miércoles, 25 de septiembre de 2013

Diseño de reactores. Parte 23. Lodos activados. Variación de Qr y Qw.

Diseño de reactores. Parte 23. Modelación del proceso de lodos activados. Variación de Qr y Qw.

Este ejercicio está basado en ejercicios del capítulo 6 de Martínez y Rodríguez (2005).

Variación de Qr y Qw
El programa lodosactivados.m se modifica de la siguiente manera:
                function dy=lodosactivados(t,y)                              Esta instrucción cambia por:
                function dy=lodosactivadosQrQw(t,y,unused,Qr,Qw)

Para ejecutar la solución del sistema de ecuaciones se escribe el programa lodosactivadosQrQwrun.m con las siguientes instrucciones:

% lodosactivadosQrQwrun
% este programa ejecuta el sistema de ecuaciones planteado en el
% programa lodosactivadosQrQw.m
% Se ejecuta el sistema de ecuaciones con diferentes valores para Qr y Qw
for Qr=1000:250:3000
    for Qw=400:200:1000
        [t,y]=ode45('lodosactivadosQrQw',[0 20],[668 1000 6500 2],[],Qr,Qw);
        Qr,Qw
        [t(end),y(end,1),y(end,2),y(end,3),y(end,4)]
        pause
    end
end

Los resultados desplegados en la ventana de comandos son como sigue:

EDU>> lodosactivadosQrQwrun
Qr = 1000     Qw =  400     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0478    0.5701    4.4794    0.0062
Qr = 1000     Qw =  600     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0675    0.4311    2.9636    0.0062
Qr = 1000     Qw =  800     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0860    0.3564    2.1781    0.0062
Qr = 1000     Qw = 1000     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.1033    0.3090    1.6994    0.0063
Qr = 1250     Qw =  400     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0406    0.6528    4.4510    0.0062
Qr = 1250     Qw =  600     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0575    0.4893    2.9758    0.0062
Qr = 1250     Qw =  800     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0736    0.4015    2.2031    0.0062
Qr = 1250     Qw = 1000     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0889    0.3458    1.7288    0.0062
                .
                .
                .
Qr = 2750     Qw =  400     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0238    1.0330    4.1814    0.0062
Qr = 2750     Qw =  600     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0335    0.7638    2.9069    0.0062
Qr = 2750     Qw =  800     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0431    0.6144    2.2068    0.0062
Qr = 2750     Qw = 1000     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0526    0.5191    1.7650    0.0062
Qr = 3000     Qw =  400     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0226    1.0821    4.1374    0.0062
Qr = 3000     Qw =  600     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0317    0.8003    2.8899    0.0062
Qr = 3000     Qw =  800     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0408    0.6430    2.1999    0.0062
Qr = 3000     Qw = 1000     ans =       1.0e+003 *
    0.0200    0.0498    0.5424    1.7630    0.0062
EDU>>

Un gráfico 3D para cada parámetro se puede obtener introduciendo los vectores caudal de reciclaje, Qr, y caudal de purga o de desecho, Qw, de la siguiente manera:
Qr=[1000:250:3000]
Qw=[400:200:1000]
A continuación se introduce la matriz con los resultados de DQO obtenidos para los diferentes Qr y Qw:
DQOL=[47.8 67.5 86.0 103.3;
40.6 57.5 73.6 88.9;
35.6 50.5 64.8 78.6;
32.0 45.3 58.2 70.8;
29.2 41.3 53.2 64.8;
27.0 38.1 49.1 59.9;
25.2 35.6 45.8 55.9;
23.8 33.5 43.1 52.6;
22.6 31.7 40.8 49.8];
surf(Qw,Qr,DQOL);
shading interp
colorbar;
xlabel('SSVS Qw (mg/L)')
ylabel('SSV Qr (mg/L)')
zlabel('DQO (mg/L)')


Figura 9. Gráfico de concentraciones de DQO en las simulaciones con Qw de 400:200:1000 m3/d y Qr de 1000:250:3000 m3/d. Caudal de desecho de los fondos del sedimentador, Qw, y caudal de reciclaje de lodos, Qr.

Se procedió de la misma manera con los datos que se generaron para las variables SSV, SSVS y OD.


Figura 10. Gráfico de concentraciones de SSV en el biorreactor en las simulaciones con Qw de 400:200:1000 m3/d y Qr de 1000:250:3000 m3/d. Caudal de desecho de los fondos del sedimentador, Qw, y caudal de reciclaje de lodos, Qr.


Figura 11. Gráfico de concentraciones de SSVS en el sedimentador en las simulaciones con Qw de 400:200:1000 m3/d y Qr de 1000:250:3000 m3/d. Caudal de desecho de los fondos del sedimentador, Qw, y caudal de reciclaje de lodos, Qr.


Figura 12. Gráfico de concentraciones de OD en el biorreactor en las simulaciones con Qw de 400:200:1000 m3/d y Qr de 1000:250:3000 m3/d. Caudal de desecho de los fondos del sedimentador, Qw, y caudal de reciclaje de lodos, Qr.

Bibliografía

Martínez D., Sergio A. y Miriam G. Rodríguez R.2005. Tratamiento de aguas residuales con MATLAB. Editorial Reverté. Universidad Autónoma Metropolitana. México, DF, México.







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