UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR DISEÑO … · FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y...

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

CERRERA DE INGENIERÍA CIVIL

“DISEÑO DEL SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE COAGULANTE

EMPLEADO EN LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN DE AGUA DENTRO

DEL LABORATORIO DE INGENIERIA HIDRAULICA EN LA

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR”

TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE

INGENIERA CIVIL

AUTORA: VERA MEDINA RAISA CRISTINA

TUTOR: ING. FREDDY PAUL MUÑOZ TOBAR M.Sc.

QUITO, 16 DE AGOSTO

2016

ii

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a Dios y a mi amada Santa Rita por acompañarme siempre

y jamás haberme dejado rendir ante cualquier obstáculo.

A mis padres y familia por siempre darme su apoyo, su dedicación, confianza

incondicional y su empeño para culminar esta meta.

A mi hermana Nadia, mi mejor amiga y compañera de vida, por darme su amor, por

todos los sacrificios que hizo por mi durante el estudio de mi carrera para poder

llegar a ser este sueño realidad.

iii

AGRADECIMIENTO

A mis padres Jorge y Mónica, que con su ejemplo de arduo trabajo y apoyo

me incentivaron a ser mejor cada día, por su comprensión y confianza durante todo

el proceso de realización de este sueño.

A mis hermanos Nadia y Jorgito, por su cariño infinito e impulsarme cada día a seguir

adelante.

A mi familia, abuelitas, tíos y tías, gracias por siempre apoyarme con su granito de

arena, concejos y motivaciones de superación.

A mis compañeros y amigos, por su amistad sincera, cariño, amor y apoyo para

culminar este trabajo, Juan Pablo gracias por estar siempre ahí, soñar y no

detenernos por nada.

Finalmente, quiero agradecer de manera especial a la UNIVERSIDAD CENTRAL

DEL ECUADOR y al Ing. Freddy Muñoz por haber dirigido este estudio y por

compartir sus conocimientos.

iv

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL

Yo, VERA MEDINA RAISA CRISTINA, en calidad de autor de la tesis

realizada sobre: “DISEÑO DEL SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE

COAGULANTE EMPLEADO EN LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN DE

AGUA DENTRO DEL LABORATORIO DE INGENIERIA HIDRAULICA EN

LA UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR”, por la presente autorizo a la

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que

me pertenecen de los que contienen esta obra, con fines estrictamente académico o de

investigación.

Los derechos que como autor me corresponde, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los

artículos 5, 6, 8, 19 y los demás pertinentes de la ley de Propiedad Intelectual y su

reglamento.

Quito, 16 de Agosto de 2016

Atentamente,

______________________________

VERA MEDINA RAISA CRISTINA

C.I.: 1722350731

Telf. 097917673

E-mail: [email protected]

viii

CONTENIDO

DEDICATORIA …………………………………………………………………………..II

AGRADECIMIENTO…………………………………………………………………….III

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL………………………….…......IV

INFORME DEL TUTOR………………………………………………………..….….….V

INFORME DEL JURADO…………………………………………………………...…..VI

CONTENIDOS………………………………………………………………………….VIII

ANEXOS………………………………………………………………….…………..….XII

LISTA DE FIGURAS………………………………………………………….………..XIII

LISTA DE TABLAS………………………………………………………….…...……..XV

LISTA DE FOTOGRAFIAS………………………………………………….…..……XVII

RESUMEN………………………………………………………………………..…...XVIII

ABSTRACT……………………………………………………………..………………XIX

CAPÍTULO I ........................................................................................................................ 1

1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1

1.1. ANTECEDENTES ...................................................................................................... 1

1.2. IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO ......................................... 2

1.3. OBJETIVOS .............................................................................................................. ..2

1.3.1. OBJETIVO GENERAL…………………………………………………………………………………..2

1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS…………………………………………………………………………..2

1.4. ALCANCE DEL PROYECTO DE GRADUACIÓN .................................................. 3

CAPÍTULO II ....................................................................................................................... 4

2. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................... 4

2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN .............. 4

2.2. MECANISMOS DE LA COAGULACIÓN ................................................................ 7

2.2.1. Compresión de la doble capa……………………………………………………………………………7

2.2.2. Adsorción y neutralización de cargas……………………………………………………………….8

ix

2.2.3. Atrapamiento de partículas en un precipitado .................................................. 10

2.2.4. Adsorción y puente .......................................................................................... 11

2.3. COAGULANTES MAS UTILIZADOS……………………………………………………………..12

2.4. CARACTERÍSTICAS DE LOS COMPUESTOS QUÍMICOS…………………………….14

2.4.1. Sulfato de aluminio Al2(SO4)3.......................................................................... 14

2.4.2. Cloruro férrico FeCl3 ....................................................................................... 15

2.4.3. Sulfato férrico Fe2 (SO4)3 ................................................................................. 18

2.5. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COAGULACIÓN…………………………………19

2.5.1. Influencia del pH. ............................................................................................. 19

2.5.2. Influencia de sales disueltas ............................................................................. 20

2.5.3. Influencia de la temperatura del agua .............................................................. 20

2.5.4. Influencia de las dosis de coagulante ............................................................... 21

2.5.5. Influencia de la mezcla .................................................................................... 22

2.5.5.1. Tipos de mezcla rápida…………………………………………………………………………22

2.5.5.2. Ventajas y desventajas de los mezcladores hidráulicos y mecánicos…….24

2.5.5.3. Gradiente de Velocidad………………………………………………………………………..24

2.5.6. Influencia de la turbiedad. ................................................................................ 25

2.6. SISTEMAS DE APLICACIÓN DE COAGULANTES……………………………………….26

2.6.1. Observación de las condiciones de mezcla del coagulante con el agua ........... 27

2.6.2. Tipos de dosificadores ..................................................................................... 28

2.6.2.1. Dosificadores en seco…………………………………………………………………………..28

2.6.2.1.1. Dosificadores en seco de tipo gravimétrico………………………………………28

2.6.2.1.2. Dosificadores en seco de tipo volumétrico……………………………………….31

2.6.2.2. Dosificadores en solución…………………………………………………………………….33

2.6.2.2.1. Dispositivos medidores volumétricos……………………………………………….33

2.6.2.2.2. Medidores de velocidad……………………………………………………………………33

2.7. TIPOS DE COAGULACIÓN……………………………………………………...36

2.8. CLASIFICACIÓN DEL AGUA COMPORTAMIENTO EN COAGULACIÓN...38

x

CAPÍTULO III……………………………………………………………………………………………………………..42

3. MARCO METODOLÓGICO………………………………………………………………………………42

3.1. Consideraciones previas del sistema de dosificador de coagulante……………………….42

3.2. Criterios de selección…………………………………………………………………………………………..43

3.2.1. Funcionabilidad ................................................................................................ 43

3.2.2. Seguridad ......................................................................................................... 44

3.2.3. Energía ............................................................................................................. 45

3.2.4. Posibilidad de construcción ............................................................................. 46

3.2.5. Compatibilidad ................................................................................................. 48

3.2.6. Operatividad ..................................................................................................... 49

3.2.7. Protección del compuesto ................................................................................ 49

3.2.8. Mantenimiento ................................................................................................. 50

3.2.9. Vida útil ........................................................................................................... 51

3.2.10. Costos ............................................................................................................... 52

3.2.11. Residuos ........................................................................................................... 53

3.2.12. Estética ............................................................................................................. 54

3.2.13. Ergonomía ........................................................................................................ 55

3.2.14. Tamaño ............................................................................................................ 55

3.3. Matrices de selección…………………………………………………………………………………………..55

3.3.1. Matrices de comparación del coagulante a utilizarse ....................................... 58

3.4. Decisión de alternativa seleccionada…………………………………………………………………….60

3.5. Diseño de detalle………………………………………………………………………………………………….61

CAPÍTULO IV…………………………………………………………………………………………………………….63

4. DISEÑO DEL SISTEMA DE DOSIFICACIÓN………………………………………………….63

4.1.1. Tamaño de la Planta. – ..................................................................................... 63

4.1.2. Caudal de diseño de la Planta. - ....................................................................... 63

4.1.3. Tipo de fabricación. - ....................................................................................... 64

4.1.4. Periodo de funcionamiento. - ........................................................................... 64

xi

4.1.5. Histograma de turbiedad (Turbiedad máxima y Turbiedad mínima). - ........... 64

4.1.6. Concentración de coagulante. - ........................................................................ 64

4.1.7. Rango de dosificación (Dm-DM (mg/L)). - ..................................................... 65

4.1.8. Período de almacenamiento T (días o meses). - ............................................... 65

4.1.9. Peso específico del material por dosificar (δ, kg/m3). - ................................... 65

4.2. Sistema de dosificación de coagulante………………………………………………………………….66

4.2.1. Criterio físico de dimensionamiento del depósito de sustancias químicas ...... 66

4.2.1.1. Ubicación ......................................................................................................... 66

4.2.1.2. Criterios para el dimensionamiento ................................................................. 67

4.2.2. Criterio químico ............................................................................................... 69

4.3. Cálculo del almacenamiento del coagulante…………………………………………………………70

4.3.1. Dimensión del depósito de sulfato de aluminio ............................................... 70

4.3.2. Cálculo del sistema de dosificación en solución .............................................. 76

4.3.3. Proceso de cálculo ............................................................................................ 77

4.3.4. Diagrama de flujo del proceso de cálculo del sistema de dosificación ............ 87

CAPÍTULO V………………………………………………………………………………………………………………89

5. FACTIBILIDAD DE LA PROPUESTA………………………………………………………………89

5.1. Resumen final del diseño del sistema de dosificación del coagulante…………………..89

5.2. Selección de materiales para la construcción del sistema…………………………………..…90

5.2.1. Construcción y calibración del equipo dosificador…………………………..91

5.2.1.1. Accesorios y especificaciones………………………………………………..91

5.2.1.2. Funcionamiento…………………………………………………………………………………………..93

5.3. Presupuesto referencial de la construcción del proyecto………………………………………94

5.4. Cronograma de ejecución del proyecto………………………………………………………………..95

5.5. Control del sistema………………………………………………………………………………………………96

CAPÍTULO VI…………………………………………………………………………………………………………….97

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……………………………………………………97

6.1. Conclusiones……………………………………………………………………………………………………….97

xii

6.2. Recomendaciones ...................................................................................................... 97

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 99

DOCUMENTOS ANEXOS.............................................................................................. 101

ANEXO 1. ........................................................................................................................ 102

Ficha técnica del coagulante de sulfato de aluminio ......................................................... 102

ANEXO 2 ......................................................................................................................... 110

Sistemas integrales de dosificación de químicos .............................................................. 110

ANEXO 3. ........................................................................................................................ 119

Pruebas de Jarras para encontrar la dosis optima de coagulante. ...................................... 119

ANEXO 4 ......................................................................................................................... 122

Acero inoxidable AISI 304 ............................................................................................... 122

xiii

LISTA DE FIGURAS

Figura N°1. Coagulación ........................................................................................... 4

Figura N°2. Coagulación-Floculación....................................................................... 6

Figura N°3. Proceso de floculación........................................................................... 6

Figura N°4. Fuerzas de atracción y repulsión ........................................................... 7

Figura N°5. Curvas esquemáticas de coagulación para varios tipos de coagulación 9

Figura N°6. Reestabilización de las partículas ........................................................ 10

Figura N°7. Atrapamiento de las partículas en un floc ........................................... 11

Figura N° 8. Efecto de puente de las partículas en suspensión ............................... 12

Figura N°9. Unidades de mezcla mecánica retromezclador ................................... 23

Figura N°10. Unidad de mezcla resalto hidráulico canal parshall .......................... 23

Figura N°11. Vertedero rectangular ........................................................................ 24

Figura N°12. Condiciones de la mezcla .................................................................. 27

Figura N°13. Gravimétrico de correa transportadora .............................................. 30

Figura N°14. Dosificador gravimétrico tipo pérdida de peso ................................. 31

Figura N°15. Dosificador volumétrico de tornillo giratorio ................................... 32

Figura N°16. Dosificador de orificio de carga constante ........................................ 34

Figura N°17. Esquema de dosificador tipo venturi ................................................. 35

Figura N°18. Coagulación por adsorción ................................................................ 37

Figura N°19. Coagulación por barrido .................................................................... 37

Figura N°20. Clasificación del agua según el comportamiento de la coagulación . 39

Figura N°21. Diagrama de remoción de turbiedad ................................................. 40

Figura N°22. Remoción de turbiedad con sulfato de aluminio ............................... 41

Figura N°23. Dosificador tipo volumétrico pérdida de peso .................................. 54

Figura N°24. Dosificador tipo volumétrico garganta oscilante............................... 54

xiv

Figura N°25. Esquema del sistema de dosificación ............................................... 62

Figura N°26. Modelo de curva de dosificación de coagulante ............................... 65

Figura N°27. Espacio de la Planta potabilizadora en el laboratorio de hidráulica .. 67

Figura N°28. Tanques de plástico reforzados con fibra de vidrio ........................... 69

Figura N°29. Esquema del almacenamiento en bodega del sulfato de aluminio .... 73

Figura N°30. Sitio propuesto para área de almacenamiento ................................... 74

Figura N°31. Esquema del cubeto ........................................................................... 75

Figura N°32. Superficie de hormigón del cubeto .................................................... 76

Figura N°33. Representación del sistema de dosificación ...................................... 88

Figura N°34. Dimensiones del dosificador ............................................................. 91

Figura N°35. Esquema del equipo dosificador vista lateral .................................... 93

Figura N°36. Accesorios del tanque dosificador ..................................................... 93

xv

LISTA DE TABLAS

Tabla N° 1. Reacciones de sulfato de aluminio con la alcalinidad del agua ........... 13

Tabla N° 2. Características generales y físicas del sulfato de aluminio .................. 15

Tabla N° 3. Ventajas y desventajas del sulfato de aluminio ................................... 15

Tabla N° 4. Características generales y físicas del cloruro férrico ......................... 17

Tabla N° 5. Ventajas y desventajas del cloruro férrico ........................................... 17

Tabla N° 6. Datos generales del sulfato férrico ...................................................... 18

Tabla N° 7. Ventajas y desventajas del sulfato férrico ........................................... 19

Tabla N° 8. Ejemplo de variación de dosis de coagulante ..................................... 22

Tabla N° 9. Clasificación del agua según el comportamiento de la coagulación ... 38

Tabla N° 10. Clasificación de los sistemas de dosificación por su funcionalidad .. 44

Tabla N° 11. Clasificación de los sistemas de dosificación por su seguridad ........ 45

Tabla N° 12. Clasificación de los sistemas de dosificación enerrgía empleada ...... 46

Tabla N° 13. Clasificación de los sistemas de dosificación por construcción ........ 47

Tabla N° 14. Clasificación de los sistemas de dosificación compatibilidad ........... 48

Tabla N° 15. Clasificación de los sistemas de dosificación por su operatividad .... 49

Tabla N° 16. Clasificación de los sistemas de dosificación por almacenamiento ... 50

Tabla N° 17. Clasificación de los sistemas de dosificación por su mantenimiento 51

Tabla N° 18. Clasificación de los sistemas de dosificación por su mantenimiento 52

Tabla N° 19. Clasificación de los sistemas de dosificación por su costo ................ 53

Tabla N° 20. Escala de evaluación .......................................................................... 55

Tabla N° 21. Prototipo de una matriz de decisión ................................................... 56

Tabla N° 22. Matriz de valoración de dosificadores ............................................... 57

Tabla N° 23. Cuadro de valoración del coagulante cloruro férrico ........................ 58

Tabla N° 24. Cuadro de valoración del coagulante sulfato de aluminio ................. 58

xvi

Tabla N° 25. Cuadro de valoración del coagulante sulfato férrico ......................... 59

Tabla N° 26. Calificación del sistema de dosificación seleccionado ...................... 60

Tabla N° 27. Calificación del compuesto químico seleccionado ............................ 61

Tabla N° 28. Resultados del cálculo del dosificador .............................................. 83

Tabla N° 29. Selección de capacidad del dosificador por gravedad ....................... 84

Tabla N° 30. Procedimiento de cálculos de un sistema de dosificación ................ 85

Tabla N° 31. Consideraciones previas para el sistema de dosificación .................. 89

Tabla N° 32. Lista de materiales por utilizar .......................................................... 90

Tabla N° 33. Presupuesto referencial de construcción ............................................ 94

Tabla N° 34. Cronograma valorado de trabajos ...................................................... 95

xvii

LISTA DE FOTOGRAFIAS

Fotografía N° 1. Sulfato de aluminio ...................................................................... 14

Fotografía N° 2. Cloruro férrico .............................................................................. 16

Fotografía N° 3. Dosificador gravimétrico ............................................................. 29

Fotografía N° 4. Dosificador tipo volumétrico ....................................................... 32

Fotografía N° 5. Dosificador tipo venturi ............................................................... 35

Fotografía N° 6. Dosificador tipo rotámetro para flujo de líquidos ........................ 36

xviii

RESUMEN

DISEÑO DEL SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE COAGULANTE EMPLEADO EN

LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN DE AGUA DENTRO DEL LABORATORIO DE

INGENIERIA HIDRAULICA EN LA UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

Autor: Raisa Cristina Vera Medina

Tutor: Freddy Paul Muñoz Tobar M.Sc.

El presente trabajo desarrolla el diseño de un sistema de dosificación de

coagulante, implementado en la Planta potabilizadora dentro del Laboratorio de

Hidráulica de la Universidad Central del Ecuador. Para el diseño se determinó las

principales características de la coagulación, sus definiciones, clasificación, derivados,

además del análisis del sistema de dosificación más acorde en cuanto a la

funcionabilidad, seguridad, economía, vida útil, operatividad, entre otros. El

coagulante a utilizarse es el sulfato de aluminio en solución al 2%, después de un

análisis comparativo entre varios coagulantes disponibles en el mercado, esta

propuesta contiene un diseño de detalle, materiales, presupuesto referencial y

cronograma del sistema de dosificación. El diseño plantea la ubicación en la Planta

potabilizadora en el ingreso al floculador, dentro de las instalaciones del Laboratorio

de Hidráulica.

DESCRIPTORES:

COAGULACIÓN / CLASIFICACIÓN DE DOSIFICADORES / SULFATO DE

ALUMINIO / TURBIEDAD / COLOR/ pH / SOLUBILIDAD / DOSIFICADOR DE

ORIFICIO DE CARGA CONSTANTE REGULABLE /

xix

ABSTRACT

DESIGN OF THE SYSTEM OF DOSAGE OF COAGULANT USED IN THE

PLANT OF WATER PURIFICATION INSIDE THE LABORATORY OF

HYDRAULIC ENGINEERING IN THE CENTRAL UNIVERSITY OF THE

ECUADOR

Author: Raisa Cristina Vera Medina

Tutor: Freddy Paul Muñoz Tobar M.Sc.

