Diseño teórico de mamparas de flujo vertical para un sedimentador de electrocoagulación usando dinámica de fluidos bifásica

Abstract

La actividad industrial curtidora contamina en gran medida por las aguas residuales que desecha al medio ambiente, por lo que se han dirigido esfuerzos para el desarrollo de tratamientos que minimicen su impacto ambiental. Dentro de la División de Ciencias Naturales y Exactas se ha diseñado un prototipo de sedimentador a escala pre-piloto empleado como reactor de electrocoagulación para tratar y remover contaminantes de un efluente real de esta industria. Sin embargo, se ha reportado que las zonas funcionales de los tanques de sedimentación presentan problemas de diseño hidráulico y de proceso que dependen de la materia en suspensión al interior, durante la remoción y después del depósito de lodos o espumas. Por lo tanto, en este proyecto se logró el diseño de 10 propuestas de modificación del tanque por medio de una serie de mamparas verticales que permitan el flujo descendente-ascendente de una corriente de fluido para incrementar su eficiencia. Se utilizó el software COMSOL Multiphysics donde se planteó un modelo de mezcla en 2D con simetría axial junto con el modelo de turbulencia k-ε para simular el comportamiento del flujo bifásico cuya fase dispersa son partículas sólidas en suspensión con la suposición de que mantienen un diámetro constante. Se obtuvieron resultados cualitativos y cuantitativos mediante perfiles de velocidad, líneas de flujo, concentración de fase dispersa y perfiles de presiones, con los cuales se realizó la evaluación de los diseños. Se seleccionó aquel que presentó una combinación adecuada de zonas de turbulencia y regiones de flujo ordenado para favorecer la coagulación-floculación y sedimentación a través de un mejor contacto de la corriente de agua a tratar. Tal diseño incluyó una segunda salida sobre la base del tanque, denominada como purga, cuya función es aumentar la remoción de sólidos y obtener agua clarificada en la salida superior del equipo.