Aireación+y+transferencia+de+gases

__DEFINICIÓN__
__Aireación:__ es el proceso mediante el cual el agua se pone en contacto íntimo con el aire para modificar las concentraciones de sustancias volátiles contenidas en ella.

__Transferencia de gases:__ Fenómeno físico acompañado de cambios químicos, bioquímicos y biológicos mediante el cual, moléculas de un gas son intercambiadas entre un líquido y un gas a una interfase gas – líquido dando como resultado el incremento de la concentración de gas o gases en la fase líquida en tanto ésta fase no esté saturada con el gas a determinadas condiciones dadas, tales como: presión,temperatura (absorción del gas) y un decremento cuando la fase líquida está sobresaturada (desorción o escape de gas).

En consecuencia se tiene un aumento de la concentración de un gas en el medio líquido o en el medio gaseoso.

Los sistemas de aireación más difundidos por su fácil operación ymantenimien to son:
 * Aireadores de bandejas
 * Aireadores de cascada
 * Aireación por difusores

__IMPORTANCIA__
Este proceso es utilizado en el tratamiento de aguas residuales, para eliminar gases disueltos no deseados o eliminar substancias inorgánicas disueltas, por oxigenación, tales como hierro o manganeso. El caso más importante es la transferencia de oxigeno al Agua residual y luego al floculo bacteriano, cuyo objetivo es llevar a cabo todas las reacciones aerobias que son fundamentales en la procesos de lodos activados y filtros biológicos. Ejemplos de sistemas con aireación:
 * Las AR brutas se airean durante un periodo corto de tiempo antes del tratamiento, con el fin de aumentar la eficiencia en las operaciones posteriores (obteniendo mayor rendimiento en la sedimentación y oxidación biológica).
 * En los procesos de tratamientos biológicos el aire se usa por dos motivos: el primero es la utilización de oxigeno metabólico para el tratamiento de los organismos y el segundo procurar un mezclado adecuado dentro de la cámara.
 * La flotación con aire es útil para eliminar grasas, sólidos y concentrar fangos.
 * Para alcanzar los objetivos en el proceso de desinfección se utiliza cloro en forma gaseosa. También es frecuente añadir oxigeno al efluente tratado después de la cloración.
 * Algunos organismos vivientes son responsables de grandes transferencias de gas, por ejemplo las algas, mediante la fotosíntesis son capaces de elevar la concentración de oxigeno en un estanque y durante la noche pueden deprimir a cero la concentración de oxigeno, lo que ocasiona graves consecuencias en la calidad del agua.



La aireación y la transferencia de gases sirven para varios propósitos en los procesos de purificación de agua y tratamiento de aguas residuales.

El primer propósito de la aireación del agua es el incrementar el contenido de oxígeno, la remoción del dióxido de carbono para estabilizar o suprimir la agresividad del agua y lograr el equilibrio carbónico, desorción de sabores, olores producidos por gases o sustancias volátiles con la finalidad de lograr los estándares de calidad.

El segundo propósito es la oxidación del hierro y manganeso en el agua, es recomendable para aguas con concentraciones de Fe+2no mayores de 5 mg/l; la tasa de oxidación del Fe+2por el oxígeno depende de la temperatura, la alcalinidad y el contenido de oxígeno disuelto.

Otras alternativas son la aplicación de cal, dolomita, hidróxido de sodio para la remoción del dióxido de carbono y la adsorción de sabores y olores en lugar de realizarlos por aireación.

Con todos los métodos el pH del agua aumenta; en el caso de los métodos químicos se da un incremento de la alcalinidad y del contenido de sodio o de la dureza.

__FACTORES QUE AFECTAN LA TRANSFERENCIA DE OXIGENO__
El oxigeno es un factor determinante en los procesos de oxidación biológica aerobia, y por tanto el mantenimiento de unas concentraciones suficientes es de primordial consideración para el diseño del equipo y la operación.

Los factores que afectan la tasa de solución de oxígeno en el agua son: el grado de agitación, efectos de temperatura y la concentración de contaminantes solubles e insolubles presentes en el agua. Existen varios parámetros de calidad del agua que afectan las concentraciones de saturación de los gases disueltos.

La concentración de oxigeno disuelto en las aguas superficiales es limitada, en el mejor de los casos, el agua puede estar en equilibrio con la atmósfera y estar saturada de oxigeno.