The present work develops the design of a system of dosage of coagulant,

implemented in the Water-treatment plant inside the Laboratory of Hydraulics of the

Central University of the Ecuador. For the design one determined the main

characteristics of the coagulation, its definitions, classification, derivatives, in addition

to the analysis of the system of more identical dosage as for the functionality, safety,

economy, useful life, operation capacity, between others. The coagulant to be used is

the aluminum sulfate in solution to 2 %, after a comparative analysis between several

available coagulants on the market, this proposal contains a design of detail, materials,

referential budget and timetable of the system of dosage. The design raises the place

in the Water-treatment plant in the revenue into the flocculator, inside the facilities of

the Laboratory of Hydraulics.

DESCRIPTORS:

COAGULATION / CLASSIFICATION OF DISPENSERS / SULFATE OF

ALUMINUM / TURBIDITY / COLOR / pH / SOLUBILITY / DISPENSER OF

ORIFICE OF ADJUSTABLE CONSTANT LOAD /

I CERTIFY that the above and foregoing is a true and correct translation of the original

document in Spanish.

Certified Translator

REG. SENECYT: 1005-06-686018

1

CAPÍTULO I

1. INTRODUCCIÓN

1.1. ANTECEDENTES

Fleitas R.; Jorge T. (2010) afirma que “el agua representa un símbolo de vida,

que abarca más de tres cuartas partes de la superficie terrestre y constituye más del

60% del cuerpo humano. Es esencial para el desarrollo de las personas y vital para su

supervivencia”. (p.15)

Diariamente se debe ingerir una cierta cantidad de agua, pero no de cualquier tipo,

debe ser potable para evitar contraer enfermedades al consumirla. Esta condición se

obtiene cuando se somete el agua cruda a un proceso de potabilización, en el

cual se eliminan sólidos en suspensión, microorganismos patógenos, coloidales, sabor,

olor, color, entre otros.

Dentro de las tecnologías que existen para la potabilización del agua, la de uso más

común está basada en los siguientes procesos: aireación, coagulación-floculación,

sedimentación, filtrado y desinfección. Durante la coagulación se dosifica Sulfato de

Aluminio [Al2 (SO4)3] para formar los flóculos, es decir, agregados de arcillas y

partículas orgánicas entre otros.

Para garantizar que cada proceso se lleve a cabo de forma eficiente, es

necesario controlar la forma, cantidad y tiempo en que se agrega el

coagulante químico, razón por la cual se utilizan dosificadores que regulen

estos factores. Cada dosificador debe ser capaz de manejar el compuesto

correspondiente, considerando sus características fisicoquímicas y dosis

requerida. Es por esta razón que existen diversos tipos y diseños entre los

cuales se pueden encontrar: volumétricos, tornillo sinfín, gravimétricos,

pistón, isobáricos, entre otros. (Fleitas R., 2010, p.1)

A pesar de existir una gran variedad de dosificadores en el mercado, no todos

se pueden instalar en los sistemas de potabilización debido a que estos

sistemas son diseñados para condiciones especiales de calidad de agua,

ubicación de la fuente, tipo de comunidad, número de habitantes, modo de

funcionamiento, entre otros. Es decir, no existe un sistema de potabilización

universal o estándar. En consecuencia, el dosificador a instalar debe adaptarse

2

a los requerimientos de los procesos y unidades en las cuales serán

incorporados. (Fleitas R., 2010, p.1)

1.2. IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

La mayoría de los dosificadores empleados en Plantas de Potabilización de

agua operan en ambientes controlados, bajo el mando de personal calificado, con

circulación de agua continua y con unidades de tratamiento de gran tamaño.

Para el caso del sistema de potabilización de la Planta de Agua Potable del Laboratorio

de Hidráulica, no existe la posibilidad de operación previa, debido a que no se

encuentra en operación dicha Planta. Actualmente no existe ningún tipo de dosificador

instalado. Antiguamente, cuando estaba en operación, no se aplicaba ningún tipo de

coagulante; por lo tanto, se requiere que el diseño del dosificador se adapte a estas

condiciones y se adicionen las cantidades del compuesto químico correspondiente.

Esta propuesta plantea la realización por cargas o movimientos de agua, en ambientes

controlados, expuestos a situaciones climáticas donde exista muy baja u alta

temperatura, además de humedad, con operadores no calificados y en pequeñas

unidades de tratamiento.

1.3. OBJETIVOS

1.3.1. OBJETIVO GENERAL

Diseñar un sistema de dosificación de coagulante a emplearse en la Planta de

Potabilización de agua dentro del Laboratorio de Ingeniería Hidráulica, de la

Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática en la Universidad

Central del Ecuador.

1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Seleccionar el tipo de sistema de dosificación y el compuesto químico

(coagulante) a implementarse en la Planta Potabilizadora de agua.

Definir los parámetros básicos previos al dimensionamiento del dosificador.

Diseñar los componentes que conforman el dosificador para el coagulante

químico.

3

Seleccionar un sistema de mezclado (Coagulante + Agua) y adaptarlo al

dosificador de solución para la solubilización compuesto químico.

1.4. ALCANCE DEL PROYECTO DE GRADUACIÓN

Esta propuesta abarca el estudio de los dosificadores de productos químicos en

la operación de Plantas de Tratamiento, tomando en cuenta detalles propios de las

mismas, características, entre otros.

En la realización de este trabajo de investigación se dispone de una Planta de

Tratamiento ya construida, la cual no dispone de dosificadores. Esta propuesta se lleva

a cabo con la elaboración del diseño del sistema de dosificación del coagulante que

depende de la situación actual en que se encuentra la Planta y en función de la

disponibilidad económica de los beneficiarios.

El diseño contará con planos, especificaciones de materiales, además de proponer

medidas de factibilidad a futuro de la puesta en obra del proyecto, tales como

presupuesto referencial y cronograma que posteriormente, pueden ser actualizados.

El sistema de dosificación de coagulante será diseñado tomando en cuenta las

limitaciones de la Planta en la actualidad. Será diseñada en función de varios

condicionantes que están tomados en cuenta previamente, como son caudal, selección

de compuesto químico, eficiencias, normativas vigentes, etc.

Debido a los requerimientos del Laboratorio de Hidráulica, este diseño será un aporte

al espacio reducido con el que cuenta actualmente la Planta, además de servir para

posteriores usos en la dosificación de otros compuestos químicos, además de poder

ser utilizada en otras unidades de tratamiento de cualquier Planta Potabilizadora.

4

CAPÍTULO II

2. MARCO TEÓRICO

2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE COAGULACIÓN-

FLOCULACIÓN

La coagulación es un proceso complejo que consiste en la desestabilización y

posterior agrupamiento de partículas, que debido a sus características no

podrían sedimentar por su propio peso y requerirían tiempos excesivamente

largos para su decantación, o por su tamaño no sería factible separarlas por

filtración, por ello la finalidad es aumentar el peso de dichas partículas y

facilitar su asentamiento. (Alberdi, 2001, p.22)

El proceso de coagulación empieza en el instante donde se agregan los coagulantes al

agua y es instantáneo. En conjunto, es una serie de reacciones físicas y químicas

producidas por los coagulantes, de acuerdo a la alcalinidad del agua, la estructura de

las partículas, y el agua en sí. La floculación es el proceso en donde las partículas

desestabilizadas por la coagulación, chocan unas con otras para formar conglomerados

mayores, a los que se llaman flocs.

Figura N°1. Coagulación

Elaborado por: VERA RAISA, Febrero 2016

Fuente: ANDÍA CÁRDENAS YOLANDA, 2000

5

Arboleda (2000) reitera que este proceso sirve para:

a. “Remoción de turbiedad orgánica e inorgánica que no puede sedimentar

rápidamente.

b. Remoción de color verdadero y aparente.

c. Eliminación de bacterias, virus y organismos patógenos susceptibles de ser

separados por coagulación.

d. Destrucción de algas y plancton en general.

e. Eliminación de substancias productoras de sabor y olor en algunos casos y

de precipitados químicos suspendidos o compuestos orgánicos entre

otros.” (p.30)

Un buen proceso de coagulación se obtiene mediante la rapidez y el esparcimiento

completo de las sustancias químicas. La floculación lenta permite a los flóculos

pequeños unirse entre ellos para aumentar tamaño. Es necesario para obtener una

coagulación exitosa cumplir con ciertos parámetros.

a. Coagulante en cantidades adecuadas.

b. Óptimos valores de pH.

c. Mezcla rápida del coagulante con el agua.

d. Un proceso lento de agitación para incitar a las partículas más pequeñas a

adherirse entre ellas.

Uno de los limitantes de la coagulación es la cantidad de alcalinidad presente en el

agua al reaccionar con el sulfato de aluminio para formar los flóculos. Si la alcalinidad

natural del agua cruda es insuficiente, es necesario agregar compuestos alcalinos

como: Cal (Hidróxido de calcio), Sosa Caustica o Carbonato de Sodio (Hidróxido de

sodio).

El proceso de coagulación mal realizado produce una degradación de la calidad del

agua, además de representar un gasto de operación cuando no está bien realizado. Por

lo tanto, se considera que la dosis del coagulante condiciona el funcionamiento de las

unidades de decantación y que es imposible realizar una clarificación, si la cantidad

de coagulante está mal ajustada.

6

Figura N°2. Coagulación-Floculación



Figura N°3. Proceso de floculación


Fuente: ARBOLEDA, 2000

7

2.2. MECANISMOS DE LA COAGULACIÓN

La desestabilización se puede producir por los siguientes mecanismos físico-químicos:

Compresión de la doble capa.

Adsorción y Neutralización de Cargas

Atrapamiento de partículas en un precipitado

Adsorción y puente

2.2.1. Compresión de la doble capa

Andía Cárdenas (2000) explica que cuando se aproximan dos partículas

semejantes, sus capas difusas interactúan y generan una fuerza de repulsión,

cuyo potencial de repulsión está en función de la distancia que los separa y

cae rápidamente con el incremento de iones de carga opuesta al de las

partículas, esto se consigue sólo con los iones del coagulante. (p.188)

Existe por otro lado un potencial de atracción o fuerzas de atracción Ea, entre

las partículas llamadas fuerzas de Van der Walls, que dependen de los átomos

que constituyen las partículas y de la densidad de estos últimos.

Contrariamente a las Fuerzas de repulsión, las fuerzas de Van der Walls no

son afectados por las características de la solución. (Andía Cárdenas, 2000,

p.188) (Ver fig, 4)

Figura N°4. Fuerzas de atracción y repulsión



8

Andía Cárdenas (2000) manifiesta que cuando la distancia de separación de las

partículas es mayor a “L”, las partículas no se atraen siendo E la energía que los separa.

(p.189)

2.2.2. Adsorción y neutralización de cargas

Andía Cárdenas, (2000) expone que “las partículas coloidales poseen carga

negativa en su superficie, estas cargas llamadas primarias atraen los iones positivos

que se encuentran en solución dentro del agua y forman la primera capa adherida al

coloide” (p. 190)

El potencial en la superficie del plano de cizallamiento es el potencial electrocinético

– potencial ZETA, este potencial rige el desplazamiento de coloides y su interacción

mutua.

Después de la teoría de la doble capa la coagulación es la considerada como

la anulación del potencial obtenido por adición de productos de coagulación

– floculación, en la que la fuerza natural de mezcla debido al movimiento

browniano no es suficiente requiriéndose una energía complementaria

necesaria; por ejemplo, realizar la agitación mecánica o hidráulica. (Andía

Cárdenas, 2000, p.190)

Cuando se adiciona un exceso de coagulante al agua a tratar, se produce a la

reestabilización de la carga de la partícula; esto se puede explicar debido a

que los excesos de coagulante son absorbidos en la superficie de la partícula,

produciendo una carga invertida a la carga original. Este proceso consiste en

diversas interacciones que se producen al combinarse el coagulante-coloide,

coagulante-solvente y coloide-solvente. Este efecto de adsorción y

neutralización está íntimamente relacionado con el de compresión a doble

capa. (Andía Cárdenas, 2000, p.190)

Un claro modelo de desestabilización en medio de la adherencia y

neutralización de las cargas es el proceso de coagulación del yoduro de plata con carga

negativa por medio de iones orgánicos de dodecilamonio (C12H25NH3+). La siguiente

figura muestra las curvas esquemáticas basadas en un trabajo experimental que se

indica a continuación.

9

Figura N°5. Curvas esquemáticas de coagulación para varios tipos de coagulación


Fuente: BARRENCHENA MARTEL ADA, 2000

Los iones de dodecilamonio tienen carga +1, es por esto que son capaces de

inducir un proceso de coagulación muy parecido Al sodio Na+ (figura 5 [a]). Existen

diferencias sustanciales entre ambos, una de ellas es que los iones de sodio producen

la coagulación en concentraciones elevadas y no prácticas (mayores a 10-1 moles/L)

mientras que los iones de dodecilamonio producen la desestabilización en

concentraciones muy bajas 6 x 10-5 moles/L y la reestabilización con dosis de

coagulante mayores de 4 x10-4 moles/L. Los iones de dodecilamonio (amina orgánica

C2H25NH3+) (figura 5 [b]) son sustancias activas en su superficie coloidal, es decir,

pertenece al grupo –CH2 en las cadenas alifáticas de la molécula, no interactúan con

el agua y, es por ello, que están fuera de la solución y entre las partículas coloidales al

contrario del sodio que, si interactúa con el agua, por lo tanto, no cuenta con una

superficie activa.

La figura 5 [c] muestra el efecto de la adsorción en los coloides. La coagulación con

sales de aluminio se realiza tanto para dosis bajas (6 x 10-6 moles/L ó 4mg/L de

alumbre) como altas (4 x 10-5 moles/L ó 25 mg/L de alumbre), existe reversión,

posteriormente con dosis más altas se observa coagulación.

10

En definitiva, la figura 5 [b] representa las interacciones coagulante-solvente

(amina-agua) encargados de la adsorción de la adsorción del coagulante en la interfaz

coloide-agua. Para las especies hidrolizadas de aluminio y hierro o de polímeros

sintéticos catiónicos, es muy usual que la interacción entre coagulante y coloide. En

las curvas de las siguientes figuras 5 (b,c,d)

En la siguiente figura se muestra como el exceso de coagulante aplicado en el agua a

tratar produce una reestabilización de las partículas, es decir, el exceso de coagulante

es absorbido en la superficie de la partícula, produciendo una carga invertida a la

original.

Figura N°6. Reestabilización de las partículas



2.2.3. Atrapamiento de partículas en un precipitado

Andía Cárdenas (2000) explica que “las partículas coloidales

desestabilizadas, se pueden atrapar dentro de un floc, cuando se

adiciona una cantidad suficiente de coagulantes, habitualmente sales de

metales trivalente como el sulfato de aluminio Al2(SO4)3, o cloruro

férrico FeCl3, el floc está formado de moléculas de Al(OH)3 o de Fe

(OH)3”. (p.192)

La presencia de ciertos aniones y de las partículas coloidales acelera la

formación del precipitado. Las partículas coloidales juegan el rol de anillo durante la

formación del floc; este fenómeno puede tener una relación inversa entre la turbiedad

11

y la cantidad de coagulante requerida. En otras palabras, una concentración importante

de partículas en suspensión puede requerir menor cantidad de coagulante.

Figura N°7. Atrapamiento de las partículas en un floc



2.2.4. Adsorción y puente

Andía Cárdenas (2000) afirma que, en cualquier caso, se obtiene el

tratamiento más económico utilizando un polímero aniónico, cuando las

partículas están cargadas negativamente. Este fenómeno es explicado por la

teoría del “puente”. Las moléculas del polímero muy largas contienen grupos

químicos que pueden absorber las partículas coloidales. La molécula de

polímero puede así absorber una partícula coloidal en una de sus

extremidades, mientras que los otros sitios son libres para absorber otras

partículas. (p.192)

“Por eso se dice que las moléculas de los polímeros forman el “puente” entre

las partículas coloidales. Esto puede tener una reestabilización de la suspensión, por

una excesiva carga de polímeros.” (Andía Cárdenas, 2000, p.192)

La Mer y Healy (1963); Samuel y La Mer, (1958) describen que los polímeros

con carga negativa son efectivos para coagular los coloides con carga negativa,

fenómeno que no puede ser explicado de acuerdo con modelos basados en la

neutralización de cargas sino solo desarrollando la teoría del “puente.” (p.77)

La figura N°8 describe gráficamente la teoría del “puente”

12

Figura N° 8. Efecto de puente de las partículas en suspensión



2.3. COAGULANTES MAS UTILIZADOS.

Los coagulantes son productos químicos que al adicionar al agua son capaces

de producir una reacción química con los componentes químicos del agua,

especialmente con la alcalinidad del agua para formar un precipitado voluminoso, muy

absorbente, constituido generalmente por el hidróxido metálico del coagulante que se

está utilizando.

Los principales coagulantes utilizados para desestabilizar las partículas y

producir flóculos son:

Sulfato de aluminio.

Aluminato de sodio.

Cloruro de aluminio.

Cloruro férrico.

Sulfato férrico.

Sulfato ferroso.

Polielectrolitos (ayudantes de floculación).

13

Históricamente las sales de hierro y aluminio son los coagulantes metálicos más

utilizados, tienen la ventaja de actuar como coagulante-floculante al mismo tiempo y

reaccionan con el agua produciendo reacciones muy complejas como hidróxidos de

aluminio ó hierro, que son insolubles y forman precipitados.

Las sales de hierro y aluminio tienen el inconveniente de ser muy sensibles a un

cambio de pH, si este no está dentro de los parámetros permitidos, la coagulación es

muy baja y se puede solubilizar Fe ó Al y generar problemas.

“Alcalinidad.- Es un método de análisis, con el que se determina el contenido

de bicarbonatos (HCO3)- carbonatos (CO3)-2 e hidróxidos de un agua natural o tratada.

La alcalinidad tiene relación con el pH del agua.” (Andía Cárdenas,2000, p.213)

En la tabla N°1 se muestran las principales reacciones del sulfato de aluminio con la

alcalinidad del agua:

Tabla N° 1. Reacciones de sulfato de aluminio con la alcalinidad del agua



SULFATO DE

ALUMINIO

COMPUESTO

S ALCALINOS REACCIÓNES

Floc.

Al2(SO4)3 . 14 H2O + 3Ca(HCO3)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 + 14H2O

Floc.

Al2(SO4)3 . 14 H2O + 6Na HCO3 2Al(OH)3 + 3NaSO4 + 6 CO2 + 14 H2O

Floc.

Al2(SO4)3 . 14 H2O + 3Na CO3 2 Al(OH)3 + 3NaSO4 + 3 CO2 + 14 H2O

Floc.

Al2(SO4)3 . 14 H2O + 3NaOH 2 Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 14 H2O

14

2.4. CARACTERÍSTICAS DE LOS COMPUESTOS QUÍMICOS

La mayoría de los compuestos químicos presentan ciertas características

propias de cada uno, su comercialización, usos y accesibilidad económica es lo que

provoca su utilización en el mercado.

