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Práct
ica de
Laborator
io: PRUEBA DE
JARR
PRACTICA DE LABORATORIO
LUIS ENRRIQUE MORE CHIROQUE.
ING. FRANKLIN CURAY HERNA.
TECNOLOGÍAS AMBIENTALES.
SENATI.
MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AGUA.
2015.
Índice
Introducción.....................................................................................................................................3
Antecedentes....................................................................................................................................4
Marco teórico:..................................................................................................................................4
Cuestionario.....................................................................................................................................5
1. Haga una breve descripción del equipo de prueba de jarras.................................................5
Equipo de jarras...........................................................................................................................6
Objetivos de una prueba de jarra:................................................................................................6
Soluciones químicas................................................................................................................7
2. Explique el sistema de toma de muestras.............................................................................7
3. Equipos auxiliares que intervienen.....................................................................................10
Equipos..................................................................................................................................10
Materiales..............................................................................................................................12
4. Enumere algunas consideraciones generales para la ejecución de ensayos en la prueba de jarras..........................................................................................................................................13
5. Como determina la solución patrón de s¿Sulfato de Aluminio (Al2 (SO4)3·14 H2O) al 1% (Analíticamente)........................................................................................................................14
Sulfato de Aluminio (Al2 (SO4)3·14 H2O)..................................................................................14
6. Cantidad que hay que agregar a un vaso de precipitado de 2000 cm3 para obtener distintas dosificaciones según la concentración de la solución del coagulante.......................................15
Coagulante:................................................................................................................................15
7. Describa la aplicación práctica...........................................................................................16
8. Según sus observaciones en la ejecución de la prueba determina el tamaño del Floc producido (índice de Willcons).................................................................................................16
Índice de Willcons.................................................................................................................16
9. Grafique según los resultados la curva: turbiedad vs dosis del coagulante........................17
...................................................................................................................................................17
Discusión y resultados...............................................................................................................17
Conclusiones..................................................................................................................................18
Recomendaciones......................................................................................................................18
Anexos.......................................................................................................................................19
Introducción
El agua es el constituyente más importante del organismo humano y del mundo en el que vivimos. Tiene una gran influencia en los procesos bioquímicos que ocurren en la naturaleza. Esta influencia no solo se debe a sus propiedades Fisicoquímicas como molécula bipolar sino también a los constituyentes orgánicos e inorgánicos que se encuentran en ella.
Para lograr la potabilización de agua es preciso someter la misma a varios tratamientos elementales, que comprenden: la clarificación, desinfección y acondicionamiento químico y organoléptico. De este modo la clarificación incluye la coagulación–floculación, proceso mediante el cual las partículas presentes en el agua se aglomeran formando pequeñas masas que presentan un peso específico mayor que el del agua, de esta forma las partículas sedimentan y permiten que el agua alcance las características idóneas para el consumo humano.
El Perú cuenta con 106 cuencas hidrográficas por las que escurren 2 046 287 millones de metros cúbicos al año (MMC). Así mismo, cuenta con 12,200 lagunas en la sierra y más de 1,007 ríos.
En nuestro país el 70% de los glaciares tropicales se encuentran en los Andes peruanos. Aproximadamente el 80% de la extracción de agua en el Perú se utiliza para el riego y el 65% de estas aguas se desperdicia por sistemas de riego ineficientes. El 70% de la población peruana se concentra en la costa desértica del Perú, donde se encuentra solo el 2% de los recursos hídricos en el país.
Quiero manifestar mi agradecimiento a la EPS GRAU S.A. Sullana, ubicado en el distrito de Bellavista por brindarnos sus ambientes de laboratorio para nuestras prácticas, en especial para el Biólogo Rody Anton Castillo Analista y la Bióloga Delfilia Contreras More encargada de laboratorio, por habernos brindado toda la información requerida para este informe.