Dado que la concentración de saturación del oxigeno es pequeña (10 mg/l), no se requiere de una gran concentración de substancias orgánicas para consumirlo completamente. El oxigeno se disuelve en el agua por difusión del aire del entorno. El grado de solubilidad de un gas en el agua determina significativamente la velocidad de transferencia de este gas desde la fase vapor a la fase solución. La solubilidad por su parte, se encuentra en función de la presión parcial del gas presente en la atmosfera, de la temperatura del agua y de la concentración de las impurezas presentes en el agua. Por lo tanto la solubilidad de un gas disminuye al aumentar la temperatura y la concentración de impurezas iónicas.

La predicción de las velocidades de transferencia de oxigeno en los aireadores se suele basar en la ecuación:

A temperatura de 20°C, presión atmosférica de 760 mmHg.

Las correcciones mas comunes se aplican a aguas residuales a una temperatura T, presión distinta a la normal y un valor de la concentración de oxigeno disuelto donde Cs > 0. Para esto se puede escribir la ecuación de la siguiente manera.

Si hacemos una relación entre la capacidad de oxigeno definida y la real, viene dada por:



Donde la concentracion de oxigeno disuelto para agua de saturacion corriente a T=20°C, P=760 mmHg es 9,2 mg/l

Ejemplo de Aplicación 1:Diseño de un aireador

**Ejemplo de Aplicación 2:**Una cepa de Azotobacter vinelandii esta siendo cultivada en un fermetador agitado de 15m3 para la producion de alginato. Bajo las condiciones normales de operacion, kLa es 0,17s-1. La solubilidad del oxigeno en el caldo es aproximadamente 8x10-3 kg.m-3.

a) La velocidad especifica de consumo de oxigeno es 12.5mmol/gr.h.Cual es la maxima concentracion de celulas posible. b) La bacteria sufre una inhibicion del crecimiento despues de verter accidentalmente sulfato de cobre al caldo de fermentacion, lo que produce una disminucion en la velocidad de consumo de oxigeno hasta 3mmol/gr.h. Que concentracion maxima de celulas puede soportar ahora el fermentador.

Solucion a) De la ecuacion

b) Se supondra que el sulfato de cobre anadido no afecta al valor de C*al ni a kLa. Si qo se reduce por un factor de 12,5/3= 4,167, Xmax aunmenta hasta:



Para alcanzar las densidades celulares calculadas anteriormente todas las condiciones deben ser favorables, es decir, debe proporcionarse suficiente sustrato y dejarlo suficiente tiempo para el crecimiento.

En el siguiente documento se presenta una información más detallada acerca de la aireación y la transferencia de gases:

**AIREADORES SUPERFICIALES Y AIREADORES SUMERGIDOS O DE INYECCION DE AIRE **
**1. Solubilidad de los Gases **

La solubilidad de los gases en el agua dependen de:

- La naturaleza de los gases, el que está expresado por el coeficiente de distribución K <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">D <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">.- La concentración del gas en la fase gaseosa (g/m <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">3 <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">) el mismo que está relacionado con la presión parcial P del gas en la fase gaseosa.- La temperatura del agua T.- Las impurezas que contiene el agua

**<span style="font-family: &#39;Arial,Italic&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">Influencia de la concentración del gas **

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">Si el agua se expone a un gas o a una mezcla de gases existe un intercambio continuo de las moléculas del gas de la fase líquida en la fase gaseosa y viceversa. Tan pronto como la concentración de solubilidad en la fase líquida es alcanzada, ambas corrientes del gas serán de igual magnitud tal que no ocurrirá cambios de las concentraciones del gas en ambas fases.

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">Este equilibrio dinámico se refiere generalmente como la solubilidad o la concentración de la saturación del gas en el líquido. Cuanto más alta es la concentración del gas en la fase gaseosa es mayor la concentración de saturación en la fase líquida.

**<span style="font-family: &#39;Arial,Italic&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">Influencia de la temperatura. **

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">Cuando los gases son disueltos en el agua, este proceso es generalmente acompañado por la liberación de calor. De acuerdo al principio de Le Chatelier, incrementos en la temperatura resulta en reducción de la solubilidad.

