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• SARA STEFANIA ORDOÑEZ PAZ

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PLANTA FILTRACION MULTIPLES ETAPAS

INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL CONSULTORÍA, ARQUITECTURA Y CONSTRUCCIÓN

CORREGIMIENTO LA PAZ

Jesús David Arias Giraldo Cra 62 # 2ª -53 – Pampalinda. E-mail: [email protected] Móvil (+57) 311 390 35 56

Contenido 1.

DESCRIPCIÓN GENERAL ................................................................................................. 3

2.

GENERALIDADES ............................................................................................................. 3 2.1.

Ubicación del proyecto ................................................................................................. 3

2.2.

Usos del suelo ............................................................................................................. 4

2.3.

Infraestructura existente............................................................................................... 5

2.4.

Fuentes de abastecimiento .......................................................................................... 5

3.

NIVEL DE COMPLEJIDAD Y PERIODO DE DISEÑO ........................................................ 5

4.

POBLACIÓN ....................................................................................................................... 6

5.

DOTACIÓN ......................................................................................................................... 7

6.

CAUDAL DE DISEÑO ......................................................................................................... 7

7.

CALIDAD DEL AGUA CRUDA. ........................................................................................... 8

8.

ENTRADA........................................................................................................................... 9

9.

CAMARA DE AQUIETAMIENTO .......................................................................................10

10.

DIMENSIONAMIENTO DE PLANTA FIME .....................................................................10

10.1.

FILTROS GRUESOS DINAMICOS .........................................................................10

10.2.

CONTROL Y MEDICIÓN DE CAUDAL. ..................................................................13

10.3.

FILTROS GRUESOS ASCENDENTES ...................................................................14

11.

FILTROS LENTOS EN ARENA ......................................................................................16

11.1.

Tanque de filtración. ................................................................................................18

11.2.

Lecho filtrante. .........................................................................................................18

11.3.

Sistema de drenaje .................................................................................................19

11.4.

Sistema de drenaje .................................................................................................20

12.

TANQUE DE ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCION. ..................................................21

12.1.

DATOS RELEVANTES PARA EL DISEÑO .............................................................22

12.2.

TANQUE DE ALMACENAMIENTO .........................................................................22

12.1.

TANQUE DE DISTRIBUCION .................................................................................22

12.2.

DIMENSIONAMIENTO ............................................................................................23

13.

DISTRIBUCIÓN EN TERRENO DE FiME. .....................................................................23

14.

REFERENCIAS ..............................................................................................................25

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1. DESCRIPCIÓN GENERAL El presente documento consigna la memoria técnica del diseño del sistema de tratamiento de agua potable propuesto para el abastecimiento de al corregimiento “La Paz”. La tecnología de filtración en múltiples etapas (FIME) está conformada por una combinación de unidades de filtración gruesa y filtración lenta en arena, dicha integración de etapas permite el tratamiento de aguas con niveles de contaminación elevados. Esta tecnología ha tenido buena acogida en Colombia, donde hay plantas FIME operando desde la década de los 80´.

2. GENERALIDADES A continuación, se presenta de manera general la información aplicable para la elaboración del diagnóstico general del sistema de tratamiento de agua potable para la cabecera del corregimiento “La Paz”. El diagnóstico preliminar es desarrollado con información consultada a través de sus diversas fuentes de información y visitas realizadas al sitio objeto del presente proyecto. Este proyecto debe ser controlado por las normativas nacionales y en cuanto al suministro de agua debe cumplir con los mínimos permisibles del Decreto Compilatorio 1076 del sector ambiente y desarrollo sostenible, además de hacer parte del mapa de gestión del riesgo municipal para estar en armonía y contexto de brindad calidad de vida a la población beneficiada.

2.1.

Ubicación del proyecto

El proyecto se desarrollará en el corregimiento La Paz el cual está ubicado al noroccidente del Municipio de Santiago de Cali, dentro de la cuenca del río Aguacatal, la Microcuenca El Chocho se encuentra en la parte superior de la cuenca del mismo río. Cuenta con cuatro veredas: La Paz, El Vergel, Lomitas y Villa del Rosario. Este corregimiento limita: Al norte con el Municipio de Yumbo Al occidente con los corregimientos Castilla y La Elvira Al sur con el corregimiento La Castilla. Al oriente con el corregimiento de Golondrinas

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Figura 1 Ubicación del corregimiento La Paz

2.2.

