• Categories
• Magnesio
• Agua
• Bomba
• Calidad del agua
• Aluminio

Citation preview

PROYECTO DE UNA PLANTA POTABILIZADORA PARA LA COMUNIDAD DE “SAN RAFAEL” INDICE CAPITULO I. Generalidades

1.1. Antecedentes 1.2. Cobertura de la planta potabilizadora CAPITULO II. Objetivos del proyecto

2.1. Objetivo General 2.2. Objetivos específicos CAPITULO III. Límites del proyecto

3.1. Limites espaciales 3.2. Límites temporales CAPITULO IV. Estudio de la demanda de agua

4.1. Periodo de diseño 4.2. Población de diseño 4.3. Tipos de consumo de agua 4.4. Dotación media diaria por habitantes 4.5. Consumo medio diario 4.6. Consumo máximo diario 4.7. Consumo máximo horario 4.8. Consumo comercial 4.9. Caudal de diseño de la planta CAPITULO V. Análisis de la calidad del agua y selección de las unidades de tratamiento

5.1. Análisis de la calidad del agua de la fuente 5.2. Criterios para la selección de las unidades de tratamiento 5.3. Unidades de tratamiento que compondrán la planta CAPITULO VI. Cálculo de las unidades que componen la planta

6.1. Cámara de rejas 6.2. Desarenador 6.3. Estación Elevatoria 6.4. Aireador 6.5. Sedimentador 6.6. Filtros gruesos preliminar 6.7. Filtros rápidos 6.8. Depósito de almacenamiento 6.9. Desinfección

CAPITULO VII. Recomendaciones para la explotación y el mantenimiento de la planta

7.1. Recomendaciones para la explotación y el mantenimiento CAPITULO VIII. Conclusiones generales y recomendaciones

8.1. Conclusiones generales 8.2. Recomendaciones BIBLIOGRAFIA ANEXOS

Listados de planos Planta general Perfiles longitudinales y planta de la disposición final de las unidades de tratamiento Planta, perfil y secciones de la cámara de rejas Planta, perfil y secciones de la cámara desarenadota Planta, perfil y secciones del tanque sedimentador Planta, perfil y secciones del filtro grueso Planta, perfil y secciones del filtro lento Planta, perfil y secciones del tanque de almacenamiento Detalle de la ubicación de la estación de bombeo y el clorador.

CAPÍTULO I GENERALIDADES 1.1. Antecedentes

Haciendo un análisis exhaustivo de los servicios básicos hemos podido percatar que en esta comunidad los pobladores carecen del abastecimiento de agua potable y alcantarillado sanitario. Hasta la fecha los requerimientos del elemento vital eran satisfechos por medio de la extracción de agua en pozos o norias que se encuentran en diferentes puntos de la comunidad y también por medio del abastecimiento que les brinda el Río “San Martín”. Al realizar un estudio en laboratorio del agua de los pozos nos dimos cuenta que esta fuente no se encontraba dentro de los límites aceptables recomendados en la Norma Boliviana , por tener un alto grado de contaminación. Esta es la causa principal por la cual un alto índice de personas presentan enfermedades de origen hídrico. Resultado de todo lo anterior el gobierno municipal tratando de atender a este problema, hace un convenio con el Grupo Voluntario Civil de Italia (GVC) para proveer a la población una red de abastecimiento de agua con su respectiva planta potabilizadora. 1.2.- Cobertura de la planta potabilizadora

La planta deberá cubrir las necesidades de agua potable de la población urbana y dispersa de la zona, correspondiente a 6377 habitantes. Existen dos tipos de consumo: Consumo doméstico. Consumo Comercial e Institucional.

FUENTE Jardín de niños Escuelas Hospital / Posta Sanitaria Hoteles Restaurantes Centro Comercial Tiendas

UNIDADES Alumnos Empleados Alumnos Empleados Camas Empleados Clientes Empleados Comidas Empleados Empleados Empleados

CANTIDAD 1 2 1 2 3 1 5

Tabla 1.1. Datos generales de la variante Nº 9

NÚMEROS DE UNIDADES POR CADA FUENTE 70 4 200 8 15 5 16 5 25 5 10 5

CAPÍTULO II OBJETIVOS DEL PROYECTO 2.1. Objetivo general

El objetivo general que persigue este proyecto es elaborar un proyecto para la implementación de una planta de tratamiento de agua potable para la localidad de San Rafael, cumpliendo con las normas técnicas de diseño para sistemas de agua potable que rigen en nuestro país. 2.2.- Objetivos específicos

El proyecto prevé alcanzar los siguientes objetivos específicos:  Recabar y acopiar información de la localidad de San Rafael.  Realizar el levantamiento topográfico de la zona.  Visitar a las instituciones locales (Alcaldía Municipal de San Miguel) para obtener datos que sean útiles en la elaboración del proyecto.  Diseñar la red de distribución.  Diseñar el tanque de almacenamiento.  Diseñar el sistema de bombeo.  Elaborar el presupuesto de la obra.  Redactar las especificaciones técnicas.  Fiscalizar la buena ejecución de la obra.  Mejorar la calidad de vida y condiciones higiénicas de la población.  Incentivar el desarrollo sostenible y sustentable de la zona.

CAPÍTULO III LÍMITES DEL PROYECTO 3.1. Límites espaciales

La planta deberá abastecer de agua potable a una población de 6377 habitantes, asentados en un área de 240 Ha. El siguiente proyecto pretende abarcar a la comunidad en su totalidad. 3.2. Límites temporales

La planta estará diseñada para cubrir las demandas de la población por un periodo de diseño de 20 años, con la posibilidad de incrementar su capacidad pasado este periodo. Cabe resaltar que este periodo está directamente relacionado con el cumplimiento de los requerimientos de abastecimiento.

CAPÍTULO IV ESTUDIO DE LA DEMANDA DE AGUA 4.1. Período de diseño

El periodo de diseño de los dispositivos que compondrán las plantas potabilizadoras de agua, que debe considerarse según la Norma Boliviana NB 688. Población actual (hab) Período de diseño (años)

 5000

De 5000 a 20000

15

20

De 20000 a 100000 20 – 30

> 100000 30

Tabla 4.1. Período económico de diseño de las plantas potabilizadoras

Nuestra población actual es de 6377 habitantes, por lo tanto según tabla.

Período de diseño = 20 años 4.2. Población de diseño

Población actual = 6377 habitantes. 

El crecimiento de la población se adapta a la curva de Crecimiento Geométrico, por tanto utilizaremos la siguiente fórmula:

i   Pf  Pa1    100 

t

Reemplazando:

 1.90  Pf  63771    100  Pf  9292 hab.

20

Población futura = 9292 hab.

4.3. Tipos de consumo de agua

Para esta población existen dos tipos de consumos el doméstico y el comercial-institucional. Los consumidores son: FUENTE Jardín de niños Escuelas Hospital / Posta Sanitaria Hoteles Restaurantes Centro Comercial Tiendas

UNIDADES

NÚMEROS DE UNIDADES POR CADA FUENTE 70 4 200 8 15 5 16 5 25 5 10 5

CANTIDAD

Alumnos Empleados Alumnos Empleados Camas Empleados Clientes Empleados Comidas Empleados Empleados Empleados

1 2 1 2 3 1 5

Tabla 4.2. Datos generales de la variante Nº 9 4.4. Dotación media diaria por habitantes

La Norma Boliviana establece el uso de los valores que aparecen en la siguiente tabla: Dotación Media Diaria (l / Hab. Día) Población (Hab.) Zona Altiplánica

Hasta 500 30-50

De 500 a 2000 30-70

De 2000 a 5000 50-80

De 5000 a 20000 80-100

De 20000 a 100000 100-150

Más de 100000 150-200

De los valles

50-70

70-90

70-100

100-140

150-200

200-300

De los llanos

70-90

70-110

90-120

120-180

200-250

250-350

Tabla 4.3. Dotación media de agua potable

Dotación media diaria = 120 l / hab.día La dotación futura es posible estimar aplicando la fórmula de crecimiento geométrico:

d   Df  Di1   100  

Donde:

t

Df = Dotación futura (l / hab. día) Di = dotación inicial (l / hab. día) d = Variación anual de la dotación (0.5– 2) %. Adoptamos 0.5% t = Periodo de diseño asumido en el proyecto (años) 20

 0.5  Df  1201    100  Df  132.59 l / hab.día Dotación futura = 132.59 l / hab.día 4.5. Consumo Medio Diario

 Pf * Df  Qmed     86400   9292 *132.59  Qmed    86400   Qmed  14.26 l seg Qmed=14.26 l/seg 4.6. Consumo Máximo Diario

