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DISEÑO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

CRITERIOS DE SELECCIÓN  

 

  



TAMAÑO DE LA INSTALACIÓN VARIACIONES DEL CAUDAL Y PERÍODOS DE OPERACIÓN SEGURIDAD OPERACIONAL CAPACIDAD DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO LOCAL CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS COSTO DISPONIBILIDAD DE ENERGÍA CALIDAD DEL AGUA

PARÁMETROS Y RECOMENDACIONES GENERALES 

GRADIENTE DECRECIENTE: 70 a 20 S-1



G 1º TRAMO < G CANAL INTERCONEXIÓN



TIEMPO RETENCION: 10 a 30 MINUTOS  TEMP. > 20º C TIEMPO ~ 15 MINUTOS  TEMP.10 A 15ºC TIEMPO ≥ 20 MINUTOS



G Y T SE DETERMINA EN LABORATORIO

G T K n

PARÁMETROS Y RECOMENDACIONES GENERALES (continúa) 

MAYOR NUMERO DE COMPARTIMENTOS O DIVISIONES



PASO DEL MEZCLADOR AL FLOCULADOR INSTANTÁNEO



FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO HORIZONTAL Parámetros y recomendaciones de diseño 

Recomendables Q< 50 lps



Pantallas removibles: concreto prefabricado, fibra de vidrio, madera, plástico, asbestocemento.

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO HORIZONTAL Parámetros y recomendaciones de diseño  Pantallas de asbesto-cemento 

Características de las aguas  Ia ≤ 10  CO2 ≤ 3,5 mg/L  Sulfatos ≤ 1.500 mg/L  pH ≥ 6 Ia = pH + log10 (A x D) A = Alcalinidad total (mg/L CaCO3) D = Dureza (mg/L CaCO3)

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO HORIZONTAL Parámetros y recomendaciones de diseño  Pantallas de asbesto cemento  



En zonas sísmicas no se recomienda su empleo Profundidad máxima 1 m.

Coeficiente de perdida de carga Pantallas

Coeficiente fricción, n

A.C. planas

0,013

A.C. corrugadas

0,03

Madera

0,012

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO HORIZONTAL Parámetros y recomendaciones de diseño 

Coeficiente de perdida de carga en las vueltas (K) 



d

K=2

Espaciamiento entre extremo de la pantalla y la pared del tanque (d) 

d = 1.5 a

a

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO HORIZONTAL Criterios para el dimensionamiento 

Gradiente de velocidad (G) G

 hf T

γ = Peso especifico μ = Viscosidad hf = perdida de carga total T = tiempo de retención

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO HORIZONTAL Criterios para el dimensionamiento 

Perdida de carga total (hf)

hf  h1  h2  

h1 = perdida de carga en los canales h2 = perdida de carga en las vueltas

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO HORIZONTAL Criterios para el dimensionamiento  Perdida de carga en los canales (h1) 2

n v h1   2  l  3 r     



n = coeficiente de perdida de carga de Maning v = velocidad en los canales g = aceleración de la gravedad r = radio hidráulico l = longitud total en el tramo

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO HORIZONTAL Criterios para el dimensionamiento  Perdida de carga en las vueltas (h2)

 v2   N h2  K  2g  

K = coeficiente de perdida en las vueltas N = numero de vueltas

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO HORIZONTAL

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO HORIZONTAL

En el ejemplo se eligió un gradiente bajo para el ultimo tramo (25 s-1) para optimizar la formación del floculo

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO HORIZONTAL Recomendaciones complementarias 

Considerar en el fondo de la unidad una pendiente igual a la perdida de carga.



Al elegir el ancho de la unidad, tener en cuenta el ancho de la vuelta del ultimo tramo, de tal modo que las pantallas se crucen por lo menos un tercio de su longitud.



Adecuado sistema de sujeción de pantallas.

