Aireadores de Fuente o Surtidores

8/18/2019 Aireadores de Fuente o Surtidores

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Aireación.

El proceso de aireación consiste en poner el agua

en contacto íntimo con el aire para modifcar lasconcentraciones de sustancias volátiles contenidasen ella. De igual manera, la aireación permite:• Transerir oxígeno disuelto.• Remover compuestos orgánicos volátiles (COV!

productores de olores " #a$ores• Eliminar an%ídrido car$ónico (CO&.

• Remover ácido sul%ídrico ('.• Remover %ierro (e " )anganeso ()n.• Eliminar gas metano (C'*! gas cloro (Cl& "

amonio (+'*.


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Aireación.

• ,a aireación contri$u"e a la purifcación del agua

mediante el arrastre o $arrido de las sustanciasvolátiles causado por la me-cla tur$ulenta delagua con el aire " por el proceso de oxidación delos metales " los gases ue contiene el aguacruda.


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Aireación.

Fundamentos.

• Todo soluto tiende a diundirse en una solución %astaue la composición se %ace %omog/nea.

• 0na sustancia se mueve espontáneamente de una-ona de alta concentración a una -ona de

concentración inerior.• ,as temperaturas altas aumentan la volatilidad de loscompuestos " disminu"en su valor de saturación.

• ,a aireación para la remoción de sustancias volátileses mas efciente en aguas cálidas ue rías.

• ,a remoción por aireación de gases como el '! CO& "+'1 es unción del p' del agua.


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Aireación.2e acuerdo con la primera Ley de Fick " lateoría de la capa liuida estacionaria! la tasa decam$io en la concentración de una sustanciavolátil se expresa por la ecuación3

dC4dt 5 Tasa de cam$io en la concentración!mg4,.s.6 5 Coefciente de transerencia de la sustanciavolátil! m4s.7 5 8rea de contacto entre la ase gaseosa " laase liuida! m&.V 5 Volumen de la ase liuida! m& .

C# 5 Concentración de saturación del gas en el

liuido! mg4,.

( )S KA C C dC dt V

−

= −


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Aireación.

Desorción de un gas.

Ecuaciones de Lewis y Whitman.En la desorción o liberación de un gas! o sea

cuando la concentración del gas disminu"e con eltiempo o se desgasifca una solución so$resaturada!la tasa de diusión! dC4dt! aumenta a medida ue laconcentración 9C: disminu"e.

( ) KAt

V

S o S C C C C e−

= + −


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Aireación.En la absorción de gases! o sea cuando laconcentración del gas aumenta con el tiempo o periodo

de aireación la ecuación es dierente.

Absorción de un

gas.

En este caso la tasa de a$sorción del gas disminu"e amedida ue la concentración aumenta.

0( )

KAt V

S S C C C C e−

= − −


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Aireación.,as ecuaciones de Lewis y Whitman indicanue:

• ,a tasa de transerencia del gas para cualuier tiempo9t: es proporcional a la dierencia entre las

concentración de saturación C#! " la concentración9C: del gas en el agua.

• ,a tasa de transerencia es directamente proporcionala la relación del área de contacto entre la asegaseosa " la ase liuida con el volumen de la aseliuida! 74V.

• ,a tasa de transerencia es directamente proporcional

al coefciente de transerencia del gas! 6.• ,a cantidad de gas transerido es ma"or a medida ue

aumenta el tiempo de aireación.• ,a temperatura " la presión son actores importantes

porue aectan los valores de C#! de la diusividad "del coefciente de transerencia del as! 6.


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Aireación.

actores undamentales a considerar en

el dise;o de aireadores. – El tiempo de aireación. – ,a relación 74V. – Ventilación adecuada.


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!ipos de aireadores

Pueden ser: Aireadores de fuente o surtidores.

Aireadores mecánicos.

Columnas verticales o lechos empacados.

Charolas o canales perforados Aireadores en cascada y vertederos.

Planos inclinados.


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Aireadores de "uente o surtidores

• Consisten en una serie de to$eras f? con elplano %ori-ontal! de tal manera ue elagua se rompe en gotas peue;as.

• Este tipo de aireadores %a sido usadopara la remoción de CO& " la adición deoxigeno.

• Tienen un gran valor est/tico! peroreuieren un área grande. E


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7ireadores de uente o surtidores


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,a velocidad inicial de una gota de aguaemergente de una to$era o $ouilla esta dadapor la ecuación3

En unción del caudal la expresión se

presenta3 V> 5 Velocidad inicial! m4s.g 5 7celeración de la gravedad!m4s& .% 5 Carga %idráulica o energía

total so$re la $ouilla! m.C

d5 Coefciente de descarga!determinadoexperimentalmente!depende de su tipo " orma.@eneralmente! entre >.AB ">.=B.

7 5 8rea de la seccióntransversal del orifcio de

0 2V gh=

0

.

.

2d

Q V A

Q V A

Q C A gh

=

=

=


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Aireadores de "uente o surtidores!rayectoria teórica de un chorro deagua.

