Diseño De Desarenadores
Páginas: 13 (3144 palabras)
Publicado: 12 de abril de 2011
Tratamiento primario
Capítulo 8 Desarenadores
Los desarenadores se ubican después de las rejillas. Cuando es necesario bombear el influente de agua residual se recomienda localizar el cárcamo a continuación de los desarenadores. El propósito de separar la arena del material orgánico susceptible de putrefacción es evitar depósitos de arena en los tanques de aireación, obstrucción de tuberías,desgaste de rastras en sedimentadores, bombas, etc. El equipo mecánico y electromecánico se desgasta con mayor rapidez debido a la arena. Durante la época de lluvias se arrastra gran cantidad de este material, por lo que es necesario que su diseño considere el manejo eficiente del agua en esta época, ya que es cuando más se requiere de los desarenadores. Se diseñan para separar del agua partículasminerales de hasta 0.2 mm de diámetro; sin embargo, existen restos de alimentos que tienen diámetro grande, con velocidad de sedimentación semejante a la de la arena, por lo que el material extraído del desarenador contiene partículas orgánicas y debe manejarse adecuadamente para prevenir o atenuar el mal olor. 8.1 Principios fundamentales
La sedimentación puede clasificarse en varios tiposdependiendo de las características y concentraciones de los materiales suspendidos. En este capítulo se estudiará la sedimentación de partículas discretas, que son aquellas cuyo tamaño, forma y gravedad específica no cambian con el tiempo. Sobre una partícula suspendida en agua actúan inicialmente dos fuerzas: la de gravedad y la de flotación. La fuerza de gravedad se expresa
fg ' ρp g Vp
donde:Dp g Vp = densidad de la partícula = constante gravitacional = volumen de la partícula
Unidad 2.11
De acuerdo con Arquímedes, la fuerza de flotación es
f b ' ρw g Vp
donde Dw es la densidad del agua. Como las fuerzas actúan en dirección opuesta, si Dp = Dw no existirá fuerza neta, y no ocurrirá aceleración de la partícula en relación con el agua. Sin embargo, si la densidad de lapartícula difiere de la del agua, se ejerce una fuerza neta y la partícula se acelera en la dirección de la fuerza fneta ' (ρp & ρw) g Vp
Esta fuerza neta se transforma en la fuerza de traslación por aceleración. Una vez que el movimiento se ha iniciado, aparece una tercera fuerza debido a la fricción viscosa. Esta fuerza, denominada fuerza de arrastre, se cuantifica por
donde:
fd ' CD Ap ρwv2 2
CD = coeficiente de arrastre Ap = área de la sección transversal de la partícula perpendicular a la dirección del movimiento V = velocidad de la partícula Debido a que la fuerza de arrastre actúa en dirección opuesta a la fuerza de traslación y se incrementa con el cuadrado de la velocidad, la aceleración ocurre a una tasa decreciente hasta que se alcanza una velocidad estable en un puntoen que la fuerza de arrastre iguala a la fuerza de traslación
v2 . . . . . (8.1) (ρp & ρw) g Vp ' CD Ap ρw 2
Para partículas esféricas
4 Π(d/2)3 3 2 ' ' d 2 3 Ap Π(d/2) Vp
Sustituyendo en la ecuación (8.1)
(ρ & ρw) d v t2 ' 4 g p . . . . . (8.2) 3 CD ρw
Tratamiento primario
La ecuación (8.2) es la Ley de Newton, que describe la sedimentación de partículas esféricas discretas,donde: vt ρp ρw g d CD = velocidad final de sedimentación, (L/T) = densidad de la partícula (M/L3) = densidad del fluido (M/L3) = aceleración de la gravedad (L/T2) = diámetro de la partícula (L) = coeficiente de arrastre adimensional
La expresión de CD cambia con las características de los diferentes regímenes de flujo. Para los flujos laminar, en transición y turbulento, los valores de CD son:CD ' CD ' 24 % NR
24 (laminar) . . . . . (8.3) NR 3 % 0.34 (en transición) . . . . . (8.4)
NR
CD ' 0.4 (turbulento) . . . . . (8.5)
en estas ecuaciones NR es el número de Reynolds, definido por :
NR ' Φ vt d
donde: ϕ µ
ρw . . . . . (8.6) µ
= factor de forma que toma en cuenta el que las partículas no sean esféricas. Para esferas perfectas el valor de ϕ es de 1.0 = es la...
