ADiseño Aireador Por Surtidores

Curso de plantas de tratamiento febrero de 2021
DISEÑO DE AIREADORES POR ASPERSIÓN
Serie de toberas fijas sobre una malla de tuberías las cuales dirigen el agua
hacia arriba verticalmente o en ángulo inclinado; el agua rompe se en gotas
pequeñas y precipita.
Se usa para remoción de CO2 y adición de O2
• Requiere un área grande.
La velocidad inicial de una gota emergente se calcula:
𝑉𝑜 = 𝐶𝑣 √2𝑔ℎ Donde: Cv = Coeficiente de velocidad (0.95)
h = Energía total sobre la tobera (m)
Y la descarga es igual a:
𝑄 = 𝐶𝑑 𝐴𝑜 √2𝑔ℎ Donde: Cd= Coeficiente de descarga (0,6 - 0,75)
Ao = Área del orificio (tobera)
LET
2
Vo y
2g
2
V
Vo x 2g
2
Vo
2g
Vo
y max =
2
Vo y P
2g
Vo y y
o
o Vo x
Vo x * Vo y
g
x
L
De acuerdo a la ecuación de Newton para movimiento uniformemente

acelerado, las coordenadas de una partícula que pasa de la tobera a un punto
P será:
pág. 1 Docente: Ing. Henry Armando González Rodríguez

Coordenada Horizontal
𝑉𝑜 2 𝑠𝑒𝑛2∅
𝑋 = 𝑉𝑜 𝑥 ∗ 𝑡 = (𝑉𝑜 𝐶𝑜𝑠 ∅)𝑡 = 𝐶𝑣 𝐶𝑜𝑠∅√2𝑔ℎ ∗ 𝑡 𝑋𝑚á𝑥 =
𝑔
Coordenada vertical
𝑔𝑡 2 𝑔𝑡 2
𝑌 = 𝑉0 𝑦 ∗ 𝑡 − = 𝑌 = (𝑉𝑜 𝑠𝑒𝑛∅)𝑡 −
2 2
Ǿ = ángulo de inclinación del chorro con la horizontal.
t = tiempo de aireación o contacto con el aire.
g = aceleración de la gravedad. Además:
2 2 2 2 𝑉𝑜 2 𝑉𝑜 𝑥 2 𝑉𝑜 𝑦 2
𝑉𝑜 = 𝑉𝑜 𝑥 + 𝑉𝑜 𝑦 𝑉𝑜 = +
2𝑔 2𝑔 2𝑔
Para una altura máxima de la trayectoria sobre la tobera:

𝑉𝑜 𝑦 2 (𝑉𝑜 𝑠𝑒𝑛∅)2
𝑌𝑚á𝑥 = = = 𝐶𝑣 2 ∗ 𝐻 ∗ 𝑠𝑒𝑛∅2
2𝑔 2𝑔
El tiempo teórico de exposición de una gota:
2𝑉𝑜 𝑠𝑒𝑛∅ 2𝐻 𝑔𝑡 2
𝑡= = 2 ∗ 𝐶𝑣 ∗ 𝑠𝑒𝑛∅ ∗ √ 𝐻=
𝑔 𝑔 8𝐶𝑉 2 𝑠𝑒𝑛∅2
𝐿 = 2𝐻𝐶𝑣 2 𝑠𝑒𝑛∅2 𝑄𝑜 = 𝐶𝑑 𝐴𝑜 √2𝑔𝐻 𝑉𝑜 = 𝐶𝑣 √2𝑔𝐻
Área requerida: entre 0,11 – 0,32 m2 por L/s de agua tratada
Ǿ de boquilla Q por boquilla Altura H en Separación

Criterio
(cm) (L/s) (mca) entre boquilla
ASCE -AWWA-
2,5 - 3,8 4,5 - 9,5 7,0 0,6 - 3,7 (m)
CSSE
2,54 (1 in) 5,0 - 10 7,0 0,6 - 3,5 (m) Tchobanoglous

EJEMPLO DE DISEÑO
Diseñar un aireador por Aspersión
Datos de entrada:
Caudal de diseño 𝑄𝑑 = 48 𝐿/𝑠

Inclinación de las boquillas 𝜃 = 80°
Tiempo de contacto 𝑡 = 1,3 𝑠
Diámetro de boquilla ∅ = 1,0 𝑖𝑛
Coeficiente de velocidad 𝐶𝑣 = 0,93
Coeficiente de descarga 𝐶𝑑 = 0,75
Cabeza de energía que se requiere, está dado por la ecuación:
𝑔𝑡² 9.806 𝑚/𝑠² ∗ (1,3 𝑠)²

𝐻= 2
= = 𝟐, 𝟒𝟕 𝒎
8 𝐶𝑣 𝑠𝑒𝑛𝜃² 8 ∗ (0.93)2 ∗ 𝑠𝑒𝑛80²
Velocidad salida del chorro,
𝑉 = 𝐶𝑣 √2𝑔𝐻 = 0.93 √2 ∗ 9.806 𝑚/𝑠² ∗ 2.47𝑚 = 𝟔, 𝟒𝟕 𝒎/𝒔
Caudal por Boquilla,
𝜋
𝑄𝑏 = 𝐶𝑑 ∗ ∗ 𝑑 2 √2𝑔𝐻
4
𝜋 𝑚
𝑄𝑏 = 0.75 ∗ ∗ (0.0254)2 ∗ √2 ∗ (9.806 2 ) ∗ 2.47 𝑚 = 𝟐, 𝟔𝟒𝐗𝟏𝟎−𝟑 𝒎³/s
4 𝑠
𝑄𝑏 = 2,64 𝐿/𝑠
Numero de Boquillas,
𝐿
𝑄𝑑 48 𝑠
#𝑏𝑜𝑞𝑢𝑖𝑙𝑙𝑎𝑠 = 𝑁𝑏 = = = 18,15 ≈ 19 𝑏𝑜𝑞𝑢𝑖𝑙𝑙𝑎𝑠
𝑄𝑏 𝐿
2,64
𝑠
Usamos 20 boquillas
Distancia Horizontal,
𝑉0 2 𝑠𝑒𝑛 2𝜃 (5.66 𝑚/𝑠)² ∗ 𝑠𝑒𝑛 2(60°)

