Mezcla Rapida.docx

Mezcla Rápida. Es denominada como mezcla rápida a las condiciones de intensidad de agitación y tiempo de retención que debe reunir la masa de agua en el momento en que se dosifica el coagulante, esto la finalidad de que las reacciones de coagulación se den en las condiciones óptimas correspondientes al mecanismo de coagulación predominante. La mezcla rápida puede efectuarse mediante turbulencia, provocada por medios hidráulicos o mecánicos, tales como: resaltos hidráulicos en canales, canales Parshall, vertederos rectangulares, tuberías de succión de bombas, mezcladores mecánicos en línea, rejillas difusoras, chorros químicos y tanques con equipo de mezcla rápida. En los mezcladores hidráulicos la mezcla es ejecutada como resultado de turbulencia que existe en el régimen de flujo; en los mecánicos la mezcla es inducida a través de impulsores rotatorios del tipo de hélice o turbina. Mezcla Por adsorción-Neutralización. Para que se produzca la desestabilización de las partículas mediante el mecanismo de neutralización de cargas o adsorción, tiene que haber transporte o colisión entre los coloides y los productos de las reacciones hidrolíticas en incipiente formación. Este tipo de coagulación con dosis bajas de sustancias químicas produce normalmente flóculos desestabilizados muy pequeños. Se realiza en un tiempo muy corto y ocurre en 0.01 a 1 segundo sin producción de hidróxido de aluminio por adsorción de contraiones en la doble capa. Para este tipo de coagulación se requiere que los productos de hidrolisis sean transportados hasta la superficie de los coloides en una fracción de segundo. Mezcla Por Barrido. En este mecanismo de coagulación, las interacciones se producen entre los coloides del agua y la voluminosa formación de precipitado de hidróxido de hierro o aluminio. En este caso el agua resulta super saturada con los hidróxidos de aluminio o hierro, lo que produce una rápida precipitación de ellos. En estas circunstancias son considerablemente más importantes las condiciones químicas para lograr una buena precipitación y subsecuente floculación de las partículas que las interacciones de transporte entre el coloide y los productos hidrolíticos durante la desestabilización. Por consiguiente, en este caso son importantes los aspectos químicos en la etapa de desestabilización y los de transporte en la etapa de floculación. Mezcla Rápida Con Polímeros. Los mecanismos de coagulación predominantes con los polímeros orgánicos son los de neutralización de la carga y puente interparticular. Se puede suponer que en este caso no son necesarios altos valores de gradientes de velocidad, puesto que no se producen las reacciones de adsorción en los coloides y precipitación como hidróxido, que ocurren simultáneamente durante la etapa de mezcla con coagulantes inorgánicos.

Parámetros o Factores de diseño que modifican el proceso. Intensidad y Tiempo de Mezcla. 

La intensidad de agitación es importante cuando el mecanismo de coagulación predominante es el de adsorción o neutralización de carga. En este caso, el coagulante debe dispersarse en forma instantánea en toda la masa de agua antes de que la hidrólisis del coagulante se complete, sobre todo cuando se emplean coagulantes inorgánicos como las sales de aluminio (III) o de hierro (III), por lo que, si la unidad de mezcla no produce un gradiente de velocidad apropiado en un tiempo de retención instantáneo, no se habrá logrado una desestabilización completa.  Cuando el mecanismo predominante es el de barrido, este parámetro es indiferente y debe limitarse a producir una distribución homogénea del coagulante en la masa de agua, y el gradiente de velocidad no influye en la eficiencia, como se puede constatar por los resultados experimentales indicados en la figura.  En los casos en que el mecanismo predominante sea el de adsorción, los gradientes de velocidad (G) recomendados varían entre 700 y 1.000 s-1 y de 3.000 a 5.000 s-1 para coagulantes inorgánicos, dependiendo del tipo de mezclador.  Adicionalmente, gradientes de velocidad mayores de 1.000 s-1 y menores de 3.000 s-1 afectan negativamente el proceso y producen una tasa de desestabilización mínima.  En la coagulación con polímeros, gradientes superiores a 800 s-1 rompen las cadenas poliméricas y reducen la eficiencia.  Por otro lado, gradientes de velocidad exageradamente altos (> 5.000 s-1) traen como consecuencia un fuerte retardo en el tiempo de formación del floculo. Mezcladores. Las unidades normalmente utilizadas para producir la mezcla rápida se pueden clasificar en dos grandes grupos, dependiendo del tipo de energía utilizada para producir la agitación: mecánica e hidráulica. Las primeras plantas de tratamiento que se construyeron no tenían dispositivos especiales para la dispersión de los productos químicos. Los primeros dispositivos para la mezcla rápida fueron hidráulicos. Con el desarrollo de la técnica del tratamiento de agua, se pasó a dar preferencia a los mezcladores mecánicos, principalmente en los países más industrializados. Tipos de Mezcladores. Mezcladores Rápidos Hidráulicos. Los mezcladores rápidos hidráulicos se utilizan cuando se dispone de suficiente cabeza o energía en el flujo de entrada. Por lo general se usan resaltos hidráulicos, canaletas Parshall, tubos Venturi, dispersores de tubos perforados, etc., de tal manera de generar la energía en turbulencia y aprovecharla para la mezcla del coagulante.

