2. Desbaste • Rejas • Proteger los equipos de bombeo contra daños por obturaciones – Barras – Alambres – Varillas Paralelas – Placas Perforadas Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 3. Desbaste • Tamices • Eran usados en lugar de los tanques de sedimentación • Disco inclinado o tambores – Fijos – Estáticos Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 4. Capitulo II Sedimentación Es un proceso físico que permite la separación de partículas cuyo peso específico es mayor al del líquido en el que se encuentran suspendidas. gravedad: 9.8m/s2 Compresión Zonal Formación de Floculos Partículas Discretas Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 5. Sedimentación o Decantación se persiguen básicamente dos objetivos: – Efluente clarificado – Obtención de un "fango" manejable y pueda ser tratado (concentración de sólidos). • Ejemplos: – Eliminación de arenas – Tanques de sedimentación primaria – Concentradores de sólidos en espesadores Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 6. Tipos de Sedimentación Dependiendo de: • la concentración de sólidos • y la forma de interacción • => 4 tipos de sedimentación: • Sedimentación de Partículas Discretas (Tipo I) • Sedimentación Floculenta (Tipo II) • Sedimentación Retardada o Zonal (Tipo III) • Sedimentación por Compresión (Tipo IV) Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 7. Análisis: Sedimentación Tipo I – Baja Concentración de sólidos. – Cada partícula puede ser considerada como una entidad individual y la interacción entre ella puede ser considerada nula. – la velocidad de sedimentación se incrementará dependiendo del diámetro de la partícula, de su densidad, de su forma y de la viscosidad del líquido en el que está sumergida. Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 8. Sedimentación Tipo I : Derivación de la ley de Stokes € Re = ρlvpdp µ = vpdp ν € Cd = 24 Re Flujo Laminal 10-4 Re 0.2, calculamos Reemplazando Cd y Re en la ecuacion vt = g ρp − ρ( )d2 18µ Ley de Stokes para flujo lamilar Fd = Fg - Fe Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 9. Sedimentación Tipo I • Zonas de un sedimentador Zona de Sedimentación Ingreso (Inlet) Concentraciön de Lodos (Sludge) Salida (Outlet) Dirección del Flujo Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 10. Sedimentación Tipo I • Para el diseño de un sedimentador – Seleccionamos una partícula característica (diametro) – Calculamos la velocidad terminal (velocidad de particula) Todas la partículas con que entren al sedimentador y que tengan una velocidad mayor a la velocidad terminal de diseño permanecerán en el reactor diseñado. Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 11. Ingreso (Intlet) Sedimentación Tipo I • Sedimentacion Lineal Concentración de Lodos (Sludge) Salida (Outlet) H L Q Q A h vh vh vt vp Dirección del Flujo Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 12. Sedimentación Tipo I v* = Q/A* A* es el área necesaria para sedimentar todas las particulas que tengan una velocidad superior a la velocidad de sedimentación de diseño. L* es la longitud necesaria para que todas las particulas se sedimenten. Todas las partículas con una velocidad mayor a v* quedarán dentro del sedimentador. • Sedimentacion Lineal Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 13. Sedimentación Tipo I Tiempo de Detencion: Tiempo que permanece el agua en el reactor. En el caso de un sedimentador de flujo continuo la longitud del tanque y el tiempo detencion que permanezca el agua en el tanque deben ser tales que permitan que se depositen en el fondo del tanque todas las particulas cuya velocidad de sedimentacion es la de diseño. • Sedimentación Lineal H Tiempo de detención Vt = Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 14. Eficiencias de un Sedimentador Tipo I • Recordar: – Se eliminan todas las partículas con velocidad mayor a la velocidad de diseño. – Se eliminan el resto de partículas en función de Xr Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 15. Eficiencias de un Sedimentador Tipo I • Fracción total de partículas removidas para una distribución continua FR = (1− Xr) + vp vc dx 0 Xr ∫ (1− Xr) = vp vc dx = 0 Xr ∫ Fraccion de partículas removidas con velocidad Vp Vt Fraccion de partículas removidas con velocidad Vp Vt Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 16. Eficiencias de un Sedimentador Tipo I • Para partículas discretas removidas dentro de un rango de velocidades se utiliza la siguiente expresión € FR = vpi vc ni( ) i=1 n ∑ ni i=1 n ∑ • Vpi = promedio de velocidades en el i- esimo rango de velocidades. ni = número de partículas i-esimo rango de