OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERÍA AMBIENTAL 

Objetivos

El alumno conocerá los principios básicos de las operaciones unitarias utilizadas en la Ingeniería Ambiental para tratar agua.  Aprenderá los fundamentos, mecanismos, y aplicaciones de cada uno de los procesos estudiados.  Podrá aplicar los conocimientos teóricos en prácticas de laboratorio donde podrá realizar ensayos y pruebas básicas de cada proceso u operación.

Contenido temático

1. Conceptos fundamentales de las operaciones unitarias.

1.1. Operaciones unitarias utilizadas y sus aplicaciones.

1.2. Procesos físico-químicos y bioquímicos.

2. Ingeniería de las reacciones químicas.

2.1. Cinética de las reacciones. Velocidad de reacción. Tipos de reacciones. Modelos, mecanismos y orden de las reacciones. Modelos de velocidad para reacciones simples homogéneas. Reacciones complejas (serie-paralelo). Reacciones heterogéneas. Dependencia de variables intensivas sobre la velocidad de reacción.

2.2. Diseño de reactores. Tipos de reactores. Intermitente, completamente mezclado, flujo pistón, reactores en serie, reactor con recirculación.

2.3. Uso de trazadores. Corto circuitos, zonas muertas y dispersión.

3. Neutralización y homogeneización.

3.1. Homogeneización. Tanques de nivel constante. Tanques de nivel variable. Mantenimiento de caudal constante. Homogeneización de la carga orgánica.

3.2. Neutralización. Método de control directo de pH. Neutralización de aguas ácidas y alcalinas.

4. Precipitación, coagulación, floculación.

4.1. Química coloidal. Estabilidad de las partículas. Características de las partículas. Mecanismos de estabilidad. La teoría de la doble capa.

4.2. Mecanismos de desestabilización. Comprensión de la doble capa. Atracción electrostática. Neutralización de carga.

4.3. Química de la coagulación. Coagulantes inorgánicos. Coagulantes orgánicos.

4.4. Transporte de partículas-Cinética de la floculación. Floculación peri-cinética. Gradiente de velocidad, floculación orto-cinética. Mezcla rápida y floculación.

4.5. Precipitación química. Suavización del agua. Proceso cal-carbonato.

5. Sedimentación y flotación.

5.1. Teoría de la sedimentación.

5.2. Tanque de sedimentación ideal.

5.3. Tipos de sedimentación. Partículas separadas. Partículas floculentas. Sedimentación por zonas.

5.4. Tipos de sedimentadores.

5.5. Teoría de la flotación.

5.6. Tipos de sistemas de flotación.

6. Filtración.

6.1. Historia de la filtración.

6.2. Mecanismos de la filtración.

6.3. Modelos matemáticos de la filtración.

6.4. Factores que influyen en la filtración.

6.5. Tipos de filtros.

7. Adsorción.

7.1. Mecanismos de la adsorción.

7.2. Isotermas de adsorción.

7.3. Adsorbentes. Carbón activado.

7.4. Columnas de adsorción. Lechos fijos y lechos móviles.

8. Intercambio iónico.

8.1. Objetivos del proceso.

8.2. Mecanismos del intercambio iónico.

8.3. Tipos de intercambiadores. Aplicaciones.

8.4. Diseño de columnas de intercambio iónico.

9. Procesos de membrana.

9.1. Ósmosis inversa. Principios. Tipos de membranas. Aplicaciones.

9.2. Electrodiálisis. Principios. Aplicaciones.

10. Transferencia de gases.

10.1. Sistemas de contacto gas-líquido.

10.2. Equilibrio gas-líquido. Ley de Henry.

10.3. Sistemas de contacto gas líquido. Absorción-desorción.

10.4. Unidades de contacto gas-líquido.

11. Reacciones bioquímicas (tratamientos biológicos)

11.1. Sistemas aerobios (lodos activados, filtros percoladores, reactores biológicos rotatorios, lagunas aireadas, etc.)

11.2. Sistemas anaerobios (reactores de baja tasa o digestores, reactores de alta tasa)

11.3. Reducción de volumen para lodos mediante digestión.

11.4. Reacciones de nítrificación y desnitrificación.

12. Desinfección.

12.1. Mecanismos de la desinfección.

12.2. Características de los desinfectantes.

12.3. Cinética de la desinfección.

12.4. Química de los desinfectantes.

Laboratorio de operaciones unitarias (optativo)

Conceptos fundamentales de las operaciones unitarias. Conocer físicamente las unidades o equipos en las que se realizan los principales procesos y operaciones que se utilizan en el tratamiento de agua.

Cinética de reacciones (reactor en lotes o intermitente). Determinar la constante de velocidad de reacción en sistemas intermitentes.

Cinética de reacciones en reactores de flujo continuo con mezcla. Determinar la velocidad de reacción en un sistema de flujo continuo.

Coagulación-Floculación. Evaluar la tratabilidad del agua mediante los procesos de coagulación-floculación. Seleccionar el coagulante y/o floculante adecuado, la dosis y las condiciones de operación óptimas (pH y dosis) para una máxima remoción de los contaminantes en suspensión.

Sedimentación de partículas separadas. Determinar la velocidad de sedimentación de partículas separadas de una muestra de agua problema. Establecer los parámetros de diseño para un tanque de sedimentación.

Sedimentación de partículas floculentas. Determinar la velocidad de sedimentación de partículas floculentas de una muestra de agua.

Granulometría. Determinar mediante tamizado la distribución de tamaño de partículas, el tamaño efectivo, el coeficiente de uniformidad y el diámetro equivalente de una muestra de material granular utilizado como medio filtrante.

Filtración por lechos granulares. Ejemplificar el funcionamiento de filtros rápidos utilizando lechos simples (arena) y lechos dobles (arena-antracita) durante los períodos de filtración y lavado.

Intercambio iónico. Determinar la capacidad de intercambio y obtener la curva de operación para una resina de intercambio y un contaminante específico.

Adsorción. Evaluar la capacidad de adsorción de un carbón activado para la remoción de un colorante del agua, mediante la construcción de isotermas.

Cloración. Obtener la demanda de cloro de una muestra de agua natural o residual tratada.

Bibliografía

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