Usos del suelo

El suelo del corregimiento de La Paz está destinado para la urbanización, la suburbanización, la explotación agrícola y zonas de protección como los nacimientos de agua y suelos de protección ambiental. En cuanto a las vías de acceso presentan deterioro de las vías veredales y principales, además presentan falta de señalización y demarcación vial (PDM,2015). De acuerdo con la Resolucion 1527 de 2012 expedida por el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, se podrán permitir actividades y usos de bajo Impacto que generen beneficio social y sean compatibles con los objetivos de la reserva tales como:  







Las inherentes o necesarias para adelantar la administración de la reserva por parte de la autoridad competente El montaje de infraestructura temporal par ale desarrollo de actividades de campo que hagan parte de proyectos de investigación científica en diversidad biológica, debidamente autorizados Las que hagan parte de programas o proyectos de restauración ecológica recuperación o rehabilitación de ecosistemas, en cumplimiento de un deber legal emanado de un permiso, concesión, autorización o licencia ambiental y otro instrumento administrativo de control ambiental, o que haga parte de un programa o proyecto impulsado por las autoridades ambientales competentes, por la Unidad de Parques Nacionales Naturales o por las entidades territoriales y las propuestas por particulares autorizados por la autoridad ambiental. La construcción de infraestructura para acueductos junto con las obras de captación, tratamiento y almacenamiento que no superen en conjunto una superficie de (1) hectárea. El trazado de la infraestructura de conducción no podrá tener un ancho superior a dos metros. El desarrollo de infraestructura para recreación pasiva, senderismo e interpretación paisajística que no incluya estructuras duras.

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



El establecimiento de infraestructura relacionada con telefonía pública básica conmutada, redes de distribución de electrificación rural domiciliaria, siempre y cuando no requiera apertura de vías o accesos. Las actividades relacionadas con investigación arqueológica

2.3.

Infraestructura existente

La fundación amigos de La Paz cuenta con 1 punto de captación sobre el nacimiento La OlgaVergel, el cual cuenta con una bocatoma artesanal con manguera de 1 ½” y es conducida a una estructura que retienen solidos como arena, a través de una tubería de 2” es llevada a un tanque de almacenamiento que distribuye el flujo a las 42 viviendas. El sector actualmente no cuenta con una planta de tratamiento de agua potable.

2.4.

Fuentes de abastecimiento

La fuente que abastece actualmente el sistema de abasto de la fundación es el nacimiento El Vergel, fuente tributaria del rio Aguacatal, perteneciente a la cuenca del rio Cali, cuyo punto de captación se encuentra en la Estructura Ecológica Principal del Municipio de Santiago de Cali de acuerdo al artículo 63 del POT Áreas Protegidas del SINAP -zona de reserva forestal protectora nacional de Cali. El nacimiento Las Margaritas en la actualidad no cuenta con concesión de aguas por parte de la CVC, sin embargo, se tiene previsto captar un caudal de esta fuente que garantice el suministro a toda la vereda. De acuerdo a la inspección realizada por Salud Publica la fuente puede verse afectada en su calidad por posibles descargas de fincas ubicadas aguas arriba de al misma y actividades agrícolas y cría de animales.

3. NIVEL DE COMPLEJIDAD Y PERIODO DE DISEÑO El periodo de diseño es el rango en el cual se clasifica un proyecto el cual depende del número de habitantes en la zona urbana del municipio (Tabla 1), su capacidad económica o el grado de exigencia técnica que se requiera (Min vivienda, 2010). De acuerdo a Cali en cifras,2010 el corregimiento La Paz está conformada por 234 viviendas y 931 habitantes; la estratificación socioeconómica rural del 2015 reporta que en la cabecera del corregimiento predomina el estrato 2. Nivel de complejidad Bajo Medio Medio alto Alto

Tabla 1 Asignación del nivel de complejidad Población en la zona urbana Capacidad económica de (habitantes) los usuarios 60000 Alta Fuente: Min vivienda, 2010.

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Tabla 2 Periodo de diseño según el nivel de complejidad Nivel de complejidad Periodo de diseño Bajo, medio, medio alto 25 años Alto 30 años Fuente: Min vivienda,2010 Teniendo en cuenta lo establecido por Minvivienda,2010 en la Tabla 2 se determina que la complejidad del proyecto es baja debido a que la población es menor a 2500 habitantes y la capacidad económica de los usuarios es baja, por lo tanto, el periodo de diseño estipulado es de 25 años.

4. POBLACIÓN La población de diseño se determina con base en la población actual, la tasa de crecimiento anual y el periodo de diseño, la Ecuación 1 muestra la expresión utilizada para el cálculo. Según la ficha de inspección sanitaria del 24 de noviembre del 2016 el proyecto considera abastecer 73 viviendas y 397 habitantes, la tasa de crecimiento poblacional seleccionada fue de 0,4% ya que es un sector rural y se espera poco desarrollo en el periodo de diseño planteado se consideró un crecimiento exponencial. Pd = Pa (1 + r)^n

Ecuación 1

Donde: Pd: Población de diseño r: Tasa de crecimiento poblacional n: Periodo de diseño La Tabla 3 muestra la proyección de la población cada 5 años para el periodo de diseño considerado de 25 años, es decir hasta el año 2044. Tabla 3 Proyección de población

AÑO

Población servida (hab.)