Qmax d  K1 * Qmed Qmax d  1.5 *14.26 Qmax d  21.39 l

seg Qmaxd=21.39 l/seg

4.7. Consumo Máximo Horario

Qmax h  K 2 * Qmax d Qmax h  1.8 * 21.39 Qmax h  38.502 l

seg Qmaxh=38.502 l/seg

4.8. Consumo comercial RESUMEN DE CONSUMOS COMERCIALES UNIDADES CANTIDAD UNIDADES DOTACIÓN POR FUENTE (l/unidad.día) Alumnos 70 69 Jardín de niños 1 Empleados 4 50 Alumnos 200 50 Escuelas 2 Empleados 8 50 15 781 Hospital/ Posta Sanitaria Camas 1 Empleados 5 50 Clientes 16 225 Hoteles 2 Empleados 5 50 Comidas 25 14 Restaurantes 3 Empleados 5 63 Empleados 1 10 63 Centro Comercial Empleados 5 5 50 Tiendas FUENTE

TOTAL

CAUDAL COMERCIAL TOTAL (litros/día) CAUDAL COMERCIAL TOTAL (litros/seg) Tabla 4.4. Resumen de consumos comerciales 4.9. Caudal de diseño de la planta

Qd  Qmax d  Qcomercial  Qindustrial Qd  21.39  0.57  0.00 Qd  21.96 l

seg Qd=21.96 l/seg VARIANTE Nº 9 ESTUDIO DE LA DEMANDA DE AGUA PARÁMETRO VARIABLE UNIDADES RESULTADO Periodo de diseño T Años 20 Población de diseño Pf Habitantes 9292 Dotación media diaria futura Df L/Hab.dia 132.59 Caudal medio diario Qmed Lps 14.26 Caudal máximo diario Qmáxd Lps 21.39 Caudal máximo horario Qmáxh Lps 38.502 Caudal comercialinstitucional Qcomercial Lps 0.57 Caudal de diseño Qd Lps 21.96 Tabla 4.5. Estudio de la demanda del agua

(l/.día) 4830 200 20000 800 11715 250 7200 500 1050 945 630 1250

49370 0.57

CAPÍTULO V ANÁLISIS DE LA CALIDAD DEL AGUA Y SELECCIÓN DE LAS UNIDADES DE TRATAMIENTO 5.1. Análisis de la calidad del agua de la fuente

El establecimiento de las normas de calidad de agua tiene como objetivo principal definir los valores límites que pueden tomar los parámetros, para que el agua sea considerada apta para el consumo humano. Aunque se ha intentado establecer normas universales, esto no ha sido posible debido a la variedad de situaciones que se presentan. En relación con lo antes mencionados, en Bolivia se han establecido normas para el control de la calidad de agua tanto en las grandes urbes, como en las pequeñas comunidades, las cuales recomiendan los siguientes aspectos: a) Los tiempos en los cuales los ensayos están enmarcados se detallan en la siguiente tabla: Nº

PARÁMETRO

UNIDAD

TIEMPO MÁXIMO DE PRESERVACIÓN RECOMENDADO

UNT Escala PI-Co --°C mg/l

48 horas 48 horas 6 horas 24 horas In situ 14 días

mg/l

6 meses

mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Adimensional

6 meses 6 meses 6 meses 28 días 6 meses 7 días 6 meses 48 horas 48 horas 2 horas

ANÁLISIS FÍSICOS 1 2 3 4 5 6 7

Turbidez Color Olor Sabor temperatura Sólidos totales Sólidos totales suspendidos

ANÁLISIS QUÍMICOS 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Dureza total c. CaCO3 Calcio Magnesio Hierro Sulfatos Cloruros Magnesio Nitratos Nitritos Ph

ANÁLISIS BACTERIOLÓGICOS 18 19

Coliformes totales NMP/100ml 24 horas Eschirichia coli NMP/100ml 24 horas Tabla 5.1. Análisis básicos recomendados en la Norma Boliviana NB-689.

Los ensayos realizados se realizaron durante todo un ciclo hidrológico completo y siguiendo las consideraciones anteriores; de donde se obtuvieron los siguientes resultados:

PARÁMETRO

U.M.

Sólidos totales mg/l Turbidez N.T.U Color U.C.N Oxigeno disuelto mg/l Coliformes totales N.P.M / 100 ml Olor Adimensional Sabor Adimensional Concentración de dióxido de carbono (CO2) mg/l

VALOR OBTENIDO EN EL LABORATORIO 1476 95.75 11.05 4.5 40 Inofensivo Inofensivo 7

Tabla 5.2. Resultados obtenidos en el laboratorio (Variante 9)

Una vez obtenidos los resultados del laboratorio se procede a catalogar el agua de la fuente según los estándares de la Norma Boliviana, la misma que estipula valores límites para ciertos contaminantes:

Nº 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

PARÁMETRO Turbidez Color Olor Sabor Sólidos totales Dureza total c. CaCO3 Aluminio Arsénico Cadmio Calcio Cianuro Cobre Fluor Manganeso Hierro total Mercurio Plomo Selenio Sodio Sulfatos Cloruros Magnesio Nitratos Nitritos Ph

UNIDAD UNT UCN -mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

VALOR ACEPTABLE 5 15 INOFENSIVO INOFENSIVO 1000 500 0,2 0,05 0,005 200 0,1 1,0 1,5 0,3 0,3 0,0001 0,05 0,01 200 400 250 150 10 0,05 6,50 - 8,50

26 27 28

Zinc Coliformes totales Eschirichia coli

mg/l mg/l mg/l

5,0 0,0 0,0

Tabla 5.3. Requisitos de calidad para el agua potable

En virtud de la tabla anterior se infiere directamente que el agua de la fuente no es potable y, por lo tanto, necesita un tratamiento para lograr este fin. En la tabla anterior se marcan los valores que no están dentro de los límites permisibles. A continuación, se tiene que hacer una clasificación de la fuente de colección de agua. La Norma Boliviana estipula una categorización según la calidad del recurso.

ÍTEM

UNIDAD

CLASIFICACIÓN DE LA FUENTE FUENTE BUENA FUENTE REGULAR FUENTE DEFICIENTE Requiere Puede requerir puede requerir tratamiento tratamiento usual, tal tratamiento especial únicamente de como filtración y y desinfección desinfección desinfección DBO5 mg/l 0,75 - 1,50 1,50 - 2,50 > 2,50 > 4,0 > 4,0 > 4,0 Oxígeno disuelto mg/l Ph Adimensional 6,0 - 8,5 5,0 - 9,0 3,8 - 10,5 Cloruros mg/l < 50 50 - 250 > 250 Compuestos fenolíticos mg/l 0,0 0,005 > 0,005 0 - 20 Color UCN 20 - 150 > 150 10 - 250 Turbidez UNT 0 - 10 > 250 5,1 - 100 Coliformes totales NMP/100 ml 100 - 5000 > 5000

Tabla 5.4. Límites aceptables para las fuentes de abastecimiento

Análogamente se establece la categoría a la que la fuente pertenece, en este caso particular ésta posee una calidad aceptable, sin embargo la turbidez del agua impide una mejor clasificación. Este impedimento puede ser salvado con los tratamientos sugeridos por la tabla. Evidentemente por razones de seguridad la fuente se califica como regular y debe estar sujeta a los tratamientos pertinentes.

5.2. Criterios para la selección de las unidades de tratamiento

Para la selección de las Unidades de tratamiento, se tuvieron en cuenta los siguientes factores:      

Las características físico-químicas y microbiológicas del agua cruda. La calidad del deseada en el efluente La competencia del personal disponible para la explotación y el mantenimiento El nivel del servicio requerido. La cuantía de los fondos disponibles. El costo de la construcción de la planta.

5.3. Unidades de tratamiento que compondrán la planta

La escogencia de los dispositivos integrantes tiene una relevancia mayúscula en el proyecto puesto que esta es uno de los factores que afectan de manera directa en el costo-calidad del proyecto. El primer factor a tomarse en cuenta es la factibilidad de dicha empresa; de esta premisa se parte para tener una idea clara del marco económico con el que se puede trabajar. No menos importante es la calidad del agua a brindar y el recurso humano disponible para manejar dichas instalaciones. Las puntualizaciones realizadas solo nos sirven de referente, puesto que las unidades componentes se realizarán en gran medida influenciadas por los resultados de la calidad del agua y la clase de fuente de abastecimiento. La bibliografía inherente recomienda una cantidad mínima de unidades, en el caso de poblaciones pequeñas o plantas con un equipamiento simplificado. Obviamente estas decisiones están plenamente justificadas a continuación: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Cribado Desarenado Sedimentación simple Prefiltración Filtración rápida Aireación Desinfección

Las primeras unidades son indispensables para eliminar los sólidos en suspensión, por otra parte los ensayos de calidad del agua nos indican resultados que indican la alta cantidad de sólidos en suspensión, razón por la cual la sedimentación es el dispositivo obligado para este fin. Siguiendo con los resultados de la clasificación de la fuente nos indica que se requiere que esta sea tratada con procesos de filtración y desinfección. Finalmente aunque los niveles de olor y sabor están dentro de los límites permisibles el proceso de aireación del agua mejora de sobremanera estas características estéticas del recurso.