FLOCULADOR DE PANTALLAS DE FLUJO HORIZONTAL

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO VERTICAL Parámetros y recomendaciones de diseño 

Recomendables Q > 50 lps



Profundidades de 3 a 4 m



Pantallas removibles: concreto prefabricado, fibra de vidrio, madera machihembrada, asbesto-cemento.

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO VERTICAL Parámetros y recomendaciones de diseño 

Las restricciones para las pantallas de A.C. son la mismas previamente indicadas.



En la sección de paso la velocidad será igual a 2/3 de la velocidad en los canales



Gradiente de velocidad en los canales >20 s-1

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO VERTICAL Parámetros y recomendaciones de diseño 

Para evitar la acumulación de lodo, dejar abertura de 5% del área horizontal de cada compartimento en la base de cada tabique que llega al fondo.



Para evitar espacios muertos y cortocircuitos, las pantallas se deben entrecruzar por lo menos un tercio de la altura útil.

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO VERTICAL Criterios para el dimensionamiento 

Selección del numero de compartimentos (m) 2

m  0,045

3

b L G   Q  t  

b = ancho del tramo o canal L = longitud del tramo t = tiempo de retención del tramo

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO VERTICAL Criterios para el dimensionamiento 

Perdida de carga en las vueltas (h2) h2

 (m  1) V 

 m V22 2 g 2 1

V1 = velocidad en los canales V2 = velocidad en los pasajes



FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO VERTICAL Criterios para el dimensionamiento 

Velocidad en los pasajes (V2) 2 V2  V1 3

FLOCULADORES DE PANTALLAS UNIDADES DE FLUJO VERTICAL Criterios para el dimensionamiento 

Gradiente de velocidad en los canales (G1)  G1  

1 2g

f V 1,5 4 RH

f = Coeficiente de Darcy Weissbach (0,01 y 0,03) RH = A/P, radio hidráulico

FLOCULADOR HIDRÁULICO DE PANTALLAS DE FLUJO VERTICAL

B

L

FLOCULADOR HIDRÁULICO DE PANTALLAS DE FLUJO VERTICAL a

b4 b3

B

b2 b1

L

FLOCULADOR HIDRÁULICO DE PANTALLAS DE FLUJO VERTICAL Ejemplo

FLOCULADOR HIDRÁULICO DE PANTALLAS DE FLUJO VERTICAL

FLOCULADOR HIDRÁULICO DE PANTALLAS DE FLUJO VERTICAL

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNIDADES DE PANTALLAS

Ventajas  Cortocircuitos y espacios muertos son mínimos  Carecen de elementos móviles o mecánicos  O&M simples y poco costosos  Son confiables  Se economiza energía eléctrica

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNIDADES DE PANTALLAS

Ventajas  Se autorregulan cuando se producen variaciones de caudal, y el Nº de Camp de mantiene mas o menos constante. Al bajar el caudal, disminuye el G y aumenta el T. 

Variaciones de caudal del 50% producen variaciones de G del orden de 20%.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNIDADES DE PANTALLAS

Desventajas  La perdida de carga es mayor en la vueltas que en los canales. Esta desventaja se atenúa con las pantallas corrugadas. 

Producen perdidas de carga mas o menos alta.

FLOCULADORES DE MEDIOS POROSOS

ECUACIÓN DE HARRIS Y KAUFMAN

- Despejando (T):

N1 T  (1  KG ) m Nm m

1/ m  LIM m  N O    1  T m   KG  N m   

Ó

(1)

(2)

(3)

T

N 1 LN O KG Nm

PARA DISEÑO INTERESA CONOCER EL TIEMPO (T) PARA OBTENER UNA EFICIENCIA (1 - NM/NO) - En medios porosos

N 1 LN O KG NM

T

(4)

- En el ensayo de Jar test



 1  NO   1 KG  NM 

(5)

- Dividiendo la ecuación (4)/(5) T



LN 

NO NM

NO 1 NM

(6)

- Gradiente de velocidad en un medio poroso granular G

Donde:

 V J   E

Q A J  A V B V2

V

0.162(1  E ) 2 A  2D2E 2 0.081 (1 E) B  D E3

 = Factor forma E = Porosidad  = Tamaño representativo del grano

(7)

FLOCULADORES DE MEDIOS POROSOS

1. PLANTAS PEQUEÑAS • Q  20 l/s • UNIDAD DE FLUJO ASCENDENTE FORMA TRONCO - CÓNICA •

MATERIAL DE DIÁMETRO UNIFORME PIEDRA DE:  1/2” -  3/4” DIÁMETRO EQUIVALENTE = 15.9 mm

2. PLANTAS MEDIANAS Y GRANDES • UNIDAD DE FLUJO HORIZONTAL Y FORMA CONSTANTE •

MATERIAL POROSO DE DIÁMETRO VARIABLE

FLOCULADOR DE MEDIO POROSO

CÁLCULO DEL FLOCULADOR DEL MEDIO POROSO DATOS

UNID.

Caudal Q = 0.012 Tiempo floc: T=5 Porosidad E = 0.4 Dimensiones de la tolva H = 1.70 B = 2.2

m /s

Lado de la sección de entrada B1 = 0.40 Lado de la sección media de la tolva B2 = 1.10 Lado de la sección prismática complementaria B = 2.20

CRITERIOS

CÁLCULO

3

min

  60

0.012  5 0.40   9.0

QT E

  60

  H B  1/ 3B H 1

m m

H1 

2

2

  1/ 3B H B2 2

V1  100

m V2 

Q2 B12

H1 

9  1/ 3(2.2) (1.7) (2.2)2 2

H1  1.3

100  0.012 V1  (0.4)2 V1  7.5

RESULTADO

UNID.

Volumen de la cámara ocupado por las piedras

m

Altura de la sección prismática complementaria ocupada por las piedras Velocidad en la sección de entrada

m

3

cm/s

V2 = 1.0

Velocidad en la sección media

cm/s

V3 = 0.25

Velocidad en la sección prismática

cm/s

100Q B22

m

V3  100

m

Q B2

CÁLCULO DEL FLOCULADOR DEL MEDIO POROSO DATOS

UNID.

Tamaño medio del material D = 15.9 Porosidad E = 0.40 Factor de forma  = 0.81

mm

CRITERIOS

CÁLCULO 0.162(1  0.4) 2 (0.81) 2 (15.9) 2 (0.4) 3 A  0.06

0.162(1  E ) 2 A  2 D2 E3 B

A

0.018(1  E ) D  E3

UNID.

Coeficiente de la fórmula de Forchheimer

s/cm 2

2

s /cm

0.018(1  0.4) B 0.81 x 15.9(0.4)3 B  0.012 2

J1 = 0.06V1+0.012V

1

J1 = .06(7.5)+.012(7.5)

2

J1 = 1.13

Coef. Viscosidad -4  = 1.17(10)  = 1000

RESULTADO

Kg.s/ 2 m 3 Kg/m

G1 

 V1 J1

103 (7.5 x10 2 )(1.13) G1  1.17 x 10  4

4 E

Gradiente de velocidad en la sección de entrada

G1  850 2

J2 = 0.06V2+.012V2

2

J2 = .06(1.0)+.012(1.0) J2 = 0.072 G2 2

103 (1x10 2 )(.072) 1.17(10)  4

G2  78.5

Pérdida de carga unitaria en la sección de entrada s

-1

s

-1

Pérdida de carga en la sección media Gradiente de velocidad en la sección media

CÁLCULO DEL FLOCULADOR DEL MEDIO POROSO DATOS

UNID.

CRITERIOS

CÁLCULO J3 = .06(.25)+.012(.25) J3 = 0.016

G3 

103 (.25 x10 2 )(.016) 1.17(10)  4

G3  18

RESULTADO 2

UNID.

Pérdida de carga unitaria en la sección primaria

Gradiente de velocidad en la salida

s

-1