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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA INGENIERÍA CIVIL

EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO CALA CALA I

Proyecto de Grado, Presentado Para Optar al Diploma Académico de LICENCIATURA EN INGENÍERIA CIVIL

Postulante: Zelmy Arali Rojas Prado

Tutor: Ing. Juan Carlos Rocha Cuadros Asesor: Lic. Rita Escobar Claros

Cochabamba – Bolivia Octubre, 2006

Proyecto patrocinado por: Servicio Municipal de Agua Potable y Alcantarillado SEMAPA

Dedicatoria: A la de memoria de mi mamá. La vida nos separó muy temprano, pero yo sigo adelante para convertirme en la persona que siempre quisiste que fuera y te encuentres orgullosa de mí. A mi papá. La base en la cual se fundamenta mi vida, dándome la educación para convertirme en la persona que soy, siempre estuvo conmigo dándome fuerzas para seguir adelante. A mi hermano. Por el apoyo y colaboración que me brindó siempre. A la persona que más amo. Porque siempre estuvo a mi lado brindándome su ayuda en los momentos buenos y en los momentos difíciles, siempre apoyándome desinteresadamente.

Agradecimientos: Al M.Sc. Ing. Juan Carlos Rocha Cuadros. Por todos los conocimientos, asesoramiento y apoyo brindado para la realización del estudio. A la Lic. Rita Escobar Claros. Por la guía invalorable, orientación, colaboración, incentivo, sugerencias y el apoyo brindado en los momentos difíciles para la realización del estudio. Al Ing. Luis Camargo Iñiguez. Por los consejos brindados, el permanente estímulo y su amable colaboración para la realización del estudio. A todo el personal de la Planta de Tratamiento de Cala Cala. Por la cooperación, sugerencias, la amistad y la ayuda brindada en todo el tiempo que trabaje con ellos. A mis amigos. Aquellos que me ayudaron, en los momentos que los requerí.

FICHA RESUMEN El hombre a través de la historia ha buscado y desarrollado procesos para mejorar la calidad del agua, el gran porcentaje de la masa terrestre esta constituido por agua salada en 97% y agua dulce escasamente el 3%. Para la evaluación de la Planta de Tratamiento se utilizo información técnica existente en planta, se sistematizo esta información y se realizo un diagnostico preliminar. La evaluación de la planta de tratamiento de agua comprende un análisis técnico, en general de las diferentes unidades, se determino: Las pérdidas operativas generadas en planta, el funcionamiento y comportamiento hidráulico, fisicoquímico y microbiológico de cada una de las unidades que la conforman. La eficiencia de la Planta de Tratamiento mediante la caracterización del afluente y efluente. Una curva característica para el Medidor Parshall. Las características de flujo: tiempos de retención, gradientes hidráulicos reales y teóricos, caudales para las diferentes unidades que conforman la Planta de Tratamiento, porcentaje de flujo pistón, espacios muertos y mezcla completa. Una expresión que representa el comportamiento de las bombas de sulfato de aluminio y la dosis optima de sulfato de aluminio que se requiere en planta y laboratorio para diferentes tipos de turbiedades. Las características del proceso de floculación, parámetros de floculación, número de pantallas, tiempo de formación y tamaño del floc en planta y en laboratorio. Las características del proceso de sedimentación: la tasa superficial de sedimentación en planta y laboratorio, tasa de sedimentación de placas hexagonales, la tasa de recolección en los vertederos y la calidad del agua que produce el sedimentador. Las características del proceso de filtración: velocidad de filtración, espesor del medio filtrante, expansión del medio filtrante, velocidad de lavado de los filtros, duración del proceso de lavado, calidad de filtrado inicial, duración de las carreras de filtración, control de turbiedades en las diferentes unidades de la planta de tratamiento. Las características del proceso de desinfección: demanda de cloro, tiempo de contacto en la cámara de mezcla y el índice de Langelier.

INDICE 1 INTRODUCCION. 1.1. ANTECEDENTES. 1.2. PROBLEMA CENTRAL DE ESTUDIO. 1.3. OBJETIVOS. 1.3.1. OBJETIVO GENERAL. 1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS. 1.4. JUSTIFICACION. 2 MARCO TEORICO. 2.1. MEDIDOR PARSHALL. 2.1.1. CALIBRACION DEL MEDIDOR PARSHALL. 2.2. ANALISIS DE FLUJOS Y FACTORES QUE AFECTAN LOS PERIODOS DE RETENCION EN LOS REACTORES. 2.2.1. MODELOS DE FLUJO. a) Flujo discontinuo o intermitente. b) Flujo contínuo. ƒ Modelos de flujo pistón o flujo ideal. ƒ Modelos de flujo con mezcla. ƒ Modelos de flujo no ideal. 2.2.2. INFLUENCIA DEL TIEMPO DE RETENCION. 2.2.3. USO DE TRAZADORES PARA DETERMINAR EL TIEMPO DE RETENCION Y CARACTERISTICAS HIDRAULICAS DE UN REACTOR. 2.2.4. MODELOS MATEMATICOS. a) Modelo matemático Wolf – Resnick. b) Modelo grafico (Curva tendencia trazador). 2.3. COAGULACION. 2.3.1. TURBIEDAD. 2.3.2. COLOR. 2.3.3. SUSTANCIAS QUIMICAS EMPLEADAS EN LA COAGULACION. a) Sulfato de aluminio. 2.4. MEZCLA RAPIDA. 2.4.1. PARAMETROS OPERACIONALES. 2.5. FLOCULACION 2.5.1. TEORIA BASICA. a) Gradiente de velocidad.

Pag. 1 2 5 5 5 5 6 7 7 11 12 13 13 13 13 14 14 15

16 18 18 22 26 27 27 28 28 28 28 29 29 29

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2.5.2. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FLOCULACION. a) Naturaleza del agua. b) Influencia del tiempo de floculación. c) Influencia del gradiente de velocidad. d) Influencia de la variación de caudal. 2.5.3. FLOCULADORES HIDRAULICOS. 2.6. SEDIMENTACION 2.6.1. SEDIMENTACIÓN DE PARTÍCULAS FLOCULENTAS. a) Sedimentación de partículas floculentas con caída libre. 2.6.2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO. a) Calidad de agua. b) Condiciones hidráulicas. ƒ En la zona de sedimentación. ƒ En la zona de entrada. ƒ En la zona de salida. 2.6.3. SEDIMENTADORES ESTATICOS Y LAMINARES. a) Sedimentadores estáticos. b) Sedimentadores laminares. 2.7. FILTRACION. 2.7.1. PÉRDIDA DE CARGA EN UN MEDIO FILTRANTE. 2.7.2. LAVADO DE MEDIOS FILTRANTES. a) Fluidificación de medios porosos. b) Expansión de medios porosos. 2.7.1. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACION. a) Características de la suspensión. b) Características del medio filtrante. c) Características hidráulicas. 2.7.2. FILTRACION POR GRAVEDAD. 2.7.3. METODO DE CONTROL OPERACIONAL. 2.7.4. MEDIO FILTRANTE. 2.8. DESINFECCION. 2.8.1. LA CLORACION. 2.8.2. HIPOCLORITO DE CALCIO. 2.8.3. DEMANDA DE CLORO. 3 EVALUACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO CALA CALA I. 3.1. FICHA TECNICA PARA LA INSPECCION INICIAL. 3.1.1. UBICACIÓN. 3.1.2. FUENTE DE ABASTECIMIENTO.

30 30 30 31 31 31 32 32 33 35 35 35 35 36 36 36 36 36 36 37 38 38 40 40 40 41 42 43 44 44 44 45 45 45 47 47 47 47 ii

3.1.3. CARACTERISTICAS DE LA PLANTA. 3.1.4. ANALISIS DE LA INFORMACION. 3.1.6. DIAGNOSTICO PRELIMINAR. 3.2. EVALUACION DEL MEDIDOR PARSHALL CALA CALA I. 3.2.1. GEOMETRIA DEL MEDIDOR PARSHALL. 3.2.2. DIFERENCIAS GOEMETRICAS. 3.2.3. DETERMINACION DE CAUDALES ACTUAL. 3.2.4. CALIBRACION DEL MEDIDOR PARSHALL CALA CALA I 3.3. ANALISIS DE FLUJOS Y FACTORES QUE AFECTAN LOS PERIODOS DE RETENCION EN LAS DIFERENTES UNIDADES OPERATIVAS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO. 3.3.1. PRUEBAS CON TRAZADORES. 3.3.2. TIEMPOS DE RETENCION Y GRADIENTES HIDRAULICOS EN LAS DIFERENTES UNIDADES OPERATIVAS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO 3.3.3. PRUEBA DE TRAZADORES EN LOS FLOCULADORES. 3.3.4. PRUEBA DE TRAZADORES EN LOS SEDIMENTADORES 3.3.5. DETERMINACION DE CAUDALES A LA ENTRADA A LOS SEDIMENTADORES. 3.3.6. DETERMINACION DE CAUDALES EN LOS FILTROS 3.3.7. DETERMINACION DE PERDIDAS DE CAUDAL 3.4. EVALUACION DEL PROCESO DE COAGULACION 3.4.1. CALIBRACION DE DOSIFICADOR DE SULFATO DE SULFATO DE ALUMINIO. 3.4.2. DETERMINACION DE LA DOSIS OPTIMA DE SULFATO DE ALUMINIO EN LABORATORIO. 3.4.3. DETERMINACION DE LA DOSIS DE SULFATO DE ALUMINIO EN PLANTA. 3.5. EVALUACION DEL PROCESO DE FLOCULACION. 3.5.1. GEOMETRIA DE LA UNIDAD. 3.5.2. DETERMINACION DE LOS PARAMETROS DE FLOCULACION. 3.5.3. DETERMINACION DEL NUMERO DE PANTALLAS PARA LOS GRADIENTES EN PLANTA Y LABORATORIO. 3.5.4. DETERMINACION DEL TIEMPO INICIAL DE FORMACION DEL FLOCULO EN LA PLANTA. 3.5.5. DETERMINACION DEL TAMAÑO DEL FLOC PRODUCIDO EN PLANTA

48 50 58 59 59 60 61 63

67 67

70 72 77 94 95 98 100 100 104 112 115 115 116 121 124 126 iii

3.6. EVALUACION DEL PROCESO DE SEDIMENTACION. 3.6.1. GEOMETRIA DE LA UNIDAD. 3.6.2. DETERMINACION DE LOS PARAMETROS DE SEDIMENTACION EN LABORATORIO. 3.6.3. DETERMINACION DE LOS PARAMETROS DE SEDIMENTACION EN PLANTA. 3.6.4. DETERMINACION DE LA TASA DE SEDIMENTACION CON LA QUE ESTA OPERANDO EL SEDIMENTADOR LAMINAR DE PLACAS HEXAGONALES. 3.6.5. DETERMINACION DE LA TASA DE RECOLECCION DEL AGUA SEDIMENTADA DE LOS VERTEDEROS. 3.6.6. EFICIENCIA EN FUNCION DE LA CALIDAD DEL AGUA EN PLANTA Y EN LABORATORIO. 3.6.7. EFICIENCIA EN FUNCION DE LA CALIDAD DE AGUA SEDIMENTADA. 3.7. EVALUACION DEL PROCESO DE FILTRACION 3.7.1. GEOMETRIA DE LA UNIDAD. 3.7.2. DETERMINACION DE LA EFICIENCIA DE LA CALIDAD DE AGUA FILTRADA. 3.7.3. DETERMINACION DE LA VELOCIDAD DE FILTRACION 3.7.4. DETERMINACION DEL ESPESOR DEL MEDIO FILTRANTE. 3.7.5. DETERMINACION DE LA EXPANSION DEL MEDIO FILTRANTE. 3.7.6. DETERMINACION DE LA VELOCIDAD DE LAVADO DE LOS FILTROS. 3.7.7. DETERMINACION DE LA DURACION DEL PROCESO DE LAVADO. 3.7.8. DETERMINACION DE LA CALIDAD DE FILTRADO INICIAL. 3.7.9. DETERMINACION DE LA DURACION DE LAS CARRERAS DE FILTRACION. 3.7.10.CONTROL DE TURBIEDADES DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO. 3.8. EVALUACION DEL PROCESO DE DESINFECCION. 3.8.1. DETERMINMACION DE LA DEMANDA DE CLORO. 3.8.2. DETERMINACION DEL TIEMPO REAL DEL TANQUE DE MEZCLA. 3.8.3. DETERMINACION DEL INDICE DE LANGELIER. 4 RESUMEN DE RESULTADOS. 4.1. RESUMEN DE RESULTADOS.

127 127 128 133

136 137 138 140 142 142 143 144 148 159 161 162 165 167 169 171 172 174 176 179 179 iv

4.1.1. MEDIDOR PARSHALL. 4.1.2. PROCESO DE COAGULACION. 4.1.3. PROCESO DE FLOCULACION. 4.1.4. PROCESO DE SEDIMENTACION. 4.1.5. PROCESO DE FILTRACION. 4.1.6. PROCESO DE DESINFECCION. 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. CONCLUSIONES. 5.2. RECOMENDACIONES. BIBLIOGRAFIA ANEXOS ANEXO A ANEXO B ANEXO C ANEXO D ANEXO E

179 179 180 182 183 185 186 186 187 190 191 191 195 196 198 202

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INDICE DE FIGURAS

Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura

2.1 2.2 2.3 2.4

Esquema de un medidor Parshall. Relación Caudal (Q) - Altura de agua (H). Aplicación de trazadores a un reactor. Curvas típicas de concentración del trazador en el efluente de reactores con diferentes características hidráulicas 2.5 Curva log[1-F(t)] versus t/to cantidad de trazador que permanece en el reactor. 2.6 Concentración de un trazador en el efluente de un reactor. 2.7 Índice de Morril. 2.8 Floculadores hidráulicos. 2.9 Comparador para estimar el tamaño del floculo producido en la coagulación según la Water Research Asociation. 2.10 Curva de variación de eficiencia en función de la velocidad de sedimentación. 2.11 Sedimentadores estáticos y laminares. 2.12 Variación de la perdida de carga en función de (L) y (t). 2.13 Perdida de carga, profundidad del lecho y porosidad versus velocidad de lavado. 2.14 Filtración por gravedad descendente. 2.15 Métodos de control operacional (tasa declinante). 2.16 Medio filtrante de lecho múltiple. 2.17 Curva del punto de quiebre. 3.1 Variación de la turbiedad diaria de la fuente de abastecimiento. 3.2 Variación de la turbiedad diaria de agua sedimentada. 3.3 Variación de la turbiedad diaria de agua filtrada. 3.4 Variación del color diario de la fuente de abastecimiento. 3.5 Variación del color diario de agua sedimentada. 3.6 Variación del color diario de agua filtrada. 3.7 Variación del pH diario de la fuente de abastecimiento. 3.8 Variación del pH diario de agua sedimentada. 3.9 Variación del pH diario de agua filtrada. 3.10 Variación diaria de coliformes totales de la fuente de abastecimiento. 3.11 Variación diaria de coliformes fecales de la fuente de abastecimiento.

Pag. 8 12 16 18 21 23 25 32 33 34 37 38 39 43 44 44 46 51 51 51 52 52 53 54 54 54 55 55

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Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura

3.12 Variación diaria de coliformes totales de agua sedimentada. 3.13 Variación diaria de coliformes fecales de agua sedimentada. 3.14 Variación diaria de coliformes totales de agua filtrada. 3.15 Variación diaria de coliformes fecales de agua filtrada. 3.16 Cantidad de cloro residual a la salida del tanque de mezcla. 3.17 Esquema del Parshall planta de Tratamiento Cala Cala 1. 3.18 Diferencias entre el Parshall Teórico y el Real. 3.19 Curva actual del medidor Parshall. 3.20 Curva característica generada para el medidor Parshall. 3.21 Puntos de muestreo de la prueba de trazadores. 3.22 Curva de variación método Wolf - Resnick floculador 1. 3.23 Curva de variación método Wolf - Resnick floculador 2. 3.24 Curva de variación método Wolf - Resnick floculador 3. 3.25 Curva de variación método de Wolf - Resnick sedimentador 1 sección 1. 3.26 Curva de variación método de Wolf - Resnick sedimentador 1 sección 2. 3.27 Curva de variación método Wolf - Resnick sedimentador 1 sección 3. 3.28 Curva de variación método Wolf – Resnick sedimentador 2 sección 1. 3.29 Curva de variación método Wolf – Resnick sedimentador 2 sección 2. 3.30 Curva de variación método Wolf – Resnick sedimentador 2 sección 3. 3.31 Curva de variación método Wolf – Resnick sedimentador 3 sección 1. 3.32 Curva de variación método Wolf – Resnick sedimentador 3 sección 2. 3.33 Curva de variación método Wolf – Resnick sedimentador 3 sección 3. 3.34 Curva de calibración de la bomba # 1 del dosificador de sulfato de aluminio. 3.35 Curva de calibración de la bomba # 2 del dosificador de sulfato de aluminio. 3.36 Curva para la dosis optima de las pruebas 1, 2 y 3 en laboratorio. 3.37 Curva para la dosis optima de las pruebas 5 y 6 en laboratorio.

56 56 57 57 58 59 61 63 65 71 73 74 76 78 80 82 84 85 87 89 91 92 102 103 109 109 vii

Figura 3.38 Curva para la dosis óptima de las pruebas 6, 7 y 8 en laboratorio. Figura 3.39 Curva turbiedad versus dosis optima en laboratorio. Figura 3.40 Curva turbiedad versus dosis optima en planta. Figura 3.41 Esquema del floculador hidráulico de pantallas de flujo horizontal de la Planta de Tratamiento Cala Cala I. Figura 3.42 Tiempo total de floculación para una turbiedad promedio de 139 UNT. Figura 3.43 Gradientes de velocidad optimas para una turbiedad promedio de 139 UNT. Figura 3.44 Tiempo total de floculación para una turbiedad promedio de 17 UNT. Figura 3.45 Gradientes de velocidad optimas para una turbiedad promedio de 17 UNT. Figura 3.46 Curva de gradientes óptimos de floculación. Figura 3.47 Tamaño del floculo producido en planta. Figura 3.48 Esquema del sedimentador de la Planta de Tratamiento Cala Cala I. Figura 3.49 Curva de sedimentación para una turbiedad de 139 UNT. Figura 3.50 Curva de sedimentación para una turbiedad de 17 UNT. Figura 3.51 Curva de sedimentación para la planta de tratamiento. Figura 3.52 Eficiencia de los sedimentadores. Figura 3.53 Frecuencia acumulada de turbiedad de agua sedimentada. Figura 3.54 Esquema de los filtros en la Planta de Tratamiento Cala Cala I. Figura 3.55 Frecuencia acumulada de turbiedad de agua filtrada. Figura 3.56 Profundidad del lecho filtrante. Figura 3.57 Espesores del medio filtrante filtro 1. Figura 3.58 Espesores del medio filtrante filtro 2. Figura 3.59 Espesores del medio filtrante filtro 3. Figura 3.60 Espesores del medio filtrante filtro 4. Figura 3.61 Espesores del medio filtrante filtro 5. Figura 3.62 Espesores del medio filtrante filtro 6. Figura 3.63 Espesores del medio filtrante filtro 7. Figura 3.64 Espesores del medio filtrante filtro 8. Figura 3.65 Esquema del medidor de expansión del lecho filtrante. Figura 3.66 Duración de operación de lavado filtros 1 - 4. Figura 3.67 Duración de operación de lavado filtros 5 - 8. Figura 3.68 Calidad de filtrado inicial filtros 1 - 4. Figura 3.69 Calidad de filtrado inicial filtros 5 - 8.

109 110 114 115 118 119 119 120 120 126 127 131 132 135 139 141 143 144 148 151 152 153 154 155 156 157 158 159 164 164 166 167 viii

Figura Figura Figura Figura Figura Figura

3.70 Esquema de los puntos de muestreo para el control de turbiedades. 3.71 Esquema del punto de cloración de la Planta de Tratamiento. 3.72 Demanda de cloro por medio del punto de quiebre. 3.73. Tiempo real del tanque de mezcla en función del cloro residual. 4.1. Curva característica para el Parshall. 4.2. Perdida del espesor del medio filtrante.

169 171 173 175 179 184

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INDICE DE TABLAS

Tabla 2.1 Tabla 2.2 Tabla 2.3 Tabla 2.4 Tabla 2.5 Tabla 2.6 Tabla 3.1

Dimensiones de medidores Parshall. Condiciones de la descarga. Características de descarga del medidor Parshall. Factores de corrección. Formas de adición de sustancias trazadoras. Valores de (γ/µ)0.5 . Turbiedades debido a derrumbes o lluvias esporádicas en el lugar de captación del efluente Tabla 3.2 Dimensiones del medidor Parshall Cala Cala I. Tabla 3.3 Diferencias del Parshall Teórico y Real. Tabla 3.4 Caudal (Q) versus altura de agua (ha) para el Parshall de 1’ generadas a partir de la ecuación 3.1. Tabla 3.5 Determinación de caudales actual. Tabla 3.6 Registro de caudales versus altura de agua. Tabla 3.7 Corrección de la descarga debido al sumergimiento del medidor Parshall Cala Cala I. Tabla 3.8 Generación de caudales para la curva característica mediante la ecuación 3.3 del medidor Parshall Cala Cala I. Tabla 3.9 Tiempos de retención y gradientes hidráulicos. Tabla 3.10 Prueba de trazadores floculador 1. Tabla 3.11 Prueba de trazadores floculador 2. Tabla 3.12 Prueba de trazadores floculador 3. Tabla 3.13 Prueba de trazadores sedimentador 1 sección 1. Tabla 3.14 Prueba de trazadores sedimentador 1 sección 2. Tabla 3.15 Prueba de trazadores sedimentador 1 sección 3. Tabla 3.16 Prueba de trazadores sedimentador 2 sección 1. Tabla 3.17 Prueba de trazadores sedimentador 2 sección 2. Tabla 3.18 Prueba de trazadores sedimentador 2 sección 3. Tabla 3.19 Prueba de trazadores sedimentador 3 sección 1. Tabla 3.20 Prueba de trazadores sedimentador 3 sección 2. Tabla 3.21 Prueba de trazadores sedimentador 3 sección 3. Tabla 3.22 Prueba de trazadores para la determinación de caudales de los sedimentadores. Tabla 3.23 Determinación de caudales de los sedimentadores. Tabla 3.24 Prueba de trazadores para la determinación de caudales de los

Pag. 9 9 10 11 17 29 58 60 60 62 62 64 66 67 71 72 74 75 77 79 81 83 84 86 88 90 91 94 95

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Tabla 3.25 Tabla 3.26 Tabla 3.27 Tabla 3.28 Tabla 3.29 Tabla 3.30 Tabla 3.31 Tabla 3.32 Tabla 3.33 Tabla 3.34 Tabla 3.35 Tabla 3.36 Tabla 3.37 Tabla 3.38 Tabla 3.39 Tabla 3.40 Tabla 3.41 Tabla 3.42 Tabla 3.43 Tabla 3.44 Tabla 3.45 Tabla 3.46 Tabla 3.47 Tabla 3.48 Tabla 3.49

filtros. Determinación de caudales de los filtros. Calibración del dosificador de sulfato de aluminio. Pruebas realizadas para determinar la dosis optima en laboratorio. Dosis optima en laboratorio. Valores generados a partir de la curva de turbiedad versus dosis optima en laboratorio. Dosificación en planta. Gradientes de velocidad del floculador de pantallas de la Planta de Tratamiento Cala Cala I. Resultados parámetros de floculación para una turbiedad promedio de 139 UNT. Resultados parámetros de floculación para una turbiedad promedio de 17 UNT. Gradientes de velocidad óptimos de floculación. Gradientes de velocidad óptimos de floculación. Numero de pantallas en planta. Calculo del numero de pantallas y espaciamiento entre ellas. Tiempo inicial de formación del floculo mediante prueba de trazadores. Resultados del ensayo de sedimentación para una turbiedad de 139 UNT. Selección de la tasa de sedimentación para una turbiedad de 139 UNT. Resultados del ensayo de sedimentación para una turbiedad de 17 UNT. Selección de la tasa de sedimentación para una turbiedad de 17 UNT. Resultados del ensayo de sedimentación en la Planta de Tratamiento Selección de la tasa de sedimentación en planta Velocidad de sedimentación entre placas hexagonales en la Planta de Tratamiento Cala Cala I. Carga unitaria en vertederos. Turbiedad de agua cruda en función del agua sedimentada en Planta. Turbiedad de agua cruda en función del agua sedimentada en Laboratorio. Turbiedad de agua sedimentada.

96 97 101 107 110 111 113 116 118 119 120 121 121 123 125 130 130 131 132 135 135 137 138 139 139 141 xi

Tabla 3.50 Tabla 3.51 Tabla 3.52 Tabla 3.53 Tabla 3.54 Tabla 3.55 Tabla 3.56 Tabla 3.57 Tabla 3.58 Tabla 3.59 Tabla 3.60 Tabla 3.61 Tabla 3.62 Tabla 4.1

Turbiedad de agua filtrada. Velocidad de filtración antes del lavado. Velocidad de filtración después del lavado. Velocidad promedio de filtración. Registro de los diferentes puntos del espesor del medio filtrante. Expansión del medio filtrante. Determinación de la velocidad de lavado de los filtros. Duración de la operación de lavado de los filtros. Valores obtenidos para la calidad de filtrado inicial. Duración de las carreras de filtración. Control de turbiedades de la planta de tratamiento. Determinación de la demanda de cloro. Tiempo real del tanque de mezcla. Resultados de los tiempos de retención y gradientes de velocidad reales y teóricos. Tabla 4.2 Resultados de las características hidráulicas de los floculadores de la Planta de Tratamiento. Tabla 4.3 Resultados de los gradientes de velocidad en laboratorio, en planta y teórico para los floculadores. Tabla 4.4 Resultados de la cantidad de pantallas y espaciamiento entre ellas que. debe haber en el floculador de acuerdo a los diferentes gradientes de velocidad. Tabla 4.5 Resultados del tiempo de formación del floc y del tiempo optimo de floculación. Tabla 4.6 Resultados de los tiempos de retención reales, teóricos y caudales de operación de los sedimentadores. Tabla 4.7 Resultados de las características hidráulicas de los sedimentadores de la Planta de Tratamiento Tabla 4.8 Resultados de la tasa superficial en laboratorio y en planta. Tabla 4.9 Resultados de la evaluación de la zona de sedimentación. Tabla 4.10 Resultados de los tiempos de retención reales, teóricos y caudales de operación. Tabla 4.11 Resultados del proceso de filtración. Tabla 4.12 Resultados de la duración del proceso de lavado, de la calidad de filtrado inicial y duración de la carrera de filtración. Tabla 4.13 Resultados del proceso de desinfección.

143 147 147 147 149 160 162 163 166 168 170 173 175 180 181 181

182 182 182 183 183 183 184 184 185 185

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1 INTRODUCCION El agua potable es uno de los recursos más importantes para la supervivencia del hombre, ya que gran porcentaje de la masa corporal esta constituida por agua y es fundamental para los procesos que ocurren en el cuerpo humano. El hombre a través de la historia ha investigado y desarrollado procesos para mejorar la calidad del agua. El tratamiento y abastecimiento de este elemento es de suma importancia para preservar su propia forma de existencia y mejorar sus condiciones de vida. El agua como se encuentra en la naturaleza no se la puede consumir directamente, salvo raros casos, a su paso por el suelo, por la superficie de la tierra e incluso a través del aire, el agua se contamina y se carga de materiales en suspensión o en solución, tales como arcilla, residuos vegetales, organismos vivos, sales diversas, materia orgánica, etc. El agua potable debe cumplir normas de calidad regidas en nuestro medio por la Norma Boliviana NB 512 “Agua potable – Requisitos” revisada y actualizada por el Comité Técnico de Normalización, aprobada por la junta Directiva del IBNORCA 02-121997, Una Planta de Tratamiento debe proveer agua con la calidad adecuada para consumo humano, con el mínimo de inversión económica y dando la máxima utilidad a los recursos humanos y materiales existentes en nuestro medio. La evaluación de los procesos integrantes de una Planta de Tratamiento de agua es una serie programada de actividades que comprende un análisis detallado del funcionamiento y comportamiento del tratamiento del agua en cada una de sus unidades. Mediante esta serie programada se puede determinar: ƒ Si los procesos utilizados son los adecuados para tratar un tipo de agua con características especiales.

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ƒ Si la solución tecnológica adoptada es compatible con los recursos existentes en nuestro medio. ƒ Las características de los procesos y estimar aquellos factores que se acercan o discrepan de los parámetros establecidos por norma. ƒ De existir problemas en la Planta de Tratamiento tales como pérdidas de caudal, deficiencias en el funcionamiento hidráulico, calidad del efluente, determinar su posible origen. Requiriéndose para ello establecer o determinar: ƒ Las normas y valores que sirvan como grado o base de comparación; ƒ Los procedimientos a seguirse en cada caso. Esto indica la alta prioridad que debe darse a la identificación de los problemas técnicos que influyen en la producción con calidad satisfactoria a objeto de mejorarla y utilizar con mayor eficiencia las instalaciones existentes. 1.1. ANTECEDENTES. Desde 1896 la cuidad de Cochabamba se abastecía de agua de diferentes fuentes, el agua de las vertientes se distribuía en cantaros a través de piletas publicas, posteriormente se construyeron pozos de hundimiento, el agua de estas captaciones llegaban a través dos líneas de aducción a un tanque de almacenamiento construido en las faldas del cerro de San Pedro, en 1928 se construyó la primera red de distribución con tuberías de acero. Las lagunas de Escalerani y el Toro que en un principio servían para el regadío de tierras de la zona de Tiquipaya, fueron adquiridas en concesión, para atender el marcado déficit existente de agua, se construyo una obra de toma con un desarenador en la zona de Tolapujro, un aductor de Tiquipaya a Cala Cala, una planta de tratamiento y un tanque de almacenamiento en Cala Cala, permitieron aprovechar estas aguas a partir de 1940. Ante la necesidad de prestar servicios de saneamiento básico en condiciones de regularidad a una población creciente se planteó la necesidad de reestructurar la

2

administración de servicios, de este modo se creo el Servicio Municipal de Agua potable, Alcantarillado y Desagües Pluviales el 12 de julio de 1967 en calidad de Sociedad Mixta. Posteriormente manteniendo la sigla se transfirió los bienes municipales a administración propia el 12 de julio de 1974, la Institución fue reorganizada como Servicio de Agua Potable y Alcantarillado de Cochabamba, durante estos años la estructura organizacional de SEMAPA ha experimentado cambios que le han permitido adaptarse a la dinámica de su entorno. (www.semapa.com.bo) La Planta de Tratamiento Cala Cala (SEMAPA) se halla en la provincia Cercado, capital del departamento de Cochabamba, se encuentra al interior del Valle Central, esta ubicada en la Av. Circunvalación entre las calles Atahuallpa y Kápac Yupanqui, esta se encarga del proceso de potabilización y control de calidad del agua a ser distribuida a un sector de la población. SEMAPA dispone de dos tipos de fuentes para el suministro de agua potable a la ciudad de Cochabamba: superficiales y subterráneas. La diversidad de las fuentes y periodos del año (lluvioso-seco) se ve reflejada en la calidad del agua que llega a las estaciones de tratamiento, sobre todo cuando la fuente es superficial.(Plan Maestro para el abastecimiento de agua potable para la ciudad de Cochabamba, volumen III 1994) La planta Cala Cala cuenta con dos plantas de tratamiento para potabilizar el agua y posteriormente ingresar a la red de distribución, estas son: Cala Cala I, puesta en funcionamiento el año 1975, fue remodelada el año 1998, se cambiaron las pantallas de madera del floculador, por placas de asbesto cemento, en el sedimentador se construyeron varias tolvas de almacenamiento de lodos y se cambiaron las placas laminares de asbesto cemento por placas hexagonales, también se aumentaron dos filtros sobre los 6 ya existentes, se cambio también el lecho de filtración y se construyó un tanque de mezcla, en la actualidad se encuentra en funcionamiento, es abastecido con agua proveniente de la Cordillera (laguna el Toro, embalse Escalerani, canal Cuencas Vecinas) y Misicuni que a partir del 11 de abril del 2005 abastece la planta de tratamiento. 3

Cala Cala II se construyó en 1940, en la actualidad se encuentra en un proceso de remodelación. El tratamiento que realiza la planta, Cala Cala I es de tipo convencional ya que cuenta con un proceso de Coagulación - floculación, sedimentación, filtración y desinfección. La planta cuenta con un medidor de tipo Parshall. En la garganta del aforador se produce la dosificación de la solución de sulfato de aluminio (coagulante), posteriormente se produce la mezcla rápida en el resalto hidráulico que se da a la salida del aforador, así se da inicio al proceso de coagulación – floculación. La unidad de floculación cuenta con tres floculadores de pantallas de flujo horizontal, el agua floculada ingresa a un canal colector para que se pueda distribuir uniformemente a los sedimentadores, posteriormente el agua sedimentada es recolectada por medio de vertederos triangulares y canales para ser trasportados a los filtros. El agua filtrada es recolectada por medio de un canal de aislamiento, para llegar a un canal común y pasar al proceso de desinfección por medio de la cloración con la solución de hipoclorito de calcio, finalmente por medio de una tubería de aduccion se transporta el agua clorada a un tanque de mezcla donde se produce la destrucción de bacterias y microorganismos existentes, al finalizar este proceso el agua potable se distribuye. La evaluación de una Planta de Tratamiento de agua comprende un análisis detallado del funcionamiento y comportamiento hidráulico de cada una de las partes que físicamente la conforman, de la calidad y cantidad del afluente - efluente y de la forma en que esta siendo operada, controlada y mantenida. Se realizaron varias evaluaciones de Plantas de Tratamiento en diferentes ciudades de América Latina. El Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS) desarrollo una metodología para evaluar plantas de tratamiento de agua, se estudiaron más de veinte casos y se aplico en más de una docena de cursos. La metodología desarrollada para evaluar Plantas de Tratamiento se ve plasmada en un manual “Evaluación de plantas de tratamiento de agua”, que ha sido publicada en Lima - Diciembre de 1984 por DTIAPA, esta permite identificar los problemas y sus causas, señalar los procesos correctivos necesarios para tratar un 4

agua con una calidad determinada, caracterizar los procesos a nivel teórico y laboratorio a si como en planta, evaluar la eficiencia de la planta de tratamiento.(CEPIS 1984) Este manual ha sido actualizado en el año 1992 y mejorado con la metodología de evaluación empleada por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos EPA el año 2005 por el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS/OPS). 1.2. PROBLEMA CENTRAL DE ESTUDIO. “Conocer la eficiencia global de la Planta de Tratamiento Cala Cala I”. Para poder determinar la eficiencia de la Planta de Tratamiento hay que conocer en primera instancia como funciona, que cantidad de caudal trata, que cantidad de caudal se pierde durante el tratamiento y cuales son los motivos, cual es su comportamiento hidráulico, cual la remoción fisicoquímica y microbiológica tanto en planta como en laboratorio, e identificar sus problemas y causas. 1.3. OBJETIVOS. 1.3.1. OBJETIVO GENERAL. Evaluar el proceso de funcionamiento de la Planta de Tratamiento Cala Cala I de acuerdo a la metodología planteada por el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria CEPIS. 1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS. ƒ Sistematizar la información técnica existente del funcionamiento de la planta de tratamiento. ƒ Determinar las perdidas operativas generadas de las diferentes unidades y las perdidas por filtración. ƒ Determinar el funcionamiento y las características hidráulicas en las diferentes unidades de tratamiento ƒ Determinar la eficiencia actual mediante la caracterización del afluente y efluente de la Planta de Tratamiento 5

ƒ Caracterizar los procesos con pruebas realizadas en laboratorio y posteriormente los resultados obtenidos comparar con las pruebas realizadas en planta. 1.4. JUSTIFICACION. La evaluación de la Planta de Tratamiento Cala Cala I se la realiza para obtener información referente a las diferentes unidades comprendidas en la Planta de Tratamiento, además del comportamiento, tanto cualitativo como cuantitativo del efluente en comparación con el afluente. El comportamiento de una planta de tratamiento puede determinarse por la cuantificación de las deficiencias hidráulicas que ocasionan determinadas características de flujo en la unidad, que afectan los periodos de retención del agua en los reactores, estas situaciones pueden tener también su origen en deficiencias de diseño o en procesos inadecuadas de operación de las unidades. Las perdidas generadas en la Planta de Tratamiento son consideradas mediante la determinación de una balance de caudal, la cantidad que ingresa debe ser igual a la que sale más las perdidas. Por lo tanto la eficiencia de una planta de tratamiento de agua es de vital importancia para poder controlar la calidad de la misma y para que su capacidad se aproveche al máximo.

6

2 MARCO TEORICO 2.1. MEDIDOR PARSHALL. Este medidor a régimen crítico fue ideado por Ralp L Parshall en 1922, es un equipo calibrado para medir el caudal del agua en canales abiertos. Este medidor básicamente consta de las siguientes partes: - Una sección de entrada formada por dos muros convergentes, sobre un piso horizontal, a nivel, donde esta ubicada la escala de medida, a 2/3 del punto final de la sección de convergencia. - Una garganta que es un elemento básico de medida y que puede tener diversas dimensiones, a la cual se le ha asignado la letra “b”. Esta garganta esta formada por dos muros paralelos y verticales sobre un piso inclinado hacia abajo con una pendiente de 9 vertical: 24 horizontal (2.67:1 cualquiera sea su tamaño) que en conjunto se denomina cuello, es decir, la garganta es la intersección de la entrada con el cuello. - Una sección de salida formada por dos muros divergentes apoyados en un piso inclinado hacia arriba, ascendente a razón de 1 vertical: 6 horizontal en el caso de medidores de 1 a 8 pies. (figura 2.1).1 El medidor Parshall es calibrado contra una carga piezometrica, (ha) esta es medida en una de las paredes convergentes de la base horizontal a la distancia de 2/3 A. La carga piezometrica aguas abajo (hb) es medida en la garganta, para medidores de 1 a 8 pies X=2” (51mm) aguas arriba desde el punto inferior en el piso de pendiente de la garganta y Y=3” (76mm) sobre este.

1 AZEVEDO NETTO, J.M y ACOSTA ALVAREZ, G. (1975) “Manual de Hidráulica”, Editorial Harla S.A. México, Pág. 471.

7

Los medidores Parshall fueron desarrollados en varios tamaños, las dimensiones están dadas en la tabla 2.1.2

Figura 2.1 Esquema de un medidor Parshall (BOSS 1989).

