Aplicación de un modelo de dinámica de fluidos computacional para diseñar tanques de floculación vertical de tratamiento de agua

• Autor: Jiménez Motta, Jorge Victor
• Formato: tesis de grado
• Fecha de Publicación: 2023
• Institución: Universidad Nacional de Ingeniería
• Repositorio: UNI-Tesis
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:cybertesis.uni.edu.pe:20.500.14076/24836
• Enlace del recurso: http://hdl.handle.net/20.500.14076/24836
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Floculación; Diseño de sistemas; Plantas de tratamiento de agua; Dinámica de fluidos computacional; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.01.01

El proceso de floculación es una de las etapas más importantes dentro de los procesos que intervienen en una planta de tratamiento de agua potable. Un diseño inadecuado del sistema de floculación no solo impactará de forma negativa sobre la eficiencia de la unidad, sino además sobre la eficiencia de las unidades de tratamiento siguientes, lo cual comprometerá la calidad final del agua tratada. En este contexto, el presente trabajo de investigación se enfocó en estudiar a profundidad el comportamiento hidrodinámico de los floculadores hidráulicos de pantallas de flujo vertical con el propósito de mejorar su diseño. Esto se consiguió mediante la aplicación del programa de dinámica de fluidos computacional FLOW-3D. En la etapa inicial de este estudio se realizó el dimensionamiento de 256 unidades de floculación vertical, aplicando la norma OS.020 del Reglamento Nacional de Edificaciones y las pautas de diseño del CEPIS, las cuales se obtuvieron al considerar diferentes escenarios de gradientes de velocidad de diseño (30 s-1 - 90 s-1), tiempos de retención (3 min - 9 min), alturas de agua (3 m - 6 m) y longitudes de tanque (4,5 m - 9 m). En la etapa siguiente, se desarrolló el proceso de simulación del grupo de unidades anteriormente diseñadas aplicando el modelo de dinámica de fluidos computacional FLOW-3D. Para ello, inicialmente se realizó la validación del modelo utilizando datos numéricos de velocidad (validados experimentalmente) extraídos de un estudio similar. Seguidamente, se determinaron los valores de gradiente de velocidad e índices de eficiencia hidráulica (Morrill y θ10) para cada unidad de floculación vertical. Posteriormente, los resultados obtenidos fueron resumidos en múltiples gráficos en donde se analizó como la modificación de los parámetros de diseño influye sobre la eficiencia de las unidades, encontrando mejoras del orden del 40 %. Finalmente, se propusieron algunas expresiones en función de los parámetros de diseño, obtenidas mediante regresiones lineales múltiples, para la determinación del gradiente de velocidad promedio y de los índices de eficiencia hidráulicos. Estos resultados serán de ayuda para una mejor selección de los parámetros de diseño, con el fin de orientar a los diseñadores hacia diseños futuros de unidades de floculación vertical mucho más eficientes.