MODULO 2: Experiencias en Planta Piloto

 

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Desarrollado por: Solange Dussaubat / Ximena Vargas E-mail: sdussaub@ing.uchile.cl / xvargas@ing.uchile.cl

 


1. Descripción de la planta

  • 1.1. Generalidades

  • 1.2. Sistema de Alimentación

  • 1.3. Estanque de Entrada

  • 1.4. Sistema de Coagulación

  • 1.5. Unidades Filtrantes

  • 1.6. Válvulas

2. Operación

  • 2.1. Llenado de planta piloto

  • 2.2. Modalidad Filtración

  • 2.3. Modalidad Autolavado

  • 2.4. Modalidad lavado con estanque

  • 2.5. Vaciado de la planta

3. Experiencia práctica

  • 3.1. Objetivos.

  • 3.2. Materiales.

  • 3.3. Métodos.

4. Guía de Trabajo - Experiencias

  • 4.1. Experiencia 1: Filtración Agua Turbia

  • 4.2. Experiencia 2: Autolavado

  • 4.3. Experiencia 3: Lavado con estanque

5. Trabajo post experiencia

  • 5.1. Experiencia 1: Filtración Agua Turbia

  • 5.2. Experiencia 2: Autolavado

  • 5.3. Experiencia 3: Lavado con estanque

6. Referencias

 

Bajar anexo guía equipo turbidímetro portatil


      1. Descripción de la planta

      1.1. Generalidades

     Con el objeto de servir de apoyo a la instrucción docente se ha diseñado una planta piloto para tratamiento convencional del agua. La capacidad de la planta es de 1l/s considerando una tasa de filtración media de 234 m3/m2/día. En una primera etapa se ha implementado solo los procesos de coagulación y filtración, esperando en el futuro agregar los procesos de floculación y sedimentación. En la tabla siguiente se resumen las características generales de la planta.

Proceso

Tipo

Cantidad

Estanque de entrada

Elevado

1

Coagulación

Vertedero triangular

1

Floculación

No disponible

-

Sedimentación

No disponible

-

Filtración

Rápidos, de lecho simple o mixto y tasa declinante

6

 

      1.2. Sistema de Alimentación

La planta piloto cuenta con dos sistemas de alimentación alternativos que son:

  • La red de agua potable del laboratorio.
  • La sentina del laboratorio.

Ambos sistemas alimentan al estanque ubicado a la entrada de la planta. Sin embargo, la alimentación desde la sentina, vía motobomba, permite llenar el estanque rápidamente y operar la planta a caudal constante debido a la existencia de un desagüe de rebase que descarta el exceso devolviéndolo a la sentina.

      1.3. Estanque de Entrada

La planta piloto cuenta con un estanque de material plástico de 1 m3 de capacidad. Como el material es traslúcido se puede ver directamente el nivel de agua y determinar el volumen  a partir de la graduación.

1.4. Sistema de coagulación

·     Coagulador (Mezcla Rápida)

La mezcla rápida se realiza con vertedero triangular, el cual tiene las siguientes características.

·         Canal rectangular de 20 cm de base y 15 cm de altura

·         Vertedero triangular de pared delgada.

·         Pequeño estanque receptor de agua coagulada de base cuadrada 40 cm y altura de 50 cm, como se esquematiza en la siguiente figura (Ref.1).

·     Dosificador

Para ajustar la dosis de coagulante se cuenta con una bomba peristáltica de caudal regulable, la que se alimenta de un bidón de 60 litros de capacidad máxima que contiene la solución de coagulante. Esta bomba descarga el coagulante al agua cruda inmediatamente aguas abajo del vertedero triangular, sobre la napa, a través de una ducha de flujo continuo la cual posee 5 orificios de 1mm. de diámetro. El esquema del sistema es presentado en la siguiente figura (Ref.2).

      1.5. Unidades Filtrantes

En los siguientes puntos se describe las unidades filtrantes:

·     Estructura de la Columna Filtrante

Dimensiones

Columna de acrílico

Tubería de PVC

Diámetro(mm)

280 (interior)

32 (exterior)

Alto (m)

2

1,6

 

·     Lecho Filtrante

El lecho filtrante es de 70 cm de espesor y puede ser mixto, por ejemplo de arena y carbón, o de una capa, por ejemplo arena.

·     Lecho Soportante

El lecho soportante corresponde a un lecho de tres capas: grava, gravilla y arena gruesa. En la tabla siguiente se presentan los espesores de cada capa:

Capa

Espesor (cm)

Arena Gruesa

5

Gravilla

10

Grava

20

Total

35

·     Drenaje

El sistema de drenaje corresponde a una tubería de PVC perforada a 60º sobre el diámetro horizontal, con 14 orificios de 4 mm de diámetro espaciados a 4 cm, posicionada a 5 cm del fondo del filtro, como se muestra en la siguiente figura (Ref.2).