Las medidas del medidor Parshall deben ser cuidadosamente respetadas para poder utilizar las mismas tablas dadas por el autor: pues de variar es necesario efectuar ensayos de calibración para ajustar los coeficientes de medida y corrección. En la tabla 2.2 se pude ver las diferentes características de la descarga. 3

2

BOSS M.G. (1989) “Discharge measurement structures” Editorial IRLI., Wageningen, third edition, pag 226. 3 BOS M.G. (1989) “Discharge Measurement Structures”, Editorial IRLI., Wageningen, Third edition, pag. 227-246.

8

Parshall \" 2" 3" 6" 9" 1' 1'6" 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 10' 12' 15' 20' 25' 30' 40' 50'

b 25.4 50.8 76.2 152.4 228.6 304.8 457.2 609.6 914.4 1219.2 1524.0 1828.0 2133.6 2438.4 3048 3658 4572 6096 7620 9144 12191 15240

A 363 414 467 621 879 1372 1448 1524 1676 1829 1981 2134 2286 2438 -

Tabla 2.1 Dimensiones de medidores Parshall (milímetros). a B C D E L G H K M N 242 356 93 167 229 76 203 206 19 - 29 276 406 135 214 254 114 254 257 22 - 43 311 457 178 259 457 152 305 309 25 - 57 414 610 394 397 610 305 610 - 76 305 114 587 S64 381 575 762 305 457 - 76 305 114 914 1343 610 845 914 610 914 - 76 381 229 965 1419 762 1026 914 610 914 - 76 381 229 1016 1495 914 1206 914 610 914 - 76 381 229 1118 1645 1219 1572 914 610 914 - 76 381 229 1219 1794 1524 1937 914 610 914 - 76 457 229 1321 1943 1829 2302 914 610 914 - 76 457 229 1422 2092 2134 2667 914 610 914 - 76 457 229 1524 2242 2438 3032 914 610 914 - 76 457 229 1626 2391 2743 3397 914 610 914 - 76 457 229 1829 4267 3658 4756 1219 914 1829 - 152 - 343 2032 4S77 4470 5607 1524 914 2438 - 152 - 343 2337 7620 5588 7620 1829 1219 3048 - 229 - 457 2845 7620 7315 9144 2134 1829 3658 - 305 - 686 3353 7620 8941 10668 2134 1829 3962 - 305 - 686 3861 7925 10566 12313 2134 1829 4267 - 305 - 686 4877 8230 13818 15481 2134 1829 4877 - 305 - 686 5893 8230 17272 18529 2134 1829 6096 305 - 686

P 902 1080 1492 1676 1854 2222 2711 3080 3442 3810 4172 -

R 406 406 508 508 508 508 610 610 610 610 610 -

X 8 16 25 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 51 305 305 305 305 305 305 305 305

Y 13 25 38 76 76 76 76 76 76 76 76 76 76 76 229 229 229 229 229 229 229 229

Z 3 6 13 -

Fuente: BOSS, 1989 Tabla 2.2 Condiciones de la descarga. Evaluación de la descarga El medidor Parshall cubre un rango de descargas desde 0.09 l/s a 93.04 m3/s y tienen capacidad de sobrepazamiento que facilita la selección de un tamaño apropiado.

Condiciones de descarga Existen dos tipos de flujo: * Flujo a descarga libre (modular), el nivel de agua es independiente de las condiciones de aguas abajo, en este caso es suficiente medir la carga (ha) para determinar el caudal. * Flujo descarga sumergida (ahogamiento), el nivel de aguas abajo es suficientemente elevado para influir y retardar el flujo a través del medidor, en este caso es necesario medirse también una segunda carga (hb) en un punto próximo a la sección final de la garganta.

Esta representada por la siguiente ecuacion:

Q = Kh a

u

Donde: K= Factor dimensional que esta en función del ancho de garganta. ha = Lectura relativa aguas arriba en (m). u = Factor que varia entre 1.522 y 1.60 dependiendo de la geometría del canal. Este se muestra en la tabla 2.3. La relación (hb/ha) constituye la razón de la sumersión: debe ser ≤ a 0.60 (60%) para Parshall de 3”, 6” y 9”, 0.7 para canales de 1’–8’, 0.8 para canales de 10’– 50’, la descarga será libre. Si estos limites se exceden, será necesario, medir las dos alturas piezometricas para calcular el caudal. La descarga real será inferior a la obtenida por la formula, siendo indispensable aplicar una corrección. La descarga sumergida para un medidor Parshall es: Qs

= Q − Qe

LosDdiagramas del anexo A dan la corrección, Qe por el sumergimiento d para medidores Parshall de varios tamaños. La corrección para canales de 1’ son aplicables a los canales hasta de 1.5’ a 8’ multiplicando por la corrección Qe y para los de 10’ se han hecho aplicables a canales mas grandes multiplicando por el factor de corrección par un tamaño en particular. La sumersion es causada por condiciones de aguas abajo, obstáculos existentes, falta de declive o niveles obligados en tramos de unidades subsecuentes.

Fuente: Elaboración propia.

9

Tabla 2.2 Condiciones de la descarga. (Continuación)

Precision en la medicion de la descarga

El error en las lecturas de la descarga libre se espera que sea de alrededor de 3%. Bajo condiciones de flujo sumergido, el error en la descarga se hace más grande, la sumergencia nunca deberá exceder el límite práctico de 90%, pues arriba de este valor no se puede contar con la precisión deseable ya que el Parshall deja de ser un dispositivo de medicion.

Limites de aplicacion

Las medidas del medidor Parshall deben ser cuidadosamente respetados para poder utilizar las mismas tablas dadas por el autor, pues de variar esto es necesario efectuar ensayos de calibración para ajustar los coeficientes de medida y corrección. * Cada tipo de canal debe ser construido exactamente a las dimensiones presentadas. * Los canales deben ser cuidadosamente nivelados en ambas direcciones, longitudinal y transversal. * El rango practico de cargas ha para cada tipo de canal de la tabla 2.3 es recomendado como limite. * El índice de sumersión (hb/ha) no debe exceder de 0.90.

Fuente: Elaboración propia.

Tabla 2.3 Características de descarga del medidor Parshall. Ancho de Descarga de Q en l/s garganta minimo maximo

Ecuacion u Q=K ha

minimo

maximo

h b /h a

0.015

0.21

0.5

0.1207ha1.55

0.015

0.24

0.5

0.1771 haL55 0.3812 ha1.58 0.5354 ha1.53 0.6909 ha1.522 1.056 ha1.538 1.428 ha1.550 2.184ha1.566 2.953 ha1.578 3.732 ha1.587 4.519ha1.595 5.312ha1.601 6.112ha1.607 7.463 ha1.60 8.859 ha1.60 10.96haL60 14.45 ha1.60 17.94ha1.60 21.44 ha1.60 28.43 ha1.60 35.41 ha1.60

0.03

0.33

0.5

0.03

0.45

0.6

0.03

0.61

0.6

0.03

0.76

0.7

0.03

0.76

0.7

0.046

0.76

0.7

0.046

0.76

0.7

0.06

0.76

0.7

0.06

0.76

0.7

0.076

0.76

0.7

0.076

0.76

0.7

0.076

0.76

0.7

0.09

1.07

0.8

0.09

1.37

0.8

0.09

1.67

0.8

0.09

1.83

0.8

0.09

1.83

0.8

0.09

1.83

0.8

0.09

1.83

0.8

0.09

1.83

0.8

1"

0.09

5.4

0.0604 ha

2"

0.18

13.2

3"

0.77

32.1

6"

1.50

111

9"

2.50

251

1'

3.32

457

1 '6"

4.80

695

2'

12.1

937

3'

17.6

1427

4'

35.8

1923

5'

44.1

2424

6'

74.1

3438

7'

85.8

3438

8'

97.2

3949

10'

160

8280

12'

190

14680

15'

230

25040

20'

310

37970

25'

380

47140

30'

460

56330

40'

600

74700

50'

750

93040

Rango de altura en m Relacion

1.55

Fuente: BOSS, 1989.

10

Tabla 2.4 Factores de corrección.

Ancho de garganta b en pies

b en metros

1 1.5 2 3 4 5 6 7 8 10 12 15 20 25 30 40 50

0.3048 0.4578 0.6096 0.9144 1.2191 1.524 1.8288 2.1336 2.4384 3.048 3.658 4.572 6.096 7.620 9.144 12.192 15.24

Factor de corrección 1.0 1.4 1.8 2.4 3.1 3.7 4.3 4.9 5.4 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0

Fuente: BOSS, 1989.

2.1.1. CALIBRACION DEL MEDIDOR DE PARSHALL. La curva de calibración o relación de caudal (Q) versus altura de agua (H) es una curva característica de una sección de control, la cual se construye realizando mediciones sucesivas de caudal y altura de una sección, la velocidad del agua varia con los cambios de altura en el nivel del agua, si hacemos esto en una sección adecuada, esta relación es generalmente fija, circunstancia que podemos aprovechar para que, una vez conocida esta relación entre nivel del agua, sección transversal conocida y velocidad, puedan obtenerse y registrarse los caudales mediante una escala de alturas, que indica la variación del caudal y se obtiene una grafica como se muestra en la figura 2.2, esta curva se utiliza para convertir registros de nivel de agua en caudales estableciendo así una relación Q-H. Para ello la sección debe ser constante, no tener erosiones o sedimentaciones, no estar afectada.

11

Figura 2.2 Relación Caudal (Q) - Altura de agua (H). (Manual de hidráulica 1975)

La importancia de contar con la curva Q-H es que con el dato de la altura se obtiene el caudal, facilitando el cálculo de un hidrograma continuo midiendo sistemáticamente las alturas. Para determinar el caudal del medidor Parshall es suficiente establecer la carga H, para esto es necesario: ƒ Fijar una regla graduada en el punto de medición del Parshall, de tal manera que el cero de la escala coincida con el nivel de agua a caudal cero. ƒ En el caso de no existir pozo de medición fijar la regla en los puntos que se muestran en la figura 2.1. ƒ Se debe tener cuatro lecturas como mínimo. 2.2. ANALISIS DE FLUJOS Y FACTORES QUE AFECTAN LOS PERIODOS DE RETENCION EN LOS REACTORES. Muchas plantas de tratamiento de agua no tienen la eficiencia esperada por deficiencias hidráulicas que ocasionan diferentes distribuciones de flujo y afectan los periodos de retención del agua en los reactores.

12

2.2.1. MODELOS DE FLUJO. En las unidades de tratamiento, desde el punto de vista hidráulico, el flujo del líquido puede ser de dos tipos: Discontinuo o intermitente y continuo. a) Flujo discontinuo o intermitente. Este tipo de flujo es el menos habitual y consiste en: llenar la unidad, dejar un tiempo el liquido en ella mientras se produce el proceso correspondiente, que puede realizarse con o sin mezcla, vaciar la unidad y repetir el ciclo. Esto, en la mayoría de los casos, no es práctico y generalmente los procesos son de flujo continuo, salvo que el proceso de tratamiento en sí exija la discontinuidad, o se trate de experiencias piloto o pruebas de laboratorio. Un ejemplo constituye la prueba de jarras en la cual los vasos de precipitado se llenan con un volumen (V) de líquido, se somete a un proceso de tratamiento durante un tiempo de detención to, terminando se vacían y se preparan para un nueva prueba. En este caso toda la masa líquida permanece en el reactor durante todo el tiempo de detención. b) Flujo contínuo. Se pueden clasificar, también desde el punto de vista hidráulico, en modelos de flujo pistón o flujo ideal (estable), modelos de flujo de mezcla completa (flujo con mezcla o no pistón) y modelos de flujo no ideal. ƒ Modelos de flujo pistón o flujo ideal. Es aquel que existe cuando las laminas liquidas de espesor (dl) que entran en el reactor se desplazan paralelas a si mismas y perpendicularmente en el sentido de flujo, sin mezclarse. De esta manera los elementos de fluido pasan a través del sistema y son descargados en la misma secuencia en que fueron introducidos.4

4

Instituto de Ingeniería Sanitaria, OPS. (1977) “Métodos Modernos en el Diseño de Plantas de Tratamiento” Tomo III, UMSA, CEPIC. La Paz - Bolivia, Cap. 4.

13

En la práctica es muy difícil lograr un flujo con estas características. Se presenta con bastante aproximación en unidades hidráulicas como medidores Parshall, vertederos, floculadores hidráulicos de pantallas y en los sedimentadores.5 ƒ Modelos de flujo con mezcla completa. Aquel que existe cuando la composición del efluente en cualquier instante es idéntica al de toda la masa liquida, las partículas que entran al reactor se dispersan de manera inmediata en todo el volumen que se encontraba en el reactor. Implican una mezcla parcial o total del fluido que está en la unidad, todo elemento que ingresa se dispersa inmediatamente dentro de el. Ejemplo de este segundo tipo de reactor constituyen las unidades de floculación y sedimentación. ƒ Modelos de flujo no ideal. Este tipo de flujo corresponde a cualquier grado intermedio entre flujo pistón y mezcla completa con otras posibles alteraciones como la presencia de zonas muertas, cortocircuitos hidráulicos. Viene a ser el tipo de flujo con el que nos encontraríamos usualmente en las unidades de las plantas de tratamiento. Zonas muertas. El agua se queda almacenada en un lugar cualquiera. Son zonas donde no hay flujo. Cortocircuitos. Cuando parte del volumen de agua que entra en el reactor, sale tan rápido que el proceso o tratamiento que se le intenta hacer no se lleva a cabo. Se presenta debido a defectos en el diseño de entradas y salidas.6

5 6

OPS, CEPIS.(2005) “Evaluación de Plantas de Tecnología Apropiada”, CEPIS. Lima, pag. 38. UMSS, Juan Carlos Rocha Cuadros. (2003) “Plantas de Tratamiento” Cochabamba – Bolivia, pag.101.

14

2.2.2. INFLUENCIA DEL TIEMPO DE RETENCION. En plantas de tratamiento se dan procesos que ocurren muy rápidamente y también con mucha lentitud. Se necesitan tiempos de retención o periodos de contacto cortos o largos para lograr la transferencia o las reacciones necesarias. Se entiende por tiempo de retención, permanencia o tiempo medio de residencia el tiempo en el cual una partícula de agua entra, permanece y sale de la unidad. to =

V Q

(2.1)

Donde: to= Tiempo de retención (seg). V= Volumen (m3). Q= Caudal (m3/seg). La permanencia puede concebirse como el “tiempo promedio en el que el fluido de caudal (Q) pasa a través de la unidad de volumen (V)”. En la práctica, es difícil que esto ocurra, ya que las condiciones hidráulicas del fluido (zonas muertas, cortocircuitos, etc.) hacen imposibles las condiciones de flujo estable. La magnitud de la permanencia o tiempo de retención en diversas unidades es variable: del orden de segundos en la mezcla rápida, en la floculación en un lapso de minutos, etc. En cada unidad el tiempo de retención es diferente debido a la fracción de volumen que trata cada unidad. Es necesario, por tanto, estudiar la distribución del tiempo de retención en cada unidad, para poder conocer la forma como ha quedado sometida la masa liquida a un determinado tratamiento.

15

2.2.3. USO DE TRAZADORES PARA DETERMINAR EL TIEMPO DE RETENCIÓN

Y

CARACTERÍSTICAS

HIDRÁULICAS

DE

UN

REACTOR. Para visualizar el funcionamiento de una unidad desde el punto de vista hidráulico, es conveniente utilizar una sustancia trazadora (sal, colorantes, ácidos o una sustancia radiactiva) que pueda ser aplicada en la entrada de la unidad, y que simultáneamente se comience a registrar la concentración del trazador a la salida de la unidad ver figura 2.3.

Figura 2.3 Aplicación de trazadores a un reactor. (Tratamiento de agua para consumo humano 2005)

La aplicación del trazador puede hacerse en forma continua o instantánea, en la práctica en un intervalo de tiempo (∆to). Este último resulta ser el método más usado en las evaluaciones de plantas. El objetivo es el determinar en los reactores la proporción de: ƒ Volumen de zonas muertas. ƒ Volumen de cortocircuitos. ƒ Volumen de flujo pistón. ƒ Flujo mezcla completa. Antes de elegir el tipo de trazador que se va ha utilizar, se debe verificar la concentración de estas sustancias en el agua cruda y se seleccionara aquellas que se presenten en concentraciones constantes o muy bajas.

16

Se debe escoger como trazador aquella sustancia que no reaccione con los compuestos que existen en el agua, es decir, que la concentración total a la salida sea casi igual a la que se aplique a la entrada. Por supuesto, en casi todos los casos hay que esperar que se pierda algo de la sustancia trazadora. La adición de sustancias trazadoras puede hacerse de dos formas, esto se puede ver en la tabla 2.5. Tabla 2.5 Formas de adición de sustancias trazadoras. (Elaboración propia) Inyeccion intantánea En este caso se aplica una concentración (Co) a la entrada del reactor en un tiempo muy corto y en un punto tal que se mezcle instantáneamente con la masa de agua que se piensa analizar.

Inyeccion contínua En este caso se aplica la concentración (Co) continuamente, por un tiempo no menor de tres veces el tiempo de retención y luego se interrumpe bruscamente la dosificación.

Esta representada por la siguiente ecuacion: Vol · k · Co P= 1000 · I Donde: P= Cantidad en peso del trazador a diluir en un m3 (Kg). Vol= Volumen de la unidad (l). k= Constante de corrección. Co= Concentración en (mg/l) I= Grado de pureza. Esta representada por la siguiente ecuacion: 3600 · Co · Q · k P= 1000 · I Donde: P= Dosis de trazador por hora (Kg/h) Q= Caudal de la unidad (l/s). k= Constante de corrección. Co= Concentración en (mg/l) I= Grado de pureza.

Fuente: Elaboración propia

En la figura 2.4 se muestran diferentes comportamientos de flujo. 7

7

UMSS, Juan Carlos Rocha Cuadros. (2003) “Plantas de Tratamiento” Cochabamba – Bolivia, pag.106.

17

Figura 2.4 Curvas típicas de concentración del trazador en el efluente de reactores con diferentes características hidráulicas. (Tratamiento de Agua para Consumo Humano 2005).

2.2.4. MODELOS MATEMATICOS. a) Modelo matemático Wolf – Resnick. Cuando no hay espacios muertos, la fracción de flujo de piston (p) y la fracción de flujo de no pistón (1-p) deben ser iguales a la unidad. Flujo de pistón + Flujo de no pistón = 1 p + (1 − p ) = 1

(2.2)

18

Cuando hay espacios muertos, si m es la fracción del volumen considerado como espacio muerto, la fracción que no tiene espacios muertos será igual a (1-m) (flujo efectivo) y por lo tanto: Flujo de pistón + Flujo de no pistón + Espacios muertos = 1 p (1 − m ) + (1 − p )·(1 − m ) + m = 1

(2.3)

Se estableció que el flujo perfectamente mezclado es igual a: t − C = e to Co

(2.4)

Si se considera que en el reactor se presenta una combinación de flujos de pistón y mezclado, Resnick demuestra que: Flujo de pistón + Mezcla completa t − p·to

− C 1− p ·to =e ( ) Co

(2.5)

Donde (p·to) tiempo de retención correspondiente a flujo pistón y (1-p) volumen que corresponde a mezcla completa. Reordenando y simplificando, tenemos: 1

t



−  −p C = e (1− p )  to  Co

(2.6)

Si se considera que el sistema, además, tiene espacios muertos, habría que introducir en la última ecuación el término (1-m) para considerar la fracción efectiva de flujo con mezcla perfecta. Luego, tendríamos: Flujo de pistón + Mezcla completa + Espacios muertos 

1

 

t

− − p·(1− m )  C (1− p )·(1− m )  to   = e  Co

(2.7)

La fracción de la totalidad de trazador que ha salido del reactor será:

F(t) = 1 −

C Co

Reemplazando el valor de C/Co, se obtiene:

19

F( t ) = 1− e

−

1

t

(1− p )·(1− m )  to

 − p·(1− m )  

(2.8)

Reordenando términos y aplicando logaritmos a ambos términos, se llega: log 1 − F ( t )  = −

log e t  − p·(1 − m )   (1 − p )·(1 − m )  to 

(2.9)

Que corresponde a la ecuación de una línea recta (figura 2.10), cuya pendiente esta dada por: tan α =

log e (1 − m )·(1 − p )

(2.10)

Multiplicando por (p/p) y sustituyendo el valor de log e = 0.435, se obtiene: tan α =

0.435·p p·(1 − m )·(1 − p )

(2.11)

Lo que hace: θ = p·(1 − m ) tan α =

(2.12)

0.435·p θ·(1 − p )

Despejando p tenemos: θ·tan α − θ·p·tan α = 0.435·p θ·tan α = p·( 0.435 + θ·tan α )

Reordenando, tenemos: Volumen Flujo Pistón

p=

θ·tan α 0.435 + θ·tan α

(2.13)

De la ecuación 2.12 se puede deducir: Volumen Espacios Muertos Volumen Flujo mezclado

θ p

(2.14)

M = 1− p

(2.15)

m = 1−

20

Los valores de las incógnitas θ y tan α se obtienen al trazar la curva de log [1-F(t)] (figura 2.5), donde: θ= tan α =

t1 to

(2.16) 1

t1 t 2 − to to

(2.17)

Figura 2.5 Curva log[1-F(t)] versus t/to cantidad de trazador que permanece en el reactor. (Plantas de Tratamiento 2003)

El valor log [1-F(t)] es la fracción del flujo que sale en un tiempo mayor de to, y es igual a 1 −

C cuando se empieza la dosificación de Co

trazador (rama ascendente de la curva) y a

C cuando se suspende Co

bruscamente (rama descendente de la curva). Realizando algunas operaciones se tiene la ecuación básica de Wolf Resnick: 21

Ecuación básica de Wolf Resnick

F( t ) = 1− e

 t −θ  − n   to 

(2.18)

Donde n y θ definen las características de flujo del reactor. b) Método grafico (curva de tendencia de trazador).

Al aplicar trazadores a un reactor y analizar las muestras de agua tomadas a la salida, se obtiene una serie de valores de concentración que aumentan con el tiempo hasta llegar a un máximo y luego disminuyen progresivamente, lo que origina una curva tal como se indica en la figura 2.6. Existen los siguientes parámetros principales: t1 = Tiempo inicial desde que se aplica el trazador hasta que aparece en el afluente. t10 = Tiempo correspondiente al paso del 10% de la cantidad total de trazador. tp = Tiempo modal, correspondiente a la presencia de la máxima concentración. tm = Tiempo mediano, correspondiente al paso del 50% de la cantidad de trazador. to = Tiempo medio de retención o tiempo teórico de retención = V/Q t90 = Tiempo correspondiente al paso del 90% de la cantidad total de trazador. tt = Tiempo que trascurre hasta que atraviesa la totalidad del trazador en el reactor. Cp = Concentración pico o máxima de trazador. Se pueden utilizar los siguientes criterios: ƒ

t1 Mide los cortocircuitos grandes, cuando es igual a: t0

t1 =1 Flujo pistón. t0 t1 = 0. Flujo mezclado. t0

22

Si el valor de la relación es (1 hay errores experimentales o existen zonas donde el trazador ha quedado retenido por un cierto tiempo (espacios muertos), para luego salir lentamente, con lo que la rama descendente de la curva presenta una forma alargada, que desplaza el centroide del área y aumenta el valor de (tm), haciendo tm>to. ƒ Indica la relación de flujo pistón y flujo mezclado.

tp t0 tp t0

=1 existe únicamente flujo pistón

= 0 existe flujo mezclado.

23

Cuando la relación

tp t0

se aproxima a 1 y

t1 > 0.5, se puede concluir que t0

existe predominio de flujo pistón, y cuando

tp t0

se aproxima a 0 y

t1 < t0

0.5 existe predominio de flujo mezclado. ƒ Esta relacionado en general con la difusión debida a corrientes de inercia

(turbulencia). Si

tc ∆t 0 = (razón de tiempo de inyección) Para flujo estable ideal. t0 t0

Y aproximadamente

tc ≈ 0.7 para flujo mezclado (según Villamonte). t0

ƒ Esta relacionado con las características de inercia turbulentas

y de

recirculación grande. Si

tc ∆t 0 = (razón de tiempo de inyección) Para flujo estable ideal t0 t0

tb = 2.3 Para flujo mezclado ideal. t0 ƒ e=

(t

t

− tp ) − ( tp − ti ) t0

Expresa excentricidad de la curva y, por lo tanto es

función de la recirculación. e=

e=

(t

t

− tp ) − ( tp − ti ) t0

(t

t

− tp ) − ( tp − ti ) t0

= 0 para flujo pistón.

> 2.3 para flujo mezclado ideal.

ƒ Índice de Morril.

Este autor encontró en 1932 que al acumular los datos sobre cantidad de trazador que pasa, expresado en porcentajes y dibujado en

24

papel que tenga escala de probabilidades en las abscisas y escala logarítmica en las ordenadas para diferentes tiempos, se obtenía aproximadamente una línea recta (figura 2.7). El segmento comprendido entre el 10% y el 90% es el mas regular y por eso Morril sugirió que la relación entre uno y otro se tomara como índice de dispersión. Así: Indice de Morril =

Tiempo en que pasa el90% Tiempo en que pasa el10%

(2.19)

Si todo el flujo fuera de pistón, la curva de la figura 2.7 seria una línea horizontal y el índice de morril seria 1, pues todo el trazador saldría en el tiempo (t = to) y nada saldría antes. En cambio, a medida que hay más proporción de flujo mezclado, aumenta el ángulo que la curva hace con la horizontal, pues hay una distribución más amplia del tiempo de retención. El estudio de la totalidad de la curva puede suministrar una información mas completa.

Figura 2.7 Índice de Morril. (Tratamiento de agua para consumo humano 2005)

25

El flujo pistón puro, como se muestra en la figura 2.7, viene representado por el tiempo que trascurre hasta que aparece el trazador. Hirch considera que este tiempo se puede tomar en el punto de inflexión I1, cuando la curva cambia de cóncava a convexa. De aquí en adelante, el flujo debe considerarse como de no pistón. Entre dicho punto y el punto de inflexión I2 en la rama descendente, el flujo es dual (pistón y no pistón combinado). A partir del segundo punto de inflexión, el flujo tiene un carácter predominantemente mixto.8 2.3. COAGULACION.

El agua puede contener una variedad de impurezas, solubles e insolubles; entre estas

ultimas

destacan

las

partículas

coloidales,

sustancias

húmicas

y

microorganismos en general. Tales impurezas coloidales presentan una carga superficial negativa, que impide que las partículas se aproximen unas a otras y que las lleva a permanecer en un medio que favorece su estabilidad. El Proceso de coagulación se realiza a través de los coagulantes que son añadidos al agua reduciendo las fuerzas que tienden a mantener separadas las partículas en suspensión. Coagulación es la desestabilización de las partículas no sedimentables o coloides, se refiere a las reacciones que ocurren cuando se agrega un coagulante al agua, dando origen primero a la formación de especies hidrolizadas con carga positiva, este proceso depende de la concentración de coagulante y del pH final de la mezcla . el segundo, es un proceso fundamentalmente físico, consiste transportar especies hidrolizadas para que hagan contacto con las impurezas del agua que se encuentran en suspensiones finas o en estado coloidal y algunas que están disueltas en partículas que puedan ser removidas y así puedan formarse aglomerados gelatinosos que se agrupan y producen los floculos (floculación).

8

OPS, CEPIS.(2005) “Evaluación de Plantas de Tecnología Apropiada”, CEPIS. Lima, pag. 46.

26

Este proceso es instantáneo, toma desde décimas de segundo hasta cerca de 100 seg. de acuerdo con las demás características del agua y de las partículas presentes: pH, temperatura, alcalinidad, color verdadero, turbiedad, etc. Se lleva a cabo en una unidad de tratamiento denominada mezcla rápida. 2.3.1. TURBIEDAD.

La turbiedad es una expresión de la propiedad óptica que origina que la luz se disperse y absorba en vez de transmitirse en línea recta a través de la muestra (Standard Methods, 1992). Los componentes más frecuentes y comunes de las aguas turbias es la materia en suspensión finamente dividida como la arcilla, limos, particulas de sílice, materia orgánica. 2.3.2. COLOR.

El color es la propiedad óptica que debido a la naturaleza coloidal del agua se encuentra en solución. El color existente en el agua no deriva únicamente de la descomposición de productos naturales, compuestos orgánicos si no también de hidróxidos metálicos, como el hierro, además de compuestos orgánicos desconocidos. El termino “color” se asocia con el concepto de “color puro”, esto es el color del agua cuya turbidez ha sido eliminada por algunos procedimientos de filtrado. El termino “color aparente” engloba no solo el color debido a las sustancias disueltas, sino también a la materia en suspensión, esto se determina en la muestra original (Standard Methods, 1992). Un aspecto muy importante que se debe tomar en cuenta es que se ha demostrado que las sustancias responsables de la coloración natural del agua pueden reaccionar con el cloro para producir compuestos organoclorados y otros trialometanos.

27

2.3.3. SUSTANCIAS QUIMICAS EMPLEADAS EN LA COAGULACION.

Los productos químicos más usados como coagulantes en el tratamiento del agua es el sulfato de aluminio. a) Sulfato de aluminio.

La forma sólida de este producto se presenta en placas compactas, gránulos de diverso tamaño y polvo su formula teórica es: Al2 (SO4)318 H2O, su concentración se define, en general, por su contenido de alumina. El sulfato de aluminio es una sal derivada de una base débil (hidróxido de aluminio) y de un acido fuerte (acido sulfúrico), por lo que sus soluciones acuosas son muy acidas. Por esta razón su almacenamiento debe hacerse en un lugar seco, libre de humedad. Es necesario tener en cuenta esta tendencia acida para la preparación de las soluciones. 2.4. MEZCLA RAPIDA.

Se denomina mezcla rápida a las condiciones de intensidad de agitación y tiempo de retención que debe reunir la masa de agua en el momento en que dosifica el coagulante, para que este se disperse rápida y uniformemente en el agua, esto con la finalidad de que las reacciones de coagulación se den en condiciones optimas. 2.4.1. PARAMETROS OPERACIONALES.

Los parámetros operacionales de la mezcla rápida son la intensidad de agitación que se debe impartir a la masa de agua para dispersar el coagulante, la cual se evalúa mediante el gradiente de velocidad, y el tiempo durante el cual debe aplicarse esta agitación al agua. Intensidad

1000 s-1 < G < 2000 s-1

Tiempo de mezcla

T < 1 seg.

28

2.5. FLOCULACION.

El objetivo principal de la floculación es reunir las partículas desestabilizadas para formar aglomeraciones de mayor peso y tamaño que sedimentan con mayor eficiencia. La floculación es la agitación de la masa de agua coagulada, para promover el crecimiento del microfloculo recién formado, hasta alcanzar el tamaño y peso necesario para su posterior remoción mediante la sedimentación. El proceso causado por la colisión entre partículas, se da con el fenómeno de transporte, por que al transportarlas chocan y como están desestabilizadas, se adhieren, son más pesadas y caen. Durante la floculación la agitación deberá ser lo suficientemente lenta para no deshacer los floculos formados, dando nuevamente lugar a una suspensión coloidal. Objetivos de la floculación: ƒ Reunir microfloc para formar partículas con mayor volumen y peso específico. ƒ Compactar el floc disminuyendo el grado de hidratación. 2.5.1. TEORIA BASICA. a) Gradiente de velocidad.

Ecuación de Camp y Stein para floculadores mecánicos.

G=

P µ·Vol

(2.20)

Donde: G = Gradiente de velocidad (s-1) P = Potencia para mezcladores mecánicos (Watts) µ = Viscosidad dinámica (Kg/m·s) Ecuación para floculadores hidráulicos.

G=

H·γ µ·T

(2.21)

Donde: G = Gradiente de velocidad (s-1) H = Perdida de carga (m) 29

γ = Peso especifico (Kgf/m3) µ = Viscosidad dinámica (Kg/m·s) T = Tiempo de mezcla (seg). Donde el factor (γ/µ)0.5 depende de la temperatura del agua, de acuerdo a la tabla 2.6. Tabla 2.6 Valores de (γ/µ)0.5 .

Temperatura ºC 0 4 10 15 20 25

γ   µ

0.5

2336.94 2501.56 2736.53 2920.01 3114.64 3266.96

Fuente: Tratamiento de agua para consumo humano 2005

2.5.2. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FLOCULACION. a) Naturaleza del agua.

La concentración y la naturaleza de las partículas que producen la turbiedad también tienen una notable influencia en el proceso de floculación. b) Influencia del tiempo de floculación. Compartimentalización.

Bajo determinadas condiciones, existe un tiempo óptimo para la floculación, normalmente entre 20 y 40 minutos. Mediante ensayos de prueba de jarras (jar test), se puede determinar este tiempo. Es necesario, por lo tanto, que se adopten medidas para aproximar el tiempo real de retención en el tanque de floculación al tiempo nominal escogido. Esto se puede obtener si se compartimentaliza el tanque de floculación con pantallas deflectoras. Cuanto mayor sea el número de compartimentos, menores serán los cortocircuitos del agua. Con la compartimentalización y la elección de valores adecuados para los gradientes de velocidad, se aumenta la eficiencia del proceso y/o se reduce el tiempo necesario de floculación (o ambos), según demostraron Harris y colaboradores. Gradientes elevados en los primeros compartimentos 30

promueven una aglomeración más acelerada de los floculos; gradientes más bajos en las últimas cámaras reducen la fragmentación. c) Influencia del gradiente de velocidad.

Cuanto mayor es el gradiente de velocidad, más rápida es la velocidad de aglomeración de las partículas. Mientras tanto, a medida que los floculos aumentan de tamaño, crecen también las fuerzas de cizallamiento hidrodinámico, inducidas por el gradiente de velocidad. Los flóculos crecerán hasta un tamaño máximo, por encima del cual las fuerzas de cizallamiento alcanzan una intensidad que los rompe en partículas menores. Después de formados los floculos en la última cámara de floculación, debe tenerse gran cuidado en la conducción del agua floculada hasta los sedimentadores. d) Influencia de la variación del caudal.

Es conocido que al variarse el caudal de operación de la planta, se modifican los tiempos de residencia y gradientes de velocidad en los reactores. El floculador hidráulico es algo flexible a estas variaciones. Al disminuir el caudal, aumenta el tiempo de retención y disminuye el gradiente de velocidad. Al aumentar el caudal, el tiempo de retención disminuye, el gradiente de velocidad se incrementa y viceversa. 2.5.3. FLOCULADORES HIDRAULICOS.

La clasificación de los floculadores hidráulicos se detalla en la figura 2.8.9

9

OPS, CEPIS.(2005) “Evaluación de Plantas de Tecnología Apropiada”, CEPIS. Lima, pag. 265

31

Floculadores hidráulicos. Derivan su energía para la agitación de la masa liquida, de la carga de velocidad que el flujo adquiere al escurrir por un conducto. Son tanques provistos de pantallas entre los cuales el agua circula con una velocidad fija, produciendo cierta turbulencia en cada cambio de dirección del flujo.

De flujo horizontal. El flujo va y viene alrededor de las pantallas haciendo un giro de 180 al final de cada uno.

De flujo vertical. El flujo sube y baja alrededor de las pantallas haciendo un giro de 180.

Figura 2.8 Floculadores hidráulicos. (Elaboración propia)

2.6. SEDIMENTACION.

Se entiende por sedimentación la remoción por efecto gravitacional de las partículas en suspensión presentes en el agua. Estas partículas deberán tener un peso específico mayor que el fluido. El sedimentador es un tanque generalmente de sección rectangular o circular cuyo fondo muchas veces esta inclinado hacia uno o mas puntos de descarga. Este tanque posee dispositivos de entrada y salida del agua, previstos para evitar cortocircuitos y zonas muertas y obtener una mejor distribución del líquido en el interior de la unidad. 2.6.1. SEDIMENTACIÓN DE PARTÍCULAS FLOCULENTAS.

Los factores primordiales que influyen en la velocidad de sedimentación son su tamaño, forma y densidad. La materia en suspensión que origina la turbiedad consiste principalmente en sílice finamente dividida, arcilla y limo. El color, en cambio, es producido principalmente por ácidos orgánicos (fúlvicos, húmicos, etc.) de origen vegetal. La Water Research Asociation clasifica los flóculos por su tamaño, tal como se indica en la figura 2.9.

32

Figura 2.9 Comparador para estimar el tamaño del floculo producido en la coagulación según la Water Research Asociation. (Teoría y práctica de la purificación del agua 2000)

a) Sedimentación de partículas floculentas con caída libre.

Si en una suspensión tenemos una concentración (1-C) de partículas que tienen una velocidad de sedimentación Vs, la proporción adicional de partículas removidas que tiene una velocidad de sedimentación Vs, será: R=

1 Vs

∫

C0

0

V·dc

(2.22)

C0

(2.23)

La remoción total RT será: R T = (1 − C ) + El

segundo

término

de

la

1 Vs

∫

0

V·dc

ecuación

2.23

se

determina

experimentalmente mediante “columnas de sedimentación” o el equipo modificado de “prueba de jarras”. Se determinan las concentraciones del material en suspensión (C) cada cierto tiempo (t) y para una profundidad específica (h). Conociendo la concentración inicial (Co) y la velocidad de sedimentación Vs = h/t, es posible obtener la eficiencia remocional. Al graficar estos parámetros, se establece la curva teórica de velocidad de sedimentación versus eficiencia figura 2.10. En la figura 2.10, es importante observar lo siguiente:

33

Figura 2.10 Curva de variación de eficiencia en función de la velocidad de sedimentación. (Teoría y práctica de la purificación del agua 2000)

La curva no pasa por el origen. Esto implica que siempre se tendrá una fracción Cf de partículas que no serán removidas por el sedimentador aun cuando se apliquen velocidades muy bajas de sedimentación. Esto implica, en la práctica, la necesidad de contar con una unidad posterior al sedimentador que sea capaz de remover estas partículas. En una planta de tratamiento de agua esta unidad es el filtro. Otra característica de esta curva es la tendencia asintótica cuando esta se aproxima al eje de las ordenadas. Esta tendencia permite definir una velocidad de sedimentación mínima para aplicaciones prácticas de diseño. No tendrá ningún sentido práctico seleccionar velocidades de sedimentación menores a este valor mínimo, ya que se incrementaría el área de la unidad y no se conseguiría mayor eficiencia de remoción. Entonces, si se tiene en cuenta que no todos los sólidos serán removidos en esta unidad, la curva no pasa por el origen y el primer término de la ecuación 2.23 es igual a:

(1 − C ) = 1 − ( Co − Cf ) 

(2.24)

34

El segundo término, a su vez, es igual al área sombreada de la figura 2.10. 1 Vs

∫

C0

0

V·dc =

a + Vs ·( C0 − C f ) 2·Vs

(2.25)

Por lo tanto, la remoción total será: a + Vs R T = 1 − ( C0 − Cf )  + ·( C0 − Cf ) 2·Vs

(2.26)

Conocido el porcentaje de remoción total alcanzado para cierta velocidad de sedimentación, es posible encontrar una velocidad de sedimentación que permita conseguir una remoción total para lograr una determinada calidad de agua efluente del decantador. 2.6.2. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO. a) Calidad de agua.

