1. INFORME N°2
DISEÑO DE MEZCLADOR TIPO RAMPA
Resumen.
En el presente trabajo se diseñó un mezclador hidráulico de pendiente variable para un caudal de
50 lps, considerando que son adecuados para todo caudal. Se cumplió con los parámetros de
diseño requeridos como son; el número de froud igual a ..., el gradiente hidráulico igual a …, el
tiempo de retención igual a …, y alfinalizar el cálculo, se comprobó que la altura de la rampa +
tirante de agua en el vertedero de coronación de la rampa es igual a la pérdida de carga + altura
del tirante aguas abajo del resalto.
1. Introducción.
Los mezcladores tienen como objetivo la dispersión instantánea delcoagulante en toda la masa
de agua que se va a tratar. Esta dispersión debe ser lomás homogénea posible, con el objeto de
desestabilizar todas las partículas presentesen el agua y optimizar el proceso de coagulación.
La coagulación es elproceso más importante en una planta de filtración rápida; de ella depende
laeficiencia de todo el sistema.La mezcla rápida puede realizarse aprovechando la turbulencia
provocada por dispositivos hidráulicos o mecánicos.
En el presente trabajo se puso más énfasis en desarrollar el mezclador hidráulico de resalto
hidráulico tipo rampa (cambio de pendiente), considerando que es adecuado para cualquier
caudal. Para el diseño de este tipo de mezclador, es necesario e importante cumplir con tres para
metros de diseño como son; el tiempo de mezcla en un rango de 0 a 7seg, el gradiente
hidráulico de 700s-1 a 1300s-1 y el número de froud de 4.5 a 9 s-1., Al finalizar el cálculo,
debemos comprobar lo siguiente: altura de la rampa + tirante de agua en el vertedero de
coronación de la rampa = pérdida de carga + altura del tirante aguas abajo del resalto.
No importa que los demás procesos siguientes seanmuy eficientes; si la coagulación es
defectuosa, la eficiencia final del sistema esbaja.La eficiencia de la coagulación depende de la
dosificación y de la mezclarápida. En la unidad de mezcla la aplicación del coagulante debe ser
constante ydistribuirse de manera uniforme en toda la sección. Debe existir una fuerte
turbulenciapara que la mezcla del coagulante y la masa de agua se dé en forma instantánea.
2. Objetivos.
2.1. Objetivo general.

2. Determinar las dimensiones del mezclador tipo rampa, para un caudal de diseño de 50
l/seg.
2.2. Objetivos específicos.
Plantear las dimensiones aceptables de; alto de la rampa, longitud de la rampa, ancho
del canal y el número de froud inicial.
Cumplir con los parámetros de diseño de un mezclador hidráulico tipo rampa como
son mantener el gradiente hidráulico en un rango de 4.5-9, el tiempo de mezcla en 07seg y el número de froud calculado en 700s-1-1300s-1.
Determinar la igualdad de la altura de la rampa más el tirante del agua en el
vertedero de rampa y la perdida de carga más altura del tirante del agua abajo del
resalto.
3. MEZCLADORES EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE.
Los mezcladores tienen como objetivo la dispersión instantánea del coagulante en toda la
masa de agua que se va a tratar. Esta dispersión debe ser lo más homogénea posible, con
el objeto de desestabilizar todas las partículas presentes en el agua y optimizar el proceso
de coagulación, que depende de la dosificación y de la mezcla rápida.
3.1. Mezcla rápida.
Se denomina mezcla rápida a las condiciones de intensidad de agitación y tiempo de
retención que debe reunir la masa de agua en el momento en que se dosifica el
coagulante, con la finalidad de que las reacciones de coagulación se den en las condiciones
óptimas correspondientes al mecanismo de coagulación predominante. La dosificación se
realiza en la unidad de mezcla rápida; por lo tanto, estas condiciones son las que
idealmente debe reunir esta unidad para optimizar el proceso.
3.2. PARÁMETROS GENERALES DE DISEÑO
 La intensidad de agitación, medida a través del gradiente de velocidad, puede
variar de 700 a 1.300 s-1 o de 3.000 a 5.000 según el tipo de unidad seleccionada.
El tiempo de retención puede variar de décimas de segundos a siete segundos,
dependiendo de la concentración de coloides en el agua por tratar y del tipo de

3. unidad seleccionada. De la concentración de coloides presente en el agua
dependerá el tipo de mecanismo de coagulación resultante; esto es:
 alta concentración de coloides  mecanismo de absorción o de
neutralización de cargas
 baja concentración de coloides  mecanismo de barrido.
3.2.1. Tipos de Coagulación
Se presentan dos tipos básicos de coagulación: Por Adsorción y Por Barrido.
a) Coagulación Por Adsorción.- Se presenta cuando el agua presenta una
altaconcentración de partículas al estado coloidal; cuando el coagulante
esadicionado al agua turbia los productos solubles de los coagulantes son
bsorbidas por los coloides y forman los flóculos en forma casi instantánea.
Fig. 1 coagulación por adsorción.
b) Coagulación por Barrido.- Este tipo de coagulación se presenta cuando el agua
esclara (presenta baja turbiedad) y la cantidad de partículas coloides es pequeña;
eneste caso las partículas son entrampadas al producirse una sobresaturación de
precipitado de sulfato de aluminio o cloruro férrico.
Fig. 2 coagulación por barrido.