velocidades. Vt = Velocidad de diseño Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 17. Causas de no idealidad ü Efecto de corto-cicuito ü Estabilidad hidraulica ü Temperatura ü Viento ü Consideraciones de diseño ü Tiempos de detencion ü Cargas de superficie ü Velocidades de rebose ü Velocidad de resuspension • Los clarificadores o decantares no son ideales y su eficacia en la remoción de solidos suspendidos se ve afectada. • Algunos de los factores que afectan la idealidad del sistema se citan a continuación: Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 18. Condiciones de no idealidad Zona muerta Por estratificacion termal (agua en el tanque mas caliente) o diferencia de densidad de los sólidos Zona muerta Por estratificacion termal (agua en el tanque más fría) Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 19. Sedimentacion Tipo II Floculenta • Análisis – Las particulas tienden a agragarse (formar flóculos) – Mayor tamaño del flóculo – La floculacion depende de la oportunidad de contacto • Carga de superficie • Profundidad del tanque • Concentración • Rango de las partículas – Característas de la sedimentación tipo II (ensayo de columna) Mayor velocidad Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 20. Método Experimental h1 h2 h3 h4 h5 h6 T1 T2 T3 T4 T5 T6 80% 70% 60% 50% 40% 90% ΔH1 ΔH2 ΔH3 ΔH4 ΔH5 Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 21. Sedimentación Tipo III Zonal o Retardada • Análisis – Alta concentración de SS – Debido a la gran concentracion de partículas el líquido tiende a subir a traves de los espacios intersticiales entre las partículas. – Se forma una zona clara y un manto de solidos – La velocidad de decantacion depende de: • La concentracion de los solidos • Las características de los mismos Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 22. Sedimentación Tipo III Zonal o Retardada Z C Z C Z C H ZC = Zona de compresión ZT = Zona de transición Z T ZT SZ = Sedimentacion Zonal ZCl = Zona Clarificada S Z S Z Z C Z Cl Z Cl Z Cl Z Cl Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 23. Sedimentación Tipo III Zonal o Retardada H Tiempo La pendiente de la curva es la velocidad de sedimentacion Sedimentacion Zonal o Retardada Zona de transición Sedimentacion por compresón Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 24. Sedimentación Tipo IV Por Compresion • Análisis – Muy alta concentración de Solidos Sedimentables – El volumen requerido puede ser encontrado por medio de ensayos de sedimentación. – La velocidad de espesamiento en la capa de compresion es proporcional a: • La diferencia entre la altura de lodos en el tiempo t y la altura obtenida en un periodo prolongado Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 25. Sedimentación Tipo IV Por Compresion • Análisis – Muy alta concentración de Solidos Sedimentables – El volumen requerido puede ser encontrado por medio de ensayos de sedimentación. – La velocidad de espesamiento en la capa de compresion es proporcional a: • La diferencia entre la altura de lodos en el tiempo t y la altura obtenida en un periodo prolongado Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 26. Decantadores Tubulares y de Placas Lamelares • Sedimentadores poco profundos • Son una alternativa a la sedimentacion tradicional • Son autolimpiantes cuando 45° Θ 60° • Están constituidos por grupos de – Tubos plasticos con geometria diversa – placas paralelas Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 27. Decantadores Tubulares y de Placas Lamelares • Problemas – Obturaciones en los tubos • Grasas • Aceites – Generacion de olores • Crecimiento Biológico Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 28. Sedimentación Lamelar http://www.dynamikfiltr.pl/en_7.html Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 29. Decantadores Tubulares y de Placas Lamelares Ángulo de Inclinación Efluente clarificado C Afluente Co Descarga de Sólidos Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 30. Decantadores Tubulares y de Placas Lamelares Ángulo de Inclinación x y vs L h vsx vsy u =velocidad del fluido Vsx = u - vs* sen Θ Vsy = - vs* cos Θ Vsy = Velocidad de Sedimentación en dirección de y Vsx = Velocidad de Sedimentación en dirección de x Vs = Velocidad de Sedimentación Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006
- 31. Eficiencia de Sedimentadores Lo que nos interesa saber es cuanto material va a remover nuestro sedimentador. € R = t a + bt Crites Tchobanoglous, 1998 R = eficiencia esperada t = tiempo de detención a y b constantes empiricas Item a b DBO 0.018 0.020 SST 0.0075 0.014 @ 20°C Alby Aguilar Pesantes, MSc Mayo / 2006