Las variaciones de concentración de materias en suspensión modifican, en primer lugar, la forma de sedimentación de las partículas, así como las propiedades de las partículas modifican la forma de depósito. Adicionalmente, variaciones de concentración de partículas o de temperatura producen variaciones de densidad del agua y originan corrientes cinéticas o térmicas que, a su vez, generan cortocircuitos hidráulicos en las unidades. b) Condiciones hidráulicas.

Los criterios y parámetros hidráulicos de diseño tienen gran influencia en la eficiencia de los sedimentadotes. A continuación se detallan los principales: ƒ En la zona de sedimentación.

En esta zona se debe tener un número de Reynolds lo más bajo posible y el número de Froude más elevado para tender a un flujo laminar y estabilizar el flujo. En esta zona las líneas de flujo no deben encontrarse con ningún tipo de obstrucciones que alteren su trayectoria.

35

ƒ En la zona de entrada.

La zona de entrada en un sedimentador es un conjunto de estructuras que debe permitir una distribución uniforme del flujo de agua hacia la zona de sedimentación. En una unidad de sedimentación convencional de flujo horizontal, esta distribución uniforme debe darse a todo lo ancho de la unidad y en profundidad. ƒ En la zona de salida.

Esta zona se caracteriza por permitir una recolección uniforme de agua sedimentada a una velocidad tal que evite arrastrar flóculos en el efluente. 2.6.3. SEDIMENTADORES ESTATICOS Y LAMINARES ( DE ALTA TASA). a) Sedimentadores estáticos.(figura 2.11) b) Sedimentadores laminares. (figura 2.11) 2.7. FILTRACION.

La filtración es un proceso que consiste en la remoción de partículas suspendidas y coloidales presentes en una suspensión acuosa que escurre a través de un medio poroso (granular) que no quedaron retenidas en los procesos de coagulación-floculación y sedimentación. En general, la filtración es la operación final de clarificación que se realiza en una planta de tratamiento de agua y, por consiguiente, es la responsable principal de la producción de agua de calidad coincidente con los estándares de potabilidad. Por lo general, se utiliza como lecho de filtración la arena soportada por capas de piedra, debajo de las cuales existe un sistema de drenaje. Con el paso del agua a través del lecho de arena se produce la remoción de materiales en suspensión y sustancias coloidales.

36

Sedimentadores estáticos Componentes de la unidad • Zona de entrada y distribución de agua • Zona de sedimentación propiamente dicha • Zona de salida o recolección de agua • Zona de depósito de lodos.

Sedimentadores laminares

Descripción

Tipos de unidades

En este tipo de unidades puede producirse sedimentación, normalmente con caída libre, en régimen laminar turbulento o de transición, la masa líquida se traslada de un punto a otro con movimiento uniforme y velocidad VH constante. Cualquier partícula que se encuentre en suspensión en el líquido en movimiento, se moverá según la resultante de dos velocidades componentes: la velocidad horizontal del liquido VH y su propia velocidad de sedimentación VS. En un sedimentador ideal de forma rectangular y con flujo horizontal, la resultante será una línea recta.

Unidades de flujo horizontal Los rectangulares son más compactos. Todos están provistos de una pantalla deflectora que desvía el agua hacia el fondo de la unidad, el flujo en la zona de sedimentación es horizontal, están provistos de canaletas perifericas para la recolección de agua sedimentada, el fondo es inclinado hacia el centro de la unidad,donde se ubican tolvas para la recolección de lodos. Es necesario vaciar el tanque cada cierto tiempo y extraer los lodos manualmente, con la ayuda de mangueras de agua a presión. Los sedimentos se compactan y forman una masa pastosa que resbala muy dificilmente.

Se considera que tres son los efectos que favorecen la remoción de las partículas en este tipo de unidades: (i) aumento del área de sedimentación, (ii) disminución de la altura de caída de la partícula y (iii) régimen de flujo laminar. A mediados de la década de 1960, se empezó a investigar la sedimentación en tubos inclinados, donde el lodo depositado escurre hacia la parte inferior, sin interferir con las características de la instalación.

Facilita el deslizamiento del lodo depositado sobre las placas . Para su diseño se considera la carga por unidad de superficie, teóricamente, cualquier partícula con velocidad igual o mayor a la crítica será automáticamente removida, la velocidad de sedimentación (Vs ) debe ser determinada sobre la base de ensayos de laboratorio, consiguiendo obtener un efluente de una calidad que no sobrecargue la unidad de filtración, la eficiencia decrece a medida que aumenta la carga superficial en las celdas, soporta también mejor las sobrecargas. En la eficiencia influye la calidad del agua (turbiedad y color), la temperatura, la coagulación-flocu1ación. El tiempo de operación es muy importante al igual que el tipo de módulo y su inclinación debido a su eficiencia. De acuerdo a la dirección del flujo se clasifican en sedimentadores de flujo horizontal y sedimentadores de flujo inclinado debido a que en la parte media existen módulos inclinados con un ángulo de 60° y el agua decantada se recolecta lateralmente en la parte superior. Con el uso de este tipo de sedimentadores se incrementa la eficiencia y la capacidad.

Figura 2.11 Sedimentadores estáticos y laminares. (Elaboración propia)

Los fenómenos que se producen durante la filtración son los siguientes: ƒ La acción mecánica de filtrar. ƒ La sedimentación de partículas sobre granos de arena. ƒ La floculación de partículas que estaban en formación, debido a aumento de la

posibilidad de contacto entre ellas. 2.7.1. PERDIDA DE CARGA EN UN MEDIO FILTRANTE.

Al pasar un fluido Q a través de un lecho filtrante granular de profundidad L, la fricción que el fluido sufre al atravesar los poros produce una pérdida de carga h, como indica la figura 2.12.

37

Figura 2.12 Variación de la perdida de carga en función de (L) y (t). (Tratamiento de agua para consumo humano 2005)

Al comenzar la operación de un filtro, los granos del lecho están limpios, la pérdida de carga se deberá solamente al tamaño, forma, porosidad del medio filtrante, viscosidad y velocidad del agua. 2.7.2. LAVADO DE MEDIOS FILTRANTES.

Durante el proceso de filtrado, los granos del medio filtrante retienen material hasta obstruir el paso del flujo, lo que obliga a limpiarlos periódicamente. En los filtros rápidos esto se realiza invirtiendo el sentido del flujo, inyectando agua por el falso fondo, expandiendo el medio filtrante y recolectando en la parte superior el agua de lavado. a) Fluidificación de medios porosos.

Cuando se introduce un flujo ascendente en un medio granular, la fricción inducida por el líquido al pasar entre las partículas produce una fuerza que se dirige en sentido contrario a la del peso propio de los granos y que tiende a reorientarlos en la posición que presente la menor resistencia al paso del flujo. Por lo tanto, cuando la velocidad de lavado es baja, el lecho no se expande y su porosidad no se modifica mayormente. Pero, a medida que se va incrementando dicha velocidad, las fuerzas debidas a la fricción van

38

aumentando hasta llegar a superar el peso propio de las partículas, momento en el cual estas dejan de hacer contacto, se separan y quedan suspendidas libremente en el líquido. Si se aumenta aún más la velocidad de lavado, la altura del medio filtrante se incrementará proporcionalmente a la velocidad del fluido, como se muestra en la figura 2.13, y la porosidad crecería en igual forma para dejar pasar el nuevo caudal, pero conservando la velocidad intersticial y la resistencia al paso del agua aproximadamente iguales.

Figura 2.13 Perdida de carga, profundidad del lecho y porosidad versus velocidad de lavado. (Tratamiento de agua para consumo humano 2005)

Por lo tanto, solo cuando el lecho no está expandido la pérdida de carga es una función lineal de la velocidad del flujo ascendente, pero en cuanto este se fluidifica, la pérdida de carga alcanza su valor terminal máximo.

39

b) Expansión de medios porosos.

En general, para un lavado únicamente con agua en sentido ascensional, la velocidad varía en promedio entre 0,9 y 1,3 m/min. La expansión total de un medio filtrante se determina teniendo como dato la curva granulométrica y calculando la porosidad de las diferentes subcapas expandidas para determinada velocidad de lavado, conforme al modelo propuesto por Dharmarajah y Cleasby. La expansión total (E) será igual a: E=

ε e − ε o Le − Lo = 1 − εo Lo

(2.27)

Donde: εe = porosidad expandida de la capa. εo = porosidad del lecho estático. Lo = espesor del lecho estático. Le = espesor del lecho expandido. 2.7.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIÓN.

La eficiencia de la filtración está relacionada con las características de la suspensión del medio filtrante, de la hidráulica de la filtración y la calidad del efluente. Se presentan a continuación los principales factores que influyen en la filtración rápida. a) Características de la suspensión.

De modo general, la eficiencia de remoción de partículas suspendidas en un medio filtrante está relacionada con las siguientes características de la suspensión que se observa en el siguiente esquema:

40

Tipos de partículas suspendidas

El tipo de partículas presentes en el agua cruda influye en la eficiencia de la filtración.

Tamaño de partículas suspendidas

El tamaño critico de partículas suspendidas, es de 1µm, el cual genera menos oportunidad de contacto entre la partícula suspendida y el grano del medio filtrante, se usan productos quimicos para ajustar el tamaño de las partículas suspendidas de modo de obtener una eficiencia mayor. Las partículas menores que el tamaño crítico serán removidas eficientemente, debido, principalmente, a la difusión; mientras que las mayores también serán removidas eficientemente debido a la acción de otros mecanismos, como la intercepción y la sedimentación.

Densidad de partículas suspendidas

Cuanto mayor sea la densidad de las partículas suspendidas, mayor será la eficiencia de remoción de las partículas de tamaño superior al tamaño crítico, mencionado anteriormente.

Resistencia o dureza de partículas suspendidas

La dureza de los flóculos es otro factor importante, pues los flóculos débiles tienden a fragmentarse y penetrar fácilmente en el interior del medio filtrante, lo que favorece el traspaso final de la turbiedad límite, mientras que los flóculos duros o resistentes no se fragmentan fácilmente, pero producen una pérdida de carga mayor.

Temperatura del agua por filtrar

En general, el aumento de temperatura conduce a una eficiencia mayor en las partículas del agua y consecuentemente, la difusión se vuelve un mecanismo importante cuando se tienen partículas suspendidas menores de 1 µm, y la disminución de la viscosidad facilita la sedimentación de partículas mayores 1 µm.

Concentracion de particulas suspendidas en el efluente

Cuando el medio filtrante esta limpio, la eficiencia de remoción depende de la concentración de partículas suspendidas en el afluente, después de algún tiempo de filtración, la eficiencia de remoción aumenta con el aumento de la concentración de las partículas suspendidas en el afluente, pues las partículas retenidas hacen de colectoras de otras partículas suspendidas. Evidentemente, al existir una eficiencia de remoción mayor con el aumento de la concentración, la curva de pérdida de carga en función del tiempo será mas acentuada.

b) Características del medio filtrante.

Entre las características del medio filtrante que influyen en la filtración, destacan las que se muestran en el siguiente esquema:

41

Tipo del medio filtrante

El medio filtrante debe seleccionarse de acuerdo con la calidad que se desea para el agua filtrada, duración de la carrera de filtración y la facilidad de lavado. Un medio filtrante ideal es aquel de granulometría determinada y cierto peso específico, que requiere una cantidad mínima de agua para ser lavado de manera eficiente y que es capaz de remover la mayor cantidad posible de partículas suspendidas, para producir un efluente de buena calidad. La arena de granulometría menor presenta una carrera de filtración más corta que la de granulometría mayor. En un filtro rápido los granos de menor tamaño van en las capas superiores y los de mayor tamaño en las inferiores.

Caracteristicas granulometricas del material filtrante

Los materiales filtrantes deben ser claramente especificados, los parámetros que se deben emplear para este fin son los siguientes:Tamaño efectivo (Te), Coeficiente de uniformidad (CU), Forma (Ce), tamaño mínimo, tamaño máximo. Cuando se trata de seleccionar el material para lechos múltiples, se debe hacerlo obteniendo un grado de intermezcla que no disminuya la porosidad en la región común entre las capas adyacentes de materiales diferentes.

Peso especifico del material filtrante

Espesor de la capa filtrante

El peso específico (Pe) del material es igual al peso de los granos dividido por el volumen efectivo que ocupan los granos. Es difícil fijar un espesor del medio filtrante, porque la calidad del afluente varía considerablemente durante el año. La experiencia ha demostrado que existe una relación entre el espesor de la capa de arena y la de antracita en un filtro de dos medios; en general, el espesor de la capa de antracita representa de 60 a 80%; y la arena, de 20 a 40% del espesor total del medio filtrante.

c) Características hidráulicas.

Las características hidráulicas que influyen en la eficiencia de

la

10

filtración son las que se muestran en el siguiente esquema :

Tasa de filtración

El empleo de tasas de filtración bajas no asegura, necesariamente, la producción de agua filtrada de mejor calidad y mayor volumen de agua producida por carrera de filtración. Las variaciones de la tasa de filtración durante una carrera de filtración son muchas veces inevitables y pueden afectar sustancialmente la calidad del efluente.

Carga hidráulica disponible para la filtración

La carga hidráulica influye significativamente en la duración de la carrera de filtración. Este parámetro es normalmente seleccionado por el proyectista. Los filtros de tasa constante necesitarían una carga hidráulica disponible superior a los de tasa declinante para obtener carreras de filtración de la misma duración. Por otro lado, fijar la carga hidráulica con la que el filtro debe operar depende de otros factores como el espesor y la granulometría del medio filtrante, aspectos económicos, etcétera.

Método de control de los filtros

El método de control de los filtros también influye en la eficiencia. Los métodos de control operacional más utilizados son tasa constante y tasa declinante, En un filtro operado con tasa constante, este es forzado, a operar con la misma tasa que al inicio de ella, se obtendrá de él un agua filtrada de menor calidad debido al nivel de colmatación del medio filtrante.

10

OPS, CEPIS.(2005) “Tratamiento de agua para consumo humano” “Plantas de filtración rápida” Tomo II, CEPIS. Lima, pag. 83.

42

Calidad del efluente

La calidad del efluente está relacionada con características inherentes al filtro propiamente dicho, al uso que se destina al agua filtrada y a la existencia de una operación eficiente. Los patrones de potabilidad varían entre los diversos países: por lo tanto, la turbiedad del efluente debe estar en un rango entre 1 - 5 UNT. Se aconseja que el agua filtrada no presente color por lo que este debe ser < 5 UC. Los filtros tienen una eficiencia de remoción superior a 99% en cuanto a microorganismos. La calidad del agua filtrada no es constante desde el inicio hasta el final de la carrera de filtración. La filtración es una operación compleja que no puede ser analizada simplemente en función de una variable, sin tener en cuenta la influencia de las demás.

2.7.4. FILTRACION POR GRAVEDAD.

La filtración rápida realizada por gravedad se emplea en plantas de tratamiento para fines de abastecimiento público, el factor económico es la variable que define su preferencia de uso.

Filtracion descendente

Hasta hace muy pocos años, los filtros descendentes por gravedad eran diseñados para funcionar unicamente con tasa constante, y generalmente iban provistos de dispositivos automaticos de control de caudal y nivel, en la actualidad se ha simplificado la forma de operacion, como la operacion de tasa declinante, su simplicidad garantiza una adecuada operacion. En la caja del filtro se encuentran: El fondo falso: Se llama asi al canal o espacio ubicado debajo del drenaje, este canal debe tener como minimo 40 cm. de altura. Drenaje: estructura que permite el paso del agua en forma descendente durante el proceso de filtracion, el drenaje carateristico para este tipo de filtros es la vigueta prefabricada de concreto, que durante el lavado distribuye el agua en forma muy pareja en todo el lecho. encima del dreanje debe estar la capa de soporte de grava, su funcion es evitar que la arena se pierda a traves del drenaje, por lo que se gradua de manera que el tamaño mayor de grava sea un poco mas grande que los orificios del drenaje, y el tamaño menor un poco mas grueso que el tamaño mayor de la arena.

Figura 2.14 Filtración por gravedad descendente. (Elaboración propia)

43

2.7.5. METODO DE CONTROL OPERACIONAL

Tasa declinante

La carga hidráulica es aplicada desde el inicio hasta el final de la carrera de filtración, lo que conlleva que con el transcurso del tiempo, una disminución gradual del caudal filtrado, la calidad del efluente es superior, con carreras de filtración mas largas. La distribución de agua es por medio de una tubería o canal común, el nivel de agua es prácticamente el mismo en todos los filtros de la batería y en el canal. En estas unidades se identifican tres niveles de operación, N1, N2 y N3, N2 nivel máximo corresponde al instante en que un filtro debe ser lavado (nivel máximo de operación de los filtros), que viene a ser el instante en el que se ha utilizado la totalidad de la carga hidráulica disponible para la filtración en la batería. Durante el lavado de un filtro los restantes absorben el caudal del filtro retirado de operación, el nivel de agua en ellos sube hasta alcanzar el valor máximo N3. Finalmente cuando el filtro recién lavado es puesto en operación, este filtra un caudal superior a aquel obtenido cuando fue retirado para lavado en consecuencia, el nivel de agua en toda la batería, disminuye de nivel (N3) hasta alcanzar un valor mínimo que es el nivel N1, de ahi en adelante, el nivel de agua en la batería de los filtros sube debido a la retención de impurezas, hasta que el nivel N2 sea nuevamente alcanzado, esto significa que otro filtro habrá concluido con la carrera de filtración y deberá ser retirado para su lavado, el filtro que sea retirado para el lavado será el que tenga mayor numero de horas en operación de filtración. Ventajas: cuando el filtro es retirado de operación para su lavado, el nivel de agua sube gradualmente en los demás y la tasa de filtración varia gradualmente, la perdida de carga es evidente para el operador por simple observación de nivel de agua, la calidad del efluente es mejor cuando la tasa de filtración disminuye desde el inicio hasta el final de carrera de filtración, es mayor el volumen de agua producido por unidad de perdida de carga debido a la retención de partículas, la carga hidráulica necesaria para la filtración es menor.

Figura 2.15 Método de control operacional (tasa declinante). (Elaboración propia)

2.7.6. MEDIO FILTRANTE

Filtros de lecho multiple

La permeabilidad del lecho disminuye con la profundidad de forma que los floculos puedan penetrar y encontrar el medio mas fino en las capas inferiores del filtro y el mas grueso en las capas superiores

Figura 2.16 Medio filtrante de lecho múltiple. (Elaboración propia)

2.8. DESINFECCION.

Desinfectar el agua significa eliminar de ella los microorganismos existentes, capaces de producir enfermedades, estos microorganismos afectan la salud humana y necesariamente deben ser eliminados. La desinfección tiene como objetivo garantizar la calidad de agua desde el punto de vista microbiológico. Para que la desinfección sea efectiva, las aguas sujetas al tratamiento deben encontrarse libres de partículas coloidales causantes de turbiedad y color, las cuales pueden convertirse en obstáculos para la acción del agente desinfectante.

44

El tiempo de contacto debe ser de 30 min, así se podrá realizar la destrucción de los microorganismos para una cierta dosis de cloro aplicado. 2.8.1. LA CLORACION.

Método de purificación del agua por medio de la aplicación de cloro, el cual posee un alto poder bactericida y para obtener un residual. El cloro, oxidante poderoso, es, sin duda alguna, el desinfectante más importante que existe, debido a que reúne todas las ventajas requeridas, incluyendo su fácil dosificación y costo conveniente. Las más usadas son el hipoclorito de calcio y el cloro gas, cuya eficiencia bactericida es idéntica a la del cloro y que producen reacciones similares en el agua. 2.8.2. HIPOCLORITO DE CALCIO (Ca(OCl)2).

Polvo que contiene cloro en concentraciones de hasta 76%. El hipoclorito de calcio difiere de la cal clorada en que el cloruro de calcio inerte ya ha sido eliminado en gran parte. Por esta razón, el hipoclorito de calcio puede prepararse para contener concentraciones altas de cloro disponible. Este polvo puede mantenerse estable hasta el año, si las condiciones de almacenamiento son adecuadas. Mantiene su solubilidad en el agua y deja poco sedimento. El hipoclorito de calcio es un agente potente oxidante. Por esta razón, debe almacenarse en un lugar aislado, seguro, fresco y seco. Debido a que su contenido de cloro activo puede variar en el tiempo y con las condiciones ambientales, es recomendable determinar el cloro activo antes de preparar la solución de hipoclorito de calcio para el proceso de desinfección. 2.8.3. DEMANDA DE CLORO.

La demanda es la cantidad de cloro que se ha consumido en la oxidación y que ha reaccionado en un tiempo de contacto determinado debido a la presencia de amoniaco, materia orgánica, elementos de hierro, manganeso, 45

compuestos como los fenoles y la flora bacteriana. Quedando vestigios de cloro libre al cabo de un tiempo. La demanda es diferente para cada tipo de agua y depende de la composición química y microbiológica del agua. La demanda consiste en determinar la dosificación de cloro que luego de un tiempo de reacción produzca el punto de quiebre en la grafica de cloro residual libre versus tiempo figura 2.17.

Figura 2.17 Curva del punto de quiebre. (Tratamiento de agua para consumo humano 2005) A. B. C. D.

Destrucción de cloro residual por compuestos reductores. Formación de compuestos organiclorados y cloraminas. Destrucción de cloraminas y compuestos organoclorados. Formación de cloro libre y presencia de compuestos organoclorados no destruidos.

46

3 EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO CALA CALA I 3.1. FICHA TÉCNICA PARA LA INSPECCIÓN INICIAL Se ha sistematizado la información técnica existente en la planta de tratamiento Cala Cala I y se procedió al llenado de la ficha técnica para la inspección inicial, cuyo modelo fue elaborado por el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria (CEPIS), esta se presenta a continuación. 3.1.1. UBICACIÓN 1.- País: Bolivia. 2.- Nombre de la planta: Cala Cala I (SEMAPA). 3.- Localidades abastecidas: Cercado. 4.- Localización: Departamento: Cochabamba. Provincia: Cercado. 5.- Dirección de la planta: Circunvalación y Atahuallpa. 6.- Institución propietaria o administradora: Estatal (SEMAPA). 3.1.2. FUENTE DE ABASTECIMIENTO 7.- Fuente de abastecimiento. a) Fuente: Misiscuni y la cordillera. b) Conducción de agua cruda: Por gravedad. Calidad de la fuente a) Turbiedad. En la figura 3.1 se observó que la variación de la turbiedad en planta es de 0.2 a 300 UNT (Unidades nefelometricas de turbiedad), la variación turbiedad promedio es 20 UNT, en época de sequía la turbiedad promedio es 11 UNT y en época de lluvia es 44 UNT.

47

b) Color. El color se empezó a controlar a partir del mes de junio de 2005 (fig.3.4). Se puede ver que la variación de color en la planta es 11 a 1175 UCV (Unidades de color verdadero), la variación promedio es 182 UCV, en época de sequía la variación promedio es 48 UCV y en época de lluvia es 284 UCV. c) Coliformes fecales y totales por cada 100 ml. En la figura 3.10 se observó que la variación de coliformes totales en la planta es 0 a 1220 UFC (Unidades formadoras de colonias), la variación promedio es de 488 UFC, la variación en época de sequía es 141 UFC y la variación promedio en época de lluvia es 487 UFC. Se observó en la figura 3.11 que la variación de coliformes fecales en la planta es 0 a 1153 UFC, la variación promedio es de 251 UFC, la variación en época de sequía es 97 UFC y la variación promedio en época de lluvia es 628 UFC. 3.1.3. CARACTERISTICAS DE LA PLANTA. 8.- Caudal de la planta. a) Caudal de diseño: 400 l/s. b) Caudal de operación: 350 l/s. 9.- Tipo de planta. a) La planta es de tipo convencional. b) Año en que se diseño: 1975. Año en que se remodelo / amplio / optimizo: 1998. Se cambiaron las pantallas de madera del floculador, por placas de asbesto cemento, en el sedimentador se construyeron varias tolvas de almacenamiento de lodos y se cambiaron las placas laminares de asbesto cemento por placas hexagonales, también se aumentaron dos filtros sobre los 6 ya existentes, se cambio el lecho de filtración y se construyo el tanque de mezcla, en la

48

actualidad esta en funcionamiento con agua proveniente de la Cordillera (Laguna el Toro, embalse Escalerani, canal cuencas vecinas) y Misicuni. 10.- Descripción de la planta. a) Medidor de caudal: Medidor Parshall. b) Mezcla rápida. Tipo: Hidráulico, Medidor Parshall. Punto de aplicación: Medidor Parshall en el resalto hidráulico. c) Floculadores. ƒ Numero de unidades: 3 ƒ Numero de pantallas: 24 20 14 ƒ Ancho de la unidad: 3.37 m. 3.58 m. 3.90 m. ƒ Profundidad útil: 1.63 – 1.67 m. 2.00 – 2.16 m. 2.19 – 2.22 m. ƒ Largo: 22.10m.(Ver anexo C) ƒ Tiempo de retención: 21.6 min. ƒ Tiempo de retención de la operación: 18 min. d) Sedimentadores. ƒ Tipo: laminar de placas hexagonales. ƒ Numero de unidades: 3 ƒ Área de cada unidad: 105 m2.(Ver anexo C) ƒ Tasa superficial del proyecto:…………… ƒ Tasa superficial de operación: 192 m3/m2/día. e) Filtros. ƒ Tipo de filtro: Batería de 8 filtros de tasa declinante. ƒ Tipo de lecho filtrante: Mixto. ƒ Área de cada filtro: 10.45 m2. (Ver anexo C)

49

ƒ Tasa de filtración promedio de diseño:………… ƒ Tasa de filtración promedio de operación: 281 m3/m2/día. f) Dosificación. Coagulación. ƒ Sulfato de aluminio. ƒ Tipo de dosificador: Bomba dosificadora. ƒ Numero: 2 unidades. Cloración. ƒ Tipo de dosificador: Bomba dosificadora. ƒ Numero: 2 unidades. 3.1.4. ANALISIS DE LA INFORMACIÓN. 11.- Turbiedad. En la figura 3.1 se presento la variación de turbiedad de la fuente de abastecimiento, ver pag. 47 inciso a. En la figura 3.2 se observó que la variación de turbiedad del agua sedimentada es 0.33 a 30 UNT, la variación promedio de agua sedimentada y la variación promedio en época de sequía es 2 UNT por ultimo, la variación promedio en época de lluvia es 3 UNT. En la figura 3.3 se determino que la variación de turbiedad del agua filtrada es 0.15 a 4.2 UNT, la variación promedio de agua filtrada, la variación promedio en época de sequía y en época de lluvia es 1 UNT. El proceso de sedimentación y filtración tiene muy buena capacidad de amortiguamiento debido a que la turbiedad baja considerablemente. La turbiedad del agua filtrada cumple con los estándares exigidos por la Norma Boliviana 512, la cual es de 5 UNT.(Ver anexo D)

50

350 300

Turbiedad

250 200 150 100 50 0 0

50

100

150

200 Dias

250

300

350

Figura 3.1 Variación de la turbiedad diaria de la fuente de abastecimiento. (Elaboración propia) 35 30

Turbiedad

25 20 15 10 5 0 0

50

100

150

200 Días

250

300

350

Figura 3.2 Variación de la turbiedad diaria de agua sedimentada. (Elaboración propia) 4.5 4 3.5 Turbiedad

3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

50

100

150

200 Días

250

300

350

Figura 3.3 Variación de la turbiedad diaria de agua filtrada. (Elaboración propia)

51

12.- Color. La figura 3.4 indica que en época de estiaje el color baja y en época de lluvia aumenta ver pag. 48 inciso b. 1200 1000

Color

800 600 400 200 0 0

20

40

60

80

100 120 Días

140

160

180

200

220

Figura 3.4 Variación del color diario de la fuente de abastecimiento. (Elaboración propia)

En la figura 3.5 se presento que la variación de color del agua sedimentada es 0.7 a 72, la variación promedio de agua sedimentada es 18 UCV, la variación promedio de agua sedimentada en época de sequía es 10 UCV y la variación promedio en época de lluvia es 19 UCV. 80 70 60

Color

50 40 30 20 10 0 0

20

40

60

80

100 120 Días

140

160

180

200

220

Figura 3.5 Variación del color diario de agua sedimentada. (Elaboración propia)

En la figura 3.6 se observó que la variación de color de agua filtra es 1 a 39, la variación promedio de agua filtrada es 6 UCV, la variación

52

promedio de agua filtrada en época de sequía es 3 UCV y la variación promedio en época de lluvia es 6 UCV. 40 35 30

Color

25 20 15 10 5 0 0

20

40

60

80

100 120 Días

140

160

180

200

220

Figura 3.6 Variación del color diario de agua filtrada. (Elaboración propia)

13.- pH. El pH influye en los procesos de coagulación y desinfección, este se debe ajustar para que no le confiera al agua efectos corrosivos ni incrustantes. En la figura 3.7 se observó que la variación de pH en la fuente de abastecimiento es 6.38 a 8.79, la variación promedio es 7.5. En la figura 3.8 se presentó la variación de pH de agua sedimentada es 6.45 a 8.83, la variación promedio es 7.5. En la figura 3.9 se pudo observar que la variación de pH del agua filtrada promedio es 7.0. El pH del agua cruda y tratada según la Norma Boliviana debe estar en un rango de 6.5 a 8.5 para agua potable. (Ver anexo D)

53

9 8.5 8

pH

7.5 7 6.5 6 5.5 5 0

50

100

150

200 Días

250

300

350

400

Figura 3.7 Variación del pH diario de la fuente de abastecimiento. (Elaboración propia) 9.5 9 8.5 8 pH

7.5 7 6.5 6 5.5 5 0

50

100

150

200 Días

250

300

350

400

Figura 3.8 Variación del pH diario de agua sedimentada. (Elaboración propia) 9 8.5 8

pH

7.5 7 6.5 6 5.5 5 0

50

100

150

200 Días

250

300

350

400

Figura 3.9 Variación del pH diario de agua filtrada. (Elaboración propia)

54

14.- Coliformes Totales y fecales (UFC). En la figura 3.10 y 3.11 se observó la variación de coliformes totales y fecales, ver pag. 48 inciso c. 1400

Coliformes 100ml.

1200 1000 800 600 400 200 0 0

50

100

150

200

250

300

350

Días

Figura 3.10 Variación diaria de coliformes totales de la fuente de abastecimiento. (Elaboración propia) 1400

Coliformes 100ml.

1200 1000 800 600 400 200 0 0

50

100

150

200

250

300

350

Días

Figura 3.11 Variación diaria de coliformes fecales de la fuente de abastecimiento. (Elaboración propia)

En la figura 3.12 se observó que la variación de coliformes totales del agua sedimentada es 0 a 118 UFC la variación promedio es de 13 UFC, la variación en época de sequía es 10 UFC y la variación promedio en época de lluvia es 15 UFC. Se observó en la figura 3.13 que la variación de coliformes fecales del agua sedimentada es 0 a 86 UFC, la variación promedio es de 12 UFC,

55

la variación en época de sequía es 8 UFC y la variación promedio en época de lluvia es 18 UFC. 140

Coliformes 100ml

120 100 80 60 40 20 0 0

50

100

150

Días

200

250

300

350

Figura 3.12 Variación diaria de coliformes totales de agua sedimentada. (Elaboración propia) 100 90 Coliformes 100ml.

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

50

100

150

200

250

300

350

Días

Figura 3.13 Variación diaria de coliformes fecales de agua sedimentada. (Elaboración propia)

En la figura 3.14 se pudo ver que la variación de coliformes totales de agua filtrada es 0 a 19 UFC la variación promedio es de 3 UFC, la variación en época de sequía es 2 UFC y la variación promedio en época de lluvia es 3 UFC. Se observó en la figura 3.15 que la variación de coliformes fecales de agua filtrada es 0 a 19 UFC, la variación promedio es de 4 UFC, la variación en época de sequía es 2 UFC y la variación promedio en época de lluvia es 4 UFC.

56

El proceso de sedimentación pudo observar que los coliformes no se eliminan totalmente con este proceso, existe una cantidad latente en el agua que se elimina con el proceso de cloración. 30

Coliformes 100ml

25 20 15 10 5 0 0

50

100

150

200

250

300

350

Días

Figura 3.14 Variación diaria de coliformes totales de agua filtrada. (Elaboración propia) 30

Coliformes 100ml

25 20 15 10 5 0 0

50

100

150

Días

200

250

300

350

Figura 3.15 Variación diaria de coliformes fecales de agua filtrada. (Elaboración propia)

15.- Desinfección. Se realizaron controles diarios a los tanques de almacenamiento de donde se obtuvieron los valores de cloro residual de la figura 3.16, esto muestra que existe un residual de cloro que varia entre 0.4 a 0.8 mg/l, el valor promedio que se observó es 0.6 mg/l, la cantidad de coliformes fecales y totales es 0 UFC.

57

1 0.9

Cloro residual

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

5

10

15

Días

20

25

30

35

Figura 3.16 Cantidad de cloro residual a la salida del tanque de mezcla. (Elaboración propia)

3.1.5. DIAGNOSTICO PRELIMINAR. En algunas ocasiones el agua llega con bastante turbiedad debido a derrumbes en el canal de conducción o a lluvias esporádicas que se producen en el lugar de captación, esto se debe a que la mayor cantidad de agua es de origen superficial, estos valores de turbiedad se presentan en la tabla 3.1. Tabla 3.1 Turbiedades debido a derrumbes o lluvias esporádicas en el lugar de captación del afluente. Fecha Turbiedad (UNT) 01/01/2005 1180 04/01/2005 650 11/01/2005 1475 10/01/2005 2000 07/03/2005 374 17/09/2005 300 29/09/2005 1650 28/10/2005 300 27/10/2005 108 05/11/2005 1467 08/11/2005 700 24/11/2005 2450

Fecha Turbiedad (UNT) 28/11/2005 200 01/12/2005 300 05/12/2005 1825 05/12/2005 450 05/12/2005 580 06/12/2005 1780 07/12/2005 285 07/12/2005 620 08/12/2005 1680 09/12/2005 1920 11/12/2005 880 31/12/2005 1300

Fuente: Elaboración propia

La planta esta trabajando al máximo de su capacidad, el caudal pico máximo con el que trabaja es de 450 l/s, el caudal de diseño es de 400 l/s, pero se observa que trabaja eficientemente con un caudal de 350 l/s.

58

Se observó que la calidad de agua en los procesos de coagulaciónfloculación,

sedimentación

amortiguamiento debido a

y

filtración,

tiene

buena

capacidad

de

que la turbiedad disminuye y cumple con los

requisitos exigidos por la NB-512. El proceso de desinfección cumple con el requerimiento exigido por la NB 512, este es de 0/100ml UFC de coliformes totales y fecales y una cantidad de cloro residual de 0.4 – 0.8 mg/l. 3.2. EVALUACIÓN DEL MEDIDOR PARSHALL CALA CALA I. 3.2.1. GEOMETRIA DEL MEDIDOR PARSHALL. El agua que es tratada en la planta de tratamiento Cala Cala I es proveniente de la Cordillera (Escalerani, El Toro y canal Cuencas Vecinas) y de Misicuni. El afluente que llega a la planta de tratamiento es captado por un canal de conducción que desemboca en el medidor Parshall. Las dimensiones del medidor Parshall se presentan en la figura 3.17 y en la tabla 3.2

Figura 3.17 Esquema del Parshall planta de Tratamiento Cala I. (Elaboración propia)

59

Tabla 3.2 Dimensiones del medidor Parshall Cala Cala I. Dimensiones

(mm)

b A a B C D E L G K N

310 1360 907 1340 580 830 1020 600 920 0.9 240

Fuente: Elaboración propia

3.2.2. DIFERENCIAS GEOMETRICAS. Los medidores Parshall fueron desarrollados en varios tamaños tal como se menciona en la pagina 9, 10 y la tabla 2.1, si estas dimensiones no son respetadas cuidadosamente se deben efectuar ensayos de calibración para ajustar los coeficientes de medida y corrección. Las diferencias en las dimensiones del medidor Parshall dadas por Boss 1989 (teórico) y el real en planta, en la tabla 3.3. y en la figura 3.18 se muestra estas diferencias. Tabla 3.3 Diferencias del Parshall Teórico y Real.

b A a B C D E L G K M N P R X Y

Teorico (mm) Real (mm) 1' 30.1 (cm) 304.8 310 1372 1360 914 907 1343 1340 610 580 845 830 914 1020 610 600 914 920 76 0.9 381 229 240 1492 508 51 76 -

Fuente: Elaboración propia

60

Figura 3.18 Diferencias entre el Parshall Teórico y el Real. (Elaboración propia)

El ancho de garganta es el caso teórico de 304.8 mm y el real de 310, existe una diferencia de 6 mm aproximadamente y en el caso de la longitud de garganta en el caso teórico es de 610 mm y el real de 600 teniéndose una diferencia de 10 mm. Debido a las diferencias que existe entre el Parshall teórico y el Real es necesario realizar la calibración del medidor. La ecuación que caracteriza al medidor Parshall de 1’ es: Q = 0.6909 h1.522

(3.1)

A partir de esta ecuación se genero un lista de de caudales (Q) que esta en función de la carga de agua (h), esto se muestra en la tabla 3.4. 3.2.3. DETERMINACIÓN DE CAUDALES ACTUAL En la actualidad la planta esta trabajando con los valores que se muestra en la tabla 3.5. A partir de esta se obtuvo la curva característica caudal versus carga (altura) de agua, que es con la que se esta trabajando en la actualidad en la Planta de Tratamiento. Esta se presenta en la figura 3.19.