**<span style="font-family: &#39;Arial,Italic&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">Influencia de las impurezas en el agua. **

<span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">El coeficiente de distribución es valido solo para el agua pura. Debido a que el agua contiene otros constituyentes, estos influyen en la solubilidad de los gases y pueden ser expresados por el coeficiente de actividad ( γ <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">).

<span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">Para agua pura γ <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">= 1, cuando γ <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">se incrementa las concentraciones de substancias disueltas en el agua son altas lo que disminuye la solubilidad, esta influencia de concentraciones de impurezas sobre el coeficiente de actividad esta representada por formulas empíricas.

**<span style="font-family: &#39;Arial,Bold&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">DIFUSION **
<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">Este fenómeno es descrito como la tendencia de alguna sustancia que se esparce uniformemente en el espacio disponible. La difusión del gas en la fase gaseosa es mucho más rápida que en la fase líquida (cerca de 104veces).<span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">La primera ley de Fick describe la tasa de movimiento de gas dentro de un líquido. Esta relación describe la tasa de transferencia de masa como directamente proporcional al gradiente de la concentración. <span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">De acuerdo a esta teoría se llega a las siguientes conclusiones:- Cuanto mayor sea el área de superficie de la burbuja, mayor es el valor del coeficiente global de transferencia de masa.- Para un volumen determinado de gas, mientras menor sea el tamaño de las burbujas, mayor es el área superficial.- La turbulencia rompe mas fácilmente la película de la interface que se forma entre el liquido y el gas, por lo tanto, a mayor turbulencia, mayor eficiencia en la transferencia de el gas.

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">TIPOS DE FLUJO Flujo Laminar:

Flujo Turbulento:
 * Movimiento de un fluido cuando este es ordenado, estratificado, suave.
 * El fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse
 * Cada partícula sigue una trayectoria suave llamada línea de corriente
 * Movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de estas se encuentran formando pequeños remolinos.
 * Fluidos de velocidades altas, viscosidades bajas o grandes caudales.


 * [[image:procesosbio/flujo laminar y fujo turbulento.jpg width="379" height="251" align="center"]]

__TEORÍAS DE TRANSFERENCIA DE GASES__
<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">Existen varias teorías que explican el mecanismo de transferencia de gases, como la teoría de doble capa, la teoría de penetración, la teoría de renovación superficial, la teoría renovación-superficie-película.

En los últimos 50 años se han elaborado diversas teorías que pretenden explicar el mecanismo de transferencia de gases. La más sencilla y la mas empleada es la Teoría de Doble capa propuesta por Lewis y Whitman. El modelo de penetración de Higbie y el modelo de renovación superficial por Dankewerts que son más teóricos y tienen en cuenta mayor numero de fenómenos que influyen en el proceso.

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">La teoría más usada para entender el mecanismo de la transferencia de gases es la de doble capa que fue propuesta por Lewis y Whitman en (1942) Se mantiene vigente debido a que los resultados funcionan en el 95% de los casos.

**<span style="font-family: &#39;Arial,Bold&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">Teoría de la Doble Capa **
 * Modelo propuesto por Lewis y Whitman en 1924.
 * Más sencilla y más ampliamente empleada.
 * La teoría de la doble capa se mantiene vigente debido a que proporciona resultados idénticos a otras teorías mas complejas en el 95% de los casos

<span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">Es un modelo físico que indica que cuando un gas entra en contacto con el líquido se observa la existencia de una interface gas-liquido formando dos capas una gaseosa y otra líquida, por las cuales se transfiere el gas por difusión molecular<span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">.

<span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">Estas dos fases presentan una resistencia al paso de las moléculas de gas de una fase a la otra. En el caso de //<span style="font-family: &#39;Arial,Italic&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">gases poco solubles //<span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">, la capa que ofrece una mayor resistencia al paso de las moléculas de la fase gaseosa a la fase líquida se la conoce como la <span style="font-family: &#39;Arial,Bold&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">capa líquida <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">y la <span style="font-family: &#39;Arial,Bold&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">capa gaseosa <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">se da con los gases mucho //<span style="font-family: &#39;Arial,Italic&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">más solubles //<span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">en agua y es la capa que presenta una mayor resistencia.

