Ensayo de Jarras

La prueba de jarras es la técnica más extensamente usada para determinar la dosis de químicos y otros parámetros para la potabilización del agua. En ella se tratan de simular los procesos de coagulación, floculación y sedimentación a nivel de laboratorio.

Existe en el mercado una gran variedad de equipos para pruebas de jarras, pero en toda su versatilidad debe radicar en utilizar una serie de jarras al mismo tiempo y la posibilidad de variación de la velocidad de agitación (r.p.m) En este proceso influyen factores químicos e hidráulicos. Entre éstos tenemos:

• pH

• Temperatura

• Concentración de coagulante

• Secuencia de aplicación de las sustancias químicas

• Grado de agitación

• Tiempo de sedimentación

El pH desempeña un papel muy importante en el estudio de los fenómenos de coagulación- floculación, es así como una parte de la carga de las partículas coloidales que han absorbido iones OH-, queda destruida por un

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aumento de la concentración de iones H3O- que ocasiona una disminución de la estabilidad de la suspensión coloidal. Preferiblemente el pH debe quedar dentro de la zona correspondiente al mínimo de solubilidad de los iones metálicos del coagulante usado.

Para sales de hierro la zona de pH es mucho más amplia, alcanzándose el mínimo de solubilidad a pH > 5.

La temperatura del agua también influye grandemente en la efectividad de la coagulación y en la velocidad de formación del flóculo. Según disminuye la temperatura del agua debe aumentarse la dosis de productos químicos usados para coagular, con el objetivo de lograr o asegurar la formación de flóculos adecuados.

El tiempo de mezclado del coagulante en el agua a tratar será el necesario para que el producto utilizado se difunda con la mayor rapidez posible. El tiempo de coagulación es extraordinariamente breve, menos de un segundo y la utilización óptima del coagulante exige que la neutralización sea total antes de que una parte del coagulante haya comenzado a precipitar.

El ensayo de jarras ha sido ampliamente usado; sus resultados tienen gran aplicabilidad en el diseño y la operación real de las unidades de tratamiento, así como en la optimización de plantas existentes. El procedimiento requiere como datos previos los valores de pH, turbiedad, color y alcalinidad del agua cruda.

La unidad de mezcla típica consiste en una serie de agitadores de paletas acoplados mecánicamente para operar a la misma velocidad, generalmente entre 10 a 300 RPM. Como jarras de coagulación se recomienda, jarras rectangulares de 1 a 2 litros en acrílico transparente.

1.4.1. Aspectos Técnicos de la Prueba

Hay varios aspectos que deben tomarse en consideración antes de realizar una prueba de jarras.

• Equipo

• Reactivos (coagulantes)

• Gradientes de floculación (mecánica hidráulica) a) Equipo:

• Aparato agitador para prueba de jarras

• Vasos de precipitación o beakers, capacidad 1000 ml ó 2000 ml

• Deflectores

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• Vasos de precipitación o beakers, capacidad 100 ml

• Recolector de muestra (después de la prueba)

• Almacenador y preparador de muestra b) Reactivo

Solución estándar de coagulante (sulfato de aluminio), preferentemente el utilizado en la planta de tratamiento. Pueden utilizarse concentraciones del 1%, 2%, 5%, 10%, 15%, 20%

respectivamente. Para mayor eficiencia se puede determinar la concentración óptima de coagulante.

c) Gradiente de floculación

Aspecto de importancia vital en lo concerniente a la prueba de jarras, ya que dependiendo de las condiciones o la mecánica hidráulica del diseño de la planta de tratamiento así se realizará la prueba en el laboratorio.

Determinación del gradiente en la planta:

• Seleccionar la unidad a analizar

• Determinar el caudal

• Determinar el volumen de cada cámara o tramo de la unidad.

• Si el Floculador es hidráulico: determinar la pérdida de carga en cada tramo nivelando la superficie del agua.

• Si el floculador es mecánico: determinar las características de las paletas, número, ancho, largo, radio de giro, determinar la velocidad de trabajo del floculador R.P.M.

• Determinar el tiempo real de retención (prueba de trazadores) de cada tramo o cámara

• Determinación de potencia unitaria 1.4.2. Condiciones de la Prueba de Jarras

Debido a que la prueba de jarras es sólo una simulación del proceso, es necesario mantener las condiciones operacionales que existen en el proceso industrial como son: gradiente hidráulico y tiempo en la mezcla lenta y rápida, punto de aplicación de los reactivos, el orden y el tiempo de dosificación de los mismos.

a) Mezcla rápida

El objetivo de la mezcla rápida es crear la turbulencia o movimiento necesario en el líquido contenido en la jarra para poner en contacto los reactivos químicos con las partículas

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coloidales del agua, modo de neutralizar sus cargas, desestabilizarlas y hacer que se aglomeren en un corto período de tiempo. El tiempo de aplicación de la mezcla rápida depende de la clase del coagulante.

Por ejemplo, los polímeros se distribuyen más lentamente que los iones metálicos debido a su mayor molécula, por lo tanto requerirán mayor tiempo o mayor gradiente de velocidad que los coagulantes metálicos hidrolizantes.

b) Mezcla Lenta

Generalmente, el tiempo de mezcla no excede de 15 min. Un tiempo excesivo puede crear calentamiento de la muestra originando una floculación más eficiente, pero a su vez una pobre sedimentación, ya que ocurre la liberación de los gases disueltos en el agua, formando burbujas que se adhieren a los flóculos y los hacen flotar.

c) Reposo (Sedimentación).

