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8/18/2019 Aireadores de Fuente o Surtidores
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Aireación.
El proceso de aireación consiste en poner el agua
en contacto íntimo con el aire para modifcar lasconcentraciones de sustancias volátiles contenidasen ella. De igual manera, la aireación permite:• Transerir oxígeno disuelto.• Remover compuestos orgánicos volátiles (COV!
productores de olores " #a$ores• Eliminar an%ídrido car$ónico (CO&.
• Remover ácido sul%ídrico ('.• Remover %ierro (e " )anganeso ()n.• Eliminar gas metano (C'*! gas cloro (Cl& "
amonio (+'*.
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Aireación.
• ,a aireación contri$u"e a la purifcación del agua
mediante el arrastre o $arrido de las sustanciasvolátiles causado por la me-cla tur$ulenta delagua con el aire " por el proceso de oxidación delos metales " los gases ue contiene el aguacruda.
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Aireación.
Fundamentos.
• Todo soluto tiende a diundirse en una solución %astaue la composición se %ace %omog/nea.
• 0na sustancia se mueve espontáneamente de una-ona de alta concentración a una -ona de
concentración inerior.• ,as temperaturas altas aumentan la volatilidad de loscompuestos " disminu"en su valor de saturación.
• ,a aireación para la remoción de sustancias volátileses mas efciente en aguas cálidas ue rías.
• ,a remoción por aireación de gases como el '! CO& "+'1 es unción del p' del agua.
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Aireación.2e acuerdo con la primera Ley de Fick " lateoría de la capa liuida estacionaria! la tasa decam$io en la concentración de una sustanciavolátil se expresa por la ecuación3
dC4dt 5 Tasa de cam$io en la concentración!mg4,.s.6 5 Coefciente de transerencia de la sustanciavolátil! m4s.7 5 8rea de contacto entre la ase gaseosa " laase liuida! m&.V 5 Volumen de la ase liuida! m& .
C# 5 Concentración de saturación del gas en el
liuido! mg4,.
( )S KA C C dC dt V
−
= −
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Aireación.
Desorción de un gas.
Ecuaciones de Lewis y Whitman.En la desorción o liberación de un gas! o sea
cuando la concentración del gas disminu"e con eltiempo o se desgasifca una solución so$resaturada!la tasa de diusión! dC4dt! aumenta a medida ue laconcentración 9C: disminu"e.
( ) KAt
V
S o S C C C C e−
= + −
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Aireación.En la absorción de gases! o sea cuando laconcentración del gas aumenta con el tiempo o periodo
de aireación la ecuación es dierente.
Absorción de un
gas.
En este caso la tasa de a$sorción del gas disminu"e amedida ue la concentración aumenta.
0( )
KAt V
S S C C C C e−
= − −
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Aireación.,as ecuaciones de Lewis y Whitman indicanue:
• ,a tasa de transerencia del gas para cualuier tiempo9t: es proporcional a la dierencia entre las
concentración de saturación C#! " la concentración9C: del gas en el agua.
• ,a tasa de transerencia es directamente proporcionala la relación del área de contacto entre la asegaseosa " la ase liuida con el volumen de la aseliuida! 74V.
• ,a tasa de transerencia es directamente proporcional
al coefciente de transerencia del gas! 6.• ,a cantidad de gas transerido es ma"or a medida ue
aumenta el tiempo de aireación.• ,a temperatura " la presión son actores importantes
porue aectan los valores de C#! de la diusividad "del coefciente de transerencia del as! 6.
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Aireación.
actores undamentales a considerar en
el dise;o de aireadores. – El tiempo de aireación. – ,a relación 74V. – Ventilación adecuada.
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!ipos de aireadores
Pueden ser: Aireadores de fuente o surtidores.
Aireadores mecánicos.
Columnas verticales o lechos empacados.
Charolas o canales perforados Aireadores en cascada y vertederos.
Planos inclinados.
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Aireadores de "uente o surtidores
• Consisten en una serie de to$eras f? con elplano %ori-ontal! de tal manera ue elagua se rompe en gotas peue;as.
• Este tipo de aireadores %a sido usadopara la remoción de CO& " la adición deoxigeno.
• Tienen un gran valor est/tico! peroreuieren un área grande. E
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7ireadores de uente o surtidores
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Aireadores de "uente o surtidores
,a velocidad inicial de una gota de aguaemergente de una to$era o $ouilla esta dadapor la ecuación3
En unción del caudal la expresión se
presenta3 V> 5 Velocidad inicial! m4s.g 5 7celeración de la gravedad!m4s& .% 5 Carga %idráulica o energía
total so$re la $ouilla! m.C
d5 Coefciente de descarga!determinadoexperimentalmente!depende de su tipo " orma.@eneralmente! entre >.AB ">.=B.
7 5 8rea de la seccióntransversal del orifcio de
0 2V gh=
0
.
.
2d
Q V A
Q V A
Q C A gh
=
=
=
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Aireadores de "uente o surtidores!rayectoria teórica de un chorro deagua.