<span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">En la figura se muestra una distribución de estas capas. Para cada gas, existe un determinado gradiente de presión parcial a lo largo de la película delgada de gas, representado por P – P <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">i <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">, donde P <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">i <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">es la presión parcial del gas en la interface, y P es la presión parcial en el resto de la masa de gas. A lo largo de la película delgada, existe un gradiente de concentración de O <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">2 <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">representado por C <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">i <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">– C, donde C <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">i <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">es la concentración de O <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">2 <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">en la interface y C la concentración de O <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">2 <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">en el resto del líquido (C <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">i <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">> C).



Gases ligeramente solubles : capa líquida Gases muy solubles : capa gaseosa Gases de solubilidad intermedia : amabas capas

Pasos de transporte:

1)Paso del gas a través de la fase gaseosa hacia la interfase. 2) El gas debe atravesar la capa gaseosa situada en el lado de la fase gaseosa de la interfase. 3) Este debe atravesar la capa líquida situada en la fase líquida de la interfase. 4) El gas debe dispesarce a través de la masa principal de la solución.

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">En esta teoría se hacen algunas suposiciones:

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">- Condiciones de estado estacionarias. <span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">- Existe flujo laminar en las películas gas y agua <span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">- En la interface se establece el equilibrio instantáneo

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">El gas se moviliza por difusión molecular a través de la película líquida y se distribuye por difusión turbulenta a través del líquido. Por tanto la velocidad de transferencia del depende de la resistencia de cualquier película de gas o agua a la difusión. La velocidad de difusión a través de la película de gas es proporcional a la concentración de soluto en la masa de aire y en la película delgada de gas.

<span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">La difusión en la película de agua es controlada por la diferencia en concentraciones entre C <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">i <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">y C. En la película de gas, existen menos moléculas de gas en comparación con la densidad elevada de moléculas en la película de agua. Por lo tanto la resistencia a la difusión en la película del líquido es mayor que la de la película del gas.

La cantidad másica de gas transferido se calcula con base a la teoría de Fick, para definir el fenómeno de difusión:



<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">N= dm/dT = tasa másica de transferencia del gas por difusión, g/s <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">C <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">s <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">= concentración de saturación del gas en solución, g/m3C <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">t <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;"><span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">= Concentración de gas en la fase líquida para el tiempo t, g/ m3A = área de interface a través de la cual se difunde el gas, m2V = volumen de la fase líquida, m3K= coeficiente de difusión del gas o velocidad de transferencia, m/sdC/dT= tasa de camcio en la concentración del gas, g/ s.m3

El gas se mueve espontáneamente de una región de alta concentración a una de baja concentración, y a medida que la diferencia de concentración es mayor, la tasa de difusión aumenta.

a= area específica o área interfacial por unidad de volúmen,<span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;"> m2/m3 <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">k <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;; font-size: 9.33333px;">L <span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">a = coeficiente global de transferencia de gas, m2/s.m3

Integrando la ecuación 3 se obtiene el valor de la concentración del gas para cualquier tiempo t:



Representación gráfica de la ecuación 4.



=__**<span style="font-family: &#39;Arial,Bold&#39;,&#39;sans-serif&#39;;"> FACTORES QUE AFECTAN A LOS COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE GASES **__=

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">Los factores principales que afectan el coeficiente de la transferencia del gas son la temperatura, la concentración y la naturaleza de sustancias hidrofóbicas.

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">Mientras que la temperatura influye en todas las operaciones de la transferencia del gas, la presencia de la materia hidrofóbica es de importancia en la oxigenación de las aguas residuales y las mezclas del aguas residuales-lodo (proceso del lodo activado), donde es de esperar concentraciones significativas de la materia hidrofóbica, especialmente agentes tensoactivos.

<span style="display: block; font-family: Arial,sans-serif; text-align: justify;">La dependencia de la temperatura del coeficiente de la transferencia del gas se puede considerar que KL, es función de D y de tc (tiempo de exposición), el coeficiente de la difusión es función de la temperatura. La difusión aumenta con el aumento de temperatura y la viscosidad disminuye con el aumento de temperatura.

Coeficiente de Transferencia de Oxígeno O2: Gas cristalino que se dispersa en una masa líquida a través de la interfase líquido-gas.

[C] son cte con el t y además se mantiene cte las condiciones ambientales de P y T°.