La EPS GRAU S.A. se encuentra dentro del sector de Ministerio de Vivienda Construcción y Saneamiento. Institución Rectora en lo que respecta a saneamiento. En asuntos relacionados a la economía, se encuentra comprendida dentro del Presupuesto de las Empresas Municipales del Sector Público y está sujeta a la regulación y supervisión de los servicios que prestamos por la Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento – SUNASS, conforme a la Ley marco N° 26338 – Ley General de servicios de Saneamiento.
El objetivo de esta práctica es reconocer los equipos básicos del laboratorio para la realización de la prueba de jarras y así determinar la dosis optima del coagulante en un proceso de potabilización.
Antecedentes
En el laboratorio, uno de los equipos más usados en el tratamiento de las aguas como elemento de control de la coagulación es el equipo de prueba de jarras. G. W. Fuller, J. Cairol y E. Theirault son precursores de la prueba de jarras como modelo predictivo.
De acuerdo con la información obtenida, probablemente el primer ensayo de prueba de jarras fue realizado por W. L. Langelier en la Universidad de California en 1918. Las primeras aplicaciones y el desarrollo inicial corresponden a John Baylis, Bartow y Petterson, Fleming, Nolte y Kromer.
Aportes tecnológicos posteriores fueron realizados por Tolman, Niekel, Gekershausen, Langelier–Ludwig, Cross et al., C. Henry, Smith, Straub, Elliassen, Norcon, Cox y otros, que perfeccionan continuamente el ensayo y lo aplican con éxito a diversas condiciones de coagulación de las aguas. Estos autores orientaron principalmente el modelo de prueba de jarras hacia la determinación y optimización de las variables químicas del proceso de coagulación.
Marco teórico:
El ensayo se presenta para sulfato de aluminio. Sin embargo, el procedimiento esencialmente es el mismo para cualquier coagulante a utilizar
El análisis físico-químico de rutina comprende la determinación de: turbiedad, el color, el pH y la alcalinidad.
A partir de éste análisis el operador cuenta con los elementos para establecer las cantidades aproximadas de coagulantes que debe aplicar al ensayo (Coagulación), siendo la turbiedad el factor que más variaciones presenta y el más fácil de remover dentro de las condiciones de cada planta.
Para la dosificación correcta se debe efectuar el Ensayo de Jarras o ensayo de dosis óptima
Cuestionario
1. Haga una breve descripción del equipo de prueba de jarras.
Para la prueba de jarras usualmente se utiliza un dispositivo que permite trabajar simultáneamente 6 jarras que en este caso es el Equipo para Pruebas de Jarras Digital PHIPPS &BIRD Modelo 900, y que consiste en 6 paletas interconectadas a un regulador de velocidad, con el cual se puede dar la misma velocidad de agitación, y durante el mismo tiempo, a las 6 jarras. El equipo es capaz de operar entre 0 y 400 r.p.m. El agitador mecánico se encuentra instalado sobre un iluminador de floculos preferentemente con una base blanca, que le sirve como soporte. Lo ideal es que la iluminación este en ángulo recto a la dirección del observador, o sea, arriba. Deben de evitarse fuentes de luz que generen mucho calor, produciendo diferencias de temperatura entre el agua de las jarras y el agua cruda de la planta, lo que se traduce en diferencias de viscosidad, choque de partículas, y en general, en una serie de parámetros, que finalmente producen un efecto significativo en la coagulación y sedimentación.
En cada una de las 6 jarras se coloca igual cantidad de agua a tratar (2 L), a la cual se le han medido los parámetros iniciales: temperatura, pH, turbiedad, color, y alcalinidad como mínimo. En cada jarra se coloca una dosificación de Sulfato de Aluminio que aumenta gradualmente y en la misma proporción, respecto a la jarra anterior. Es muy importante que la dosificación de sulfato de Aluminio se realice de manera rápida, y en lo posible, simultánea a cada jarra, puesto que de lo contrario se causan resultados erróneos. La práctica nos muestra que las diferencias que existen en el tiempo de adición del Sulfato de Aluminio a las diferentes jarras afectan apreciablemente los resultados, particularmente cuando se usan ayudantes de coagulación. También puede afectar los resultados la velocidad de adición, la cual debe de ser lo más rápida posible. La práctica común de adicionar los coagulantes a cada vaso mediante el uso de jeringas dosificadoras, previamente llenadas con la cantidad adecuada de coagulante. En el momento de vaciar el contenido de las jeringas se debe inyectar profundamente en la correspondiente jarra para que la dispersión sea lo más rápida posible. En términos generales, se recomienda aplicar las dosis en un punto fijo localizado en o cerca del eje impulsor de la paleta durante una mezcla rápida a alta velocidad
Equipo de jarras.