2.4.1. Sulfato de aluminio Al2(SO4)3

Es un cristal de color marfil, ordinariamente hidratado, que con el

almacenaje suele convertirse en terrones relativamente duros. Al

agregarlo al agua reacciona con la alcalinidad, para formar Hidróxido

de Aluminio. Se utiliza como coagulante metálico para formar flocs

ligeramente pesados. Es el coagulante mayormente utilizado en Plantas

de Potabilización de agua debido a su bajo costo y su manejo

relativamente sencillo. (Arboleda, 2000, p.56)

Fotografía N° 1. Sulfato de aluminio

Fuente: AIDIS, CAP. HONDURAS, 2006

El sulfato de aluminio presenta las siguientes características principales que se

muestran en la siguiente tabla informativa.

15

Tabla N° 2. Características generales y físicas del sulfato de aluminio

Coagulante: Sulfato de Aluminio

Nombre Comercial Alumbre

Nombre Químico Sulfato de Aluminio

Fórmula Al2(SO4)3

Propiedades físicas

Densidad real 2.7 g/cm3

Densidad aparente 1 g/cm3

Solubilidad en el agua 790g/1000 cm3 a 30°C

Higroscopia Media

Presentación comercial Cristales Blancos o pardos

Inflamabilidad Ninguna

pH óptima de la solución 5.6


Fuente: FLEITAS JORGE, 2010

Tabla N° 3. Ventajas y desventajas del sulfato de aluminio

Ventajas: Desventajas

Disponibilidad inmediata

Bajo costo

Sirve para diferentes tipos

de agua

Generación de lodos


Fuente: FLEITAS JORGE, 2010

2.4.2. Cloruro férrico FeCl3

Se presenta en forma sólida o líquida; esta última es la más utilizada en el

tratamiento del agua.

16

Canepa de Vargas (2005) indica que “la forma sólida es cristalina, de color

pardo, delicuescente, de fórmula teórica FeCl3 .6 H2O. Se funde fácilmente en su agua

de cristalización a 34 °C, por lo que es necesario protegerla del calor.” (p.26)

La forma líquida comercial tiene un promedio de 40% de FeCl3. Para evitar toda

confusión entre los contenidos de producto puro o de producto comercial, es

recomendable expresar la dosis de coagulantes en hierro (Fe) equivalente; es decir,

20,5% para la fórmula sólida y 14% aproximadamente para la solución acuosa

comercial.

En presencia de hierro, las soluciones acuosas de cloruro férrico se reducen

rápidamente a cloruro ferroso FeCl2. Esta reacción explica su gran poder

corrosivo frente al acero, y la necesidad de seleccionar adecuadamente el

material de los recipientes de almacenamiento, de preparación y de

distribución. (Canepa de Vargas, 2005, p.25)

El cloruro férrico presenta las siguientes características principales que se muestran en

la siguiente tabla informativa.

Fotografía N° 2. Cloruro férrico


17

Tabla N° 4. Características generales y físicas del cloruro férrico

Coagulante: Cloruro férrico

Nombre Comercial Cloruro férrico

Nombre Químico Cloruro férrico

Fórmula FeCl3



Densidad aparente 1 g/cm3

Solubilidad en el agua 800g/1000 cm3 a 20°C

Higroscopia Media

Presentación comercial Cristales Amarillos o pardos


pH óptima de la solución No reportado


Fuente: FLEITAS JORGE, 2010; AIDIS, Cap. Honduras, 2006

Tabla N° 5. Ventajas y desventajas del cloruro férrico


Disponibilidad inmediata

Bajo costo

Alta velocidad de reacción

El rango bajo de pH 3.5 – 7.0 es superior en

la remoción de sustancias orgánicas, bacteria y

plankton

El rango alto de pH 8.0-0.5 es usado para la

remoción de Hierro y Manganeso

No hay problemas con el Aluminio residual

Muchas veces eficiente sin ayudante de

floculación (polímero)

El producto requiere un mejor diseño de

proceso que el Alum o PAC.

Problemas en el proceso pueden causar un

color y precipitación en el agua tratada

La dosis de Hierro es mayor a la dosis de

Aluminio (el peso molecular de Hierro es

mayor)

Muy corrosivo para manejar y almacenar

Comercialmente disponible solo en

presentación líquida


Fuente: AIDIS, Cap. Honduras, 2006

18

2.4.3. Sulfato férrico Fe2 (SO4)3

Canepa de Vargas (2005) afirma que “El sulfato férrico es un polvo blanco

verdoso, muy soluble en el agua, su masa volumétrica aparente es 1.000 kg/m3. Debido

a que en solución acuosa se hidroliza y forma ácido sulfúrico, es necesario prevenir

los efectos de su acidez”. (p.26)

Tabla N° 6. Datos generales del sulfato férrico

Coagulante: Sulfato férrico

Nombre Comercial Sulfato férrico

Nombre Químico Sulfato férrico

Fórmula Fe2(SO4)3



Densidad aparente 1.46 g/cm3

Solubilidad en el agua 100% soluble al agua

Higroscopia Media

Presentación comercial Liquido café verdoso oscuro


pH óptima de la solución 1.0 1.5


Fuente: FLEITAS JORGE, 2010; AIDIS, Cap. Honduras, 2006

19

Tabla N° 7. Ventajas y desventajas del sulfato férrico


Es un coagulante de bajo costo

Alta velocidad de reacción

El rango bajo de pH 3.5 – 7.0 es

superior en la remoción de sustancias

orgánicas, bacteria y plankton.

El rango alto de pH 8.0-9.5 es usado

para la remoción de Hierro y Manganeso

No hay problemas con el Aluminio

residual

Muchas veces eficiente sin ayudante de

floculación (polímero)

El producto requiere un mejor diseño

de proceso que el Alum o PAC.

Problemas en el proceso pueden causar

un color y precipitación en el agua

tratada

La dosis de Hierro es mayor a la dosis

de Aluminio (el peso molecular de

Hierro es mayor)

El producto sólido necesita una muy

buena mezcla en la unidad de dilución



2.5. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COAGULACIÓN.

Para mejorar el proceso de coagulación es necesario revisar los siguientes

parámetros:

Potencial hidrógeno

Turbiedad

Sales disueltas

Temperatura del agua

Tipo de coagulante

Condiciones de la mezcla

Sistemas de aplicación de los coagulantes

Tipos de mezcla y color

2.5.1. Influencia del pH.

El pH es una medida de la actividad del ion hidrógeno en una solución, y es igual a:

pH = -log{H+}

20

Andía Cárdenas, (2000) manifiesta que el pH es la variable más importante a

tener en cuenta al momento de la coagulación, puesto que para cada calidad

de agua existe un rango de pH óptimo, es decir la coagulación toma un lugar

rápidamente en el proceso y depende de la naturaleza de los iones y de la

alcalinidad del agua. (p. 217)

El rango de pH es función del tipo de coagulante a ser utilizado y de la

naturaleza del agua a tratar; si la coagulación se realiza fuera del rango

de pH óptimo entonces se debe aumentar la cantidad del coagulante;

por lo tanto, la dosis requerida es alta. (Andía Cárdenas, 2000, p. 217)

“Para sales de aluminio el rango de pH para la coagulación es de 6.5 a 8.0 y

para las sales de hierro, el rango de pH óptimo es de 5.5 a 8.5 unidades.” (Andía

Cárdenas, 2000, p. 217)

El pH del caudal de entrada en las Plantas de Tratamiento sin tratamiento, oscila entre

7.5 a 8.2 unidades, y a la salida luego de todo el proceso de potabilización tiene un

promedio de 7.3 a 7.8 u.

2.5.2. Influencia de sales disueltas

Andía Cárdenas (2000) indica que “las sales contenidas dentro del agua ejercen

las influencias siguientes sobre la coagulación y floculación:” (p. 17)

Modificación del rango de pH óptimo.

Modificación del tiempo requerido para la floculación.

Modificación de la cantidad de coagulantes requeridos.

Modificación de la cantidad residual del coagulante dentro del efluente.

2.5.3. Influencia de la temperatura del agua

Andía Cárdenas (2000) explica que la variación de 1°C en la temperatura del

agua conduce a la formación de corrientes de densidad (variación de la

densidad del agua) de diferentes grados que afectan a la energía cinética de

21

las partículas en suspensión, por lo que la coagulación se hace más lenta;

temperaturas muy elevadas desfavorecen igualmente a la coagulación. (p.17)

“Una disminución de la temperatura del agua en una unidad de decantación

conlleva a un aumento de su viscosidad; esto explica las dificultades de la

sedimentación de un floc.” (Andía Cárdenas, 2000, p.17)

2.5.4. Influencia de las dosis de coagulante

Andía Cárdenas (2000) explica que la cantidad del coagulante a utilizar tiene

influencia directa en la eficiencia de la coagulación, así:

“Poca cantidad del coagulante, no neutraliza totalmente la carga de la partícula,

la formación de los microflóculos es muy escaso, por lo tanto, la turbiedad

residual es elevada.

Alta cantidad de coagulante produce la inversión de la carga de la partícula,

conduce a la formación de gran cantidad de microflóculos con tamaños muy

pequeños cuyas velocidades de sedimentación muy bajas, por lo tanto, la

turbiedad residual es igualmente elevada.

La selección del coagulante y la cantidad óptima de aplicación; se determina

mediante los ensayos de pruebas de jarras.” (p.17)

Andía Cárdenas (2000) indica que la selección del coagulante y la dosis juegan un rol

muy importante sobre:

La buena o mala calidad del agua clarificada.

El buen o mal funcionamiento de los decantadores.

Ejemplo:

Este indicativo (Tabla N°8) es un ejemplar de las variaciones de dosis de

coagulantes para dos tipos de agua con diferentes valores de pH y alcalinidad y se lo

muestra en la siguiente tabla (este proceso se lo determina con el ensayo de pruebas

de jarras).

To (turbiedad inicial) = 20 NTU

22

Tabla N° 8. Ejemplo de variación de dosis de coagulante para diferentes valores de pH

pH

Unidades

ALCALINIDAD

Dosis Op. FeCl3

Soluc.

Dosis Op.Al2(SO4)3

Soluc.

7.46 91 p.p.m CaCO3 14 p.p.m 26 p.p.m

7.29 85 p.p.m CaCO3 16 p.p.m 30 p.p.m


Fuente: Andía Cárdenas, 2000

2.5.5. Influencia de la mezcla

El grado de agitación que se da a la masa de agua durante la adición del

coagulante, determina si la coagulación es completa; turbulencias desiguales

hacen que cierta porción de agua tenga mayor concentración de coagulantes

y la otra parte tenga poco o casi nada; la agitación debe ser uniforme e intensa

en toda la masa de agua, para asegurar que la mezcla entre el agua y el

coagulante haya sido bien hecha y que se haya producido la reacción química

de neutralización de cargas correspondiente. Andía Cárdenas, 2000, p.18)

Andía Cárdenas (2000) explica que, “en el transcurso de la coagulación y

floculación, se procede a la mezcla de productos químicos en dos etapas. En

la primera etapa, la mezcla es enérgica y de corta duración (60 seg., máx.)

llamado mezcla rápida; esta mezcla tiene por objeto dispersar la totalidad del

coagulante dentro del volumen del agua a tratar, y en la segunda etapa la

mezcla es lenta y tiene por objeto desarrollar los microflóculos.” (p.18)

“La mezcla rápida se efectúa para la inyección de productos químicos dentro

de la zona de fuerte turbulencia, una inadecuada mezcla rápida conlleva a un

incremento de productos químicos.” (Andía Cárdenas, 2000, p.18)

2.5.5.1.Tipos de mezcla rápida

Las unidades para producir la mezcla rápida pueden ser:

Mezcladores rápidos Mecánicos: -Retromezcladores (ver agitadores)

23

Mezcladores rápidos Hidráulicos: -Resalto Hidráulico: Canaleta Parshall y

Vertedero Rectangular

-En línea: Difusores (tuberías y canales)

Inyectores, etc.

Figura N°9. Unidades de mezcla mecánica retromezclador



Figura N°10. Unidad de mezcla resalto hidráulico canal parshall



24

Figura N°11. Vertedero rectangular



2.5.5.2.Ventajas y desventajas de los mezcladores hidráulicos y mecánicos

El gradiente de velocidad en un mezclador mecánico no varía con el caudal,

tiene la ventaja adicional de controlar el grado de agitación, haciendo variar

la velocidad de rotación del impulsor; sin embargo, tiene la limitante de

depender de la energía externa que una falla hace que el proceso de mezcla se

perjudique. (Andía Cárdenas, 2000, p.19)

“Los mezcladores hidráulicos se caracterizan por presentar poca flexibilidad a

las variaciones de caudal, no depende de una energía externa. Por lo general se utilizan

como mezcladores rápidos las canaletas parshall y vertederos.” (Andía Cárdenas,

2000, p.19)

2.5.5.3.Gradiente de Velocidad

En los procesos de coagulación y floculación las partículas coloidales y

microflocs están en contacto unas con otras, favorecidas por las condiciones de mezcla

dominantes en el sistema. El grado de agitación se cuantifica por medio del gradiente

de velocidad simbolizado por la letra G.

25

El gradiente de velocidad se relaciona directamente con la energía suministrada

al sistema y es inversamente proporcional a la resistencia que el fluido opone

(viscosidad del agua).

𝐺 = (𝑃

𝑚)

1/2

P= potencia en la unidad de volumen

m= viscosidad absoluta

En los mezcladores tipo pistón, se emplean gradientes de velocidad muy altos en

tiempos muy cortos, los más recomendables son 1000 y 2000 seg-1.

En los retromezcladores, el gradiente de velocidad del rotor no tiene proporción directa

con la eficiencia del proceso. En el eje de rotación el gradiente de velocidad puede ser

entre 200 y 300 seg-1 y el tiempo de detención varía entre 15 y 30 s-1, el Gt mínimo

es de 2250 y 7500 máximo.

Arboleda (2000) indica que “el total de partículas en colisión es proporcional al

producto del gradiente de velocidad G y al tiempo de detención t.” (p.60)

En los retromezcladores el gradiente de velocidad no se distribuye uniformemente en

toda la masa del agua, en las periferias del tanque el gradiente es mínimo mientras que

en las cercanías de las paletas alcanza valores mucho más altos.

En conclusión, podemos afirmar que un mezclador hidráulico previsto de un sistema

de dispersión del coagulante es muy eficiente, sobresaliendo el manejo del gradiente

de velocidad en función del caudal ante la poca flexibilidad que este posee.

2.5.6. Influencia de la turbiedad.

Andía Cárdenas (2000) manifiesta que “la turbiedad es una forma indirecta de

medir la concentración de las partículas suspendidas en un líquido, mide el efecto de

la dispersión que estas partículas presentan al paso de la luz y están en función del

número, tamaño y forma de partículas.” (p.19)

“La turbiedad del agua superficial es gran parte debido a partículas de lodos de

sílice de diámetros que varían entre 0.2 a 5 um. La coagulación de estas partículas es

26

muy fácil de realizar cuando el pH se mantiene dentro del rango óptimo.” (Andía

Cárdenas, 2000, p.19)

La variación de la concentración de las partículas permite hacer las siguientes

predicciones:

- Existe una cantidad de coagulante para cada valor de turbiedad, con el cual se

obtiene la turbiedad residual más baja, la cual representa la dosis óptima.

- Cuando la turbiedad aumenta se debe adicionar una cantidad de coagulante

mínima, es decir no en exceso debido ya que la probabilidad de choque entre

las partículas es muy superior; por lo que la coagulación se realiza con

facilidad; por el contrario, cuando la turbiedad es baja la coagulación se realiza

muy difícilmente, y la cantidad del coagulante es igual o mayor que cuando la

turbiedad hubiese sido alta.

- En casos donde la turbiedad es muy alta, es mejor ejecutar una pre

sedimentación natural o forzosa, utilizando un polímero aniónico.

- Es más sencillo coagular aguas que presentan baja turbiedad y otras que hayan

sido contaminadas por desagües domésticos industriales, porque demandan

una mayor cantidad de coagulante que los no contaminados. (Andía Cárdenas,

2000, p.19)

2.6. SISTEMAS DE APLICACIÓN DE COAGULANTES

Andía Cárdenas (2000) explica que las reacciones del agua con el coagulante

solo se producen si se cumplen con los siguientes parámetros.

La dosis del coagulante que se adicione al agua es en forma constante y

uniforme en la unidad de mezcla rápida, de tal manera que el coagulante sea

completamente dispersado y mezclado con el agua.

El sistema de dosificación debe proporcionar un caudal constante y fácilmente

regulable.

27

2.6.1. Observación de las condiciones de mezcla del coagulante con el agua

En la siguiente figura se muestra la mejor mezcla cuando se aplica todo el total

del coagulante en la masa del agua. Este proceso se realiza mediante los diversos

equipos de dosificación que existen en el mercado, sean para coagulantes en sólido o

en solución, los cuales deben estar debidamente calibrados mediante pruebas de

aforamiento.

En la siguiente ilustración (a) se identifica el ingreso del coagulante al agua cruda,

donde no hay una buena mezcla porque no se distribuye el compuesto químico con el

agua, al contrario de la siguiente ilustración (b) donde se mezcla completamente el

coagulante con el agua a tratar, siendo ésta la mezcla óptima.

Figura N°12. Condiciones de la mezcla



Cuando el coagulante añadido cae en su totalidad a la masa de agua es la mejor mezcla.

Según Andía Cárdenas (2000) “Esta condición se obtiene por medio de los

equipos de dosificación tanto para los coagulantes al estado sólido y estado líquido,

que deben encontrarse calibrados y comprobados en la práctica por medio de las

pruebas de aforamiento.” (p.20)

28

2.6.2. Tipos de dosificadores

Son equipos que liberan una cantidad prefijada de producto químico por unidad

de tiempo. Pueden operar con el producto seco o en solución.

“Atendiendo a la forma del producto que aplican, se pueden clasificar como

equipos de dosificación de sustancias en seco, equipos de dosificación de sustancias

en solución y equipos de dosificación de sustancias en forma de gases.” (Canepa de

Vargas, 2005, p.30)

Dosificadores en seco

- Dosificadores en seco de tipo gravimétrico

- Dosificadores en seco de tipo volumétrico

Dosificadores en solución

2.6.2.1.Dosificadores en seco

Canepa de Vargas (2005) explica que los dosificadores “Dosifican productos

como el sulfato de aluminio, la cal, sales de flúor, etcétera, en su forma seca.” (p.30)

Según la forma de medición de la cantidad de producto químico se clasifican en

gravimétricos y volumétricos.

A continuación, se muestra la descripción de cada uno de los dosificadores y su

respectiva ilustración donde indica el esquema del equipo.