CAPÍTULO VI CALCULO DE LAS UNIDADES QUE COMPONEN LA PLANTA

6.1. Cámara de rejas

El cribado es un tratamiento físico y previo que tiene como objetivo interceptar los cuerpos sólidos flotantes en las aguas, con el propósito de reducir la materia sólida flotante que puede llegar al resto de los tratamientos, además de evitar obstrucciones en los sistemas de conducción. Al dispositivo que se utiliza para realizar el cribado, se le conoce como cámara de rejas y se debe colocar siempre en la toma de agua de la fuente. Objetivos que persigue

Este dispositivo se coloca para preservar las unidades que siguen a los procesos clásicos de tratamiento y para evitar en estas obras la presencia de materia solida indeseable en la superficie del líquido o de sedimentos estables en el fondo de los conductos, estanques o lugares de vertido. Generalmente, las barras se colocan en paralelo entre sí, y en el caso de cámaras de rejas de limpieza manual, se colocan inclinadas para permitir una remoción fácil del material retenido. Clasificación a) Según su colocación

  

Fija Móvil Movible

b) Según la forma de limpieza

 

Manual Mecánica

c) Según el tamaño de la partícula a remover

   

Fina (0,1-1,5 cm) Mediana (1,5-2,5 cm) Gruesa (2,5-5,0 cm) Micro Rejilla (tamizado)

d) Según la sección transversal de barras

   

Cuadradas Rectangulares Circulares Aerodinámicas

Factores que influyen en el diseño

Los factores que influyen en el diseño de una cámara de rejas son: a) Caudal o gasto (mínimo, máximo y promedio) b) Dimensión de las barras c) Velocidad del flujo a través de las barras, normal a las mismas. d) Espacio entre barras e) Ancho de la cámara f) Angulo de la reja con la horizontal

g) Longitud de la reja sumergida h) Tirante de circulación en la cámara Metodología de diseño

Información requerida:

PARÁMETRO Gasto mínimo = 0.25*Qmáx Gasto medio = 0.5* Qmáx Gasto máximo = Qd Tipo de barra Diámetro de la barra Diámetro del conducto tributario hmáx(*)

UNIDAD RESULTADO Lps 5.49 Lps 10.98 Lps 21.96 -Circular Plg 3/4 Plg 8 Plg

8

Tabla 6.1.1. Información para el diseño de la cámara de rejas (Variante 9). *El tirante de la tubería de conducción trabaja a sección llena.

Pasos:

1.

Selección de la separación entre barras (eB)

Se recomienda 2 cm < eB < 5 cm, pero evidentemente dependerá del tamaño de partículas a retener. Se procederá a elegir un valor de 3 cm. 2.

Cálculo del área del conducto tributario Ac

En el caso de conductos circulares se tiene:

Ac 

 *d2

4  * 0.20322 Ac  4 Ac  0.03243 m 2

Donde: d = Diámetro del conducto tributario m

3.

Cálculo del área de reja sumergida (AS)

As = 2 * Ac As = 2 * 0.03243 As = 0.06486 m2

Donde: Ac = Área del conducto tributario m2  4.

Cálculo de la longitud de reja sumergida (LS)

hmax sen   (30º 60º ) 0.2032 Ls  sen 45º Ls  0.28737 m Ls 

Donde: hmáx = Tirante máximo en la cámara m

 = Ángulo que conforma el fondo de la cámara con la reja† grados

5.

Cálculo del ancho de la reja (WS)

Ws 

As Ls

0.06486 0.28737 Ws  0.2257 m

Ws 

Donde: As = Área de reja sumergida m2  Ls = Longitud de reja sumergida m 

6.

Cálculo del ancho de la reja de cada canal (WSC)

Debido a que la dimensión de la reja de canal es pequeña no se la dividirá. La justificación a esta medida estriba en que dividir tal ancho sería impráctico, poco funcional y no estético. Una solución adecuada es dimensionar dos canales de la misma dimensión, a fin de que la remoción de sólidos detenidos sea mucho más sencilla y eficaz. Obviamente uno de los canales estará en constante funcionamiento, mientras que el restante se desvía hasta su posterior uso en la limpieza. (By – Pass)

Wsc 

Ws 2

0.2257 2 Wsc  0.11285 m

Wsc 

Wsc  0.11285m  0.30m Wscadop.  Ws  0.2257m 7.

Cálculo del número de barras (n) y el número de espacios entre barras (n + 1) en cada canal.

(B * n)  eB * (n  1)   Wsc (0.01905 * n)  (0.03 * (n  1))  0.2257 0.2257  0.03 n  3.99 0.01905  0.03 n  4 barras Donde: Ws = Ancho de la reja de cada canal m 

B = Diámetro de la barra m eB = Distancia entre barras m  n = Número de barras

 n  1

= Número de espacios entre barras

Recalculo el nuevo espaciamiento entre barras (eB) (0.01905 * 4) + (eB * 5) = 0.2257 eB = 0.0299 m

8.

Cálculo de la velocidad de flujo a través de la reja para el gasto máximo (v)

We  (n  1) * eB B

We  (4  1) * 0.0299 B

We  0.1495 m B

Ae  We * Ls B

B

Ae  0.1495 * 0.28737 B

Ae  0.04296 m2 B

V

Qmax Ae B

0.02196 0.04296 V  0.51 m seg

V

Donde: Qmáx = Caudal máximo m3 /seg Ae / B = ärea total entre las barras en una sección de canal m2  We / B = Ancho entre las barras m

9.

Comprobación de que la velocidad a través de la reja cumple con el requisito 0.3 < v < 0.8 (m/s)

Afortunadamente todos los requisitos quedan satisfechos para la primera iteración. Por lo antes expuesto, el diseño permanecerá con los parámetros obtenidos anteriormente.

0.51m / s  0.8m / s  Cumple! 0.51m / s  0.3m / s  Cumple!

10.

Resumen de los resultados obtenidos

Dos canales, teniendo cada uno de ellos: -

4 barras de diámetro 0.01905 m (3/4”) 5 espacios con separación 0.0299 m Ancho de cada canal = Wsc = 0.2257 m Ancho total entre barras = W e / B = 0.1495 m Ángulo de inclinación de la reja con la horizontal =  = 45º eB = 0.0299 m Tipo de barra = Circular

11. Cálculo de las dimensiones de la cámara de rejas. Este cálculo consiste en determinar las dimensiones de la cámara que se muestra en la figura

Wsc

Figura 6.1.1. Representación esquemática de las dimensiones de una cámara de rejas.

emuro = 20 cm B1= 2 * Wsc + e muro B1= 2 * 0.2257 m + 0.20 m B1= 0.6514 m B2= Diámetro del conducto tributario B2= 0.2032 m = 20º (Valor recomendado)

B1  B2 2 * tan  0.6514  0.2032 L1  2 * tan 20º L1  0.61571 m  L1  0.62 m

L1 

L2  0.5 * L1 L2  0.5 * 0.62 L2  0.31 m

Q min Vs 0.00549 As(min)  0.04 As(min)  0.13725 m 2

As(min) 

Vs = 0.04 m/s velocidad de sedimentación en la cámara, se supone este valor recomendado, que es alto, para evitar sedimentación en la misma cuando por ella circule el gasto mínimo.

L

As(min) (n  1) * eB

0.13725 (4  1) * 0.0299 L  0.918 m  L  1 m

L

12.

Cálculo de las pérdidas de carga en las rejas.

4

2  s 3 V hf  K *  *   * * sen  b  2g

Donde:

 = Ángulo de inclinación de la reja con la horizontal g = Aceleración de caída libre m/s 2  hf = Pérdida de carga m k = Coeficiente que considera el grado de obstrucción de la rejilla. Se recomienda K = 1 para rejas limpias y k = 3 al cabo de un tiempo t.  = Coeficiente que depende de la sección transversal de las barras (tabla mmm) s = Ancho de las barras (máximo frente a la dirección del flujo)

s  nB s  4 *19.05 mm s  76.2 mm Donde:

b = Diámetro de la barra mm n = Número de barras

b  (n  1)e B b  (4  1) * 29.9 mm b  149.5mm Donde: b = Ancho libre entre barras (mínimo frente a la dirección del flujo) [mm] eB = Distancia entre barras mm

n = Número de barras v = Velocidad media del flujjo antes de la reja para el gasto máximo m/s

V 

Q max A canal

(m / s)

A  W *h (m2 ) canal sc max A  0.2257 * 0.2032 canal A  0.04586 m2 canal V  0.02196 0.04586 V  0.47885 m / s 4

2  76.2  3 0.47885 hf  3 *1.79 *  * sen 45º  * 2 * 9.81  149.5  hf  0.018 m

Cumple con hf  30 cm

Caso contrario, existiría el rebalse del agua en la rejilla. 13.