N = masa de oxígeno transferido, Kg O2/h KL = coeficiente de difusión de oxígeno en la película líquida, m/h

Cs = concentración de saturación del gas en el líquido, mg/L Cl = concentración de oxígeno en el líquido, mg/L

Excluye una variación de concentración de oxígeno en el agua, lo cual en la práctica es imposible

EQUILIBRIO DISCONTINUO:

-[C] del gas en cualquier punto del sistema cambian con el t. -Cambios en la [C] de O2 en el aire, su flujo, o cambio en las condiciones ambientales de P y T°.
 * Flujo Estacionario: No existen flujos dentro o fuera del sistema
 * Flujo Semi-Estacionario: Una fase es estacionaria mientras la otra fluye continuamente dentro y fuera del sistema.

LOS PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE OXÍGENO HAN SIDO DESCRITOS COMO UN FENÓMENO QUE OCURRE EN TRES ETAPAS:


 * 1) -Las moléculas de gas son transferidas a la superficie del líquido, resultando en condiciones de saturación o de equilibrio en la interfase. -La v de transferencia es muy rápida y la película de gas-líquido es muy fina, estimada de, por lo menos, tres moléculas de espesor.
 * 2) Las moléculas de oxígeno atraviesan esta película por difusión molecular.
 * 3) El oxígeno se dispersa en el líquido por difusión y convección.
 * El efecto de la turbulencia en el mecanismo de transferencia de O2 es crítico.
 * En condiciones de reposo o de flujo laminar, la masa de O2 transferida es controlada por la difusión molecular a través de la película que permanece constante (etapa 2).
 * En condiciones de turbulencia, se produce una ruptura de la película y la masa de O2 transferida es controlada por la velocidad de renovación de la película.
 * Esta velocidad de renovación de la interfase puede definirse como la frecuencia con la cual un líquido de concentración Cs está siendo reemplazado por un líquido de concentración Cl.

El mecanismo de transferencia de oxígeno ha sido descrito con la siguiente expresión:



DL = coeficiente de difusión molecular, m/h r = velocidad de renovación de la interfase, m3/m2/h L = espesor de la película líquida, m

En la ecuación anterior cuando la velocidad de renovación superficial es igual a cero en condiciones de reposo, la transferencia es controlada por difusión a través de la película:



Cuando existen condiciones de turbulencia r incrementa y controla el mecanismo de transferencia:

Para condiciones de “equilibrio discontinuo”, con flujo estacionario o semiestacionario, la ecuación (1) puede expresarse :



KLa = coeficiente global de transferencia de oxígeno (h-1), V = volumen del líquido, m3


 * FACTORES QUE AGECTAN LA TRANSFENCIA DE OXIGENO**

El oxigeno es un factor esencial en los procesos de oxidación biológica aerobia, es primordial su consideración para el diseño del equipo y la operación.

__grado de solubilidad:__determina la velocidad de transferencia de este gas desde la fase vapor a la fase solución. Función:
 * presión parcial del gas presente en la atmosfera
 * la temperatura del agua
 * la concentración de las impurezas presentes en el agua.

__Temperatura:__
 * Se ha observado que se incrementa con la temperatura, por lo tanto se propuso la siguiente ecuación para tener en cuenta el efecto de la temperatura:




 * Donde [[image:procesosbio/valor.jpg width="112" height="30"]] para agua corriente, para agua varia según las condiciones del ensayo, suele situarse en el intervalo de 1,015 y 1,040.
 * La ecuación por la tanto puede expresarse:



__Efecto de las caracteristicas del agua residual:__
 * Presencia de agentes activos superficiales
 * Efecto marcado en la transferencia de O2 al modificar KLa
 * Estos compuestos se encuentran en la interfase de modo que su contenido resulta más alto que en el líquido.
 * Puesto que KLa incluye tanto el coeficiente de la película líquida KL y A/V, se deduce que el grado de turbulencia o mezcla tiene influencia en la transferencia de O2.

= = =__SISTEMAS DE AIREACIÓN Y TRANSFERENCIA DE GAS__=

1. Gas comprimido
RESTRICCIONES •Profundidad de 4,5m •Ancho de el doble de la profundidad, 9m •Caudal necesario de 17 metros cúbicos de aire por hora por metro lineal del tanque (necesario para obtener una velocidad trasversal de 4,56m/s) •Producir con lo anterior una corriente vertical trasversal

Para evitar la deposición de floculas de fango activado se necesita una velocidad de 0,152 m/s a través del fondo del tanque.