Durante este tiempo los coloides sedimentan por gravedad y se obtiene el agua clarificada.

1.4.3. Aspectos a Tomar en la Prueba

Para realizar la prueba se deben de considerar los siguientes aspectos:

• Toma de muestra

• Características de la muestra

• Cálculo de dosificaciones

• Gradiente y tiempos de floculación y sedimentación a) Toma de Muestra:

Es necesario tener al alcance un envase en el cual se pueda almacenar momentáneamente gran cantidad de agua no tratada, así como para el respectivo muestreo, se debe también considerar y tomar como datos la hora de captación de la muestra y la fecha de la toma de muestra y también la hora y fecha de inicio de la prueba, así como también los datos de planta: dosificación y caudal.

b) Características de la Muestra:

Es importante tomar en cuenta las características de la muestra para la determinación de curvas de turbiedad contra dosificación,

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así como para determinar el rango de dosificación en las jarras.

Las características importantes a considerar son: turbiedad, color, pH, temperatura, alcalinidad y dureza.

c) Cálculo de Dosificación:

Dependiendo de la turbiedad, así se aplicarán y variarán las dosificaciones de coagulante a las respectivas jarras. Si la persona tiene la experiencia para determinar las dosificaciones con el solo hecho de saber la turbiedad le será de mucha facilidad el continuar con la prueba.

d) Gradiente de Floculación:

Es el cambio o variación del volumen de agua respecto a un nivel de referencia en un tiempo determinado por la cantidad de agua a tratar (caudal = volumen/tiempo)

e) Tiempo de Floculación:

Depende directamente del gradiente y la prueba de trazadores.

f) Tiempo de Sedimentación:

Este tiempo será determinado por la prueba de trazadores en el sedimentador, la velocidad dada en la prueba será siempre de O R.P.M.

1.4.4. Procedimientos para Llevar una Prueba de Jarras.

• Las soluciones químicas deben ser recién preparadas. Mientras algunas soluciones químicas se beneficien con el tiempo, la mayoría se deterioran. Los resultados obtenidos con muestras añejas no son representativos.

• Las muestras para las pruebas deben ser lo más representativa del sistema y en cantidad suficiente para una serie de pruebas completas. En las muestras viejas la turbidez del agua usualmente coagula más fácilmente que en las muestras frescas, debido a la inestabilidad de la suspensión coloidal; por lo que no se recomienda correr pruebas de jarras con más de dos horas de captadas.

• La adición de químicos debe realizarse en el mismo orden en que son añadidos en planta o en el caso de la clarificación a nivel domiciliario. A las jarras se añaden normalmente coagulantes, floculantes y/o ajustadores de pH. Algunas plantas usan el cloro

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para la desinfección, oxidando la materia orgánica y eliminando parte del color.

• Se debe tener cuidado de no demorar la adición de los químicos si se necesita una adición simultánea de los mismos, ya que se estarían alternando las condiciones de la prueba.

1.4.5. Criterios para la Evaluación

Para evaluar los resultados de una prueba de jarras no se siguen criterios convencionales o patrones universales y casi se trata de un criterio particular del analista, fabricante del equipo, operario de la planta de acuerdo a su larga experiencia, pero bajo la convicción que le da la certeza de trabajar en las mismas condiciones experimentales y bajo los mismos criterios analíticos.

No obstante, en la práctica se observan ciertos lineamientos a seguir para evaluar una prueba de jarra, como son:

• Características de los flóculos: Tamaño, uniformidad, velocidad de aparición, voluminosos, de poco peso, si son densos, livianos y difusos, apenas puntos o microflóculos.

• Calidad del sobrenadante: La claridad o transparencia, es el criterio más importante en la evaluación de una prueba de jarras, ya que es lo que se persigue en la clarificación del agua. Para ello se mide la turbiedad final del agua.

Se debe observar si el sobrenadante es totalmente transparente, semiturbio, turbio, con apreciable cantidad de material suspendido (TSS), decantado, semidecantado, entre otros.

1.4.6. Aspectos Después de la Prueba

Terminando el tiempo de sedimentación es necesario tomar en cuenta los siguientes aspectos para analizar la prueba y así llegar a una conclusión:

• Recolección de la muestra

• Determinación de las características de la muestra

• Conclusiones

a) Recolección de Muestra:

Debe realizarse a una profundidad no máxima y no mínima de 6 cm. de la superficie en la jarra.

b) Determinación de Características:

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Turbiedad, color, pH, temperatura, alcalinidad y dureza, son las principales características de la muestra.

c) Análisis y Conclusiones:

Con base a los datos proporcionado por la determinación de las características de la muestra da cada jarra se podrá deducir que la que tenga menor turbiedad, menor color, permanezca estable el pH y no varié demasiado la alcalinidad, será la muestra respectiva a la jarra de mejor dosificación aplicable a la planta.

1.4.7. Realización de la Prueba de jarras

Cada prueba de jarras tiene su metodología a seguir y es indistintamente variable entre cada una realizada en plantas de tratamiento distintas. Se debe esto a que la mecánica hidráulica de cada planta hace variar los gradientes y por consiguiente también los tiempos de la prueba de jarras.