2019 2024 2029 2034 2039 2044

397 439 485 536 592 654

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5. DOTACIÓN De acuerdo al nivel de complejidad del proyecto se determina que la dotación es de 100 L/Hab.día según las recomendaciones hechas por Min vivienda, 2010 para lugares de clima cálido. La Tabla 4 muestra la dotación bruta considerando que la máxima perdida para nivel de complejidad bajo es de 40% (Min vivienda, 2000). Tabla 4 Proyección de la dotación bruta AÑO

ÍNDICE DE PÉRDIDAS (%)

2019 2024 2029 2034 2039 2044

40 38 38 35 33 25

DOTACIÓN RESIDENCIAL (L/Hab/Día) neta 100 100 100 100 100 100

bruta 166.67 161.29 161.29 153.85 149.25 133.33

6. CAUDAL DE DISEÑO La Tabla 5 muestra proyección del caudal de diseño el cual resulta de multiplicar la población servida por la dotación bruta.

Tabla 5 Proyección del caudal de diseño

AÑO

Población servida (hab.)

2019 2024 2029 2034 2039 2044

397 439 485 536 592 654

Dotación Caudal Bruta Demandado (L/hab./día) (l/s) 166.67 161.29 161.29 153.85 149.25 133.33

0.77 0.82 0.90 0.95 1.02 1.01

De acuerdo a los resultados de la tabla anterior se define como caudal de diseño 1 l/s correspondiente al caudal futuro para un periodo de diseño de 25 años, este valor concuerda con un muestreo realizado para el diagnóstico de laboratorio y es la cantidad que se solicita a la CVC. Jesús David Arias Giraldo Cra 62 # 2ª -53 – Pampalinda. E-mail: [email protected] Móvil (+57) 311 390 35 56

La Tabla 6 muestra el cálculo de del caudal máximo diario QDM y el caudal máximo horario. Tabla 6 Caudales de diseño Variable

Expresión

Valor

Unidad

Caudal medio diario

Qmd=Pob*Dbruta

1,01

l/s

Caudal máximo diario

QMD= Qmd*K1

1,3

l/s

Caudal máximo horario

QMH=QMD*K2

2,10

l/s

7. CALIDAD DEL AGUA CRUDA. El agua que ingresa al sistema es de tipo superficial, proviene de una quebrada o riachuelo de montaña lo que hace que la contaminación sea moderada sin embargo los análisis son necesarios y se presentan en la imagen 1. Como se puede ver en la imagen 1., la calidad del agua es buena y comparando con las tablas propuestas por la OPS 2000 para diseño, se cumplen a cabalidad los parámetros para el tratamiento, de igual manera están entre los parámetros exigidos por la resolución 2115 del 2007, esta norma es la que rigüe para Colombia. Sin embargo se debe tener en cuenta que una vez construida la FiME, se debe ser más riguroso y en caso que existan o aparezcan elementos contaminantes que requieran la construcción de barreras adicionales estas deben ser adicionadas y reportadas a las autoridades pertinentes.

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Imagen 1. Tabla resultados del monitoreo laboratorio.

8. ENTRADA La Tabla 7 muestra las variables de diseño para el cálculo de la tubería de llegada que contempla el caudal de diseño como el caudal máximo diario QMD multiplicado por un factor de seguridad. Jesús David Arias Giraldo Cra 62 # 2ª -53 – Pampalinda. E-mail: [email protected] Móvil (+57) 311 390 35 56

Tabla 7 Dimensionamiento de la tubería de llegada Variable Caudal Máximo Diario Factor de seguridad Caudal de diseño Velocidad en la tubería Diámetro de tubería Diámetro seleccionado

Valor 1,30 1,20 1,56 1,50 1,43 2,00

Unidad l/s Adim l/s m/s Pulg Pulg

9. CAMARA DE AQUIETAMIENTO La cámara de aquietamiento ayuda a la disipación de la energía, contribuye a que el fluido en su entrada a las siguientes unidades se de en un régimen subcrítico. La Tabla 8 muestra el dimensionamiento de la cámara de llegada. Tabla 8 Dimensionamiento de la cámara de llegada Variable Tiempo retención Volumen en cámara Velocidad ascenso Área Altura útil Borde libre Cámara lado Lado adoptado Altura total cámara Altura total cámara adoptada

Valor 20 0,026 0,05 0,033 0,80 0,23 0,18 0,20 1,03 1,00

unidades Seg M3 m/s m^2 m m m m m m

10. DIMENSIONAMIENTO DE PLANTA FIME 10.1.

FILTROS GRUESOS DINAMICOS

El sistema de FGDi consiste en dos módulos operados en paralelo con flujo descendente, donde cada unidad es empacada con lechos de grava de tamaños variables en el rango de gruesa en el fondo a fina en la superficie. La grava de menor tamaño origina grandes áreas superficiales dentro del lecho filtrante y por consiguiente, valores bajos de carga superficial, favoreciendo el proceso de sedimentación como mecanismo predominante en la remoción de material sólido (Latorre, et al., 1996). La