Cálculo de la altura máxima de la cámara de rejas (Hmáx)

Hmax= d + 0.30 m Hmax= 0.2032 +0.30 Hmax = 0.5032 m Donde: d = Diámetro del conducto tributario 0.30 m = Altura mínima recomendada que deberá alcanzar la pared de la cámara por encima del conducto tributario (m). 14.

Cálculo de la altura máxima de la cámara de rejas (Hmáx)

  0.0299 E   eB  *100  *100    0.0299  0.01905  eB  B  E  61.08 % 15.

Conclusiones del diseño VARIANTE Nº 9 CÁMARA DE REJAS PARÁMETRO VARIABLE Longitud de reja sumergida Ls Ancho de reja en cada canal Wsc Número de barras n Número de espacios entre barras (n+1) Diámetro de las barras øB Ángulo de inclinación de la reja α Distancia entre barras eB Velocidad de flujo a través de la reja v (0.3 < v < 0.8 m/s)

U.M RESULTADO m 0.28737 m 0.2257 4 5 pulg ¾ grados 45 m 0.0299 m/s

0.51

Ancho total de la cámara Diámetro del conducto tributario Ángulo de transición Longitud de transición divergente Longitud de transición convergente Longitud de la cámara de rejas

B1 B2 φ L1 L2 L

m pulg Grados m m m

0.6514 8 20 0.62 0.31 1.543

Hmáx

m

0.5032

Altura máxima de la cámara de rejas

Tabla 6.1.2. Resultados del diseño de la cámara de rejas

Observaciones, Conclusiones y Recomendaciones

Para el diseño de la cámara de rejas, se optó por el diseño de un solo canal, del cual se dispondrán de un By - Pass de las mismas características en forma paralela, para objeto de limpieza y mantenimiento, debido a que los cálculos obtuvimos un ancho de cámara menor a 30 cm. Para el cálculo de los componentes y dimensiones de la cámara de rejas, se adoptó como valores conocidos tanto la velocidad del flujo en la reja (que debe cumplir como norma valores entre 0.3-0.8 m/seg), el ancho de las barras y el espaciamiento entre estas (valores entre 2-5 cm), y la inclinación de las rejas respecto a la horizontal (valores entre 30-60°), para posteriormente calcular el ancho del canal y el número de barras necesarias para cumplir con las velocidades de diseño. Se recomienda observar el tiempo en que el nivel aguas arribas alcanza su máximo nivel permitido, ya que de sobrepasar este límite se estaría forzando al sistema a trabajar en condiciones para las que no fue diseñado, por lo tanto, se recomienda limpiar las rejas cuando el nivel de aguas arriba sobrepase el bordo libre entre 20-25 cm y dar uso del by-pass. ANEXOS (Ver los planos de la cámara de rejas)

6.2. Desarenado

Al igual que en el caso anterior, las aguas que lleguen a la planta, también deberán estar previamente desarenadas, para evitar que estas partículas ingresen al proceso de sedimentación y sobrecarguen estos dispositivos, interfiriendo con su operación. Para lograr ese objetivo se construye un dispositivo denominado cámara desarenadora. Definición de cámara desarenadora

Una cámara desarenadora es un conducto ensanchado en el que se regula la velocidad de escurrimiento a su paso por ella, de tal modo que solo se depositan los materiales de más peso, como las areniscas y las arenas, mientras que los materiales orgánicos más ligeros, continúan su curso en suspensión. En las estaciones de bombeo, sirven de protección a los equipos de impulsión. Características generales

Las cámaras desarenadoras son estructuras que se colocan en las líneas colectoras donde se hace presente materiales arenosos y granulares. Este fenómeno resulta una constante en los colectores que conducen el agua a las plantas de tratamiento para su potabilización, sobre todo cuando el origen del agua es superficial. El material depositado en una cámara desarenadora, se recomienda, una vez extraido, sea esparcido sobre un terreno o se use como relleno para carreteras o caminos, después de un adecuado secado del mismo. Metodología de diseño

Información requerida:

PARÁMETRO Caudal de diseño Diámetro de las partículas a remover Diámetro del conducto tributario

UNIDAD m3/s

RESULTADO 0.02196

mm M

0.20 0.2032

Tabla 6.2.1. Información para el diseño de una cámara desarenadora (variante 9)

Pasos: 1.

Cálculo del área superficial de la cámara desarenadora ( AS)

En dependencia del diámetro de las partículas que se desea eliminar se obtiene de la siguiente tabla la carga superficial para el cálculo del área superficial de la cámara desarenadora.

Diámetro de las partículas a

1,00

0,80

0,60

0,50

0,40

0,30

0,20

0,15

0,10

0,1

0,083

0,063

0,053

0,042

0,032

0,021

0,015

0,008

eliminar (mm) Carga superficial (Cs)

(m³/m².s)

Tabla 6.2.2. Valor de la carga superficial en función del diámetro de las partículas (según Hazen)

Una vez seleccionada la carga superficial, con el caudal de circulación se determina el área superficial de la cámara desarenadora por medio de la siguiente expresión:

Qd Cs 0.02196m3 / s As  0.021m3 / m 2 .s As  1.0457 m 2

As 

Como la cámara desarenadora a diseñar es de dos canales esta área se divide en dos para obtener el área superficial de cada canal.

As 2 1.0457m 2 Ascanal  2 Ascanal  0.52285 m 2

Ascanal 

2.

Suponer el ancho de canal del desarenador (B)

Se recomienda suponer un ancho de canal que en caso de que la limpieza sea manual de 0.50 m, para iniciar el proceso iterativo. El valor definitivo a adoptar como ancho de canal será aquel que cumpla con el requisito de la velocidad recomendada para estos casos.

3.

Cálculo del tirante de circulación (Y)

Y  P  Hv

Donde: P = 0.30 m Hv = Carga sobre el vertedor (m) 2

Qd  3   2 Hv     m * B * 2g    Siendo: Qd = Caudal de diseño (m3/s) m = 0.45 (si el vertedor es de pared delgada) g = 9.81 m/s2 aceleración de caída libre

B = ancho de canal supuesto en el paso 2 supuesto en (m) Por lo tanto

Y  0.30  0.0495 Y  0.3495 m 4.

Calculo del área mojada de la sección transversal del canal (A)

A B* Y Donde: Y = Tirante de circulación calculado en el paso 3 m B = Ancho de canal supuesto en el paso 2 m

A  0.50 * 0.3495 A  0.17475 m 2 5.

Cálculo de la velocidad de circulación en el canal desarenador (V)

Qd (m / s) 2A 0.02196 V 2 * 0.17475 V  0.0628 m / s

V

Debido a que la velocidad de tránsito es muy baja se debe redimensionar la sección del canal. De manera tal, que ésta esté contenida dentro del intervalo de 0.15 – 0.30 m/s. Preferiblemente cercana al límite inferior del rango.

B (m) 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,19 0,18

Hv (m) 0,04950491 0,05310737 0,05744579 0,06279447 0,06959128 0,07858596 0,09119161 0,09436405 0,0978276

Y (m) 0,34950491 0,35310737 0,35744579 0,36279447 0,36959128 0,37858596 0,39119161 0,39436405 0,3978276

A (m 2) 0,17475246 0,15889832 0,14297832 0,12697807 0,11087738 0,09464649 0,07823832 0,07492917 0,07160897

V (m/s) 0,06283174 0,06910079 0,07679486 0,08647163 0,09902831 0,11601064 0,14034043 0,14653839 0,15333275

No Cumple No Cumple No Cumple No Cumple No Cumple No Cumple No Cumple No Cumple Cumple

Tabla 6.2.3. Recomendación para el cálculo del ancho del canal (B)

Como el ancho del canal (B), dio un valor menor a 0.30m, por lo tanto, Ascanal= As, y se coloca un canal similar paralelo como by-pass. 6.

L

Cálculo de la longitud del desarenador (L).

Ascanal (m) B

Donde: Ascanal = área superficial del canal obtenida en el paso 1 en (m2) B = ancho de canal supuesto en el paso 2 en (m)

1.0457m2 0.18m L  5.809m  L  5.8m

L

7.

Cálculo de las dimensiones del desarenador.