4. 3.3. Tipo de mezcladores.
Las unidades para producir la mezcla pueden ser:
3.3.1. Mezcladores Mecánicos: - Retro mezcladores (agitadores)
La mezcla rápida mecanizadaes más eficiente cuandose emplean agitadores de
tipoturbina.El agitador de turbinaconsta de un disco o eje conimpulsores, los cuales
impartenmovimiento al líquido a travésde la rotación del disco. Se clasificanpor el tipo
de movimientoproducido en turbinas de flujo axial y turbinas de flujo radial (figura 23).
La potencia aplicada al agua por las turbinas depende del volumen y de laforma de la
cámara de mezcla, así como de la velocidad de rotación y geometríadel impulsor.
Estas variables están interrelacionadas, de tal modo que el diseño dela cámara de
mezcla depende del tipo de turbina y viceversa.Son adecuadas para cualquier tipo de
agua, pero se recomiendanespecíficamente para aguas claras que coagulen por el
mecanismo de captura obarrido.

5. Parámetros de diseño
Gradiente de velocidad de 500 a 1.000 s-1.
Tiempo de retención de 1 a 7 seg.
3.3.2. Mezcladores Hidráulicos
Entre los mezcladores de este tipo se pueden citar, entre los más utilizados
por su simplicidad y eficiencia, los siguientes:
- Resalto Hidráulico: Canaleta Parshall yVertedero Rectangular y triangulares,
canales con cambio de pendiente o rampas.
- En línea: Difusores (tuberías y canales)Inyectores, etc.
En los 3 primeros mezcladores la turbulencia que ocasiona la mezcla
esproducida por la generación de un resalto hidráulico que causa un gradiente
develocidad de alrededor de 1.000 s-1. Estas unidades tienen la ventaja de que,
demás,involucran la medición del caudal de ingreso a la planta.
Las unidades de resalto hidráulico son adecuadas para todo tipo de aguas;es
decir, tanto para las que coagulan por el mecanismo de absorción
oneutralizaciónde carga como para las de barrido.
La canaleta Parshall es adecuada exclusivamente para plantas de medianasa
grandes (Q ≥ 500 L/s). El canal con cambio de pendiente se adecúa acualquier
rango de caudal, y los vertederos rectangular y triangular solo a
caudalespequeños; el último, preferiblemente a caudales menores de 30 L/s.

6. En los difusores e inyectores se obtiene una eficiencia similar a la conseguidaen
las unidades de resalto hidráulico, pero con menores gradientes de velocidad
3.3.2.1. Mezcladores de resalto hidráulico
Estas unidades son especialmente adecuadas para aguas que la mayor partedel
tiempo están coagulando mediante el mecanismo de adsorción; es decir,aguas
que presentan alta concentraciónde coloides. Los tiposmás frecuentes tienen
laventaja de servir de unidadesde medición de caudal y deunidades de mezcla
rápida, porlo cual son muy populares
a) Parámetros de diseño
Gradientes de velocidadentre 700 y 1.300s-1 y tiempos de retenciónmenores
de un segundo.
Números de Froude (F)variables entre 4,5 y 9,0para conseguir un saltoestable,
con excepción dela canaleta Parshall, quefunciona mejor connúmeros de
froude entre2 y 3.
El coagulante debe aplicarseen el punto de mayorturbulencia (inicio del
resalto),en forma constantey distribuida de manerauniforme en toda la masade
agua.
b) Criterios para el dimensionamiento
Se supone que h1 es igual a d1 (figura 2-2).

7. Las alturas de agua antes (h1) y después del resalto (h2) deben satisfacer
lasiguienteecuación:
Dónde:
,yV1 esla velocidad en la sección (1).
Los tipos más frecuentes tienen la ventaja de servir como unidades demedición
de caudal y como unidades de mezcla rápida.
La energía hidráulica disipada o pérdida de carga se puede calcular en
lalongitud (L) del resalto, mediante la fórmula de Belanger:
hp = (h2 - h1)3 / 4 h1 h2
(3)
La longitud de resalto mediante la fórmula de Smetana:
L = 6 (h2 - h1)
(4)
Gradiente de velocidad (G) producido:
Tiempo de mezcla (T)
V1 = velocidad del agua en la sección (1)
V2 = velocidad del agua en la sección (2)
El cuadro 2-1 presenta los valores de para diferentes temperaturas:

8. c) Modelos de comprobación
Canal rectangular con cambio de pendiente o rampa. Un cambio de
pendienteen un canal es uno de los medios más simples de producir un salto
hidráulicocon fines de mezcla.Para comprobar sise están produciendolos
valores recomendadosde gradiente de velocidady tiempo de retenciónuna vez
asumidala
geometría
del
canal,es
necesario
calcularlas
velocidadesconjugadas enlas secciones (1) y (2)de la figura 2-3.
alturas
y