Resalto Hidráulico. El resalto hidráulico es un fenómeno que ocurre cuando la corriente líquida pasa de un régimen rápido a uno tranquilo, a través de una profundidad crítica, y discurre de una profundidad menor a una mayor, mientras que la velocidad cambia de mayor a menor que la crítica. Los resaltos pueden producirse en canales horizontales o de fondo inclinado. Son frecuentemente utilizados para producir mezcla rápida en canales rectangulares con cambio brusco de inclinación. La figura ilustra cómo ocurre el resalto a través de la curva de energía específica.

Canaleta Parshall. La canaleta Parshall es utilizado en las plantas de tratamiento con la doble finalidad de medir el caudal y efectuar la mezcla rápida, la forma más común de producir un resalto hidráulico. Consiste en un segmento de canal con cambio rápido de pendientes y contrición en el punto llamado garganta. Al comienzo de ella el agua pasa por la profundidad critica (NF=1) y debido al cambio de pendiente se acelera hasta crear un régimen supercrítico que se convierte en un salto hidráulico al encontrar la pendiente negativa de la sección G de salida en la que el régimen es subcrítico.

Vertedero Rectangular. Esta unidad consiste en un canal rectangular con un vertedero rectangular sin contracciones a todo lo ancho del canal. La lamina vertiente, después de pasar sobre el vertedero, toca el fondo del canal en la sección 1, a una distancia Lm del vertedero. Cuando la lámina alcanza el fondo, se divide en una corriente principal que se mueve hacia el frente y en una corriente secundaria que retorna. Para evitar el efecto perjudicial de la zona muerta que forma un vertedero de paredes verticales, se recomienda el diseño de la siguiente figura:

 La distancia Lm puede ser calculada por la ecuación de Scimeni:

 La longitud de mezcla (Lj) se calcula mediante la siguiente ecuación:

 Para el cálculo de la gradiente de velocidad, es necesario conocer la altura crítica.

 q: caudal específico

La altura de agua en esta sección (hf) está relacionada con la altura crítica (hc) por la siguiente ecuación:

En Línea. Con este tipo de unidades es posible conseguir tiempos de mezcla muy cortos, menores de un segundo, y elevadas intensidades de mezcla. Kawamura da algunas razones por las que recomienda este tipo de unidades: 1. Proporciona una buena mezcla instantánea con pocos cortocircuitos. 2. Se reducen los costos al omitir la instalación de una unidad de mezcla rápida convencional. Ecuaciones para Diseño. El modelo básico de diseño fue formulado por Camp y Stein en 1943 y, aunque se reconoce que el concepto del gradiente de velocidad no es completamente adecuado para el diseño de mezcladores rápidos, sigue siendo el criterio mas usado en la práctica. El gradiente de velocidad es ampliamente aceptado, como un medio para calcular los requerimientos energéticos de mezcla. Los gradientes de velocidad pueden calcularse con las ecuaciones siguientes: 

Para mezcladores hidráulicos.

Introducir Formulas. 

Para mezcladores mecánicos:

Introducir Formulas. Según Rushton, la potencia requerida para establecer condiciones de turbulencia completa en un tanque de mezcla rápida, NRe > 100000, se puede determinar por la relación siguiente.

Introducir Formulas. El valor de la constante K depende del tipo, forma y tamaño del impulsor, del numero de baldes y demás variables no incluidas en la ecuación de potencia; se debe determinar experimentalmente. El cuadro incluye el valor de K, en régimen turbulento, para diferentes tipos de impulsores, con ejes de rotación en el centro de tanques cilíndricos de fondo plano, profundidad del líquido igual al diámetro del tanque, elevación del impulsor sobre el fondo del tanque igual al diámetro del impulsor.