B1  2B  espesor del muro que divide los canales B2  diámetro del conducto tributario   20º (Valor recomendado) L1 

 B1  B2 

2Tan( )

L 2  0.5L1

B1= 2 * B + e muro B1= 2 * 0.18 m + 0.20 m B1= 0.56 m B2= Diámetro del conducto tributario B2= 0.2032 m = 20º (Valor recomendado)

B1  B 2 2 * tan  0.56  0.2032 L1  2 * tan 20º L1  0.50 m

L1 

L2  0.5 * L1 L2  0.5 * 0.49 L2  0.245 m  L2  0.25 m

B

B

1

ø

L1

L

L

2

Figura 6.2.1. Representación esquemática de las dimensiones de una cámara desarenadora 8.

Cálculo de la altura máxima de la cámara desarenadora (Hmáx)

Hmáx  Y  Bl

Donde: Y = Tirante de circulación recalculado en el paso 5 m Bl = Borde libre, que usualmente se toma entre 0.30m - 0.50m

Hmáx = 0.3978 m + 0.50 m Hmáx = 0.8978 m  Hmáx = 0.90 m

9.

Conclusiones de diseño

VARIANTE Nº 9 CÁMARA DESARENADORA PARÁMETRO VARIABLE Ancho de cada canal del desarenador B Tirante de circulación Y Velocidad de flujo (0,15 < v < 0,30 m/s) v Longitud del desarenador L Ancho total del desarenador B1 Ancho de cada canal B Diámetro del conducto tributario B2 Ángulo de la transición φ Longitud de la transición divergente L1 Longitud de la transición convergente L2 Altura máxima del desarenador Hmáx

U.M. m m m/s m m m pulg (º) m m m

RESULTADO 0.18 0.3978 0.1533 5.8 0.56 0.18 8 20 0.50 0.25 0.90

Tabla 6.2.4. Resultados del diseño del desarenador Observaciones, conclusiones y recomendaciones

Para el diseño de la cámara desarenadora se optó por disponer de dos cámaras paralelas. Estas cámaras serán del mismo ancho y trabajaran en paralelo llevándose cada una la mitad del caudal. Se supone hacer variar la base del desarenador para luego verificar la velocidad de tránsito. El tiempo de limpieza deberá ser fijado con anterioridad y se recomienda que sea una vez cada 6 meses y se deberá señalar en el desarenador la altura a la que una vez llegado los sedimentos, se proceda a la extracción de estos por parte del operario. El fondo del desarenador contará con tuberías perforadas, que estarán por debajo del nivel inferior, además de que el fondo tendrá una mínima pendiente hacia las tuberías, esto para drenar el agua y permitir una mejor remoción de las arenas. La extracción de estos sedimentos se hará manualmente y se dispondrán de zonas contiguas al desarenador que servirán para sacar estas arenas, para su posterior disposición con otros fines, como material de relleno o de construcción y el agua excedente ser destinada para riego ya que al tratarse de aguas limpias no suponen un peligro para la salud. ANEXOS (Ver los planos del desarenador)

6.3. Estación Elevatoria

Las estaciones elevatorias son instalaciones que se colocan para elevar y/o transportar las aguas cuando la disposición final del flujo por gravedad ya no es posible. Las aguas que son bombeadas por medio de la estación elevatoria, permiten ser conducidas a lugares distantes, pueden conseguir una cota más elevada y posibilitar su lanzamiento en objetos de obras más elevados para reiniciar un nuevo tramo de escurrimiento por gravedad. Aspectos a considerar para su ubicación

La determinación de la ubicación de la estación elevatoria es de suma importancia, por lo que se deberán considerar los siguientes aspectos: a) b) c) d) e)

Condiciones de sitio La propiedad del terreno Drenaje del terreno y la zona en general La facilidad de acceso vehicular La disponibilidad de los servicios de energía eléctrica

Diseño hidráulico del pozo de bombeo

El pozo de bombeo es el compartimiento destinado a recibir y acumular las aguas durante un periodo de tiempo. Si en un determinado momento el caudal bombeado fuese superior al de llegada, en la bomba se producirá una entrada de aire que pudiera ocasionar daños al equipo, al extremo de quemar el motor que acciona la bomba. Para evitar lo antes señalado, resulta aconsejable que se diseñe un sistema de arranque y apagado de bombas automatizado, conforme el nivel del líquido, alcance el nivel mínimo o máximo en el pozo. Este funcionamiento se logra mediante la instalación de sensores de nivel. Capacidad del pozo de bombeo

De manera general se admite que el periodo de permanencia del agua en el pozo no exceda los 30 minutos, para evitar que en él se produzca la sedimentación de las partículas en suspensión. El tiempo más apropiado en estos casos para el diseño es de 15 minutos, para evitar el diseño de cárcamos muy grandes y costosos. Partiendo de lo anteriormente apuntado, el volumen útil del pozo se puede calcular por medio de la siguiente expresión:

V  Qd * tr unidad (m ) 3

Donde: V= volumen útil del pozo de bombeo (m3) Qd = caudal de diseño de la planta potabilizadora (m3/s) Tr = periodo de permanencia del agua en el pozo (tr≤30min), preferiblemente (tr=15min) Además de lo anteriormente mencionado el pozo deberá cumplir con las siguientes recomendaciones: a) El diámetro del pozo podrá oscilar entre los 2.00m a 3.00m. b) La descarga al pozo se podrá realizar haciendo coincidir el eje de la tubería de llegada con el nivel de aguas máxima para evitar que este se entierre mucho en el terreno y a su vez lograr la disipación de la energía por medio de descargar el afluente semi-sumergido. c) El volumen útil del pozo estará comprendido entre el nivel de aguas máximo determinado por el eje de la tubería de llegada y el nivel de aguas mínimo, determinado por la sumergencia

mínima de la parte superior de la criba determinado por el mayor valor que se obtenga de las siguientes recomendaciones:  Para impedir el ingreso del aire: S≥2.5 D+ 0.10  Para la condición hidráulica: S˃2.5(v2/2g) + 0.20 d) El pozo deberá tener una etapa de acceso a su interior con su correspondiente sello sanitario. e) Es conveniente que exista una altura mínima de D/3 a D/2 entre la parte inferior de la criba y el fondo del pozo. f) La distancia horizontal entre la criba y la pared más próxima del pozo deberá ser como mínimo D/2. g) Se deberá evitar la distribución asimétrica del flujo en el pozo. Elementos que deben componer una estación elevatoria

Entre los elementos que deben componer una estación elevatoria se encuentran:              

Pozo de bombeo. Tubería de succión, si corresponde. Bombas y motores. Tubería de impulsión. Válvulas de regulación y control. Mecanismos de control mínimo y máximo nivel. Sistema de alimentación de energía. Tableros de control y protección. Sistema de ventilación. Sistema de comunicación. Instalaciones e infraestructura para su operación y protección. Instalaciones para el personal de operación. Cerco de operación. Equipamiento de montaje, mantenimiento y reparación.

Metodología para el diseño

Datos que se requieren: Qd= 0.02196 (m3/s) Hmáx= 0.90 (m) D= 0.381 (m) Tabla 6.3.1. Información requerida para el diseño de la estación elevatoria

Pasos a seguir 1. Suponer el periodo de permanencia del agua en el pozo (tr)

Adoptamos tr = 15 min = 900 seg

2. Calcular el volumen útil del pozo de bombeo (V)

V  Qd  tr m3 *15 min min V  19.764m3

V  1.3176

3. Suponer el diámetro del pozo de bombeo (Dp)

Dp=3 (m) 4. Calcular la altura útil del pozo (hútil)

hutil

hutil hutil

  v     D2   4

          19.764       32     4   2.796m  2.80m

5. Calcular la sumergencia mínima de la parte superior de la criba respecto al nivel mínimo en el pozo (S) Para impedir el ingreso libre

S1  2.5D  0.10 S1  2.5  0.1524  0.10 S1  0.481m

Para la condición hidráulica

v2 S 2  2.5   0.20 2g 1.204 2 S 2  2.5   0.20 2  9.81 S 2  0.385m

S= 0.481m 6. Calcular la altura mínima entre la parte inferior de la criba y el fondo del pozo (hc)

D 2 0.1524 hc  2 hc  0.0762m

hc 

como el valor de hc es menor que 0,10 adoptamos hc=0.10m

7. Determinar la profundidad a la que se colocará el nivel máximo del agua medido desde la superficie del terreno (hm)

D 2 0.381 h m  0 .9  2 h m  0.71m

h m  H max 

8. Determinar la profundidad total del pozo de bombeo (Ht)

Ht= hc+S+hutil+hm+0.25 (m) Ht=0.10+0.481+2.8+0.71+0.25 Ht=4.34 m. 9. Conclusiones de diseño

VARIANTE 9 ESTACIÓN ELEVATORIA PARÁMETRO Caudal de diseño Diámetro del conducto tributario

VARIABLE

U.M

RESULTADO

Qd

m³/s

0.02196

d

pulg

15

DISEÑO DE LA ESTACIÓN ELEVATORIA Período de permanencia del agua en el cárcamo

tr

min

15

Volumen útil del cárcamo de bombeo

V

m³

19.764

Diámetro del cárcamo de bombeo

Dp

m

3

hútil

m

2.80

Sumergencia mínima respecto al nivel mínimo del cárcamo

S

m

0.481

Altura mínima entre la parte inferior de la criba y el fondo

hc

m

0.10

Profundidad del nivel máximo del agua hasta el terreno

hm

m

0.71

Profundidad total del cárcamo de bombeo

Ht

m

4.34

Tipo

-

Sumergible

Carga de la bomba

H

m

30

Caudal de la bomba

Q

m³/s

0.02196

Altura útil del cárcamo

Tipo de bomba a colocar

Tabla 6.3.2. Resultados de diseño de la estación elevatoria

Observaciones, conclusiones y recomendaciones



Se colocarán 2 bombas sumergibles funcionamiento se alternará (1c/mes).