61

Tabla 3.4 Caudal (Q) versus altura de agua (h) para el parshall de 1’ generadas a partir de la ecuación 3.1. Altura Caudal Altura Caudal Altura Caudal cm l/seg cm l/seg cm l/seg 10 23 33 141 56 316 11 27 34 148 57 325 12 30 35 155 58 334 13 34 36 161 59 342 14 38 37 168 60 351 15 43 38 175 61 360 16 47 39 182 62 369 17 52 40 190 63 378 18 56 41 197 64 388 19 61 42 204 65 397 20 66 43 212 66 406 21 71 44 219 67 416 22 76 45 227 68 425 23 82 46 234 69 435 24 87 47 242 70 444 25 93 48 250 71 454 26 98 49 258 72 464 27 104 50 266 73 474 28 110 51 274 74 483 29 116 52 283 75 493 30 122 53 291 76 504 31 129 54 299 77 514 32 135 55 308 78 524

Fuente: Elaboración propia Tabla 3.5 Determinación de caudales actual. Altura Caudal Altura Caudal Altura Caudal cm l/seg cm l/seg cm l/seg 10 20 33 127 56 285 11 24 34 133 57 293 12 27 35 139 58 301 13 31 36 145 59 309 14 34 37 151 60 317 15 38 38 158 61 325 16 42 39 164 62 333 17 46 40 171 63 342 18 50 41 177 64 350 19 55 42 184 65 359 20 59 43 191 66 367 21 64 44 197 67 376 22 68 45 204 68 384 23 73 46 211 69 398 24 78 47 218 70 403 25 83 48 225 71 411 26 88 49 233 72 420 27 93 50 240 73 429 28 98 51 247 74 438 29 104 52 255 75 447 30 110 53 262 76 456 31 115 54 270 77 465 32 121 55 278

Fuente: SEMAPA

62

500

Caudal Q (l/seg)

400

300

200

100

0 10

20

30

40 50 Altura h (cm)

60

70

80

Fig. 3.19. Curva actual del medidor Parshall. (Elaboración propia)

La curva de la figura 3.19 obedece a la siguiente ecuación: Q = 0.6003h1.5315

(3.2)

Esta curva presenta un coeficiente de determinación de 1. Lo que indica un ajuste perfecto. 3.2.4. CALIBRACIÓN DEL MEDIDOR PARSHALL CALA CALA I. Para determinar la curva característica del medidor Parshall se realizó una serie de mediciones sucesivas de caudal versus altura de agua se registraron caudales mediante una escala de alturas, tal como se menciona en la pagina 12. Objetivos. ƒ Realizar un estudio de las características y aplicaciones del medidor Parshall

como estructura de aforo. ƒ

Registrar caudales mediante escala de alturas.

ƒ Determinar una curva característica de la sección de control (medidor

Parshall). ƒ Determinar la cantidad de caudal que pasa a través del medidor Parshall.

63

Equipos y materiales. ƒ Regla graduada. ƒ Medidor electrónico ultrasónico para canal abierto Prosonic FMU 861.

Procedimiento. ƒ Con el medidor electrónico se registro el caudal que esta ingresando a la

planta de tratamiento. ƒ Se registro la primera lectura (ha) altura de agua en el medidor Parshall con

una regla graduada a 2/3 del tramo convergente, la medición se la realiza de tal manera que el cero de la regla graduada coincida con el nivel de agua a caudal cero. ƒ La segunda lectura (hb) se la registro en la garganta del medidor Parshall con

una regla graduada, ubicada a 5.1 cm. aguas arriba de la salida del aforador y a 7.6 cm. verticalmente, este es el segundo punto de medición para verificar si el Parshall trabaja en condiciones sumergidas. (Ver figura 2.1. pagina 9) ƒ Se repite este procedimiento varias veces para diferentes caudales. Los

resultados de estas mediciones se presentan en la tabla 3.6. Datos obtenidos Tabla 3.6 Registro de caudales versus altura de agua. Lectura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

ha

hb

(cm) 20.6 21.5 22 22.5 23 28.3 42 44.4 51.3 57.8 62 64 70 71 74.2

(cm) 4.7 5.5 5.9 6.4 6.8 11.4 23.9 26.4 32.4 38.4 42.4 44.4 49.2 50.1 53.4

Q medidor electronico Q Parshall (l/s) (l/s) 60 62 64 66 66 68 69 68 71 73 97 100 170 184 193 200 241 250 290 300 314 333 338 350 396 403 398 411 424 439

h b /h a 0.23 0.25 0.27 0.28 0.30 0.40 0.57 0.59 0.63 0.66 0.68 0.69 0.70 0.71 0.72

Tipo de descarga Libre Libre Libre Libre Libre Libre Libre Libre Libre Libre Libre Libre Libre Sumersion Sumersion

Fuente: Elaboración propia

64

A partir de las alturas de agua obtenidas para los diferentes caudales de la tabla 3.6 se genero la curva característica para medidor Parshall, esta se muestra en la figura 3.20. 450 400

Caudal Q (l/s)

350 300 250 200 150 100 50 20

30

40

50 Altura h (cm)

60

70

80

Figura 3.20 Curva característica generada para el medidor Parshall. (Elaboración propia)

La curva de la figura 3.20 obedece a la siguiente ecuación: Q = 0.5903h1.5263

(3.3)

Esta curva presenta un coeficiente de determinación de 0.9996. Lo que indica un ajuste perfecto. En la tabla 3.6 se puede evidencia que existe flujo sumergido por lo que se puede concluir que el medidor Parshall trabaja con flujo sumergido a partir de un caudal de 398 l/s, esta sumersión retarda el flujo, habiendo una reducción en la descarga. En estas condiciones, el caudal es inferior a aquel que se obtendría por el empleo de la formula y tablas a partir de ella. Para la determinación del caudal será indispensable la aplicación de una corrección para el flujo sumergido.

Qs = Q − Q e

(3.4)

Donde: 65

Qs= Caudal corregido debido al sumergimiento. Q = Caudal debido a (ha). Qe= disminución de caudal debido al sumergimiento. De la tabla 2.4 de la pagina 12 se determina que el coeficiente relativo para el medidor Parshall de 1’ es igual a 1. El ábaco del anexo A.6 da las correcciones de descarga para flujo sumergido en l/s para el medidor Parshall de 1’, este esta en función del porcentaje de sumersión y la altura de agua. Para el caso 13 y 14 de la tabla 3.6 se determina la corrección de descarga para flujo sumergido, esto se presenta en la tabla 3.7. Tabla 3.7 Corrección de la descarga debido al sumergimiento del medidor Parshall Cala Cala I.

Qe

Coeficiente

0.085 0.105

1 1

Qe= factor de correccion* coeficiente Qs = Q − Qe 0.0185 397.98 0.023 423.98

398 424

Fuente: Elaboración propia

En la tabla 3.7 se puede observar que la corrección es mínima, porque al redondear los valores obtenidos dan el mismo valor que se genero en la tabla 3.6, por lo que no se hace ninguna corrección en la descarga. Con la curva característica que se obtuvo se puede generar un registro de caudales en función de las diferentes alturas, esta se presenta en la tabla 3.8. Análisis e interpretación de resultados. Al realizar la medición de caudales se determino que existe variación entre las lecturas actuales con las que trabaja el medidor Parshall y las que se obtuvieron con la prueba, además se comprobó que existe flujo sumergido, al realizar la corrección de descarga debido al sumergimiento se determinó que la variación no influye en las lecturas que se obtuvieron, por lo que se concluye que los valores obtenidos debido al sumergimiento pudieron deberse a obstáculos existentes en el medidor Parshall o falta de declive.

66

Tabla 3.8 Generación de caudales para la curva característica mediante la ecuación 3.3 del medidor Parshall Cala Cala I. Altura Caudal Altura Caudal Altura Caudal cm l/seg cm l/seg cm l/seg 10 20 33 123 56 275 11 23 34 128 57 283 12 26 35 134 58 290 13 30 36 140 59 298 14 33 37 146 60 306 15 37 38 152 61 313 16 41 39 158 62 321 17 45 40 165 63 329 18 49 41 171 64 337 19 53 42 177 65 345 20 57 43 184 66 353 21 62 44 190 67 362 22 66 45 197 68 370 23 71 46 204 69 378 24 75 47 210 70 387 25 80 48 217 71 395 26 85 49 224 72 404 27 90 50 231 73 412 28 95 51 238 74 421 29 101 52 246 75 430 30 106 53 253 76 438 31 112 54 260 32 117 55 268

Fuente: Elaboración propia

3.3. ANALISIS DE FLUJOS Y FACTORES QUE DETERMINAN LOS PERIODOS DE RETENCIÓN EN LAS DIFERENTES UNIDADES OPERATIVAS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO. 3.3.1. PRUEBAS CON TRAZADORES. Para la determinación de los tiempos de retención se ha procedido a realizar pruebas con trazadores, agregando una sustancia trazadora en el afluente del sistema de aducción, la sustancia trazadora debe tener una concentración conocida y a la salida de cada una de las unidades se debe determinar la concentración que tiene la mezcla que se ha producido debido a la adición de la sustancia trazadora con el agua. Para la prueba se ha usado cloruro de sodio (sal común), debido a que este no deja residuos que puedan perjudicar la salud.

67

Objetivos. ƒ Determinar los de tiempos reales de retención y sus gradientes hidráulicos

reales y teóricos. ƒ Realizar un estudio de los tipos de flujo, espacios muertos y cortocircuitos

hidráulicos en las diferentes unidades de tratamiento. ƒ Determinar la distribución de caudales para las diferentes unidades.

Equipos y materiales. ƒ Cloruro de sodio (sal común). ƒ Conductimetro. ƒ Cronometro. ƒ Unidad para aplicación contínua de trazador. ƒ Balanza. ƒ Frascos de 100 ml.

Determinación del peso del trazador. En la planta de tratamiento se aplica inyección continua, ver pag. 18 figura 2.4. Q= Caudal K= Ctte de corrección Co= Concentración I= Grado de pureza D=

438 1.65 46 90

l/s 0.438 cloruro de sodio mg/l 0.046 % 0.9

Co·Q·3600·K = 1000·I

132.977 kg/h

m3/s gr./l

peso del trazador

Duracion del ensayo Tiempo de dosificacion es igual a 3 veces el tiempo de retencion, del Anexo C se determina: Tiempo de retencion Floculador Sedimentador Filtros

16 34 15

Tiempo de dosificación

min min min 102

de cada sedimentador de cada filtro min.

1.7

horas 68

Peso total = D*Te Pt = 226.061 Kg.

226060.56

gramos

Para definir el volumen de la unidad de aplicacion donde se prepara el trazador, y aplicarlo a la planta de tratamiento se necesita una concentración de cloruro de sodio de C = 210 g/l

Vol =

Pt = 1076.48 l C

Vol.= 1.07648 m3

Procedimiento. ƒ Se preparó una solución con cloruro de sodio en la unidad de aplicación

continua de trazador. ƒ Se determinó la conductividad de esta solución. ƒ Se determinó también la conductividad del afluente de agua. ƒ Se adicionó en el afluente de agua la solución de cloruro de sodio con caudal

constante. ƒ La solución se diluirá en la corriente por efecto de la mezcla. ƒ Se tomaron muestras en frascos numerados controlando con el cronometro

un determinado tiempo.(Ver tablas 3.9 – 3.21) ƒ La relación entre el caudal constante de la solución inyectada y la

determinación de la concentración resultante de la corriente en el sitio de medición, nos permite conocer en tiempo de retención, las condiciones hidráulicas de la unidad, el tipo de flujo que existe en las unidades y la distribución de caudales en las diferentes unidades.

69

3.3.2. TIEMPOS DE RETENCIÓN Y GRADIENTES HIDRAULICOS EN LAS DIFERENTES UNIDADES OPERATIVAS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO. Para determinar los tiempos de retención y los gradientes hidráulicos en las diferentes unidades operativas se ubicaron en la planta de tratamiento 27 puntos de muestreo, en cada punto de muestreo se midió la altura de agua al ingreso de cada unidad y a la salida de la misma, el esquema se presenta en la figura 3.21. Objetivos. ƒ Determinar los tiempos de retención y gradientes hidráulicos a partir de la

pruebas de trazadores. Datos obtenidos. Los tiempos de retención y los gradientes hidráulicos se muestran a en la tabla 3.9. Análisis e interpretación de resultados. Mediante la prueba realizada se determinó que los tiempos de retención teóricos son menores que los reales a excepción del tercer floculador, mientras que lo gradientes de velocidad reales son menores que los teóricos. El tiempo de retención en el tercer floculador debe ser mayor que el tiempo de retención en el segundo floculador, para lograr aumentar esto se deberá aumentar la cantidad de pantallas, así disminuirá el gradiente de velocidad en el tercer floculador y se reducirá la fragmentación.

70

Figura 3.21 Puntos de muestreo de la prueba de trazadores. (Elaboración propia) Tabla 3.9 Tiempos de retención y gradientes hidráulicos. Unidad

Real s min

Tiempo de retención Cada unidad Teorico Vol Tr = = (s) s min Vol Q

min

Gradiente de velocidad Real G ∆ H (m)

G =

γ·∆H = s −1 µ·T

Teorico G

Canal de ingreso

4

0.07

4

0.07

3.46

7.90

0.13

0.02

230.94

164.31

Resalto hidráulico

6

0.10

2

0.03

0.84

1.91

0.03

0.23

1107.55

1132.83

Canal de ingreso al floculador

12

0.20

6

0.10

4.76

10.87

0.18

0.55

988.83

734.70

Floculador 1

360

6.00

348

5.80

116.11 265.09

4.42

0.34

102.09

116.96

Floculador 2

810 13.50

450

7.50

150.68 344.01

5.73

0.32

87.09

99.61

Floculador 3

1080 18.00

270

4.50

154.82 353.47

5.89

0.15

76.98

67.28

1086 18.10

6

0.10

2.80

6.40

0.11

0.04

266.67

258.13

1098 18.30

12

0.20

6.79

15.50

0.26

0.03

163.30

143.70

1111 18.52

13

0.22

6.83

15.60

0.26

0.02

128.10

116.93

Canal de ingreso al sedimentador 1 Canal de ingreso al sedimentador 2 Canal de ingreso al sedimentador 3

71

Tabla 3.9 Tiempos de retención y gradientes hidráulicos (Continuación). Unidad

Real s min 3000 50 3060 51 3180 53 6120 102 6120 102 6120 102 5580 93 5040 84 5760 96 5940 99 5940 99

Sedimentador 1 Sedimentador 2 Sedimentador 3 Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4 Filtro 5 Filtro 6 Filtro 7 Filtro 8

Tiempo de retención Cada unidad s min Vol 2640 44.0 301.59 1980 33.0 294.89 2082 34.7 301.62 2940 49 48.78 2940 49 47.70 2940 49 47.41 2400 40 49.74 1860 31 47.41 2580 43 48.19 2760 46 47.30 2760 46 49.74

Teorico Tr =

Vol = (s) Q

2065.70 2019.77 2065.88 890.98 871.24 865.96 908.55 865.96 880.16 863.96 908.55

min 34.4 33.7 34.4 14.8 14.5 14.4 15.1 14.4 14.7 14.4 15.1

Fuente: Elaboración propia

3.3.3. PRUEBA DE TRAZADORES EN LOS FLOCULADORES. Se realizaron pruebas de trazadores en cada uno de los floculadores, para determinar su funcionamiento hidráulico y las características de flujo, se obtuvieron los siguientes resultados: Datos obtenidos: Prueba de trazadores floculador 1: Tabla 3.10 Prueba de trazadores floculador 1. Unidad Peso de trazador en Kg. q inyección l/s Con. sol. inyectada C1 Tr teorico (seg) Muestra t (min.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 15 16.5 18

Floculador 1 226 0.128 184.8 265

Planta Volumen Q planta l/s Conc. inic. agua Co to (min)

C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

73 101 89 132 184 168 155 143 149 144 134 138 156

0.00 0.34 0.68 1.02 1.36 1.70 2.04 2.38 2.72 3.06 3.39 3.73 4.07

0 28 16 59 111 95 82 70 76 71 61 65 83

0 28 44 103 214 309 391 461 537 608 669 734 817

0 3.43 5.39 12.61 26.19 37.82 47.86 56.43 65.73 74.42 81.88 89.84 100

100 96.57 94.61 87.39 73.81 62.18 52.14 43.57 34.27 25.58 18.12 10.16 0

Cala Cala I 1000 l 438 73 4.4 % de trazador que pasa 0 3.43 5.39 12.61 26.19 37.82 47.86 56.43 65.73 74.42 81.88 89.84 100

Fuente: Elaboración propia

72

Graficando los valores de 100 – F(t) en escala logarítmica y t/to en escala normal, se obtiene la figura 3.22.

Figura 3.22 Curva de variación método Wolf – Resnick floculador 1. (Elaboración propia)

Analizando la figura 3.22 por el método de Wolf y Resnick se tiene: θ=t1/to t2/to

0.75 1.02

tan α =

1 t 2 t1 − to to

= 3.70

Flujo pistón

P. =

θ tang α = 0.86 0.453 + θ tang α

86.0 %

Zonas Muertas m = 1−

θ = 0.13 P

13 %

Mezcla completa

M = 1 − P = 0.14

14.02 %

En el floculador 1 predomina el porcentaje de volumen de flujo pistón, existe una fracción de zonas muertas del 13 % y un volumen efectivo del 87 %.

73

Prueba de trazadores floculador 2: Tabla 3.11 Prueba de trazadores floculador 2. Unidad Peso de trazador en Kg. q inyección l/s Con. sol. inyectada C1 Tr teorico (seg) Muestra t (min.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 15 16.5 18 19.5 21 22.5 24

Floculador 2 226 0.128 184.8 344

C

t/to

73 74 89 75 79 75 90 124 164 182 172 160 146 147 145 152 141

0 0.26 0.52 0.78 1.05 1.31 1.57 1.83 2.09 2.35 2.62 2.88 3.14 3.40 3.66 3.92 4.19

Planta Volumen Q planta l/s Conc. inic. agua Co to (min)

(C-Co) Σ(C-Co) 0 1 16 2 6 2 17 51 91 109 99 87 73 74 72 79 68

0 1 17 19 25 27 44 95 186 295 394 481 554 628 700 779 847

F(t)

100-F(t)

0 0.12 2.01 2.24 2.95 3.19 5.19 11.22 21.96 34.83 46.52 56.79 65.41 74.14 82.64 91.97 100

100 99.88 97.99 97.76 97.05 96.81 94.81 88.78 78.04 65.17 53.48 43.21 34.59 25.86 17.36 8.03 0

Cala Cala I 1000 l 438 73 5.7 % de trazador que pasa 0 0.12 2.01 2.24 2.95 3.19 5.19 11.22 21.96 34.83 46.52 56.79 65.41 74.14 82.64 91.97 100

Fuente: Elaboración propia

Graficando los valores de 100 – F(t) en escala logarítmica y t/to en escala normal se obtiene la figura 3.23.

Figura 3.23 Curva de variación método Wolf – Resnick floculador 2. (Elaboración propia)

Analizando la figura 3.23 por el método de Wolf y Resnick se tiene: 74

θ=t1/to t2/to tan α =

1.8 2.1 1 = 3.33 t 2 t1 − to to

Flujo piston

P. =

θ tang α = 0.93 0.453 + θ tang α

93.0 %

Zonas Muertas θ m = 1− = -0.9 P

0%

Mezcla completa

M = 1 − P = 0.07

7.02 %

En el segundo floculador predomina el porcentaje de volumen de flujo pistón, no existen espacios muertos, el volumen efectivo es del 100 %. Prueba de trazadores floculador 3: Tabla 3.12 Prueba de trazadores floculador 3. Unidad Peso de trazador en Kg. q inyección l/s Con. sol. inyectada C1 Tr teorico (seg) Muestra t (min.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 15 16.5 18 19.5 21 22.5 24 25.5 27

Floculador 3 226 0.128 184.8 353

Planta Volumen Q planta l/s Conc. inic. agua Co to (min)

C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

73 74 99 76 88 96 93 87 114 153 172 183 190 173 171 164 163 168 153

0 0.25 0.51 0.76 1.02 1.27 1.53 1.78 2.04 2.29 2.55 2.80 3.06 3.31 3.56 3.82 4.07 4.33 4.58

0 1 26 3 15 23 20 14 41 80 99 110 117 100 98 91 90 95 80

0 1 27 30 45 68 88 102 143 223 322 432 549 649 747 838 928 1023 1103

0 0.10 2.45 2.53 3.55 5.36 6.93 8.04 11.27 17.57 25.37 34.04 43.26 51.14 58.87 66.04 73.13 80.61 86.92

100 99.90 97.55 97.47 96.45 94.64 93.07 91.96 88.73 82.43 74.63 65.96 56.74 48.86 41.13 33.96 26.87 19.39 13.08

Cala Cala I 1000 l 438 73 5.9 % de trazador que pasa 0 0.08 2.13 2.36 3.55 5.36 6.93 8.04 11.27 17.57 25.37 34.04 43.26 51.14 58.87 66.04 73.13 80.61 86.92

75

Tabla 3.12 Prueba de trazadores floculador 3.(Continuación) C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

156 156

4.84 5.09

83 83

1186 1269

93.46 100

6.54 0

Muestra t (min.) 20 21

28.5 30

% de trazador que pasa 93.46 100

Fuente: Elaboración propia

Graficando los valores de 100 – F(t) en escala logarítmica y t/to en escala normal se obtiene la figura 3.24.

Figura 3.24 Curva de variación método Wolf – Resnick floculador 3. (Elaboración propia)

Analizando la figura 3.24 por el método de Wolf y Resnick se tiene: θ=t1/to t2/to tan α =

1.8 2.05 1 = 4 t 2 t1 − to to

Flujo pistón

P. =

θ tang α = 0.94 0.453 + θ tang α

94.08 %

Zonas Muertas θ m = 1− = -0.9 P

0%

Mezcla completa

M = 1 − P = 0.059

5.92 %

76

En el floculador 3 predomina el porcentaje de volumen de flujo pistón en un 94 %, no existiendo espacios muertos y con un volumen efectivo del 100 %. Análisis e interpretación de resultados. En los tres floculadores predomina el porcentaje de volumen de flujo pistón lo que quiere decir que se garantiza que durante el periodo de retención que tienen los floculadores, en el agua se formen floculos con el tamaño deseado para su posterior sedimentación. En el floculador 1 existen espacios muertos, es decir zonas donde no existe flujo, esto no ocurre en los floculadores 2 y 3. 3.3.4. PRUEBA DE TRAZADORES EN LOS SEDIMENTADORES. Se realizaron pruebas de trazadores en los sedimentadores, se obtuvieron los siguientes resultados: Datos obtenidos. Sedimentador 1 sección 1: Tabla 3.13 Prueba de trazadores sedimentador 1 sección 1. (Elaboración propia) Unidad Peso de trazador en Kg. q inyección l/s Con. sol. inyectada C1 Tr teorico (seg) Muestra t (min.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

0 3 6 9 12 15 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56

Sed. 1 (Secc. 1) 226 0.128 184.8 2066

Planta Volumen Q planta l/s Conc. inic. agua Co to (min)

C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

73 74 75 74 77 80 82 85 86 89 94 100 106 111 112 122 128 138 137 136

0 0.09 0.17 0.26 0.35 0.44 0.49 0.58 0.67 0.76 0.84 0.93 1.02 1.10 1.19 1.28 1.37 1.45 1.54 1.63

0 1 2 1 4 7 9 12 13 16 21 27 33 38 39 49 55 65 64 63

0 1 3 4 8 15 24 36 49 65 86 113 146 184 223 272 327 392 456 519

0 0.11 0.32 0.42 0.84 1.58 2.52 3.79 5.15 6.83 9.04 11.88 15.35 19.35 23.45 28.60 34.38 41.22 47.95 54.57

100 99.89 99.68 99.58 99.16 98.42 97.48 96.21 94.85 93.17 90.96 88.12 84.65 80.65 76.55 71.40 65.62 58.78 52.05 45.43

Cala Cala I 1000 l 438 73 34.4 % de trazador que pasa 0 0.11 0.32 0.42 0.84 1.58 2.52 3.79 5.15 6.83 9.04 11.88 15.35 19.35 23.45 28.60 34.38 41.22 47.95 54.57

77

Tabla 3.13 Prueba de trazadores sedimentador 1 sección 1. (Continuación) C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

133 135 133 135 134 136 137

1.71 1.80 1.89 1.98 2.06 2.15 2.24

60 62 60 62 61 63 64

579 641 701 763 824 887 951

60.88 67.40 73.71 80.23 86.65 93.27 100

39.12 32.60 26.29 19.77 13.35 6.73 0

Muestra t (min.) 21 22 23 24 25 26 27

59 62 65 68 71 74 77

% de trazador que pasa 60.88 67.40 73.71 80.23 86.65 93.27 100

Fuente: Elaboración propia

Graficando los valores de 100 – F(t) en escala logarítmica y t/to en escala normal se obtiene la figura 3.25.

Figura 3.25 Curva de variación método Wolf – Resnick, sedimentador 1 sección 1. (Elaboración propia)

Analizando la figura 3.25 por el método de Wolf y Resnick se tiene: θ=t1/to t2/to

1.02 1.2

tan α =

1 t 2 t1 − to to

= 5.56

Flujo pistón

P. =

θ tang α =0.93 0.453 + θ tang α

93 %

78

Zonas Muertas θ m = 1− = 0 P

0%

Mezcla completa

M = 1 − P = 0.08

8%

Sedimentador 1 sección 2: Tabla 3.14 Prueba de trazadores sedimentador 1 sección 2. Unidad Peso de trazador en Kg. q inyección l/s Con. sol. inyectada C1 Tr teorico (seg)

Sed. 1 (Secc. 2) 226 0.128 184.8 2066

Planta Volumen Q planta l/s Conc. inic. agua Co to (min)

Muestra

t (min.)

C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

0 3 6 9 12 15 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 77

73 74 73 75 77 80 82 84 85 87 89 95 106 112 118 125 130 140 138 136 137 137 137 136 138 137 136

0 0.09 0.17 0.26 0.35 0.44 0.49 0.58 0.67 0.76 0.84 0.93 1.02 1.10 1.19 1.28 1.37 1.45 1.54 1.63 1.71 1.80 1.89 1.98 2.06 2.15 2.24

0 1 0 2 4 7 9 11 12 14 16 22 33 39 45 52 57 67 65 63 64 64 64 63 65 64 63

0 1 1 3 7 14 23 34 46 60 76 98 131 170 215 267 324 391 456 519 583 647 711 774 839 903 966

0 0.10 0.10 0.31 0.72 1.45 2.38 3.52 4.76 6.21 7.87 10.14 13.56 17.60 22.26 27.64 33.54 40.48 47.20 53.73 60.35 66.98 73.60 80.12 86.85 93.48 100

100 99.90 99.90 99.69 99.28 98.55 97.62 96.48 95.24 93.79 92.13 89.86 86.44 82.40 77.74 72.36 66.46 59.52 52.80 46.27 39.65 33.02 26.40 19.88 13.15 6.52 0

Cala Cala I 1000 l 438 73 34.4 % de trazador que pasa 0 0.10 0.10 0.31 0.72 1.45 2.38 3.52 4.76 6.21 7.87 10.14 13.56 17.60 22.26 27.64 33.54 40.48 47.20 53.73 60.35 66.98 73.60 80.12 86.85 93.48 100

Fuente: Elaboración propia

Graficando los valores de 100 – F(t) en escala logarítmica y t/to en escala normal se obtiene la figura 3.26. Analizando la figura 3.26 por el método de Wolf y Resnick se tiene:

79

θ=t1/to t2/to

1.06 1.3 1

tan α =

t 2 t1 − to to

= 4.17

Flujo pistón

P. =

θ tang α = 0.91 0.453 + θ tang α

91 %

Zonas Muertas θ m = 1− = 0 P

0%

Mezcla completa

M = 1 − P = 0.09

9.30 %

Figura 3.26 Curva de variación método Wolf – Resnick, sedimentador 1 sección 2. (Elaboración propia)

80

Sedimentador 1 sección 3: Tabla 3.15 Prueba de trazadores sedimentador 1 sección 3. Unidad Peso de trazador en Kg. q inyección l/s Con. sol. inyectada C1 Tr teorico (seg)

Sed. 1 (Secc. 3) 226 0.128 184.8 2066

Muestra

t (min.)

C

t/to

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

0 3 6 9 12 15 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 77

73 75 74 75 78 80 82 83 84 84 88 95 97 103 110 126 138 140 138 136 137 136 135 134 137 134 136

0 0.09 0.17 0.26 0.35 0.44 0.49 0.58 0.67 0.76 0.84 0.93 1.02 1.10 1.19 1.28 1.37 1.45 1.54 1.63 1.71 1.80 1.89 1.98 2.06 2.15 2.24

Planta Volumen Q planta l/s Conc. inic. agua Co to (min)

(C-Co) Σ(C-Co) 0 2 1 2 5 7 9 10 11 11 15 22 24 30 37 53 65 67 65 63 64 63 62 61 64 61 63

0 2 3 5 10 17 26 36 47 58 73 95 119 149 186 239 304 371 436 499 563 626 688 749 813 874 937

F(t)

100-F(t)

0 0.21 0.32 0.53 1.07 1.81 2.77 3.84 5.02 6.19 7.79 10.14 12.70 15.90 19.85 25.51 32.44 39.59 46.53 53.26 60.09 66.81 73.43 79.94 86.77 93.28 100

100 99.79 99.68 99.47 98.93 98.19 97.23 96.16 94.98 93.81 92.21 89.86 87.30 84.10 80.15 74.49 67.56 60.41 53.47 46.74 39.91 33.19 26.57 20.06 13.23 6.72 0

Cala Cala I 1000 l 438 73 34.4 % de trazador que pasa 0 0.21 0.32 0.53 1.07 1.81 2.77 3.84 5.02 6.19 7.79 10.14 12.70 15.90 19.85 25.51 32.44 39.59 46.53 53.26 60.09 66.81 73.43 79.94 86.77 93.28 100

Fuente: Elaboración propia

Graficando los valores de 100 – F(t) en escala logarítmica y t/to en escala normal se obtiene la figura 3.27. Analizando la figura 3.27 por el método de Wolf y Resnick se tiene: θ=t1/to t2/to tan α =

0.98 1.16 1 t 2 t1 − to to

= 5.56

81

Flujo pistón

P. =

θ tang α = 0.92 0.453 + θ tang α

92 %

Zonas Muertas θ m = 1− = 0 P

0%

Mezcla completa

M = 1 − P = 0.08

7.68 %

Figura 3.27 Curva de variación método Wolf – Resnick, sedimentador 1 sección 3. (Elaboración propia)

Resumen sedimentador 1: a) El porcentaje del flujo de agua que circula en el sedimentador 1 con flujo pistón es de P = 91.87 %. b) El porcentaje del volumen del tanque del sedimentador 1 considerado como zona muerta es igual a m = 0 %. El porcentaje del volumen considerado como efectivo del sedimentador 1 es del 100 %. c) El porcentaje de flujo de mezcla completa del sedimentador 1 es M = 8.13 %.

82

Sedimentador 2 sección 1: Tabla 3.16 Prueba de trazadores sedimentador 2 sección 1. Unidad Peso de trazador en Kg. q inyección l/s Con. sol. inyectada C1 Tr teorico (seg)

Sed. 2 (Secc. 1) 226 0.128 184.8 2020

Muestra t (min.)

C

t/to

73 74 73 74 74 73 74 75 77 87 95 115 116 129 131 129 138 140 138 136 132 133 134 132 133 133 132

0 0.09 0.18 0.27 0.36 0.45 0.51 0.59 0.68 0.77 0.86 0.95 1.04 1.13 1.22 1.31 1.40 1.49 1.57 1.66 1.75 1.84 1.93 2.02 2.11 2.20 2.29

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

0 3 6 9 12 15 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 77

Planta Volumen Q planta l/s Conc. inic. agua Co to (min)

(C-Co) Σ(C-Co) 0 1 0 1 1 0 1 2 4 14 22 42 43 56 58 56 65 67 65 63 59 60 61 59 60 60 59

0 1 1 2 3 3 4 6 10 24 46 88 131 187 245 301 366 433 498 561 620 680 741 800 860 920 979

F(t)

100-F(t)

0 0.10 0.10 0.20 0.31 0.31 0.41 0.61 1.02 2.45 4.70 8.99 13.38 19.10 25.03 30.75 37.39 44.23 50.87 57.30 63.33 69.46 75.69 81.72 87.84 93.97 100

100 99.90 99.90 99.80 99.69 99.69 99.59 99.39 98.98 97.55 95.30 91.01 86.62 80.90 74.97 69.25 62.61 55.77 49.13 42.70 36.67 30.54 24.31 18.28 12.16 6.03 0

Cala Cala I 1000 l 438 73 33.7 % de trazador que pasa 0 0.10 0.10 0.20 0.31 0.31 0.41 0.61 1.02 2.45 4.70 8.99 13.38 19.10 25.03 30.75 37.39 44.23 50.87 57.30 63.33 69.46 75.69 81.72 87.84 93.97 100

Fuente: Elaboración propia

Graficando los valores de 100 – F(t) en escala logarítmica y t/to en escala normal se obtiene la figura 3.28. Analizando la figura 3.28 por el método de Wolf y Resnick se tiene: θ=t1/to t2/to tan α =

1.05 1.24 1 t 2 t1 − to to

= 5.26

83

Flujo pistón

P. =

θ tang α = 0.92 0.453 + θ tang α

92.4 %

Zonas Muertas θ m = 1− = 0 P

0%

Mezcla completa

M = 1 − P = 0.08

8%

Figura 3.28 Curva de variación método Wolf – Resnick, sedimentador 2 sección 1. (Elaboración propia)

Sedimentador 2 sección 2: Tabla 3.17 Prueba de trazadores sedimentador 2 sección 2. Unidad Peso de trazador en Kg. q inyección l/s Con. sol. inyectada C1 Tr teorico (seg)

Sed. 2 (Secc. 2) 226 0.128 184.8 2020

Planta Volumen Q planta l/s Conc. inic. agua Co to (min)

Muestra

t (min.)

C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

1 2 3 4 5 6 7 8

0 3 6 9 12 15 17 20

73 74 74 73 74 75 76 77

0 0.09 0.18 0.27 0.36 0.45 0.51 0.59

0 1 1 0 1 2 3 4

0 1 2 2 3 5 8 12

0 0.11 0.22 0.22 0.33 0.54 0.87 1.31

100 99.89 99.78 99.78 99.67 99.46 99.13 98.69

Cala Cala I 1000 l 438 73 33.7 % de trazador que pasa 0 0.11 0.22 0.22 0.33 0.54 0.87 1.31

84

Tabla 3.17 Prueba de trazadores sedimentador 2 sección 2. Muestra

t (min.)

C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 77

90 91 94 105 110 112 126 129 138 140 135 133 131 130 126 126 126 125 127

0.68 0.77 0.86 0.95 1.04 1.13 1.22 1.31 1.40 1.49 1.57 1.66 1.75 1.84 1.93 2.02 2.11 2.20 2.29

17 18 21 32 37 39 53 56 65 67 62 60 58 57 53 53 53 52 54

29 47 68 100 137 176 229 285 350 417 479 539 597 654 707 760 813 865 919

3.16 5.11 7.40 10.88 14.91 19.15 24.92 31.01 38.08 45.38 52.12 58.65 64.96 71.16 76.93 82.70 88.47 94.12 100

96.84 94.89 92.60 89.12 85.09 80.85 75.08 68.99 61.92 54.62 47.88 41.35 35.04 28.84 23.07 17.30 11.53 5.88 0

% de trazador que pasa 3.16 5.11 7.40 10.88 14.91 19.15 24.92 31.01 38.08 45.38 52.12 58.65 64.96 71.16 76.93 82.70 88.47 94.12 100

Fuente: Elaboración propia

Graficando los valores de 100 – F(t) en escala logarítmica y t/to en escala normal se obtiene la figura 3.29.

Figura 3.29 Curva de variación método Wolf – Resnick, sedimentador 2 sección 2. (Elaboración propia)

Analizando la figura 3.29 por el método de Wolf y Resnick se tiene:

85

θ=t1/to t2/to

1.08 1.25

tan α =

1 t 2 t1 − to to

= 5.88

Flujo pistón

P. =

θ tang α = 0.93 0.453 + θ tang α

93.34 %

Zonas Muertas θ m = 1− = 0 P

0%

Mezcla completa

M = 1 − P = 0.07

6.66 %

Sedimentador 2 sección 3: Tabla 3.18 Prueba de trazadores sedimentador 2 sección 3. Unidad Peso de trazador en Kg. q inyección l/s Con. sol. inyectada C1 Tr teorico (seg)

Sed. 2 (Secc. 3) 226 0.128 184.8 2020

Planta Volumen Q planta l/s Conc. inic. agua Co to (min)

Muestra

t (min.)

C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

0 3 6 9 12 15 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65 68 71

73 74 73 74 73 74 75 76 84 89 95 110 113 121 129 129 138 140 137 135 132 132 130 129 130

0.00 0.09 0.18 0.27 0.36 0.45 0.51 0.59 0.68 0.77 0.86 0.95 1.04 1.13 1.22 1.31 1.40 1.49 1.57 1.66 1.75 1.84 1.93 2.02 2.11

0 1 0 1 0 1 2 3 11 16 22 37 40 48 56 56 65 67 64 62 59 59 57 56 57

0 1 1 2 2 3 5 8 18 34 56 93 133 180 236 292 357 424 487 549 607 666 723 779 835

0 0.11 0.11 0.21 0.21 0.32 0.53 0.79 1.90 3.59 5.86 9.76 13.98 19.00 24.85 30.77 37.63 44.70 51.40 57.89 64.06 70.24 76.25 82.16 88.13

100 99.89 99.89 99.79 99.79 99.68 99.47 99.21 98.10 96.41 94.14 90.24 86.02 81.00 75.15 69.23 62.37 55.30 48.60 42.11 35.94 29.76 23.75 17.84 11.87

Cala Cala I 1000 l 438 73 33.7 % de trazador que pasa 0 0.11 0.11 0.21 0.21 0.32 0.53 0.79 1.90 3.59 5.86 9.76 13.98 19.00 24.85 30.77 37.63 44.70 51.40 57.89 64.06 70.24 76.25 82.16 88.13

86

Tabla 3.18 Prueba de trazadores sedimentador 2 sección 3. (Continuación) Muestra

t (min.)

C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

26 27

74 77

129 130

2.20 2.29

56 57

891 948

94.04 100

5.96 0

% de trazador que pasa 94.04 100

Fuente: Elaboración propia

Graficando los valores de 100 – F(t) en escala logarítmica y t/to en escala normal se obtiene la figura 3.30.

Figura 3.30 Curva de variación método Wolf – Resnick, sedimentador 2 sección 3. (Elaboración propia)

Analizando la figura 3.30 por el método de Wolf y Resnick se tiene: θ=t1/to t2/to tan α =

1.05 1.24 1 = 5.26 t 2 t1 − to to

Flujo pistón

P. =

θ tang α = 0.92 0.453 + θ tang α

92.42 %

Zonas Muertas θ m = 1− = 0 P

0.00 %

Mezcla completa

M = 1 − P = 0.08

8% 87

Resumen sedimentador 2: a) El porcentaje del flujo de agua que circula en el sedimentador 2 con flujo pistón es de P = 92.58 %. b) El porcentaje del volumen del tanque del sedimentador 2 considerado como zona muerta es igual a m = 0 %. El porcentaje del volumen considerado como efectivo del sedimentador 2 es del 100 %. c) El porcentaje de flujo de mezcla completa del sedimentador 2 es M = 7.42 %. Sedimentador 3 sección 1: Tabla 3.19 Prueba de trazadores sedimentador 3 sección 1. Unidad Peso de trazador en Kg. q inyección l/s Con. sol. inyectada C1 Tr teorico (seg)

Sed. 3 (Secc. 1) 226 0.128 184.8 2066

Planta Volumen Q planta l/s Conc. inic. agua Co to (min)

Muestra

t (min.)