SISTEMA / EFICIENCIA / VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA •Aire comprimido / 12% / 0,82 Kg/CV hr*


 * CONDICIONES DE CAPACIDAD NORMAL: 20°C, 760mmHg, ODi=0 SD=500mg/L

2. Aspiradores
1.Se bombea el liquido a presión 2. El liquido pasa por un tubo venturi 3. Una abertura permite la entrada y mezcla del liquido con el gas

SISTEMA DE ASPIRACION MECANICA Aspirador de paletas: EL TAPONAMIENTO DE ASPIRADORES REPRESENTA PROBLEMA SERIO Generador de vórtice: 0,45 – 0,73 Kg/CV hr

3. Agitadores mecánicos


AIREADORES SUPERFICIALES:

Aireador tipo escobilla: •GIRA EN EJE VERTICAL •VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA •1,59-2,27 Kg/CV hr

Aireador tipo turbina: •FUNCIONA COMO UNA TURBINA •LOCALIZADOS CERCA DE LA SUPERFICIE •GIRA EN TORNO A EJE VERTICAL •VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA DE GAS: •1,13-3,405 Kg/CV hr

DISPOSITIVOS AIREADORES
Los equipos de aireación empleados en el tratamiento de aguas residuales son de tres tipos:
 * __Equipos de aireación difusa o de aire comprimido,__ en los que el aire se rompe en burbujas y se dispersa a través del tanque.
 * __Sistemas de turbina,__ en los cuales se dosifica aire debajo de las paletas de rotación de un impulsor sumergido.
 * __Sistemas de aireación superficial,__ en los cuales un equipo colocado en la superficie del agua ejecuta la transferencia de oxígeno mediante turbulencia superficial y aspersión del agua.


 * Aireación difusa**
 * se define como la inyección de gas, aire u oxígeno, bajo presión, por la parte inferior de la superficie libre del fluido.
 * Los difusores lanzan, a través del agua o fluido, burbujas de aire provenientes de toberas o distribuidores colocados en el fondo del tanque de aireación.
 * El aire aplicado proviene de un compresor, con una presión en el fondo del tanque de aireación que depende de la profundidad del agua en el mismo, de las pérdidas en la tubería de distribución y de la tasa de aplicación.

El uso del aire difuso, para aireación y mezcla, en sistemas de tratamiento de aguas residuales, es muy amplio, especialmente en procesos de lodos activados. Los difusores producen burbujas pequeñas mediante el uso de medios porosos como carborundum, fibra de vidrio torcida, materiales envueltos en sarán o unidades con orificios. Los difusores preferidos son los de poro fino (2 a 5 mm), seguidos de los de poro semifino (6 a 10 mm) y los de burbuja gruesa (>10 mm).

La eficiencia en transferencia de oxígeno depende principalmente del diseño del difusor, del tamaño de la burbuja producida y de la profundidad de sumergencia. La eficiencia de los de burbuja gruesa es del orden de un 6%, y la de los de burbuja fina de un 9%.

Los difusores se usan en tanques con profundidades de 2,5 a 5,0 m, ancho entre tres y nueve metros y una relación de ancho/profundidad menor de dos para asegurar una mezcla apropiada. Se colocan a lo largo de una pared del tanque para producir mezcla en espiral en el reactor y pueden ponerse a la mitad de la profundidad para reducir consumo de energía. El consumo de aire oscila entre 0,075 y 1,12 m de aire por m3 de agua; el flujo de aire por unidad oscila entre 0,11 y 0,45 m3/min.

Los difusores de chorro, los cuales se colocan en el fondo del tanque de aireación, sobre el piso, combinan el bombeo del líquido con difusión de aire. El sistema de bombeo hace circular el licor mezclado en el tanque de aireación, arrojándolo a través de un arreglo de toberas.




 * Aireadores de superficie**
 * método alternativo para la introducción de grandes cantidades de oxigeno, consisten en turbinas de alta o baja velocidad o en unidades flotantes de alta velocidad que giran en la superficie del liquido parcialmente sumergidas.
 * Estos aireadores se proyectan, tanto para mezclar el contenido del tanque, como para exponer el liquido a la acción de la atmosfera en forma de pequeñas gotas.