2.6.2.1.1. Dosificadores en seco de tipo gravimétrico

“El conjunto de medición es del tipo de pérdida de peso, de correa

transportadora, de embudo oscilante.” (Canepa de Vargas, 2005, p.31)

29

Fotografía N° 3. Dosificador gravimétrico


Canepa de Vargas (2005), indica que en “este tipo de unidades la cantidad de

producto químico por dosificar se efectúa por peso de material o por diferencia de peso

del material disponible para ser dosificado.”

a. Dosificador gravimétrico en seco de correa transportadora

“El material liberado por la tolva se deposita sobre una correa transportadora

que pasa sobre la plataforma de una balanza, la cual es regulada para recibir un peso

que corresponda a la dosificación deseada.” (Canepa de Vargas, 2005, p.33)

30

Cuando el peso del material que cae sobre la correa transportadora coincide

con el peso prefijado, una válvula reajusta la cantidad de material excesivo para

equilibrar el sistema. La variación de velocidad de la correa aumenta el rango

de dosificación del equipo. (Canepa de Vargas, 2005, p.32)

Figura N°13. Gravimétrico de correa transportadora


Fuente: CANEPA DE VARGAS, 2005

b. Dosificador gravimétrico en seco de pérdida de peso

Canepa de Vargas (2005), manifiesta que estos equipos miden la cantidad

de material por dosificar según la diferencia de peso de la tolva que

contiene el material y que se apoya en una balanza equilibrada mediante

un contrapeso móvil. El movimiento del contrapeso se hace con un

desplazamiento proporcional a la dosificación deseada y no en el

sentido correspondiente al equilibrio de cargas sucesivamente menores.

(p.32)

31

La siguiente ilustración indica el accionar del motor en la posición de parada,

la válvula de alimentación de agua en la cámara de solución, mezclado y el agitador

mecánico.

Figura N°14. Dosificador gravimétrico tipo pérdida de peso



2.6.2.1.2. Dosificadores en seco de tipo volumétrico

El mecanismo de dosificación es del tipo de tornillo giratorio, de disco

giratorio, etc. Canepa de Vargas (2005) indica que se obtiene “la dosificación

deseada por medio de la variación de la velocidad de desplazamiento, por

medio del aprovisionamiento parcial de la capa o de la variación del espesor

de la capa formada.” (p.33)

En el silo de suministro del dosificador cuenta con un dispositivo de

dosificación continuo de medición de volúmenes.

32

Fotografía N° 4. Dosificador tipo volumétrico


I. Dosificador en seco volumétrico del tipo tornillo giratorio

“Funciona por medio de un tornillo sumergido en la masa del producto químico

que va a ser dosificado, el cual es arrastrado por su movimiento en el sentido del eje

de rotación.” (Canepa de Vargas, 2005, p. 33)

Figura N°15. Dosificador volumétrico de tornillo giratorio



33

2.6.2.2.Dosificadores en solución

Canepa de Vargas (2005) explica que los dosificadores en solución son

utilizados para dosificar por vía húmeda o para dosificar líquidos. Se clasifican en:

2.6.2.2.1. Dispositivos medidores volumétricos

Estos se subdividen en:

I. Bomba de diafragma

Este tipo de dosificador esta accionado hidráulicamente con mucha precisión,

sin embargo, su exactitud es menor que el dosificador de pistón, tiene la particularidad

de resistir grandes presiones y soporta hasta un caudal de 2500l/h.

II. Bomba de pistón

Son muy precisos, pero tiene una pequeña desventaja de ser muy corrosivo a

los productos abrasivos (silicato sódico, cloruro férrico), este tipo de dosificador de

acuerdo a la capacidad de la bomba puede soportar una alta concentración de caudal

con miles de l/h.

2.6.2.2.2. Medidores de velocidad

Estos a su vez se clasifican en dosificadores de:

I. Dosificadores de orificio de carga constante o variable

II. Venturi

III. Rotámetros

I. Dosificadores de orificio de carga constante

Este tipo de dosificadores se emplean en plantas pequeñas y medianas, los

más frecuentes son los de carga constante y regulable. Consta de un tanque

número uno para la preparación de la solución y de un tanque número dos o

equipo dosificador. El mecanismo de acción es muy simple, se mantiene una

carga constante de agua por medio de una válvula de boya que regula la carga

34

sobre un orificio sumergido. “La dosificación se efectúa mediante el orificio

sumergido en la solución, cuyo tamaño se gradúa para obtener la dosificación

deseada.” (Canepa de Vargas, 2005, p.34)

La siguiente ilustración muestra las partes fundamentales de este tipo de

dosificador donde destacan el tanque de solución del dosificador, válvula de control

en la entrada de la solución, válvula de graduación de la descarga de la solución del

coagulante.

Figura N°16. Dosificador de orificio de carga constante



II. Venturi

Este tipo de dosificador se utiliza para sistemas fijos de caudales posicionales,

tiene la ventaja de utilizarse para cualquier tipo de solución y concentrados, es

altamente resistente a la corrosión, posee una válvula esférica que es la que ajusta la

dosificación del coagulante.

35

Fotografía N° 5. Dosificador tipo venturi


Figura N°17. Esquema de dosificador tipo venturi



III. Rotámetros

Es un tipo de caudalímetro que mide el caudal de líquidos y gases. Este consiste

en un tubo y un flotador, este caudal que lo atraviesa es lineal con un rango de fluido

estándar respectivamente largo y baja caída de presión. Su instalación es muy sencilla,

fácil de usar y mantener.

El uso de este dispositivo se basa en el principio de área variable; el caudal

eleva la válvula flotadora de un tubo ahusado, esto aumenta el área del paso del

líquido. Si es mayor el flujo más se eleva la altura del flotador, es decir son

directamente proporcionales el caudal y la altura del flotador. Los rotadores deben

estar orientados y ensamblados en forma vertical.

36

Fotografía N° 6. Dosificador tipo rotámetro para flujo de líquidos

Fuente: http://mx.omega.com/pptst/FL1300_1400.html

2.7. TIPOS DE COAGULACIÓN.

Se presentan dos tipos básicos de coagulación: Por Adsorción y Por Barrido.

a) Coagulación por adsorción. –

Se presenta cuando el agua presenta una alta concentración de partículas al

estado coloidal; cuando el coagulante es adicionado al agua turbia los

productos solubles de los coagulantes son absorbidas por los coloides y

forman los flóculos en forma casi instantánea. (Andía Cárdenas, 2000, p. 197)

http://mx.omega.c/#om/pptst/FL1300_1400.html

37

Figura N°18. Coagulación por adsorción


Fuente: ANDÍA CÁRDENAS, 2000

b) Coagulación por barrido. –

Este tipo de coagulación se presenta cuando el agua es clara (presenta baja

turbiedad) y la cantidad de partículas coloides es pequeña; en este caso las

partículas son entrampadas al producirse una sobresaturación de precipitado

de sulfato de aluminio o cloruro férrico. (Andía Cárdenas, 2000, p. 198)

Figura N°19. Coagulación por barrido



38

2.8. CLASIFICACIÓN DEL AGUA SEGÚN COMPORTAMIENTO

EN LA COAGULACIÓN

Andía Cárdenas (2000), presenta un proyecto experimental donde se presenta

cuatro tipos de agua, en el cual se ha realizado ensayo de pruebas de jarras para

la determinación de la dosis óptima, en donde los resultados se muestran a

continuación teniendo como conclusión que si la alcalinidad del agua es baja

se necesita mayor cantidad de coagulante y si es alta se necesita en menor

cantidad de coagulante. (p.213)

La siguiente tabla muestra el resumen del análisis experimental del comportamiento

del agua.

Tabla N° 9. Clasificación del agua según el comportamiento de la coagulación

Tipo de Agua Tipo de Coagulación Requerimiento

1. Baja Concentración de

Coloides, baja

alcalinidad.

Formación de precipitado.

Floc de barrido

Alta dosis de coagulantes.

Adición de alcalinidad o

partículas, o ambas.

2. Baja concentración de

coloides, alta

alcalinidad.

Formación de precipitado.

Floc de Barrido

Alta dosis de coagulantes.

Adición de partículas.

3. Alta concentración de

coloides, baja

alcalinidad

Adsorción de polímeros

metálicos positivos, en la

superficie de los coloides.

(pH 4 a 7).

Dosis de coagulantes

incrementa con

concentración de partículas,

adición de

alcalinidad

4. Alta concentración de

coloides, alta

alcalinidad.

Adsorción de polímeros,

metálicos positivos y

precipitaciones de hidróxidos

(pH>7)

Dosis de coagulante

Incrementa con

concentración de partículas.



39

Figura N°20. Clasificación del agua según el comportamiento de la coagulación


40

2.9. REMOCIÓN DE LA TURBIEDAD

La aplicación de una dosis creciente del coagulante al agua presenta diferentes zonas

de coagulación. (Andía Cárdenas, 2000, p.30)

“Zona 1.- La dosis de coagulante no es suficiente para desestabilizar las partículas

y por lo tanto no se produce coagulación.

Zona 2.- Al incrementar la dosis de coagulantes, se produce una rápida

aglutinación de los coloides.

Zona 3.- Si se continúa incrementando la dosis, llega un momento en que no se

produce una buena coagulación, ya que los coloides se reestabilizan.

Zona 4.- Al aumentar aún más la dosis, hasta producir una súper saturación se

produce de nuevo una rápida precipitación de los coagulantes que hace un efecto

de barrido, arrastrando en su descenso las partículas que conforman la turbiedad.”

Para una eficiente remoción del color, se requiere que el pH sea bajo de 6 a 7,

en comparación con la óptima remoción de turbiedad que es el objetivo de esta

ilustración, donde se utilizó agua con un pH alto de 7 a 8,2, en donde no hay

remoción del color. El color inicial podemos medirlo una vez que las partículas

suspendidas sigan su curso, el cual es el color aparente, que no es más que la materia

que está suspendida y disuelta. Al final de todo el proceso de potabilización

determinaremos el color verdadero luego de pasar por el filtrado.

Figura N°21. Diagrama de remoción de turbiedad



41

Figura N°22. Remoción de turbiedad con sulfato de aluminio


42

CAPÍTULO III

3. MARCO METODOLÓGICO

3.1. Consideraciones previas del sistema de dosificador de coagulante

En Plantas más pequeñas es mejor utilizar dosificadores en solución, ya que

son menos costosas, y no se necesitan un gran número de piezas para su diseño. Este

proyecto propone un sistema de dosificación en solución, por gravedad integrado, que

posteriormente va a ser de fácil implementación ubicado en la parte izquierda hacia el

fondo, en la sección de equipos del Laboratorio de Hidráulica de la Universidad

Central del Ecuador. No será necesario contar con energía eléctrica para este sistema

de dosificación, solo se necesita calibración previa de la dosis del coagulante, y un

control permanente, al igual que la operación y mantenimiento del sistema.

La proporcionalidad al flujo del agua cruda es algo que se debe mantener en todo el

tiempo, mientras más agua entre en el proceso de potabilización, más coagulante debe

ser descargado. Si es el caso se instalará una válvula solenoide para su accionamiento

manual en la descarga del coagulante, además de la válvula flotador para regular el

caudal.

“Es necesario para tratar el agua conocer los rangos máximos y mínimos de

turbiedad, color, pH que deberá tratar el sistema, de acuerdo a eso se obtendrán las

dosis máximas y mínimas que serán aplicadas en el equipo.” (Fleitas R., 2010, p. 13)

Fleitas R., (2010) indica que el sistema de dosificación debe proveer las

siguientes funciones: (p. 13)

- “Almacenamiento de la sustancia química

- Control de la cantidad de químico en las dosis

- Disolución de la sustancia química

- Dosificación de la solución

- Evitar excesos del compuesto químico

- Adaptación con el entorno de la Planta potabilizadora”

- Mantener la velocidad del sistema

- Protección residual del compuesto químico

- Implementación de válvulas de regulación y control

- Considerar siempre el tiempo de retención de la sustancia química

43

- Los sistemas no requieren una minuciosa operación y mantenimiento del

mismo.

3.2.Criterios de selección

Revisaremos la importancia de estos parámetros de acuerdo a la

funcionabilidad de los sistemas, siguiendo los principales criterios de evaluación.

(Fleitas R, 2010, p.44)

- Funcionabilidad

- Seguridad

- Energía

- Posibilidad de construcción

- Compatibilidad

- Operatividad

- Protección del compuesto

- Mantenimiento

- Vida útil

- Costos

- Residuos

- Estética

- Ergonomía

- Tamaño

3.2.1. Funcionabilidad

Es la eficiencia para que el sistema pueda desempeñar y cumplir la función de

dosificación en una tarea de manera satisfactoria.

El siguiente cuadro representa la sistematización de los dosificadores de acuerdo a su

funcionabilidad.

44

Tabla N° 10. Clasificación de los sistemas de dosificación por su funcionalidad

DOSIFICADORES TIPO CLASIFICACIÓN FUNCIONABILIDAD

VOLUMETRICA

PLATO

OSCILANTE

Cualquier material

granular en polvo

GARGANTA

OSCILANTE

Cualquier material, en

cualquier diámetro de

partícula

DISCO

ROTATORIO

Mayoría de materiales

en forma granular o en

polvo

TORNILLO Material muy seco en

forma granular o en polvo

CINTA

Material muy seco en

forma granular o en polvo

con tamaño máximo de

1%

GRAVIMETRICA

CINTA Y

BALNAZA

Material seco o húmedo

e forma granular o en

polvo (debe utilizarse

agitadores para mantener

una densidad constante)

PERDIDA DE PESO

Mayoría de materiales

en forma granular o en

polvo

LIQUIDO

BOMBEO

BOMBA

DOSIFICADORA DE

PISTON

Gran precisión del

compuesto químico no se

utiliza con elementos

abrasivos o corrosivos

(silicato sódico o cloruro

férrico)

BOMBA

DOSIFICADORA DE

DIAFRAGMA

Ligeramente menor

precisión que la anterior

pero se utiliza para

elementos abrasivos,

corrosivos o tóxicos

GRAVEDAD

CARGA

CONSTANTE

Sirve para Plantas

pequeñas y medianas, se

utilizan para cualquier

tipo de solución, pueden

ser fabricados localmente

CARGA

REGULABLE

Sirve para Plantas

pequeñas y medianas, se

utilizan para cualquier

tipo de solución, pueden

ser fabricados localmente



3.2.2. Seguridad

Se brinda protección tanto al usuario como al equipo de dosificación, en

términos de estructura y los componentes de la unidad. (Fleitas R., 2010, p.45)

45

El siguiente cuadro muestra el tipo de seguridad que se necesita para que el sistema

funcione en óptimas condiciones.

Tabla N° 11. Clasificación de los sistemas de dosificación por su seguridad

DOSIFICADORES TIPO CLASIFICACIÓN SEGURIDAD

SECO

VOLUMETRICA

PLATO

OSCILANTE Calibración frecuente

GARGANTA

OSCILANTE Cuidadosa operación

DISCO

ROTATORIO

Cuidadosa operación

y mantenimiento

TORNILLO Calibración frecuente

CINTA Cuidadosa operación

y mantenimiento

GRAVIMETRICA

CINTA Y

BALANZA

Cuidadosa operación

y mantenimiento

PERDIDA DE

PESO Calibración frecuente

LIQUIDO

BOMBEO

BOMBA

DOSIFICADORA DE

PISTON

Calibración frecuente

BOMBA

DOSIFICADORA DE

DIAFRAGMA

Calibración frecuente

GRAVEDAD

CARGA

CONSTANTE Calibración frecuente

CARGA

REGULABLE Calibración frecuente



3.2.3. Energía

La Plantas donde se montará el sistema de dosificación, si cuenta con energía

eléctrica, es recomendable que el dosificador utilice la menor cantidad posible de

energía en su puesta en marcha ya que las otras unidades posteriores a este sistema

probablemente necesiten más consumo de la fuente eléctrica.

A continuación, se muestra la cantidad de energía que se necesita para los diferentes

sistemas de dosificación.

46

Tabla N° 12. Clasificación de los sistemas de dosificación por la energía empleada

DOSIFICADORES TIPO CLASIFICACIÓN ENERGIA

SECO

VOLUMETRICA

PLATO

OSCILANTE

Energía constante mientras se

lleva a cabo el proceso.

GARGANTA

OSCILANTE



DISCO

ROTATORIO



TORNILLO Energía constante mientras se


CINTA Energía constante mientras se


GRAVIMETRICA

CINTA Y

BALNAZA

Consumo medio de energía

mientras se lleve a cabo el

proceso.

PERDIDA DE

PESO

Consumo irrelevante de

energía mientras se lleve a cabo

el proceso.

LIQUIDO

BOMBEO

BOMBA

DOSIFICADORA

DE PISTON

Consumo medio de energía

mientras se lleve a cabo el

proceso.

BOMBA

DOSIFICADORA

DE DIAFRAGMA



GRAVEDAD

CARGA

CONSTANTE

No es necesario la fuente de


el proceso.

CARGA

REGULABLE

No es necesario la fuente de


el proceso.



3.2.4. Posibilidad de construcción

Entre los objetivos de este estudio no está la construcción de este sistema, pero

estamos tomando en cuenta la fabricación del mismo, en cuanto a los materiales de

construcción y costo de la producción de la propuesta.

En el siguiente cuadro indicamos aproximadamente el equipo que se necesita para la

construcción de los sistemas de dosificación.

47

Tabla N° 13. Clasificación de los sistemas de dosificación por construcción

DOSIFICADORES TIPO CLASIFICACIÓN CONSTRUCCIÓN

SECO

VOLUMETRICA

PLATO

OSCILANTE

Equipo de tolva, vibrador de

compuerta, transmisión de

velocidad variable

GARGANTA

OSCILANTE

Equipo provisto cámara en la

tolva, que dosifica al volumen

con una válvula que ajusta.

DISCO

ROTATORIO

Equipo con disco rotatorio,

diafragma vibrador, motor y

agitador jet hidráulico.

TORNILLO

Tornillo sumergido en la

masa del producto arrastrado

por un motor.

CINTA La medición del volumen se

efectúa mediante la formación

GRAVIMETRICA

CINTA Y

BALANZA

Equipo dispuesto de válvula,

motor controlado por la

balanza.

PERDIDA DE

PESO

Equipo de balanza

equilibrada mediante un

contrapeso móvil. Válvula de

alimentación con cuña de

control y vibrador.

LIQUIDO

BOMBEO

BOMBA

DOSIFICADORA DE

PISTON

Equipo con bombas

aspirantes de pistón, regulado

por una frecuencia de

desplazamientos. Permite

ajustar el volumen.

BOMBA

DOSIFICADORA DE

DIAFRAGMA

Equipo con bombas

aspirantes de diafragma,

regulado por una frecuencia de

desplazamientos equipados con

una bomba centrifuga controla

a dosificación.

GRAVEDAD

CARGA

CONSTANTE

Provisto de un tanque para la

solución y otro tanque de

dosificación por una válvula de

boya con carga constante de un

orificio sumergido.

CARGA

REGULABLE

Provisto de una válvula de

flotador un dosificador a escala,

y un tanque de solución



48

3.2.5. Compatibilidad

Todos los sistemas descritos anteriormente se pueden unir y ser compatibles

entre sí. En el diseño final se puede recopilar las mejores ideas de cada sistema, se

verifican si son compatibles, si existe posibilidad de integración, modificaciones

pertinentes para el funcionamiento del sistema.

