CRITERIOS DE DISEÑO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS DE FLUJO HORIZONTAL

Tabla 1. Coeficiente de Rugosidad de Manning para algunas superficies

Tipo de superficie o revestimiento
Acrílico y vidrio (usada en prototipos de laboratorio)
PVC y fibra de vidrio
Madera pulida, acero y plástico de alta densidad
Hormigón liso
Hormigón irregular
Terreno liso y uniforme en tierra
Terreno irregular en tierra
Terreno natural en roca
Fuente: Potabilización del agua : principios de diseño, control de procesos y laboratorio.
Lozano-Rivas, William Antonio - Lozano Bravo, Guillermo

Tabla 2. Criterios generales de diseño de floculadores

Parámetro
Número mínimo recomendable de secciones o cámaras
en el floculador con gradientes distintos
Gradiente óptima de mezcla (s-1)
Tiempos de retención hidráulico (min)
Número de Camp (Gradiente * Tiempo de retención
hidráulica)

Número mínimo de unidades (recomendables)

Fuente: Potabilización del agua : principios de diseño, control de procesos y laboratorio.
Lozano-Rivas, William Antonio - Lozano Bravo, Guillermo

Tabla 3. Parámetros de diseño para floculadores hidráulicos de tabiques de flujo horizontal

Parámetro
Caudal de diseño (L/s)
Gradientes óptimos de mezcla (s-1)
Número de secciones con gradientes diferentes
Tiempos de retención hidráulico (min)
Profundidad de la unidad (m)
Velocidad de flujo entre los tabiques (m/s)
Pendiente del fondo de la unidad
Fuente: Potabilización del agua : principios de diseño, control de procesos y laboratorio.
Lozano-Rivas, William Antonio - Lozano Bravo, Guillermo

Tabla 4. Criterios de diseño de floculadores hidráulicos de flujo horizontal según Resolución

0330 del 2017.
Parámetro
Tipo de floculador

Número mínimo zonas de floculación

Gradiente óptima de mezcla (s-1)
Tiempos de retención hidráulico total (min)
Fuente: Adaptado de Resolución 0330 del 2017- Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio.

Tabla 5. Criterios de diseño de floculadores hidráulicos de flujo horizontal según R.A.S

Parámetro
Gradiente medio de velocidad (s-1)
Tiempos de detención (min)
Profundidad del tanque (m)
Espacimiento entre el extremo de la pantalla y el muro
(m)
Cruce entre pantallas (m)
Velocidad del agua a través del tanque (m/s)
Fuente: Reglamento de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS. Título C.

Tabla 6. Otros parámetros generales de diseño de floculadores hidráulicos de flujo horizontal

Parámetro

Gradiente medio de velocidad (s-1)

Tiempo de detención (min)

Velocidad del flujo (m/s)

Fuente: Purificación del Agua. Jairo Alberto Romero Rojas.

DORES HIDRÁULICOS DE FLUJO HORIZONTAL

idad de Manning para algunas superficies

n
0.0090
0.0100
0.0110
0.0130
0.0170
0.0230
0.0350
0.0400
ntrol de procesos y laboratorio.
mo

nerales de diseño de floculadores

Valor o rango
2 secciones para hidráulicos
3 cámaras para mecánicos
20 a 60
10 a 40
20000 a 150000
2 para potabilizadoras pequeñas
3 para potabilizadoras grandes
ntrol de procesos y laboratorio.
mo

uladores hidráulicos de tabiques de flujo horizontal

Valor o rango
≤ 50
20 a 60
2a4
10 a 40
1 a 2 (usualmente 1.6)
0.15 a 0.60
Debe ser igual a la pérdida de carga obtenida
en el cálculo
ntrol de procesos y laboratorio.
mo

s hidráulicos de flujo horizontal según Resolución

Valor o rango
 Para caudales ≤ 250 l/s floculador hidráulico
y/o mecánico
Para caudales ≥ 250 l/s floculador mecánico
3 para proyectos nuevos
10 a 70
20 a 40
io de Vivienda, Ciudad y Territorio.

