¿Qué es el Mezclado Rápido?
El mezclado rápido, también conocido como «flash mixing», es una etapa crucial en el tratamiento de aguas. Su objetivo principal es la coagulación, un proceso que desestabiliza las partículas coloidales presentes en el agua, facilitando su posterior eliminación. Esto se logra mediante la neutralización de las cargas eléctricas de estas partículas a través de la adición de reactivos químicos, como sales metálicas de aluminio o hierro.
La Importancia de la Rapidez
La clave del mezclado rápido radica en su nombre: la mezcla debe ser extremadamente veloz. El tiempo de coagulación es muy breve, y es esencial evitar que los reactivos reaccionen y precipiten antes de lograr una distribución homogénea en toda la masa de agua.
Parámetros de Diseño: El Gradiente de Velocidad (G)
Un parámetro fundamental en el diseño de sistemas de mezclado rápido es el gradiente de velocidad medio (G), que se expresa en s⁻¹. Este valor, que oscila entre 100 y 1000 s⁻¹, indica la intensidad de la agitación mecánica necesaria para lograr una mezcla efectiva. La fórmula para calcular G es:
G = √(P / (V * µ))
Donde:
- G: Gradiente de velocidad (s⁻¹)
- P: Potencia del agitador (W)
- V: Volumen de agua (m³)
- µ: Viscosidad dinámica (Ns/m²), donde 1 cP = 10⁻³ Ns/m²
Soluciones Tradicionales y sus Limitaciones
Tradicionalmente, se han utilizado turbinas Rushton o de palas planas para generar la alta turbulencia requerida en el mezclado rápido. Sin embargo, estas soluciones presentan algunas desventajas, como un mayor consumo energético y la posibilidad de generar una turbulencia excesiva que puede dificultar la formación de flóculos adecuados para la posterior sedimentación.
Una Solución Innovadora: Hélices de Perfil Delgado
El uso de hélices de perfil delgado ofrece una alternativa más eficiente. Al generar una turbulencia mínima suficiente y recircular toda la masa de fluido a través de la hélice, se logra el mismo resultado de mezcla que con una turbulencia generalizada, pero con un consumo energético significativamente menor.
Parámetros de Diseño para Agitadores con Hélices
Para diseñar un agitador de coagulación con hélices de perfil delgado, se deben considerar los siguientes parámetros:
- Tiempo de mezcla (TM): Debe ser igual o inferior al tiempo de retención del fluido en el depósito (TR). Es decir, TM ≤ TR.
- Tiempo de retención (TR): Varía entre 15 segundos y 3 minutos.
- Tiempo de circulación (TC): Es el tiempo que tarda el fluido en completar una circulación completa a través de la zona de turbulencia generada por la hélice.
- Caudal de circulación (Qc): Es el caudal de fluido que circula a través de la zona de turbulencia.
- Caudal de entrada (Qa): Es el caudal de agua que ingresa al depósito.
La relación entre estos parámetros se puede expresar de la siguiente manera:
TM = 3TC
TC = V / Qc
TR = V / Qa
TM ≤ TR => 3TC ≤ TR => 3V / Qc ≤ V / Qa => Qc ≥ 3Qa
Además, se debe considerar que el caudal de circulación (Qc) es aproximadamente el doble del caudal de bombeo de la hélice (Qb):
Qc = 2Qb
Y que la relación entre el diámetro de la hélice (D) y el diámetro del depósito (T) debe estar en el rango:
D/T = 0.28 a 0.4
Finalmente, para asegurar un mezclado rápido efectivo, el caudal de bombeo de la hélice debe ser al menos 1.5 veces el caudal de entrada:
Qb ≥ 1.5Qa
Conclusión
El mezclado rápido es un proceso esencial en el tratamiento de aguas, y su optimización es clave para lograr una coagulación eficiente y reducir el consumo energético. El uso de hélices de perfil delgado representa una solución innovadora que permite alcanzar un alto grado de mezcla con una menor turbulencia y un consumo energético reducido en comparación con las soluciones tradicionales.
Al considerar los parámetros de diseño adecuados y emplear hélices de perfil delgado, es posible mejorar significativamente la eficiencia y sostenibilidad de los sistemas de tratamiento de aguas.