Mezcla Rapida.docx

Mezcla Rápida (Descripción del proceso) 1. ¿Qué es y en qué consiste? Es un proceso empleado en el tratamiento del agua con el fin de dispersar diferentes sustancias químicas y gases. En plantas de purificación de agua el mezclador rápido tiene generalmente el propósito de dispersar rápida y uniformemente el coagulante a través de toda la masa o flujo de agua. Sustancias coagulantes •

Sulfato férrico (Fe2(SO4)3

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Cloruro férrico (FeCl3)

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Sulfato de aluminio (Al2(SO4)3.14 H2O)

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Sulfato ferroso (FeSO4)

2. ¿Cómo actúa? La mezcla rápida puede efectuarse mediante turbulencia, provocada por medios hidráulicos en canales, canaletas 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 la 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. Para los mezcladores rápidos mecánicos se utilizan tanques generalmente de sección circular o cuadrada, estos consisten en hélices, paletas, turbinas u otros elementos similares acoplados a un eje de rotación impulsado por una fuerza motriz cualquiera. Hay Dos tipos de coagulación adsorción y barrido

3. ¿Qué factores inciden en su eficiencia? Los factores químicos que afectan las reacciones de coagulación, están las características propias de la mezcla rápida, que influyen de manera determinante en la eficiencia final de todo el tratamiento, como los parámetros operacionales de la unidad, el tipo de mezclador y el sistema de aplicación del coagulante. 

Intensidad y tiempo de mezcla

La adecuación de estos parámetros es de especial importancia 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. Con coagulación de barrido, en cambio, solo es necesaria una dispersión homogénea, los tiempos de retención pueden ser mayores (1-7 seg) y el gradiente de velocidad no influye en la eficiencia, como se puede constatar por los resultados experimentales indicados en la figura 5-5.

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Sistema de aplicación del coagulante

La coagulación con sales de aluminio o de hierro solo se realiza satisfactoriamente a un pH determinado y en presencia de alcalinidad en una cantidad mínima para las reacciones químicas. Moffet considera que una reacción adecuada del coagulante con el agua solamente ocurrirá si: 1) Todos los productos químicos que alteran el pH (cal, soda, ácido, cloro y otros) se aplican aguas arriba del punto de aplicación del sulfato de aluminio, a una distancia suficiente que asegure una completa disolución y mezcla. El pH del agua cruda debe corregirse previamente de modo que resulte el pH óptimo de coagulación, antes que la reacción del sulfato de aluminio se produzca. 2) La dosis de sulfato de aluminio debe añadirse a una tasa constante en la cámara de mezcla rápida, de forma tal que el mismo sea inmediata y uniformemente dispersado en el agua que llega a la planta de tratamiento.

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Tipo de dispositivo de mezcla

Es altamente deseable que ocurran condiciones de flujo de pistón, ya que la existencia de corrientes de cortocircuito o la detención de masas de agua por un tiempo mayor que el necesario traerá el inconveniente de que la masa de agua en algunas partes recibirá mayor cantidad de coagulante, lo que podrá

causar la reestabilización de los coloides, mientras que otras partes recibirán cantidades demasiado bajas para iniciar la coagulación. Vrale y Jordan, al evaluar la eficiencia de varios tipos de mezcladores rápidos (un retromezclador y cinco mezcladores en líneas diferentes), llegaron a la conclusión de que para el mecanismo de coagulación por adsorción, el retromezclador es el tipo de unidad más deficiente, mientras que los mezcladores de línea presentaron los mejores resultados (figura 5-6).

Retromezcladores

(Uso y aplicabilidad del proceso) 4. ¿Cuándo se le usa? La coagulación o mezcla rápida es un tratamiento previo esencial para muchos sistemas de purificación de agua. En el proceso convencional, se añade un coagulante al agua cruda para crear una atracción entre partículas en suspensión ya que muchas partículas son muy pequeñas. 5. ¿Qué importancia tiene el mismo dentro del conjunto de procesos unitarios? La coagulación tiene por objetivo desestabilizar las partículas en suspensión, es decir facilitar su aglomeración. En la práctica este proceso es caracterizado por la inyección y dispersión rápida de diferentes productos químicos. Esta aglomeración es necesaria ya que las partículas en suspensión son demasiado pequeñas que no se sedimentaran en el tiempo de retención y no pueden ser eliminadas por los demás procesos. Por lo tanto, este proceso facilita los demás procesos unitarios y evita la posterior agregación de más coagulantes (químicos).

