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ELECTROCOAGULACIÓN:

Para la elección del diseño del reactor se evaluó entre los principales tipos de reactores existentes.

i) Tipos de reactores para electrocoagulación

Los reactores para la electrocoagulación pueden clasificarse en primera instancia como reactores tipo batch o reactores de sistema continuo. La selección de uno de estos tipos de reactor depende de las características del contaminante y de su concentración, así como de las cantidades de agua residual a tratar.

o El reactor tipo Bach, debe operar con un volumen determinado de agua residual para tratar en un ciclo, como desventaja sus condiciones

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cambian con el tiempo y como ventajas es simple y de bajo costo para el tratamiento localizado de aguas.

o Los reactores de sistema continuo están dados en función de la flotación, una vez que el contaminante ha sufrido el proceso de coagulación existen dos formas de separarlos del medio acuoso: flotación y sedimentación. Los reactores pueden diseñarse como reactores con solo coagulación, o con coagulación y flotación. Son llamados reactores de solo coagulación aquellos que ni aprovechan la electrocoagulación para generar burbujas que separen los agregados (flóculos) del contaminante por flotación, mientras que los reactores en los que se aprovechan las burbujas generadas para realizar la flotación de los agregados del contaminante, reciben el nombre de reactores de coagulación y flotación, una de sus desventajas es que tiene un precio elevado. La separación por sedimentación es la más común (Holt, 2005).

Se ha observado que cuando en el reactor se usan dos placas, una como ánodo y otra como cátodo, no se presenta una buena disolución de iones metálicos. Para mejorar esta disolución se debe aumentar el área superficial de los electrodos, lo cual se logra aumentando el número de placas, disponiéndolas en serie en forma paralela monopolar o bipolar, como se muestra en la figura 27 ( Ge. Jiantuan, 2004).

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Figura N° 27. Reactores para electrocoagulación tipo Batch:

Fuente: Jiang, 2002

(a) Reactor con electrodos monopolares conectados en paralelo

(b) Reactor con electrodos monopolares conectados en serie

ii) Tipo de conexión eléctrica en el reactor: determinan un mayor o menor

gasto de energía.

- Monopolar: los electrodos están conectados en paralelo y sometidos

al mismo potencial, generando mayor gasto de energía.

- Bipolar: solo los electrodos de los extremos están directamente

conectados a la fuente, los electrodos restantes toman la polaridad opuesta al electrodo que tiene en frente. Ver tabla Nº 28.

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Figura N° 28. Configuración bipolar

Fuente : Mollaah. 2001

Según Chen (2004) dice: Existen otros tipos de reactores para la electrocoagulación, uno de ellos es el tipo filtro prensa constituido por un par de marcos. Uno de de ellos soporta el ánodo y el otro el cátodo en forma de placas, de manera que su acople forma una cámara como se muestra en la figura N° 29. El agua a ser tratada entra por la parte lateral a la cámara y es inducida a flujo turbulento, para incrementar la eficiencia del proceso. Este sistema hace que su operación y mantenimiento sean relativamente simples.

Figura N° 29. Reactor tipo prensa

Fuente: Jiang, Jia-Qian. 2002

Para la remoción de metales se usa el reactor de electrodo cilíndrico rotativo, en el cual el cátodo gira en el centro de la celda y el ánodo se encuentra fijo, como se muestra en las figuras N° 30 y 31. Esta disposición permite aumentar la transferencia de masa en los electrodos y remover partículas de metal del cátodo.