En caso de no poder compaginar los sistemas más adecuados se debe contemplar la

posibilidad de separar su funcionamiento siempre y cuando sea lo más adecuado para

nuestro diseño, prevalecerá un sistema eficaz que asemeje ser lo más automático y en

conjunto sea la mejor y más viable opción.

La siguiente tabla indica la compatibilidad de los sistemas entre ellos.

Tabla N° 14. Clasificación de los sistemas de dosificación por su compatibilidad con otros

sistemas

DOSIFICADORES TIPO CLASIFICACIÓN COMPATIBILIDAD

SECO

VOLUMETRICA

PLATO

OSCILANTE

compatibilidad

gravimétrica, volumétrica

GARGANTA

OSCILANTE

compatibilidad


DISCO

ROTATORIO

compatibilidad


TORNILLO compatibilidad


CINTA compatibilidad


GRAVIMETRICA

CINTA Y

BALANZA

compatibilidad


PERDIDA DE

PESO

compatibilidad


LIQUIDO

BOMBEO

BOMBA

DOSIFICADORA

DE PISTON

compatibilidad con

dosificador de pistón y

diafragma

BOMBA

DOSIFICADORA

DE DIAFRAGMA

compatibilidad con

dosificador de pistón y

diafragma

GRAVEDAD

CARGA

CONSTANTE

compatibilidad con

dosificador de orificio

carga constante y

regulable

CARGA

REGULABLE

compatibilidad con

dosificador de orificio

carga constante y

regulable



49

3.2.6. Operatividad

El sistema debe ser diseñado de tal manera que pueda ser operado de forma

intuitiva y fácil para cualquier tipo de persona que tenga a su mando la operatividad

del equipo.

A continuación, se muestra la operatividad de los sistemas de dosificación.

Tabla N° 15. Clasificación de los sistemas de dosificación por su operatividad

DOSIFICADORES TIPO CLASIFICACIÓN OPERATIVIDAD

SECO

VOLUMETRICA

PLATO OSCILANTE Operable

GARGANTA

OSCILANTE Operable

DISCO ROTATORIO Operable

TORNILLO Operable

CINTA Operable

GRAVIMETRICA

CINTA Y BALANZA Operable

PERDIDA DE PESO Operable

LIQUIDO

BOMBEO

BOMBA

DOSIFICADORA DE

PISTON

Operable

BOMBA

DOSIFICADORA DE

DIAFRAGMA

Operable

GRAVEDAD

CARGA CONSTANTE Operable

CARGA REGULABLE Operable



3.2.7. Protección del compuesto

En cada sistema debe existir un lugar de acopio de las sustancias químicas,

cada dosificador cuenta con un almacenamiento propio de tal manera que provee el

compuesto químico para un periodo de trabajo, es decir las dosis necesarias mientras

opere la Planta. Durante el periodo de puesta en marcha se debe proteger al compuesto

químico ajeno a su naturaleza y reducir pérdidas del material químico.

50

Cabe recalcar que no sólo se debe proteger a las sustancias químicas sino a los

usuarios o personas ajenas que puedan visitar esta zona.

En la siguiente tabla se muestran los dosificadores que cuentan con tanque de

almacenamiento interno.

Tabla N° 16. Clasificación de los sistemas de dosificación por su almacenamiento interno

DOSIFICADORES TIPO CLASIFICACIÓN

TANQUE DE

ALMACENAMIENTO

INTERNO

SECO

VOLUMETRICA

PLATO OSCILANTE Si posee

GARGANTA

OSCILANTE Si posee

DISCO ROTATORIO Si posee

TORNILLO Si posee

CINTA Si posee

GRAVIMETRICA

CINTA Y BALANZA Si posee

PERDIDA DE PESO Si posee

LIQUIDO

BOMBEO

BOMBA

DOSIFICADORA DE

PISTON

Si posee

BOMBA

DOSIFICADORA DE

DIAFRAGMA

Si posee

GRAVEDAD

CARGA CONSTANTE Si posee

CARGA REGULABLE Si posee



3.2.8. Mantenimiento

Cada sistema debe tener la capacidad de solucionar de manera inmediata

cualquier desperfecto que se produzca, se debe reducir al máximo el soporte técnico

ya que una Planta Potabilizadora compacta no solo puede estar en la cuidad sino en

las afueras, y es por ello que se necesita que el sistema de dosificación no requiera un

técnico especializado, que sólo el operador pueda arreglar cualquier desperfecto, y

sólo en casos extremos se solicite ayuda.

51

Es recomendable que exista un ensamblaje y desensamblaje fácil sin

complicaciones para mantenimientos antes y después de su uso perenne.

El siguiente cuadro indica el mantenimiento que necesita cada sistema de dosificación.

Tabla N° 17. Clasificación de los sistemas de dosificación por su mantenimiento

DOSIFICADORES TIPO CLASIFICACIÓN MANTENIMIENTO

SECO

VOLUMETRICA

PLATO OSCILANTE PRE-POST

FUNCIONAMIENTO

GARGANTA

OSCILANTE

PRE-POST

FUNCIONAMIENTO

DISCO ROTATORIO PRE-POST

FUNCIONAMIENTO

TORNILLO PRE-POST

FUNCIONAMIENTO

CINTA PRE-POST

FUNCIONAMIENTO

GRAVIMETRICA

CINTA Y BALANZA PRE-POST

FUNCIONAMIENTO

PERDIDA DE PESO PRE-POST

FUNCIONAMIENTO

LIQUIDO

BOMBEO

BOMBA

DOSIFICADORA DE

PISTON

REVISION PRE- POST

FUNCIONAMIENTO

BOMBA

DOSIFICADORA DE

DIAFRAGMA

REVISION PRE- POST

FUNCIONAMIENTO

GRAVEDAD

CARGA CONSTANTE REVISION PRE- POST

FUNCIONAMIENTO

CARGA REGULABLE REVISION PRE- POST

FUNCIONAMIENTO



3.2.9. Vida útil

Es el tiempo estimado en el cual el equipo operará sin presentar ningún

desperfecto.

52

Esto funciona siempre y cuando se realice el mantenimiento respectivo en el

sistema de dosificación. El período de vida útil ha sido basado en las garantías que

ofrecen los fabricantes de los diversos dosificadores que existen en el mercado.

(Indostra, 2013, p.2)

Tabla N° 18. Clasificación de los sistemas de dosificación por su mantenimiento

DOSIFICADORE

S TIPO CLASIFICACIÓN VIDA UTIL

SECO

VOLUMETRICA

PLATO OSCILANTE 15 años

GARGANTA

OSCILANTE 15 años

DISCO ROTATORIO 15 años

TORNILLO 15 años

CINTA 15 años

GRAVIMETRIC

A

CINTA Y BALANZA 20 años

PERDIDA DE PESO 20 años

LIQUIDO

BOMBEO

BOMBA

DOSIFICADORA DE

PISTON

20 años

BOMBA

DOSIFICADORA DE

DIAFRAGMA

20 años

GRAVEDAD

CARGA

CONSTANTE 10 años

CARGA

REGULABLE 10 años


Fuente: INDOSTRA, 2013

3.2.10. Costos

Valor estimado de la fabricación y construcción del diseño del proyecto,

además de las partes extras que lo integran. A continuación, se muestra el valor

aproximado en función de la construcción e instalación de los equipos dosificadores

como referencia de los productos que ofrecen. (Indostra, 2013, p. 3)

53

Tabla N° 19. Clasificación de los sistemas de dosificación por su costo aproximado

DOSIFICADORES TIPO CLASIFICACIÓN COSTO/INSTALACIÓN

EQUIP. GLOBAL/USD

SECO

VOLUMETRICA

PLATO OSCILANTE 2000

GARGANTA

OSCILANTE 1000

DISCO ROTATORIO 2000

TORNILLO 2000

CINTA 1500

GRAVIMETRICA

CINTA Y BALANZA 1240

PERDIDA DE PESO 1100

LIQUIDO

BOMBEO

BOMBA

DOSIFICADORA DE

PISTON

1230

BOMBA

DOSIFICADORA DE

DIAFRAGMA

970

GRAVEDAD

CARGA

CONSTANTE 800

CARGA

REGULABLE 500



3.2.11. Residuos

Después de tratar completamente el agua ya potabilizada, el equipo de

dosificación, al igual que el resto de las unidades que la conforman detiene su trabajo,

es por ello que se recomienda no dejar residuos de los químicos, tanto en polvo como

en solución. Los residuos de compuestos químicos arruinan los sistemas de

dosificación.

Se recomienda realizar periódicamente un mantenimiento y limpieza de las partes que

lo conforman al equipo dosificador, removiendo cualquier vestigio del coagulante

químico aplicado.

54

Figura N°23. Dosificador tipo volumétrico pérdida de peso


Figura N°24. Dosificador tipo volumétrico garganta oscilante


3.2.12. Estética

Este diseño se debe adaptar a las necesidades y capacidades de la Planta,

evitando posiciones complicadas y de difícil operación.

55

3.2.13. Ergonomía

El diseño está enfocado en las necesidades de las personas que lo van a utilizar,

impidiendo esfuerzos y colocaciones inadecuadas.

3.2.14. Tamaño

El sistema de dosificación guarda solo pequeñas cantidades de coagulante, es

por ello que el tamaño de la unidad debe estar en proporción a todos los componentes

de la Planta de tratamiento de la cual se necesita realizar la implementación del

sistema.

3.3.Matrices de selección

Esta matriz se realiza para cada sistema de dosificación, con cada parámetro

de selección, asignándole un valor, comparando las diferentes propuestas de cada

subsistema, según Fleitas R., (2010) “los criterios de juicio de importancia basados en

experiencias previas”. (p.34) Los criterios poseen un valor numérico que evalúa cada

sistema.

Tabla N° 20. Escala de evaluación

Excelente 4

Aceptable 3

Regular 2

Deficiente 1


Fuente: F FLEITAS R., 2010

En cada propuesta se tiene un puntaje de valoración que está de acuerdo a la

escala de evaluación anterior, para cada criterio de selección de los sistemas, después

de esto se multiplica por el valor porcentual del propio criterio (VALOR). Este

proceso se realiza para cada parámetro de valoración y al final se suman los resultados,

obteniendo un valor final para cada idea, permitiendo una comparación entre

56

propuestas y la selección objetiva de la propuesta que más se ajuste los requerimientos

del sistema. (Fleitas R., 2010, p. 35)

En la siguiente tabla se observa un ejemplo ilustrativo de la estimación de un sistema

cualquiera, calculadas según siete criterios de selección.

Tabla N° 21. Prototipo de una matriz de decisión

CRITERIOS VALOR (%)

PROPUESTA 1 PROPUESTA 2

EV TOT EV TOT

Criterio 1 25 1 4 0.25 1

Criterio 2 20 0.4 2 0.6 3

Criterio 3 20 0.2 1 0.4 2

Criterio 4 10 0.3 3 0.4 4

Criterio 5 10 0.4 4 0.3 3

Criterio 6 10 0.3 3 0.2 2

Criterio 7 5 0.05 1 0.05 1

TOTAL 100 2.65 2.2


Fuente: FLEITAS R., 2010

Entonces la operación algebraica de la propuesta 1:

(4*0.25)+(2*0.20)+(1*0.20)+(3*0.10)+(4*0.10)+(3*0.10)+(1*0.05)=

1+0.4+0.2+0.3+0.4+0.3+0.05= 2.65

El siguiente cuadro matriz especifica las propuestas de diferentes dosificadores con su

respectiva valoración, de acuerdo a los parámetros de calificación (%) establecidos

previamente.

57

Tabla N° 22. Matriz de valoración de dosificadores

MATRIZ DE VALORACIÓN PARAMETROS DE VALORACIÓN (%)

DO

SIF

ICA

DO

R

TIP

O

CL

AS

IFIC

AC

IÓN

FU

NC

ION

AB

ILID

AD

10

SE

GU

RID

AD

10

EN

ER

GÍA

10

PO

SIB

ILID

AD

DE

CO

NS

TR

UC

CIÓ

N

5

CO

MP

AT

IBIL

IDA

D

10

OP

ER

AT

IVID

AD

10

PR

OT

EC

CIÓ

N D

EL

CO

MP

UE

ST

O

10

MA

NT

EN

IMIE

BT

O

5

VID

A U

TIL

5

CO

ST

OS

5

RE

SID

UO

S

5

ES

TÉ

TIC

A

5

ER

GO

NO

MÍA

5

TA

MA

ÑO

5

VA

LO

R T

OT

AL

SECO

VOLUMETRICA

PLATO

OSCILANTE 3 0.3 2 0.2 4 0.4 2 0.1 2 0.2 4 0.4 4 0.4 2 0.1 4 0.2 2 0.1 3 0.2 4 0.2 2 0.1 3 0.2 3

GARGANTA

OSCILANTE 3 0.3 2 0.2 4 0.4 2 0.1 2 0.2 4 0.4 4 0.4 2 0.1 4 0.2 2 0.1 3 0.2 4 0.2 2 0.1 3 0.2 3

DISCO

ROTATORIO 3 0.3 2 0.2 4 0.4 2 0.1 2 0.2 4 0.4 4 0.4 2 0.1 4 0.2 2 0.1 3 0.2 4 0.2 2 0.1 3 0.2 3

TORNILLO 3 0.3 2 0.2 4 0.4 2 0.1 2 0.2 4 0.4 4 0.4 2 0.1 4 0.2 2 0.1 3 0.2 4 0.2 3 0.2 3 0.2 3.05

CINTA 3 0.3 2 0.2 3 0.3 3 0.2 2 0.2 4 0.4 4 0.4 2 0.1 4 0.2 2 0.1 3 0.2 4 0.2 3 0.2 3 0.2 3

GRAVIMETRICA

CINTA Y

BALNAZA 3 0.3 2 0.2 3 0.3 2 0.1 2 0.2 4 0.4 4 0.4 3 0.2 4 0.2 3 0.2 3 0.2 4 0.2 3 0.2 3 0.2 3.05

PERDIDA DE

PESO 3 0.3 2 0.2 3 0.3 3 0.2 2 0.2 4 0.4 4 0.4 3 0.2 4 0.2 3 0.2 3 0.2 4 0.2 3 0.2 3 0.2 3.1

LIQUIDO

BOMBEO

BOMBA

DOSIFICADORA DE

PISTON 3 0.3 2 0.2 3 0.3 3 0.2 3 0.3 4 0.4 4 0.4 3 0.2 4 0.2 3 0.2 3 0.2 4 0.2 4 0.2 3 0.2 3.25

BOMBA

DOSIFICADORA DE

DIAFRAGMA 3 0.3 2 0.2 3 0.3 3 0.2 3 0.3 4 0.4 4 0.4 3 0.2 4 0.2 3 0.2 3 0.2 4 0.2 4 0.2 3 0.2 3.25

GRAVEDAD

CARGA

CONSTANTE 4 0.4 4 0.4 4 0.4 3 0.2 4 0.4 4 0.4 4 0.4 4 0.2 4 0.2 4 0.2 3 0.2 4 0.2 4 0.2 4 0.2 3.9

CARGA

REGULABLE 4 0.4 4 0.4 4 0.4 3 0.2 4 0.4 4 0.4 4 0.4 4 0.2 4 0.2 4 0.2 4 0.2 4 0.2 4 0.2 4 0.2 3.95



58

En el cuadro anterior se aprecia que los sistemas con mayor valoración, para

nuestro diseño son los dosificadores líquidos a gravedad, en estos se obtuvo el mayor

valor de puntaje, entre los cuales se decidirá posteriormente el sistema de dosificación

definitivo, el mismo que se empleará en la Planta Potabilizadora del Laboratorio de

Hidráulica de la Universidad Central del Ecuador.

3.3.1. Matrices de comparación del coagulante a utilizarse

En las siguientes tablas observamos la valoración para cada parámetro de

calificación de cada coagulante escogido para su probable aplicación en el diseño de

sistema de coagulante, utilizando cloruro férrico, sulfato de aluminio y sulfato férrico.

Tabla N° 23. Cuadro de valoración del coagulante cloruro férrico

COMPUESTO QUIMICO: CLORURO FERRICO

PARÁMETROS

VA

LO

R (

%) DISOLUCI

ÓN DEL

COMPUES

TO

QUÍMICO

VALOR

CONTROL

DE LA

CANTIDA

D DE

COMPUES

TO

QUIMICO

VALOR

ALMACENA

MIENTO DE

LA

SUSTANCIA

VALOR

ADICIÓN DEL

QUÍMICO EN

POLVO/LIQUI

DO A LA

CÁMARA DE

MEZCLADO

VALOR

DOSIFICACI

ÓN DE LA

SOLUCIÓN

VALOR

GEOMETRÍA

DEL

RECIPIENTE

DE

ALMACENAMI

ENTO

SISTEMA

ANTI

APELMAZA

NTE

Funcionabilidad 25 3 0.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75

Operatividad 15 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30

Seguridad 15 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45

Posibilidad de

construcción 15 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45

Residuos 15 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30

Mantenimiento 10 2 0.20 2 0.20 2 0.20 2 0.20 2 0.20 2 0.20 2 0.20

Estética 5 2 0.10 2 0.10 2 0.10 2 0.10 2 0.10 2 0.10 2 0.10

Total 100 2.55 2.55 2.55 2.55 2.55 2.55 2.55



Tabla N° 24. Cuadro de valoración del coagulante sulfato de aluminio

59

COMPUESTO QUIMICO: SULFATO DE ALUMINIO

PARÁMETR

OS

VA

LO

R (

%) DISOLUCI

ÓN DEL

COMPUES

TO

QUÍMICO

VALOR

CONTROL

DE LA

CANTIDA

D DE

COMPUES

TO

QUIMICO

VALOR

ALMACENAMIE

NTO DE LA

SUSTANCIA

VALOR

ADICIÓN

DEL

QUÍMICO EN

POLVO/LIQU

IDO A LA

CÁMARA DE

MEZCLADO

VALOR

DOSIFICACI

ÓN DE LA

SOLUCIÓN

VALOR

GEOMETRÍA

DEL

RECIPIENTE DE

ALMACENAMIE

NTO

SISTEMA

ANTI

APELMAZA

NTE

Funcionabil

idad 25 3 0.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75

Operativida

d 15 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45

Seguridad 15 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45

Posibilidad de

construcció

n

15 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45

Residuos 15 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45

Mantenimie

nto 10 3 0.30 3 0.30 3 0.30 3 0.30 3 0.30 3 0.30 3 0.30

Estética 5 3 0.15 3 0.15 3 0.15 3 0.15 3 0.15 3 0.15 3 0.15

Total 100

3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00



Tabla N° 25. Cuadro de valoración del coagulante sulfato férrico

COMPUESTO QUIMICO: SULFATO FERRICO

PARÁMETROS

VA

LO

R (

%) DISOLUCI

ÓN DEL

COMPUES

TO

QUÍMICO

VALOR

CONTROL

DE LA

CANTIDAD

DE

COMPUESTO

QUIMICO

VALOR

ALMACEN

AMIENTO

DE LA

SUSTANCI

A VALOR

ADICIÓN DEL

QUÍMICO EN

POLVO/LIQUID

O A LA

CÁMARA DE

MEZCLADO

VALOR

DOSIFICACI

ÓN DE LA

SOLUCIÓN

VALOR

GEOMETRIA

DEL

RECIPIENTE

DE

ALMACENAMI

ENTO

SISTEMA

ANTI

APELMAZA

NTE

Funcionabilidad 25 3 0.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75 3 0.75

Operatividad 15 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30

Seguridad 15 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45

Posibilidad de

construcción 15 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45 3 0.45

Residuos 15 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30 2 0.30

Mantenimiento 10 2 0.20 2 0.20 2 0.20 2 0.20 2 0.20 2 0.20 2 0.20

Estética 5 2 0.10 2 0.10 2 0.10 2 0.10 2 0.10 2 0.10 2 0.10

Total 100 2.55 2.55 2.55 2.55 2.55 2.55 2.55



60

3.4.Decisión de alternativa seleccionada

De acuerdo con todas las opciones antes mencionadas en las matrices

identificamos que las mejores opciones son las que cumplen con las consideraciones

previas del ítem 3, se decidió por el siguiente sistema de dosificación.