C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

0 3 6 9 12 15 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 77

73 74 73 75 77 78 79 80 82 88 95 108 111 120 122 126 133 137 139 135 133 134 134 134 134 134 133

0 0.09 0.17 0.26 0.35 0.44 0.49 0.58 0.67 0.76 0.84 0.93 1.02 1.10 1.19 1.28 1.37 1.45 1.54 1.63 1.71 1.80 1.89 1.97 2.06 2.15 2.24

0 1 0 2 4 5 6 7 9 15 22 35 38 47 49 53 60 64 66 62 60 61 61 61 61 61 60

0 1 1 3 7 12 18 25 33 48 70 104 142 189 238 290 350 414 480 542 601 662 722 783 843 904 964

0 0.10 0.10 0.31 0.73 1.24 1.87 2.54 3.42 4.98 7.21 10.79 14.73 19.61 24.64 30.08 36.31 42.95 49.79 56.17 62.34 68.62 74.90 81.17 87.45 93.78 100

100 99.90 99.90 99.69 99.27 98.76 98.13 97.46 96.58 95.02 92.79 89.21 85.27 80.39 75.36 69.92 63.69 57.05 50.21 43.83 37.66 31.38 25.10 18.83 12.55 6.22 0

Cala Cala I 1000 l 438 73 34.4 % de trazador que pasa 0 0.10 0.10 0.31 0.73 1.24 1.87 2.54 3.42 4.98 7.21 10.79 14.73 19.61 24.64 30.08 36.31 42.95 49.79 56.17 62.34 68.62 74.90 81.17 87.45 93.78 100

Fuente: Elaboración propia

88

Graficando los valores de 100 – F(t) en escala logarítmica y t/to en escala normal se obtiene la figura 3.31.

Figura 3.31 Curva de variación método Wolf – Resnick, sedimentador 3 sección 1. (Elaboración propia)

Analizando la figura 3.31 por el método de Wolf y Resnick se tiene: θ=t1/to t2/to tan α =

1.05 1.24 1 = 5.26 t 2 t1 − to to

Flujo pistón

P. =

θ tang α = 0.92 0.453 + θ tang α

92.4 %

Zonas Muertas θ m = 1− = 0 P

0%

Mezcla completa

M = 1 − P = 0.08

8%

89

Sedimentador 3 sección 2: Tabla 3.20 Prueba de trazadores sedimentador 3 sección 2. Cala Cala I Unidad Sed. 3 (Secc. 2) Planta 1000 l Peso de trazador en Kg. 226 Volumen 438 q inyección l/s 0.128 Q planta l/s Con. sol. inyectada C1 184.8 Conc. inic. agua Co 73 Tr teorico (seg) 2066 to (min) 34.4 Muestra

t (min.)

C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

0 3 6 9 12 15 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 77

73 74 73 75 77 79 80 81 88 89 92 100 108 112 122 127 134 137 140 135 134 134 132 131 132 131 132

0 0.09 0.17 0.26 0.35 0.44 0.49 0.58 0.67 0.76 0.84 0.93 1.02 1.10 1.19 1.28 1.37 1.45 1.54 1.63 1.71 1.80 1.89 1.97 2.06 2.15 2.24

0 1 0 2 4 6 7 8 15 16 19 27 35 39 49 54 61 64 67 62 61 61 59 58 59 58 59

0 1 1 3 7 13 20 28 42 58 77 104 139 178 227 281 342 406 473 534 595 656 714 772 831 889 948

0 0.11 0.11 0.32 0.74 1.37 2.11 2.90 4.43 6.12 8.07 10.92 14.62 18.73 23.91 29.60 36.04 42.80 49.87 56.36 62.80 69.18 75.36 81.48 87.70 93.83 100

100 99.89 99.89 99.68 99.26 98.63 97.89 97.10 95.57 93.88 91.93 89.08 85.38 81.27 76.09 70.40 63.96 57.20 50.13 43.64 37.20 30.82 24.64 18.52 12.30 6.17 0

% de trazador que pasa 0 0.11 0.11 0.32 0.74 1.37 2.11 2.90 4.43 6.12 8.07 10.92 14.62 18.73 23.91 29.60 36.04 42.80 49.87 56.36 62.80 69.18 75.36 81.48 87.70 93.83 100

Fuente: Elaboración propia.

Graficando los valores de 100 – F(t) en escala logarítmica y t/to en escala normal se obtiene la figura 3.32. Analizando la figura 3.32 por el método de Wolf y Resnick se tiene: θ=t1/to t2/to tan α =

1.04 1.24 1 t 2 t1 − to to

= 5.00

90

Flujo pistón θ tang α = 0.92 0.453 + θ tang α Zonas Muertas

92.0 %

P. =

θ m = 1− = 0 P

0.00 %

Mezcla completa

M = 1 − P = 0.08

8.01 %

Figura 3.32 Curva de variación método Wolf – Resnick sedimentador 3 sección 2. (Elaboración propia)

Sedimentador 3 sección 3: Tabla 3.21 Prueba de trazadores sedimentador 3 sección 3. (Elaboración propia) Unidad Peso de trazador en Kg. q inyección l/s Con. sol. inyectada C1 Tr teorico (seg) Muestra t (min.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 3 6 9 12 15 17 20 23 26

Sed. 3 (Secc. 3) 226 0.128 184.8 2066

Planta Volumen Q planta l/s Conc. inic. agua Co to (min)

C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

73 74 73 73 74 75 77 79 84 87

0 0.09 0.17 0.26 0.35 0.44 0.49 0.58 0.67 0.76

0 1 0 0 1 2 4 6 11 14

0 1 1 1 2 4 8 14 25 39

0 0.11 0.11 0.11 0.21 0.43 0.86 1.53 2.68 4.13

100 99.89 99.89 99.89 99.79 99.57 99.14 98.47 97.32 95.87

Cala Cala I 1000 l 438 73 34.4 % de trazador que pasa 0 0.11 0.11 0.11 0.21 0.43 0.86 1.53 2.68 4.13

91

Tabla 3.21 Prueba de trazadores sedimentador 3 sección 3. (Continuación) Muestra t (min.) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 77

C

t/to

(C-Co)

Σ(C-Co)

F(t)

100-F(t)

91 103 105 112 119 128 137 138 140 135 133 134 133 132 132 132 133

0.84 0.93 1.02 1.10 1.19 1.28 1.37 1.45 1.54 1.63 1.71 1.80 1.89 1.97 2.06 2.15 2.24

18 30 32 39 46 55 64 65 67 62 60 61 60 59 59 59 60

57 86 118 157 203 258 322 387 454 516 576 637 697 755 814 873 933

6.09 9.25 12.68 16.84 21.80 27.64 34.50 41.47 48.66 55.34 61.80 68.31 74.69 80.97 87.32 93.59 100

93.91 90.75 87.32 83.16 78.20 72.36 65.50 58.53 51.34 44.66 38.20 31.69 25.31 19.03 12.68 6.41 0

% de trazador que pasa 6.09 9.25 12.68 16.84 21.80 27.64 34.50 41.47 48.66 55.34 61.80 68.31 74.69 80.97 87.32 93.59 100

Fuente: Elaboración propia.

Graficando los valores de 100 – F(t) en escala logarítmica y t/to en escala normal se obtiene la figura 3.33.

Figura 3.33 Curva de variación método Wolf – Resnick sedimentador 3 sección 3. (Elaboración propia)

Analizando la figura 3.33 por el método de Wolf y Resnick se tiene:

92

θ=t1/to t2/to tan α =

1.09 1.28 1 = 5.26 t 2 t1 − to to

Flujo pistón

P. =

θ tang α = 0.93 0.453 + θ tang α

93 %

Zonas Muertas θ m = 1− = 0 P

0%

Mezcla completa

M = 1 − P = 0.07

7.32 %

Resumen sedimentador 3: a) El porcentaje del flujo de agua que circula en el sedimentador 3 con flujo pistón es de P = 92.36 %. El porcentaje del volumen considerado como efectivo del sedimentador 3 es del 100 %. b) El porcentaje del volumen del tanque del sedimentador 3 considerado como zona muerta es igual a m = 0 %. c) El porcentaje de flujo de mezcla completa del sedimentador 3 es M = 7.64 %. Análisis e interpretación de resultados. El porcentaje de volumen de flujo de agua que circula

en los

sedimentadores con flujo pistón es de P = 92.27 %. El porcentaje del volumen de los sedimentadores considerado como zona muerta es igual a m = 0 %. El porcentaje del volumen considerado como efectivo de los sedimentadores es del 100 %. El porcentaje de flujo de mezcla completa de los sedimentadores es M = 7.73 %.

93

3.3.5. DETERMINACIÓN DE CAUDALES A LA ENTRADA DE LOS SEDIMENTADORES. Mediante la prueba de trazadores se determino el caudal que circula por cada uno de los sedimentadores. Los puntos de muestreo a la entrada de los sedimentadores se puede observar en la figura 3.21. Objetivo. ƒ Determinar el caudal que trata cada sedimentador.

Datos obtenidos. El caudal de ingreso a la planta de tratamiento, medido por los funcionarios de la institución mediante el Parshall y su curva característica, es de: Q = 438 l/s Aplicando la ecuación:

q1 =

C1 ·Q ΣC

(3.5)

Se determinó el caudal que ingresa a cada sedimentador esta en función de la cantidad de trazador acumulado en cada sedimentador. Esto se presenta en la tabla 3.22 y 3.23. Tabla 3.22 Prueba de trazadores para la determinación de caudales de los sedimentadores.

Muestra Tiempo (min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Sed 1 C C-Co 73 0 74 1 73 0 75 2 77 4 85 12 90 17 98 25 167 94 187 114 181 108 167 94

Sed 2 C C-Co 73 0 73 0 75 2 74 1 79 6 85 12 90 17 99 26 166 93 176 103 172 99 170 97

Sed 3 C C-Co 73 0 74 1 73 0 77 4 79 6 83 10 85 12 90 17 152 79 178 105 174 101 170 97

94

Tabla 3.22 Prueba de trazadores para la determinación de caudales de los sedimentadores. (Continuación)

Sed 1 Sed 2 C C-Co C C-Co 13 25 161 88 162 89 14 27 161 88 158 85 15 29 152 79 149 76 16 31 157 84 150 77 17 33 154 81 152 79 18 35 153 80 152 79 19 37 155 82 150 77 C1= 1053 C2= 1018 Total de trazador que ingreso a los tres sedimentadores

Muestra Tiempo (min)

Sed 3 C C-Co 163 90 161 88 158 85 154 81 152 79 153 80 154 81 C3= 1016 ΣC= 3087

Fuente: Elaboración propia. Tabla 3.23 Determinación de caudales de los sedimentadores. Sedimentador 1 2 3

Cantidad de trazador que Cantidad de trazador Caudal (l/s) ingresa a cada sed. % que ingresa a cada sed. 34.11 0.34 149.4 32.98 0.33 144.4 32.91 0.33 144.2 Total 438

Fuente: Elaboración propia.

Análisis e interpretación de resultados.

Se determinó que el primer sedimentador trata el 34 % del caudal total de ingreso, el segundo y el tercer sedimentador tratan el restante 66 % a 33 %cada uno. Lo ideal sería que cada sedimentador trate un 33.3 % del caudal total de agua que ingresa a la planta de tratamiento. 3.3.6. DETERMINACIÓN DE CAUDAL QUE TRATA CADA UNO DE LOS FILTROS.

A partir de la prueba de trazadores se determinó el caudal que trata cada uno de los filtros. Los puntos de muestreo para la de determinación de caudales en los filtros se encuentran ubicados en la figura 3.21, están ubicados a la salida de los filtros.

95

Objetivo. ƒ

Determinar el caudal que trata cada uno de los filtros.

Datos obtenidos.

El caudal de ingreso a la planta de tratamiento, medido por los funcionarios de la institución mediante el Parshall y su curva característica, es de: Q = 438 l/s. Aplicando la ecuación 3.5, se determinó el caudal que trata cada filtro, esta en función de la cantidad de trazador acumulado en cada uno de los filtros. Esto se presenta en las tablas 3.24 y 3.25. Tabla 3.24 Prueba de trazadores para la determinación de caudales de los filtros. (Elaboración propia) Muestra 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Tiempo t min. 0 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78 81 84 87 90 93 96 99 102

Filtro 1 C C-Co 73 0 85 12 87 14 87 14 87 14 90 17 95 22 99 26 104 31 107 34 112 39 115 42 117 44 119 46 122 49 125 52 127 54 130 57 132 59 133 60 136 63 136 63 139 66 139 66 139 66 146 73 C1= 1083

Filtro 2 C C-Co 73 0 84 11 86 13 86 13 88 15 93 20 97 24 103 30 109 36 110 37 117 44 118 45 122 49 121 48 125 52 127 54 129 56 131 58 141 68 158 85 135 62 135 62 135 62 139 66 140 67 132 59 C2= 1136

Filtro 3 C C-Co 73 0 84 11 85 12 87 14 91 18 92 19 98 25 105 32 110 37 111 38 111 38 115 42 119 46 126 53 133 60 134 61 136 63 135 62 141 68 141 68 142 69 140 67 141 68 143 70 124 51 135 62 C3= 1154

Filtro 4 C C-Co 73 0 85 12 87 14 91 18 89 16 98 25 103 30 107 34 109 36 117 44 120 47 121 48 126 53 128 55 131 58 132 59 132 59 134 61 134 61 138 65 138 65 140 67 140 67 138 65 141 68 133 60 C4= 1187

96

Tabla 3.24 Prueba de trazadores para la determinación de caudales de los filtros. (Continuación) Muestra 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Tiempo t min. 0 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78 81 84 87 90 93 96 99 102

Filtro 5 C C-Co 73 0 86 13 87 14 87 14 93 20 97 24 103 30 111 38 112 39 119 46 123 50 124 51 127 54 129 56 131 58 133 60 134 61 135 62 133 60 139 66 139 66 139 66 139 66 139 66 141 68 132 59 C5= 1207

Filtro 6 C C-Co 73 0 85 12 88 15 90 17 100 27 101 28 107 34 107 34 120 47 125 52 129 56 129 56 133 60 133 60 135 62 137 64 136 63 138 65 136 63 138 65 139 66 140 67 142 69 142 69 142 69 141 68 C6= 1288

Filtro 7 C C-Co 73 0 90 17 90 17 93 20 93 20 98 25 104 31 111 38 117 44 117 44 123 50 127 54 131 58 130 57 133 60 135 62 137 64 138 65 139 66 142 69 143 70 143 70 145 72 147 74 147 74 152 79 C7= 1300

Filtro 8 C C-Co 73 0 95 22 98 25 100 27 107 34 106 33 120 47 128 55 122 49 126 53 133 60 131 58 134 61 138 65 135 62 138 65 142 69 144 71 147 74 148 75 144 71 148 75 149 76 149 76 148 75 151 78 C8= 1456

Fuente: Elaboración propia.

La cantidad total del químico trazador que ingresa a los filtros: Σ C = 9811 Tabla 3.25 Determinación de caudales de los filtros. (Elaboración propia)

Filtros # 1 2 3 4 5 6 7 8

Cantidad de trazador que Cantidad de trazador que Caudal (l/s) ingresa a cada filtro % ingresa a cada filtro 11.04 0.11 48.35 11.58 0.12 50.72 11.76 0.12 51.52 12.10 0.12 52.99 12.30 0.12 53.89 13.13 0.13 57.50 13.25 0.13 58.04 14.84 0.15 65.00 Total 438

Fuente: Elaboración propia.

97

Análisis e interpretación de resultados.

En la tabla 3.25 se encuentra la determinación de caudales de cada uno de los filtros, en esta se puede observar la variación de caudales, esto se debe a que no todos los filtros tratan el mismo caudal. El filtro 1 por ejemplo trata 48.35 (l/s) del caudal total que ingresa a la planta esto quiere decir el 11%, mientras que el filtro 8 trata 65 (l/s) del caudal total que ingresa a la planta, esto es el 15%. Estas diferencias se atribuyen a que los filtros se colmatan a medida que realizan el tratamiento del agua. Lo ideal sería que cada filtro trate el 12.5 % de caudal total que ingresa a la planta de tratamiento. 3.3.7. DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE CAUDAL.

Para la determinación de las perdidas de caudal es necesario hacer un balance entre el caudal que entra y sale en la Planta de Tratamiento, es necesario determinar los tipos de pérdidas y la suma de estas perdidas mas el caudal de salida debe ser igual al caudal de ingreso. Objetivo. ƒ

Determinar las perdidas que se producen en la planta de tratamiento.

Procedimiento.

Las perdidas generadas en la planta de tratamiento son debidas a perdidas operativas y perdidas por evaporación. ƒ

Perdidas operativas: Caudal total de ingreso 438 l/s Sedimentadores Volumen de perdida de 1 sedimentador V = 250 m3 # de sedimentadores = 3

98

Volumen total mensual Vt = 750 m3 Tiempo de un mes t = 62208000 seg Caudal Q= 1.2056E-05 m3/s Filtros Volumen de perdida de 1 filtro Caudal de limpieza 16 Tiempo de lavado de 1 filtro t = 15 Volumen del lavado de 1 filtro Volumen de perdida 14400 # de filtros = Volumen total de los 8 filtros diario V= 115200 Volumen total mensual Vt = 3456000

0.012056 l/s

l/s min lts 8 lts

Tiempo de un mes t = 62208000 seg Caudal Q= 0.055556 m3/s ƒ

55.555556 l/s

Perdidas por evaporación: Volumen perdido V = 0.0072365 m3 t = 86400 seg Q= 8.3756E-08 m3/s

8.38E-05 l/s

ƒ

Sumando todas las perdidas tenemos un Q= 55.57 l/s.

ƒ

En relación con el caudal que ingresa y expresándolo en porcentaje se tiene el 12.7 % del caudal total.

Análisis e interpretación de resultados.

Las perdidas consideradas en la planta de tratamiento son perdidas operativas debido al lavado de sedimentadores y filtros, el lavado de los sedimentadores se los realiza 1 vez al mes y de los filtros 1 vez al día. Estas se calcularon en 12.7 % del caudal de ingreso. 99

La pérdida por evaporación es mínima, esto se calculó en 2x10-8 %, este es un porcentaje realmente bajo, por tal motivo se considera que la evaporación es cero. 3.4. EVALUACION DEL PROCESO DE COAGULACION.

El coagulante que se utiliza para este proceso es el sulfato de aluminio, Este compuesto en contacto con el agua forma los floculos. La solución del coagulante se prepara en dos tanques de 2000 litros de capacidad cada uno, la dosificación esta en función de la turbiedad que el agua actual. La inyección de la solución de sulfato de aluminio en la planta de tratamiento se realiza por medio de una bomba dosificadora y también de forma manual. El primer caso se realiza cotidianamente, el segundo se realiza en el caso donde la turbiedad sea demasiado que sobrepasa la capacidad del dosificador. Este proceso se lo realiza de forma puntual, no así en forma de regadera como recomienda la teoría. 3.4.1. CALIBRACION DEL DOSIFICADOR DE SULFATO DE ALUMINIO.

Esta prueba se realiza para determinar si la apertura de la llave de la bomba dosificadora es la que informan los operadores, caso contrario se determina una curva característica para cada una de las bombas dosificadoras que se encuentran en la planta de tratamiento. Objetivo. ƒ

Determinar la relación que existe entre el volumen de la solución que inyecta el dosificador y el porcentaje de apertura de la llave de la bomba dosificadora.

Equipos y materiales. ƒ

Probetas de 1000 cc.

ƒ

Cronometro.

100

Procedimiento. ƒ

Se cerró la llave del dosificador de sulfato de aluminio completamente y se marco este como punto inicial de apertura de la llave 0 % con Q = 0, este es el caudal de inyección de la solución de sulfato de aluminio.

ƒ

Se abrió la llave un 10%, se espero durante 5 seg. y se recogió la muestra de la solución de sulfato de aluminio en una probeta. Se espera 5 seg. debido a que este es el tiempo necesario para que el volumen de coagulante sea el requerido. Al abrir la llave un 10 % se debe recoger una muestra volumétrica de 1000 ml. en la probeta.

ƒ

Se midió el volumen de la solución de la muestra de sulfato de aluminio, esta debe de ser de 100 ml, para una apertura de 10% en la llave de la bomba.

ƒ

Se repite el proceso para 20 % de apertura de la llave de la bomba, en este caso se debería obtener un volumen del coagulante de 200 ml. Así sucesivamente hasta llegar a una apertura del 100% de la llave de la bomba.

Datos obtenidos.

De la prueba realizada se obtiene la tabla 3.26, que muestra los volúmenes de coagulante obtenidos para diferentes aperturas de las dos bombas con las que cuenta la Planta de Tratamiento. Tabla 3.26 Calibración del dosificador de sulfato de aluminio. Prueba

Apertura

#

%

(ml)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 0 10 100 20 200 30 300 40 400 50 500 60 600 70 700 80 800 90 900 100 1000

V1 (ml) 0 98 192 297 397 498 608 753 889 1010 1220

Bomba 1 V2 V prom (ml) 0 99 195 295 395 495 615 754 894 1015 1226

(ml) 0 99 194 296 396 497 612 754 892 1013 1223

V1 (ml) 0 100 190 298 398 497 612 754 890 1020 1223

Bomba 2 V2 V prom (ml) 0 98 195 295 396 493 611 755 889 1016 1225

(ml) 0 99 193 297 397 495 612 755 890 1018 1224

Fuente: Elaboración propia.

101

Los volúmenes de coagulante obtenidos para los porcentajes de 10 a 50% corresponden a los volúmenes teóricos menos el 1.55%, para el caso del 60% de apertura se tiene 1.9% mas que el caso teórico. En estos dos casos se tiene que los porcentajes son mínimos por consiguiente se puede decir que el dosificador de la solución de sulfato de aluminio para porcentajes de apertura menor a 60% funcionan correctamente. Por otro lado para apertura de 70 a 100% los volúmenes obtenidos exceden en 13.55% los valores teóricos. Para este caso se tiene que el dosificador funciona deficientemente, por que no arroja la dosificación requerida, pero se debe mencionar que estos volúmenes de coagulante no se aplican ni se aplicó en la historia de la planta. Por la variación que existe, se determinó que valores mayores a la apertura de 60% se desechan debido a que la dosificación esta en función de la turbiedad del agua que se ha de tratar, por lo tanto para usar una dosis mayor a 600 mg/l la turbiedad será demasiado alta o en realidad no existirá agua con esa turbiedad. A partir de la tabla 3.26 se obtuvieron las figuras 3.34 y 3.35 que muestran el comportamiento de cada una de las bombas hasta una abertura del 60 %. 700

Volumen Solución (ml)

600 500 400 300

V teorico

200

V Real

100

Lineal (V Real) 0 0

10

20

30 40 Apertura llave (%)

50

60

Figura 3.34 Curva de calibración de la bomba # 1 del dosificador de sulfato de aluminio. (Elaboración propia)

102

Para el caso de la bomba 1, se tiene la figura 3.34 que relaciona el volumen de la solución de sulfato de aluminio (V) versus la apertura de la llave (ALL) para aperturas menores a 60 %, en la misma se presenta una línea de tendencia para los valores medidos, esta obedece a la siguiente expresión: V = 10.01A LL

(3.6)

700

Volumen solucíon (ml)

600 500 400 300

V Teorico

200

V Real

100

Lineal (V Real) 0 0

10

20

30 40 Apertura llave (%)

50

60

Figura 3.35 Curva de calibración de la bomba # 2 del dosificador de sulfato de aluminio. (Elaboración propia)

Para el caso de la bomba 2, se tiene la figura 3.35 que relaciona el volumen de la solución de sulfato de aluminio (V) versus la apertura de la llave (ALL) para aperturas menores a 60 %, en la misma se presenta una línea de tendencia para los valores medidos, esta obedece a la siguiente expresión: V = 10.006 A LL

(3.7)

Análisis e interpretación de resultados.

Se determinó que el volumen que dosifica la bomba en la Planta de Tratamiento y el volumen teórico son relativamente similares para aperturas menores a 60%, lo mismo ocurre con la curva característica que se obtuvo para cada bomba dosificadora, estas se aproximan bastante, por lo que se concluye que las dos bombas trabajan de manera eficiente y similar. 103

3.4.2. DETERMINACIÓN DE LA DOSIS ÓPTIMA DE SULFATO DE ALUMINIO EN LABORATORIO.

Se determinó la dosis óptima de sulfato de aluminio en laboratorio mediante la realización de pruebas de jarras. Objetivo. ƒ

Determinar la dosis de coagulante que produce la desestabilización mas rápida de las partículas coloidales, que permita la formación de un floculo grande, compacto y pesado de acuerdo con el índice WRA (Asociación de Investigación de Agua), que pueda ser fácilmente retenido en los sedimentadores, que no se rompa y pase a los filtros.

Equipos y materiales. ƒ

Equipo de prueba de jarras.

ƒ

Coagulante (Sulfato de aluminio).

ƒ

6 pipetas de 2 a 10 ml, para la adición de coagulantes.

ƒ

Turbidimetro.

ƒ

Espectofotómetro para detectar el color.

ƒ

Medidor de pH.

ƒ

Conductimetro.

ƒ

21 recipientes de 120 ml de vidrio.

ƒ

Papel de filtro Whatman # 42.

ƒ

2 buretas con su soporte para determinar la alcalinidad.

Procedimiento. ƒ

Se llenaron los vasos del equipo de jarras con la muestra de agua obtenida en la planta.

ƒ

Se preparó la solución patrón de coagulante (sulfato de aluminio) con una concentración del 10%, en un matraz de 1000 ml, se añadió 100 grs. de

104

coagulante y se adicionó agua destilada hasta llenar los 1000 ml. A partir de la solución patrón se preparó una solución con una concentración del 1% de coagulante esto se realizó con la ayuda de una pipeta que contenía 10 ml. de la solución patrón, este volumen se lo vertió en un matraz de 100 ml. y se adicionó agua destilada hasta completar los 100 ml. ƒ

Antes de iniciar la prueba de jarras se tomo una muestra de cada una de las jarras para determinar la temperatura, la turbiedad, el color, el pH y la alcalinidad.

ƒ

Se puso en funcionamiento el equipo graduando a su máxima velocidad.

ƒ

Al alcanzar la máxima velocidad en el equipo, se agregó el coagulante en dosis progresivas a cada jarra con una pipeta, se mantuvo esta velocidad durante 30 seg., la adición del coagulante debe aplicarse en el punto de máxima turbulencia (entre las paletas).

ƒ

Se graduó la velocidad a 70 r.p.m. durante 20 min. tiempo de retención teórico del floculador, así se da inicio al proceso de floculación.,

ƒ

Al iniciarse el proceso de floculación, se identificó en que jarra apareció primero la formación de floculos y se registró el tiempo transcurrido.

ƒ

Instantes antes de que el proceso de floculación haya concluido se observó el tamaño del floculo que se ha desarrollado y se comparó con el índice WRA.

ƒ

Una vez que se ha concluido con el tiempo de mezcla y floculación, se apagó el equipo y se procedió a retirar las jarras, se dejó sedimentar durante 30 min.

ƒ

Cumplido el tiempo de sedimentación seleccionado, se descartó los primeros 10 ml de muestra de todas las jarras y se tomaron las muestras a todas las jarras en los recipientes de vidrio, se midió la temperatura, turbiedad, color, pH y la alcalinidad para la sedimentación.

ƒ

Se tomaron otras 6 muestras para filtrarlas por medio de un papel filtro, se medió la temperatura, turbiedad, color, pH y la alcalinidad las muestras filtradas. 105

ƒ

Los resultados se presentan a continuación en la tabla 3.27.

ƒ

Los resultados de la tabla 3.27, se presentan en forma grafica en la figuras 3.36 a 3.38, se seleccionó como dosis óptima aquella que produjo menor turbiedad, estos valores se presentan en la tabla 3.28.

ƒ

Se graficaron los valores de la tabla 3.28 y se realizo mediante regresión lineal, la determinación de una recta de ajuste que obedece la siguiente expresión: t = a + b Do

(3.8)

Donde: t = Turbiedad del agua cruda. Do = Dosis optima de coagulante. a y b = constantes en función de la curva. A partir de los datos de la tabla 3.28 se determino una curva característica para la dosificación de coagulante que esta en función de dosis de sulfato de aluminio y de la turbiedad, esta se presenta en la figura 3.39. ƒ

Se generó a partir de la curva característica la dosis óptima para diferentes tipos de turbiedades ver tabla 3.29.

Datos obtenidos.

106

Tabla 3.27 Pruebas realizadas para determinar la dosis optima en laboratorio. Prueba de Jarras Planta: Cala Cala 1 SEMAPA Determinación de la Dosis Optima de Coagulante ( Sulfato de Aluminio) AGUA CRUDA Observaciones:………

DOSIFICACIÓ N mg/l

OBSERVACIONES VISUALES

MEZCLA RÁPIDA

VOLUMEN DE JARRAS

2000 ml

Tiempo: 30 seg.

1

2

3

4

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Tº

pH

16.7 16.7 16.8 16.9 17 17.2 18 18.1 18 18.1 18.5 18.6 18.5 18.2 17.2 18.1 17.7 17.6 17.2 16.9 17.5 17.5 17.1 17.2

7.5 7.58 7.6 7.57 7.59 7.58 7.46 7.48 7.47 7.46 7.46 7.42 7.39 7.43 7.46 7.43 7.41 7.39 7.54 7.53 7.49 7.43 7.34 7.34

Alcalini Turbied Color:U Cond. dad ad: .C. µhos mg/l UNT

27 28 29 26 28 30 34 33 32 34 35 34 74 76 78 70 71 72 80 80 84 82 74 76

84 82 94 91 94 95 175 201 215 200 217 186 630 620 632 636 640 638 260 265 268 270 265 269

58 59 62 62 59 63 63.7 61.8 60.8 61.9 61.9 61.9 79 68 64 68 63 64 66 69 66 65 65 69

48 36 48 44 44 44 32 32 36 32 28 36 36 32 40 38 36 40 40 40 44 44 32 40

FLOCULACIÓN

AGUA FILTRADA

SEDIMENTACIÓN

Tiempo de floc: 20 min. / Tiempo de sed: 30 min. Velocidad: 70 rpm

Velocidad: 300 rpm

Prueba # Jarra #

AGUA SEDIMENTADA

Marca papel: Whatman Numero: 42

Coag. : Sulfato de aluminio mg/l

Tiempo formación del floc seg.

Índice

Tº

pH

Color: U.C.

Turbied ad: UNT

Cond. µhos

Alcalin idad mg/l

Tº

pH

7.5 8 8.5 9 9.5 10 8 9 10 11 12 13 17 17.5 18 18.5 19 19.5 13.5 14.5 15.5 16.5 17.5 18.5

55 56 57 58 59 60 159 160 162 164 168 170 53 54 55 56 57 58 50 51 52 53 54 55

0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75

16.4 16.4 16.5 16.3 16.4 16.5 19.1 18.7 18.8 19.3 19.4 19.6 19.2 19.1 19.1 18.9 19 19 18.2 18.2 18.2 18.1 18.2 18.7

7.41 7.34 7.32 7.32 7.28 7.32 7.4 7.37 7.35 7.333 7.3 7.26 7.32 7.26 7.2 7.24 7.25 7.21 7.49 7.44 7.44 7.35 7.31 7.32

9 9 7 5 6 11 44 43 43 35 36 35 70 63 76 80 78 71 71 83 85 70 75 42

0.71 0.46 0.5 0.43 0.34 0.41 4.7 4.6 5.9 3.8 4.2 4.4 15 16 17 8 6.9 8.5 8.4 11 10 10 9 9

64 64 64 64 64 63 98.8 110.6 112.5 124 134.4 144 188 183 179 187 193 193 144 135 136 168 172 177

48 48 28 52 44 56 16 12 16 16 12 12 16 18 20 20 16 18 12 16 12 18 16 12

17.2 17.2 17.2 17.2 17 17 19.8 19.9 20.1 20.1 20.3 20.3 20.1 20.1 20.2 19.9 20.2 20.1 18.7 18.5 18.7 18.8 18.7 19

7.61 7.51 7.54 7.56 7.49 7.49 7.6 7.555 7.5 7.45 7.4 7.38 7.39 7.38 7.36 7.35 7.33 7.32 7.55 7.51 7.49 7.43 7.43 7.39

Color: U.C.

3 4 5 5 3 4 7 3 7 6 7 5 4 3 4 5 6 4 6 7 8 8 13 12

Alcalin Turbied Cond. idad ad: µhos mg/l UNT

0.19 0.15 0.13 0.15 0.14 0.13 0.45 0.34 0.53 0.5 0.53 0.55 0.2 0.23 0.33 0.29 0.3 0.28 0.8 2 0.4 0.5 1.5 0.1

69 67 67 67 67 66 111.1 120.1 121.1 134.6 139.5 152.1 194 190 189 194 202 202 146 157 148 169 179 184

36 56 44 52 28 48 8 12 12 8 12 8 4 6 8 8 4 6 8 10 8 12 10 8

107

Tabla 3.27 Pruebas realizadas para determinar la dosis optima en laboratorio.(Continuación) Prueba de Jarras Planta: Cala Cala 1 SEMAPA Determinación de la Dosis Optima de Coagulante ( Sulfato de Aluminio) AGUA CRUDA Observaciones:………

Prueba # Jarra #

5

6

7

8

37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 55 56 57 58 59 60 49 50 51 52 53 54

Tº

pH

18 18 18 18 18.3 18.6 19.2 19 19 19 19.1 19.1 18.9 18.8 19.1 19.1 19.2 19.4 18.1 17.9 18.2 18.7 19 19.2

7.6 7.51 7.41 7.36 7.37 7.38 7.35 7.3 7.38 7.35 7.2 7.38 7.59 7.5 7.56 7.52 7.51 7.56 7.57 7.58 7.55 7.5 7.5 7.51

Alcalini Turbied Color:U Cond. dad ad: .C. µhos mg/l UNT

136 134 134 140 138 130 300 292 302 292 312 296 760 750 730 750 730 740 1300 1298 1320 1305 1315 1350

260 263 264 261 265 267 630 620 632 636 640 638 2550 2200 1800 2200 2100 2250 4400 4300 3180 4340 4440 3360

72.4 70.6 70.4 7204 71.4 71.6 1460 1380 1420 1240 1480 1360 61.8 65.7 65.3 66.2 64.6 65 69.1 71.6 71.6 71.8 72.7 71.9

44 40 44 44 32 40 36 32 32 32 36 36 44 36 40 40 44 40 48 44 40 40 40 36

DOSIFICACIÓ N mg/l

OBSERVACIONES VISUALES

MEZCLA RÁPIDA

VOLUMEN DE JARRAS

Tiempo: 30 seg. Velocidad: 300 rpm

2000 ml

AGUA SEDIMENTADA FLOCULACIÓN

AGUA FILTRADA

SEDIMENTACIÓN

Tiempo de floc: 20 min. / Tiempo de sed: 30 min. Velocidad: 70 rpm

Marca papel: Whatman Numero: 42

Coag. : Sulfato de aluminio mg/l

Tiempo formación del floc seg.

Índice

Tº

pH

Color: U.C.

Turbied ad: UNT

Cond. µhos

Alcalin idad mg/l

Tº

pH

20 21 22 23 24 25 40 41 42 43 44 45 75 80 85 90 95 100 50 75 100 125 150 175

53 54 55 56 57 58 53 54 55 56 57 58 63 64 65 66 67 68 172 174 175 177 178 180

0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75 0.5 - 0.75

17.7 17.4 17.6 17.9 18.1 18.4 18.3 18.6 18.5 18.5 18.5 18.5 18.8 19.7 19.6 19.9 19.8 19.7 18.9 19 19.3 19.3 19.6 20.6

7.36 7.34 7.32 7.32 7.31 7.3 7.27 7.25 7.25 7.24 7.24 7.23 7.51 7.49 7.47 7.45 7.44 7.42 7.55 7.52 7.5 7.49 7.45 7.45

54 60 55 61 47 33 31 32 32 32 28 34 52 59 43 50 51 50 256 256 231 138 248 227

5.6 6.4 6.3 6.9 6.2 6.6 5.6 5.4 5.1 5.2 5.3 6.4 17 16 12 14 13 13 28 31 25 25 29 26

191.3 193.6 202.4 207.4 214.2 215.3 273 292 301 324 338 349 559 578 568 584 595 594 410 556 693 818 868 1104

16 18 20 20 16 18 20 22 24 20 20 24 16 16 12 12 16 12 8 8 8 8 8 8

19.8 19.7 19.9 19.8 19.7 19.8 19.9 19.8 19.7 19.9 19.9 20.1 21.4 21.1 20.9 20.9 21 21.1 20.9 20.8 20.5 20.8 20.9 20.9

7.59 7.4 7.4 7.38 7.37 7.36 7.35 7.34 7.35 7.33 7.32 7.29 7.6 7.58 7.55 7.53 7.51 7.5 7.71 7.73 7.58 7.59 7.57 7.55

Color: U.C.

4 3 5 7 4 4 6 6 5 5 4 5 12 13 10 12 15 15 27 19 26 10 16 11

Alcalin Turbied Cond. idad ad: µhos mg/l UNT

0.33 0.3 0.4 0.33 0.32 0.35 0.52 0.5 0.74 0.69 0.23 0.32 0.5 0.4 0.3 0.4 0.5 0.6 2.4 3.5 2.6 0.67 1.2 0.54

212 214 219 220 230 233 271 290 315 335 356 378 568 605 595 604 616 636 436 563 732 854 895 1124

4 4 8 4 8 4 10 8 8 10 8 8 12 12 12 12 12 12 8 8 8 8 8 8

Fuente: Elaboración propia.