Mantenimiento de la bomba según recomiende el fabricante.



Deberá limpiar el pozo una vez cada 6 meses.



El lugar para ubicar la caseta de bombeo y subestación eléctrica debe ser amplio y protegido contra inundaciones, contaminaciones y otros riesgos.

para la explotación del dispositivo y su

Los equipos de bombas sumergibles funcionan normalmente sin necesidad de mantenimiento. En el caso de que el equipo de la bomba esté durante bastante tiempo en reposo, se recomienda poner el equipo en marcha cada 2 o 3 meses durante 10 minutos, de modo que se detecten a tiempo fallos en el funcionamiento.

Dado que los equipos se utilizan en grandes profundidades, recomendamos realizar en intervalos regulares los controles siguientes, protocolándolos, con el fin de detectar fallos a tiempo. El consumo de corriente del motor es el valor más importante para la verificación del equipo. Con el fin de detectar fallos, buscar las causas y eliminar el fallo, véase el capítulo Averías y su eliminación. El equipo de la bomba puede funcionar sin necesidad de medidas de mantenimiento, en tanto que no se produzcan irregularidades en la marcha o en el bombeo a causa de arena o medios agresivos, lo cual requeriría un desmontaje prematuro. Un consumo de corriente discontinuo y/o rápidamente creciente, indica que se producen fallos de carácter mecánico en la bomba o en el motor. Si la presión oscila considerablemente e igualmente lo hace la medición del amperímetro, esto puede deberse a un aflujo irregular de agua. Fuente:(http://franklinagua.com/media/47047/manual-bombas-sumergibles-4in-y-6in.pdf) ANEXOS (Ver planos de la estación elevatoria)

6.4. Aireación

Se define como aireación al proceso mediante el cual el agua es puesta en contacto íntimo con el aire, con el propósito de modificar las concentraciones de sustancias volátiles contenidas en ella. En resumen, es el proceso de introducir aire al agua. Funciones más importantes de la aireación

Entre las funciones más importantes de la aireación se encuentran: a) b) c) d) e)

Transferir oxígeno al agua para aumentar el oxígeno disuelto (OD) y mejorar su calidad. Disminuir la concentración de dióxido de carbono (CO2). Remover gases como el metano, el cloro y el amoniaco. Oxidar el hierro y manganeso. Remover sustancias volátiles productoras de olores y sabores en el agua.

La aireación cumple sus objetivos de purificación del agua mediante el arrastre o barrido de sustancias volátiles causado por la mezcla turbulenta del agua con el aire y por el proceso de oxidación de los metales y gases. El agua aireada es más agradable al paladar ya que la aireación reduce el nivel de dióxido de carbono hasta unos 4.5 mg/l con lo que se mejora grandemente el sabor del agua al paladar. Tipos de aireadores más usados

Entre los tipos de aireadores más usados están: a) Aireadores de fuente o surtidores.

Consisten usualmente en una serie de toberas fijas sobre una malla de tuberías, las cuales se dirigen hacia arriba, verticalmente o en ángulo inclinado, de tal manera que el agua se rompe en gotas pequeñas. Este tipo de aireador tiene un gran valor estético y es el más eficiente, pero requiere de grandes áreas para su implementación. b) Aireadores de bandejas múltiples.

Consiste en una serie de bandejas equipadas con ranuras, fondos perforados o mallas de alambre, sobre las cuales se distribuye el agua y se deja caer a un tanque receptor en la base. c) Aireadores en cascada y vertederos.

Consiste en dejar caer el agua en láminas o capas delgadas sobre uno o más escalones de concreto. Este aireador de cascada produce una pérdida de energía grande, pero es muy sencillo. Aireadores de bandejas múltiples

Consiste en una serie de bandejas equipadas con ranuras, fondos perforados o mallas de alambre, sobre las cuales se distribuye el agua y se deja caer a un tanque receptor en la base. En muchos aireadores de bandejas se coloca un medio grueso de coque, piedra o cerámica, de espesor entre 15 a 20 (cm), para mejorar la eficiencia del intercambio de gases y la distribución de agua. Generalmente se usan de 3 a 9 bandejas, comúnmente de 3 a 5, con una separación entre bandejas de 25 a 30 cm. La altura del aireador de bandejas suele estar entre 1.20 a 3.00 m. La ventilación es un factor importante en el diseño de estos aireadores, por lo que deberá estudiarse cuidadosamente la selección del sitio de localización. Dentro de los problemas más comunes en estos tipos de aireadores se encuentra la corrosión, formación de lamas biológicas y crecimiento de algas, por lo que resulta importante que se construyan de materiales durables como el acero inoxidable, aluminio, concreto o maderas resistentes.

Criterios para el diseño de un aireador de bandejas múltiples

Párametro Carga hidráulica Número de bandejas Altura total del aireador

Valor 7-20 preferiblemente ≥ 17 3-9 preferiblemente de 3 a 5 1,2 - 3,00

Unidad (l/m².s) (m)

15 - 20 4,00 - 5,00 4,00 - 5,00 5 25 - 30

(cm) (cm) (cm) (cm) (cm)

3-12 preferiblemente 12 2,50 - 7,50 15 ≤ 30 30 - 60

(mm) (cm) (cm) (cm) (%)

Lecho de contacto Espesor del lecho Diámetro de las particulas de coque Diámetro de las particulas de piedra Diámetro de las esferas de ceramica Altura de la bandeja Orificios de distribución Diámetro de los orificios de distribución Separación de los orificios de distribución Profundidad del agua de bandeja Separación entre bandejas Eficiencia en la remoción de CO2

Tabla 6.4.1. Criterios para el diseño de un aireador de bandejas múltiples Metodología para el diseño de un aireador de bandejas múltiples.

Datos que se requieren: Qd= Co=

21.96 (l/s) 7 (mg/l)

Tabla 6.4.2. Información requerida para el diseño de un aireador de bandejas múltiples

Pasos: 1. Selección de la carga hidráulica a considerar en el dimensionamiento de la bandeja (Ch)

De la tabla 6.4.1. se deberá seleccionar la carga hidráulica a utilizar, se recomienda utilizar: Ch= 20lt/m2s 2. Dimensionamiento de las bandejas a. Cálculo del área superficial de la bandeja (As)

Qd Ch 21.96 As  20 As  1.098m 2

As 

b. Altura de la bandeja

Hb= 25-30 (cm) Adoptamos Hb=30cm. c. Definir diámetros de los orificios de distribución (Do) Adoptamos Do=12mm d. Definir la separación entre los orificios de distribución (So) So= 2.50 -7.50(cm) So=5cm (adoptado) e. Calcular el ancho (a) y el largo (L) de la bandeja

a  L  As a  1.098 a  1.048m. 3. Definir el número de bandejas a colocar (n).

Cn  Co  10  kn Cn  7  10 0.14*3 Cn  2.66mg / l 2.66  4.5mg / l tenemos  3bandejas 4. Separación entre bandejas (Sb).

Adoptamos Sb=30cm 5. Cálculo del lecho de contacto a. Seleccionar el material a utilizar en el lecho de contacto

Se eligió colocar coque b. Seleccionar el diámetro del material a colocar en el lecho de contacto (Dm)

Dm= 5cm c. Seleccionar el espesor del lecho de contacto (Elc)

Elc= 20cm.

6. Dimensionamiento de la bandeja de recolección del caudal de agua aireado 6.1. Cálculo del diámetro del orificio (D) y el número de orificios (N).

