Lección 19. Mezcla rápida

 

 

En plantas de tratamiento la mezcla rápida se puede efectuar en dos formas: Con mezcladores flujo de pistón y  con retromezcladores 

 

En los primeros, la adición del coagulante se hace al pasar la masa de agua por un punto determinado, en el cual se produce una fuerte turbulencia inducida por un aparato hidráulico (orificio, vertedero, constricción, etc.), ver Fig. 33.

 

En los segundos, el agua es retenida en una cámara especial por un tiempo de detención nominal V/Q  de 10 a 120 segundos, en donde se aplican los coagulantes, mientras que el agua se agita con una turbina o paleta rotatoria o cualquier otro sistema para crear turbulencia (Fig. 34).

 

La diferencia entre ambos métodos es amplia. En los retromezcladores, el agua que entra y acaba de ser dosificada con el coagulante, se mezcla con el agua previamente retenida en la cámara y que hace algún tiempo recibió la dosis de coagulante. Esto produce una interacción entre los compuestos químicos iniciales, que se forman en la masa de agua que llega y los previamente formados en la masa del agua retenida en el tanque. Para este proceso se necesita emplear un dispositivo que genere movimiento o agitación mecánica, como bombas y rasquetas que requieren energía.

 

En los reactores de flujo pistón, el flujo a medida que va pasando va recibiendo su inyección de coagulante, y  la entremezcla entre las masas de agua es mínima. La turbulencia se realiza hidráulicamente, esto es, utilizando la energía cinética que trae el agua.

 

 

 

 Fig. 33. Mezcladores flujo pistón

 

 

 

 

 

Fig. 34. Retromezcladores

 

Dos ejemplos comunes de mezcladores, utilizados con bastante frecuencia en la   práctica, (resalto hidráulico y turbina de eje vertical) caracterizan los diversos dispositivos de mezcla rápida,  que pueden ser clasificados entonces en hidráulicos y mecánicos.

 

Históricamente los primeros  dispositivos para la mezcla rápida fueron hidráulicos.  Con el desarrollo  de arte y técnica del tratamiento del agua, se pasó  principalmente en los países más industrializados y en nuestro medio, con el uso de elementos e instalaciones importadas a darse preferencia  a mezcladores mecánicos.

 

En los retromezcladores la turbulencia necesaria  para la mezcla proviene de una fuente externa, generalmente un motor eléctrico por lo que puede ser fácilmente controlado.  Por otro lado la potencia disipada en los mezcladores hidráulicos, tiene su origen en el trabajo interno del fluido y de este modo es  función de la forma geométrica del  mezclador y de las características del flujo, tornándose difícilmente controlables las condiciones de mezcla por el operador.

En nuestro medio tradicionalmente se le  ha dado preferencia  a los dispositivos hidráulicos de mezcla rápida, tales como la canaleta Parshall y vertederos.

1.1.1.1       Mezcladores hidráulicos

 

Los mezcladores hidráulicos pueden emplearse cuando se dispone de suficiente cabeza o energía en el flujo de entrada. Los parámetros de diseño básicos en ambos casos son: el tiempo de retención y el gradiente de velocidad, que en su forma general se expresan mediante las siguientes ecuaciones

 

El factor   depende de la temperatura del agua, conforme se observa en la Tabla 20.

  

Tabla 20  VALORES DE Peso específico y viscosidad dinámica

 

Temperatura

Peso especifico

Viscosidad dinamica

ºC

( g )  N/m3

( m)   Pa,s

0

9805

0.00180

1

9805

0.00174

2

9806

0.00168

3

9806

0.00163

4

9807

0.00158

5

9807

0.00153

6

9807

0.00148

7

9806

0.00144

8

9806

0.00139

9

9805

0.00135

10

9804

0.00132

11

9803

0.00128

12

9802

0.00125

13

9800

0.00121

14

9799

0.00118

15

9798

0.00115

16

9797

0.00112

17

9795

0.00109

18

9793

0.00107

19

9791

0.00104

20

9980

0.00101

21

9787

0.00099

22

9785

0.00097

23

9783

0.00094

24

9781

0.00092

25

9778

0.00090

26

9775

0.00088

27

9773

0.00086

28

9770

0.00084

29

9767

0.00082

30

9764

0.00080

31

9761

0.00079

32

9758

0.00077

33

9755

0.00075

34

9752

0.00073

35

9749

0.00071

36

9747

0.00070

37

9742

0.00068

38

9739

0.00066

39

9735

0.00064

40

9731

0.00062

Fuente: (Arboleda Valencia, 2000)

 

A una temperatura alrededor de 15ºC el valor comúnmente tomado en proyectos, de gradiente de velocidad puede ser calculado por la formula:

                     

 

Parámetros operacionales y dimensionamiento

 

Las unidades de mezcla rápida deben ser dimensionadas en función del tiempo de mezcla y del gradiente de velocidad. Fijado el tiempo de mezcla, y conocido el caudal, el gradiente de velocidad es determinado indirectamente por la potencia hidráulica o mecánica.

 

Criterios de diseño.

 

La Tabla 21, resume los criterios de diseño en cuanto a tiempo de retención y a gradiente de velocidad de la AWWA y del RAS 2000.

 

Tabla 21. Criterios de diseño para mezcladores rápidos

 

Criterio

Tiempo de Retención

Gradiente de velocidad (s-1)

Awwa

20

1000

 

30

900

 

40

790

 

>40

700

RAS 2000

≤ 60

500 – 2000

 

Fuente: (Viceministerio de Agua y Saneamiento Básico, 2010)

 

Además de estos criterios la RAS 2000, recomienda tener en cuenta los siguientes parámetros de diseño:

 

-  La velocidad mínima en la garganta debe ser mayor de 2 m/s.

-  La velocidad mínima del efluente debe ser aproximadamente 0.75 m/s.

-  Ha/w debe estar entre 0.4 y 0.8. Donde Ha es la altura del agua y w es el ancho de la canaleta.

- Debe disponerse de un dispositivo aguas abajo con el fin de controlar la posición del resalto hidráulico.

-  Punto de aplicación del coagulante.

- La aplicación de la solución de coagulante debe realizarse en el punto de mayor turbulencia.