dores hidráulicos de flujo horizontal según R.A.S

Valor o rango
20 a 70
20 a 30
1a2
1.5 veces la separación entre pantallas
mínimo 1/3 del ancho de la unidad
0.1 a 0.6
ico RAS. Título C.

erales de diseño de floculadores hidráulicos de flujo horizontal

Fuente Valor o rango
Arboleda Valencia 10 - 100
Smethurst 20 - 100
AWWA 5 - 100
Kawamura 10 - 50
Arboleda Valencia 15 - 20
Smethurst 10 - 60
AWWA 10 - 60
Kawamura 30 - 45
Fair y Geyer 10 - 90
Insfopal 15 - 60
Hardenberg y Rodie 20 - 50
Insfopal 0.15 - 0.45
Hardenberg y Rodie 0.15 - 0.45
Fair y Geyer 0.10 - 0.90
AWWA 0.09 - 0.30
Kawamura < 0.9
jas.
 Tabla 7. Viscocidad cinemática del agua
Temperatura (°C) Viscosidad cinemática (cm2/s) Temperatura (°C)
0 0.01792 18
2 0.01763 20
4 0.01567 22
6 0.01473 24
8 0.01386 26
10 0.01308 28
12 0.01237 30
14 0.01172 32
15 0.01146 34
16 0.01112 36
Fuente: Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Ricardo Alfredo López Cualla. 2da. Edición
ua
Viscosidad cinemática (cm2/s)
0.01059
0.01007
0.00960
0.00917
0.00876
0.00839
0.00804
0.00772
0.00741
0.00713
a. 2da. Edición
 T (min) V (m/s)
Zona 1 5 0.1089
Zona 2 10 0.0776
Zona 3 15 0.0436

Parámetros de diseño
Caudal de diseño Q= 2.53 lts/seg
Profundidad del flujo h= 0.5 m
Ancho del floculador en la z Bt= 0.6 m
Espesor de la pantallas e= 0.003 m
Coeficiente para pérdidas k= 3 adm
Gravedad g= 9.81 m/seg2
Rugosidad de las pantallas n= 0.010 adm
Temperatura del agua t= 16 °C
Viscocidad cinemática del ag µ= 0.01112 cm2/seg

1. Longitud total de recorrido del flujo en los canales de la zona 1 del floculador (m)

L=V∗T

L= 32.67069 m

2. Área transversal del canal del floculador en la zona 1 (m2)

A=Q
/V
A= 0.02 m2

3. Ancho del canal del floculador (m)

a=A/
h
a= 0.05 m

4. Ancho de vuelta del floculador (m)

d=1.5∗a

d= 0.07 m

5. Velocidad de giro (m/seg)

Vg=Q/(d
∗ h)
 Vg=Q/(d
∗ h)
Vg= 0.07 m/seg Cumple

6. Ancho de la pantalla del floculador (m)

Bp=Bt−d

Bp= 0.53 m

7. Cálculo del cruce entre pantallas del floculador (m)

C=Bt−2d

C= 0.46 m OK

8. Número de canales

N=L/
Bt
N= 54.00

9. Longitud del floculador (m)

Lf=N∗a+(N−1)∗e

Lf= 2.7 m

10. Perímetro mojado (m)

Pm=2h+a

Pm= 1.05 m

11. Radio hidráulico (m)

Rh=A/
Pm
Rh= 0.02 m

12. Pérdidas en el floculador (m)

Pérdidas por cambio de dirección (hf1)

hf1=k∗V^2/(2∗g)
∗N
 hf1= 0.0979 m

Pérdidas por fricción (hf2)

hf2=[(𝑉∗𝑛)/
〖𝑅ℎ〗 ^(2/3) ]^2 ∗L
hf2= 0.0062 m

Pérdidas totales (hft)

hft= 0.1041 m

13. Cálculo del gradiente hidráulico (s-1)

G=√((g∗hft)/(µ ∗
T))

