floculacion

CAPÍTULO 6
FLOCULACIÓN
Ing. Lidia de Vargas

Floculación

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El objetivo principal de la floculación es reunir las partículas desestabilizadas
para formar aglomeraciones de mayor peso y tamaño que sedimenten con mayor
eficiencia.

1.

MECÁNICA DEL PROCESO

Normalmente, la floculación se analiza como un proceso causado por la
colisión entre partículas. En ella intervienen, enforma secuencial, tres mecanismos de transporte:
1)

Floculación pericinética o browniana. Se debe a la energía térmica del fluido.

2)

Floculación ortocinética o gradiente de velocidad. Se produce en la masa
del fluido en movimiento.

3)

Sedimentación diferencial. Se debe a las partículas grandes, que, al precipitarse, colisionan con las más pequeñas, que van descendiendolentamente,
y ambas se aglomeran.

Al dispersarse el coagulante en la masa de agua y desestabilizarse las partículas, se precisa de la floculación pericinética para que las partículas coloidales
de tamaño menor de un micrómetro empiecen a aglutinarse. El movimiento
browniano actúa dentro de este rango de tamaño de partículas y forma el
microflóculo inicial. Recién cuando este alcanza el tamaño de unmicrómetro
empieza a actuar la floculación ortocinética, promoviendo un desarrollo mayor del
microflóculo. Este mecanismo ha sido estudiado en lugares donde la temperatura
baja alrededor de cero grados, rango dentro del cual el movimiento browniano se
anula y, por consiguiente, también lo hace la floculación pericinética. En este caso,
se comprobó que la floculación ortocinética estotalmente ineficiente y no tiene
importancia alguna sobre partículas tan pequeñas.
Bratby (1) encontró que si los gradientes de velocidad en el agua son mayores de 5 s-1 y las partículas tienen un diámetro mayor de un micrómetro, el
efecto de la floculación pericinética es despreciable.

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Manual I: Teoría

Por otro lado, el proceso de floculación pericinética solo es sumamente
lento. Seprecisan alrededor de 200 días para reducir a la mitad un contenido de
10.000 virus/mL en una muestra de agua.
Por lo tanto, la aglomeración de las partículas es el resultado de la actuación de los tres mecanismos de transporte mencionados más arriba.

2.

TEORÍA BÁSICA

Las primeras teorías sobre la cinética de la floculación fueron desarrolladas
por Smoluchowski (2,3), quien derivó lasexpresiones básicas para la frecuencia
de colisión de las partículas bajo el efecto del movimiento browniano y en régimen
de flujo laminar, y desarrolló la siguiente expresión, que es representativa de la
floculación pericinética.
(1)

donde:
J
n1
n2

=
=
=

número de colisiones entre las partículas
concentración de partículas de diámetro (d1)
concentración de partículas dediámetro (d2)

dv
dz

=

energía desarrollada en el proceso

Camp y Stein (4) fueron los primeros en determinar que para fines prácticos, era necesario añadirle turbulencia al proceso y generalizaron la ecuación de
Smoluchowski para incluir las condiciones de flujo turbulento. Así, de acuerdo con
la expresión de Camp y Stein, la frecuencia de colisiones está expresada por la
siguienteecuación:
Hij = 4/3 . n i . n j . R 3 . G
ij

(2)

Floculación

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donde:
(Hij) es el número de colisiones por unidad de tiempo y por unidad de volumen
entre las partículas de radio (Ri) y (Rj); (ni) y (nj) son las concentraciones de las
partículas colisionantes; (Rij) es el radio de colisión (Ri + Rj) y (G) es el gradiente
de velocidad que, según ellos, es igual a:
G=

ε
ν

(3)donde:
(ε)
(v)

=
=

potencia total por unidad de volumen del fluido y
viscosidad cinemática.

La principal objeción a la expresión (2) se basa en el hecho de que esta
ecuación fue deducida para condiciones de flujo laminar y que pierde mucho de su
sentido físico cuando se la aplica a floculadores cuyo flujo es en su mayor parte
turbulento, según expresaron los autores (4) y...