Objetivos de una prueba de jarra:
1. Controlar la dosis de coagulante.
2. Determinar la resistencia de los floculos.
3. Predecir la calidad del agua filtrada.
4. Determinar el pH óptimo para un coagulante.
5. Determinar la intensidad óptima del mezclado.
6. Evaluar la dosis óptima de los ayudantes de la coagulación.
7. Determinar cuál coagulante es más adecuado.
Soluciones químicas
2. Explique el sistema de toma de muestras.
.El equipo de prueba de jarras es el corazón de una planta de tratamiento de agua potable donde se simulan todos los procesos de tratamiento, desde una mezcla rápida hasta una sedimentación.
Se toma un balde de 20 L de capacidad para llenarlo con agua cruda fresca para llenar las 6 jarras de 2 litros cada una medida con una probeta a su vez se retira en un vaso de precipitado de 50 ml para tomar los parámetros en agua cruda el equipo estaba programado con una mezcla rápida por 5s a 300 rpm. Luego hay un tiempo de floculación de 40 rpm en 15 min; tiempo de sedimentación de 0 rpm con un tiempo de 20 min.
En la prueba de jarras se observan todos los procesos a escala de laboratorio, donde se va a determinar la dosis óptima del coagulante que va ser aplicada en la planta.
Para la prueba de jarras se llenan con 2000 ml de agua cruda del Rio Chira. Se utiliza el coagulante Sulfato de Aluminio granular tipo A, es el que mayormente se usa en todas las plantas de tratamiento de agua potable, con este insumo de tratamiento se prepara una solución madre que es al 10 % de Sulfato de Aluminio; quiere decir se pesa 10 g de sulfato de aluminio tipo A y es vertido en 100 ml de agua filtrada, esto es equivalente a una solución madre al 10 % que tiene como duración 15 días.
Después se leen los parámetros de la calidad de agua cruda para saber con que dosis se empieza a trabajar. Por ejemplo:
Turbiedad 14.1.
Color 118.
PH 7.06.
Alcalinidad 86ml/l.
Luego se verifica con cuanto empieza las dosificaciones; como en la EPS GRAU Sullana ya tienen referencias ya tienen su curva de dosificación. En planta están aplicando entre 16 a 18 partes para una turbiedad de 13; 14; 15; 16. Entonces se empieza desde 14, 16, 18, 20, 22, 24 ppm o unidades por litro, luego de esto se determina un cálculo para ver cuánto ira en la jeringa porque van cantidades pequeñas. Por ejemplo:
Formula: v1∗¿c2=v1∗¿ c2¿¿
v1=volumende sulfato de aluminioadosificar .
c2=concentraciónde la soluciónde sulfatos de aluminioincial .
v1=volumende aguacruda aanaliza .
c2=concentracióndeseada desulfato de aluminio .
Jarra 1
V 1=14ml /l(2000ml)
1%( 10000mll
) V 1=2.8ml.
Jarra 2
V 2=16ml /l(2000ml )
1 %( 10000mll
) V 2=3.2ml.
Jarra 3
V 3=18ml /l(2000ml )
1%( 10000mll
) V 3=3.6ml.
Jarra 4
V 4=20ml /l(2000ml)
1% ( 10000mll
) V 4=4.0ml.
Jarra 5
V 5=22ml/ l(2000ml)
1% ( 10000mll
) V 5=4.4ml.
Jarra 6
V 6=24ml/ l(2000ml)
1 % (10000mll
) V 6=4.8ml.