Figura N° 30. Reactor de electrodo Figura N° 31. Reactor de lecho fluidizado

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Fuente: Jiang, Jia-Qian, ( 2002) Fuente: Jiang, Jia-Qian, ( 2002)

En la siguiente tabla N° 52 se muestran los resultados de los estudios realizados por 35 investigadores sobre las condiciones de operación de EC, tanto de agua industrial como orgánica, según tipo de reactor y dió como resultado que el tipo de reactor con mayor aceptación y eficiencia fue el reactor tipo batch, tanto en agua residual industrial como orgánica, según Emamjomeh M y Sivakumar M. (2009)

Tabla N° 52. Porcentaje de eficiencia según tipo de reactor en EC

TIPO DE REACTOR Contaminante

Orgánico Industrial

Lotes (batch) (%) _{29,8 36,2} Continuo (%) _{17 17}

Fuente: Emamjomeh M; Sivakumar M. (2009)

Con este aporte se puede comparar el reactor con mayor aceptación para realizar el proceso de electrocoagulación, dando como resultado que para las aguas residuales industriales es el reactor tipo batch con un 36,2% el de mayor aceptación, en la tabla N° 52 se puede verificar que el reactor tipo batch es el más efectivo a usar.

Para iniciar con el diseño del sistema de tratamiento se tiene que estudiar el escalamiento del proceso debido a que el estudio es descriptivo y no experimental (en el estudio experimental se permite realizar pruebas para determinar parámetros, medidas, cantidades y valores con mayor precisión), por tanto las medidas se proyectarán de acuerdo a los papers e investigaciones que han comprobado experimentalmente la eficiencia del sistema de electrocoagulación, estas fuentes han realizado las pruebas a escala de laboratorio, mientras que para el diseño del sistema de electrocoagulación de la empresa Nor Autos Chiclayo S.A.C. se tiene que realizar a escala para un diseño industrial que permita tratar eficientemente el agua residual generada.

3.2.6. ESCALAMIENTO PARA EL DISEÑO DEL SISTEMA DE ELECTROCOAGULACIÓN.

- Métodos de escalamiento y similitudes.

La filosofía del escalonado tiene como fin asegurar que las unidades correspondientes entre el trabajo a escala de laboratorio y el trabajo a escala industrial sean lo más similares posibles. Para lograr un buen trabajo en el escalado es necesario utilizar como guía un criterio de similitudes el cual es definido por grupos adimensionales que describen las unidades características de la geometría, cinemática, térmica y química, además, para los sistemas electrolíticos es importante tener en cuenta las similtudes eléctricas. Para sistemas complejos, tales como los reatores electroquímicos, una completa similitud en el escalado, es prácticamente imposible. Para realizar el escalado es importante analizar el criterio dominante de la siguiente lista de criterios (Goodridge, 1995).

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i. Tamaño del reactor y similitud geométrica.

La similitud entre dos reactores de diferente escala se logra mezclando las reacciones correspondientes. En sistemas heterogéneos tan complejos como los reactores electroquímicos, este procedimiento conlleva a objeciones. La similitud entre los dos reactores, en la práctica es aplicafa únicamente a la forma y el érea del electrodo.

ii. Mecánica de fluidos y similitud cinemática.

La similitud cinemática tiene que ver con el movimiento de fases entre el sistema y las fuerzas que inducen el movimiento, Para mantener la similitud en la mecánica de fluidos se debe mantener el número de Reynolds.

iii. Distribución de la concentración y similitud química.

Para la similitud química es necesario mantener constante los tiempos de residencia o los tiempos de reacción en reactores tipo batch o en continuo, En el contexto de grupos adimensionales, la condición mas importante que define la similitud química es la relación entre la formación de productos químicos sobre el flujo total.

iv. Distribución de corriente y similitud eléctrica.

Los reactores electroquímicos de similitud eléctrica, esta es una de las consideraciones más mportantes en el escalado de reactores electroquímicos. La similitud eléctrica existe entre dos unidades cuando la diferencia del potencial y la densidad de corriente sean iguales en ambas unidades.

v. Transferencia de calor y similitud térmica.

La similitud térmica existe cuando la temperatura de dos puntos correspondientes de cada unos de los reactores, tienen la misma relación. El intercambio de calor entre el reactor y sus alrededores cambia con el escalamiento hacia arriba, En el escalamiento el aumento en el área del electrodo, es proporcional con el incremento del volumen. Teniendo en cuenta estos criterios se procedió al diseño del sistema de electrocoagulación.