108

0.6

Prueba 1 Prueba 2

Turbiedad (UNT)

Prueba 3 0.4

0.2

0 7

8

9

10

11

12 13 14 15 Sulfato de aluminio (mg/l)

16

17

18

19

20

Figura 3.36 Curva para la dosis optima de las pruebas 1, 2 y 3 en laboratorio. (Elaboración propia) 2.5 Prueba 4 Prueba 5

Turbiedad (UNT)

2.0

1.5 1.0

0.5

0.0 13

14

15

16

17 18 19 20 21 Sulfato de aluminio (mg/l)

22

23

24

25

Figura 3.37 Curva para la dosis optima de las pruebas 5 y 6 en laboratorio. (Elaboración propia) 0.8

Turbiedad (UNT)

0.6

0.4

0.2

Prueba 6 Prueba 7 Prueba 8

0.0 20

30

40

50 60 70 Sulfato de aluminio (mg/l)

80

90

100

Figura 3.38 Curva para la dosis óptima de las pruebas 6, 7 y 8 en laboratorio. (Elaboración propia)

109

Tabla 3.28 Dosis optima en laboratorio. Prueba Turbiedad inicialTurbiedad final # UNT UNT 1 30 0.13 2 33 0.34 3 74 0.2 4 76 0.2 5 134 0.29 6 312 0.21 7 730 0.3 8 1350 0.54

Dosis mg/l 8.5 8.9 17 18.5 20.8 44.2 85 175

Fuente: Elaboración propia. 1400

Turbiedad (UNT)

1200 1000 800 600 400 Dosis optima

200

Lineal (Dosis optima) 0 0

20

40

60 80 100 120 Dosis de sulfato de aluminio (mg/l)

140

160

180

Figura 3.39 Curva turbiedad versus dosis optima en laboratorio. (Elaboración propia)

La curva de la figura 3.39 de dosis óptima se ajustó una curva que presenta un coeficiente de determinación de 0.99 y obedece la siguiente expresión: t = −42.38 + 8.14 Do

(3.9)

Análisis e interpretación de resultados.

Mediante la prueba realizada se determinó una curva característica para la dosificación de la planta de tratamiento, donde las diferentes turbiedades están en función de la dosis óptima necesaria para tratar el agua. La figura 3.39 y la tabla 3.29 es necesaria para operar la planta de tratamiento, si los operadores disponen de una tabla como la 3.29, pueden

110

cambiar rápidamente la dosificación del coagulante cada vez que cambia la turbiedad del agua cruda. Tabla 3.29 Valores generados a partir de la curva de turbiedad versus dosis optima en laboratorio. Turb. inicial Dosis Turb. inicial Dosis Turb. inicial UNT mg/l UNT mg/l UNT 0 0 500 67 1000 10 6 510 68 1010 20 8 520 69 1020 30 9 530 70 1030 40 10 540 72 1040 50 11 550 73 1050 60 13 560 74 1060 70 14 570 75 1070 80 15 580 76 1080 90 16 590 78 1090 100 17 600 79 1100 110 19 610 80 1110 120 20 620 81 1120 130 21 630 83 1130 140 22 640 84 1140 150 24 650 85 1150 160 25 660 86 1160 170 26 670 87 1170 180 27 680 89 1180 190 29 690 90 1190 200 30 700 91 1200 210 31 710 92 1210 220 32 720 94 1220 230 33 730 95 1230 240 35 740 96 1240 250 36 750 97 1250 260 37 760 99 1260 270 38 770 100 1270 280 40 780 101 1280 290 41 790 102 1290 300 42 800 103 1300 310 43 810 105 1310 320 44 820 106 1320 330 46 830 107 1330 340 47 840 108 1340 350 48 850 110 1350 360 49 860 111 1360 370 51 870 112 1370 380 52 880 113 1380 390 53 890 114 1390 400 54 900 116 1400 410 56 910 117 1410 420 57 920 118 1420 430 58 930 119 1430 440 59 940 121 1440 450 60 950 122 1450 460 62 960 123 1460 470 63 970 124 1470 480 64 980 126 1480 490 65 990 127 1490

Dosis Turb. inicial Dosis mg/l UNT mg/l 128 1500 189 129 1510 191 130 1520 192 132 1530 193 133 1540 194 134 1550 195 135 1560 197 137 1570 198 138 1580 199 139 1590 200 140 1600 202 141 1610 203 143 1620 204 144 1630 205 145 1640 207 146 1650 208 148 1660 209 149 1670 210 150 1680 211 151 1690 213 153 1700 214 154 1710 215 155 1720 216 156 1730 218 157 1740 219 159 1750 220 160 1760 221 161 1770 223 162 1780 224 164 1790 225 165 1800 226 166 1810 227 167 1820 229 168 1830 230 170 1840 231 171 1850 232 172 1860 234 173 1870 235 175 1880 236 176 1890 237 177 1900 238 178 1910 240 180 1920 241 181 1930 242 182 1940 243 183 1950 245 184 1960 246 186 1970 247 187 1980 248 188 1990 250

Fuente: Elaboración propia.

111

3.4.3. DETERMINACIÓN DE LA DOSIS DE SULFATO DE ALUMINIO EN PLANTA.

Mediante esta prueba se determinó la dosis de sulfato de aluminio que se estaba aplicando a la Planta de Tratamiento Objetivo. ƒ

Determinar la dosis de sulfato de aluminio en Planta.

Equipos y materiales. ƒ

Probetas de 1000 cc.

ƒ

Cronometro.

ƒ

Turbidimetro.

Procedimiento. ƒ

Por medio del turbidimetro se determinó la turbiedad del afluente de agua que estaba ingresando a la Planta de Tratamiento.

ƒ

Se conoce la concentración de la solución preparada en el tanque de sulfato de aluminio: 200 Kg de sulfato de aluminio en 2000 litros de agua.

ƒ

Se tomó una muestra del punto de dosificación en una probeta de 1000 cc durante un tiempo de 5 seg. para poder determinar cual es la dosificación que se le esta añadiendo a la planta de tratamiento.

ƒ

Se determino la dosis que se esta añadiendo a la planta de tratamiento por medio de un balance de masas.

Q·C = q·c

(3.10)

Donde: Q = Caudal que ingresa a la planta de tratamiento (l/s). C = Dosis de sulfato de aluminio en la planta de tratamiento (mg/l ). q = Caudal de la dosificación de sulfato de aluminio que se le esta añadiendo a la planta de tratamiento (l/s). c = Concentración de la solución de sulfato de aluminio preparada en los tanques de la sala de sulfato de aluminio. 112

ƒ

Se repitió el procedimiento descrito varias veces para diferentes turbiedades que pueda tener el agua en la planta de tratamiento.

ƒ

Con los datos obtenidos de la tabla 3.30 se grafico la figura 3.40 que muestra la dosificación que se esta utilizando en la actualidad en la Planta de Tratamiento.

ƒ

Mediante regresión lineal, se determina la recta de mejor ajuste que tiene la forma: t = a + b·Do

(3.11)

Donde: t = Turbiedad del agua cruda. Do = Dosis optima de coagulante. a y b = Constantes en función de la curva. Mediante la regresión lineal realizada se determina una recta de dosificación que esta en función de la dosis de sulfato de aluminio que se le esta agregando a la planta de tratamiento en la actualidad para la desestabilización mas rápida de los coloides versus la turbiedad en planta. Esta se presenta en la figura 3.44. Datos obtenidos. Tabla 3.30 Dosificación en planta. (Elaboración propia) Turbiedad inicial Turbiedad final UNT

UNT

5 10 20 30 45 50 74 92 115 130 150 300

0.67 0.62 1.1 1.3 0.31 0.57 0.84 1.2 0.8 1 0.73 0.9

Dosis C mg/l 3.16 4.86 8.35 12.53 13.21 14.35 16.08 17.88 29.76 39.19 43.86 84.85

Q l/s 380 350 395 383 424 418 423 415 420 393 415 429

q l/s 0.012 0.017 0.033 0.048 0.056 0.06 0.068 0.0742 0.125 0.154 0.182 0.364

c gr/l 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

Fuente: Elaboración propia.

Los datos obtenidos se muestran a continuación.

113

300

Turbiedad (UNT)

250 200 150 100 Dosis en planta

50

Lineal (Dosis en planta) 0 0

10

20

30 40 50 60 Dosis de sulfato de aluminio (mg/l)

70

80

90

Figura 3.40 Curva turbiedad versus dosis optima en planta. (Elaboración propia)

En la figura 3.40 se presenta el grafico de la turbiedad versus la dosis óptima de sulfato de aluminio que se aplica en la planta. A los valores obtenidos en la planta se ajusto una recta mediante la aplicación de regresión lineal, donde se obtuvo un coeficiente de determinación de 0.97, para la siguiente expresión: t = −0.28 + 3.56 Do

(3.12)

El coeficiente de determinación alto indica un buen ajuste entre los valores muestreados y el ajuste. Análisis e interpretación de resultados.

Con la realización de la prueba se determinó un ajuste lineal de la turbiedad versus la dosis de la solución de sulfato de aluminio que se esta aplicando en la actualidad en planta. Realizando una comparación entre las pruebas del aparte 3.4.2 y la 3.4.3, de dosis óptima de sulfato de aluminio en laboratorio y en planta se puede determinar que para una de turbiedad de 50 UNT en planta se dosifica 14.35 mg/l de sulfato de aluminio y en laboratorio se necesitara solamente 11 mg/l del mismo. (Ver tablas 3.29 y 3.30)

114

Se recomienda el uso de la tabla 3.29 para poder realizar la dosificación correcta de sulfato de aluminio en la Planta de Tratamiento. 3.5. EVALUACIÓN DEL PROCESO DE FLOCULACIÓN. 3.5.1. GEOMETRIA DE LA UNIDAD.

El floculador de la planta de tratamiento es una unidad hidráulica de pantallas de flujo horizontal que sirve para desarrollar el proceso de formación de floculos, un esquema de la misma se presenta en la figura 3.41.

Figura 3.41. Esquema del floculador hidráulico de pantallas de flujo horizontal de la Planta de Tratamiento Cala Cala I. (Elaboración propia)

Esta unidad consta de tres floculadores, el floculador 1 tiene 24 pantallas, el floculador 2 tiene 20 pantallas y el floculador 3 tiene 14 pantallas, cada uno de los floculadores trabaja con diferentes gradientes de velocidad, estos gradientes se presentan en la tabla 3.31. El tiempo de retención mostrado en la tabla 3.31 se determinó mediante la prueba de trazadores previamente explicada.

115

Tabla 3.31. Gradientes de velocidad del floculador de pantallas de la planta de tratamiento Cala Cala I. Tiempo de Gradiente de Unidad retención velocidad (s-1)

Floculador 1 Floculador 2 Floculador 3

5.8 7.5 4.5

102 87 77

Fuente: Elaboración propia.

3.5.2. DETERMINACIÓN DE LOS PARAMETROS DE FLOCULACION.

Se determino los parámetros de floculación en laboratorio mediante prueba de jarras, estos parámetros son, el tiempo de floculación y los gradientes de velocidad. Objetivo. ƒ

El propósito del ensayo es la determinación de los parámetros de floculación: gradiente de velocidad (G) y tiempo de floculación (T).

Equipos y materiales. ƒ

Equipo de prueba de jarras.

ƒ

Coagulante (Sulfato de aluminio).

ƒ

6 pipetas de 2 – 10 ml, para la adición de coagulantes.

ƒ

Turbidimetro.

ƒ

6 recipientes de 120 ml de vidrio.

Procedimiento. ƒ

Se realizó el mismo procedimiento que la prueba de jarras paso 1, 2, 4 y 5 de procedimiento del aparte 3.4.2, pero al momento de agregar la dosis de sulfato de aluminio se agregó la dosis optima para los dos tipos de turbiedad que se esta considerando, los cuales son de 130 y 17 UNT.

ƒ

Se agregó la misma dosis de coagulante a todas las jarras.

ƒ

Al finalizar la mezcla rápida, se inició el proceso de floculación, se graduó la velocidad del equipo de jarras en un rango de gradientes óptimos que varia entre 50-180 s-1. 116

ƒ

Luego de iniciada la floculación, a los 5 min. se retiro la primera jarra y se dejo sedimentar durante 10 min. posteriormente se retira la segunda jarra, a los 10 min. de floculación, así sucesivamente se fueron retirando cada una de las jarras, hasta llegar a los 30 min. que es cuando se retira la última jarra. Para cada jarra se procedió de modo similar.

ƒ

Se determinó la turbiedad residual (Tf) para cada muestra y se fueron registrando los valores obtenidos.

ƒ

Se repitió el ensayo incrementando el gradiente de velocidad como se ve en las tablas 3.32 y 3.33.

ƒ

Con los datos obtenidos de las tablas 3.32 y 3.33 se graficó el tiempo total de floculación que se muestran en las figuras 3.42 y 3.44 donde se muestra el tiempo de floculación versus la turbiedad residual, en función del punto en que se produce el menor valor de turbiedad residual.

ƒ

Posteriormente, se graficaron los gradientes óptimos, gradientes de velocidad versus turbiedad residual para cada tiempo de floculación analizado, estas se presentan en las figuras 3.43 y 3.45. En cada curva se produjo un punto mínimo (punto de inflexión de la curva), que corresponde al gradiente de velocidad que se optimiza con el tiempo de floculación. Este punto mínimo es el de máxima eficiencia remocional para el tiempo de retención de floculación correspondiente.(Ver tabla 3.34)

ƒ

Se graficó en papel doble logarítmico los valores de tiempo de floculación versus gradientes de velocidad óptimas, se determino una curva de mejor ajuste para los datos obtenidos de la tabla 3.34, aplicando regresión logarítmica. Si el grado de ajuste es aceptable (r2 = 0,9), se continúa el calculo; caso contrario, deberá repetirse el procedimiento de laboratorio, y se deberá trabajar con más cuidado para mejorar los datos.

ƒ

El tiempo de retención determinado en las figuras 3.42 y 3.44 se divide entre el número de tramos que tiene el floculador y con cada tiempo se determina el gradiente de velocidad correspondiente, este se presenta en la tabla 3.35.

117

Datos obtenidos.

Se realizaron pruebas para dos tipos de turbiedades diferentes que son representativas en la planta de tratamiento estas son: Para una turbiedad promedio de 139 UNT que es la turbiedad representativa en época de lluvias, se obtuvieron los siguientes resultados: Tabla 3.32 Resultados parámetros de floculación para una turbiedad promedio de 139 UNT. Gradientes de velocidad G s¯¹ 50 60 70 80 90 100 130 150 180

Turbiedad residual UNT 5 20 21 21 22 23 19 25 34 45

10 19 19 19 19 21 22 24 30 39

15 18 18 17 20 19 20 23 30 45

20 15 14 16 19 16 19 20 19 26

25 16 15 19 22 22 25 30 36 51

30 20 19 21 23 25 32 35 40 57

Fuente: Elaboración propia. 60

50 s-1 60 s-1

50 Turbiedad residual (UNT).

ƒ

70 s-1 80 s-1

40

90 s-1 30

100 s-1 130 s-1

20

150 s-1 180 s-1

10 5

10

15 20 Tiempo (min)

25

30

Figura 3.42 Tiempo total de floculación para una turbiedad promedio de 139 UNT. (Elaboración propia)

118

60 5

Turbiedad residual (UNT)

55

10

50

15

45

20

40

25 30

35 30 25 20 15 10 50

60

70

80

90

100 110 120 130 140 Gradientes de velocidad (s-1)

150

160

170

180

Figura 3.43 Gradientes de velocidad óptimos para una turbiedad promedio de 139 UNT.

(Elaboración propia)

Para una turbiedad promedio de 17 UNT que es la turbiedad representativa en época de sequía, se obtuvieron los siguientes resultados: Tabla 3.33 Resultados parámetros de floculación para una turbiedad promedio de 17 UNT. Gradientes de velocidad G s¯¹ 50 60 70 80 90 100

Turbiedad residual UNT 5 8 6.7 6.5 6.2 4.4 5.6

10 7.3 5.3 5.9 4.5 5.2 5.3

15 6.5 5.2 4.5 4.5 4.5 4.9

20 5.5 4.6 4.1 4.4 4.4 5.2

25 5.6 4.5 4.2 5.5 4.6 5.4

30 5.8 4.8 5.2 5 4.8 5.6

Fuente: Elaboración propia. 8.0 50 s-1

7.5 Turbiedad residual (UNT)

ƒ

7.0

60 s-1

6.5

70 s-1

6.0 80 s-1

5.5 5.0

90 s-1

4.5

100 s-1

4.0 5

10

15 20 Tiempo (min)

25

30

Figura 3.44 Tiempo total de floculación para una turbiedad promedio de 17 UNT. (Elaboración propia)

119

8.0 5

Turbiedad residual (UNT)

7.5

10 15

7.0

20

6.5

25

6.0

30

5.5 5.0 4.5 4.0 50

60

70 80 Gradientes de velocidad (s-1)

90

100

Figura 3.45 Gradientes de velocidad óptimos para una turbiedad promedio de 17 UNT. (Elaboración propia) Tabla 3.34 Gradientes de velocidad óptimos de floculación. T min. Turbiedad (UNT) 5 100 Ggradientes de 130 92 velocidad (s-1) 17

10 79 80

15 69 76

20 58 71

25 57 68

30 55 62

Fuente: Elaboración propia.

G (s-1)

100

Gradientes de velocidad Logarítmica (Gradientes de velocidad)

10 1

10 Tiempo (min)

100

Figura 3.46 Curva de gradientes óptimos de floculación. (Elaboración propia)

120

Tabla 3.35 Gradientes de velocidad óptimos.

# de tramos

Tiempo de floculación

Gradiente hidráulico optimo

del floculador

optimo en laboratorio (s-1)

en laboratorio (s-1)

F1 F2 F3

6.6 6.6 6.6

98 76 66

Fuente: Elaboración propia.

En la figura 3.46 se presenta los de gradientes de floculación en laboratorio para las turbiedades representativas de la planta, obtenidos a partir de pruebas de jarras. Se ajusto una curva logarítmica a estos puntos, con un coeficiente de determinación de 0.9, lo que indica un ajuste bueno entre los puntos y la curva. La expresión que gobierna la curva es: G = −21.7 Ln ( t ) + 130.5

(3.13)

Análisis e interpretación de resultados.

Se determinó que los gradientes de velocidad óptimos en laboratorio, son los que se presentan en la tabla 3.35. Realizando una comparación entre la tabla 3.31 y la 3.35 se concluye que el gradiente de velocidad obtenido en planta con la prueba de trazadores en función del tiempo de residencia es mayor que el gradiente optimo obtenido en laboratorio, esto se debe a la cantidad de caudal que esta tratando la planta de tratamiento. 3.5.3. DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE PANTALLAS PARA LOS GRADIENTES EN PLANTA Y EN LABORATORIO.

Se calculó el número de pantallas de los floculadores con los gradientes de velocidad obtenidos en planta, con la prueba de trazadores y los gradientes de velocidad obtenidos en laboratorio. La cantidad de pantallas existentes en la actualidad son: Tabla 3.36 Numero de pantallas en planta.

Unidad # de pantallas F1 24 F2 20 F3 14 Fuente: Elaboración propia.

121

Objetivo. ƒ

Calcular el número de pantallas con los datos reales de la planta y con los datos obtenidos en laboratorio y realizar una comparación de estos con las condiciones actuales.

Procedimiento. ƒ

Con los datos de las tablas 3.30 y 3.35 y por medio de la ecuación:   2·µ·T   H·L·G   n =  ·    ρ·(1.44 + f )   Q  

(3.14)

Donde: n = Numero de pantallas. µ = Viscosidad dinámica, para 25º 0.00089 (kg/m·s). T = Tiempo de floculación de cada unidad (seg.). ρ = Densidad del agua 1000 (kg/m3) f = Coeficiente de fricción, para pantallas de asbesto cemento 0.013. H = Profundidad o tirante de agua (m). L = Longitud (m). G = Gradiente de velocidad (s-1). Q = Caudal (m3/s). Se determinó el número de pantallas para cada floculador, esto se presenta en la tabla 3.37. ƒ

Posteriormente se calculó el espaciamiento entre pantallas por medio de la ecuación: e=

L n

(3.15)

Donde: e = Espaciamiento entre pantallas. L = Longitud (cm). n = Numero de pantallas.

122

De esta manera de calculó el espaciamiento entre pantallas. Estos resultados se presentan en la tabla 3.37. Datos obtenidos. Tabla 3.37 Calculo del número de pantallas y del espaciamiento entre ellas. Altura de agua 1.6 m F1 1.57 m F2 1.3 m F3 Longitud del floculador 21.97 m 2197 cm L Gradiente de velocidad Unidad En planta s-1 102 F1 87 F2 77 F3

En laboratorio s-1

98 76 66

Caudal 0.434 Q Tiempo de floculacion Unidad En planta min. 5.8 F1 7.5 F2 4.5 F3

m3/s En laboratorio min.

En planta seg.

6.6 6.6 6.6

348 450 270

En laboratorio

Actual

31 26 21

24 20 14

En laboratorio seg.

396 396 396

# de pantallas Unidad F1 F2 F3

En planta

Unidad F1 F2 F3

En planta

En laboratorio

72 74 108

71 85 105

31 30 20 Espacio entre pantallas

Fuente: Elaboración propia.

Análisis e interpretación de resultados.

Realizando una comparación entre el número de pantallas obtenidos para los gradientes de las condiciones reales de la planta, los gradientes óptimos en laboratorio y la cantidad de pantallas existentes en la actualidad se concluye que se debe aumentar la cantidad de pantallas en la planta de tratamiento para igualar los valores óptimos obtenidos en laboratorio.

123

3.5.4. DETERMINACIÓN DEL TIEMPO INICIAL DE FORMACION DEL FLOCULO EN PLANTA. Objetivo. ƒ

El ensayo tiene como finalidad determinar el tiempo que demora el floculo en empezar a formarse.

Equipos y materiales. ƒ

Recipientes de vidrio.

Procedimiento. ƒ

Se inicio esta prueba partiendo del inicio de la unidad de floculación de la planta de tratamiento, se tomaron muestras en el punto medio del espaciamiento entre las primeras pantallas del primer floculador, a una profundidad de 50 cm.

ƒ

Cada muestra que se extrajo se observo a contraluz para que se pueda determinar el tiempo inicial de formación del floculo.

ƒ

El ensayo concluye en el momento en que observo los primeros indicios de la formación de los floculos.

ƒ

Se debe determinar el volumen comprendido entre el inicio de la unidad y el punto en que se detectaron los primeros floculos en formación, esto para determinar el tiempo inicial de formación del floculo en forma teórica.

ƒ

Para determinar el tiempo de formación del floculo real en la planta de tratamiento se realizó una prueba de trazadores en el primer floculador, en la pantalla donde se empieza a formar los floculos en la planta de tratamiento, los resultados se presentan en la tabla 3.38.

Datos obtenidos.

Se determinó que el floculo empieza a formarse en la novena pantalla del primer floculador. El tiempo teórico de formación del floc será: T=

V 44.99 = = 102.72 seg =1.71 min. Q 0.438

(3.16) 124

Con la prueba de trazadores el tiempo de formación del floc es de 105seg.= 1.75 min. Estos resultados se presentan en la tabla 3.38. Tabla 3.38 Tiempo inicial de formación del floculo mediante prueba de trazadores. Muestra Tiempo t seg. Concentración 1 0 73 2 10 77 3 15 79 4 20 80 5 25 82 6 30 81 7 35 82 8 40 81 9 45 81 10 50 81 11 55 82 12 60 82 13 65 82 14 70 81 15 75 81 16 80 82 81 17 85 80 18 90 81 19 95 80 20 100 21 105 84 22 110 83 23 115 82 24 120 83

Fuente: Elaboración propia.

Análisis e interpretación de resultados.

Realizando una comparación entre los tiempos iniciales de formación del floc, se tiene en forma teórica un tiempo de 1.71 min, con la prueba de trazadores el tiempo es de 1.75 min. y el promedio con pruebas de laboratorio es de 1.42 min. (ver determinación de la dosis optima de sulfato de aluminio en laboratorio tabla 3.27). Por lo tanto se concluye que por medio de la realización de la prueba de trazadores para la determinación del tiempo inicial de formación del floc, se puede conocer el tiempo de formación del floc en la planta de tratamiento.

125

3.5.5. DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DEL FLOC PRODUCIDO EN PLANTA. Objetivo. ƒ

Determinar el tamaño del floc formado en la unidad de floculación.

Equipos y materiales. ƒ

Un vaso de vidrio de 1 litro de capacidad.

Procedimiento. ƒ

Se tomo la muestra en el vaso de vidrio a la salida del floculador.

ƒ

La muestra que se extrajo se debe observar a contraluz para que se pueda estimar el tamaño del floculo.

ƒ

La comparación se la realizo con la figura 2.9 (Índice W.R.A.) y se estimo el tamaño del floculo. En la figura 3.47 se presenta una imagen de la realización de la prueba.

Figura 3.47 Tamaño del floculo producido en planta. (Elaboración propia)

Datos obtenidos.

Mediante el índice de comparación W.R.A. se determinó que el tamaño del floculo es de 0.5 a 0.75 mm en la planta de tratamiento, en laboratorio se determinó el mismo valor (ver determinación de la dosis optima de sulfato de aluminio en laboratorio tabla 3.27).

126

Análisis e interpretación de resultados.

Se determinó que el tamaño del floc mediante el índice de comparación W.R.A. es de 0.5 a 0.75 mm. en planta y laboratorio. 3.6. EVALUACIÓN DEL PROCESO DE SEDIMENTACION. 3.6.1. GEOMETRIA DE LA UNIDAD.

El proceso de sedimentación de la planta de tratamiento consta de tres unidades, cada unidad de comprende un sedimentador estático y un sedimentador laminar de placas hexagonales de flujo inclinado, la inclinación de las pantallas es de 60º. Los sedimentadores tienen tolvas de almacenamiento donde el lodo se deposita. El lavado sedimentadores se realiza de forma manual. En la parte superior del sedimentador laminar existen 3 canales de recolección de agua provistos de vertederos triangulares, estos desembocan en un canal de recolección de agua para posteriormente transportar de los sedimentadores a cada uno de los filtros. En la figura 3.48 se presentan un esquema de esta unidad.

Figura 3.48 Esquema del sedimentador de la Planta de Tratamiento Cala Cala I. (Elaboración propia)

127

3.6.2. DETERMINACIÓN DE LOS PARAMETROS DE SEDIMENTACIÓN EN LABORATORIO.

Para la determinación de los parámetros de sedimentación se realiza una prueba de jarras en laboratorio, se determina la tasa superficial de sedimentación. Objetivo. ƒ

Determinar la tasa de sedimentación y la eficiencia remocional del sedimentador en condiciones ideales.

Equipos y materiales. ƒ

Los indicados para prueba de jarras.

Procedimiento. ƒ

Se realizó el mismo procedimiento de la prueba de jarras, se agrega la dosis optima de sulfato de aluminio que se ha obtenido en laboratorio.

ƒ

Después de haber realizado la mezcla rápida se colocan los gradientes y tiempo de mezcla seleccionados con la determinación de los parámetros de floculación. (Ver tabla 3.35 gradientes de velocidad óptimos).

ƒ

Los gradientes y el tiempo de mezcla deben seguir en forma consecutiva simulando el paso del agua por una unidad de floculación.

ƒ

Al concluir este proceso se tomaron muestras para diferentes tiempos de sedimentación. La primera, al minuto; la segunda, a los 2 minutos; la tercera, a los 3; la cuarta, a los 4 y así sucesivamente hasta los 18 min., además se determinó la altura de agua de cada jarra, a medida que se iba sacando las muestras.

ƒ

De las muestras obtenidas se determinó la velocidad de sedimentación (Vs) en (cm/s) calculando los valores del índice h/t para cada tiempo (t) de toma la de muestras, donde h es la altura de toma de muestra graduada en el sifón.

ƒ

Se determinó también la turbiedad inicial, la final y la cantidad remanente que quedó (Co=Tf/To) en cada jarra. 128

ƒ

Esta prueba se repitió para cada una de las turbiedades representativas tanto en época de lluvia, como en la época de sequía los cuales son de 139 y 17 UNT. Los resultados de las pruebas se presentan en las tablas 3.39 y 3.41.

ƒ

Con los valores de velocidad de sedimentación en las abscisas y los valores de (Co=Tf/To) en las ordenadas, se obtuvieron las curvas de sedimentación. Que se presentan en las figuras 3.49 y 3.50.

ƒ

Las tablas 3.40 y 3.42 se describen de la siguiente manera: en la columna 1 se coloca el rango usual de variación de las tasas de sedimentación de las partículas que están comprendidas entre 20 y 70 m3/m2·día, variándolas de 5 en 5, en la columna 2 se registran los valores de la columna 1 en (cm/s). Con los valores de velocidad de sedimentación de cada tabla, se ingresa a la curva de sedimentación obtenida y se determina los valores correspondientes de (Co=Tf/To) los cuales se colocan en la columna 3. Tomar de la curva los valores de (Cf) y (a). (Cf) es la porción de turbiedad que no se removió en el proceso. La curva tiene una porción inicial (lado izquierdo de la curva, en que se vuelve asintótica; no importa cuan largo sea el tiempo de sedimentación que se de a la muestra, la turbiedad remanente es la misma. Esta es la porción de turbiedad que solo puede ser removida por el filtro. El valor de (a) corresponde a esta velocidad a partir de la cual la curva comienza a hacerse asintótica. Esta velocidad (a) es la menor velocidad con que se justificaría proyectar un sedimentador, porque aunque tomáramos valores menores, la remoción será la misma y estaríamos agrandando la unidad sin conseguir mayor eficiencia. Se calculó en la columna 4 el porcentaje total de remoción (Rt), en la columna 5 la turbiedad removida (Tr) y en la columna 6 la turbiedad final (Tf).  (a + Vs )  R t = [1 − (Co − Cf )] +  ·(Co − Cf )  2·Vs  Tr = R t ·To

Tf = To − Tr

(3.17) (3.18) (3.19)

Los valores obtenidos se muestran en las tablas 3.41 y 3.43.

129

ƒ

La carga superficial del sedimentador es aquella que corresponde al valor de turbiedad final (Tf) deseada en el efluente de la unidad.

Datos obtenidos.

Se realizó la prueba para dos tipos de turbiedades representativas para la planta de tratamiento que se muestran a continuación: ƒ

Para una turbiedad promedio de 139 UNT se tienen los siguientes resultados: Tabla 3.39 Resultados del ensayo de sedimentación para una turbiedad de 139 UNT. T (seg.) Vs (cm./s) 60 0.167 120 0.083 180 0.056 240 0.042 300 0.033 360 0.028 420 0.021 480 0.019 540 0.017 600 0.015 660 0.014 720 0.013 780 0.010 840 0.009 900 0.009 960 0.008 1020 0.008 1080 0.007

To 138 138 142 140 136 142 138 138 142 140 136 140 138 138 142 140 136 142

Tf Co=Tf/To 130 0.942 118 0.855 95 0.669 58 0.414 38 0.279 29 0.204 20 0.145 18 0.130 16 0.113 15 0.107 13 0.096 12 0.086 9.3 0.067 9 0.065 8.6 0.061 8.2 0.059 8.1 0.060 7.9 0.056

Fuente: Elaboración propia. Tabla 3.40 Selección de la tasa de sedimentación para una turbiedad de 139 UNT. q (m3/m2·día) Vs (cm./s) Co (Tf/To) 20 0.023 0.16 25 0.029 0.21 30 0.035 0.28 35 0.041 0.39 40 0.046 0.50 45 0.052 0.62 50 0.058 0.69 55 0.064 0.75 60 0.069 0.8 65 0.075 0.83 70 0.081 0.85

Cf 0.056 0.056 0.056 0.056 0.056 0.056 0.056 0.056 0.056 0.056 0.056

a 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007

Rt (%) Tr (UNT) Tf (UNT) 0.96 133.57 5.03 0.94 132.96 8.24 0.91 124.02 12.18 0.86 120.06 19.24 0.81 114.89 26.31 0.76 107.38 34.67 0.72 102.21 39.49 0.69 97.31 43.49 0.67 92.64 46.56 0.65 89.95 48.65 0.64 88.01 50.09

To 138.6 141.2 136.2 139.3 141.2 142.05 141.7 140.8 139.2 138.6 138.1

Fuente: Elaboración propia.

130

1.0

Co = Tf/To

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0 0.00

0.03

0.06 0.09 0.12 Velocidad de sedimentacion (cm/s)

0.15

0.18

Figura 3.49 Curva de sedimentación para una turbiedad de 139 UNT. (Elaboración propia) ƒ

Para una turbiedad promedio de 17 UNT se tienen los siguientes resultados: Tabla 3.41 Resultados del ensayo de sedimentación para una turbiedad de 17 UNT. T (seg.) 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080

Vs (cm./s) 0.167 0.083 0.056 0.042 0.033 0.028 0.021 0.019 0.017 0.015 0.014 0.013 0.010 0.009 0.009 0.008 0.008 0.007

To 18 18 17 16 17 16 18 18 17 18 17 16 18 19 18 18 17 16

Tf 18 17 15 12 10.5 8.4 7.4 6.2 4.9 4.5 3.7 3.3 2.9 2.7 2.4 2.2 2.1 2

Co=Tf/To 1.00 0.94 0.88 0.75 0.64 0.53 0.41 0.34 0.29 0.25 0.22 0.21 0.16 0.14 0.13 0.12 0.13 0.13

Fuente: Elaboración propia.

131

1.0 0.9 0.8

Co = Tf/To

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.00

0.03 0.06 0.09 0.12 Velocidad de sedimentacion (cm/s)

0.15

0.18

Figura 3.50 Curva de sedimentación para una turbiedad de 17 UNT. (Elaboración propia) Tabla 3.42 Selección de la tasa de sedimentación para una turbiedad de 17 UNT. q (m3/m2·día) Vs (cm./s) Co (Tf/To) 20 0.023 0.44 25 0.029 0.56 30 0.035 0.64 35 0.041 0.73 40 0.046 0.8 45 0.052 0.855 50 0.058 0.895 55 0.064 0.905 60 0.069 0.91 65 0.075 0.938 70 0.081 0.94

Cf 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125

a 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007

Rt (%) Tr (UNT) Tf (UNT) 0.890128 15.595 1.925 0.835118 13.362 2.638 0.794412 13.108 3.392 0.749772 12.034 4.016 0.713530 11.631 4.669 0.684056 11.526 5.324 0.661570 11.346 5.804 0.652886 11.426 6.074 0.647064 11.485 6.265 0.631323 11.301 6.599 0.627708 11.261 6.679

To 17.52 16 16.5 16.05 16.3 16.85 17.15 17.5 17.75 17.9 17.94

Fuente: Elaboración propia.

Análisis e interpretación de resultados.

La tasa con la que este tipo de unidades trabaja es de 35- 40 m3/m2día. De las tablas 3.39 y 3.42 mediante las pruebas de laboratorio se determina que la tasa mínima superficial debe ser 35 m3/m2/día debido a que la turbiedad en este proceso disminuye considerablemente, la turbiedad remanente que queda en el agua será removida por los filtros.

132

3.6.3. DETERMINACIÓN DE LOS PARAMETROS DE SEDIMENTACIÓN EN PLANTA.

Esta prueba se la realiza para la determinación de la tasa superficial con la que trabaja la Planta de Tratamiento. Objetivo. ƒ

Determinar la tasa de sedimentación en la planta de tratamiento.

Equipos y materiales. ƒ

6 jarras de un litro de capacidad.

Procedimiento. ƒ

Los gradientes y los tiempos de retención con los que esta trabajando la planta de tratamiento se presentan en la tabla 3.9.

ƒ

A la salida de los floculadores se tomaron muestras en las 6 jarras, para diferentes tiempos de sedimentación. La primera, al minuto; la segunda, a los 2 minutos; la tercera, a los 3 y así sucesivamente hasta los 18 min., además se determinó la altura de agua de cada jarra, a medida que se iba sacando las muestras.

ƒ

De las muestras obtenidas se determinó la velocidad de sedimentación (Vs) en (cm/s) calculando los valores del índice h/t para cada tiempo de toma de muestra, donde (h) es la altura de toma de muestra graduada en el sifón.

ƒ

Se determinó también la turbiedad inicial, la final y la cantidad remanente que quedo (Co=Tf/To) en cada jarra. Esto se muestra en la tabla 3.43.

ƒ

Con los valores de (Vs) en cm/s en las abscisas y los valores de (Co=Tf/To) en las ordenadas, se obtuvo las curvas de sedimentación en planta, esto se presenta en la figuras 3.51.

ƒ

La tabla 3.44 se describen de la siguiente manera: en la columna 1 se coloca el rango usual de variación de las tasas de sedimentación de las partículas que están comprendidas entre 20 y 70 m3/m2·día, variándolas de 5 en 5, en la columna 2 se registran los valores de la columna 1 en (cm/s). Con los 133

valores de (Vs) en cm/s de cada tabla, ingresar a la curva de sedimentación obtenida y determinar los valores correspondientes de (Co=Tf/To) los cuales se colocan en la columna 3. Tomar de la curva los valores de (Cf) y (a). (Cf) es la porción de turbiedad que no se removió en el proceso. La curva tiene una porción inicial (lado izquierdo de la curva, en que se vuelve asintótica; no importa cuan largo sea el tiempo de sedimentación que se de a la muestra, la turbiedad remanente es la misma. Esta es la porción de turbiedad que solo puede ser removida por el filtro. El valor de (a) corresponde a esta velocidad a partir de la cual la curva comienza a hacerse asintótica. Esta velocidad (a) es la menor velocidad con que se justificaría proyectar un sedimentador, porque aunque tomáramos valores menores, la remoción será la misma y estaríamos agrandando la unidad sin conseguir mayor eficiencia. Se calculo en la columna 4 el porcentaje total de remoción (Rt), en la columna 5 la turbiedad removida (Tr) y en la columna 6 la turbiedad final (Tf). Se resuelven las ecuaciones 3.14, 3.15 y 3.16. Los valores obtenidos se muestran en la tabla 3.44. ƒ

La carga superficial del sedimentador es aquella que corresponde al valor de turbiedad final (Tf) deseada en el efluente de la unidad.

Datos obtenidos. Tabla 3.43 Resultados del ensayo de sedimentación en la Planta de Tratamiento.

T (min.) T (seg.) 1 60 2 120 3 180 4 240 5 300 6 360 7 420 8 480 9 540 10 600 11 660 12 720 13 780

Vs (cm./s) 0.17 0.08 0.06 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 0.02 0.01 0.01 0.01

To 12.00 11.90 12.10 12.00 12.10 12.20 12.30 12.30 12.10 12.20 12.30 12.30 12.20

Tf 11.00 10.00 9.80 9.50 9.20 9.10 8.70 8.20 7.50 7.10 6.90 6.60 5.90

Co=Tf/To 0.92 0.84 0.81 0.79 0.76 0.75 0.71 0.67 0.62 0.58 0.56 0.54 0.48

134

Tabla 3.43 Resultados del ensayo de sedimentación en la planta de tratamiento. (Continuación)

T (min.) T (seg.) 14 840 15 900 16 960 17 1020 18 1080

Vs (cm./s) 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01

To 12.10 12.30 12.20 12.30 12.10

Tf 5.10 4.70 4.50 4.20 3.90

Co=Tf/To 0.42 0.38 0.37 0.34 0.32

Fuente: Elaboración propia. 1.0 0.9

Co = Tf/To

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.00

0.03

0.06

0.09 Vel sed (cm/s)

0.12

0.15

0.18

Figura 3.51 Curva de sedimentación para la planta de tratamiento. (Elaboración propia) Tabla 3.44 Selección de la tasa de sedimentación en planta. q (m3/m2·día) Vs (cm./s) Co (Tf/To) 20 0.023 0.72 25 0.029 0.73 30 0.035 0.76 35 0.041 0.79 40 0.046 0.38 45 0.052 0.44 50 0.058 0.49 55 0.064 0.65 60 0.069 0.78 65 0.075 0.87 70 0.081 0.91

Cf 0.322 0.322 0.322 0.322 0.322 0.322 0.322 0.322 0.322 0.322 0.322

a 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007

Rt (%) Tr (UNT) Tf (UNT) 0.862 10.588 1.702 0.845 10.301 1.884 0.824 9.958 2.122 0.809 9.706 2.299 0.978 11.769 0.271 0.949 11.482 0.618 0.926 11.197 0.893 0.854 10.274 1.756 0.794 9.497 2.463 0.751 8.958 2.962 0.731 8.707 3.198

To 12.29 12.19 12.08 12.01 12.04 12.10 12.09 12.03 11.96 11.92 11.91

Fuente: Elaboración propia.

