FUNDAMENTO TEORICO SEDIMENTADOR DE ALTA VELOCIDAD AREA DE INGENIERIA Y PROYECTOS
ULTRASEP
Los ultrasep’s, son equipos sedimentadores de alta velocidad donde los sólidos son separados continuamente del agua, funcionan bajo un proceso diferencial de presión, las partículas tienen mayor peso específico que el fluido. El resultado final será siempre un fluido clarificado y una suspensión más concentrada.
Se añade un agente de floculación al cono de alimentación para formar partículas aglomeradas más grandes a fin de acelerar la sedimentación de los sólidos, este cono de alimentación permite reducir la turbulencia del flujo para una mayor eficiencia en la floculación, aquí se realiza el contacto del floculante con los sólidos presentes en el flujo de entrada.
Fig. N`1 Cono de alimentación
Debido al incremento del área transversal, la velocidad descendente de los floculos disminuye, permitiendo así que las partículas floculadas entren en un suave contacto unas con otras sin producir ningún corte. Las partículas aglomeradas se asientan por el incremento de su peso, son de mayor tamaño, los sólidos, sobre el cono de dilución que presenta una superficie inclinada, dándole una mayor consolidación a los sólidos por desplazamiento hacia el fondo y el agua que es separada fluyen hacia la parte superior en la zona clarificada.
Como resultado de esta diferencia de densidad entre la pulpa que ingresa y la aglomeración de los sólidos, fuerza al agua clara a salir por el tubo central del cono de dilución hacia el interior del cono de alimentación contribuyendo a una floculación eficiente. La cantidad de agua de dilución que fluye hacia el cono de alimentación se autorregula, no se requiere agua de dilución adicional a la que es alimentada para una floculación eficiente.
Fig. N° 2 Cono de dilución
La configuración del cono de alimentación constituye un segundo factor para el aumento de la eficiencia de asentamiento. La forma cónica del cono de alimentación crea un anillo con un área transversal menor entre la parte ancha del cono de alimentación y la pared del tanque. A medida que los efluentes y las partículas pequeñas o sub-floculadas se elevan a través de este anillo, estos se aceleran provocando una mayor turbulencia en esta región. Dado que hay una cantidad relativamente pequeña de partículas, se requiere de una turbulencia alta para que las partículas choquen unas con otras y se aglomeren. A medida que el área transversal se agranda, la velocidad ascendente de las partículas disminuye hasta alcanzar un punto en el que la fuerza descendente de la gravedad es igual a la fuerza ascendente. En este punto, se forma una cama floculada inactiva que permite que las partículas se aglomeren más hasta alcanzar un tamaño lo suficientemente grande como para asentarse en el fondo del separador sedimentario.
Fig. N`3 Cama floculada
Fig. N° 3 Cama floculada A medida que el porcentaje de sólidos disminuye en la alimentación, la diferencia entre las densidades de la parte interior y la parte exterior del cono de dilución también disminuye, reduciendo el flujo de agua de dilución hacia el interior del cono de alimentación. Si se incrementa el porcentaje de sólidos en la alimentación, la diferencia de densidades es significativa, lo que da como resultado una mayor cantidad de agua de dilución. Esta dilución que se autorregula asegura que existan condiciones de floculación casi óptimas en el cono de alimentación.
Fig. N`4 Agua de dilución
Con la salida del agua por el tubo central, los sólidos siguen asentándose en el fondo del tanque formando una zona de compactación, son sólidos con una mayor consolidación es decir con una mayor densidad. Estos sólidos también se asientan sobre el cono toroidal, que por su diseño los sólidos son conducidos hacia la salida sin problemas de atoros, por la posible formación de “hueco de rata” que obstruye la descarga de los sólidos.
Fig. N`5 Cono toroidal Componentes del sedimentador Ultrasep:
Cono de alimentación.- reduce la energía radial del flujo entrante y proporciona zonas
turbulentas y estables para una floculación eficiente. Cono de dilución.- proporciona una superficie inclinada para una consolidación eficiente de los sólidos así como un canal para la salida del agua de dilución. Cono toroidal.- proporciona una superficie inclinada para una consolidación eficiente de los sólidos y previene la formación del “hueco de rata” a medida que el flujo denso va saliendo. Vertederos.- permite que los efluentes salgan del tanque sedimentador de una manera uniforme y controlada.
