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MEMORIA DE CÁLCULO

SEDIMENTADOR DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN. "PISICOLA EL SAUCO"

PRESENTADA POR OSCAR CATALAN SANCHEZ

ELABORADA POR GONZALO VASQUEZ F. Técnico Pesquero Acuicultor. [email protected]

REVISADA POR GABY ITURRIAGA BUSTOS Ingeniero Civil [email protected]

1.- DIMENSIONAMIENTO DEL SEDIMENTADOR.

El diseño de la piscicultura " El Sauco" considera la instalación de un sistema de tratamiento de aguas efluentes con el objeto de cumplir con lo dispuesto en el D.S. 290/2001, Norma de Emisión para la Regulación de Contaminantes Asociados a las Descargas de Residuos Líquidos a Aguas Marinas y Continentales Superficiales y lo dispuesto en el D.S. 427/1989, SERNAPESCA, que define que los sedimentadores instalados en centros de producción hidrobiologíca deben tener una eficiencia superior al 85 % en retención de sólidos suspendidos.

Base de Cálculo para Dimensionamiento de Sedimentador. Para calcular el caudal total a tratar en el equipo sedimentador nos remitimos al punto 5.2 de la DIA, que nos entrega un cuadro resumen del Q total a usarse en la etapa de producción. bateas de incubación 24 0,5 12 15 360 estanques de 1º alimentación 16 2 32 41,6 667 estanques de alevinajé 10 20 200 416,6 4.166

Nº unidades de cultivo mt3 x estanque mt3 instalados Q x estanque (lt/min) Q total (lt/min)

tabla 1

Del cuadro anterior tenemos que Q = 5.193 lts/min., el que se duplicara para efectos de dimensionar el tamaño del sedimentador con objeto de satisfacer la futura demanda cuando se incremente la producción a contar del quinto año del proyecto. De lo anterior tenemos que el caudal a tratar será de 623,16 metros cúbicos hora, (10.386 mt3/min). El área superficial del sedimentador se obtiene de :

As =

Q__ Tes es

Donde: As = área superficial del sedimentador en m2 Q = caudal a tratar en m3 x hora Tes = tasa especifica de sedimentación en m3/m2 x hora. Para efectos de cálculo se empleará una Tes recomendada de 6.7 m3/m2 x hora. Aplicando la fórmula mencionada tenemos: As = 623,16 mt3 x hora 6.7 mt3/mt2 x hora. As = 93 mt2

Considerando una relación de ancho/largo de 1/3 para efecto de calcular las medidas interiores del sedimentador aplicamos la fórmula :

As = Lg x An

Donde: Lg = largo del sedimentador en metros An = ancho del sedimentador en metros. y aplicando la relación ancho/largo = 1/3 tenemos.

Lg = 3An

Reemplazando Lg en la formula tenemos:

As = 3An x An

2

As = 3 An

2

An = As 3 An = 93 mt2 3

An = 5.6 m Con Lg = 3 An, Lg = 16,8 mts

Las dimensiones del sedimentador son :

largo ancho alto operacional volumen

tabla 2

16.8 5.6 1.5 141.12

metros metros metros metros cúbicos

Tiempo de Retención Hidráulico. Es el tiempo que demoraría una partícula en recorrer la longitud del sedimentador en sentido horizontal desde el momento de su entrada al sistema y se estimara para calcular la eficiencia el sedimentador.

Trh = V rh Q

Trh = 141.12 mts3 10.386 mts3 x min. Trh = 13,6 minutos

2.- EFICIENCIA DEL SEDIMENTADOR.