𝑋𝑚𝑎𝑥 = = = 𝟏, 𝟒𝟔 𝒎
𝑔 9.806 𝑚/𝑠²
Distancia vertical,

(𝑉0 ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝜃)² (6.47 𝑚/𝑠 ∗ 𝑠𝑒𝑛80°)²

𝑌𝑚𝑎𝑥 = = = 𝟐, 𝟎𝟔𝟗 𝒎
2𝑔 2 ∗ 9.806 𝑚/𝑠²
Diagrama
Vo = 6,47 m/s
𝑌𝑚𝑎𝑥 = 2,10 𝑚
𝜽 = 𝟖𝟎°
𝑋𝑚𝑎𝑥 = 1,46 𝑚
Espaciamiento = 0.6 m => #esp. = #boquillas-1 = 20 – 1 = 19 espacios

Espesor de muros = 0.2 m
Espacio entre muro y tobera = 0.50 m
Área = 2,86 m * 12,80 m = 36,61 m²
2.86 m
0.2 0.50
0.2
0.2 0.50 1,46 m 0.50
Espaciamiento entre
19 espacios * 0.6 = 11,4
boquillas= 0.6 m
12,80 m
#boquillas = 20
m
0.50 0.2

Ahora con 2 hileras de toberas (dos tuberías de distribución)
Espaciamiento = 0.6 m => #esp. = #boquillas-1 = 10 - 1 = 9 espacios
Espesor de muros = 0.2 m
Espacio entre muro y tobera = 0.50 m
Área del aireador = 4,82 m *6,80 m = 32,77 m²
4,42 m
0.2 0.50
0.2 0.50 1,46 m 0.50 1,46 m 0.50 0.2
Espaciamiento entre
9 espacios*0.6= 5,40 m
boquillas=0.6m Espaciamiento entre
boquillas=0.6m
6,80 m
#boquillas=16 #boquillas=16
0.50 0.2

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DISEÑO DE AIREADORES POR ASPERSIÓN

Se usa para remoción de CO2 y adición de O2

• Requiere un área grande.

La velocidad inicial de una gota emergente se calcula:

𝑉𝑜 = 𝐶𝑣 √2𝑔ℎ Donde: Cv = Coeficiente de velocidad (0.95)

h = Energía total sobre la tobera (m)

𝑄 = 𝐶𝑑 𝐴𝑜 √2𝑔ℎ Donde: Cd= Coeficiente de descarga (0,6 - 0,75)

Ao = Área del orificio (tobera)

De acuerdo a la ecuación de Newton para movimiento uniformemente

pág. 1 Docente: Ing. Henry Armando González Rodríguez

t = tiempo de aireación o contacto con el aire.

g = aceleración de la gravedad. Además:

Para una altura máxima de la trayectoria sobre la tobera:

El tiempo teórico de exposición de una gota:

𝐿 = 2𝐻𝐶𝑣 2 𝑠𝑒𝑛∅2 𝑄𝑜 = 𝐶𝑑 𝐴𝑜 √2𝑔𝐻 𝑉𝑜 = 𝐶𝑣 √2𝑔𝐻

Área requerida: entre 0,11 – 0,32 m2 por L/s de agua tratada

Ǿ de boquilla Q por boquilla Altura H en Separación

2,54 (1 in) 5,0 - 10 7,0 0,6 - 3,5 (m) Tchobanoglous

pág. 2 Docente: Ing. Henry Armando González Rodríguez

Diseñar un aireador por Aspersión

Caudal de diseño 𝑄𝑑 = 48 𝐿/𝑠

Cabeza de energía que se requiere, está dado por la ecuación:

𝑔𝑡² 9.806 𝑚/𝑠² ∗ (1,3 𝑠)²

Velocidad salida del chorro,

𝑉 = 𝐶𝑣 √2𝑔𝐻 = 0.93 √2 ∗ 9.806 𝑚/𝑠² ∗ 2.47𝑚 = 𝟔, 𝟒𝟕 𝒎/𝒔

Caudal por Boquilla,

𝑉0 2 𝑠𝑒𝑛 2𝜃 (5.66 𝑚/𝑠)² ∗ 𝑠𝑒𝑛 2(60°)

pág. 3 Docente: Ing. Henry Armando González Rodríguez

(𝑉0 ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝜃)² (6.47 𝑚/𝑠 ∗ 𝑠𝑒𝑛80°)²

Espaciamiento = 0.6 m => #esp. = #boquillas-1 = 20 – 1 = 19 espacios

Área = 2,86 m * 12,80 m = 36,61 m²

pág. 4 Docente: Ing. Henry Armando González Rodríguez

Ahora con 2 hileras de toberas (dos tuberías de distribución)

Espaciamiento = 0.6 m => #esp. = #boquillas-1 = 10 - 1 = 9 espacios

Espesor de muros = 0.2 m

Espacio entre muro y tobera = 0.50 m

Área del aireador = 4,82 m *6,80 m = 32,77 m²

pág. 5 Docente: Ing. Henry Armando González Rodríguez

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