Mezcla Rápida

MEZCLA RPIDA
La mezcla rpida es una operacin empleada en el tratamiento

de agua con el fin de dispersas sustancias qumicas y gases.
En el caso de purificacin de agua el mezclador rpido tiene el
propsito de dispersar rpida y uniformemente el coagulante a travs
del flujo de agua.
La mezcla rpida puede efectuarse mediante turbulencia,
provocada por medio hidrulicos o mecnicos, tales como: resaltos
hidrulicos en canales, canaletas de Parshall, Vertederos
Rectangulares, Tuberas de succin de bombas, mezcladores
mecnicos en lnea, rejillas difusoras, chorros qumicos y tanques con
equipo de mezcla rpida.
En los mezcladores hidrulicos la mezcla es ejecutada como
resultado de la turbulencia que existe en el rgimen de flujo; en los
mecnicos la mezcla es inducida a travs de impulsores rotatorias del
tipo de hlice o turbina.
Los de hlice, semejantes a la hlices de barco, generan
corrientes axiales fuertes que crean gran intensidad de
mezcla y se han usado para mezcla de alta velocidad con
rotaciones de hasta 2000 RPM.
Los impulsores de Paletas generan principalmente
corrientes radiales y tangenciales, y son ms usados para la
floculacin, y tienen velocidades de rotacin bajas, 2-150
RPM, debido a la mayor rea expuesta de agua.
El trmino turbina se aplica, indistintamente, a una gran
variedad de formas de impulsores; generalmente consisten en
varias aletas rectas montadas verticalmente sobre un placa
plana, aunque tambin se usan las paletas curvas.
La rotacin se hace a velocidades moderadas y las
corrientes generadas son principalmente de direccin radial y
tangencial. Los impulsores de flujo radial descargan el lquido
desde el impulsor, a lo largo de un radio, en ngulo recto con
su eje; en los de flujo axial el lquido entra al impulsor y es
descargado desde l, en forma paralela a su eje.
MEZCLADORES RPIDOS MECNICOS
Este proceso generalmente se realiza en tanques y equipos como los de

las figuras. Los tanques de mezcla rpida mecnica se proyectan generalmente
de seccin circular o cuadrada.
Los mezcladores mecnicos son fabricados por muchas industrias,
generalmente consisten de hlices, paletas, turbinas u otros elementos similares
acoplados a un eje de rotacin impulsado por una fuerza motriz cualquiera
(motor).
Los ejes giran a un gran nmero de revoluciones lo cual agita el agua de
forma violenta y propicia la mezcla rpida y uniforme del coagulante.
Las turbinas de flujo axial mueven el lquido paralelamente al eje del
impulsor, las de flujo axial mueven el lquido perpendicularmente al eje de
rotacin.
Los componentes axial y radial son buenas para mezcla; la componente
tangencial puede limitar la magnitud de la mezcla al causar vrtice. En la prctica
, la mezcla es resultado de una combinacin de las tres componentes del flujo.
El vrtice o remolino msico del fluido debe restringirse
en todos los tipos de impulsores pues causa una reduccin
entre la velocidad del fluido y el impulsor, disminuyendo la
efectividad de la mezcla.
Cuando el tanque de mezclado es pequeo, el vrtice
puede prevenirse montando el impulsor desplazado del eje
central o en ngulo con la vertical, o las dos cosas.
El mtodo usual consiste en instalar cuatro o ms
pantallas, de un ancho igual a 1/10 del dimetro del tanque,
para romper el movimiento msico rotatorio y promover la
mezcla vertical; sin embargo, en tanques de concreto
cuadrados, los bafles se omiten a menudo.
MEZCLADORES RPIDOS HIDRALICOS:
Los mezcladores rpidos hidrulicos se utilizan cuando se