G= 55.3 s-1 OK

Pendiente del floculador zona 1

P= 3.9030235458 %

Número de Camp

Ncamp=G∗T

Ncamp= 16601.193886 adm

 Condiciones de diseño floculadores hidráulicos de flujo h
Valor Rango de
Parámetro UND Abrev.
Zona 1 Zona 2 Zona 3 valores
10 - 70
20 - 60
Gradiente de velocidad seg^-1 G 55.3 33.1 14.17
20 - 70
10 - 100
20 - 40
10 - 40
Tiempo de retención min T 15.0
20 - 30
15 - 20

Tiempos de retención por zona

T (min)
Zona 1 5
Zona 2 5
Zona 3 5
Total 15
dores hidráulicos de flujo horizontal
Estado
Fuente
Zona 1 Zona 2 Zona 3
Resolución 0330 2017 Cumple Cumple Cumple
Potabilización del agua. Lozano Rivas Cumple Cumple No cumple
R.A.S. Cumple Cumple No cumple
Arboleda Valencia Cumple Cumple Cumple
Resolución 0330 2017 No cumple
Potabilización del agua. Lozano Rivas Cumple
R.A.S. No cumple
Arboleda Valencia Cumple
 T (min) V (m/s)
Zona 1 5 0.1089
Zona 2 10 0.0776
Zona 3 15 0.0436

Parámetros de diseño
Caudal de diseño Q= 2.53 lts/seg
Profundidad del flujo h= 0.5 m
Ancho del floculador en la Bt= 0.6 m
Espesor de la pantallas e= 0.003 m
Coeficiente para pérdidas k= 3 adm
Gravedad g= 9.81 m/seg2
Rugosidad de las pantallas n= 0.010 adm
Temperatura del agua t= 16 °C
Viscocidad cinemática del µ= 0.01112 cm2/seg

1. Longitud total de recorrido del flujo en los canales de la zona 2 del floculador (m)

L=V∗T

L= 23.268 m

2. Área transversal del canal del floculador en la zona 2 (m2)

A=Q
/V
A= 0.03 m2

3. Ancho del canal del floculador (m)

a=A/
h
a= 0.07 m

4. Ancho de vuelta del floculador (m)

d=1.5∗a

d= 0.10 m

5. Velocidad de giro (m/seg)

 Vg=Q/(d
∗ h)
Vg= 0.05 m/seg Cumple

6. Ancho de la pantalla del floculador (m)

Bp=Bt−d

Bp= 0.50 m

7. Cálculo del cruce entre pantallas del floculador (m)

C=Bt−2d

C= 0.40 m OK

8. Número de canales

N=L/
Bt
N= 39.00 m

9. Longitud del floculador (m)

Lf=N∗a+(N−1)∗e

Lf= 2.7 m

10. Perímetro mojado (m)

Pm=2h+a

Pm= 1.07 m

11. Radio hidráulico (m)

Rh=A/
Pm
Rh= 0.03 m

12. Pérdidas en el floculador (m)

Pérdidas por cambio de dirección (hf1)
hf1=k∗V^2/(2∗g)
∗N
hf1= 0.0359 m

Pérdidas por fricción (hf2)

hf2=[(𝑉∗𝑛)/
〖𝑅ℎ〗 ^(2/3) ]^2 ∗L
hf2= 0.0015 m

Pérdidas totales (hft)

hft= 0.0373 m

13. Cálculo del gradiente hidráulico (s-1)

G=√((g∗hft)/(µ ∗
T))

