Floculación
Páginas: 13 (3077 palabras)
Publicado: 21 de julio de 2012
CAPÍTULO 6 FLOCULACIÓN
Ing. Lidia de V argas
Floculación
265
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, en forma secuencial, tres mecanis mos de transporte: 1) 2) 3) Floculación pericinética o browniana. Se debe a la energía térmica del flui do. Floculación ortocinética o gradiente de velocidad. Se produce en la masa del fluido en movimiento. Sedimentación diferencial. Se debe a las partículas grandes, que, al precipi tarse, colisionan con las más pequeñas, que van descendiendo lentamente, y ambas se aglomeran.
Al dispersarse el coagulante en la masa de agua y desestabilizarse las par tículas, 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 un micrómetro 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 es totalmente ineficiente y no tiene importancia alguna sobre partículas tan pequeñas. Bratby (1) encontró que si los gradientes de velocidad en el agua son ma 1 yores de 5 s y las partículas tienen un diámetro mayor de un micrómetro, el efecto de la floculación pericinética es despreciable.
266
Manual I: Teoría Por otro lado, el proceso de floculación pericinética solo es sumamente lento. Se precisan 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 actua ción 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 las expresiones 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 n 1 n 2 dv dz
= = = =
número de colisiones entre las partículas concentración de partículas de diámetro (d ) 1 concentración de partículas de diámetro (d ) 2 energía desarrollada en el proceso
Camp y Stein (4) fueron los primeros en determinar que para fines prácti cos, 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 siguiente ecuación:
Hij = 4/3 . n . n j . R 3 . G i ij
(2)
Floculación
267
donde:
(Hij) es el número de colisiones por unidad de tiempo y por unidad de volumen entre las partículas de radio (Ri) y (Rj); (n ) y (n ) son las concentraciones de las i j 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:
(e) (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 ...
Ing. Lidia de V argas
Floculación
265
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, en forma secuencial, tres mecanis mos de transporte: 1) 2) 3) Floculación pericinética o browniana. Se debe a la energía térmica del flui do. Floculación ortocinética o gradiente de velocidad. Se produce en la masa del fluido en movimiento. Sedimentación diferencial. Se debe a las partículas grandes, que, al precipi tarse, colisionan con las más pequeñas, que van descendiendo lentamente, y ambas se aglomeran.
Al dispersarse el coagulante en la masa de agua y desestabilizarse las par tículas, 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 un micrómetro 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 es totalmente ineficiente y no tiene importancia alguna sobre partículas tan pequeñas. Bratby (1) encontró que si los gradientes de velocidad en el agua son ma 1 yores de 5 s y las partículas tienen un diámetro mayor de un micrómetro, el efecto de la floculación pericinética es despreciable.
266
Manual I: Teoría Por otro lado, el proceso de floculación pericinética solo es sumamente lento. Se precisan 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 actua ción 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 las expresiones 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 n 1 n 2 dv dz
= = = =
número de colisiones entre las partículas concentración de partículas de diámetro (d ) 1 concentración de partículas de diámetro (d ) 2 energía desarrollada en el proceso
Camp y Stein (4) fueron los primeros en determinar que para fines prácti cos, 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 siguiente ecuación:
Hij = 4/3 . n . n j . R 3 . G i ij
(2)
Floculación
267
donde:
(Hij) es el número de colisiones por unidad de tiempo y por unidad de volumen entre las partículas de radio (Ri) y (Rj); (n ) y (n ) son las concentraciones de las i j 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:
(e) (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 ...
Leer documento completo
Regístrate para leer el documento completo.