(Unidades donde se realiza el proceso) 6. Tipos de unidades 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.

Mezcladores Hidráulicos: La potencia (P) disipada en cualquier dispositivo de mezcla hidráulica es igual al producto de la pérdida de carga (H) por el caudal (Q), convertida en peso de líquido por unidad de tiempo: P=HγQ

Mezcladores Hidráulicos: Existen 2 tipos de unidades de mezcla mecánica: el retromezclador y el mezclador en línea mecánico. 1) Mezclador de línea mecánico; Fue introducido en los años sesenta. Este tipo de agitador puede reemplazar a los grandes mezcladores y a los tanques retromezcladores debido a que proporcionan una agitación casi instantánea, mezclando o dispersando en un volumen muy pequeño y con un bajo consumo de energía. 2) Retromezclador; Está compuesto de un tanque diseñado para un periodo de retención determinado y un sistema de agitación.

7. Ventajas y desventajas de los diferentes tipos El gradiente de velocidad en un mezclador mecánico no varía con el caudal y tiene la ventaja adicional de permitir controlar el grado de agitación si se varía la velocidad de rotación del impulsor. Sin embargo, su funcionamiento depende de una fuente de energía externa y, de esta forma, una falla en el sistema de alimentación o en el propio mecanismo, causaría el colapso del proceso de mezcla rápida, lo que perjudicaría el tratamiento en su conjunto. La energía dispensada por un mezclador mecánico es siempre mayor que la energía disipada en un mezclador hidráulico. En el equipo mecánico las pérdidas por inducción, por fricción y otras hacen que el trabajo útil aplicado al agua sea apenas una pequeña parte del total. La principal objeción que se hace a los dispositivos hidráulicos es su poca flexibilidad a las variaciones de caudal. Por otro lado, el costo relativamente elevado y la propia complejidad de los equipos electromecánicos hacen inadecuada su utilización en los países en desarrollo. En nuestro medio, se ha dado tradicionalmente preferencia a los dispositivos hidráulicos de mezcla rápida, tales como

8. Criterios de diseño 1) Capacidades  La intensidad de agitación, medida a través del gradiente de velocidad, pue-de variar de 700 a 1.300 s-1 o de 3.000 a 5.000 según el tipo de unidad seleccionada. 

El tiempo de retención puede variar de décimas de segundos a siete segundos, dependiendo de la concentración de coloides en el agua por tratar y del tipo de unidad seleccionada. De la concentración de coloides presente en el agua dependerá el tipo de mecanismo de coagulación resultante; esto es: Alta concentración de coloides = mecanismo de absorción o de neutralización de cargas Baja concentración de coloides = mecanismo de barrido

Mezclador de tipo rampa:

Vertedero Rectangular;

Vertedero Triangular 90º;

2) Relaciones geométricas Canaleta Parshall; Se usa la canaleta Parshall normalmente con la doble finalidad de medir el caudal afluente y realizar la mezcla rápida. Generalmente, trabaja con descarga libre. La corriente líquida pasa de una condición supercrítica a una subcrítica, lo que origina el resalto. Fue ideada en 1927 por R. L. Parshall y patentada en varios tamaños con las dimensiones indicadas en el cuadro 2-3.

Mezclador mecánico de turbina radial;

9. Prueba de laboratorio para el dimensionamiento de este proceso Prueba de jarras; Las pruebas de jarra se utilizan tanto en plantas de tratamiento de agua potable existentes como en la etapa de proyecto con el objeto de definir la dosis de coagulante. Sin embargo, se puede obtener mucha más información considerando solo pequeñas modificaciones a la prueba convencional. En efecto, es la

prueba más rápida y económica para definir múltiples variables que afectan el tratamiento del agua. Dosis optima:

10. Recomendación para el diseño, operación y mantenimiento  Los reactivos químicos se deben distribuir de manera rápida y uniforme por toda la masa liquida.  Se recomienda la instalación de mezclador hidráulico para plantas de tratamiento pequeñas y mezcladores mecánicos para plantas de tratamiento de gran escala.  De acuerdo con el análisis expuesto anteriormente, la intensidad de agitación es importante solo cuando el mecanismo predominante es el adsorción o neutralización de carga. Cuando el mecanismo predominante es el de barrido, este parámetro es indiferente y debe limitarse a producir homogénea del coagulante en la masa de agua.