,a tra"ectoria de un c%orro de agua en el aire puede anali-arse
teóricamente! aplicando el teorema de Dernoulli! con3• El termino de presión igual a cero.• ,a sumatoria de las alturas de velocidad " de posición de$e ser
igual a cero en todos los puntos de la línea de corrientedescrita por el c%orro $a
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Aireadores de "uente o surtidores• #elocidad inicial de una part$cula de %uido.
• #elocidad de una part$cula de %uido.
Vx 5 ermanece constante durante todo el movimiento.
V" 5 Varia con el tiempo de$ido a ue %a" aceleración.
0
0
cos x
y
V V
V V sen gt
θ
θ
=
= −
2 2 2
2 2
x y
x y
V V V
V V V
= +
= +
0 0
0 0
x
y
V V cos
V V sen
φ
φ
=
=
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Aireadores de "uente o surtidores
• De acuerdo a las ecuaciones de &ewton paramo'imiento uni"ormemente acelerado! las coordenadasde una partícula de Fuido ue pasa de la to$era a un punto9: de la tra"ectoria están dadas por las siguientesecuaciones3
0
0( cos )
x x V t
x V t φ
=
=
2
2
0 2
0 2( )
gt
y
gt
y V t
y V sen t φ
= −
= −
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Aireadores de "uente o surtidores• 7demás3
G 5 Coordenada %ori-ontal del punto 9:.
H 5 Coordenada vertical del punto 9:.t 5 Tiempo de aireación.V> 5 Velocidad inicial del c%orro.
5 7ngulo de inclinación del c%orro con la
%ori-ontal.g 5 7celeración de la gravedad.
22 200 0
2 2 2
0 0 0
2 2 2
y x
x y
V V V
g g g
V V V = +
= +
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Aireadores de "uente o surtidores
• El tiempo teórico de e(posición de una gota!
de agua o tiempo de vuelo de la partícula deFuido! se produce cuando la coordenada 9y: esigual a cero " estará dado por la ecuación.
2
2
0 2
0 2
2
0
0
2
2
( )
0 ( )
2( )
2( )
2
o
gt
gt
V sen
g
hd g
y V sen t
V sen t
V sen t gt
V sen gt
t
t C sen
φ
φ
φ
φ
φ
φ
= −
= −
=
=
=
=
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Aireadores de "uente o surtidores
• La distancia hori)ontal cubierta durante eltiempo e 'uelo o tiempo de exposición de la
partícula de agua se encuentra sustitu"endo el tiempode vuelo en la ecuación de la coordenada 9(: delFuido.
#ustitu"endo laidentidadtrigonom/trica en laecuación3
( )2 2
0 0
2
0
0
2
0
2 cos 2 cos
2
( cos )
( cos ) oV sen
g
V sen sen V
g g
V sen
g
x V t
x V
x
x
φ
φ φ φ φ
φ
φ
φ
=
=
= =
=
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7ireadores de uente o surtidores.
• or simetría en la tra"ectoria de la partícula de
Fuido! la altura máxima de la tra"ectoria! so$re lato$era se produce en la mitad del tiempo utili-adoen el tiempo de vuelo o tiempo de exposición.
t 5 5 Tiempo de vuelo de la partícula de Fuido.
t 5 5 Tiempo de vuelo de la partícula de Fuidoen la mitad del tiempo de vuelo oexposición.
t 5 5 Tiempo para alcan-ar la altura máxima.
•
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Aireadores de "uente o surtidores.
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )
2
20
0
20
2 2
0 0
2 2 20 0 0 0
20
0 2
0 2
0 02 2
0 2 2
max 2
V sen
g
V sen
g o
y y y y
y
gt
y
g V sen
y g
g
V sen V sen V sen y y g g g
V V V V
y g g g g
V g
y V t
y V
y V V
y V
y
φ
φ
φ
φ φ φ
= −
= −
= − = −
= − = −
=
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Aireadores de "uente o surtidores.
*riterios de dise+o.• @eneralmente se usan to$eras con3 2iámetros! 25 &.B a 1.J cm (K a
K.B9.
Caudal! 5 *.A a KK l4s (AB a KAB@).
resiones! 5 L= Ma (>.A Mg4cm&
Espaciamiento 5 >.L a 1.L m El área reuerida 5 >.KK a >.1& m& porl4s.
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Aireadores de "uente o surtidores.
El procedimiento de dise+o. Consiste en3• Esta$lecer el tiempo de aireación o de contacto(t
del c%orro de agua.• 2eterminar la carga %idráulica (% necesaria para
el tiempo de contacto dado en la $ouilla ensituación mas desavora$le.
• Esta$lecer la velocidad del c%orro a la salida delas $ouillas(.
• 2eterminar el caudal ( descargado por cada$ouilla " el numero de $ouillas reuerido.
• 2eterminar la altura(H " la distancia%ori-ontal(G ue alcan-aran los c%orros.
• Esta$lecer las dimensiones del tanue receptor!de acuerdo con la distri$ución escogida por las
$ouillas.
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Aireadores de "uente o surtidores.
ateriales de construcción.
• #e recomienda ue se utilice en la construcción de lossurtidores materiales anticorrosivos.
Des'enta-as operati'as.
• 7unue las uentes son mu" atractivas " proveen una
relación alta de área por unidad de volumen para to$erasde gotas fnas! tiene la desventa