FILTRACIÓN DE AGUA

• La filtración consiste en la remoción de partículassuspendidas y coloidales presentes en unasuspensión acuosa que escurre a través de un medioporoso.

• Es la responsable principal de la producción de aguade calidad coincidente con los estándares depotabilidad.

FILTRACIÓN DE AGUA MECANISMOS DE FILTRACIÓN

• La filtración usualmente es considerada como el resultado de dos mecanismos distintos pero complementarios: transporte y adherencia.

• El transporte de partículas es un fenómeno físico e hidráulico.

• La adherencia entre partículas y granos esbásicamente un fenómeno de acciónsuperficial, que es influenciado porparámetros físicos y químicos.

FILTRACIÓN DE AGUA MECÁNISMOS DE TRANSPORTE

• CERNIDO: El cernido, en general, actúa solo en lascapas más superficiales del lecho y con partículasrelativamente fuertes, capaces de resistir losesfuerzos cortantes producidos por el flujo, cuyavelocidad aumenta en las constricciones. Este es elúnico mecanismo presente en la filtración lenta

FILTRACIÓN DE AGUA MECANISMOS DE TRANSPORTE

• SEDIMENTACIÓN: La sedimentación solo puede producirse con

material suspendido relativamente grande y denso, cuya velocidadde asentamiento sea alta y en zonas del lecho donde la cargahidráulica sea baja.

• INTERCEPCIÓN: Normalmente, el régimen de escurrimiento durantela filtración es laminar y, por lo tanto, las partículas se mueven a lolargo de las líneas de corriente. Debido a que las partículassuspendidas tienen una densidad aproximadamente igual a la delagua, ellas serán removidas de la suspensión cuando, en relacióncon la superficie de los granos del medio filtrante, las líneas decorriente están a una distancia menor que la mitad del diámetro delas partículas suspendidas.

FILTRACIÓN DE AGUA MECANISMOS DE TRANSPORTE

• DIFUSIÓN: Se ha observado que las partículasrelativamente pequeñas presentan un movimientoerrático cuando se encuentran suspendidas en unmedio líquido “Movimiento browniano” y se debe alaumento de la energía termodinámica y a ladisminución de la viscosidad del agua.

FILTRACIÓN DE AGUA MECANISMOS DE TRANSPORTE

FILTRACIÓN DE AGUA MECANISMOS DE TRANSPORTE

• ADHERENCIA: interacción entre las fuerzaseléctricas y las de Van der Waals, y al enlacequímico entre las partículas y la superficie delos granos de un material intermediario.

PÉRDIDA DE CARGA

• Al pasar un fluido Q a través de un lecho filtrantegranular de profundidad L, la fricción que el fluidosufre al atravesar los poros produce una pérdida decarga h.

• Al comenzar la operación de un filtro, los granos dellecho están limpios y la pérdida de carga se deberásolamente al tamaño, forma y porosidad del mediofiltrante y a la viscosidad y velocidad del agua.

PÉRDIDA DE CARGA

• Pérdida de carga inicial Ho es lineal.

• Pérdida por colmatación:

• será acumulativa, esta en función de los depósitos específicos del lecho.

• Aumenta a medida que las partículas son retenidas en los poros. Y variade una capa a otra en un instante (t).

• La filtración debe ser suspendida cuando la linea de carga hidráulica quetoca el eje vertical llegue al punto A. esto con el fin de evitar presionesnegativas en el lecho, liberando el OD, ocupando los poros del lecho

PÉRDIDA DE CARGA INCIAL

• Donde:

• f = constante experimental y adimensional, igual a 5

• v = viscosidad cinemática

• g = aceleración de la gravedad

• L = profundidad del lecho

• ε0 = porosidad inicial

• V = velocidad de filtración

• A/V= relación área de la partícula /volumen de la partícula

• “ecuación de Kozeni, que solo es aplicable para esferas con flujo laminar”

PÉRDIDA DE CARGA INCIAL

• En el caso de los filtros lentos. Hay que considerar la dispersión de las partículas así:

• Xi = Fracción en peso de material retenido entre dos tamices consecutivos, en un ensayo granulométrico.

• di = Diámetro promedio geométrico entre dos tamices.

FILTRACIÓN DE AGUAFILTRACIÓN LENTA

FILTRACIÓN LENTA EN ARENA

• Consiste en un tanque con un lecho de arena fina, colocadosobre una capa de grava que constituye el soporte de la arenala cual, a su vez, se encuentra sobre un sistema de tuberíasperforadas que recolectan el agua filtrada. El flujo esdescendente, con una velocidad de filtración muy baja quepuede ser controlada preferiblemente al ingreso del tanque.

FILTRACIÓN LENTA EN ARENA

FILTRACIÓN LENTA EN ARENA

• Una unidad de filtración lenta en arena constageneralmente de los siguientes elementos: a) caja defiltración y estructura de entrada, b) sistema dedrenaje, c) lecho filtrante, d) capa de aguasobrenadante y e) dispositivos para regulación,control y rebose

FILTRACIÓN LENTA EN ARENA CONSIDERACIONES

• La velocidad de filtración varía entre los 0.1 y 0.2 m/h dependiendo de lacalidad del agua cruda.