9. Una vez calculados h1 y V1, se aplican los criterios generales indicados
enlasección anterior. El cuadro 2-1 presenta un ejemplo de aplicación de los
criteriosexpuestos.
Al finalizar el cálculo, debemos comprobar lo siguiente:altura de la rampa +
tirante de agua en el vertedero de coronación de larampa = pérdida de carga +
altura del tirante aguas abajo del resalto
Eo + h3 = hp + h2
3.3.3. Ventajas y Desventajas de los Mezcladores Hidráulicos y Mecánicos
El gradiente de velocidad en un mezclador mecánico no varía con el caudal, tiene
laventaja adicional de controlar el grado de agitación, haciendo variar la velocidad
derotación del impulsor; sin embargo tiene la limitante de depender de la
energíaexterna que una falla hace que el proceso de mezcla se perjudique.Los
mezcladores hidráulicos se caracterizan por presentar poca flexibilidad a
lasvariaciones de caudal, no depende de una energía externa. Por lo general se
utilizancomo mezcladores rápidos las canaletas parshall y vertederos.
4. Diseño de mezclador tipo rampa.
Datos.
Datos
Qpta
Dosis optima
C
Coagulante
50
lps
50
mg/l
2
%
Sulfato de
aluminio
Datos
Qpta
ɣ
T
µ
50
1000
15
lps
kg/m3
°C

10. Parámetros
700 s-1 < G < 1300 s-1
4.5 < F < 9.0
0 seg<Tmez.< 7 seg
Valores de (ɣ/µ)^5
Temp (°C)
0
4
10
15
20
25
I. CALCULO DEL CAUDAL UNITARIO.
B= ancho del vertedero = 0.6 m
= 0.083 m2/s
II. CALCULO DE LA PENDIENTE DEL PLANO INCLINADO.
Eo = Altura de la caída de agua = 0.4m (asumidos)
X = Longitud del plano = 0.7 m (asumidos)
Eo
ѳ
X
III.
CALCULO DEL FACTOR RESOLUCION DE LA ECUACION.
F1=6.1
)
(ɣ/µ)^5
2336.94
2501.56
2736.53
2920.01
3114.64
3266.96

11. ) =5.367
= 61.154
El parámetro de diseño es: 4.5≤ F ≥ 9.0
4.5≤ 8.758 ≥ 9.0
IV.
ALTURA ANTES DEL RESALTO
g = 9.81 m/s2
= 0.027 m
V.
PROFUNDIDAD ANTES DEL RESALTO.
= 0.031m
VI.
PROFUNDIDAD DESPUES DEL RESALTO.

12. VII.
LONGITUD DE RESALTO.
= 1.219 m
VIII.
PERDIDA DE CARGA.
IX.
VOLUMEN DEL RESALTO.
X.
ALTURA DE LA GRADA AL FINAL DEL RESALTO.
m
XI.
GRADIENTE DE VELOCIDAD
T = Tiempo de mezcla =
*

13. *
*
=1134.298 s-1
700 s-1˃ G ˃ 1300 S
-1
700 s-1˃
1134.298 s-1 ˃ 1300 -1
S
XII.
VELOCIDAD AL INICIO DEL RESALTO.
XIII.
VELOCIDAD AL FINAL DEL RESALTO.
XIV.
COMPROBANDO EL NUMERO DE FROUDE.
4.5 ˃ ˃ 9
F
4.5 ˃
4.947 ˃ 9
XV. TIEMPO DE MEZCLA.

14. XVI. ALTURA DEL AGUA EN EL VERTEDERO.
XVII. COMPROBACIÓN FINAL.
4.1. DISEÑO DEL DIFUSOR.
i.
NUMERO DE ORIFICIOS.
ii.
SECCION DE LOS ORIFICIOS.
D=
D=
0.5
0.0127
pulg
m

15. iii.
CAUDAL PROMEDIO DE LA SOLUCION POR APLICAR.
iv.
VELOCIDAD EN LOS ORIFICIOS.
= 164.46 = 0.164 m/seg
v.
VELOCIDAD EN LA TUBERIA.
R =0.46
=0.3575 m2/seg
vi.
SECCION DE LA TUBERIA DIFUSORA.
vii.
DIAMETRO DE LA TUBERIA DIFUSORA.

16. 5. Resultados.
6. Conclusiones.
7. Recomendaciones.
Bibliografía.
-
Andía C.Y. SEDAPAL.Evaluación de Platas y Desarrollo Tecnológico.TRATAMIENTO DE
AGUA:
COAGULACIÓN
FLOCULACIÓN.
Lima,
Abril
del
2000http://www.frm.utn.edu.ar/archivos/civil/Sanitaria/Coagulaci%C3%B3n%20y%20Fl
oculaci%C3%B3n%20del%20Agua%20Potable.pdf
-
MEZCLADORES.Diseño
de
plantas
de
tecnología
apropiada.http://www.bvsde.paho.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/manualII/ma2_cap2.pdf
Anexos.