Optimización de la floculación en agua potable mediante agitadores hiperboloides

La floculación es una de las etapas más sensibles dentro del tratamiento de agua potable, ya que condiciona de forma directa la eficiencia de los procesos posteriores de sedimentación y clarificación. Un régimen de mezcla inadecuado puede limitar el crecimiento del flóculo o provocar su rotura, afectando negativamente a la calidad del agua tratada y al rendimiento global de la instalación. En este artículo se analizan los principios hidráulicos de la floculación y el papel del agitador hiperboloide Hyperclassic® como solución de mezcla orientada a maximizar la formación del flóculo y preservar su integridad estructural.

Fundamentos de la mezcla en floculación

Un floculador en una planta de agua potable debe ser capaz de cumplir simultáneamente varios objetivos, que en muchos casos resultan contrapuestos:

• Homogeneizar completamente el contenido del reactor dentro del tiempo de retención disponible (típicamente 20–30 minutos).
• Generar el gradiente de velocidad (G) adecuado para cada etapa de floculación.
• Minimizar las tensiones de cizalla sobre el flóculo.
• Mantener el flóculo en suspensión, evitando su sedimentación prematura.
• Evitar cortocircuitos hidráulicos.
• Garantizar la mezcla de todo el volumen del tanque, sin zonas muertas ni acumulaciones en el fondo.

Desde el punto de vista hidráulico, la floculación es un proceso de equilibrio: requiere suficiente energía de mezcla para promover colisiones entre partículas, pero al mismo tiempo debe limitar la agresividad hidráulica para no destruir los flóculos formados.

Gradiente de velocidad: un parámetro necesario, pero no suficiente

El gradiente de velocidad G se utiliza de forma habitual como parámetro de diseño en floculación y se define como:

Donde:

• P es la potencia transmitida al agua,
• V el volumen del reactor,
• μ la viscosidad del fluido.

En floculación de agua potable, los valores típicos de diseño se sitúan en el rango de 20 a 80 s⁻¹, decreciendo progresivamente a lo largo de las distintas etapas.

Sin embargo, es importante destacar que G es un valor medio. No describe cómo se distribuye realmente la energía dentro del tanque ni cómo se transfiere dicha energía al flóculo. Dos floculadores con el mismo G pueden presentar comportamientos hidráulicos radicalmente distintos en términos de:

• Distribución espacial de la energía.
• Presencia de zonas de alta cizalla.
• Eficiencia real de suspensión del flóculo.

Por este motivo, la tecnología de mezcla y el patrón de flujo generado son tan relevantes como el valor teórico de G.

Agitadores hiperboloides Hyperclassic®: concepto y funcionamiento

El agitador hiperboloide Hyperclassic® de Invent es un floculador vertical de baja velocidad diseñado para maximizar la capacidad de bombeo hidráulico con una mínima generación de cizalla.

El sistema está compuesto por:

• Unidad motriz de servicio pesado, situada fuera del agua.
• Base de montaje con elementos antivibratorios.
• Eje vertical fabricado en acero inoxidable o FRP con recubrimiento NSF 61.
• Cuerpo mezclador hiperboloide en FRP o polímero, también disponible con certificación para agua potable.

El cuerpo hiperboloide genera un patrón de flujo tridimensional caracterizado por:

• Bombeo axial elevado desde el fondo del tanque.
• Recirculaciones amplias y suaves en todo el volumen.
• Ausencia de chorros localizados de alta velocidad.

La ubicación del cuerpo del agitador cerca del fondo garantiza el barrido hidráulico de la solera, evitando depósitos y contribuyendo a una mezcla efectiva de todo el tanque.

¿Por qué el hiperboloide es especialmente adecuado para floculación?

Además de sus ventajas intrínsecas, el comportamiento hidráulico del agitador hiperboloide resulta especialmente favorable cuando se compara con el de un agitador estándar de hélice o palas, ampliamente utilizado en aplicaciones de mezcla.

En los agitadores convencionales de hélice, la transferencia de energía al fluido se produce de forma rápida y localizada, generando zonas con altas velocidades instantáneas y elevados gradientes de cizalla cerca del impulsor. Estas condiciones pueden resultar aceptables en procesos de mezcla intensiva (coagulación), pero son poco adecuadas para floculación, donde el flóculo es frágil y susceptible a la rotura.

El diseño hiperboloide, por el contrario, introduce la energía de forma progresiva y distribuida, evitando impactos hidráulicos y reduciendo de manera significativa la cizalla local.

El carácter diferencial del Hyperclassic® reside en la forma en que transfiere la energía al fluido.

Baja velocidad de rotación y aceleración progresiva

Tal y como se ilustra en la figura comparativa entre un agitador de hélice y un agitador hiperboloide, la forma en que el fluido es acelerado difiere de manera sustancial.

En los agitadores de hélice convencionales, la transferencia de energía se produce en una trayectoria de aceleración corta (l₁), concentrada inmediatamente aguas abajo del impulsor. Esta aceleración brusca genera incrementos rápidos de velocidad y, en consecuencia, picos locales de cizalla que pueden provocar la rotura del flóculo durante su formación.

Por el contrario, el agitador hiperboloide fuerza al fluido a seguir una trayectoria de aceleración mucho más larga y progresiva (l₂), guiada por la geometría del cuerpo mezclador. Esta aceleración gradual permite alcanzar el caudal bombeado requerido sin someter al flóculo a esfuerzos hidráulicos repentinos, reduciendo de forma significativa la cizalla instantánea.

Mezcla suave (gentle mixing) con alta capacidad de bombeo

A pesar de operar a bajas revoluciones, el agitador presenta una alta capacidad de bombeo, lo que se traduce en:

• Elevada tasa de interacción entre partículas.
• Mezcla completa del reactor.
• Protección del flóculo frente a roturas mecánicas.

Este concepto de mezcla suave (gentle mixing) resulta clave para favorecer el crecimiento del flóculo sin comprometer su integridad estructural.

Conclusión

La floculación eficiente en agua potable no depende únicamente del valor de G, sino de cómo se introduce y distribuye la energía dentro del reactor. El agitador hiperboloide Hyperclassic® de INVENT combina baja cizalla, alta capacidad de bombeo y mezcla completa, alineándose de forma natural con los principios del gentle mixing.

Gracias a estas características, el Hyperclassic® se consolida como una solución técnica especialmente adecuada para floculación en plantas de agua potable, tanto en nuevos diseños como en proyectos de rehabilitación de instalaciones existentes.