Los equipos de aireación mecánica superficiales se pueden clasificar en:
 * equipos de flujo radial de baja velocidad,
 * equipos de flujo axial de velocidad alta,
 * equipos aspirantes y rotores horizontales

__Aireadores superficiales de velocidad baja:__
 * operan con velocidades de 20 a 100 RPM e incluyen una caja reductora de velocidad para disminuir la velocidad del impulsor.
 * La capacidad de transferencia de oxígeno es de 0,42 a 0,59 kg O/MJ, 1,5 a 2,1 kg O/kWh con motores de 1.800 RPM.

__Aireadores de flujo axial y velocidad alta:__
 * se usan mucho en lagunas aireadas, donde no se requieren grandes profundidades de mezcla ni grandes capacidades de transferencia de oxígeno.
 * La capacidad de transferencia de oxígeno es de 0,2 a 0,38 kg/MJ, 0,7 a 1,4 kg 02 /kWh, con motores de hasta 93 kW, generalmente instalados sobre estructuras flotantes.

AIREADOR DE SUPERFICIE DE ALTA VELOCIDAD Los equipos aspirantes poseen un eje hueco largo de 1,2 m, con un motor eléctrico en un extremo y una hélice en el otro, la cual aspira aire de la atmósfera, hacia el eje. La velocidad del aire y de la hélice crea turbulencia y forma burbujas pequeñas, desde las cuales se disuelve el oxígeno. Generalmente se instalan, con ángulos variables de inclinación, sobre flotadores, en tanques de aireación y en zanjones de oxidación.

Sumergido: 1.Difusión de aire: 2. Turbina sumergida 3. Tobera a chorro
 * Poroso (burbujas finas)
 * Poroso (burbujas de tamaño medio)
 * No poroso (burbujas gruesas)
 * Mezclador estático

Descripción: burbujas generadas con tubos y placas cerámicas porosos, fabricados con productos cerámicos vitrificados y resinas Aplicación: Todos los tipos de procesos de fangos activados
 * Difusor de burbujas finas**

Descripción: Burbujas generadas con membranas elásticas o tubos de plástico perforados. Aplicación: Todos los tipos de procesos de fangos activados
 * Difusor de burbujas de tamaño medio**

Descripción: tubos cortos con deflectores interiores diseñados para retener el aire inyectado por la parte inferior del tubo en contacto con el agua. Aplicación: Lagunas de aireación y procesos de fangos activados
 * Mezclador estático**

Descripción: aire comprimido inyectado en el liquido mezcla al ser bombeado bajo presión a través de una tobera. Aplicación: Todos los tipos de procesos de fangos activados
 * Aireador de chorro**

Superficial 1. Turbina de baja velocidad 2. Aireador flotante de alta velocidad 3. Aireador de rotor horizontal 4. Cascada

Descripción: turbina de gran diámetro utilizada para promover la exposición de las gotas de liquido a la atmosfera. Aplicación: Lagunas de aireación y procesos de fangos activados convencionales.
 * Turbina de baja velocidad**

Descripción: hélice de pequeño diámetro que se usa para promover la exposición de las gotas de agua a la atmosfera. Aplicación: Lagunas aireadas.
 * Turbina flotante de alta velocidad**

Descripción: Las paletas montadas sobre un eje central giran en el seno del liquido. El oxigeno se introduce en el liquido por la acción de salpicadura creada por las paletas y por la exposición de las gotas del liquido a la atmosfera. Aplicación: Zanjas de oxidación, canales de aireación y lagunas aireadas. = = =__DISEÑO DE AIREADORES__=
 * Aireadores de rotor de eje horizontal**

__SA__ •SE NOMINAN PARA CONDICIONES NORMALES •USO EN TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES

__CN__

•760 mmHg •OD=0

__CR__ •CORRECCION EN KLa, PRESION, OD(CL)

LA ECUACION:

TASA DE CAMBIO EN LA CONCENTRACION DEL GAS= (COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DEL GAS)(FUERZAIMPULSORA)

LA CAPACIDAD DE OXIGENACION:

N=TASA DE TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES DE OPERACIÓN Kg/KWh o kg/h Kla=COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE, h-1 CL=CONCENTRACION DE OPERACIÓN DE DISUELTO mg/L CS=CONCENTRACION DE SATURACION

PARA AGUA POTABLE CONDICIONES NORMALES



PARA AGUA RESIDUAL CONDICIONES REALES



RELACION DE LAS CAPACIDADES DE OXIGENACION



α= Relación de tasa de transferencia de oxigeno en agua residual a agua potable, a la misma temperatura β= Relación de concentración de saturación de OD en el agua residual a la del agua potable o destilada, generalmente 0,8 a 1 Θ=coeficiente de temperatura **Ejemplos de bombas utizadas a nivel industrial para transferencia de gases**

<span style="display: block; font-family: Cambria,serif; text-align: justify;">Los contactores Liqui-Cel son usados para la transferencia de gases con agua o líquidos teniendo tensión superficial similar al agua. Utilizan flujo radial patentado y se encuentran en diferentes tamaños con capacidades de flujo entre 0.1 a 91 m3/Hr. <span style="display: block; font-family: Cambria,serif; text-align: justify;">Algunas bombas utilizadas a nivel industrial para realizar trasferencia de gases son:

Los contactores Liqui-Cel son usados comunmente para la transferencia de gases con agua o líquidos teniendo tensión superficial similar al agua. Utilizan flujo radial patentado y se encuentran en diferentes tamaños con capacidades de flujo entre 0.1 a 91 m3/Hr. Algunas bombas utilizadas a nivel industrial para trasferencia de gases son: **<span style="font-family: Cambria,serif;">Bomba centrífuga de transferencia de gases industriales max. 36 bar | CO, CS series ** <span style="display: block; font-family: Cambria,serif; text-align: justify;">Posee apertura frontal con sustitución de cierre mecánico sin la necesidad de reajuste de la ejecución, utiliza tecnología CRYOSTAR, la cual es un compuesto de sello mecánico (4 veces mayor tiempo de vida de un sello de carbón) para el CO2. También contiene un Inductor helicoidal que permite un bajo NPSH requerido, a su vez consta de un Splash lubricado con aceite de la caja de cambios compatibles con el oxígeno.

**<span style="font-family: Cambria,serif;">Bomba centrífuga de transferencia de gases industriales 25 bar | VS ** <span style="display: block; font-family: Cambria,serif; text-align: justify;">Esta herramienta es una bomba herméticamente encapsulada, lo que permite eliminar la necesidad de un cierre del eje, el inductor helicoidal permite un bajo NPSH requerido para gases de alta densidad. Consta además de un motor eléctrico sumergido enfriado por el fluido bombeado, conteniendo cojinetes lubricados por el fluido de proceso dando como resultado un mantenimiento cero de diseño. Finalmente posee un bajo nivel de ruido de la bomba, lo que genera menos molestias a la hora de utilizarla. <span style="display: block; font-family: Cambria,serif; text-align: justify;"> **<span style="font-family: Cambria,serif;">Bomba centrífuga de transferencia de gas natural max. 36 bar ** <span style="display: block; font-family: Cambria,serif; text-align: justify;">Bombas estacionarias que se utilizan para transferir líquido criogénico entre los tanques de almacenamiento o camiones cisterna. Estas bombas de llenado bajo-medio, tanques o de alta presión con un caudal alto. <span style="display: block; font-family: Cambria,serif; text-align: justify;">

**<span style="font-family: Cambria,serif;">Unidad de transferencia de gas 5 µm | GTU ** <span style="display: block; font-family: Cambria,serif; text-align: justify;">La unidad de la transferencia del gas de GTU es una solución de bajo costo importante para mantener el equipo SF6, lo cual incluye el control de retiro del gas, la filtración de la contaminación, la purificación del gas, la sequedad del gas y la re-presurización manual del equipo. **<span style="font-family: Cambria,serif;">Bibliografía ** Direct Industry. 2012. Bombas centrifugas de transferencia de gases. [En línea: [|http://www.directindustry.es]<span style="font-family: Cambria,serif;">; consultado el 15/07/12]

<span style="font-family: &#39;Arial&#39;,&#39;sans-serif&#39;;">Ingeniería Ambiental - Gerard Kiely, McGraw Hill, España, 1999.