·     Piezómetros

Cada unidad filtrante posee tomas piezométricas ubicadas a lo largo de la columna, según el detalle siguiente:

Piezómetro

Altura desde el fondo (cm)

Descripción

P1

5

Drenaje

P2

35

Nivel superior lecho soportante

P3

70

Lecho filtrante

P4

110

Nivel superior lecho filtrante

 

·     Medidor de volumen de agua

Cada filtro piloto posee un medidor que registra el volumen de agua que pasa por la tubería de agua filtrada-agua lavado, y registra, según sea la modalidad de operación, el volumen de agua filtrada o el volumen de agua para lavado de una unidad.

1.6. Válvulas

En las figuras a continuación se identifican las válvulas de la planta piloto.

 

Planta Piloto – Identificación de Válvulas (Ref.1)



      2. Operación

      2.1. Llenado de planta piloto

El llenado de la planta piloto se puede realizar utilizando la alimentación desde la red de agua potable o desde la sentina del laboratorio, vía motobomba.

En el primer caso el llenado de los filtros tarda aproximadamente 40 minutos. Los filtros están llenos, una vez que la salida de agua filtrada empiece a verter. Luego comienza el llenado del estanque de entrada.

A continuación se indica el estado de las válvulas durante el llenado desde la red de agua potable.

Válvula

Llenado de filtros

Llenado de estanque 

V-E

A

A

V-AC

A

A

V-AF

A

A

V-ASL

C

C

V-VS

A

A

V-BE

C

C

V-EC

A

C

V-D

C

C

A

Abierta

 

C

Cerrada

 

 

      2.2. Modalidad Filtración

Este proceso se debe comenzar solo si están llenos los filtros y el estanque. Durante la modalidad de filtración la regulación de la válvula del coagulador debe ser tal, que el nivel de agua en el estanque de carga no ahogue el vertedero triangular (ver figura siguiente – Ref.1).

Para poder determinar las pérdidas de carga de cada el filtro se debe esperar que se estabilicen los niveles piezométricos.

A continuación se resume el estado de las válvulas:

 

Válvulas en modalidad de filtración

Válvula

Modalidad Filtración

V-E

A

V-AC

A

V-AF

A

V-ASL

C

V-VS

A

V-BE

C

V-EC

A

V-D

C

A

Abierta

C

Cerrada

 

 

      2.3. Modalidad Autolavado
 

Como en la modalidad de autolavado el agua efluente de las unidades filtrantes permite el retrolavado de una unidad, la planta piloto debe estar operando simultáneamente en modalidad filtración y lavado. Es decir, se deben tener las válvulas de desagüe cerradas, vertedero de salida abierta, by pass del estanque cerrada, válvula del agua filtrada abierta (todos los filtros), válvula de entrada agua coagulada abierta (todos los filtros) y válvula de agua sucia de lavado cerrada (todos los filtros).

Lo que se puede observar en esta modalidad es el cambio de las cargas en los piezómetros, la tasa de filtración en los filtros que están operando y la tasa de lavado. También se puede observar la expansión del lecho.

A continuación se resume el estado de las válvulas:

 

Válvulas en modalidad de auto lavado

Válvula

Unidades modalidad filtración

Unidad modalidad lavado

V-E

A

-

V-AC

A

C

V-AF

A

A

V-ASL

C

A

V-VS

A

-

V-BE

C

-

V-EC

C

-

V-D

C

-

A

Abierta

 

C

Cerrada

 

 

2.4. Modalidad lavado con estanque

Para entrar en la modalidad de lavado con estanque se deben tener la unidad filtrante a lavar y el estanque de entrada llenos. Además las válvulas de salida de las unidades filtrantes que no se lavan deben estar cerradas como se muestra en la figura siguiente (Ref.1).

El estanque tiene la capacidad de retrolavar una unidad filtrante y este proceso dura entre 15-20 minutos. Por lo cual si se quiere lavar otro filtro se debe cerrar la válvula del by pass del estanque y esperar que se llene nuevamente.

Lo que se puede observar en esta modalidad es el cambio de las cargas en los piezómetros y la tasa de lavado. También se puede observar la expansión del lecho.

A continuación se resume el estado de las válvulas:

 

Válvulas en modalidad de lavado con estanque

Válvula

Unidades fuera de servicio

Unidad modalidad lavado

V-E

-

A

V-AC

C

C

V-AF

C

A

V-ASL

C

A

V-VS

C

-

V-BE

-

A

V-EC

C

-

V-D

C

-

A

Abierta

 

C

Cerrada

 

 

      2.5. Vaciado de la planta

Si se desea vaciar completamente la planta se debe:

1)      Cerrar el paso de agua al estanque y la válvula de seguridad.

2)      Abrir válvula de desagüe de los filtros,

3)      Abrir válvulas del agua filtrada.

4)      Abrir válvula by pass.

5)      Abrir válvula del vertedero.

A continuación se resume el estado de las válvulas:

 

Válvulas en modalidad de desagüe

Válvula

Estado

V-E

C

V-AC

A

V-AF

A

V-ASL

C

V-VS

A

V-BE

A

V-EC

A

V-D

A

A

Abierta

C

Cerrada

Una vez abiertas todas estas válvulas se debe esperar hasta que se vacíen todas las unidades de la planta.

 


      3. Experiencia práctica

      3.1. Objetivos

  • Aprender a operar una Planta Piloto y evaluar el funcionamiento de ésta de acuerdo a sus diferentes características.