El sistema de dosificación más adecuado a implementarse en concordancia con todos

los resultados es el dosificador a gravedad de carga regulable, éste cumple con valores

altos en la matriz de decisión obteniendo los siguientes resultados: funcionabilidad

(4), energía (4), seguridad (4), mantenimiento (4), posibilidad de construcción (3), los

residuos del equipo (4) y operatividad siendo estos los de mayor importancia, dando

como resultado un valor total de 3.95 que es de aceptable a excelente de acuerdo a las

operaciones algebraicas de ponderación.

La siguiente tabla muestra el resumen del sistema de dosificación ganador en la matriz

de decisión.

Tabla N° 26. Calificación del sistema de dosificación seleccionado

SISTEMA DE DOSIFICACIÓN

ESCOGIDO

CRITERIOS DE CALIFICACION CARACTERISTICAS

FU

NC

ION

AB

ILID

AD

SE

GU

RID

AD

EN

ER

GÍA

PO

SIB

ILID

AD

DE

CO

NS

TR

UC

CIÓ

N

CO

MP

AT

IBIL

IDA

D

OP

ER

AT

IVID

AD

PR

OT

EC

CIÓ

N D

EL

CO

MP

UE

ST

O

MA

NT

EN

IMIE

NT

O

VID

A U

TIL

CO

ST

OS

RE

SID

UO

S

ES

TÉ

TIC

A

ER

GO

NO

MÍA

TA

MA

ÑO

VA

LO

R T

OT

AL

Provisto del equipo

dosificador. En el que

se mantiene por medio

de una válvula de

boya una carga

constante sobre un

orificio sumergido. El

tamaño del orificio se

gradúa para obtener la

dosificación deseada

LIQUIDO A

GRAVEDAD

CARGA

REGULABLE

4 4 4 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3.95



El coagulante escogido para nuestro sistema de dosificación, con relación a los

porcentajes de ponderación, es el sulfato de aluminio, este cumple con los siguientes

requisitos: disolución del compuesto químico valor (3), control de la cantidad de

61

compuesto químico valor (3), almacenamiento de la sustancia valor (3), adición del

químico en polvo/líquido a la cámara de mezclado valor (3), dosificación de la

solución valor (3), geometría del recipiente de almacenamiento (3), sistema anti

apelmazante (3). Se obtiene el resultado de 3 que indica que es aceptable de acuerdo

a las operaciones algebraicas realizadas.

En la siguiente tabla se muestra el resumen de calificación del compuesto químico

escogido.

Tabla N° 27. Calificación del compuesto químico seleccionado



3.5.Diseño de detalle

Después de la evaluación de todas las alternativas de dosificación, ya

establecimos el sistema propuesto, que será el dosificador de solución de carga

regulable constante de orificio, el mismo que requerirá varios accesorios, los cuales

son completamente asequibles y se empleará el compuesto químico que es el sulfato

de aluminio en solución.

En el capítulo posterior se afinará más detalles del diseño, este es un boceto inicial de

esta idea, más adelante se obtendrá el diseño final con medidas, alturas, tamaño del

sistema, y sinfín de datos iniciales que se necesitan para el proyecto.

COAGULANTE

ESCOGIDO

CRITERIOS DE CALIFICACION CARACTERISTICAS

DIS

OL

UC

IÓN

DE

L

CO

MP

UE

ST

O

QU

ÍMIC

O V

AL

OR

CO

NT

RO

L D

E L

A

CA

NT

IDA

D D

E

CO

MP

UE

ST

O

QU

IMIC

O

VA

LO

R

AL

MA

CE

NA

MIE

NT

O D

E L

A S

US

TA

NC

IA

VA

LO

R

AD

ICIÓ

N D

EL

QU

ÍMIC

O E

N

PO

LV

O/L

IQU

IDO

A L

A

CÁ

MA

RA

DE

ME

ZC

LA

DO

VA

LO

R

DO

SIF

ICA

CIÓ

N D

E

LA

SO

LU

CIÓ

N V

AL

OR

GE

OM

ET

RÍA

DE

L

RE

CIP

IEN

TE

DE

AL

MA

CE

NA

MIE

NT

O

SIS

TE

MA

AN

TI

AP

EL

MA

ZA

NT

E

Disponibilidad

inmediata

Bajo costo

Sirve para

diferentes tipos de

agua

SULFATO DE

ALUMINIO 3 3 3 3 3 3 3

62

Figura N°25. Esquema del sistema de dosificación de coagulante de carga regulable



63

CAPÍTULO IV

4. DISEÑO DEL SISTEMA DE DOSIFICACIÓN

4.1.Requerimientos de diseño

Los requerimientos de diseño establecidos son los parámetros representativos

considerados para el diseño de un sistema de dosificación de coagulante.

4.1.1. Tamaño de la Planta. –

Existe tres tipos de Plantas: pequeñas, medianas y grandes, las mismas que se

han clasificado por el modo de operación de estas, es decir para poblaciones grandes

se necesita Plantas potabilizadoras grandes y medianas en donde se cuente con energía

eléctrica en forma continua. Las Plantas grandes brindan caudales mayores a 1000 l/s,

mientras que las medianas llegan hasta los 1000 l/s y las pequeñas hasta 20 l/s.

Tamaño de la Planta: Pequeña

4.1.2. Caudal de diseño de la Planta. -

El caudal se obtiene del diseño final de toda la Planta potabilizadora, es decir

la Planta actualmente se encuentra construida y ha sido diseñada para un caudal de

operación de 10l/s. La planta portátil a la que se hace referencia en este trabajo fue un

donativo del Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias (I.E.O.S.), diseñada, construida

e instalada en el Laboratorio de Hidráulica con la colaboración del Doctor Carlos

Argudo E. (Jefe del Departamento de Aguas y Microbiología- Ex- I.E.O.S) y el

Ingeniero Gustavo Ruiz M. (Director del Proyecto Planta Piloto- UCE), teniendo la

particularidad de ser desmontable y fácilmente transportada a sitios alejados donde se

requiera agua para consumo humano, sin recurrir necesariamente a la construcción de

una Planta definitiva.

Caudal de diseño de la Planta: Hasta 20 l/s

64

4.1.3. Tipo de fabricación. -

La fabricación de este sistema de dosificación es local, es decir se puede

construir en sitio con materiales adecuados y permitidos por la NTE INEN 2655:2012

(última versión en vigencia) que es la normativa para el diseño, construcción e

implementación de Plantas potabilizadoras prefabricadas en sistemas públicos de agua

potable en el territorio ecuatoriano, cumpliendo los requisitos y criterios necesarios

que se requieran en el proyecto.

Tipo de fabricación: Local

4.1.4. Periodo de funcionamiento. -

El tanque de solución del coagulante debe tener un período o turno en el cual

va a estar funcionando de manera óptima sin complicaciones; por lo general este turno

de operación es de ocho horas diarias, las cuales pueden extenderse hasta doce horas

siempre y cuando se justifique la razón, en nuestro caso las ocho horas son correctas

por cuanto es una Planta pequeña y su uso no es prolongado.

Periodo de funcionamiento: 9 horas

4.1.5. Histograma de turbiedad (Turbiedad máxima y Turbiedad mínima). -

Este indica las variaciones de la turbiedad del efluente. Se puede realizar año

a año y mes a mes, en tiempo puede ser lluvioso, seco, e intermedio. Si en el análisis

de la fuente se determina que hay problemas de color, es necesario analizar este

parámetro también con un histograma de color.

4.1.6. Concentración de coagulante. -

Es necesario determinar la concentración del coagulante que generalmente este

dato nos da el fabricante, pero se determina de acuerdo al uso que va a tener la Planta.

Para el caso de Plantas pequeñas la concentración es del 2% (20000 mg/L), mientras

que para volúmenes más grandes se necesita concentraciones altas para que no ocupen

más espacio el volumen del tanque de solución.

65

4.1.7. Rango de dosificación (Dm-DM (mg/L)). -

Es necesario determinar previamente con un ensayo de aguas, donde se indique

una curva de dosificación (la dosis óptima de coagulante versus turbiedad del agua

cruda). Este proceso se debe realizar en un periodo de ciclo seco y uno de creciente.

Figura N°26. Modelo de curva de dosificación de coagulante



4.1.8. Período de almacenamiento T (días o meses). -

Es el tiempo en el cual se va a disponer o almacena el compuesto químico

mientras se adquiere nuevamente el químico en el depósito de almacenamiento.

4.1.9. Peso específico del material por dosificar (δ, kg/m3). -

Este valor es proporcionado por el fabricante, en nuestro caso se

escogió sulfato de aluminio en solución y varía con el compuesto

químico en seco en su peso específico. Peso específico del sulfato de

aluminio en solución 1315 kg/m3 al 8.0% de porcentaje de alúmina.

(QUIMPAC Ecuador S.A., 2015)

66

4.2. Sistema de dosificación de coagulante

El dosificador en solución de orificio de carga constante regulable se diseña

para una carga o volumen constante durante un período de operación de la máquina

(T). Este período se divide para dos, una en el momento de la preparación y otra

mientras está en servicio.

Cada período de funcionamiento (T) es de ocho horas diarias.

En nuestro caso la Planta es pequeña, es por ello que la concentración de coagulante

óptima se la puede regular con una aplicación de agua adicional en la salida del tanque

de solución. Si es el caso de una Planta de gran tamaño el tanque no tiene por qué ser

de gran tamaño, sólo es indispensable diseñar para altas concentraciones de coagulante

aproximadamente del 10% al 20%, mientras que la concentración óptima de

coagulante también se la regula con la aplicación de agua adicional a la salida del

tanque.

El caudal máximo es proporcional para la dosis máxima de coagulante, es decir

con estos datos se diseñarán y construirán las tuberías de conducción, las mismas que

por lo general son de plástico o acero.

4.2.1. Criterio físico de dimensionamiento del depósito de sustancias químicas

En cuanto a las dimensiones de esta instalación, es necesario tener en cuenta

los siguientes criterios: que están relacionados con la capacidad, ubicación y

características del almacenamiento. Estas a su vez están íntimamente relacionadas con

el tamaño de la Planta potabilizadora.

4.2.1.1.Ubicación

El sitio donde se guarda el coagulante o la sustancia química, debe estar cerca

del sistema de dosificación ahorrando tiempo y esfuerzo de traslado de estas sustancias

químicas, el lugar debe ser fresco, seco y ventilado. El almacenamiento y el sistema

67

de dosificación ocupan el mismo espacio. El sistema de dosificación de coagulante

estará ubicado en el Laboratorio de Hidráulica en el costado derecho al ingreso de la

Planta Potabilizadora de agua en la parte trasera del laboratorio.

Figura N°27. Espacio de la Planta potabilizadora en el laboratorio de hidráulica

Fuente: LABORATORIO DE HIDRÁULICA-UNIVERSIDAD CENTRAL DEL

ECUADOR, 2016

Cuando se trata de un sistema grande el almacenamiento de la sustancia

química se debe ubicar en el primer piso para no entorpecer la estructura y

funcionamiento de las Plantas potabilizadoras.

4.2.1.2.Criterios para el dimensionamiento

Se debe tomar en cuenta el origen del producto químico ya que, si es

importado, debe tomarse en cuenta el tiempo que toma su trámite de compra y el

adicional de almacenamiento, esto puede durar varios meses.

Cuando se va a dosificar coagulante en solución, el volumen del

material a depositar se calcula en función de la dosis óptima promedio

(D, g/m3), del caudal de la Plantas al final del período de diseño (Q,

m3/d), del tiempo de almacenamiento (T, días) y del peso específico de

la sustancia respectiva (δ, g/m3). (Canepa de Vargas (2005)

68

𝑉(𝑚3) = 𝐷 𝑥 𝑄 𝑥 𝑇/𝛿 (1)

“La dosis promedio se calculará a partir de la dosis requerida cuando se

produce la turbiedad máxima y la dosis necesaria en época de aguas claras”. (Canepa

de Vargas, 2005, p.20)

Canepa de Vargas (2005), expresa que el área neta que ocupará el material se obtiene

de la siguiente expresión:

𝐴(𝑚2) = 𝑉(𝑚3)/ℎ(𝑚) (2)

Donde la altura de almacenamiento (H) depende del sistema de

transferencia seleccionado. El área de cada ruma se decidirá en función

de las dimensiones de las bolsas del producto por almacenar y del

número de bolsas por considerar a lo largo y a lo ancho. Dividiendo el

área neta calculada en la ecuación (2) entre el área de una ruma, se

definirá el número de rumas que se deberán considerar en el almacén.

(Canepa de Vargas, 2005, p.20)

Para el caso de Plantas grandes y medianas es recomendable que cada sustancia

química tenga un depósito de aglomeración diferente, ya que algunos compuestos

químicos pueden reaccionar químicamente al interactuar entre sí.

Hay dispositivos que detectan cuándo el material está en su nivel mínimo,

mediante sistemas capacitivos que determinan la diferencia de la permisividad de un

dieléctrico, constituido por el producto o por el aire. Otra forma de detectar este nivel

consiste en una membrana que se deforma bajo el peso del producto almacenado y

actúa sobre un interruptor eléctrico. (Canepa de Vargas, 2005, p.20)

69

Dosificadores en solución

“En instalaciones pequeñas, los reactivos líquidos generalmente se adquieren

y almacenan en cilindros, bidones o bombonas. Estos deben estar interiormente

protegidos contra la acción corrosiva del reactivo”. (Canepa de Vargas (2005))

Canepa de Vargas, Lidia, (2005) manifiesta que “en las instalaciones grandes,

las cubas o tanques de almacenamiento de los reactivos se construyen según la

naturaleza de los productos. Pueden ser de acero u hormigón con o sin revestimiento

interno o de material plástico (p.21) (ver figura N°28).

Los sistemas de dosificación en solución son económicamente ventajosos cuando el

reactivo se produce localmente. Los tanques de almacenamiento van equipados con

dispositivos de control de nivel más o menos perfeccionados, que pueden variar desde

un sistema de flotador y vástago con índice que se desplaza sobre una regla graduada.

Figura N°28. Tanques de plástico reforzados con fibra de vidrio

Fuente: PÉREZ CARRIÓN, J. M. Y L. VARGAS, 1992

4.2.2. Criterio químico

Del histograma de turbiedad elaborado de la fuente (Figura N°26. Curva de

Dosificación de Coagulante), se obtiene turbiedad máxima y mínima presentada

durante un año, donde se incluye la curva de dosificación, las dosis máximas y

mínimas. Este dato representativo se obtiene a partir del ensayo de prueba de jarras.

70

Los ensayos previos para determinar la dosis de coagulante son los siguientes:

Análisis físico químico de aguas naturales y para consumo

Análisis bacteriológicos: indicadores coliformes totales y fecales en aguas

naturales y para consumo.

4.3. Cálculo del almacenamiento del coagulante

- Caudal de diseño: 10 l/s

- Rango de dosificación: Dm= 8 mg/L, DM= 80 mg/L (Figura N°26.Curva de

Dosificación de Coagulante)

- período de almacenamiento: 3 meses

- Peso específico del material al 8% de alúmina: 1315 kg/m3

4.3.1. Dimensión del depósito de sulfato de aluminio

1. Dosis promedio

Datos:

Dm= 8 mg/L

DM= 80 mg/L

𝐷 = (𝐷𝑚 + 𝐷𝑀)/2 (3)

Dónde:

Dm= dosis mínima de coagulante

DM= dosis máxima de coagulante

𝐷 = (8 + 80)/2

𝐷 = 44𝑚𝑔

𝑙

71

2. Volumen de almacenamiento requerido

Es el volumen necesario para el almacenamiento del sulfato de aluminio, el

caudal utilizado es el caudal máximo de ingreso de la planta al dosificador Qm=10l/s

ya que este nos permite obtener un volumen máximo de almacenamiento, es decir este

volumen garantiza espacio suficiente en bodega para el compuesto químico.

Datos:

δ= 1315 kg/m3

T= 3 meses =90 días

Qm= 10 l/s => 864 m3/d

𝑉 =𝐷 𝑥 𝑄𝑚 𝑥 𝑇

δx1000 (4)

Dónde:

D= dosis promedio del coagulante

Qm= caudal máximo de ingreso de la planta al dosificador

T= período de almacenamiento en días

δ= peso específico del sulfato de aluminio.

𝑉 =44

𝑚𝑔𝐿 𝑥 864

𝑚3

𝑑 𝑥 90 𝑑

1315𝑘𝑔𝑚3 x1000 L

𝑉 =3421440

1315000= 2.60 𝑚3

72

3. Volumen de tambor de almacenamiento

La presentación del sulfato de aluminio es en tambores de 200 kg, cuyas

dimensiones son: 100 cm de alto y 40 cm de diámetro. Para considerar el espacio de

almacenamiento calculamos el área que ocupa cada tambor. Por motivo de cálculo se

considera que el diámetro es el lado de un cuadrado, para así considerar espacios

muertos entre tambor y tambor.

Datos:

L= 1m

d= 0.40 m

e= 0.05 m

𝑣𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟 = 𝐴. ℎ (5)

Dónde:

vt= volumen del tambor

r= radio del tambor

e= espacio entre tanques

𝑣𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟 =𝑑2𝜋

4. ℎ (6)

𝑣𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟 =0.52𝜋

4. 1

𝑣𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟 = 0.20 𝑚3

4. Número de tanques de almacenamiento

Datos:

𝑁 =𝑉

𝑉𝑡 (7)

Dónde:

N= número de tambores a almacenar

Vt=volumen del tambor

V= volumen de almacenamiento

73

𝑁 =2.60

0.20

𝑁 = 13 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒𝑠.