  

Orificios de salida N=2 Suponer la carga sobre el orificio (Ho) Ho=20cm. Caudal del orificio (Qo)

Qd N 0.02196 Qo  2 Qo  0.01098m 3 / s Qo 



Diámetro del orificio (Do)

Do 

4Qo

    4.43  Ho

4  0.01098 0.82    4.43  0.2 Do  0.093m / 0.0254 Do  4' '  10.16cm.

Do 



Chequear que Ho˃Do/2

Do 2 10.16 20  2 20  5(OK !) Ho 

6.2.

Cálculo de la altura de la pared de la bandeja de recolección del caudal de agua aireado

(Hpared)

Do )  Ho  BL 2 0.1016  0.10  ( )  0.20  0.20 2  0.55m.

H pared  e  ( H pared H pared

6.3.

Resumen de los resultados obtenidos en el diseño de la salida

N= Ho= Qo= Do= Hpared= Espesor=

2 orificios 0.20 m 0.01098 m3/seg 4´´ 0.55 m 0.10 m

7. Conclusiones de diseño VARIANTE 9 AIREADOR VARIABLE

U.M.

RESULTADO

Caudal de diseño

PARÁMETRO

Qd

m³/s

0.02196

Concentración original de dióxido de carbono (Co)

Co

mg/l

7

Información para el diseño del aireador Carga hidraúlica de la bandeja

Ch

m².s/l

20

Area superficial de la bandeja

As

m²

1.098

Altura de la bandeja

Hb

m

0.3

Diámetro de los orificios de distribución

Do

mm

12

Separación entre los orificios de distribución

So

cm

5

n

-

3

Sb

cm

30

-

-

COQUE

Diámetro del material a colocar en el lecho de contacto

Dm

cm

5

Espesor del lecho de contacto

Elc

m

0.2

Diámetro del orificio de la bandeja de recolección

D

pulg

4

Número de orificios

N

u

2

Números de bandejas a colocar Separación entre bandejas Material a utilizar en el lecho de contacto

Carga sobre el orificio

Ho

m

0.2

Caudal que circulará por cada orificio

Qo

m³/s

0.01098

Diámetro del orificio

Do

pulg

4

Tabla 6.4.3. Resultados de diseño de un aireador de bandejas múltiples Observaciones, conclusiones y recomendaciones.

Se recomienda la limpieza del dispositivo cada 6 meses, para ello cortar el agua de salida de la planta por la noche, lavar y desinfectar con cloro las piedras coque y enjuagar con abundante agua. Desinfectar las bandejas también con cloro y luego de tener todo completamente desinfectado se procede a colocarlas en sus respectivos lugares y poner en funcionamiento el dispositivo. ANEXOS (Ver los planos del aireador)

6.5. Sedimentador

La sedimentación es la operación unitaria mediante la cual es posible lograr una clarificación del agua como resultado del asentamiento gravitacional en el fondo del depósito, de las partículas sólidas en suspensión, después de ser retenida esta agua en dicho depósito durante un tiempo determinado. Clasificación de la sedimentación

 Sedimentación simple: Es aquella sedimentación que tiene lugar debido a la acción gravitacional sobre las partículas con peso específico mayor que el del agua.  Sedimentación provocada: Es aquella que se utiliza para lograr la sedimentación de las partículas cuyo peso específico es menor que el del agua (coloides de arcilla), por medio de la adición de un producto químico aglomerante, de manera que se puedan agrupar esas partículas y lograr otras, denominadas flóculos, con un mayor peso específico, que le permita su sedimentación, a este proceso se le llama coagulación. Tipo de sedimentación más usada

La sedimentación simple es la más usada para la potabilización, ya que las técnicas basada en la adición de productos químicos entrañan gastos y exigen de conocimientos que pocas veces están al alcance de las colectividades. La sedimentación simple en depósitos artificiales o naturales, sirven para eliminar la mayor parte de la turbiedad y reducir el contenido bacteriano, especialmente el de las bacterias patógenas. Pueden ser eficaz emplearla sola o en combinación con la filtración en arena o la cloración. Efectos de la sedimentación simple 1) Reducción de turbiedad

La eficacia de la sedimentación para reducir la turbiedad depende de la naturaleza de las sustancias en suspensión y el tiempo de retención en el depósito. Se ha demostrado que la eficiencia de los sedimentadores para la remoción de la turbiedad esta alrededor de un 50 %. Este es uno de los parámetros de vital importancia en la potabilización del agua, es por ello que deberá prestarse especial atención durante los estudios del agua de las fuentes superficiales, siendo sumamente útil determinar el grado de turbiedad en las distintas estaciones del año y en diversas condiciones del caudal. 2) Reducción del contenido bacteriano

El simple hecho de retener e agua en un depósito reduce el número total de bacterias existentes ya que el ritmo de desaparición de estos gérmenes es mayor que el de reproducción. Esto es particularmente cierto en el caso de las bacterias patógenas, para las que el agua no suele constituir un medio de reproducción favorable. La eficiencia en la remoción de bacterias patógenas mediante la sedimentación simple está valorada en un 50%.

3) Almacenamiento de agua

Todo tanque o deposito construido para la sedimentación sirve al mismo tiempo para almacenar agua, este doble uso tiene una gran importancia pues cuanto mayor sea la cantidad almacenada, más fácil será asegurar un abastecimiento continuo, es cual es uno de los objetivos fundamentales en los sistemas de abasto. 4) Reducción de color

Los breves periodos de sedimentación simple son poco eficientes para la reducción del color. Estudios realizados al respecto han determinado que con estos dispositivos se obtiene una reducción de color inferior al 30%. 5) Producción de algas

El almacenamiento de agua en depósitos abiertos facilita la reproducción y el crecimiento de algas, lo cual puede ocasionar un problema mucho más grave que el que se pretendía resolver. Las algas se desarrollan a expensas de ciertas sustancias nutritivas como el nitrógeno soluble, el fosforo, el carbonato potásico y algunos otros compuestos que se encuentran en las aguas superficiales. El contenido de las algas esta en relación directa con la cantidad existente de los productos mencionados, basta con una pequeña porción de estas sustancias nutritivas para que estas desarrollen. En general, la única forma de calcularse las posibilidades de desarrollo de algas es observando otros estanques a lo largo de la misma zona. Clasificación de los tanques sedimentadores a) Según su configuración geométrica:  Cuadrados  Rectangulares  Circulares b) Según la dirección y sentido del flujo:  Horizontal  Radial  Ascendente o vertical c) Según la forma de sedimentación  Sedimento de fondo  Colchón de lodo Factores a considerar para el diseño de los tanques sedimentadores       

Cantidad de agua a ser tratada. Carga superficial Periodo de retención Profundidad del sedimentador Relación largo – ancho del sedimentador Velocidad horizontal Forma del sedimentador

Criterios de diseño para los tanques sedimentadores

SEDIMENTADOR SIMPLE CONVENCIONAL DE FLUJO TURBULENTO

PARÁMETROS Carga Superficial (Cs= Q/As)

20 - 30 (m³ / m². dia)

Tiempo de retención (tr)

2 - 6 (horas)

Carga sobre el vertedor (Cv= Q/Lv)

125 ̴ 375 (m³ / m* dia)

Eficiencia de remoción de turbidez

50% ≤ 30%

Eficiencia de remoción de color Eficiencia de remoción de bacterias

50%

Eficiencia de remoción de sólidos en suspensión

50

Tipo de partículas removidas

̴ 70 %

Discretas (recomendables)

Tabla 6.5.1. Valores recomendados para tanques sedimentadores convencionales, con sedimentación simple y con requerimientos reducidos de operación Metodología de diseño

Información requerida:

PARÁMETRO Caudal de diseño Diámetro de la tubería Sólidos en suspensión Sólidos totales Turbidez afluente Color

UNIDAD m3/s Plg mg/l mg/l N.T.U. U.C.N.

RESULTADO 0.02196 8 451,656 1476 95,75 11,05

Tabla 6.5.2. Información requerida para el diseño de un sedimentador

Pasos 1. Selección de la carga superficial (Cs) y el tiempo retención (tr)

De la tabla 6.5.1. se deberán seleccionar los valores de Cs y tr, según convenga. Cs = 30 (m3/m2*día) tr = 2 (horas) 2. Cálculo del área superficial del sedimentador (As)

As 

Q (m 2 ) Cs

Donde: A s = Área superficial m2  Q = Caudal de diseño de la planta potabilizadora m3 /día  Cs = Carga superficial m3 /m2días 

As 

1897,344 m 3 / dia 30 m 3 / m 2 dia

As  63,24 m 2

3. Adoptar las dimensiones del largo (L) y ancho (a) del sedimentador

Se recomienda diseñar sedimentadores rectangulares con longitudes de tres a seis veces el ancho del sedimentador. Asumiéndose una relación ancho-largo de 1:3

As  a * L As  a * 3a As  3a 2 1

 As  2 a   3  L  3a Donde: As = Área superficial (m2) a = ancho del sedimentador (m) L = Largo del sedimentador (m) 1

 63,24  2 a   3  a  4.5913 m L  3 * (4.5913) L  13.7739 m 4. Cálculo del volumen del sedimentador

Vs  Q * tr (m3 )

(Vs)

Donde: Vs = Volumen del sedimentador m3  Q = Caudal de diseño de la planta potabilizadora m3 /día  tr = Tiempo de retención días

Vs  (1897.344 m 3 / dia ) * (0.083333día ) Vs  158.112 m 3 5. Cálculo de la altura media del sedimentador (hm)

hm 

Vs As

(m)

Donde: hm = Altura media del sediementador m Vs = Volumen del sedimentador m3  A s = Área superficial del sediemntador

158.115m 3 63.24m 2 hm  2.5 m

hm 

6.