G= 33.1 OK

Pendiente del floculador zona 2

P= 1.40438776 %

Número de Camp

Ncamp=G∗T

Ncamp= 9940.14136 adm

 T (min) V (m/s)
Zona 1 5 0.0790
Zona 2 10 0.0776
Zona 3 15 0.0436

Parámetros de diseño
Caudal de diseño Q= 2.53 lts/seg
Profundidad del flujo h= 0.5 m
Ancho del floculador en la Bt= 0.6 m
Espesor de la pantallas e= 0.003 m
Coeficiente para pérdidas k= 3 adm
Gravedad g= 9.81 m/seg2
Rugosidad de las pantallas n= 0.010 adm
Temperatura del agua t= 16 °C
Viscocidad cinemática del µ= 0.01112 cm2/seg

1. Longitud total de recorrido del flujo en los canales de la zona 3 del floculador (m)

L=V∗T

L= 13.0944143 m

2. Área transversal del canal del floculador en la zona 3 (m2)

A=Q
/V
A= 0.06 m2

3. Ancho del canal del floculador (m)

a=A/
h
a= 0.116 m

4. Ancho de vuelta del floculador (m)

d=1.5∗a

d= 0.17 m

5. Velocidad de giro (m/seg)

 Vg=Q/(d
∗ h)
Vg= 0.03 m/seg Cumple

6. Ancho de la pantalla del floculador (m)

Bp=Bt−d

Bp= 0.41 m

7. Cálculo del cruce entre pantallas del floculador (m)

C=Bt−2d

C= 0.23 m OK

8. Número de canales

N=L/
Bt
N= 23.00 m

9. Longitud del floculador (m)

Lf=N∗a+(N−1)∗e

Lf= 2.7 m

10. Perímetro mojado (m)

Pm=2h+a

Pm= 1.12 m

11. Radio hidráulico (m)

Rh=A/
Pm
Rh= 0.05 m

12. Pérdidas en el floculador (m)

Pérdidas por cambio de dirección (hf1)
hf1=k∗V^2/(2∗g)
∗N
hf1= 0.0067 m

Pérdidas por fricción (hf2)

hf2=[(𝑉∗𝑛)/
〖𝑅ℎ〗 ^(2/3) ]^2 ∗L
hf2= 0.0001 m

Pérdidas totales (hft)

hft= 0.0068 m

13. Cálculo del gradiente hidráulico (s-1)

G=√((g∗hft)/(µ ∗
T))

G= 14.2 OK

Pendiente del floculador zona 3

P= 0.24992606 %

Número de Camp

Ncamp=G∗T

Ncamp= 4251.23295 adm

Ncamp total= 30792.5682 Cumple

Parámetros de diseño
Caudal de diseño Q= 2.53 lts/seg
Gadiente de velocidad G= 58.1 s-1
Tiempo de retención T= 5 min
Profundidad de flujo h= 0.5 m
Longitud del floculador Lf= 2.5 m
Gravedad g= 9.81 m/seg2
Viscocidad cinemática del µ= 0.01112 cm2/seg
Velocidad del flujo v= 0.10890227 m/seg
Rugosidad de las pantallas n= 0.010 adm

1. Volumen de la cámara de floculación zona 1

V=Q∗T
V= 0.759 m3

2. Ancho del floculador

Bt
=V/(L∗h)
Bt= 0.61 m

3. Pérdida de energía

H=(G^2∗ µ
∗ 𝑇)/g
H= 0.11479139 m

4. Área transversal del canal del floculador en la zona 1

A=Q
/V
A= 0.02 m2

5. Ancho del canal del floculador

a=A/
h
a= 0.05 m

6. Espacio libre entre tabique y pared

d=1.5∗a

d= 0.07 m
7. Longitud total del flujo
L=V∗T
L= 32.670681 m

8. Longitud efectiva de cada canal

Bp=Bt−d
Bp= 0.54 m

9. Número de canales

N=L/
Bp
N= 61 und

10. Pérdidas por fricción

hf=[(𝑉∗𝑛)/
〖𝑅ℎ〗 ^(2/3) ]^2
∗N∗L
Rh= 0.02220033 m

hf= 0.0062 m

11. Pérdida adicional

h=(3
∗(𝑁−1)∗𝑉^2)
/(2∗𝑔)
h= 0.10840959 m

12. Pérdida total

ht=hf+h

ht= 0.1146 m Nota: Aplicar datos-buscar objetivo-cambiando la celda B81 con el valor