Análisis e interpretación de resultados.

La tasa con la que este tipo de unidades trabaja es de 35 - 40 m3/m2día. De la tabla 3.44 se determina que la tasa mínima superficial es de 40 m3/m2día debido a que la turbiedad disminuye hasta un 0.27 UNT.

135

Haciendo una comparación entre la prueba 3.6.2 y 3.6.3 se determina que la tasa superficial de la planta es mayor que la obtenida en laboratorio. 3.6.4. DETERMINACIÓN DE LATASA DE SEDIMENTACIÓN LAMINAR DE PLACAS HEXAGONALES. Objetivo. ƒ

Determinar la tasa de sedimentación con la que esta trabajando el sedimentador laminar de placas hexagonales.

Procedimiento. ƒ

Se determinó el área del decantador (As) cubierta con las placas hexagonales, el factor de forma del modulo (f) es igual a:

f = 0.866(0.866 + 0.55L)

(3.20)

La velocidad optima de sedimentación entre placas (Vs) es: Vs =

Q A s ·f

(3.21)

Donde: Vs = Velocidad de sedimentación (m/s). Q = Caudal que trata el sedimentador (m3/s). As= Área del decantador cubierta por placas hexagonales (m). f = Factor de forma del modulo. Datos obtenidos. Largo del modulo Ancho del modulo

12.4 m 2.5 m

Área del sedimentador cubierto por placas hexagonales As = 62 m2 Factor de forma del modulo f = 0.866(0.866 + 0.55L ) f = 6.65608

La velocidad de sedimentación entre placas se puede ver en la tabla 3.45.

136

Tabla 3.45 Velocidad de sedimentación entre placas hexagonales en la Planta de Tratamiento Cala Cala I.

Sedimentador

Tasa de sedimentación en planta

Caudal

#

(l/s)

(m3/s)

1 2 3

149.41 144.44 144.16

0.15 0.14 0.14

Q = (m /s) m3/m2·dia As ·f 0.00036 31.28 0.00035 30.24 0.00035 30.18

Vs =

Fuente: Elaboración propia.

Análisis e interpretación de resultados.

La tasa de sedimentación entre las placas hexagonales varía entre 31.28 y 30.18 m3/m2dia. Lo que se recomienda es que la carga superficial este entre 30 y 40 m3/m2dia, por lo que los resultados ingresan en estos límites. 3.6.5. DETERMINACIÓN DE LA TASA DE RECOLECCIÓN DE AGUA SEDIMENTADA DE LOS VERTEDEROS. Objetivo. ƒ Determinar la tasa de recolección de los vertederos en la estructura de salida.

Procedimiento. ƒ Tasa de recolección del agua sedimentada en los vertederos se determino

mediante la siguiente expresión:

qa =

Q L

(3.22)

Donde: qa = Tasa de recolección de los vertederos (l/s·m). Q = Caudal que ingresa al sedimentador (l/s). L = Longitud total del vertedero (m). Los datos obtenidos se presentan en la tabla 3.46.

137

Datos obtenidos. Tabla 3.46 Carga unitaria en vertederos.

Sedimentador Caudal

Longitud total Tasa de recoleccion de de vertedero vertederos

#

(l/s)

(m)

1 2 3

149.41 144.44 144.16

27.22 27.12 27.22

qa =

Q = (l / s·m) L

3.87 3.74 3.73

Fuente: Elaboración propia.

Análisis e interpretación de resultados.

La tasa de recolección del agua sedimentada varía entre 3.86 y 3.73, esto se debe a la cantidad de caudal que esta tratando. CEPIS recomienda que la tasa de recolección del agua sedimentada debe estar comprendida entre 1.3 – 3 litros por segundo por metro de longitud de vertedero. Los resultados obtenidos sobrepasan este límite debido a la variación de caudales. 3.6.6. EFICIENCIA EN FUNCIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA CRUDA EN PLANTA Y LABORATORIO. Objetivo. ƒ Determinar a partir de datos de operación de la planta y de laboratorio, la

eficiencia del sedimentador en función de la calidad del agua cruda. Procedimiento. ƒ Se agruparon los datos de turbiedad del agua cruda en rangos específicos,

para estos datos se determino el valor medio de la turbiedad de agua sedimentada que se presenta en la planta de tratamiento. Estos valores se presentan en las tablas 3.47 y 3.48. ƒ En la columna 4 de las tabla 3.47 y 3.48 se determinó el logaritmo de la

turbiedad de agua cruda (columna 2). ƒ Con los datos obtenidos de las tablas 3.47 y 3.48 se grafico la figura 3.52

que muestra la eficiencia de los sedimentadores en planta y laboratorio,

138

mediante una regresión lineal se obtuvo una curva de ajuste que presenta un coeficiente de determinación de 0.95. Datos obtenidos. Tabla 3.47 Turbiedad del agua cruda en función del agua sedimentada en planta.

Turbiedad del agua cruda Rango Prom. 0 -29.9 15 30 - 59.9 45 60 - 89.9 75 90 - 119.9 105 120 - 149.9 135 150 - 179.9 165 300 -399.9 350

Valores medios de turbiedad de agua sedimentada 1.20 2.27 3.30 4.00 5.40 6.75 8.00

y = log Tac 1.18 1.65 1.88 2.02 2.13 2.22 2.54

Fuente: Elaboración propia. Tabla 3.48 Turbiedad del agua cruda en función del agua sedimentada en laboratorio.

Turbiedad del agua cruda Rango Prom. 0 -29.9 15 30 - 59.9 45 60 - 89.9 75 120 - 149.9 135 300 -399.9 350

Valores medios de turbiedad de agua sedimentada 0.34 2.8 4.1 5.4 8

y = log Tac 1.18 1.65 1.88 2.13 2.54

Fuente: Elaboración propia. 10

Eficiencia en planta Eficiencia en laboratorio

Agua cruda (UNT).

Lineal (Eficiencia en planta)

1 0

1

2

3 4 5 Agua sedimentada (UNT)

6

7

8

Figura 3.52 Eficiencia de los sedimentadores. (Elaboración propia)

139

La figura 3.52 muestra los valores la turbiedad del agua sedimentada versus los logaritmos de los medios de la turbiedad de agua cruda obtenidos en planta y en laboratorio. En la misma se presenta el ajuste lineal de los valores obtenidos en la planta con un coeficiente de determinación de 0.91, esto quiere decir que el ajuste es bueno. Análisis e interpretación de resultados.

En las tablas 3.47 y 3.48 se puede observar que con una turbiedad de agua cruda menor a 150 UNT se obtendrá una turbiedad de agua sedimentada en planta de 5.4 UNT igual que la turbiedad de agua sedimentada en laboratorio. De la figura 3.52 se determina que la eficiencia en planta es mayor a la eficiencia obtenida en laboratorio para turbiedades comprendidas entre 30 – 149 UNT. Se puede notar que la curva de ajuste de los datos de planta se acerca bastante a la curva de los datos obtenidos en laboratorio. 3.6.7. EFICIENCIA

EN

FUNCIÓN

DE

LA

CALIDAD

DEL

AGUA

SEDIMENTADA. Objetivo. ƒ Determinar sobre la base de datos de operación de la planta, la calidad del

agua producida en las unidades de sedimentación. Procedimiento. ƒ Se agruparon los datos de turbiedad de agua sedimentada en rangos

específicos y se calculo la frecuencia de presentación anual, esto se presenta en la tabla 3.49. ƒ Con los datos de la tabla 3.49 se graficó la curva de frecuencia acumulada

con la turbiedad de agua sedimentada, esta se presenta en la fig. 3.53.

140

Datos obtenidos. Tabla 3.49 Turbiedad de agua sedimentada.

Rango

Prom.

0 - 0.99 1 - 1.99 2 - 2.99 3 - 3.99 4 - 4.99 5 - 5.99 6 - 6.99 7 - 7.99 8 - 8.99 9 - 9.99

0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5

Frecuencia Parcial Acumulada 24 24 81 105 40 145 19 164 7 171 4 175 2 177 1 178 1 179 1 180

% 13 58 81 91 95 97 98 99 99 100

Fuente: Elaboración propia. 100 90 Frecuencia acumulada (%)

80 70 60 50 40 30 20 10 1

2

3

4 5 6 Turbiedad (UNT)

7

8

9

10

Figura 3.53 Frecuencia acumulada de turbiedad de agua sedimentada. (Elaboración propia)

Turbiedad mínima = 0.33 UNT. Turbiedad media = 1.30 UNT. Turbiedad máxima = 9.0 UNT. Análisis e interpretación de resultados.

De la figura 3.53 se determinó que el 98% del tiempo la planta presento un efluente con menos 6 UNT y el 60 % del tiempo fue menor 2 UNT.

141

3.7. EVALUACIÓN DEL PROCESO DE FILTRACIÓN. 3.7.1. GEOMETRIA DE LA UNIDAD.

El agua sedimentada es transportada a los filtros por medio de una canal que conecta los 8 filtros, se ha instaurado en los filtros la tasa declinante. Cada filtro consta de un fondo falso en la parte inferior ubicado debajo del drenaje, el drenaje permite el paso del agua en forma descendente durante el proceso de filtración y en forma ascendente cuando se produce la operación de lavado. El sistema de drenaje se caracteriza por tener una vigueta prefabricada de concreto, que durante el lavado distribuye el agua en forma muy pareja en todo el lecho y tiene una gran resistencia estructural, encima del drenaje debe estar la capa de soporte de grava, su función es evitar que la arena se pierda a través del drenaje, por lo que se gradúa de manera que el tamaño mayor de grava sea un poco mas grande que los orificios del drenaje, y el tamaño menor, un poco mas grueso que el tamaño mayor que la arena. Sobre la grava que tiene graduación por capas, se encuentra el medio filtrante doble, es una combinación de capa de arena situada en la parte inferior y antracita en la parte superior. En la parte lateral del filtro se encuentra un canal que tiene dos funciones, este hace que ingrese el agua al filtro para iniciar el proceso de filtración y cuando este se colmata sirve para recolectar el agua del lavado del filtro. El agua sedimentada atraviesa el lecho de filtración y el sistema de drenaje, este desemboca en el fondo falso y transporta sus aguas a un canal de aislamiento que posteriormente comunica con un canal común que une los ocho filtros. En la figura 3.54 se presenta un esquema de los filtros.

142

Figura 3.54 Esquema de los filtros en la Planta de Tratamiento Cala Cala I. (Elaboración propia)

3.7.2. DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LA CALIDAD DEL AGUA FILTRADA. Objetivo. ƒ Determinar a partir de datos de operación de planta, la eficiencia del proceso

de filtración. Procedimiento. ƒ Se agruparon los datos de turbiedad de agua filtrada en rangos específicos y

se calculo la frecuencia de presentación anual. Estos valores se presentan en la tabla 3.50. ƒ Con los datos de la tabla 3.50 se grafico la curva de frecuencia acumulada

con la turbiedad de agua filtrada. Este grafico se presenta en la figura 3.55. Datos obtenidos. Tabla 3.50 Turbiedad de agua filtrada. Rango

Prom.

0 - 0.99 1 - 1.99 2 - 2.99 3 - 3.99 4 - 4.99 6 - 6.99

0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 6.5

Frecuencia Parcial Acumulada % 133 133 75 27 160 90 10 170 96 6 176 99 1 177 99 1 178 100

Fuente: Elaboración propia.

143

100

Frecuencia acumulada (%)

95 90 85 80 75 70 1

2

3 4 Turbiedad (UNT)

5

6

Figura 3.55 Frecuencia acumulada de turbiedad de agua filtrada. (Elaboración propia)

Turbiedad mínima = 0.1 UNT. Turbiedad media = 0.85 UNT. Turbiedad máxima = 6.2 UNT. Análisis e interpretación de resultados.

De la figura 3.55 se determina que el 90% del tiempo el proceso de filtración presenta una turbiedad en el efluente con menos 2 UNT y el 75 % del tiempo fue menor 1 UNT. 3.7.3. DETERMINACION DE LA VELOCIDAD DE FILTRACION.

El caudal de filtración de cada filtro, así como la velocidad de filtración son diferentes en cada unidad de la batería cuando esta operando con tasa declinante. Al instalar la tasa declinante, desfasando las condiciones de operación de los filtros, cada filtro tendrá un diferente estado de colmatación del lecho filtrante, y como su especial diseño no admite mas agua que la que el estado del medio filtrante les permite, todos se encuentran operando con diferentes condiciones de caudal y velocidad. Como se lavan siempre en estricto orden consecutivo, el último que se ha lavado esta tomando mayor caudal y tiene la velocidad más alta. En los anteriores van decreciendo tanto el

144

caudal como la velocidad y el que tiene mas tiempo operando, el mas sucio, es el que tiene las condiciones mínimas de caudal y velocidad. Objetivo. ƒ Determinar velocidad de filtración y comprobar si la relación de velocidad

máxima de operación y velocidad promedio es la adecuada para que el filtro recién lavado produzca agua de buena calidad. Equipos y materiales. ƒ Regla graduada. ƒ Cronometro.

Procedimiento. ƒ Se determinó el área de cada filtro (Af) y el área del lecho filtrante (Alf) de

cada una de las unidades de filtración. ƒ Al procederse al lavado de cada una de las unidades, con el cronometro se

fue registrando el tiempo que tardaba en descender 10 cm. de altura dentro del área del filtro, antes y después del lavado. ƒ Se determinó el volumen filtrado con la siguiente ecuación:

Vol filt = A f *∆h

(3.23)

Donde: Vol filt = Volumen filtrado (m3). Af = Área del filtro (m2).

∆h = Altura de descenso del agua (m). ƒ El caudal filtrado es:

Q = Volfil /t

(3.24)

Donde: Q = Caudal filtrado (m3/s). Vol filt = Volumen filtrado (m3). t = Tiempo (seg.). 145

ƒ Tomando el caudal que corresponde cada filtro, calcular la velocidad de

filtración máxima ( Vf max ) m3/m2·min antes y después del lavado:

Vf max =

Q Af

(3.25)

Donde: Vf max = Velocidad de filtración máxima (m3/m2·min) Q = Caudal filtrado (m3/min). Af = Área del filtro (m2). ƒ

Se determina la velocidad de filtración promedio (Vf prom.) en la batería, que es la relación del caudal de operación de la batería Q en m3/min, con el área del lecho de filtración: Vf prom =

Q Alf

(3.26)

Donde: Vf prom = Velocidad de filtración promedio (m3/m2·min). Q = Caudal de operación (m3/min). Alf = Área del lecho filtrante (m2). ƒ Comprobar la relación =

Vf max = 1.5 , si esta relación es mayor de 1.5, la Vf prom

calidad del agua producida por el filtro recién lavado podría estar deteriorándose. En las tablas 3.51 y 3.52 se presenta los valores hallados del análisis de los filtros. ƒ De las tablas 3.51 y 3.52, antes y después del lavado se saca el promedio

para determinar la velocidad de filtración de ambas.(Ver tabla 3.53)

146

Datos obtenidos. Tabla 3.51 Velocidad de filtración antes del lavado. Filtro # 1 2 3 4 5 6 7 8

Antes del lavado ∆h Vol filt = Af * ∆h Área m2 Tiempo Distancia Vol. Filtrado Af Alf (seg.) (m) m3 13.59 11.44 71 0.1 1.359 13.29 11.14 70 0.1 1.329 13.21 11.06 71 0.1 1.321 13.86 11.71 69 0.1 1.386 13.21 11.06 71 0.1 1.321 13.42 11.27 70 0.1 1.342 13.18 11.03 70 0.1 1.318 13.86 11.69 72 0.1 1.386

Q = Volfil /t Caudal (m3/s) m3/min 0.0191 1.148 0.0190 1.139 0.0186 1.116 0.0201 1.205 0.0186 1.116 0.0192 1.150 0.0188 1.130 0.0193 1.155

Vf max = Q /Alf Vf prom = Q /Af Vfmax / Vf prom Vel de Vel de filtración Relación filtración promedio 0.100 0.085 1.19 0.102 0.086 1.19 0.101 0.085 1.19 0.103 0.087 1.18 0.101 0.085 1.19 0.102 0.086 1.19 0.102 0.086 1.19 0.099 0.083 1.19

Fuente: Elaboración propia. Tabla 3.52 Velocidad de filtración después del lavado. (Elaboración propia) Filtro # 1 2 3 4 5 6 7 8

Despues del lavado Vol filt = Af * ∆h ∆h Área m2 Tiempo Distancia Vol. Filtrado (seg.) Af Alf (m) m3 13.59 11.44 29 0.1 1.359 13.29 11.14 28 0.1 1.329 13.21 11.06 28 0.1 1.321 13.86 11.71 27 0.1 1.386 13.21 11.06 26 0.1 1.321 13.42 11.27 26 0.1 1.342 13.18 11.03 26 0.1 1.318 13.86 11.69 25 0.1 1.386

Q = Volfil /t Caudal (m3/s) m3/min 0.0469 2.812 0.0478 2.868 0.0480 2.882 0.0513 3.080 0.0508 3.048 0.0526 3.158 0.0517 3.101 0.0566 3.394

Vf max = Q /Alf Vf prom = Q /Af Vfmax / Vf prom Vel de Vel de filtración Relación filtración promedio 0.246 0.207 1.19 0.257 0.216 1.19 0.261 0.218 1.19 0.263 0.222 1.18 0.276 0.231 1.19 0.280 0.235 1.19 0.281 0.235 1.19 0.290 0.245 1.19

Fuente: Elaboración propia. Tabla 3.53 Velocidad promedio de filtración.(Elaboración propia) Filtros # Caudal (m3/min) Area total Area del lecho 1 1.980 13.590 11.440 2 2.004 13.290 11.140 3 1.999 13.210 11.060 4 2.143 13.860 11.710 5 2.082 13.210 11.060 6 2.154 13.420 11.270 7 2.115 13.180 11.030 8 2.275 13.860 11.690

Vfmax. 0.173 0.180 0.181 0.183 0.188 0.191 0.192 0.195

Vfprom. Vfmax/Vfprom 0.146 1.19 0.151 1.19 0.151 1.19 0.155 1.18 0.158 1.19 0.161 1.19 0.161 1.19 0.164 1.19

Fuente: Elaboración propia.

Análisis e interpretación de resultados.

En la tabla 3.53 se puede observar que la relación de velocidad de filtración máxima con la velocidad de filtración promedio es menor que 1.5 por lo tanto la calidad del agua producida por el filtro es buena, en la misma tabla se determina que el filtro # 8 fue el ultimo en lavarse, debido a que tiene la

147

velocidad máxima de filtración, mientras que el filtro # 1 es el próximo ha ser lavado, debido a que en esta se tiene la velocidad mínima de filtración. De la misma tabla se determina que la batería de filtros esta operando con tasa declinante. 3.7.4. DETERMINACIÓN DEL ESPESOR DEL MEDIO FILTRANTE.

La realización de esta prueba es muy importante ya que el espesor del medio filtrante influye en la expansión de la arena y en la turbiedad que se desea obtener del filtro. En ciertas ocasiones la pérdida del medio filtrante se debe a que no se ha colocado el espesor y granulometría apropiada de arena y antracita sobre la capa de soporte de grava, o también se puede deber a una tasa de lavado muy alta que hace que la arena y la antracita se pierdan con el lavado del filtro. Objetivo. ƒ Determinar la profundidad del medio filtrante.

Equipos y materiales. ƒ Varilla de ½” de diámetro graduada. En la figura 3.56 se presenta un

esquema del equipo usado.

Figura 3.56 Esquema del ensayo para determinar la profundidad del lecho filtrante. (Elaboración propia)

148

Procedimiento. ƒ Después de lavar el filtro, se dejo secar la superficie del medio filtrante

durante unos minutos para que el agua escurra totalmente del lecho filtrante y se introduce la varilla metálica hasta encontrar la capa de grava. ƒ Se registro la longitud de la porción de la varilla introducida en 25 puntos de

cada uno de los filtros. Estos resultados se presentan en la tabla 3.54. ƒ A partir de la tabla 3.54 se graficaron las curvas de alturas del lechos

filtrante iguales de cada uno de los filtros. Estos resultados se presentan en las figuras 3.57a 3.64. Datos obtenidos. Tabla 3.54 Registro de espesores los diferentes puntos del medio filtrante en cada filtro. Filtro # Punto # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

X 0.00 0.62 1.23 1.85 2.46 0.00 0.62 1.23 1.85 2.46 0.00 0.62 1.23 1.85 2.46 0.00 0.62 1.23 1.85 2.46 0.00 0.62 1.23 1.85 2.46

1 Y 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.08 1.08 1.08 1.08 1.08 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 3.23 3.23 3.23 3.23 3.23 4.30 4.30 4.30 4.30 4.30

Elev 0.65 0.70 0.72 0.68 0.71 0.65 0.66 0.65 0.69 0.67 0.68 0.69 0.69 0.76 0.72 0.71 0.71 0.72 0.68 0.71 0.70 0.74 0.74 0.71 0.71

X 0.00 0.60 1.20 1.79 2.39 0.00 0.60 1.20 1.79 2.39 0.00 0.60 1.20 1.79 2.39 0.00 0.60 1.20 1.79 2.39 0.00 0.60 1.20 1.79 2.39

2 Y 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.08 1.08 1.08 1.08 1.08 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 3.23 3.23 3.23 3.23 3.23 4.30 4.30 4.30 4.30 4.30

Elev 0.72 0.77 0.77 0.75 0.72 0.72 0.75 0.74 0.76 0.74 0.69 0.68 0.76 0.72 0.76 0.76 0.76 0.77 0.74 0.75 0.76 0.76 0.72 0.72 0.76

X 0.00 0.62 1.23 1.85 2.46 0.00 0.62 1.23 1.85 2.46 0.00 0.62 1.23 1.85 2.46 0.00 0.62 1.23 1.85 2.46 0.00 0.62 1.23 1.85 2.46

3 Y 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.08 1.08 1.08 1.08 1.08 2.17 2.17 2.17 2.17 2.17 3.25 3.25 3.25 3.25 3.25 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33

Elev 0.68 0.73 0.74 0.71 0.71 0.68 0.70 0.69 0.72 0.70 0.68 0.68 0.72 0.74 0.74 0.73 0.73 0.74 0.71 0.73 0.73 0.75 0.73 0.71 0.73

X 0.00 0.60 1.20 1.79 2.39 0.00 0.60 1.20 1.79 2.39 0.00 0.60 1.20 1.79 2.39 0.00 0.60 1.20 1.79 2.39 0.00 0.60 1.20 1.79 2.39

4 Y 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.08 1.08 1.08 1.08 1.08 2.17 2.17 2.17 2.17 2.17 3.25 3.25 3.25 3.25 3.25 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33

Elev 0.72 0.75 0.78 0.76 0.73 0.72 0.74 0.74 0.76 0.75 0.73 0.73 0.76 0.76 0.77 0.78 0.76 0.77 0.75 0.76 0.76 0.76 0.75 0.74 0.75

149

Tabla 3.54 Registro de espesores los diferentes puntos del medio filtrante en cada filtro. (Continuación) Filtro # Punto # 5 6 7 8 X Y Elev X Y Elev X Y Elev X Y Elev 1 0.00 0.00 0.77 0.00 0.00 0.84 0.00 0.00 0.70 0.00 0.00 0.94 2 0.59 0.00 0.77 0.60 0.00 0.80 0.59 0.00 0.74 0.63 0.00 0.92 3 1.18 0.00 0.82 1.20 0.00 0.88 1.18 0.00 0.76 1.25 0.00 0.93 4 1.76 0.00 0.81 1.80 0.00 0.86 1.76 0.00 0.76 1.88 0.00 0.86 5 2.35 0.00 0.76 2.40 0.00 0.90 2.35 0.00 0.62 2.50 0.00 0.89 6 0.00 1.08 0.76 0.00 1.08 0.81 0.00 1.08 0.72 0.00 1.08 0.85 7 0.59 1.08 0.78 0.60 1.08 0.81 0.59 1.08 0.76 0.63 1.08 0.85 8 1.18 1.08 0.78 1.20 1.08 0.84 1.18 1.08 0.73 1.25 1.08 0.84 9 1.76 1.08 0.81 1.80 1.08 0.84 1.76 1.08 0.78 1.88 1.08 0.84 10 2.35 1.08 0.80 2.40 1.08 0.92 2.35 1.08 0.68 2.50 1.08 0.90 11 0.00 2.17 0.79 0.00 2.17 0.80 0.00 2.16 0.78 0.00 2.17 0.87 12 0.59 2.17 0.78 0.60 2.17 0.82 0.59 2.16 0.75 0.63 2.17 0.85 13 1.18 2.17 0.79 1.20 2.17 0.81 1.18 2.16 0.78 1.25 2.17 0.84 14 1.76 2.17 0.78 1.80 2.17 0.86 1.76 2.16 0.70 1.88 2.17 0.86 15 2.35 2.17 0.81 2.40 2.17 0.84 2.35 2.16 0.78 2.50 2.17 0.92 16 0.00 3.25 0.82 0.00 3.25 0.90 0.00 3.24 0.75 0.00 3.25 0.84 17 0.59 3.25 0.79 0.60 3.25 0.82 0.59 3.24 0.76 0.63 3.25 0.84 18 1.18 3.25 0.80 1.20 3.25 0.82 1.18 3.24 0.78 1.25 3.25 0.82 19 1.76 3.25 0.80 1.80 3.25 0.86 1.76 3.24 0.75 1.88 3.25 0.90 20 2.35 3.25 0.80 2.40 3.25 0.86 2.35 3.24 0.74 2.50 3.25 0.91 21 0.00 4.33 0.80 0.00 4.33 0.90 0.00 4.32 0.70 0.00 4.33 0.89 22 0.59 4.33 0.77 0.60 4.33 0.82 0.59 4.32 0.72 0.63 4.33 0.89 23 1.18 4.33 0.77 1.20 4.33 0.82 1.18 4.32 0.72 1.25 4.33 0.90 24 1.76 4.33 0.77 1.80 4.33 0.85 1.76 4.32 0.70 1.88 4.33 0.91 25 2.35 4.33 0.77 2.40 4.33 0.85 2.35 4.32 0.70 2.50 4.33 0.91 Fuente: Elaboración propia.

Análisis e interpretación de resultados.

El espesor del medio filtrante en planta debería ser de 1.20 m., mediante las figuras 3.57 a 3.64, se observa que estas condiciones no se cumplen. El espesor del lecho filtrante varía entre: Filtro 1: 0.66 – 0.75 m. Filtro 2: 0.69 – 0.76 m. Filtro 3: 0.68 – 0.73 m. Filtro 4: 0.72 – 0.77 m. Filtro 5: 0.77 – 0.80 m. Filtro 6: 0.81 – 0.89 m. Filtro 7: 0.65 – 0.77 m Filtro 8: 0.83 – 0.91 m. 150

Figura 3.57. Espesores del medio filtrante filtro 1. (Elaboración propia)

151

Figura 3.58. Espesores del medio filtrante filtro 2. (Elaboración propia)

152

Figura 3.59. Espesor del medio filtrante filtro 3. (Elaboración propia)

153

Figura 3.60. Espesor del medio filtrante filtro 4. (Elaboración propia)

154

Figura 3.61. Espesor del medio filtrante filtro 5. (Elaboración propia)

155

Figura 3.62. Espesor del medio filtrante filtro 6. (Elaboración propia)

156

Figura 3.63. Espesor del medio filtrante filtro 7. (Elaboración propia)

157

Figura 3.64. Espesor del medio filtrante filtro 8. (Elaboración propia)

158

3.7.5. DETERMINACIÓN DE LA EXPANSIÓN DEL MEDIO FILTRANTE.

La expansión del medio filtrante depende del caudal de lavado y del peso de los granos de arena. Este último varía de acuerdo con el diámetro del material granular. Objetivo. ƒ Determinar la expansión del medio filtrante durante la operación de lavado.

Equipos y materiales. ƒ Varilla metálica con cajas soldadas a una distancia de 5 centímetros entre los

bordes. En la figura 3.65 se presenta un esquema del equipo usado.

Figura 3.65 Esquema del medidor de expansión del lecho filtrante. (Elaboración propia)

Procedimiento. ƒ Antes de iniciar el lavado del filtro, se situó la varilla dentro del mismo,

colocando el extremo inferior encima del lecho filtrante. ƒ Se procedió a efectuar el lavado. ƒ Después de 3 minutos, se retiro suavemente la varilla, se verifico cuantas

cajas estaban llenas de material filtrante se midió la distancia ∆h entre la caja más alta que contenga arena y el extremo inferior de la varilla. ƒ Se determinó la altura del lecho filtrante (h).

159

ƒ Se calculó el porcentaje de expansión (E) del lecho filtrante, mediante la

siguiente expresión: E=

∆h ·100 h

(3.27)

Donde: E = Expansión del lecho filtrante (%).

∆h = Altura de las cajas que tiene arena (m) h = Altura del medio filtrante (m). Datos obtenidos.

Los resultados de esta prueba se presentan en la tabla 3.55. Tabla 3.55 Expansión del medio filtrante.

Filtro # 1 2 3 4 5 6 7 8

∆h (m) 0.32 0.33 0.32 0.33 0.32 0.33 0.32 0.32

h (m) Expansión prom. 0.75 42.67 0.76 43.42 0.73 43.84 0.77 42.86 0.8 40.00 0.89 37.08 0.77 41.56 0.91 35.16

Fuente: Elaboración propia.

Análisis e interpretación de resultados.

Para que el lavado del medio filtrante sea correcto, debe producirse una expansión del 25 al 30 % del mismo. Se puede observar que la expansión en los filtros es mayor al 35 % esto se debe a la perdida gradual de la arena y la antracita en los procesos de lavado realizados históricamente. De la tabla 3.55 se determinó que a menor espesor del medio filtrante la expansión es mayor y que a mayor espesor del medio filtrante la expansión es menor.

160

3.7.6. DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE LAVADO DE LOS FILTROS. Objetivo. ƒ Determinar la velocidad de lavado de cada uno de los filtros.

Equipos y materiales. ƒ Regla graduada. ƒ Cronometro.

Procedimiento. ƒ Se determino el área de cada filtro (Af) y el área del lecho filtrante (Alf) de

cada una de las unidades de filtración. ƒ Se dejo secar la superficie del filtro durante unos minutos para que el agua

se escurra totalmente del medio filtrante, se introduce la regla graduada hasta tocar la superficie de arena. ƒ Al realizarse el lavado de cada una de la unidad de filtración, se fue

registrando con el cronometro el tiempo que tardaba en ascender 10 cm de altura dentro del área del lecho filtrante. ƒ Se determino el volumen de lavado con la siguiente ecuación:

Vol filt = A f *∆h

(3.28)

Donde: Vol filt = Volumen filtrado (m3). Af = Área del filtro (m2).

∆h = Altura de ascenso del agua (m). ƒ El caudal de lavado se calcula mediante la siguiente expresión:

Q = Volfil /t

(3.29)

Donde: Q = Caudal filtrado (m3/s). t = Tiempo (seg). 161

ƒ Tomando el caudal de lavado que le corresponde a cada filtro, calcular la

velocidad de lavado (V) m3/m2·min: V=

Q A lf

(3.30)

Donde: V = Velocidad de lavado (m3/m2·min) Alf = Área del lecho filtrante (m2). Datos obtenidos.

En la tabla 3.56 se presenta los resultados del ensayo. Tabla 3.56 Determinación de la velocidad de lavado de los filtros. Filtro # 1 2 3 4 5 6 7 8

Área m2 Af Alf 13.59 11.44 13.29 11.14 13.21 11.06 13.86 11.71 13.21 11.06 13.42 11.27 13.18 11.03 13.86 11.69

Tiempo Distancia (seg.) (m) 54 0.1 56 0.1 78.0 0.1 79.0 0.1 78 0.1 78.0 0.1 79.0 0.1 78.0 0.1

Vol. Filtrado 1.359 1.329 1.321 1.386 1.321 1.342 1.318 1.386

Velocidad de lavado Caudal m3/m2·min (m3/s) m3/min. 0.0252 1.510 0.132 0.0237 1.424 0.128 0.0169 1.016 0.092 0.0175 1.053 0.090 0.0169 1.016 0.092 0.0172 1.032 0.092 0.0167 1.001 0.091 0.0178 1.066 0.091

Fuente: Elaboración propia.

Análisis e interpretación de resultados.

La velocidad promedio de lavado del medio filtrante es de 0.10 m3/m2·min. De la tabla 3.56 se determinó que la velocidad de lavado del filtro 1 y 2 es mayor en relación con los demás filtros, esto se atribuye a la variación que existe del ancho del vertedero por donde ingresa el caudal para el lavado. 3.7.7. DETERMINACIÓN DE LA DURACIÓN DEL PROCESO DE LAVADO. Objetivo. ƒ Determinar el tiempo de lavado de los filtros.

Equipos y materiales. ƒ 16 frascos de 120 ml. ƒ

Cronómetro. 162

ƒ

Turbidimetro.

Procedimiento. ƒ Se numeraron los frascos para posteriormente ir tomando muestras. ƒ Al iniciar el proceso de lavado normal del filtro se tomo la primera muestra

en el instante en que cae la primera lámina de agua de lavado sobre la canaleta, las muestras se tomaron cada minuto hasta ver que el agua esta aclarando y se pueda ver el borde de la canaleta. ƒ Se determinó la turbiedad de las muestras y se grafico una curva de

turbiedad versus tiempo en papel logarítmico-aritmético. ƒ Se realizó el mismo procedimiento para todos los filtros. Los resultados del

análisis se presentan en la tabla 3.57 y figuras 3.66 y 3.67. ƒ De las figuras 3.66 – 3.67 se determinó el tiempo de duración de lavado.

Datos obtenidos.

Los resultados de análisis se presentan en la tabla 3.57. Tabla 3.57 Duración de la operación de lavado de los filtros. Tiempo (min.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1 3.5 30 85 169 90 50 26 13.2 11.6 8.4 7.6 6.1 5.6 5.3 5 4.9

2 3.1 52 164 82 47 28 12.9 12.2 8.5 7.8 6.7 6.3 5.8 5.5 5.1 5

3 3.3 55 90 176 40 23 11 10.5 9.2 8.5 7.4 6.2 5.7 5.4 5.3 5

Filtro # Turbiedad UNT 4 5 5.5 3.6 167 65 135 180 95 115 60 55 49 26 25 13.6 12.5 12 11.3 10.5 10.2 9.4 9.3 8.3 8.5 7.6 7.3 6.5 6.2 5.5 5.6 5.3 5.5 5.1

6 5.3 150 180 127 85 59 35 26.5 19.8 15.6 13.6 11.2 9.3 7.5 5.2 5

7 4.2 78 195 117 58 27 14 13.6 10.9 9.6 8.7 7.4 6.3 5.7 5.4 5.2

8 4.5 120 200 160 90 55 26 15 12.6 10.2 9.3 8.2 7.5 7 5.5 5.3

Fuente: Elaboración propia.

163

Turbiedad (UNT)

1000

filtro 1 filtro 2 filtro 3 filtro 4

100

10

1 1

2

3

4

5

6

7

8 9 10 Tiempo (min)

11

12

13

14

15

16

Figura 3.66. Duración de operación de lavado filtros 1 - 4. (Elaboración propia)

Turbiedad (UNT)

1000

filtro 5 filtro 6 filtro 7 filtro 8

100

10

1 1

2

3

4

5

6

7 8 9 10 Tiempo (min)

11

12

13

14

15

16

Figura 3.67 Duración de operación de lavado filtros 5 - 8. (Elaboración propia)

Análisis e interpretación de resultados.

Cuando se realiza el lavado de un filtro, la turbiedad del agua de lavado aumenta rápidamente al principio y puede llegar a valores superiores a 1.000 UNT y luego a medida que la arena se va limpiando, la turbiedad va disminuyendo. Analizando esta curva, se puede determinar el tiempo de lavado más conveniente.

164

El tiempo de lavado también varía con la calidad del agua cruda. En la época de lluvia, cuando la turbiedad es alta, el tiempo de lavado necesario suele ser mayor que en época de sequía donde el agua es relativamente clara. De las figuras 3.66 y 3.67 se determinó que la duración de la operación de lavado es 15 min, por que la turbiedad obtenida para este tiempo es 5 UNT. A medida que se inicie el proceso de filtración, después del lavado, la turbiedad del agua filtrada será menor de 5 UNT. 3.7.8. DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DE FILTRADO INICIAL. Objetivo. ƒ Determinar el comportamiento del filtro al iniciar el proceso y el tiempo que

demora en alcanzar la turbiedad normal. Equipos y materiales. ƒ 25 recipientes de 120 ml. ƒ Turbidimetro.

Procedimiento. ƒ Se tomaron muestras al concluir la operación de lavado y al iniciar la

operación de filtrado. ƒ Las muestras se tomaron en el canal de aislamiento a salida cada uno de los

filtros, durante cada minuto hasta completar 25 min. ƒ Se determinó la turbiedad de cada una de las muestras. ƒ Se realizo este procedimiento para cada uno de los filtros. ƒ Se grafico la turbiedad versus tiempo de filtrado en papel logarítmico-

aritmético. Datos obtenidos.

Los resultados del análisis de las muestras se presentan en la tabla 3.58.