FLOCU LANTE Los floculantes se emplean en la resolución de muchos problemas tecnológicos
relacionados con la aceleración y aumento de eficacia de procesos de separación de sistemas solido-liquido. Los actualmente son productos sintéticos de naturaleza polímera, conocidos genéricamente como polielectrolitos, que presentan, entre otras, dos propiedades fundamentales: elevado peso molecular y una determinada densidad de carga iónica que depende de sus aplicaciones.
La floculación consiste en mezclar y agitar suavemente la masa con el floculante para
ir formando microfloculos y puedan aglomerarse, de manera que al aumentar de tamaño y peso, sean capaces de sedimentar y eliminar el agua continuamente. Es un proceso físico utilizado en la depuración de las aguas para facilitar la eliminación de partículas coloidales que son difíciles de sedimentar por su reducido tamaño.
Se requiere de un floculante de alto peso molecular, basados principalmente en
poliacrilamidas y algunos comonomeros cationicos o anionicos basados en acrilamida constituyen la base para sintetizar actualmente más del 95% de los polielectrolitos existentes en el mercado.
Que brinde mayor velocidad de sedimentación y mejor claridad en la separación solido-
líquido y obtener mejores beneficios costo-beneficio. Son usados para el tratamiento específico de efluentes industriales, manejo y tratamiento en separación solido-liquido en procesos minerosmetalúrgicos.
El flujo de alimentación contiene partículas dispersas, material suspendido que no
sedimentan con facilidad requiriendo mucho tiempo para sedimentar en reposo, una parte de estos sólidos que no sedimentan pueden ser coloides, son partículas menores de 74 micrones.
En los coloides, cada partícula se encuentra estabilizada por una serie de cargas de igual
signo sobre su superficie, haciendo que se repelen dos partículas vecinas como se repelen dos polos magnéticos. Puesto que esto impide el choque de las partículas y formen así masas mayores llamadas floculos, las partículas no sedimentan. Con la adición de agentes químicos y aplicando energía de mezclado la floculación desestabiliza los coloides y consiguen su sedimentación, aplicando los fenómenos de
transporte de las partículas coaguladas para provocar colisiones entre ella promoviendo su aglomeración.
Para favorecer la formación de aglomerados de mayor tamaño se adicionan un grupo de productos denominados floculantes, primero se cancelan las cargas eléctricas sobre la superficie del coloide permitiendo inicialmente la formación de pequeños floculos, pero se juntan y forman aglomerados mayores capaces de sedimentar. La precipitación de coloide implica por tanto dos etapas:
Desestabilización. Las teorías sobre el mecanismo de este fenómeno se basan en la química coloidal y de superficies. Transporte de núcleos microscópicos para formar agregados densos. La teoría del transporte está basada en la mecánica de fluidos.
Coloide
Las especies coloidales halladas en fluidos incluyen arcillas, sílice, hierro, metales pesados. Todo lo que se necesita para determinar el sistema es determinar la naturaleza y la magnitud de la carga de la partícula, es la que determina lo cerca que pueden aproximarse las partículas.
El potencial Z es una medida de esta fuerza de repulsión, cuanto mayor es, en valor absoluto, mayor es la carga de la partícula. A medida que disminuye el potencial Z las partículas pueden aproximarse aumentando la posibilidad de una colisión. Los floculantes proporcionan cargas de signo contrario para eliminar ese potencial. Mezclado del floculante Para complementar la adición del coagulante se requiere del mezclado para destruir la estabilidad del sistema coloidal. Para que las partículas se aglomeren deben chocar, y el mezclado promueve la colisión. El movimiento browniano, movimiento caótico comunicado a las partículas pequeñas al ser bombardeadas por moléculas individuales de agua, está siempre presente como una fuerza homogeneizadora natural. Un mezclado de gran intensidad que distribuya el floculante y promueva colisiones rápidas es lo más efectivo. Crecimiento de los floculos Una vez que se ha añadido el floculante y se ha realizado el mezclado se pasa a la formación de floculos mayores. Puede ocurrir que el floculo formado por la aglomeración de varios coloides no sea lo suficientemente grande como para asentarse con la rapidez deseada. Un floculante reúne partículas en una red, formando puentes de una superficie a otra y enlazando las partículas individuales en aglomerados. La floculación es estimulada por un mezclado lento que junta poco a poco los floculos. Un mezclado demasiado intenso los rompe y rara vez se vuelven a formar en su tamaño y fuerza óptimos.
DIAGRAMA DE FLUJO
IMÁGENES DEL FUNCIONAMIENTO DE UNA PLANTA ULTRASEP