dispone de suficiente cabeza o energa en el flujo de entrada. En
general se utilizan saltos hidrulicos, canaletas Parshall, Tubos
vnturi, dispersores de tubos perforados y tanques con bafles,
para disipar energa en turbulencia y aprovecharla para la mezcla
del coagulante.
El mezclador hidrulico tiene la ventaja de no requerir
equipo mecnico, consideracin muy importante en el diseo de
plantas para lugares en los que no se dispone de personal
capacitado para mantenimiento ni de suministro apropiado de
repuestos.
CONSIDERACIONES DE DISEO:
La principal observacin formulada, con respecto al diseo de
mezcla rpida, radica en la importancia de dispersar
uniformemente el coagulante en el agua cruda de manera que se
evite el sub tratamiento o el sobre tratamiento.
El tiempo y el grado de mezcla han sido considerado como los
factores ms importantes en el diseo; consideraciones adicionales
sobre el mecanismo de coagulacin y la cintica de las reacciones
de coagulacin son tambin son necesarias.
La coagulacin en el agua, con alumbre, ocurre mediante dos
mecanismos: adsorcin de las especies hidrolizadas solubles sobre
el coloide, con la consecuente desestabilizacin de ste, y
coagulacin de barrido, en la cual es coloide es entrapado dentro
del hidrxido de aluminio precipitante.
En la adsorcin desestabilizacin las reacciones son muy
rpidas; ocurren en microsegundos si no hay formacin de
polmeros, y en un segundo si se forman polmeros.
La coagulacin de barrido es ms lenta y ocurre en 1 a 7
segundos. Por lo tanto, para la adsorcin desestabilizacin los
coagulantes deben dispersarse en el agua cruda tan rpido como
sea posible, en menos de 1 segundo. Para la coagulacin por
barrido no son muy importantes tiempos muy cortos puesto que la
coagulacin ocurrir por entrampamiento de los coloides dentro
del precipitado del coagulante.
Posiblemente la coagulacin de un agua cruda sea el
resultado de la ocurrencia simultanea de ambos mecanismos de
coagulacin. Como las recomendaciones de diseo no distinguen
entre ellos, se observan criterios o guas muy diferentes para el
dimensionamiento de cmaras y equipos de mezcla rpida.
ECUACIONES DE DISEO:
En el modelo bsico de diseo formulado por Camp y Stein
en 1943 y, aunque se reconoce que el concepto de gradiente de
velocidad no es completamente adecuado para el diseo de
mezcladores rpidos, sigue siendo el criterio ms usado en la
prctica. El gradiente de velocidad es ampliamente aceptado,
como un medio para calcular los requerimientos energticos de la
mezcla.
Los gradientes de velocidad pueden calcularse con las
siguiente ecuaciones:
El valor de la constante K depende del tipo, forma y
tamao del impulsor, del nmero de bafles y dems variables
no incluidas en la ecuacin de potencia; se debe determinar
experimentalmente.
El siguiente cuadro incluye valores de K, en rgimen
turbulento, para diferentes tipos de impulsores, con eje de
rotacin en el centro de tanques cilndricos de fondo plano,
profundidad del lquido igual al dimetro del tanque, elevacin
del impulsor sobre el fondo del tanque igual al dimetro del
impulsor; tanque con 4 bafles en sus paredes, cada uno igual
a 1/10 del dimetro del tanque y dimetro del impulsor de 1/3
del dimetro del tanque.
La potencia introducida al agua por unidad de volumen es una
medida aproximada de la efectividad de la mezcla, con base en
el hecho de que ms potencia crea mayor turbulencia y mayor
turbulencia origina mayor mezcla.
Un impulsor pequeo de alta velocidad produce alta turbulencia

en un flujo bajo y es apropiado para dispersar cantidades
pequeas de coagulante o gas; por le contrario un impulsor
lento, grande, produce baja turbulencia en flujos grandes y es
apropiado para floculacin.
Para canaletas de Parshall se recomienda una velocidad
de agua en la garganta mayor a 2 m/s. Las normas estndares
recomiendan el uso de mezcladores mecnicos con periodo de
retencin menores a 10 segundos y localizados lo ms cerca
posible del tanque de floculacin.
Segn Arboleda para mezcladores hidrulicos son ms
aconsejables gradientes de velocidad entre 1000 y 2000 s-1;
cuando se utiliza canaleta de Parshall como sistema de mezcla
rpida, la descarga debe ser libre y la profundidad del agua en
la zona convergente de la canaleta debe hacerse mayor de 25
cm., para canaletas de ancho de garganta mayor o igual a 30
cm., con lo cual se obtienen prdidas de energa mayores de
10.5 cm.
PROPIEDADES FSICAS DEL AGUA
Peso Mdulo de Viscosidad Viscosidad Tensin Presin de

Temperatura Densidad
especfico elasticidad dinmica cinemtica superficial vapor
(C) (kg/m3)
(kN/m3) (kN/m2) (Ns/m2) (m2/s) (N/m) (kN/m2)
0 9,805 999,8 1,98 106 1,781 10-3 1,785 10-6 0,0765 0,61
5 9,807 1000,0 2,05 106 1,518 10-3 1,519 10-6 0,0749 0,87
10 9,804 999,7 2,10 106 1,307 10-3 1,306 10-6 0,0742 1,23
15 9,798 999,1 2,15 106 1,139 10-3 1,139 10-6 0,0735 1,70
20 9,789 998,2 2,17 106 1,102 10-3 1,003 10-6 0,0728 2,34
25 9,777 997,0 2,22 106 0,890 10-3 0,893 10-6 0,0720 3,17
30 9,764 995,7 2,25 106 0,708 10-3 0,800 10-6 0,0712 4,24
40 9,730 992,2 2,28 106 0,653 10-3 0,658 10-6 0,0696 7,38
50 9,689 988,0 2,29 106 0,547 10-3 0,553 10-6 0,0679 12,33
60 9,642 983,2 2,28 106 0,466 10-3 0,474 10-6 0,0662 19,92
70 9,589 977,8 2,25 106 0,404 10-3 0,413 10-6 0,0644 31,16
80 9,530 971,8 2,20 106 0,354 10-3 0,364 10-6 0,0626 47,34
90 9,466 965,3 2,14 106 0,315 10-3 0,326 10-6 0,0608 70,10
100 9,399 958,4 2,07 106 0,282 10-3 0,294 10-6 0,0589 101,33

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