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Figura 2 muestra un esquema general de la conformación de los filtros gruesos dinámicos. Los filtros dinámicos contienen una capa delgada de grava fina (6 a 13mm) en la superficie, sobre un lecho de grava más grueso (13-25mm) y un sistema de drenaje en el fondo. (OPS 2000). Esta unidad es utilizada para reducir los extremos de los picos de turbiedad y proteger de esta manera la planta de tratamiento ante altas cargas de sólidos transportadas por la fuente durante unas pocas horas. (OPS 2000).

Figura 2 Esquema general del filtro grueso dinámico Fuente: Galvis, et al., (1999)

Para la construcción de FGDi, se debe tener en cuenta el grosor de los lecho y lecho soporte donde según el manual de diseño de la OPS 2000 debe ser como se explica en la Tabla 9 y 10. Tabla 9. Grosor y tamaño arena del lecho FGDi. (OPS 2000) Posición en la Espesor de Tamaño de Unidad la Capa (m) Grava (mm) Superior Intermedio

0.2 0.2

3.0 - 6.0 6.0 - 13.0

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Inferior, Fondo

0.2

13.0 - 25.0

Tabla 10. Grosor y tamaño arena del lecho soporte FGDi. (OPS 2000) Capa Tipo Diámetro de la partícula Espesor de la (mm) capa (mm) Superior Arena gruesa 1-2 50 Segunda Grava fina 2-5 50 Tercera Grava 5 - 10 50 Inferior Grava gruesa 10 - 25 150 Siguiendo las recomendaciones para el diseño de FDGi de OPS 2000, la relación largo ancho es de 3:1, la velocidad de filtración 3 m/h, hallando las dimensiones de la Tabla 11., con un ancho de 0,5 m largo de 1.9m y una profundidad de 0.7m en cuanto al tanque que contiene el lecho de filtración.

Tabla 11 Dimensionamiento del FGDi(Cámara de filtración). Variable Valor Unidad Q diseño 1 l/s Velocidad de filtración 2 m/s Unidades o líneas 2 Área superficial 1,8 m2 Largo 1,9 m Ancho 0,5 m Profundidad útil 0,60 m Borde libre 0,10 m Profundidad total 0,70 m El flujo del agua en el FGDi es descendente, tiene un canal de aproximación y vertedero de llenado, y al final un vertedero de control, cámara de filtración, lechos filtrante y de soporte, estructuras de entrada y salida, sistema de drenaje, cámara de lavado y accesorios de regulación y control. Ver figura 3. La estructura de entrada consta de una cámara para remoción de material grueso y una cámara de disipación. El agua ingresa por una tubería a la cámara que contiene un vertedero de excesos y una reglilla de aforo, donde se remueve el material grueso. Inmediatamente, ingresa a una cámara de disipación por medio de un vertedero de entrada. La estructura de salida está compuesta por una tubería perforada ubicada en la parte inferior del lecho filtrante. Esta a su vez cumple la función de drenaje y recolección de agua filtrada. El sistema de drenaje es una tubería de perforada que cumple la función de recolección de agua filtrada también y regulado por válvulas. Jesús David Arias Giraldo Cra 62 # 2ª -53 – Pampalinda. E-mail: [email protected] Móvil (+57) 311 390 35 56

Las cámaras de lavado deben ser amplias, seguras y de fácil acceso, sus dimensiones deben ser tales que faciliten el desplazamiento y maniobrabilidad del operador, recomendándose áreas superficiales entre 3 y 5 m2 profundidades entre 0.20 y 0.40 m. La cámara debe ser abastecida con agua cruda para facilitar el mantenimiento eventual del FGDi. La velocidad superficial de lavado (Vs) puede variar entre 0.15 o 0.2 dependiendo del tipo de material predominante en el agua cruda; se asume una velocidad cercana a 0.15 m/s dado que en la zona predominan limos y material orgánico. La altura del vertedero de salida, medido a partir del lecho superficial de grava fina debe ser entre 0.05 m. ver figura 3. (OPS 2000)

Figura 3. Filtro Grueso Dinámico (FGDi) perfil o corte.

10.2.

CONTROL Y MEDICIÓN DE CAUDAL.

Esta estructura se encuentra antes del FGDi, y entrega sus aguas a una cámara que aquieta el agua antes de entrar a FGDi, sirve para medir y controlar el caudal.

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Figura 4. Vertedero en V 90° Siguiendo la formula shen, cuyas restricciones son que h>0.05m, B>0.9. h/P