,a tra"ectoria de un c%orro de agua en el aire puede anali-arse

teóricamente! aplicando el teorema de Dernoulli! con3• El termino de presión igual a cero.• ,a sumatoria de las alturas de velocidad " de posición de$e ser

igual a cero en todos los puntos de la línea de corrientedescrita por el c%orro $a


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Aireadores de "uente o surtidores• #elocidad inicial de una part$cula de %uido.

• #elocidad de una part$cula de %uido.

Vx 5 ermanece constante durante todo el movimiento.

V" 5 Varia con el tiempo de$ido a ue %a" aceleración.

0

0

cos x

y

V V

V V sen gt

θ

θ

=

= −

2 2 2

2 2

x y

x y

V V V

V V V

= +

= +

0 0

0 0

x

y

V V cos

V V sen

φ

φ

=

=


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• De acuerdo a las ecuaciones de &ewton paramo'imiento uni"ormemente acelerado! las coordenadasde una partícula de Fuido ue pasa de la to$era a un punto9: de la tra"ectoria están dadas por las siguientesecuaciones3

0

0( cos )

x x V t

x V t φ

=

=

2

2

0 2

0 2( )

gt

y

gt

y V t

y V sen t φ

= −

= −


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Aireadores de "uente o surtidores• 7demás3

G 5 Coordenada %ori-ontal del punto 9:.

H 5 Coordenada vertical del punto 9:.t 5 Tiempo de aireación.V> 5 Velocidad inicial del c%orro.

5 7ngulo de inclinación del c%orro con la

%ori-ontal.g 5 7celeración de la gravedad.

22 200 0

2 2 2

0 0 0

2 2 2

y x

x y

V V V

g g g

V V V = +

= +


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• El tiempo teórico de e(posición de una gota!

de agua o tiempo de vuelo de la partícula deFuido! se produce cuando la coordenada 9y: esigual a cero " estará dado por la ecuación.

2

2

0 2

0 2

2

0

0

2

2

( )

0 ( )

2( )

2( )

2

o

gt

gt

V sen

g

hd g

y V sen t

V sen t

V sen t gt

V sen gt

t

t C sen

φ

φ

φ

φ

φ

φ

= −

= −

=

=

=

=


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• La distancia hori)ontal cubierta durante eltiempo e 'uelo o tiempo de exposición de la

partícula de agua se encuentra sustitu"endo el tiempode vuelo en la ecuación de la coordenada 9(: delFuido.

#ustitu"endo laidentidadtrigonom/trica en laecuación3

( )2 2

0 0

2

0

0

2

0

2 cos 2 cos

2

( cos )

( cos ) oV sen

g

V sen sen V

g g

V sen

g

x V t

x V

x

x

φ

φ φ φ φ

φ

φ

φ

=

=

= =

=


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7ireadores de uente o surtidores.

• or simetría en la tra"ectoria de la partícula de

Fuido! la altura máxima de la tra"ectoria! so$re lato$era se produce en la mitad del tiempo utili-adoen el tiempo de vuelo o tiempo de exposición.

t 5 5 Tiempo de vuelo de la partícula de Fuido.

t 5 5 Tiempo de vuelo de la partícula de Fuidoen la mitad del tiempo de vuelo oexposición.

t 5 5 Tiempo para alcan-ar la altura máxima.

•


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Aireadores de "uente o surtidores.

( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )

2

20

0

20

2 2

0 0

2 2 20 0 0 0

20

0 2

0 2

0 02 2

0 2 2

max 2

V sen

g

V sen

g o

y y y y

y

gt

y

g V sen

y g

g

V sen V sen V sen y y g g g

V V V V

y g g g g

V g

y V t

y V

y V V

y V

y

φ

φ

φ

φ φ φ

= −

= −

= − = −

= − = −

=


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*riterios de dise+o.• @eneralmente se usan to$eras con3 2iámetros! 25 &.B a 1.J cm (K a

K.B9.

Caudal! 5 *.A a KK l4s (AB a KAB@).

resiones! 5 L= Ma (>.A Mg4cm&

Espaciamiento 5 >.L a 1.L m El área reuerida 5 >.KK a >.1& m& porl4s.


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El procedimiento de dise+o. Consiste en3• Esta$lecer el tiempo de aireación o de contacto(t

del c%orro de agua.• 2eterminar la carga %idráulica (% necesaria para

el tiempo de contacto dado en la $ouilla ensituación mas desavora$le.

• Esta$lecer la velocidad del c%orro a la salida delas $ouillas(.

• 2eterminar el caudal ( descargado por cada$ouilla " el numero de $ouillas reuerido.

• 2eterminar la altura(H " la distancia%ori-ontal(G ue alcan-aran los c%orros.

• Esta$lecer las dimensiones del tanue receptor!de acuerdo con la distri$ución escogida por las

$ouillas.

•


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ateriales de construcción.

• #e recomienda ue se utilice en la construcción de lossurtidores materiales anticorrosivos.

Des'enta-as operati'as.

• 7unue las uentes son mu" atractivas " proveen una

relación alta de área por unidad de volumen para to$erasde gotas fnas! tiene la desventa

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