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Aplicaciones

• ablandamiento de agua mediante cal y soda cáustica
• coagulación mediante sales de aluminio, cloruro de aluminio, sulfato de aluminio
• coagulación mediante sales de hierro, e.g. sulfato férrico, sulfato ferroso, cloruro férrico
• coagulación mediante polielectrolitos
• remoción de fósforo
• remoción de color
• remoción de metales pesados
• celdas de denitrificación
• espesado de lodos activados

Como ya se ha dicho en la parte de fundamentos, es clásico estructurar cualquier implementación de estos procesos unitarios empleando etapas. 

Aplicación # 1: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA (75,700 m3/día)

A los efectos de  tener una visión rápida de los distintos procesos unitarios en una planta de tratamiento de agua, ejemplificamos con las siguientes especificaciones: caudal a tratar: 75,700 m3/día (20 mgd); temperatura de diseño 15°C; tiempo de detención en la cámara de mezcla rápida, 30 segundos; G para cámara de mezcla rápida 650 s-1; tiempo total de detención para floculación: 30 minutos; tren de floculación en tres etapas, empleando gradientes 50/35/20.  Admitiendo poder trabajar con interpolación lineal para la viscosidad absoluta en el rango que trabajamos, podemos obtener un estimativo preliminar.

Las formulas que aplicaremos son:

            Potencia aplicada P = µ * V * G^2

Siendo µ viscosidad absoluta, volumen de celda V y gradiente G para la celda en cuestión, y admitiendo poder trabajar con interpolación lineal para la viscosidad absoluta en el rango que trabajamos, podemos obtener un estimativo preliminar de la planta.

Aplicación # 2: DISEÑO DE FLOCULADOR DE PALETAS (75,700 m3/día)

A efectos de presentar una alternativa de eje horizontal, presentamos la resolución para un caso similar al anterior, introduciendo algunos cambios en las especificaciones, como sigue: caudal a tratar: 75,700 m3/día (20 mgd); temperatura de diseño 10°C; tiempo total de detención para floculación: 30 minutos; tren de floculación en tres etapas, empleando gradientes 45/20/10. 

Suponemos tres etapas de igual volumen y estimados las potencias según:

          potencia aplicada en cada etapa P = µ * V * G^2

A los efectos de la ilustración nos hemos permitido aproximar la viscosidad absoluta en forma lineal, en el rango que estamos presentano 8, 14 digamos hasta 30°C.

La potencia aplicada a una paleta o listón individual determinado está dada por:

            P = 1.44 * 10^-4 * Cd * r * largo [N * (1-k)]^3 * (Ro^4-Ri^4)

siendo r = densidad del líquido (aproximada linealmente)

N = rpm del eje horizontal

en donde, para el caso específico de floculadores de paleta o listones,

Cd = ca. 1.8

k = 0.25 en caso de no incluir estatores; entre 0 y 0.15 de incluir los mismos

Ro = distancia radial desde el eje al borde más alejado

Ri = distancia radial desde el eje al borde más cercano

A los efectos del diseño impondremos pautas usuales, e.g. gradientes según se especifican; velocidad periférica no superior a 3 fps; área de listones entre aproximadamente 15 y 20% de la sección enfrentada por el líquido; 20 cm entre el listón más alejado y el fondo del tanque; 20 cm entre el listón más alejado y la superficie; y ancho de listón entre 10cm y 20cm.

Al igual que en el caso anterior, ie. admitiendo poder trabajar con interpolación lineal para la viscosidad absoluta en el rango que trabajamos, podemos obtener un estimativo preliminar del contexto de operación del floculador de listones/paletas.

Aplicacion # 3: CELDA DE DENITRIFICACION

A riesgo de emitir un juicio demasiado “genérico” (se trata de un proceso biológico y por lo tanto habrá toda una cinética asociada), y dado que no es posible indicar aún rangos para G (extremadamente variable!), un diseño preliminar  de la celda de denitrificación puede esbozarse de la siguiente manera:

Siendo las dimensiones de la celda, largo L, ancho A y profundidad de agua D, introducimos Dc, una “dimensión” inexistente correspondiente al diámetro de un círculo con igual área.  Deberá cumplirse:

 L * A = 3.1415 * Dc * 0.5 * Dc * 0.5

 despejando Dc, resulta 

   Dc = 1.13 * (L*A)^0.5

Para profundidad de líquido entre un 40% - 70% del valor correspondiente a Dc, tanques “predominantemente poco profundos”, emplear hélices de diámetro entre un 15 y 25% del valor corrspondiente a Dc.

Para profundidad de líquido entre un 70% - 100% del valor correspondiente a Dc, tanques “con dimensiones bastante homogéneas”, emplear hélices de diámetro entre un 20 y 30% del valor correspondiente a Dc.

Del punto de vista de densidades de potencia, o expresiones similares, y a los efectos ilustrativos, puede pensarse en 20 in-lb per 1,000 gallon y entre .007 y .014 HP per 1,000 gallon.

Deberá sin embargo, integrarse en el diseño la cinética del proceso mismo (biológico).  El objetivo es simplemente dar una pauta “orden de magnitud” y no un diseño en detalle.