En este caso no almacenaremos todos los tanques de almacenamiento debido

a que para nuestro diseño sólo necesitamos para los tres meses 4 tanques ya que sólo

van a utilizarse para la semana laborable de trabajo, no es necesario almacenar más

por que termina su período de vida útil y caducarían. El modo de guardar los tambores

del producto químico (Ver Figura N° 30) es el apilamiento por bloque asentándolos

en pallets que en este proyecto es un cubeto.

Figura N°29. Esquema del almacenamiento en bodega del sulfato de aluminio

Fuente: YIXING BLUWAT CHEMCIALS COMPANY, 2012

1. Área neta de almacenamiento

Es la superficie de almacenamiento de bodega, que depende del sistema de

movimiento escogido y el área del almacenamiento estará en función de las

dimensiones de los tambores del producto por guardar y en el número de tambores a

lo largo y ancho.

74

Datos:

N= 6 tanques

b = 2.60 m3

𝐴𝑛 = (𝐵2)𝑥𝑁 (8)

Dónde:

An= área neta

B= lado del tanque

N= número de tanques

𝐴𝑛 = (0.502)𝑥4

𝐴𝑛 = 1 𝑚2

Figura N°30. Sitio propuesto para área de almacenamiento del compuesto químico

Fuente: Laboratorio de Hidráulica-Universidad Central del Ecuador, 2016

2. Cálculo del cubeto para protección

El cubeto (Ver Figura N°31) es una estructura de retención de substancias que

en ella se contiene, evitando así el derrame al medio ambiente del contenido que

almacena. El cubeto esta dimensionado en función del volumen total de los tanques a

contener.

75

Figura N°31. Esquema del cubeto

Fuente: SOLUCIONES CON PAVIMENTOS CONTINUOS, 2015

Dimensionamiento del cubeto:

En el espacio dentro del laboratorio se dispone de un área considerable lo que nos

permite aumentar las dimensiones del cubeto.

Datos:

An= 1.0 m2

l= 1.5 m

a= 1 m

h= 0.25 m

e= 0.10 m

𝑉ℎ𝑜𝑟𝑚𝑖𝑔ó𝑛 = (𝑙. 𝑎. 𝑒) + ((𝑙 + 2𝑒)(𝑎 + 2𝑒)(ℎ)) − (𝑙. 𝑎. 2𝑒) (9)

𝑉ℎ𝑜𝑟𝑚𝑖𝑔ó𝑛 = (1.50𝑥1𝑥0.10) + (1.70𝑥1.20𝑥0.25) − (1.70𝑥1𝑥0.25)

𝑉ℎ𝑜𝑟𝑚𝑖𝑔ó𝑛 = 0.24 𝑚3

76

Por lo tanto, se requiere 0.24m3 de hormigón simple f´c=210 kg/cm2 puesto

que es una obra hidráulica. Este cubeto tiene la capacidad de almacenar el derrame del

producto químico de dos tambores, es decir si ocurre un siniestro el cubeto no

permitirá el derrame hacia al exterior. Investigaciones demuestran que el cubeto debe

guardar siempre la mitad del contenido total que en él se deposita.

Figura N°32. Superficie de hormigón del cubeto


4.3.2. Cálculo del sistema de dosificación en solución

- Caudal de diseño: 10 l/s

- Rango de dosificación: Dm= 8 mg/L, DM= 80 mg/L

- Período de funcionamiento: 9 horas (jornada de trabajo).

- Peso específico del material: 1315 kg/m3

- Concentración del 2% para Plantas pequeñas. (El laboratorio de hidráulica

cuenta con una Plantas piloto considerada pequeña).

77

4.3.3. Proceso de cálculo

1. Caudal máximo a dosificar (C=2%)

Datos:

DM= 80 mg/l

Dm= 8 mg/l

𝑞𝑀 =𝑄𝑑∗𝐷𝑀

𝐶 (10)

Dónde:


Qd= caudal de diseño de la Planta potabilizadora

C= concentración de coagulante

𝑞𝑀 =10 ∗ 80

20000

𝑞𝑀 = 0.04 𝑙/𝑠

𝑞𝑀 = 144 𝑙/ℎ

2. Caudal mínimo a dosificar (C=2%)

Datos:

DM= 80 mg/l

Dm= 8 mg/l

𝑞𝑚 =𝑄𝑑∗𝐷𝑚

𝐶 (11)

78

Dónde:



C= concentración de coagulante

𝑞𝑚 =10∗8

20000 (12)

𝑞𝑚 = 0.004 𝑙/𝑠

𝑞𝑚 = 14.4 𝑙/ℎ

3. Rango del dosificador (C=2%)

𝑅 = 𝑞𝑀 − 𝑞𝑚 (13)

𝑅 = 144 − 14.4 𝑙/ℎ

4. Caudal de dosificación en jornada de trabajo

Datos:

Qd= 10 l/s

Dm= 8 mg/L

DM= 80 mg/L

T= 9 horas

δ= 1315 kg/m3

𝑞 =𝑄𝑑𝑥(𝐷𝑀+𝐷𝑚)

2 (14)

Dónde:



79

DM= dosis máxima de coagulante

T= período de trabajo más la prolongación del tiempo de operación de la Planta

potabilizadora

δ= peso específico del sulfato de aluminio

𝑞 =10

𝑙𝑠 𝑥88

𝑚𝑔𝑙

2

𝑞 = 440 𝑚𝑔/𝑠

𝑞 = 440 𝑚𝑔

𝑠𝑥

1𝑘𝑔

1000000𝑚𝑔𝑥

3600𝑠

1ℎ 𝑥

9ℎ

1 𝑗𝑜𝑟𝑛𝑎𝑑𝑎

𝑞 = 14.26𝑘𝑔

𝑗𝑜𝑟𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑥

1𝑚3

1315 𝑘𝑔

𝑞 = 0.0108𝑚3

𝑗𝑜𝑟𝑛𝑎𝑑𝑎

𝑞 = 10.8𝑙


5. Área del tanque de solución

Se considera para el sistema de dosificación un tanque cilíndrico el mismo que

contiene un volumen V=0.0108 m3 de solución.

𝑣 = 𝐴. ℎ (15)

Dónde:

A= área del tanque

h= altura del tanque

80

v= volumen del tanque

𝑉 = 𝑟2𝑥 𝜋 𝑥 ℎ (16)

Ejemplo de cálculo

𝑟 = √𝑣

𝜋𝑥ℎ (17)

𝑟 = √𝑂. 𝑂108

𝜋𝑥0.5

𝑟 = 0.17 𝑚

- Si h= 0.30 m, r= 0.23 m

- Si h= 0.50 m, r= 0.17 m

Se construye un tanque de h= 0.80m y r=0.17 m se aumenta la altura del tanque para

proveer una altura de seguridad (hs=0.30 m).

6. Consumo promedio diario

Es el consumo del reactivo promedio diario calculado en función de la dosis promedio

de coagulante y el caudal de diseño de la Planta potabilizadora.

Datos:

D= 44 mg/l

Qd= 10 l/s

𝑃 = 𝑄𝑑 𝑥 𝐷 (18)

81

Dónde:

D= dosis promedio de coagulante


𝑃 = 10 𝑥 44

𝑃 = 440 𝑚𝑔/𝑠

𝑃 = 440 𝑚𝑔

𝑠𝑥

3600𝑠

1 ℎ𝑥

9ℎ

𝑗𝑜𝑟𝑛𝑎𝑑𝑎𝑥

1𝑘𝑔

1000000𝑚𝑔

𝑃 = 14.26 𝑘𝑔/𝑗𝑜𝑟𝑛𝑎𝑑𝑎

7. Número de días de abastecimiento

El fabricante nos proporciona el producto en un tambor plástico de capacidad de

200kg, el mismo que debe abastecernos del compuesto químico durante 14 días de

trabajo, de acuerdo a los cálculos realizados a continuación.

Datos:

Pb= 200 kg

𝑁° =𝑃𝑏

𝑃𝑜 (19)

Dónde:

Pb= capacidad del tambor de coagulante

Po= Consumo por tanque diario

𝑁° = 200/14.26

𝑁° = 14.03 𝑑í𝑎𝑠

82

8. Caudal de agua adicional a aplicarse a la salida del dosificador

El sulfato de aluminio en su presentación comercial se encuentra al 8% de

concentración de alúmina, para el desarrollo de este proyecto se requiere tener una

concentración del 2%, razón por la cual se genera la necesidad de adición de cierto

volumen de agua.

Experimentalmente para obtener una concentración del 2% partiendo de una solución

al 8% de sulfato de aluminio se debe colocar en una probeta graduada de capacidad

1000 ml, 15.2 ml de sulfato de aluminio y completar con 984.8 ml de agua.

Datos:

Tambor de solución =200 kg

δ= 1315 kg/m3

𝛿 =𝑚

𝑣 (20)

𝑣 =𝑚

𝛿

Dónde:

M= masa del contenido del tambor

δ= densidad del sulfato de aluminio

𝑣 =200 𝑘𝑔

1315𝑘𝑔𝑚3

𝑥 1000000𝑚𝑙

𝑚3

𝑣 = 152091.25 𝑚𝑙

𝑣 = 152091.25 𝑚𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑥 984.8 𝑚𝑙 𝐻2𝑂

15.2 𝑚𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜

83

𝑣 = 9493696.218 𝑚𝑙 𝐻2𝑂

𝑣 = 9493696.218 𝑚𝑙 𝐻2𝑂 𝑥1𝑚3

1000000𝑚𝑙 𝐻2𝑂

𝑣 = 9.49 𝑚3 𝐻2𝑂/𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟

Por lo tanto:

𝑄 = 9493.696 𝑙𝐻2𝑂

𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟

𝑄 = 9493.696 𝑙𝐻2𝑂

𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟𝑥

1 𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟

14. 03 𝑗𝑜𝑟𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜

𝑄 = 676.67 𝑙 𝐻2𝑂


Resultados del proceso de cálculo:

Tabla N° 28. Resultados del cálculo del dosificador

Caudal de solución 2% 10.8 l/jornada

Volumen de tanque solución 2% 0.0108 m3

Dimensiones del tanque h= 0.8 m, r= 0.17m

Inyección al dosificador de H2O

filtrada de para C=2% 676.67 L/jornada

Rango del dosificador 14.4 - 144 L/h


Fuente: Procedimiento de cálculo, VERA RAISA, Febrero 2016

84

En la Tabla N°30 se presentan los parámetros de selección del sistema de

dosificación de acuerdo a la capacidad del caudal del dosificador.

Tabla N° 29. Selección de capacidad del dosificador por gravedad de orificio de carga

constante

TAMAÑO CAPACIDAD A(mm) B(mm) C(mm) D(mm) E(mm)

ØTub.

De

entrada

ØTub. De

salida

1 0-400 L/h 760 200 400 140 340 3/4'' 1 1/2''

2 0-1000 L/h 760 200 400 140 340 1'' 1 1/2''

3 0-2500 L/h 880 310 530 250 470 1 1/2'' 2''

4 0-4000 L/h 880 310 530 250 470 2'' 2 1/2''



Las dimensiones A, B, C, D, E corresponden a la ilustración tipo que indica

Canepa de Vargas, (2005) de acuerdo a muestras experimentales en el texto de

referencia. En este diseño se utiliza los diámetros de tubería tanto de entrada y de

salida, establecidos por Pérez Carrión, J. M. y L. Vargas, (1992) como referencia.

85

Tabla N° 30. Procedimiento de cálculos de un sistema de dosificación en solución

PASO DATO UNIDAD CRITERIOS CALCULOS RESULTADOS UNIDAD

1

Q= 10

DM=80

Dm= 8

C=2

L/s

mg/L

mg/L

%

𝑞𝑀 =𝑄 ∗ 𝐷𝑀

𝐶

𝑞𝑀 =10 ∗ 80

20000

𝑞𝑀 = 0.04

𝑞𝑀 = 144

Caudal máximo por

dosificar

L/s

L/h

2

Q= 10

DM=80

Dm= 8

C=2

L/s

mg/L

mg/L

%

𝑞𝑚 =𝑄 ∗ 𝐷𝑚

𝐶

𝑞𝑚 =10 ∗ 8

20000

𝑞𝑚 = 0.004

𝑞𝑚 = 14.4

Caudal mínimo por

dosificar

L/s

L/h

3 𝑅 = 𝑞𝑀 − 𝑞𝑚 𝑅 = 144 − 14.4 Rango del

dosificador L/h

4

Q= 10

DM=80

Dm= 8

C=2

L/s

mg/L

mg/L

%

𝑞 =𝑄𝑥(𝐷𝑀 + 𝐷𝑚)

2

𝑞 =10𝑥88

2

𝑞 = 440 𝑚𝑔/𝑠

𝑞 = 0.0108 𝑚3/𝑗𝑜𝑟𝑛𝑎𝑑𝑎

𝑞 = 10.8 𝑙/𝑗𝑜𝑟𝑛𝑎𝑑𝑎

Caudal de

dosificación en una

jornada de trabajo

m3/jornda

L/jornada

86

5 T=9 Horas 𝑞 = 𝐷𝑥 𝑄 𝑉 = 10 ∗

88

2

𝑉 = 0.0108 𝑚3

Volumen del

tanque de solución

para C=2%

m3

6

𝑣= 𝐴.ℎ

𝑟 = √𝑂. 𝑂108

𝜋𝑥0.5

𝑟 = 0.17

ℎ = 0.80

Área del tanque de

solución para C=2% M2

7 𝑃 = 𝑄 𝑥 𝐷

𝑃 = 10 𝑥 44

𝑃 = 440 𝑚𝑔/𝑠

𝑃 = 14.26 𝑘𝑔/𝑗𝑜𝑟𝑛𝑎𝑑𝑎

Consumo promedio

diario

Mg/s

Kg/jornada

8 Pb=200 Kg 𝑁° = 𝑃𝑏/𝑃𝑜

𝑁° = 200/14.26

𝑁° = 14.03 𝑑𝑖𝑎𝑠

Abastecimiento de

una caneca de 200kg

del compuesto

químico

días

9 Tambor =200

δ= 1315

Kg

kg/m3 𝑣 =

𝑚

𝛿

𝑣 =200

1315𝑥100000

𝑚𝑙

𝑚3

𝑣 = 152091.25 𝑚𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑥 984.8 𝑚𝑙 𝐻2𝑂

15.2 𝑚𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜

𝑄 = 9493.696 𝑙𝐻2𝑂

𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟

𝑄 = 676.67 𝑙 𝐻2𝑂


Caudal de agua

adicional que se

aplicara a la salida del

dosificador

L/tambor

L/jornada



87

SI

NO

SI NO

CAPACIDAD

CARACTERISTICAS

DE LOS COAGULANTES

CARACTERISTICAS

DE TANQUES DE

SOLUCIÓN

CARACTERISTICAS DE

TANQUES DE SOLUTO

CARACTERISTICAS DE

LOS DOSIFICADORES

4.3.4. Diagrama de flujo del proceso de cálculo del sistema de dosificación



A

CAUDAL

DOSIS MÁXIMA DOSIS MINIMA

CONCENTRACIÓN

INTERVALO DE LLENADO

NÚMERO DE TANQUES

VOLUMEN DE CADA TANQUE

ANCHO

LONGITUD

ALTURA

VOLUMEN

LONGITUD

ANCHO

ALTURA

CAPACIDAD MAXIMA

B

CAPACIDAD MINIMA

88

4.3.5. Esquema de representación del diseño

Figura N°33. Representación del sistema de dosificación


89

CAPÍTULO V

5. FACTIBILIDAD DE LA PROPUESTA

5.1.Resumen final del diseño del sistema de dosificación del coagulante

El diseño contempla varios parámetros de dimensiones estándar, las cuales

pueden ser utilizadas de manera eficiente siempre y cuando cumplan con los

requerimientos. Estos requerimientos están explicados en el capítulo anterior, por lo

que sólo mencionaremos lo indispensable para su ejecución.

Tabla N° 31. Consideraciones previas para el sistema de dosificación

CONSIDERACIONES PREVIAS

Tamaño de la Planta: Pequeña o mediana

Caudal de diseño de la Planta: 10 l/s

Tipo de fabricación: Local

Periodo de funcionamiento: 9 horas.

Registro de Turbiedad máxima y

Turbiedad mínima. Histograma de

turbiedad (Figura N°20).

60-700 NTU

Concentración de coagulante 2%

Rango de dosificación (Dm-DM

mg/L) 8-80 mg/L

Volumen del tanque de solución 0.0108 m3

Periodo de almacenamiento: T

(días o meses) 90 días

Peso específico del material por

dosificar (δ, kg/m3) 1315 kg/m3


90

5.2.Selección de materiales para la construcción del sistema

El sistema se encuentra en contacto directo con productos corrosivos, razón

por la cual cualquier material a emplearse debe tener alta resistencia a la corrosión.

Por lo tanto, se debe construir el recipiente de dosificación de tal manera que resista

su efecto. Este sistema va a tratar agua para consumo humano, lo cual hace que se

utilice materiales empleados en la industria alimenticia.

Entre los diversos tipos de materiales para la construcción y fabricación de Plantas de

agua potable son el polietileno, dentro de este grupo puede ser polietileno de alta

densidad (PEAD), lámina de acero al carbón y acero inoxidable AISI 304. Estos

materiales son los más convencionales, puesto que cualquier obra civil las requiere

siempre y cuando sean destinadas para este tipo de obras.

La siguiente tabla resume los materiales que se va a utilizar para la construcción del

sistema de dosificador.

Tabla N° 32. Lista de materiales por utilizar

LISTA DE MATERIALES

Polietileno

Tubería y accesorios PVC

Acero inoxidable ANSI 304


Fuente: QUIMERK CIA. LTDA., 2015

Propongo construir el sistema con acero inoxidable ANSI 304 (dos planchas

para su construcción, de dimensiones 2.40 m x 1.20 m, e= 4mm) con tubería y

accesorios de PVC, además de válvulas de acero galvanizado. Esta solución es muy

conveniente en el tema económico, no es corrosivo, cumple con la normativa técnica

y calidad vigente. Este sistema es muy versátil sirve para cualquier tipo de agua y es

adecuado en espacios pequeños por su sencilla y fácil instalación.

91

5.2.1. Construcción y calibración del equipo dosificador

De acuerdo a los cálculos anteriores el volumen del tanque de solución 2% de

sulfato de aluminio es de 0.0108 m3 y proponemos las siguientes dimensiones para el

máximo aprovechamiento del espacio, satisfaciendo las necesidades de la Planta

potabilizadora.

Se propone un tanque de almacenamiento circular de las siguientes medidas:

V (volumen)= 0.0108 m3

H (altura)= 0.80 m

r (radio)= 0.17m

Figura N°34. Dimensiones del dosificador


5.2.1.1. Accesorios y especificaciones

- Válvula de Boya o Flotador: Esta válvula es ideal para la

aplicación en estos tanques que requieren el llenado automático y

constante. Especificaciones: rosca hembra BSPT de ½ a 1 ½” de

PVC, flotador de PVC presión máx. 150 PSI.