Según el D.S. 427/1989, SERNAPESCA, la eficiencia del sedimentador debe ser como mínimo 85% en la separación de sólidos sedimentables. Para esto es necesario verificar que la trayectoria de cada partícula tenga como destino el fondo del sedimentador y que no sea arrastrada con el efluente hacia el río. Para la determinación de la eficiencia del sedimentador nos remitiremos a los antecedentes bibliográficos aportados por la DIA de la piscicultura Catripulli, en la cual se obtuvo la densidad y el diámetro hidratado de diferentes tipos de alimento utilizados en piscicultura y de las fecas generadas. Los resultados obtenidos fueron los siguientes: Diámetro hidratado y densidad relativa ps para fecas y alimento. esfericidad diámetro sustancia fecas alimento mm 0,2 0,75 2 1,375 densidad relativa ps

(gr/ ml ) / (kg/ m3)

1.017 / 1017 1.051/ 1051

tabla 3 .-Fuente. DIA piscicultura Catripulli

Sedimentación. Es el proceso por el cual las partículas más pesadas que el agua, que se encuentran en suspensión, son removidas por la acción de la ley de gravedad imprimiéndoles un movimiento vertical uniformemente acelerado caracterizado por la velocidad de sedimentación. Para obtener las velocidades de sedimentación se aplica la ley de Newton ­ Stokes simplificada para partículas de diámetro dp :

Vs = s

4g x ( ps x p) x dp 3Cd x p d

Donde: Vs = velocidad de sedimentación g = constante de gravedad 9,8 m/s2 dp = diámetro de partícula en m (Tabla 3) Cd = coeficiente de arrastre ps = densidad de sólidos en kg/mt3 (Tabla 3) p = densidad del efluente, con agua a 12º Celsius = 998,9 (kg/mt3)

El coeficiente de arrastre Cd se calcula por medio del número de Reynolds R:

Cd = 24 + 3 + 0,34 d R R

El número de Reynolds se calcula con la ecuación.

R = p x Rh x Vf h f u

Donde: -5

u = viscosidad dinámica del agua 110,4 x 10 (kg/m x s)

Rh = radio hidráulico del sedimentador. Vf = velocidad de flujo (m/s)

La velocidad del flujo se calcula con la fórmula:

Vf = f

Q__ An x Pr

Donde: Q = caudal de entrada An = ancho del sedimentador Pr = profundidad del sedimentador Vf = 0,1731 5,6 x 1,5

Vf = 0,020 m/seg f

El Rh se calcula a partir del ancho An y la profundidad Pr. Rh = An x Pr An + 2Pr Rh = 5,6 x 1,5 5,6 + 3 Rh = 1m h

Reemplazando los valores obtenemos el número de Reynolds (adimensional) R = p x Rh x Vf

u

R = 998,9 x 1 x 0,020 -5 110,4 x 10 R = 18096

Reemplazando el número de Reynolds en la ecuación del coeficiente de arrastre tenemos: Cd = 24 + 3 + 0,34 R R Cd = 0,001326 + 0,023 + 0,34

Cd = 0,363

Finalmente, con el valor obtenido para Cd, reemplazando en la fórmula de la ley de Newton ­ Stokes, obtenemos las velocidades de sedimentación para cada tipo de partícula (fecas y alimentos) y el tiempo asociado para luego compararlo con el tiempo de retención hidráulico:

Vs = s

4g x ( ps x p) x dp 3Cd x p d

Para fecas:

Vs =

39,2 x (1017 ­ 998,9) x 0.002 1087,8 0.037 m/seg

Vs =

Finalmente calculamos el tiempo de sedimentación:

Tts = t

Pr Vs s

1,5 m 0.037 m/seg

Tts =

Tts = 40.5 seg Tts = 0.68 minutos

Con Trh = 13,6 minutos Tts < Trh

.

Para alimento:

Vs =

39,2 x (1051 ­ 998,9) x 0.001375 1087,8 0.051 m/seg

Vs =

Finalmente calculamos el tiempo total de sedimentación:

Tts = ts

Pr Vs s

1,5 m 0,051 m/seg

Tts =

Tts = 29.4 seg Tts = 0.49 minutos

Con Trh = 13,6 minutos Tts < Trh

.

Conclusiones. De los cálculos anteriores, las partículas más lentas correspondientes a las fecas, llegan 20 veces antes al fondo del sedimentador que a su salida, considerando que el tiempo que demoran en llegar a esta, corresponde al tiempo de retención hidráulico igual a 13.6 minutos.

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