Este volumen que es en mililitros le corresponde a cada jarra.
Continuando, se realiza la aplicación de las jeringas con su solución en mililitros para ser disuelta con el agua cruda, se espera un aproximado de 40 minutos.
En el proceso de sedimentación se observa la formación de flocs los cuales se van decantando lentamente. Para dar paso a la toma de muestra y medir los parámetros de turbiedad, PH, color y alcalinidad. Obteniendo la dosis más aprobada para que sirva como base en el tratamiento de la planta.
Después de realizar la coagulación-floculación, se retiran los agitadores de los recipientes y se extraen las muestras a la misma profundidad de 6 cm cada determinado intervalo de tiempo, y se le determina turbiedad, color, pH e índice de Wilcomb.
La jarra con las mejores características se define como la óptima.; dividiendo la profundidad de toma de la muestra por el tiempo transcurrido, se determina en cada caso la velocidad de sedimentación y se mide para cada muestra la turbiedad residual.
3. Equipos auxiliares que intervienen.
Equipos PHMETRO HQ11D
Fotómetro de Cloro y Ph POCKET II
Pockert colorimeter – cloro libre
Colorímetro portátil DR/890.
Turbidímetro portátil 2100Q
Materiales Sulfato de aluminio. Jeringas Pipeta. Fiola. Vaso precipitado. Agua destilada. Agua tratar.
4. Enumere algunas consideraciones generales para la ejecución de ensayos en la prueba de jarras.
La prueba de jarras es una técnica de laboratorio que pretende realizar una simulación del proceso de clarificación del agua que se lleva a cabo en la planta, de manera que permite evaluar a escala y de una manera rápida la acción que ejerce sobre el proceso de clarificación la variación de los diferentes parámetros como velocidad y/o tiempo de agitación, gradientes de velocidad producidos, dosificación de diversos compuestos químicos solos o en combinaciones, etc.
En base a la información obtenida el día 02 de octubre, en el laboratorio y a la ejecución de la prueba de jarras por la Bióloga Delfilia Contreras More me deja las siguientes consideraciones a tomar en cuenta al momento de realizar un ensayo de prueba de jarras:
Equipo usado para la prueba.
Análisis de laboratorios requeridos.
Dosis de coagulante.
Concentración del coagulante.
Sistema de adición de coagulante
Dosificación del ayudante de floculación.
Sistema de adición del ayudante de floculación.
Tiempo de duración y gradiente de velocidad de la mezcla rápida.
Tiempo de duración y gradiente de velocidad de la mezcla lenta.
Sistema de toma de muestra.
5. Como determina la solución patrón de s¿Sulfato de Aluminio (Al2 (SO4)3·14 H2O) al 1% (Analíticamente).
Sulfato de Aluminio (Al2 (SO4)3·14 H2O)
El Sulfato de Aluminio, conocido como alumbre, es un coagulante efectivo en intervalos de PH 6 a 8, produce un floculo pequeño y esponjoso, razón por la cual no se usa en precipitación previa de aguas residuales, ya que estas poseen altas cargas contaminantes del agua, sin embargo su uso está generalizado en el tratamiento de agua potable y en la reducción de coloides orgánicos y fósforos.
Como el proceso básico que determina en gran parte las condiciones de operación de la planta de tratamiento. De esta depende casi por completo la mayor o menor eficiencia del proceso subsiguiente, por lo tanto, el cuidadoso control del proceso de coagulación, debe constituir una de las principales preocupaciones en la operación de plantas de potabilización.
La concentración óptima que es al 1 % de la solución madre, se retira con una pipeta 10 ml, que será colocado en una fiola de 100ml. La cual será llenada con agua filtrada hasta alcanzar los 100 ml para que sea al 1 %. Es lo que mayormente se utiliza para hacer el estudio de jarras; esta es la concentración óptima.
Ya que sus resultados tienen gran aplicabilidad en el diseño y la operación real de las unidades de tratamiento, así como en la optimización de plantas existentes. El procedimiento requiere como datos previos mínimos los valores de pH, turbiedad, color y alcalinidad del agua cruda.