• La altura del agua sobre el lecho filtrante puede variar entre 1.0 y 1.50 m.

• El medio filtrante debe estar compuesto por granos de arena duros yredondeados, libres de arcilla y materia orgánica. La arena no debecontener más de 2% de carbonato de calcio y magnesio.

• Turbiedad Máxima: 50 UNT.

• Desde el punto de vista económico para muchas poblaciones no mayoresa 5.000 habitantes.

• Cumplir con requisitos de calidad del agua cruda: Turbiedad no superior a50 UNT durante la mayor parte del año, con picos no mayores a 150 UNTen cortos períodos.

• Color no superior a 30 UPC y eventualmente a 50 UPC en cortos períodos.

• Coliformes fecales normalmente no superior a 500 NMP/100 ml.

FILTRACIÓN LENTA EN ARENA

FILTRACIÓN LENTA EN ARENA CORTES

DISEÑO FILTRACIÓN LENTA EN ARENA

• Área superficial (As) = Qd /N x Vf

• Donde: As = m2

• Vf = velocidad de filtración (m/h)

• Qd = caudal de diseño (m3/h)

• N = número de unidades

DISEÑO FILTRACIÓN LENTA EN ARENA

• Coeficiente de mínimo costo (K):

K = (2*N)/(N+1).

• Longitud de unidad:

L = (As*K)^1/2

• Velocidad de filtración real (VR):

VR = Qd/(2*A*B)

TALLER CLASE FLA

• Diseñar un FLA para un Q = 3.60 lps y su turbuedad es 45 UNT.

• Determine dimensiones y haga un esquema en planta y perfil

LAVADO DE MEDIOS FILTRANTES

• Durante el proceso de filtrado, los granos delmedio filtrante retienen material hastaobstruir el paso del flujo, lo que obliga alimpiarlos periódicamente

FLUIDIFICACIÓN DE MEDIOS POROSOS

• Cuando se introduce un flujo ascendente en un mediogranular, la fricción inducida por el líquido al pasar entre laspartículas produce una fuerza que se dirige en sentidocontrario a la del peso propio de los granos y que tiende areorientarlos en la posición que presente la menor resistenciaal paso del flujo

CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO FILTRANTE

Caracteristicas que influyen en al filtración:

• a) tipo del medio filtrante:

• b) características granulométricas del material filtrante

• c) peso específico del material filtrante.

• d) espesor de la capa filtrante.

TIPO DEL MEDIO FILTRANTE

• Debe seleccionarse de acuerdo con la calidad que se desea para el agua filtrada.

• Duración de la carrera de filtración (capacidad de retención)

• La facilidad de lavado.

• Costos.

• Disponibilidad.

• Pueden ser de una sola capa (ARENA) o dobles; (ARENA Y ANTRACITA)

CARACTERÍSTICAS GRANULOMÉTRICAS DEL MATERIAL FILTRANTE

• Tamaño efectivo (TE): en relación con el porcentaje (en peso acumulado)que pasa por las mallas de una serie granulométrica, el tamaño efectivo serefiere al tamaño de granos correspondiente al porcentaje de 10%.

• Coeficiente de uniformidad (CU): en relación con el porcentaje (en pesoacumulado) que pasa por las mallas de una serie granulométrica elcoeficiente de uniformidad es igual a la relación entre el tamaño de losgranos correspondientes a 60% y el tamaño de los granos correspondientea 10%.

• Coeficiente de esfericidad (Ce): El coeficiente de esfericidad de una partícula se define como el resultado de la división del área superficial de la esfera de igual volumen a la del grano por el área superficial de la partícula considerada.

PESO ESPECÍFICO DEL MATERIAL FILTRANTE

• El peso específico (Pe) del material es igual al peso de los granos divididopor el volumen efectivo que ocupan los granos.

ESPESOR DE LA CAPA FILTRANTE

• El espesor de la capa de antracita representadel 60 al 80%; y la arena, del 20 al 40% delespesor total del medio filtrante. De estemodo, un medio filtrante de 70 cm de espesortendrá aproximadamente 50 cm de antracita y20 cm de arena.

TIPOS DE FILTROS RÁPIDOS

• Se clasifican según:

• Lecho filtrante

• Sentido de la filtración:

• Control operacional

FILTRACIÓN POR GRAVEDAD

• Filtración ascendente:

• Tasa de filtración: 120 a 200 m3/m2/día.

• Fondo de los filtros: tipo Leopold, tuberías perforadas y placas perforadas son los más comunes.

• Distribución de agua a los filtros: caja provista de vertederos, de la cual parten tuberías individuales o tuberías individuales provistas de medidores y reguladores de caudal.

FILTRACIÓN POR GRAVEDAD

• Filtración ascendente y descendente:

FILTRACIÓN POR GRAVEDAD

• Filtración descendente tasa constante y nivel variable:

FILTRACIÓN POR GRAVEDAD

• Filtración descendente tasa declinante :

FILTRACIÓN POR GRAVEDAD

• Filtración descendente tasa declinante:

FILTRACIÓN A PRESIÓN

• Filtración a presión:

DRENAJE DE LOS FILTROS RÁPIDOS

BATERÍA DE FILTROS DE TASA DECLINANTE