13. Número de Camp

Ncamp=G∗T

Ncamp= 17430 adm

ando la celda B81 con el valor de la celda B27, cambiando la celda de velocidad (D9)
Parámetros de diseño
Caudal de diseño Q= 2.53 lts/seg
Gadiente de velocidad G= 35 s-1
Tiempo de retención T= 5 min
Profundidad de flujo h= 0.5 m
Longitud del floculador Lf= 2.5 m
Gravedad g= 9.81 m/seg2
Viscocidad cinemática del µ= 0.01112 cm2/seg
Velocidad del flujo v= 0.07756 m/seg
Rugosidad de las pantallas n= 0.010 adm

1. Volumen de la cámara de floculación zona 1

V=Q∗T
V= 0.759 m3

2. Ancho del floculador

Bt
=V/(L∗h)
Bt= 0.61 m

3. Pérdida de energía

H=(G^2∗ µ
∗ 𝑇)/g
H= 0.0417 m

4. Área transversal del canal del floculador en la zona 1

A=Q
/V
A= 0.03 m2

5. Ancho del canal del floculador

a=A/
h
a= 0.07 m

6. Espacio libre entre tabique y pared

d=1.5∗a

d= 0.10 m
7. Longitud total del flujo
L=V∗T
L= 23.2679815 m

8. Longitud efectiva de cada canal

Bp=Bt−d
Bp= 0.51 m

9. Número de canales

N=L/
Bp
N= 46 und

10. Pérdidas por fricción

hf=[(𝑉∗𝑛)/
〖𝑅ℎ〗 ^(2/3) ]^2
∗N∗L
Rh= 0.03062215 m

hf= 0.0015 m

11. Pérdida adicional

h=(3
∗(𝑁−1)∗𝑉^2)
/(2∗𝑔)
h= 0.0411 m

12. Pérdida total

ht=hf+h

ht= 0.0426 m

13. Número de Camp

Ncamp=G∗T

Ncamp= 10500 adm

Parámetros de diseño
Caudal de diseño Q= 2.53 lts/seg
Gadiente de velocidad G= 15 s-1
Tiempo de retención T= 5 min
Profundidad de flujo h= 0.5 m
Longitud del floculador Lf= 2.5 m
Gravedad g= 9.81 m/seg2
Viscocidad cinemática del µ= 0.01112 cm2/seg
Velocidad del flujo v= 0.04364805 m/seg
Rugosidad de las pantallas n= 0.010 adm

1. Volumen de la cámara de floculación zona 1

V=Q∗T
V= 0.759 m3

2. Ancho del floculador

Bt
=V/(L∗h)
Bt= 0.61 m

3. Pérdida de energía

H=(G^2∗ µ
∗ 𝑇)/g
H= 0.008 m

4. Área transversal del canal del floculador en la zona 1

A=Q
/V
A= 0.06 m2

5. Ancho del canal del floculador

a=A/
h
a= 0.116 m

6. Espacio libre entre tabique y pared

d=1.5∗a

d= 0.17 m
7. Longitud total del flujo
L=V∗T
L= 13.0944143 m

8. Longitud efectiva de cada canal

Bp=Bt−d
Bp= 0.43 m

9. Número de canales

N=L/
Bp
N= 30 und

10. Pérdidas por fricción

hf=[(𝑉∗𝑛)/
〖𝑅ℎ〗 ^(2/3) ]^2
∗N∗L
Rh= 0.05194214 m

hf= 0.0001 m

11. Pérdida adicional

h=(3
∗(𝑁−1)∗𝑉^2)
/(2∗𝑔)
h= 0.0085 m

12. Pérdida total

ht=hf+h

ht= 0.0086 m

13. Número de Camp

Ncamp=G∗T

Ncamp= 4500 adm

Ncamp total= 32430 Cumple