6. Cantidad que hay que agregar a un vaso de precipitado de 2000 cm3 para obtener distintas dosificaciones según la concentración de la solución del coagulante
Coagulante:Es toda sustancia química que al aplicarse al agua reacciona con las impurezas que ella tiene para formar flocs (Grumos) que al adherirse uno con otro o individualmente por efecto de su peso se depositan en el fondo de un tanque sedimentador.
El coagulante utilizado con mayor frecuencia es el sulfato de aluminio llamado también alumbre. Otros coagulantes son las sales de hierro (cloruro y sulfato) y polímeros naturales y sintéticos. La cantidad de coagulante requerida depende de la turbiedad, color, alcalinidad y el pH.
El laboratorio de prueba de jarras es un ensayo que trata de simular las condiciones en que se realizan el proceso de coagulación y de sedimentación. Se constituye en la principal herramienta de trabajo para el control de la operación de las plantas.
En la práctica de prueba de jarras que se realizó en la EPS GRAU S.A Sullana, se comenzó tomando el parámetro de turbiedad en el agua cruda que se encontraba en 14.1 NTU, y como tienen referencias ya tienen su curva de dosificación. En planta están aplicando entre 16 a 18 partes para una turbiedad de 13; 14; 15; 16. Entonces se empieza desde 14, 16, 18, 20, 22, 24 ppm o unidades por litro y se tomaron seis valores porque son seis jarras, luego de esto se determina un cálculo para ver cuánto ira en la jeringa porque van cantidades pequeñas
La dosificación depende de los parámetros iniciales del agua, fundamentalmente de la turbiedad. Podemos encontrar una buena orientación analizando los datos históricos de operación. Para estos casos realmente lo que mejor puede orientar a quien realiza la prueba de jarras es la experiencia, tanto en la realización de la prueba de jarras, como en el conocimiento del agua con la cual se trabaja. También puede servir de orientación la dosis que se utilice en el momento en la planta.
En la adición de coagulante debe tenerse en cuenta de que para cada valor de turbiedad existe una dosificación óptima que produce el agua más clara posible. Si se adiciona menos de esta dosis, las cargas que se agregan no son suficientes para producir una buena coagulación, y por ende, una buena clarificación. A su vez, por encima de la dosificación óptima el exceso de cargas positivas produce una dispersión de las partículas, que enturbia el agua.
7. Describa la aplicación práctica.
Para la prueba de jarras se llenan con 2000 ml de agua cruda del Rio Chira. Se utiliza el coagulante Sulfato de Aluminio granular tipo A, es el que mayormente se usa en todas las plantas de tratamiento de agua potable, con este insumo de tratamiento se prepara una solución madre que es al 10 % de Sulfato de Aluminio; quiere decir se pesa 10 g de sulfato de aluminio tipo A y es vertido en 100 ml de agua filtrada, esto es equivalente a una solución madre al 10 % que tiene como duración 15 días.
Se utilizaron jeringas dosificadoras, previamente llenadas con la cantidad adecuada de coagulante. En el momento de vaciar el contenido de las jeringas se debe sincronizar para inyectar profundamente en la correspondientes jarras para que la dispersión sea lo más rápida posible. En términos generales, se recomienda aplicar las dosis en un punto fijo localizado en o cerca del eje impulsor de la paleta durante una mezcla rápida a alta velocidad.
8. Según sus observaciones en la ejecución de la prueba determina el tamaño del Floc producido (índice de Willcons).
Índice de Willcons
01. Floc. Coloidad, ningún signo de agluti.02. Floc. Visible, muy pequeña, casi imperceptible para un observador poco entrenado.04. Floc. Disperso, formado pero uniformemente distribuido.06. Floc. Clara, de tamaño relativamente grande que precipita con lentitud.08. Floc. Floc. Bueno, que se deposita fácil pero no completamente.09. Floc. Excelente, que se deposita todo dejando el agua cristalina.
