Hidráulicos 40

Los Floculadores hidráulicos utilizan la energía hidráulica disponible a través de una pérdida de carga general o específica.

 De pantallas

Las unidades de pantallas son las más eficientes y económicas de todos los floculadores actualmente en uso. Debido a la gran cantidad de compartimientos que tienen, confinan casi perfectamente el tiempo de retención; el tiempo real es prácticamente igual al tiempo teórico cuando la unidad ha sido bien proyectada.

- 41 -

Debido a que no se requiere energía eléctrica para su funcionamiento, el costo de producción es muy bajo. Debido a su mayor eficiencia y menor costo, en el Japón se han reemplazado los Floculadores mecánicos por hidráulicos y actualmente solo se diseñan unidades de este tipo.

 Unidades de flujo horizontal

Fuente: ROMERO, J., 1999

Parámetros y recomendaciones de diseño

Recomendables para caudales menores de 50 litros por segundo.

Se proyectará un mínimo de dos unidades, salvo que la planta tenga alternativa para filtración directa, porque en ese caso, podrá darse mantenimiento al floculador durante los meses en que la planta opera con filtración directa.

En este tipo de unidades predomina el flujo de pistón, por lo que se consigue un buen ajuste del tiempo de retención.

Se pueden utilizar pantallas removibles de concreto prefabricadas, fibra de vidrio, madera, plástico, asbesto cemento u otro material de bajo costo, disponible en el medio y que no constituya un riesgo de contaminación. De esta manera, se le da mayor flexibilidad

Bafles

- 42 -

a la unidad y se reduce el área construida, disminuyendo por consiguiente el costo de construcción.

Entre los materiales indicados para las pantallas, los que ofrecen mayor confiabilidad son la fibra de vidrio, el plástico, los tabiques de concreto prefabricados y la madera. En cada caso, la elección del material dependerá del tamaño de la planta, del costo del material y de los recursos disponibles. Si se empleara madera, se pueden disponer tabiques de madera machihembrada, tratada con barniz marino aplicado en varias capas, cada una en sentido opuesto a la anterior, de tal manera de formar una gruesa capa impermeabilizante. También puede emplearse madera revestida con una capa de fibra de vidrio. La unidad puede tener una profundidad de 1,00 a 2,00 metros, dependiendo del material utilizado en las pantallas.

Se pueden utilizar también pantallas de asbesto cemento, siempre y cuando no se tengan aguas ácidas o agresivas. En zonas sísmicas no se recomienda el empleo de planchas de asbesto cemento.

Con pantallas de asbesto cemento, se recomienda diseñar unidades de máximo un metro de profundidad útil, colocando las pantallas con la dimensión de 1,20 metros en el sentido vertical.

Si se usan pantallas de asbesto cemento onduladas, se consigue disminuir un poco la diferencia de gradientes de velocidad entre los canales y las vueltas. En este caso, se considera un coeficiente de fricción (n) de 0,03 para calcular la pérdida de carga en los canales. Cuando se utilicen placas de asbesto cemento planas o de madera, los coeficientes deben ser 0,013 y 0,012, respectivamente.

El coeficiente (K) de pérdida de carga en las vueltas varía entre 1,5 y 3,0. Se recomienda usar un coeficiente de 2 para este fin.

- 43 -

El espaciamiento entre el extremo de la pantalla y la pared del tanque, es decir, el paso de un canal a otro, se deberá hacer igual a 1,5 veces el espaciamiento entre pantallas.

Dependiendo del tamaño de la unidad, deberá considerarse un punto de desagüe por unidad o uno por cada tramo.15

Criterios para el dimensionamiento

Según Arboleda, para floculadores hidráulicos:

v= 0,10 – 0,60 m/s. Donde:

G: Gradiente de Velocidad t: Tiempo de Mezcla v: Velocidad de flujo

La pérdida adicional, h, en floculadores de flujo horizontal, se calcula por:

(Ecuación 1.15)

Donde:

h: La pérdida adicional por curvas en el canal, (m) N-1:número de tabiques (adimensional)

15

Floculación: Consultado el 10 de Octubre del 2013, de: http://www.ingenieriasanitaria.com/web15/manual1/tomo1/ma1_tomo1_cap6.pdf

- 44 -

El espaciamiento entre los tabiques y la pared, igual a 1,5 veces la separación entre tabiques. Sin embargo, para minimizar el efecto del flujo longitudinal, sin crear bloques ni efecto de contraflujo en la curvas, algunos autores sugieren un espaciamiento igual a 0,5 veces la separación entre tabiques.

La pérdida de carga se produce a lo largo de los canales (h) y principalmente en las vueltas ( , por lo que la pérdida de carga total en el tramo H será:

(Ecuación 1.16)

En las unidades hidráulicas el gradiente de velocidad es una función de la pérdida de carga total:

(Ecuación 1.17)

Donde:

g/µ: relación que depende de la temperatura del agua H: pérdida de carga total (m)

t: tiempo de mezcla (min)

: Viscosidad Cinemática (m2/s) g: Gravedad (m/s2)

Para un período de mezcla t y una velocidad de flujo v, la distancia total recorrida por el agua debe ser:

- 45 - El volumen de agua a mezclar en cada período es:

(Ecuación 1.19)

Donde:

Q: Caudal (m3/s)

El área transversal requerida de un canal entre bafles16 es:

(Ecuación 1.20)

(Ecuación 1.21)

La profundidad del agua sería:

(Ecuación 1.22)

Donde:

a: área transversal (m2) s: separación entre bafles (m)

El espacio libre entre los tabiques y la pared del tanque será:

(Ecuación 1.23)

Para un ancho útil de la cámara de floculación, la longitud efectiva de cada canal será:

(Ecuación 1.24)

16

Bafles: Paredes o muros que se instalan en un tanque de floculación o sedimentación para dirigir el sentido del flujo, evitar la formación de cortocircuitos hidráulicos y espacios muertos.

- 46 - Por lo tanto, el número requerido de canales será:

(Ecuación 1.25)

La pérdida por fricción se calcula por la fórmula de Manning, con n= 0,013 para superficies de cemento, y n=0,012 para asbesto-cemento.

(Ecuación 1.26)

Donde:

: La pérdida por fricción en el tanque (m) v: Velocidad (m/s)

L: Distancia total recorrida por el agua (m) n: Coeficiente de Fricción del Cemento R: Radio hidráulico del canal