Una de las fases principales en las instalaciones para el tratamiento del agua es la eliminación de suspensiones coloidales y partículas de impurezas suspendidas en el agua.
Las operaciones mediante las cuales se facilita la sedimentación de estas suspensiones y partículas para su posterior eliminación se conocen con el nombre de coagulación y floculación.
El control de estos dos procesos en una planta de tratamiento de gua es una de las fases más importantes del proceso general y en ambos son necesarios agitadores con diferentes características.
COAGULACIÓN
Con el nombre de “Mezclado Rápido” o “Flash Mixing” se conoce la operación de mezcla del agua a tratar con reactivos. El objetivo que se persigue es el de coagulación que consiste en la desestabilización de las partículas coloidales por medio de la neutralización de sus cargas eléctricas.
La mezcla de los reactivos (sales metálicas de aluminio o hierro) con el agua a tratar debe ser rápida ya que el tiempo de coagulación es muy breve y hay que evitar que los reactivos reaccionen y precipiten.
Un parámetro de diseño muy general, cifra el gradiente medio generado por la agitación mecánica G entre 100 y 1000 s-1
G=√(P/Vμ)
Siendo G: gradiente (s-1)
P: Potencia del agitador (W)
V: Volumen de agua (m3)
µ: Viscosidad dinámica (Ns/m2)
Como se puede apreciar de la formula anterior el gradiente es proporcional a la potencia específica del agitador e inversamente proporcional a la viscosidad dinámica del fluido.
Este parámetro G tan solo permite la comparación entre agitadores con el mismo tipo de hélice.
En G&G Ingenieros empleamos hélices de perfil optimizado que poseen un alto rendimiento. Este tipo de hélices generan la recirculación de toda la masa fluida a través de ésta con la turbulencia mínima suficiente y empleando potencias inferiores a otro tipo de hélices como son turbinas de palas planas…
Parámetros de diseño:
El tiempo de mezcla TM debe ser igual o inferior al tiempo de retención del fluido en el depósito TR.
TM≤TR
Los tiempos de retención varían entre 15 segundos y 3 minutos.
Partiendo de la hipótesis que los líquidos de viscosidades similares al agua quedan mezclados con 3 pasos por la zona turbulenta y siendo TC el tiempo de una circulación completa, se tiene que
TM=3· TC
Siendo TC=V/QC siendo QC el caudal generado por el agitador
Y TR=V/Qa siendo Qa el caudal de agua de entrada al depósito.
Como TM≤TR ; 3·Tc ≤TR . Con lo cual QC ≥ 3·Qa
Para las relaciones de diámetros empleadas, el caudal de circulación originado Qc es aproximadamente el doble del caudal de bombeo de la hélice Qb.
Qc= 2·Qb
D/T=0,28 a 0,4 siendo D: diámetro de la hélice y T: diámetro del depósito
Entonces Qb≥1,5·Qa
Es decir, el caudal de bombeo de la hélice debe ser 1,5 veces el caudal de agua de entrada al depósito.
La hélice debe funcionar a contracorriente, por lo tanto generando un flujo contrario al natural de circulación del agua en el depósito.
Se debe evitar que la corriente de agua entrante incida directamente sobre la hélice, ya que provocaría unos esfuerzos desesquilibradores peligrosos para la vida del agitador. Este problema se corrige mediante pantallas deflectoras.
FLOCULACIÓN
Una vez realizada la coagulación, osea la desestabilización de las partículas coloidales, es preciso unir estas para formar elementos sólidos de suficiente tamaño que permitan su separación por decantación. Estos elementos reciben el nombre de flóculos y el proceso floculación.
Es preciso mover el agua para que las partículas sólidas choquen y se vayan aglomerando formando flóculos. Por lo tanto cuanto mayor sea el caudal generado por el agitador mayor y más rápido será este proceso de formación de flóculos.
Pero por el contrario, existe una limitación que es el cizallado producido por el móvil del agitador que es proporcional a la velocidad de éste y que con un cierto valor rompe los flóculos. Por lo tanto es preciso acercarse al valor límite de cizallado para conseguir el máximo caudal generado.
Este valor de cizallado depende del tipo de móvil utilizado. Los floculadores de palas planas utilizados en el pasado tenían una limitación de velocidad en el extremo del móvil de 0,8 m/s.
Debido a estas limitaciones y con el fin de mover todo el volumen evitando zonas muertas se debe colocar un diámetro de hélice D que haga que la relación D/T > 0.35 (siendo T el diámetro del depósito).
Se pueden utilizar varias etapas para aumentar el rendimiento de la floculación. En estos casos las velocidades irán disminuyendo a medida que se superan las distintas etapas.
También es importante que la hélice funcione a contracorriente para evitar cortocircuitos y garantizar el tiempo de estancia del agua en el recipiente.