En nuestra práctica con ayuda de la Bióloga Delfilia Contreras More se llegó a la conclusión que el Floc de la prueba de jarras se encontraba en el número 04 del índice de Willcons que quiere decir: Floc. Disperso, formado pero uniformemente distribuido.
9. Grafique según los resultados la curva: turbiedad vs dosis del coagulante.
N° de jarras Turbiedad (NTU) Dosis (mg/L)Al2(SO4)3
1 2.48 14
2 2.81 16
3 2.47 18
4 2.63 20
5 2.15 22
6 1.52 24
Discusión y resultados
Se observa que los porcentajes de remoción de la turbiedad se encuentran por encima del 60% y los del color por encima del 80%, lo cual demuestra que el sulfato de aluminio granulado tipo A es efectivo al utilizarlo en el tratamiento de aguas, pero también indica que las dosis de coagulante halladas son efectivas; teniéndose en cuenta que en la mayoría de los ensayos se logró remover la turbiedad y el color iniciales, dejando como resultados muestras tratadas aptas para el consumo con parámetros fisicoquímicos finales de color y turbiedad dentro del rango permisibles.
Conclusiones
De acuerdo con lo observado en la planta de potabilización, el Sulfato de Aluminio granular Tipo A es una muy buena opción para este tipo de tratamiento ya que es muy usado en el Perú El proceso de Coagulación-Floculación presenta un muy buen desempeño con el coagulante utilizado actualmente.
A través de las diferentes etapas de esta práctica (1.Coagulación, 2.Floculación, 3.Sedimentación) pudimos apreciar cómo las partículas sólidas de las jarras se iban yendo cada vez más al fondo y el agua se iba clarificando más. Con este ensayo de las jarras vemos cómo podemos modificar los parámetros de turbiedad, se aprecia en las tablas registradas. Al ir poniendo más dosis de coagulante a las jarras, las partículas de floculan más, sedimentan más las cargas de ser negativas (se repelen) se van haciendo neutras (se unen).
No hay una regla que permita deducir de antemano cuál de los coagulantes y en qué dosis dará mejores resultados, por lo que siempre es recomendable efectuar ensayos de laboratorio. La eficiencia de los coagulantes en estudio, tanto en los laboratorios, como en la práctica diaria de operaciones con agua, se determina con el equipo de Pruebas de jarras.
Recomendaciones
La prueba de Jarras permite determinar la dosis óptima de coagulante y el pH óptimo de coagulación, por lo que se recomienda realizar este análisis preliminar, antes de diseñar y/o arrancar una planta.
1.- Es necesario utilizar una bata de laboratorio; la misma protege tu ropa y tu piel del contacto con reactivos.
2.- Un par de guantes para cuando sea necesario tocar algún instrumento que se haya expuesto a una llama.
3.- Tomar todas las precauciones necesarias al momento de tocar una sustancia en el laboratorio.
4.- No inhalar directamente los vapores que se desprenden de una sustancia química. Cuando es necesario hacerlo se procede de la siguiente manera: se sujeta el recipiente con una mano y con la otra se produce un movimiento sobre los vapores, de manera que los acerquemos hacia nosotros. De esa forma no nos llegan de manera directa.
5.- Nunca llevarse las manos a la cara, los ojos, la boca, etc. mientras se está trabajando en el laboratorio; con esto se evitan posibles daños si en las manos han quedado restos de algunas sustancias.
6.- No mezclar sustancias desconocidas, ya que muchas veces, sustancias inofensivas producen reacciones violentas.
7.- No usar el gotero de una sustancia en otra distinta, ya que las mismas pueden dañarse y perder la efectividad.
8.- Los equipos de laboratorio son costosos y de uso delicado. Es necesario que aprendamos a usarlos adecuadamente, siguiendo paso a paso las instrucciones dadas por tu maestro. Al terminar cualquier experimento todos los instrumentos deben quedar limpios y en el lugar destinados para ellos.
AnexosFormatos de prueba de jarras
