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Cálculo de la potencia
agitación en coagulación-floculación
La coagulación y la floculación son procesos
utilizados en la depuración de las aguas para facilitar la
eliminación de partículas coloidales que son difíciles de
sedimentar por su reducido tamaño.
La coagulación consiste en desestabilizar los
coloides suspendidos en el agua mediante la adición de un agente
químico (coagulante), que va a neutralizar las cargas
electroestáticas, favoreciendo un principio de agregación.
La floculación consiste en agitar suavemente
la masa coagulada para que los microfóculos que se han formado
en la coagulación puedan ir aglomerándose, de manera que al
aumentar su tamaño y peso, sean capaces de eliminarse por
sedimentación o filtración.
Estos procesos se realizan en tanques
separados que van a constar de un sistema de agitación que puede
ser de tres tipos: mecánico, neumático o mediante tabiques.
Un parámetro importante en estos procesos,
sobretodo en la floculación, es el gradiente de velocidad (G)
que se da entre dos partículas separadas que se encuentran en el
seno del fluido. El número de choques entre partículas será, por
tanto, proporcional al gradiente de velocidad. G se define
mediante la siguiente expresión:
G = √W
/ μ
(s-1)
Si el sistema de
agitación consta de tabiques, el gradiente de velocidad se puede
calcular mediante la expresión:
G = √(hL
· γ)/(μ · T)
(s-1)
-
hL
: pérdida de carga por rozamiento (Pa)
-
γ:
peso específico
del agua
-
μ: viscosidad del agua (N·s/m2).
Consultar tabla.
-
T: tiempo de
residencia (s)
El factor G es
sobre el cual se puede actuar en la floculación y de ahí su
importancia. Camp estimó el valor de G para varias plantas en
Estados Unidos y concluyó que su valor se mueve en el rango de
20-74 s-1. Se considera un valor mínimo deseable de G,
ya que cuanto mayor sea, existirá una mayor probabilidad de que
ocurra la floculación. Por otro lado, se estima un valor máximo deseable
debido a que un valor demasiado alto puede dar lugar a la
ruptura por la acción de fuerzas de corte del líquido de los flóculos ya formados.
De esta manera, cada tipo de agua contiene un valor de G
dependiendo del tipo de partículas contenidas en ellas.
La potencia se va a calcular de distinta
manera en función de si existe régimen turbulento o régimen
laminar. El tipo de régimen se determinará mediante un número
adimensional, el número de Reynolds: Re = D · v
· ρ / μ
-
D: diámetro de paso del agua
(m)
-
v: velocidad del agua (m/s)
-
ρ: densidad del agua (kg/m3).
Consultar tabla.
-
μ: viscosidad del agua (N·s/m2).
Consultar tabla.
El régimen será
turbulento si Re > 10000 y laminar si Re < 1. Entre los dos
quedaría el régimen de transición.
La potencia del
agitador para el régimen turbulento se calcula mediante la
siguiente expresión:
Y para un régimen laminar la ecuación
queda de la siguiente manera:
Donde:
Para la floculación existe otra
ecuación alternativa que también permite el cálculo de la
potencia de agitación:
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P = CD · A · ρ
· v3/2
(W) |
Donde:
-
CD:
coeficiente de rozamiento
-
A: área
perpendicular a la pala (m2)
-
ρ: densidad del agua (kg/m3).
Consultar tabla
-
v: velocidad de la pala
(m/s)
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