 

  • Evaluar la eficiencia del proceso a través de la medición de Turbiedad.

 

  • Evaluar e interpretar adecuadamente los resultados que se deducen a partir de la experiencia práctica de operar una Planta Piloto.

 

  • Comparar los resultados obtenidos con los resultados citados por la literatura para operación y lavado de filtros.

 

      3.2. Materiales

Los materiales que se usarán en esta experiencia son los siguientes:

 

·         Planta Piloto propiamente tal

·         Turbidímetro Portátil[1] marca Oakton, Modelo: T-100

·         Cronómetro

·         Huincha de medir

  • Arcilla

 

3.3. Métodos

Básicamente el alumno deberá desarrollar alguna de estas tres experiencias:

 

·         Experiencia 1: Filtración Agua Turbia

·         Experiencia 2: Autolavado

·         Experiencia 3: Lavado con estanque

 


 

      4. Guía de trabajo - Experiencias

      4.1. Experiencia 1: Filtración Agua turbia

Para la modalidad de filtración con agua turbia se debe en primer lugar caracterizar las unidades de la planta:

  • Sentina.
  • Motobomba.
  • Estanque.
  • Agregado de coagulante.
  • Unidad filtrante que se utiliza.

A continuación  se da inicio a la experiencia realizando al menos las siguientes etapas:

  • Reproducir turbiedad en la sentina o en el estanque. Para ello se agrega arcilla al agua hasta que la turbiedad sea superior a 30 UNT. La proporción de arcilla a añadir al agua es aproximadamente 1gr de arcilla por cuatro litros de agua.
  • Poner en operación la motobomba.
  • Agregar coagulante.
  • Operar la planta al menos 15 minutos.

Una vez que esté funcionando normalmente la planta se debe medir cada 5 minutos durante 1 hora:

·         El volumen filtrado en función del tiempo de operación.

·         Las pérdidas de carga en función del tiempo de operación.

·         La turbiedad de entrada y salida de la planta.

      4.2. Experiencia 2: Autolavado

Para la modalidad de autolavado se debe en primer lugar caracterizar las unidades de la planta:

·         Sentina.

·         Motobomba.

·         Estanque.

·         Agregado de coagulante.

·         Unidades filtrantes indicando la que se lavará.

A continuación  se da inicio a la experiencia realizando al menos las siguientes etapas:

·         Operar el filtro que se va a lavar en modalidad de filtración durante 1 hora ( o lavar la unidad ocupada en la experiencia 1 por otro grupo).

·         Poner en operación la motobomba.

·         Operar la planta al menos 15 minutos.

Luego comienza la modalidad de autolavado y se debe medir cada 3 minutos durante 18 minutos:

·         Volumen de agua de lavado.

·         Volumen de agua filtrada por unidad durante el lavado de una unidad.

·         Pérdidas de carga.

·         Expansión del lecho.

·         Turbiedad agua sucia de lavado.

  
      4.3. Experiencia 3: Lavado con estanque

Para la modalidad de lavado con estanque se debe en primer lugar caracterizar las unidades de la planta:

·         Sentina.

·         Motobomba.

·         Estanque.

·         Agregado de coagulante.

·         Unidades filtrantes indicando la que se lavará.

A continuación se da inicio a la experiencia realizando al menos las siguientes etapas:

·         Operar el filtro que se va a lavar en modalidad de filtración durante 1 hora ( o lavar la unidad ocupada en la experiencia 1 por otro grupo).

·         Poner en operación la motobomba.

·         Operar la planta al menos 15 minutos.

·         Parar la motobomba dejando el estanque lleno.

Luego comienza la modalidad de lavado del filtro y se debe medir cada 3 minutos durante 18 minutos:

·         Volumen de agua de lavado.

·         Nivel de agua en el estanque.

·         Pérdidas de carga.

·         Expansión del lecho.

·         Turbiedad agua sucia de lavado.

 

 


      5. Trabajo post experiencia

      5.1. Experiencia 1: Filtración Agua turbia

Se debe determinar:

·         Tasa de filtración máxima, media y mínima.

·         Variación de la tasa en función del tiempo y la pérdida de carga.

·         Eje hidráulico.

·         Eficiencia de tratamiento en función del tiempo.

      5.2. Experiencia 2: Autolavado

Se debe determinar:

·         Turbiedad agua sucia de lavado en función del tiempo.

·         Tasa de lavado máxima, media y mínima.

·         Eje hidráulico.

·         Porcentaje de expansión.

      5.3. Experiencia 3: Lavado con estanque

Se debe determinar:

·         Turbiedad agua sucia de lavado en función del tiempo.

·         Tasa de lavado máxima, media y mínima.

·         Eje hidráulico.

·         Porcentaje de expansión

 

 


      6. Referencias

1.      Opazo Ricardo, Diseño e Implementación de Planta Piloto de Tratamiendo de Agua Potable con Fines Docentes, Memoria De Título, U.de Chile, 2004.

2.      Robles Susana, Optimización de Procesos de Lavado de Filtros Granulares, Memoria de Título, U.de Chile, 2005.