(http://www.provindus.com.py/Contenidos/Productos, 2015)

92

- Válvulas de entrada y salida: Además para la entrada y salida de

coagulante se dispuso de las conocidas “Válvulas de corte”, las

cuales estarán completamente abiertas para dejar salir o entrar el

coagulante, o cerrada evitando el llenado y salida del coagulante.

Especificaciones: Las válvulas deberán ser de paso integral, según

la norma UNE-EN 1074-2:2001, esto significa que el diámetro de

asiento no sea inferior al 90% del diámetro nominal interior del

extremo del cuerpo. Las roscas de los hilos hembra serán del tipo

NPT y cumplirán con la Norma INEN 117. Se inspeccionará de

acuerdo a la norma AWWA C800. (ESPECIFICACIONES

TECNICAS DEL DMQ EPMAPS, 2015)

- Grifo para vaciado: Es una válvula de paso que vaciara el tanque

de solución cuando haya mantenimiento y limpieza. Se colocará en

la parte baja del tanque. La válvula de corte tipo capuchón con

cierre de bola (1/2 vuelta) y cumplirá: Fundición en forja: norma

ASTM B 124 aleaciones C37700 y C37710; rango de los elementos

químicos: Cu%55 - 70, Zn%24 - 38 y el Pb%0.5 - 3.0

- Tubo de PVC: roscado de ½’’de entrada y ½’’ de salida.

- Sistema roscado ‘’hembra’’, conectado a un tubo de una

dimensión suficiente para poderlo controlar desde la parte superior

del equipo. Las roscas hilo hembra serán del tipo BSPT o NPT hasta

un diámetro de 1" y superiores a 1" será NPT cumpliendo con la

Norma INEN 117.

- Tanque de almacenamiento: Se empleará acero AINSI 304

(Anexo n° 4) el cual presenta un excelente comportamiento para la

industria química, instalaciones criogénicas, tanques de

almacenamiento de cervezas, equipos para lácteos, tanques para

bebidas carbonatadas. Este tanque por su capacidad anticorrosiva,

sellos, variedad de piezas empatadas servirá para el sistema de

dosificador de coagulante del sulfato de aluminio.

93

Figura N°35. Esquema del equipo dosificador vista lateral


Figura N°36. Accesorios del tanque dosificador


5.2.1.2. Funcionamiento

El sistema de funcionamiento de este dosificador conformado por las partes

mencionadas anteriormente, tiene como finalidad controlar de una manera natural y

con una sensibilidad aceptable el caudal del coagulante.

El tubo roscado puede tener una ranura de 1mm de ancho y 150mm de alto, debido a

que la Planta funciona con caudales de agua cruda no mayores a 10L/s, esto nos da

94

como resultado una alta sensibilidad del sistema de dosificación. Es por ello que el

caudal de coagulante necesario es muy bajo.

El sistema de dosificación se regula por el número de vueltas del equipo, en la

variación de la porción del caudal, de acuerdo a esto se abrirá la ranura con su

respectiva calibración, número de vueltas y todo lo que se necesita para obtener el

volumen de coagulante máximo, resultante del análisis de las turbiedades.

5.3. Presupuesto referencial de la construcción del proyecto

Tabla N° 33. Presupuesto referencial de construcción

PROYECTO: SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE COAGULANTE UCE

ELABORADO POR: RAISA VERA MEDINA

UBICACION : LABORATORIO DE HIDRAULICA UCE FICFM

FECHA : MAYO/2016

TABLA DE CANTIDADES Y PRECIOS

Nro COL. 1 CODIGO DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD P.UNITARIO TOTAL

1

SISTEMA DE DOSIFICACION

DE COAGULANTE

2 1 502107

ACERO AISI 304 4MM

INTERIOR (SUMINISTRO,

CORTE Y COLOCADO) Kg 1,857.52 0.80 1,486.02

3 2 514543

TRABAJO DE SOLDADO Y AMADO DE ESTRUCTURA DE

ACERO Kg 1,857.52 0.20 371.50

4 3 502213 TUBERIA PVC ROSCABLE 1/2" (PROVISION E INSTALACION) m 2.00 5.00 10.00

5 4 514938

GRIFO VACIADOR ROSCABLE

1/2" (PROVISION E

INSTALACION) u 1.00 3.48 3.48

6 5 514641

VÁLVULA DE CORTE

ENTRADA Y SALIDA DEL

DESAGUE u 2.00 3.58 7.16

7 6 514643

SULFATO DE ALUMINIO

SOLUCIÓN Kg 400.00 0.35 140.00

8 7 501703 VÁLVULA DE FLOTADOR u 2.00 8.00 16.00

9 8 502805 INTERRUPTOR DE NIVEL u 1.00 5.00 5.00

10 9 504567

HORMIGÓN SIMPLE F´C=210

KG/CM2( INCL. ENCOFRADO Y DESENCOFRADO) m3 0.28 120.40 33.71

TOTAL: 2,072.87

SON : DOS MIL SETENTA Y DOS CON OCHENTA Y SIETE CENTAVOS

Elaborado por: VERA RAISA, Junio 2016

95

5.4. Cronograma de ejecución del proyecto

Tabla N° 34. Cronograma valorado de trabajos

ITEM CODIGO DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD P.UNITARIO TOTAL semana 1 semana 2 semana 3 semana 4

SISTEMA DE DOSIFICACION DE COAGULANTE 2,039.16

743.008 743.008

185.752 185.752

5 5

3.48

7.16

140.00

16.00

5.00

33.71

2,072.87

MONTO PARCIAL 928.76 928.76 5.00 210.35

PORCENTAJE PARCIAL 44.81 44.81 0.24 10.15

RAISA CRISTINA VERA MEDINA MONTO ACUMULADO 928.76 1,857.52 1,862.52 2,072.87

PORCENTAJE ACUMULADO 44.81 89.61 89.85 100.00

5

6

7

8

CRONOGRAMA VALORADO DE TRABAJOSOBRA: SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE COAGULANTE UCE

1

2

3

4

Kg

Kg

m

u

u

Kg

u

u

1857.52

1857.52

2

1

2

400

2

1 5.00

16.00

5.00

0.80

0.20

5.00

3.48

3.58

SULFATO DE ALUMINIO SOLUCIÓN

VÁLVULA DE FLOTADOR

INTERRUPTOR DE NIVEL

1,486.02

371.50

10.00

3.48

7.16

140.00

ACERO AISI 304 4MM INTERIOR (SUMINISTRO, CORTE Y COLOCADO)

TRABAJO DE SOLDADO Y AMADO DE ESTRUCTURA DE ACERO

TUBERIA PVC ROSCABLE 1/2" (PROVISION E INSTALACION)

GRIFO VACIADOR ROSCABLE 1/2" (PROVISION E INSTALACION)

VÁLVULA DE CORTE ENTRADA Y SALIDA DEL DESAGUE

0.35

8.00501703

502805

502107

514543

502213

514938

514641

514643

0.28 120.40 33.718 502805 HORMIGÓN SIMPLE F´C=210 KG/CM2( INCL. ENCOFRADO Y DESENCOFRADO) m3

Elaborado por: VERA RAISA, Junio 2016

96

5.5. Control del sistema

Cualquier tipo de Plantas debe contar con un pequeño laboratorio de control

de todos los procesos y para este no es la excepción, es necesario controlar los

parámetros básicos como son: turbiedad, color, pH, alcalinidad, cloro residual y

coliformes fecales o termotolerantes. Cuando no existe control lo más probable es que

no haya eficiencia en la Planta, es decir no se cumple con los objetivos principales

para los cuales ha sido utilizada, que es potabilizar el agua.

Es necesario contar con al menos una pequeña área provista de un tablero de trabajo

con lavadero para operar los equipos en el momento de realizar las pruebas.

Los equipos mínimos que se necesitan para un laboratorio de control de procesos de

la Plantas son:

Turbidímetro nefelómetro,

Medidor de pH,

Bureta,

Termómetro,

Sistema de prueba de jarras con deflectores y comparador de

cloro,

Elementos de vidrio: vasos de precipitación, pipetas, baguetas,

entre otros.

Varios: papel whatman 40, embudos de plástico y vasos del

mismo material.

Sistema portátil de coliformes totales y termotolerantes que

realizara por el método de las membranas.

97

CAPÍTULO VI

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1. Conclusiones

El presente proyecto indica que el mejor sistema para la dosificación de

coagulante es el dosificador de orificio de carga constante regulable, por la

comparación entre varios sistemas de dosificación mediante una matriz

comparativa cuantitativa de varios criterios de discriminación, en donde el

resultado obtenido indica que la mejor propuesta es el dosificador de carga

regulable antes mencionado.

El documento muestra las medidas de selección del compuesto químico a

emplearse en la Planta potabilizadora ubicada en el laboratorio de Hidráulica

en base a ciertos criterios como: es la disolución en agua, almacenamiento,

adición del compuesto químico, entre otros, en donde el sulfato de aluminio en

solución cumple con las condiciones técnicas más favorables de

implementación.

Este trabajo muestra que el diseño del sistema de dosificación de coagulante

químico cumple y se adapta con las necesidades de la Planta Potabilizadora

laboratorio de Hidráulica, cuyo diseño es anticorrosivo, anatómico, económico

y reduce la sedimentación del compuesto químico en el recipiente del

dosificador.

Se concluye que el mecanismo más sencillo a emplearse para efectuar la

mezcla es la adición de un caudal constante de agua filtrada en la salida de

coagulante dentro del cono de mezcla.

6.2. Recomendaciones

Es necesario un control en el funcionamiento tanto del dosificador de

coagulante como de las válvulas reguladoras de caudal, en determinados lapsos

de tiempo, por parte de los operarios de la Planta.

Se debe siempre contar con un control de cumplimiento de los rangos de

calidad del agua cruda a tratar, tanto en turbiedad, color, caudal, entre otros,

98

ya que si no se cumple con estas condiciones la eficiencia del sistema de

dosificación es reducida.

Se deben hacer las pruebas y ensayos de laboratorio periódicamente a fin de

definir las dosis de coagulante exactas, ya que al final este proceso es el que

asegura la eficiencia de los subsiguientes, es decir al concluir todo el proceso

de potabilización, el agua cruda ingresada termina siendo apta para el consumo

humano.

Para evitar un incorrecto funcionamiento del dispositivo de dosificación de

coagulante, es importante ejecutar un mantenimiento mensual a todo el sistema

integral debido a que suelen existir impurezas en el dosificador que pueda

afectar su trabajo.

Se recomienda que para la operación del sistema el caudal del proceso no

exceda los 10 l/s, para el buen funcionamiento de flotación del sistema de

dosificación, mientras que el caudal de diseño debe estar lo más cercano

posible con el que fue diseñada la Planta Qd= 20 l/s, para que las velocidades

estén próximas a las velocidades recomendadas, si se desea realizar un

rediseño posterior.

Se debe mantener siempre en stock el coagulante en solución, tener

aproximadamente en reserva durante tres meses y mantener siempre las tres

cuartas partes del tanque del dosificador lleno para así evitar la reducción de

coagulante ya que las pruebas experimentales de dosificadores ya construidos

se han realizado conservando esta norma y obteniendo excelentes resultados.

99

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

LIBROS CON EDITOR

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Water Treatment Plant Performance Using the Composite Correction

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Perú. Editorial: Programa Regional HPE/CEPIS/OPS.


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Lima, Perú. Editorial: Programa Regional HPE/CEPIS/OPS.


Consumo Humano. Manual I. Teoría. Serie Filtración Rápida. Lima, CEPIS.

Editorial: Programa Regional HPE/OPS/CEPIS

5. Canepa de Vargas, L. (2005). Estudios e ilustraciones de archivos personales.

Lima, Perú. Editorial: Programa Regional HPE/CEPIS/OPS.

6. Pérez Carrión, J. M. (1982). Manejo de sustancias químicas. Lima, Perú

Editorial: Programa Regional HPE/CEPIS/OPS.

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dosificación y mezcla rápida. Tomo I, Manual III: Diseño. Lima, Perú

Editorial: Programa Regional HPE/CEPIS/OPS.

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de calidad. Recuperado de www.bvsde.paho.org/bvsatr/fulltext:

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10. Canepa de Vargas, L. (2005). Operación de plantas convencionales y de

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11. Barrenechea Martel, Ada. (2001). Coagulación. Recuperado de

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prefabricadas en sistemas públicos de agua potable Recuperado de

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TESIS

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mecánica de la Universidad Central de Venezuela, Caracas. Recuperado de

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101

DOCUMENTOS ANEXOS

102

ANEXO 1.

Ficha técnica del coagulante de sulfato de aluminio

110

ANEXO 2

Sistemas integrales de dosificación de químicos

119

ANEXO 3.

Pruebas de Jarras para encontrar la dosis optima de coagulante.

120

EQUIPO:

Equipo de 6 jarras de 2 litros cada una.

INSTRUCCIONES:

Comprobar que las jarras estén ubicadas en el centro.

Vigilar que las paletas estén en el centro.

Encender el equipo y las lámparas.

Programar la agitación rápida.

Programar la agitación lenta.

Ejecución de la prueba.

Apagar el sistema.

Desconectar y limpiar completamente el equipo.

PROCEDIMIENTO

Las pruebas de jarras se utilizan para determinar la dosis más efectiva de coagulante

para un agua específica durante el control de la coagulación y floculación en una

Plantas de tratamiento.

“Colocar un vaso de 2 litros debajo de cada una de las paletas de agitación.

Colocar en cada vaso exactamente 2 litros medidos con una probeta graduada,

de una muestra fresca de agua cruda.

Anotar la cantidad de coagulante que se debe añadir a cada vaso. Esta cantidad

variará de vaso en vaso.

Con jeringas, añadir el coagulante en cantidades crecientes en vasos sucesivos.

Por ejemplo: 10 mg/l en el vaso #1, 20 mg/l en el vaso #2, etc.

Colocar las paletas de agitación dentro de los vasos, arrancar el agitador y

operarlo durante un minuto.

Reducir la velocidad al grado seleccionado de agitación (40 rpm) y permitir la

agitación continúe durante 15 min. (Condiciones de operación de la

floculación de la Planta).

121

A los 2 min de iniciado la agitación, con jeringas, añadir 0.4 mg/l de ayudante

de coagulante a todas las jarras.

Una vez que transcurre el tiempo de agitación, bajar las revoluciones a 2 rpm

por 20 min, lo que simularía el proceso de sedimentación en la Planta.

Después de permitir que el flóculo sedimente por 20 min, determinar el color

y la turbiedad del sobrenadante (el líquido por encima de los flóculos).

Anotar los resultados y de acuerdo a estos, determinar la dosis óptima de

coagulante.” (CALLE I. LEONARDO, ZAMBRANO T. CESAR, 2015)

Determinación del Volumen de sustancia coagulante en función de la dosis.

𝑽∗𝑫=𝒗∗𝒄

V= Volumen de agua cruda (l).

D= Dosis de coagulante a adicionar (mg/l).

v= Volumen de coagulante a adicionar (l).

c= Concentración de coagulante (mg/l).

Por ejemplo, para una dosis de 10 mg/l.

V= 2 L Volumen de Jarra en el equipo.

D= 10 mg/l.

c= 2% = 20000 mg/l

𝒗=𝑉∗𝐷𝑐

𝒗=2L∗10 𝑚𝑔/𝑙*20000 𝑚𝑔/𝑙

𝒗=𝟎.𝟎𝟎𝟏 𝒍=𝟏 𝒄𝒎𝟑

122

ANEXO 4

Acero inoxidable AISI 304

125

GLOSARIO

1. Plantas prefabricadas. Sistema constituido por un conjunto de elementos,

técnicamente diseñados y construidos en fábricas utilizando materiales inocuos

para producir agua potable.

2. Tratamiento de ciclo completo. Tecnología que incluye los procesos unitarios

de coagulación química, floculación, sedimentación y filtración rápida.

3. Caudal de diseño. Caudal con el cual se diseñan los equipos, dispositivos y

estructuras de un sistema determinado.

4. Agitación hidráulica. Movimiento obtenido al aprovechar la energía del agua

para producir turbulencia.

5. Agitación mecánica. Movimiento del agua obtenido mediante dispositivos

mecánicos (paletas, aspas, etc.) para producir turbulencia.

6. Agua cruda. Agua que no ha sido sometida a proceso de tratamiento.

7. Aeración. Proceso en el que se produce un contacto entre el aire y el agua con

el objetivo de oxigenarla o de excluir gases o sustancias volátiles.

8. Aireador. Elemento o equipo que permite transferir aire desde la atmosfera al

agua.

9. Capacidad hidráulica. Caudal máximo que puede manejar un componente o

una estructura hidráulica dentro de sus condiciones extremas de operación.

10. Caudal nominal. Caudal que puede procesar la planta prefabricada cumpliendo

con las condiciones hidráulicas de diseño.

11. Coagulación. Desestabilización de partículas coloidales presentes en el agua

cruda a partir de la adición de sustancias químicas denominadas coagulantes.

12. Coagulantes. Sustancias químicas adicionadas en el proceso de tratamiento que

reaccionan con el agua cruda, formando subproductos que interactúan con las

partículas presentes ocasionando su desestabilización electrostática.

13. Coeficiente de uniformidad. Parámetro que caracteriza los materiales

granulares, el cual representa la relación entre el diámetro por debajo del cual

se encuentra el 60% de menor tamaño y el tamaño efectivo (10%).

14. Difusor. Dispositivo para dispersar un fluido en otro.

126

15. Dosificación. Acción mediante la cual se adiciona de manera controlada una

sustancia química al agua.

16. Dosis óptima. Cantidad de una sustancia dosificada que produce la mayor

eficiencia de reacción en un proceso químico.

17. Eficiencia de remoción. Medida de la efectividad de un proceso en la remoción

de una sustancia específica.

18. Filtración. Proceso mediante el cual se remueven las partículas suspendidas y

coloidales del agua al hacerlas pasar a través de un medio poroso.

19. Floculación. Aglutinación de partículas desestabilizadas, inducida por una

agitación lenta de la suspensión coagulada.

20. Gradiente de velocidad medio. Parámetro que refleja la intensidad de agitación

de una masa liquida inducida por métodos mecánicos o hidráulicos.

21. Granulometría. Distribución del tamaño de los granos o partículas de un

material filtrante de acuerdo a una escala de clasificación.

22. Lecho filtrante. Medio constituido por material granular poroso por el cual

percola un flujo.

23. Mantenimiento. Conjunto de acciones que se ejecutan en las instalaciones y/o

equipos para prevenir daños o para la reparación de los mismos cuando se

producen.

24. Válvula solenoide. una válvula solenoide es una válvula eléctrica utilizada para

controlar el paso de gas (sistemas neumáticos) o fluidos (sistemas hidráulicos).

Este tipo de válvulas se suelen utilizar en sitios de difícil acceso, en sistemas

multi-válvula y en sitios de ambiente peligroso. las válvulas solenoides ofrecen

funciones de apertura o cierre total y no se pueden utilizar para la regulación

del flujo de gas o fluido.

127

PLANOS DEL SISTEMA DE DOSIFICACIÓN

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