Diseño de Tanque de Sedimentación

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Diseño de Tanque de Sedimentación Rectangular Dimensiones del Tanque: Profundidad ($H$): $4.5 \text{ m}$ Ancho ($W$): $6 \text{ m}$ Longitud ($L$): $35 \text{ m}$ Tasa de Flujo de Proceso ($Q$): $525 \text{ m}^3/\text{h}$ Parámetros Clave Área Superficial ($A_s$): $A_s = L \times W = 35 \text{ m} \times 6 \text{ m} = 210 \text{ m}^2$ Volumen del Tanque ($V$): $V = L \times W \times H = 35 \text{ m} \times 6 \text{ m} \times 4.5 \text{ m} = 945 \text{ m}^3$ Tasa de Carga Superficial ($v_0$): $v_0 = \frac{Q}{A_s} = \frac{525 \text{ m}^3/\text{h}}{210 \text{ m}^2} = 2.5 \text{ m}/\text{h}$ También conocida como velocidad de asentamiento crítica. Partículas con velocidad de asentamiento $v_s \ge v_0$ se removerán. Tiempo de Retención Hidráulico ($\theta$): $\theta = \frac{V}{Q} = \frac{945 \text{ m}^3}{525 \text{ m}^3/\text{h}} = 1.8 \text{ h}$ Tiempo promedio que el agua permanece en el tanque. Velocidad Horizontal del Agua ($v_h$): $v_h = \frac{Q}{W \times H} = \frac{525 \text{ m}^3/\text{h}}{6 \text{ m} \times 4.5 \text{ m}} = \frac{525}{27} \approx 19.44 \text{ m}/\text{h}$ Concepto de Sedimentación La eficiencia de un tanque de sedimentación depende de la relación entre la velocidad de asentamiento de las partículas ($v_s$) y la tasa de carga superficial ($v_0$). Si $v_s \ge v_0$: La partícula se asentará completamente en el fondo antes de salir del tanque. Si $v_s Representación del Flujo y Partículas Entrada Salida Sedimentos Partículas asentándose Explicación Gráfica: Agua Fluyendo (Azul): Se observa el flujo principal de agua de izquierda a derecha (flechas azules). La velocidad horizontal ($v_h$) es constante a lo largo de la sección transversal. Partículas Asentadas (Marrón): En el fondo del tanque, se acumulan las partículas que tienen una velocidad de asentamiento ($v_s$) mayor o igual a la tasa de carga superficial ($v_0$). Estas partículas se han removido eficazmente del flujo de agua. Partículas Sedimentando Lentamente (Verde): En la sección media del tanque, se muestran partículas que están en proceso de asentamiento. Su trayectoria es una combinación de la velocidad horizontal del agua y su propia velocidad de asentamiento vertical. Estas partículas tienen $v_s Algunas de estas partículas llegarán al fondo si el tiempo de retención es suficiente. Otras, con velocidades de asentamiento muy bajas, pueden ser arrastradas fuera del tanque con el efluente. Consideraciones Adicionales Velocidad de Asentamiento de Partículas ($v_s$): Depende del tamaño, forma y densidad de la partícula, así como de la densidad y viscosidad del fluido (agua). Se calcula usando la Ley de Stokes para partículas pequeñas y números de Reynolds bajos. Rendimiento del Tanque: La fracción de partículas de un tamaño dado que se remueve es $\frac{v_s}{v_0}$. Para una remoción eficiente, se busca que $v_s \ge v_0$. Flujo Ideal vs. Real: Este cálculo asume un flujo ideal (pistón), sin cortocircuitos ni zonas muertas. En la práctica, se usan deflectores y vertederos para mejorar la distribución del flujo.