165

Tabla 3.58. Valores obtenidos para calidad de filtrado inicial. Tiempo (min.) 1 0.700 0.800 0.820 0.870 0.920 0.980 1.110 1.080 1.010 0.960 0.890 0.860 0.880 0.700 0.750 0.730 0.620 0.680 0.590 0.570 0.420 0.330 0.350 0.340 0.320

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

2 0.700 0.760 0.810 0.800 0.950 0.910 0.980 1.010 0.830 0.800 0.550 0.580 0.510 0.660 0.480 0.520 0.370 0.310 0.330 0.310 0.340 0.330 0.310 0.350 0.340

3 0.750 0.780 0.815 0.835 0.935 0.945 1.070 1.045 0.920 0.880 0.720 0.740 0.695 0.680 0.615 0.625 0.550 0.495 0.440 0.460 0.380 0.330 0.340 0.345 0.330

Filtro # Turbiedad UNT 4 5 0.700 0.700 0.810 0.740 0.770 0.860 0.818 0.840 0.943 0.895 0.928 0.975 1.025 1.020 1.100 1.100 0.980 1.090 0.840 1.010 0.760 0.980 0.700 1.000 0.603 0.950 0.670 0.910 0.548 0.775 0.573 0.735 0.460 0.675 0.403 0.550 0.420 0.590 0.350 0.490 0.360 0.405 0.350 0.355 0.325 0.345 0.340 0.330 0.320 0.335

6 0.720 0.760 0.870 0.850 0.900 1.000 1.050 1.200 1.090 1.120 1.150 0.980 1.000 0.950 0.890 0.750 0.760 0.600 0.500 0.550 0.420 0.390 0.340 0.350 0.330

7 0.690 0.720 0.820 0.850 0.890 0.950 0.990 1.120 1.150 1.100 1.200 0.950 0.970 0.830 0.660 0.720 0.590 0.500 0.550 0.430 0.390 0.320 0.350 0.330 0.340

8 0.700 0.800 0.850 0.890 0.990 1.100 1.310 1.810 1.870 1.720 1.750 1.600 1.540 1.300 1.000 0.940 0.850 0.830 0.650 0.500 0.420 0.400 0.330 0.350 0.330

Fuente: Elaboración propia.

A partir de los valores presentados en la tabla 3.58 se graficaron en papel log-normal el tiempo versus la turbiedad del agua, esto se presenta en las figuras 3.68 y 3.69.

Turbiedad (UNT)

10

Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4

1

0.1 1

4

7

10

13 Tiempo (min)

16

19

22

25

Figura 3.68 Calidad de filtrado inicial filtros 1 - 4. (Elaboración propia)

166

Turbiedad (UNT)

10

Filtro 5 Filtro 6 Filtro 7 Filtro 8

1

0.1 1

4

7

10

13 Tiempo (min)

16

19

22

25

Figura 3.69 Calidad de filtrado inicial filtros 5 - 8. (Elaboración propia)

Análisis e interpretación de resultados.

Después del proceso de lavado la calidad de agua que sale de inicio producto de la filtración por lo general tiene una turbiedad mayor que la del resto del agua filtrada, debido a que una parte de las partículas que se desprendieron durante el lavado todavía permanecen en el filtro y escurren al entrar en servicio el filtro. De la figura 3.68 y 3.69 se determinó la turbiedad de la calidad de filtrado inicial empieza a estabilizarse a los 22 min. 3.7.9. DETERMINACIÓN DE LA DURACIÓN DE LAS CARRERAS DE FILTRACIÓN.

La carrera de filtración es el intervalo de tiempo entre lavados de un filtro. Objetivo. ƒ Determinar la duración de las carreras de filtración

Procedimiento. ƒ De los datos obtenidos de control de lavado de los filtros se determinó la

duración de las carreras de filtración.

167

Datos obtenidos.

Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 3.59. Tabla 3.59 Duración de las carreras de filtración. Dias 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Julio 22 24 24 24 36 32 30 28 32 39 30 30 31 32 32 28 36 36 32 29 30 32 33 30 33 33 33 30 33 32 33

Carrera de filtrtación (Hrs) Agosto Septiembre Octubre 29 30 16 33 31 16 30 31 17 31 29 17 32 26 16 28 29 28 30 25 24 30 29 21 30 23 24 32 26 21 32 23 21 33 16 23 33 17 16 31 17 21 31 19 18 33 18 21 30 18 24 29 22 21 31 19 21 31 19 18 31 22 18 29 18 21 30 16 18 28 13 21 33 16 21 28 19 19 32 23 16 33 18 20 29 13 19 30 18 20 32 19

Noviembre 24 24 18 21 16 18 21 21 22 23 18 18 22 19 15 17 22 14 14 16 16 17 16 17 33 22 13 23 20 16

Fuente: Elaboración propia.

Análisis e interpretación de resultados.

Con los datos de la tabla 3.59 se determinó que una carrera de filtración esta comprendida entre 13 – 39 horas, esto depende de la calidad del agua coagulada o sedimentada que reciba. En promedio la duración de la carrera de filtración es de 24 horas.

168

3.7.10. CONTROL

DE

TURBIEDADES

DE

LA

PLANTA

DE

TRATAMIENTO.

La forma mas adecuada para determinar la eficiencia es el control de turbiedades, esto se realiza mediante la obtención de muestras de agua a la salida de cada unidad. En la figura 3.70 se muestra un esquema de ubicación de los puntos de muestreo.

Figura 3.70. Esquema de puntos de muestreo para el control de turbiedades. (Elaboración propia)

Objetivo. ƒ Determinar la eficiencia de la planta de tratamiento en función de las

turbiedades existentes a la salida de cada unidad.

169

Equipos y materiales. ƒ Frascos de muestreo de 120 ml. ƒ Turbidimetro.

Procedimiento. ƒ Se tomaron muestras de agua de la Planta de Tratamiento, estas están

ubicadas a la salida de cada una de las unidades, el esquema de ubicación de los diferentes puntos de muestreo se observan en la figura 3.70. ƒ Se determinó la turbiedad de cada una de las muestras y la eficiencia (e) a

partir de la siguiente expresión: e = 1−

Turb prom.entrada Turb prom.salida

(3.31)

Datos obtenidos.

Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 3.60. Análisis e interpretación de resultados.

Los resultados de la tabla 3.60 muestran que la remoción de turbiedad en los sedimentadores es del 90 % de turbiedad en función de la calidad del agua cruda y que la remoción de turbiedad en los filtros es del 74 % de turbiedad en función de la turbiedad del agua sedimentada. Se observo que la remoción de turbiedad en la planta de tratamiento en función de la calidad del agua cruda es mayor durante el proceso de sedimentación y se completa con la remoción que se produce en los filtros.

170

Tabla 3.60 Control de turbiedades de la planta de tratamiento. Puntos de muestreo

236

260

268

Cruda Entr. Floc. Sal. Floc. Entr. sed. 1 Entr. sed. 2 Entr. sed. 3 Promedio 7 Sal. sed. 1 8 Sal. sed. 2 9 Sal. sed. 3 Promedio Eficiencia 10 Entr. Fil. 1 11 Entr. Fil. 2 12 Entr. Fil. 3 13 Entr. Fil. 4 14 Entr. Fil. 5 15 Entr. Fil. 6 16 Entr. Fil. 7 17 Entr. Fil. 8 Promedio 18 Sal. Fil. 1 19 Sal. Fil. 2 20 Sal. Fil. 3 21 Sal. Fil. 4 22 Sal. Fil. 5 23 Sal. Fil. 6 24 Sal. Fil. 7 25 Sal. Fil. 8 Promedio Eficiencia

4.4 4.4 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 1.3 1.2 1.3 1.27 0.71 1.2 1.1 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.2 1.2 0.6 0.5 0.65 0.5 0.55 0.6 0.65 0.55 0.58 0.52

7.7 7.7 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 1.1 1.2 1.2 1.17 0.85 1.3 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.2 1.3 1.24 0.5 0.55 0.54 0.5 0.6 0.5 0.6 0.6 0.55 0.56

15 15 15 15 15 15 15 2.7 2.8 2.9 2.8 0.81 2.8 2.9 2.9 2.8 2.9 2.7 2.9 2.9 2.85 0.3 0.6 0.32 0.6 0.5 0.6 1 0.3 0.53 0.81

1 2 3 4 5 6

Caudal 414 350 384 372 Turbiedades (UNT) 20 30 60 150 310 20 30 60 150 310 20 29 59 148 307 20 29 59 148 307 20 29 59 148 307 20 29 59 148 307 20 29 59 148 307 1.6 1.7 4.5 8.3 29 1.7 1.6 4.7 8.4 30 1.4 1.55 4.6 8.2 30 1.57 1.62 4.6 8.3 29.7 0.92 0.94 0.92 0.94 0.9 1.5 1.45 4.5 8.3 29 1.6 1.7 4.4 8.4 28 1.5 1.5 4.6 8.2 29 1.55 1.6 4.5 8.3 30 1.5 1.7 4.4 8.4 29 1.5 1.8 4.5 5.3 28 1.5 1.7 4.6 8.5 30 1.6 1.8 4.7 8.4 29 1.53 1.66 4.53 7.98 29 0.28 0.34 0.7 2.7 6.5 0.5 0.36 0.6 2.8 6.7 0.35 0.35 0.55 2.6 6.5 0.5 0.32 0.7 2.7 6.8 0.4 0.33 0.76 2.6 6.7 0.5 0.36 0.7 2.9 6.9 0.7 0.45 0.8 2.8 6.7 0.6 0.36 0.8 2.9 6.8 0.48 0.36 0.7 2.75 6.7 0.69 0.78 0.85 0.66 0.77 374

394

399

426

46 46 42 42 42 42 42 3.3 3.9 4.5 3.9 0.91 3 2.9 3.1 3.2 3.3 4.2 4.4 4.5 3.58 0.35 0.39 0.43 0.55 0.79 0.88 0.91 0.97 0.66 0.82

50 50 48 48 48 48 48 3.6 3.8 4.2 3.87 0.92 3.6 3.6 3.7 3.7 4 4.2 4.2 4.2 3.9 0.7 0.6 0.55 0.7 0.76 0.7 0.8 0.8 0.7 0.82

74 74 72 72 72 72 72 4.6 4.8 4.9 4.77 0.93 4.7 4.8 4.8 4.7 4.8 4.7 4.9 4.8 4.78 0.83 0.84 0.83 0.79 0.83 0.84 0.84 0.83 0.83 0.83

Fuente: Elaboración propia.

3.8. EVALUACIÓN DEL PROCESO DE DESINFECCIÓN.

Mediante el canal común que existe en los filtros se recoge el agua filtrada y es transportada por medio de un vertedero a una cámara donde se realiza la dosificación de la solución de hipoclorito de calcio, el agua tratada es conducida por medio de una tubería al tanque de contacto para que la solución añadida pueda actuar sobre el agua y así poder cumplir con los parámetros exigidos por la Norma Boliviana NB 512, posteriormente es transportada a los tanques de almacenamiento para finalmente ser distribuida. En la figura 3.71 se muestra un esquema del funcionamiento de la unidad.

171

Figura 3.71 Esquema del punto de cloración de la Planta de Tratamiento. (Elaboración propia)

La solución de de hipoclorito de calcio se la prepara en la sala de cloración, donde en dos tanques con capacidad de 2000 litros cada uno se adiciona 50 Kg. De hipoclorito de calcio en cada tanque. 3.8.1. DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA DE CLORO.

Este método de control es adecuado para la determinación de la cantidad de solución de hipoclorito de calcio que se necesita para producir determinada cantidad de cloro residual y obtener la calidad de agua potable que se necesita asegurando la calidad bacteriológica. Objetivo. ƒ Determinar la demanda de cloro por medio del punto de quiebre (Braek

Point) y obtener la dosis necesaria de hipoclorito de calcio para dejar una cantidad de cloro residual en el agua de la Planta de Tratamiento. Equipos y materiales. ƒ Comparador de cloro, equipo para la determinación de cloro residual. ƒ Pastillas DPD (N,N Dietil-p-Fenilen-di-amina) para determinar el cloro

residual. ƒ 14 matraces de 1 litro de capacidad.

172

ƒ Pipetas para dosificar la solución de cloro. ƒ

Agua destilada.

Procedimiento. ƒ Se preparó una solución de hipoclorito de calcio al 1%. ƒ Se llenarón los matraces con el agua que se recogió la salida de los filtros. ƒ Se añadió diferentes dosis de la solución con una pipeta a los matraces, la

adición de la solución debe incrementar en forma progresiva y debe hacerse al mismo tiempo en todos los matraces. ƒ Se mezcló la solución añadida. ƒ Se dejo pasar 30 min. y se determinó la cantidad de cloro residual. Los

valores obtenidos se presentan en la tabla 3.61. ƒ Con los valores de la tabla 3.61 se grafico la dosis de hipoclorito de calcio

versus el cloro residual, esto se presentan en la figura 3.72, este grafico se denomina curva de demanda de cloro. Datos obtenidos. Tabla 3.61 Determinación de la demanda de cloro.

Prueba # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Dosis de hipoclorito de calcio mg/l 0.3 0.5 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.5 2.7 2.8 3

Cloro residual 0.25 0.48 0.76 1 1.15 0.9 1.25 1.55 1.7 1.8 1.85 1.85 1.85 1.85

Fuente: Elaboración propia.

173

2.0 1.8

Cloro residual (mg/l)

1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Dosis hipoclorito de calcio (mg/l)

Figura 3.72 Demanda de cloro por medio del punto de quiebre. (Elaboración propia)

Análisis e interpretación de resultados.

En la figura 3.72 se observa que el punto de quiebre necesita una dosis de 1.4 mg/l de hipoclorito de calcio para dejar una cantidad de cloro residual de 0.9 mg/l. La Norma Boliviana determina que la cantidad de cloro residual debe estar comprendida entre 0.3 a 1 mg/l. Por lo mencionado se puede decir que se cumple con el parámetro exigido por Norma. 3.8.2. DETERMINACIÓN DEL TIEMPO REAL EN EL TANQUE DE MEZCLA. Objetivo. ƒ Determinar el tiempo real en la que la solución de hipoclorito de calcio

permanece en contacto con la masa de agua, antes de ingresar a los tanques almacenamiento. Equipos y materiales. ƒ Comparador de cloro, equipo para la determinación de cloro residual.

174

ƒ Pastillas DPD (N,N Dietil-p-Fenilen-di-amina) para determinar el cloro

residual. ƒ Agua destilada.

Procedimiento. ƒ Se tomó una muestra de agua clorada a la salida del tanque de mezcla y se

determinó la cantidad de cloro residual presente. ƒ Se incrementó súbitamente la dosis de cloro en 30%, y a partir de este mo-

mento, este se estableció como punto de partida para el ensayo, se fue tomando muestras a la salida del tanque de mezcla. En la tabla 3.62 se presenta los valores de cloro residual hallados. ƒ El intervalo de tiempo transcurrido entre el incremento de la dosis que estaba

aplicado a la solución de hipoclorito de calcio y la presencia del incremento de cloro residual a la salida del tanque de mezcla indica el tiempo de retención real (Tr) entre el punto de aplicación del cloro y el tanque de mezcla donde se tomaron las muestras. Datos obtenidos. Tabla 3.62 Tiempo real del tanque de mezcla.

Prueba # T (min) Cloro residual 1 0 0.00 2 5 0.00 3 10 0.10 4 15 0.35 5 18 0.50 6 20 0.60 7 23 0.70 8 25 0.75 9 28 0.80 10 30 0.85 11 33 0.87 12 35 0.87 13 40 0.87 Fuente: Elaboración propia.

175

En la figura 3.73 se presentan la relación entre el tiempo transcurrido de toma de muestras versus la cantidad de cloro residual medidos a las salida del tanque de mezcla. 0.90 0.80

Cloro residual (mg/l)

0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0

5

10

15

20 25 Tiempo (min)

30

35

40

Figura 3.73. Tiempo real del tanque de mezcla en función del cloro residual. (Elaboración propia)

Análisis e interpretación de resultados.

El tiempo real que transcurre entre el punto de dosificación de la solución de hipoclorito de calcio y la salida del tanque de mezcla es de 33 min. 3.7.1. DETERMINACIÓN DEL INDICE DE LANGELIER.

El índice de Langelier establece el carácter incrustante o corrosivo del agua. Si IL es negativo el agua con tendencia corrosiva, por otro lado, para valores de IL positivos el agua tendrá una tendencia incrustante. Objetivo. ƒ Determinar si el agua a la salida de los filtros es corrosiva o incrustante.

Procedimiento. ƒ El índice de Langelier se define teóricamente mediante la siguiente

expresión:

IL = pH − pHs

(3.32) 176

Donde: IL = Índice de Lagelier pH = El pH de la muestra de agua. pHs = El valor de pH al que comenzaría a precipitar Carbonato Cálcico (CaCO3) ƒ El valor de IL se calcula en el laboratorio, sin embargo puede hacerse una

aproximación bastante buena aplicando las siguientes fórmulas empíricas desarrolladas por Langelier:

pHs = (9.3 + A + B) − (C + D) 1 A = ·[ log(SDT) − 1] 10 B = −13.12·log[T(º C) + 273] + 34.55 C = log(TH) − 0.4 D = log(TAC)

(3.33) (3.34) (3.35) (3.36) (3.37)

Donde: SDT = Sólidos disueltos totales mg/l. T = Temperatura ºC. TH = Dureza mg/l de CaCO3. TAC = Alcalinidad en mg/l de CaCO3. Datos obtenidos.

A=

1 1 ·[ log(SDT) − 1] = ·[ log(58) − 1] = 0.076 10 10

B = −13.12·log[T(º C) + 273] + 34.55 B = −13.12·log[T(25) + 273] + 34.55 = 2.08 C = log(TH) − 0.4 = log(38.09) − 0.4 = 1.18

D = log(TAC) = log(24.50) = 1.39 pHs = (9.3 + A + B) − (C + D) pHs = (9.3 + 0.076 + 2.08) − (1.18 + 1.39) = 8.886

IL = pH − pHs 177

IL = pH − pHs = 7.2 − 8.88 = −1.6 Análisis e interpretación de resultados.

El valor del índice de Langelier obtenido es de -1.6, por lo tanto, el agua tiene tendencia corrosiva. La norma estable que el índice de Langelier varía entre -0.5 y 0.5, pero para sistemas con tubería metálica, considerando que la tubería del sistema de agua potable es de PVC, esta tendencia corrosiva no afecta el funcionamiento del sistema.

178

4 RESUMEN DE RESULTADOS 4.1.- RESUMEN DE RESULTADOS 4.1.1. MEDIDOR PARSHALL. La curva característica obtenida para el medidor Parshall de la planta de tratamiento es: Q = 0.59 h1.53

(4.1)

500 450 400

Cadual Q (l/s)

350 300 250 200 150 100 50 0 10

20

30

40

50

60

70

80

Altura de columna de agua h (cm.)

Figura. 4.1. Curva característica para el Parshall. (Elaboración propia)

4.1.2. PROCESO DE COAGULACION. a) Dosificador de sulfato de aluminio. El dosificador de sulfato de aluminio tiene comportamiento lineal, existe una ecuación que gobierna la relación de caudal de la solución de sulfato de aluminio con la apertura de la llave. Bomba 1: V = 10.01A LL

(4.2)

179

Bomba 2: V = 10.006 A LL

(4.3)

b) Dosis optima. La dosis optima de sulfato de aluminio determinada en laboratorio para la planta de tratamiento, varía de acuerdo a la turbiedad del agua cruda, la curva de dosis óptima de laboratorio para la planta es: t = −42.38 + 8.14 Do

(4.4)

La dosis optima de sulfato de aluminio determinada en planta, varía de acuerdo a la turbiedad del agua cruda, la curva de dosis óptima para la planta es: t = −0.28 + 3.56 Do

(4.5)

4.1.3. PROCESO DE FLOCULACIÓN. Tabla 4.1 Resultados de los tiempos de retención y gradientes de velocidad reales y teóricos. Tiem. Ret. Real Teorico min min

Gradiente hidráulico Real Teorico s-1 s-1

Canal de ingreso

0.07

0.13

230.94

164.31

Resalto hidráulico

0.03

0.03

1107.55

1132.83

Canal de ingreso al floculador

0.10

0.18

988.83

734.70

Floculador 1

5.80

4.42

102.09

116.96

Floculador 2

7.50

5.73

87.09

99.61

Floculador 3

4.50

5.89

76.98

67.28

0.10

0.11

266.67

258.13

0.20

0.26

163.30

143.70

0.22

0.26

128.10

116.93

Unidad

Canal de ingreso al sedimentador 1 Canal de ingreso al sedimentador 2 Canal de ingreso al sedimentador 3

Fuente: Elaboración propia.

Los tiempos de retención teóricos no son representativos en la Planta de Tratamiento por que están en función del volumen sobre el caudal. Por otro lado, los tiempos de retención real obtenidos a partir de la prueba de trazadores se 180

consideran representativos en la Planta de Tratamiento debido a que se considera el recorrido del flujo que se realiza dentro del sistema ver tabla 4.1. Los gradientes hidráulicos reales son los representativos de la Planta de Tratamiento debido al análisis que se esta realizando con la prueba de trazadores. Los floculadores presentan principalmente flujo pistón, pero las pantallas ubicadas en los floculadores originan una cantidad de flujo mezclado que se puede ver en la tabla 4.2. Tabla 4.2 Resultados de las características hidráulicas de los floculadores de la Planta de Tratamiento.

Fuente: Elaboración propia.

Por otra parte se presentan espacios muertos solamente en el floculador 1. Los gradientes de velocidad teóricos son mayores a los obtenidos en la planta de tratamiento y mayores también a los obtenidos en laboratorio ver tabla 4.3. Tabla 4.3 Resultados de los gradientes de velocidad en laboratorio, en planta y teórico para los floculadores. Unidad

Gradiente de velocidad en laboratorio.

Gradiente velocidad en planta.

Gradiente de velocidad teorico.

Floculador 1 Floculador 2 Floculador 3

98 76 66

102 87 77

117 100 67

Fuente: Elaboración propia.

De acuerdo al gradiente de velocidad obtenido en laboratorio se determina la cantidad de pantallas que debe tener el floculador y el espaciamiento entre ellas, esto se presenta en la tabla 4.4 para los diferentes casos.

181

Tabla 4.4 Resultados de la cantidad de pantallas y espaciamiento entre ellas que debe haber en el floculador de acuerdo a los diferentes gradientes de velocidad.

# de pantallas Unidad F1 F2 F3

En planta

En laboratorio

Actual

31 30 20

31 26 21

24 20 14

Espacio entre pantallas Unidad F1 F2 F3

En planta

En laboratorio

72 74 108

71 85 105

Fuente: Elaboración propia.

El tiempo de formación del floc, en forma teórica como en planta se realiza en la novena pantalla, esto se presenta en la tabla 4.5. En la misma tabla se presenta el tiempo óptimo de floculación. Tabla 4.5 Resultados del tiempo de formación del floc y del tiempo optimo de floculación.

En laboratorio En planta Teórico Tiempo de formación del floc Tiempo optimo de floculación (min)

1.42

1.71

1.75

20

17.8

11.6

Fuente: Elaboración propia.

El tamaño del floc producido en planta y en laboratorio según el índice W.R.A. es de 0.5 – 0.75 mm. 4.1.4. PROCESO DE SEDIMENTACIÓN. En los sedimentadores, el tiempo de retención real es menor que el teórico debido a que el volumen que se almacena en los sedimentadores es grande, por lo tanto el tiempo de retención teórico se hace mayor ver tabla 4.6. Tabla 4.6 Resultados de los tiempos de retención reales, teóricos y caudales de operación de los sedimentadores.

Fuente: Elaboración propia.

182

En los sedimentadores predomina el flujo pistón, no existen espacios muertos pero existe cierto porcentaje de flujo mezclado ver tabla 4.7. Tabla 4.7 Resultados de las características hidráulicas de los sedimentadores de la Planta de Tratamiento.

Fuente: Elaboración propia.

Los resultados de la tasa de sedimentación se presentan en la tabla 4.8 y 4.9. Tabla 4.8 Resultados de la tasa superficial en laboratorio y en planta.

En laboratorio En planta Tasa superficial (m3/m2/día)

35

40

Fuente: Elaboración propia. Tabla 4.9 Resultados de la evaluación de la zona de sedimentación.

Parametros evaluados Sedimentador 1 Tasa de sedimentacion 31.28 entre placas Tasa de recoleccion de 3.87 vertederos

Sedimentador 2 Sedimentador 3

30.24

30.18

3.74

3.73

Fuente: Elaboración propia.

4.1.5. PROCESO DE FILTRACIÓN. En los filtros, el tiempo de retención teórico es menor que el tiempo retención real, debido a que en el análisis del tiempo de retención teórico no se considera el lecho filtrante, lo cual incide considerablemente en el tiempo de retención real del filtro ver tabla 4.10. Las perdidas de caudal son del 12.7 % del caudal total, estas son generadas debido a la operación de la planta de tratamiento (perdidas operativas debido al lavado de sedimentadores y filtros) y las perdidas por evaporación son insignificantes.

183

Tabla 4.10 Resultados de los tiempos de retención reales, teóricos y caudales de operación.

Fuente: Elaboración propia.

En los filtros se ha ido perdiendo el espesor del medio filtrante, esto se puede evidenciar en la tabla 4.11 y la figura 4.2. Tabla 4.11 Resultados del proceso de filtración. Filtros # Vfmax. Vfprom. Vfmax/Vfprom 1 2 3 4 5 6 7 8

0.173 0.180 0.181 0.183 0.188 0.191 0.192 0.195

0.146 0.151 0.151 0.155 0.158 0.161 0.161 0.164

1.19 1.19 1.19 1.18 1.19 1.19 1.19 1.19

Espesor del medio Expansión Velocidad de filtrante (m) prom. lavado m3/m2·min 0.66 - 0.75 42.7 0.111 0.69 - 0.76 43.4 0.107 0.68 - 0.63 43.8 0.077 0.72 - 0.77 42.9 0.076 0.77 - 0.80 40.0 0.077 0.81 - 0.89 37.1 0.077 0.65 - 0.77 41.6 0.076 0.83 - 0.91 35.2 0.077

Fuente: Elaboración propia.

Figura 4.2 Perdida del espesor del medio filtrante. (Elaboración propia)

184

En la tabla 4.12 se puede apreciar los resultados de la duración del proceso de filtración, calidad de filtrado inicial y la duración de las carreras de filtración. Tabla 4.12 Resultados de la duración del proceso de lavado, de la calidad de filtrado inicial y duración de la carrera de filtración.

Duración del proceso de lavado optimo (min.) Calidad de filtrado inicial (min.) Duración de la carrera de filtración (hrs.)

15 22 13 - 39

Fuente: Elaboración propia.

4.1.6. PROCESO DE DESINFECCION. En la tabla 4.13 se puede observar los resultados de la demanda de cloro y el tiempo real en la cámara de contacto. Tabla 4.13 Resultados del proceso de desinfección.

Laboratorio

Demanda de cloro (mg/l) Cloro residual (mg/l) Cloro residual (mg/l)

Planta

Tiempo real de la cámara de contacto

1.4 0.9 0.8 33

Fuente: Elaboración propia.

El índice de Langelier es -1.16.

185

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1.- CONCLUSIONES. ƒ Según la metodología planteada por el Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria CEPIS, sistematizando la información técnica existente en la Planta de Tratamiento Cala Cala I, se determino que las diferentes unidades que conforman esta, trabajan eficientemente, debido a que cumple con los diferentes parámetros exigidos por la N.B. 512. ƒ Se ha determinado una curva característica para el medidor Parshall, este aforador trabaja con flujo sumergido a partir de un caudal de 398 l/s . ƒ El dosificador de sulfato de aluminio trabaja en buenas condiciones para aperturas menores al 60 %, con aperturas mayores existe un error del 13.5 %. ƒ La dosificación de sulfato de aluminio en planta es mayor a la obtenida en laboratorio existe una diferencia de 3.5 mg/l. ƒ Mediante la caracterización de los procesos con pruebas realizadas tanto en planta como en laboratorio se determino que es más fácil flocular agua con elevada turbiedad en comparación con aguas que tienen turbiedades bajas. ƒ Se debe aumentar la cantidad de pantallas en los floculadores y disminuir el espaciamiento entre estas para mejorar las condiciones de flujo de esta unidad, debido a que el numero de pantallas esta en función del gradiente de velocidad n = f ( G ) . ƒ La característica de flujo de los floculadores y sedimentadores presenta cierto porcentaje de flujo pistón, espacios muertos y flujo mezclado.(Ver resumen de resultados). ƒ La Planta de Tratamiento genera perdidas operativas ocasionadas por el lavado de sedimentadores y filtros, esta es de 12.7 % del caudal total, estas perdidas operativas

186

son recicladas en la actualidad a la planta de tratamiento remodelada.

No se

consideraron las pérdidas por evaporación por ser mínimas. ƒ Los procesos integrantes de la Planta de Tratamiento son eficientes esto debido a la remoción de turbiedad en función del agua cruda, sedimentada y filtrada que tiene un valor promedio 0.84 UNT menor a la cantidad exigida por la N.B. 512 que es de 5 UNT en el proceso de filtración, por otro lado la relación entre la Vfmax/Vfprom es menor a 1.5 lo que garantiza la calidad de agua filtrada y además es la recomendada por CEPIS. ƒ Los filtros tratan el agua de acuerdo al grado de colmatación que estos puedan tener. ƒ Se ha observado la disminución del espesor del medio filtrante, esto se atribuye al lavado de los filtros, en la actualidad esta perdida no afecta el proceso de filtración, pero con el tiempo puede causar deficiencias en la calidad del agua. ƒ El proceso de desinfección es eficiente con la adición de la solución de hipoclorito de calcio al agua filtrada, de esta manera se garantiza la eliminación y la destrucción completa de microorganismos presentes en el agua, realizándose el control respectivo de cloro residual, este es uno de los parámetros exigidos por la N.B. 512, este valor debe estar comprendido entre 0.3 y 1 mg/l. ƒ La Planta de Tratamiento es eficiente, es de tipo convencional de filtración rápida, es compacta y esta construida aproximadamente en 920 m2. 5.2.- RECOMENDACIONES. ƒ El medidor Parshall debe trabajar en un rango de caudales entre 3.32 a 457 l/s, debido a que con caudales mayores este tipo de estructura ya no arroja resultados coherentes. ƒ Realizar 1vez al mes la limpieza del medidor Parshall, debido a que la fuente de agua puede arrastrar materia orgánica e inorgánica, esta se deposita en las depresiones del medidor Parshall y hace que cambie las condiciones de flujo en el medidor. ƒ A futuro se debe cambiar este sistema de medición por otro que cumpla a cabalidad las dimensiones exigidas por que estas ya están estandarizadas.

187

ƒ La Planta de Tratamiento debe trabajar con un caudal máximo de 350 l/s para que el proceso de floculación sea eficiente. ƒ Se debe controlar las variaciones bruscas de caudal, esto influye en los tiempos de retención y en los gradientes hidráulicos. ƒ Se debe hacer girar la misma cantidad de vueltas al abrir las compuertas que dan paso al flujo de agua de los sedimentadores, para que el agua se distribuya uniformemente en los tres sedimentadores. ƒ Almacenar los sacos sulfato de aluminio en un lugar donde no exista humedad y colocar los sacos sobre tarimas de madera con una separación entre estas de 1 m. ƒ Revisar en forma periódica la bomba dosificadora de sulfato de aluminio y realizar la calibración por lo menos una vez al año debido a que todo instrumento mecánico va perdiendo precisión por desgaste. ƒ Cambiar el sistema de inyección del coagulante, del sistema puntual a un sistema de regadera para que la solución inyectada se distribuya sobre la garganta del Parshall y pueda mezclarse rápida, total y uniformemente en el agua. ƒ Utilizar los valores obtenidos de dosis optima en laboratorio y aplicarlos a la Planta de Tratamiento. ƒ Realizar mantenimientos periódicos en los floculadores, verificar la posición pantallas, limpieza de las unidades, debido a que el agua puede arrastrar arena hasta estas unidades e influir en los tiempos de retención y gradientes de velocidad. ƒ Realizar el lavado del sedimentador 1 vez al mes, para controlar el crecimiento biológico y la aparición de olores. ƒ Evitar el lavado del sedimentador antes de que se observen burbujas en la unidad, debido a que en este punto el lodo ya esta en descomposición y puede afectar la calidad de agua tratada. ƒ Controlar los espesores del medio filtrante cada seis meses y aplicar medidas correctivas, al aumentar el espesor del lecho filtrante la eficiencia de la calidad de filtración del agua mejorara.

188

ƒ La dosificación de hipoclorito de calcio debe ser distribuida sobre el ancho del vertedero, en forma de regadera y sumergida, el difusor debe colocarse en un punto en el que el agua este generando turbulencia para que el cloro entre rápidamente en contacto con toda la masa de agua. ƒ La sala de cloración debe ser un ambiente ventilado con extractores de aire, donde la manipulación se efectúe con vestimenta apropiada y mascaras, con la finalidad de facilitar la operación del sistema en forma segura y evitar riesgos para el personal. ƒ Se debe proteger con plástico o caucho todos los elementos metálicos debido a que la solución concentrada de cloro es incrustante.

189

BIBLIOGRAFIA - AZEVEDO NETTO, J.M y ACOSTA ALVAREZ, G. (1975) “Manual de Hidráulica”, Editorial Harla S.A. México. - BOS M.G. (1989) “Discharge Measurement Structures”, Editorial IRLI., Wageningen, Third edition. - ROJAS QUENALLATA, F.V. (2000) “Comparación de Aptitud de Aforadores con Aplicaciones en el Paso” Tesis de Maestría Profesional en Riego y Drenaje, CLAS, UMSS., Cochabamba, Bolivia. - INSTITUTO DE INGENIERÍA SANITARIA, OPS. (1977) “Métodos Modernos en el Diseño de Plantas de Tratamiento” Tomo III, UMSA, CEPIC. La Paz - Bolivia. - OPS, CEPIS.(2005) “Evaluación de Plantas de Tecnología Apropiada”, CEPIS. Lima. - UMSS, Juan Carlos Rocha Cuadros. (2003) “Plantas de Tratamiento” Cochabamba – Bolivia. - OPS, CEPIS.(2005) “Evaluación de Plantas de Tecnología Apropiada”, CEPIS. Lima. - OPS, CEPIS.(2005) “Tratamiento de agua para consumo humano” “Plantas de filtración rápida” Tomo II, CEPIS. Lima. - AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, water quality and treatment fourth edition. - ARBOLEDA VALENCIA JORGE “Teoría y Practica de la Purificación del Agua” Tomo 2 Tercera Edición. - CURSO TEÓRICO PRACTICO “Desinfección de aguas y aplicación de cloro como desinfectante”.

190

ANEXO A

Anexo A.1. Corrección de descarga para flujo sumergido; medidor Parshall de 1”

Anexo A.2. Corrección de descarga para flujo sumergido; medidor Parshall de 2”

191

Anexo A.3. Corrección de descarga para flujo sumergido; medidor Parshall de 3”

Anexo A.4. Corrección de descarga para flujo sumergido; medidor Parshall de 6”

192

Anexo A.5. Corrección de descarga para flujo sumergido; medidor Parshall de 9”

Anexo A.6. Corrección de descarga para flujo sumergido; medidor Parshall de 1’ corrección Qe m3/s

193

Anexo A.7. Diagrama para determinar la corrección de descarga de flujo sumergido para un medidor Parshall de 10’ corrección Qe m3/s

194

ANEXO B Dimensiones de las unidades de la planta de tratamiento Cala Cala I

195

ANEXO C Anexo C.1. Detalle del tiempo de retención de cada proceso en la planta de tratamiento de Cala Cala FLOCULADORES Volumen F1

Vol. Largo Alto Ancho

F2

Largo Alto Ancho

F3

Largo Alto Ancho

# de deflec.

Vol. Deflec.

Vol. Floculador útil

m(%)

21.97 1.95 1.63 3.37

m m m m

132.529631

m3

24

16.368

116.161631

1.4565316

21.97 2.19 2 3.57

m m m m

164.316926

m3

20

13.64

150.6769255

0.8648157

21.97 2.25 2.19 3.37

m m m m

164.366358

m3

14

9.548

154.818358

0.2730997

Volumen de cada deflector Vol. Deflec. Largo Alto Ancho

2.2 1.55 0.1

Volumen útil

m m m

0.682

421.657

m3

Tiempo de retención de diseño

m3

21.6

min.

Tiempo de retención actual Qpico

l/s

0.438

m3/s

Tasa de flujo pico instantáneo de operación

para flujo pico

3

421.6569145

m

VolTotal = 962.6870194 Q

s

16.0448

min.

Vol. Tolva

Vol. muro

Vol. tub+col+canal

19.79 5.21 3.95 4.96

m m m m

449.565472

m3

37.96625

97.712

12.2946624

301.59256 6.3668519

19.79 5.21 3.95 4.87

m m m m

441.408034

m3

37.96625

95.939

12.6169086

294.88588 6.3668519

19.79 5.21 3.95 4.97

m m m m

450.471854

m3

37.96625

97.909

12.9784582

301.61815 6.3668519

Vol. t ret. =

438

SEDIMENTADORES # de sed.

3

S1

Largo Alto

Vol.

Ancho S2

Largo Alto Ancho

S3

Largo Alto Ancho

Sumatoria Para cada sed. Q pico t ret. =

438

VolTotal 2050.448815 = Q

l/s

0.438

m3/s

s

34.1741

min.

Vol. Útil

m(%)

898.09658 299.36553

para el caudal pico

196

AnexoQ C.1. Continuación FILTROS Qpico

438

l/s

0.438

m3/s

0.05475

para todos los filtros para cada filtro

# de filtros

8

1

Largo Alto Ancho

4.3 3.59 3.16

m m m

48.78092

m3

2

Largo Alto Ancho

4.3 3.59 3.09

m m m

47.70033

m3

3

Largo Alto Ancho

4.33 3.59 3.05

m m m

47.411335

m3

4

Largo Alto Ancho

4.33 3.59 3.2

m m m

49.74304

m3

5

Largo Alto Ancho

4.33 3.59 3.05

m m m

47.411335

m3

6

Largo Alto Ancho

4.33 3.59 3.1

m m m

48.18857

m3

7

Largo Alto Ancho

4.32 3.59 3.05

m m m

47.30184

m3

8

Largo Alto Ancho

4.33 3.59 3.2

m m m

49.74304

m3

Vol. Pro.

48.28505125

m3

VolTotal = Q

881.9187443

s

t ret. =

Vol.

Q p/c filtro 0.05475 14.6986

min.

para el caudal pico

197

ANEXO D

198

199

200

201

ANEXO E

Foto 1. Vista de los filtros y sedimentadores de la planta de tratamiento Cala Cala I.

Foto 2. Vista de los floculadores y sedimentadores de la planta de tratamiento Cala Cala I.

Foto 3. Vista del medidor Parshall de la planta de tratamiento Cala Cala I.

202

Foto 4. Vista de los floculadores de la planta de tratamiento Cala Cala I.

Foto 5. Vista de uno de los sedimentadores de la planta de tratamiento Cala Cala I.

Foto 6. Vista del lavado de uno de los filtros de la planta de tratamiento Cala Cala I.

203