Capítulo 8 Desarenadores
Los desarenadores se ubican después de las rejillas. Cuando es necesario bombear el influente de agua residual se recomienda localizar el cárcamo a continuación de los desarenadores. El propósito de separar la arena del material orgánico susceptible de putrefacción es evitar depósitos de arena en los tanques de aireación, obstrucción de tuberías,desgaste de rastras en sedimentadores, bombas, etc. El equipo mecánico y electromecánico se desgasta con mayor rapidez debido a la arena. Durante la época de lluvias se arrastra gran cantidad de este material, por lo que es necesario que su diseño considere el manejo eficiente del agua en esta época, ya que es cuando más se requiere de los desarenadores. Se diseñan para separar del agua partículasminerales de hasta 0.2 mm de diámetro; sin embargo, existen restos de alimentos que tienen diámetro grande, con velocidad de sedimentación semejante a la de la arena, por lo que el material extraído del desarenador contiene partículas orgánicas y debe manejarse adecuadamente para prevenir o atenuar el mal olor. 8.1 Principios fundamentales
La sedimentación puede clasificarse en varios tiposdependiendo de las características y concentraciones de los materiales suspendidos. En este capítulo se estudiará la sedimentación de partículas discretas, que son aquellas cuyo tamaño, forma y gravedad específica no cambian con el tiempo. Sobre una partícula suspendida en agua actúan inicialmente dos fuerzas: la de gravedad y la de flotación. La fuerza de gravedad se expresa
fg ' ρp g Vp
donde:Dp g Vp = densidad de la partícula = constante gravitacional = volumen de la partícula
Unidad 2.11
De acuerdo con Arquímedes, la fuerza de flotación es
f b ' ρw g Vp
donde Dw es la densidad del agua. Como las fuerzas actúan en dirección opuesta, si Dp = Dw no existirá fuerza neta, y no ocurrirá aceleración de la partícula en relación con el agua. Sin embargo, si la densidad de lapartícula difiere de la del agua, se ejerce una fuerza neta y la partícula se acelera en la dirección de la fuerza fneta ' (ρp & ρw) g Vp
Esta fuerza neta se transforma en la fuerza de traslación por aceleración. Una vez que el movimiento se ha iniciado, aparece una tercera fuerza debido a la fricción viscosa. Esta fuerza, denominada fuerza de arrastre, se cuantifica por
donde:
fd ' CD Ap ρwv2 2
CD = coeficiente de arrastre Ap = área de la sección transversal de la partícula perpendicular a la dirección del movimiento V = velocidad de la partícula Debido a que la fuerza de arrastre actúa en dirección opuesta a la fuerza de traslación y se incrementa con el cuadrado de la velocidad, la aceleración ocurre a una tasa decreciente hasta que se alcanza una velocidad estable en un puntoen que la fuerza de arrastre iguala a la fuerza de traslación
v2 . . . . . (8.1) (ρp & ρw) g Vp ' CD Ap ρw 2
Para partículas esféricas
4 Π(d/2)3 3 2 ' ' d 2 3 Ap Π(d/2) Vp
Sustituyendo en la ecuación (8.1)
(ρ & ρw) d v t2 ' 4 g p . . . . . (8.2) 3 CD ρw
Tratamiento primario
La ecuación (8.2) es la Ley de Newton, que describe la sedimentación de partículas esféricas discretas,donde: vt ρp ρw g d CD = velocidad final de sedimentación, (L/T) = densidad de la partícula (M/L3) = densidad del fluido (M/L3) = aceleración de la gravedad (L/T2) = diámetro de la partícula (L) = coeficiente de arrastre adimensional
La expresión de CD cambia con las características de los diferentes regímenes de flujo. Para los flujos laminar, en transición y turbulento, los valores de CD son:CD ' CD ' 24 % NR
24 (laminar) . . . . . (8.3) NR 3 % 0.34 (en transición) . . . . . (8.4)
NR
CD ' 0.4 (turbulento) . . . . . (8.5)
en estas ecuaciones NR es el número de Reynolds, definido por :
NR ' Φ vt d
donde: ϕ µ
ρw . . . . . (8.6) µ
= factor de forma que toma en cuenta el que las partículas no sean esféricas. Para esferas perfectas el valor de ϕ es de 1.0 = es la...
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