Cálculo de la altura de la pared de salida ( hps) y de la profundidad máxima de la zona de sedimentación (hmáx)

Para el cálculo se parte de que:

I. La pendiente del fondo del sedimentador tiene que ser igual o mayor al 3% para que las partículas sedimentadas se desplacen a la tolva de lodos. II. La longitud para el cálculo de estas profundidades es la obtenida en el paso 3 (Longitud de tanque L) III. Para el cálculo de estas profundidades se parte de la profundidad media (hm) obtenida en el paso 5.

hps  hm  Y (m) Y  So * X (m) X  L / 2 hmáx  hm  Y (m) So  3%  0.03

X  13.7739 / 2  6.88695m Y  0.03 * 6.88695 Y  0.2066m hps  2.5  0.2066 hps  2.2934m

Y

hmáx

hm

hps

hmáx  2.5  0.2066 hmáx  2.7066m

L/2

Figura 6.5.1. Representación de las profundidades del sedimentador rectangular

7.

Cálculo de la tolva de lodos o fango. 7.1. Cálculo del caudal de fango que llega al sedimentador (Qf)

Qf 

Ct * Ss * Q * 86400  fango *109 * %SRL

Donde: Qf = Caudal de fango que llega al sediemntador m3 /día  Q = caudal que circula por el sedimentador l/s Ct = 0.68

0.75; Concentración total de partículas que sedimentan, según experiencia

acumulada sobre el tema, se considera que el total de partículas que entran al tanque sedimentador, 68% al 70% sedimentan en éste. Ss = Representa los sólidos en suspensión que contiene el agua provenienete de la fu -

ente, expresadas en  mg / l . Esta información se obtiene del estudio de sólidos que se deberá realizar en un laboratorio de calidad de agua a la muestra del agua de la fuente.

 fango = 1.01

1.04 gr/cm3 ; Peso específico del fango, debe ser sustituido en gr/cm3  . %SRL = 0.05; Este término significa el porcentaje de sólidos que contienen los lodos retenidos en el sedimentador. De la experiencia existente sobre el tema, se considera que los lodos atrapados en el sedimentador tienen un 95% de humedad y un 5% de sólidos.

0.68 * 451.656 * 21,96 * 86400 1.04 *10 9 * 0.05 Qf  11.206 m 3 / día

Qf 

7.2. Suponer el tiempo de extracción de los lodos (Text. de lodos)

Se recomienda extraer los lodos a los sumo cada veinticuatro horas, nunca en un periodo mayor a este. De lo contrario, los lodos le pueden transmitir olores y sabores indeseables al agua. Dada la facilidad del operario para realizar esta faena se puede estimar un tiempo de permanencia de la materia de 8 horas. Text. lodos = 8 horas

7.3. Cálculo del volumen de fango a almacenar en la tolva (Vf)

Vf  Qf *Text .lodos Donde: Vf = Volumen de fango m3  Qf = Caudal de fango m3 / día

Text. de lodos = Tiempo de extracción de lodos  días

m3 1día Vf  11.206 * 8h * día 24h 3 Vf  3.736m 7.4. Seleccionar el número de tolvas a colocar

I. Un criterio que se puede emplear en la sección del número de tolvas es el de considerar tolvas con anchos superficiales entre 0.80 – 1.50 m. II. El número de tolvas a colocar estará en función del ancho del sedimentador.

ancho Sed . 1 . 5m 4.5913m N º tolva  1. 5 m N º tolva  3.061  4 tolvas

N º tolva 

a

ø

b

a

Figura 6.5.2. Esquema de las tolvas de fango

7.5. Cálculo del ancho superficial de la tolva (aT)

Ancho Sed . N º tolva 4.5913m aT  4 aT  1.1478m

aT 

7.6. Suponer el ancho de la base de la tolva

Se recomienda un ancho b = 0.50 m, ya que la tubería que se coloca para la extracción de los lodos y que debe llegar hasta el fondo de la tolva es de 8’’ .

bT  0.50m 7.7. Cálculo del volumen de fango de una tolva (Vf1)

Vf1 

Vf N º tolvas

Donde: Vf = Volumen de fango m3  Vf 1 = Volumen de fango de una tolva m3  Nº de tolvas = Número de tolvas supuestas en el paso 7.4

3.736m 3 4 Vf1  0.934m 3

Vf1 

7.8. Cálculo de la profundidad de la tolva (Y)

a) Suponer el ángulo de inclinación de la tolva (φ) Es importante garantizar que el ángulo de inclinación de la tolva sea φ45º, con el fin de asegurar una caída abrupta del lodo hacía el fondo de la tolva. Se recomienda en este paso iniciar los cálculos con el valor de φ = 45

b) Cálculo del valor de (Y)

Y

(aT  bT ) * tan  2

Donde: Y = Profundidad de la tolva m aT = Ancho superficial de la tolva m b = Ancho superficial de la base de la tolva m

 = Ángulo de inclinación de la tolva grados

(1.1478  0.50) * tan( 45) 2 Y  0.3239 m

Y

c) Cálculo del volumen de fango de cálculo de una tolva (Vf1 cálc.)

Y  2 2 2 2 Vf1calc    * bT  aT  (bT * aT ) 3 Donde: Vf 1cálc. = Volumen de fango de cálculo de una tolva m3  Y = Profundidad de la tolva m aT = Ancho superficial de la tolva m b = Ancho superficial de la base de la tolva m

 0.3239  2 2 2 2 0.50 Vf1calc    * ((0,50)  (1.1478)  (0,50 *1.1478 ) )  3  Vf1calc  0.2312 m 3 d) Comparar el volumen (Vf1) con el (Vf1 cálc.)

Vf1calc  Vf 0.2312m 3  0.934m 3 Hay que calcular un nuevo valor de Y a partir de suponer un valor del ángulo  mayor a 45º y repetir el proceso.

 50 60 70 75 76 77

Vf1 calc. (m3) 0.2755 0.4004 0.6352 0.8628 0.9273 1.0014

Y (m) 0.3860 0.5610 0.8899 1.2088 1.2991 1.4030

Condición No cumple No cumple No cumple No cumple No cumple Cumple

Tabla 6.5.3. Resumen del ángulo de inclinación de la tolva 7.9. Resumen de las dimensiones obtenidas de la tolva

Nº tolva = 4 aT =1.1478 m. bT = 0.50 m. Y = 1.4030 m.  = 77º 8. Cálculo de la zona de salida del sedimentador

Para la realización de este diseño se utilizara la salida del tipo orificio ubicado en la pared final del sedimentador, para lo cual se deberán seguir los siguientes pasos: 8.1.

Cálculo de la altura máxima que alcanzara el nivel de aguas en el sedimentador en la zona de salida (HNAN)

Para ello se supone que la altura máxima del agua en el sedimentador en la zona de salida será igual a la altura de pared de salida. HNAN  hPS

H NAN  2.2934m 8.2.

Cálculo Del diámetro del orificio (D) y el número de orificios (N)

a) Suponer el número de orificios de salida (N) Se recomienda dos a tres orificios, preferiblemente dos. N=2 b) Suponer la carga sobre el orificio (Ho) Ho  0.20 a 0.30m

Ho = 0.30 m

c) Cálculo del caudal que circulará por cada orificio (Qo)

Qo 

Q 3 (m / s ) N

Donde: Qo = Caudal del orificio m3 / s Q = Caudal de diseño de la planta m3 / s N = Número de orificios supuestos

0.02196 m 3 / s 2 Qo  0.01098 m 3 / s

Qo 

d) Cálculo del diámetro del orificio (Do)

Do 

4 * Qo  *  * 4.43 * Ho 0.5

Donde: Do = Diámetro del orificio m Qo = Caudal del orificio m3 / s Ho = Carga sobre el orificio m

 = 0.82 ; Coeficiente de gasto recomendado para estos tipos de orifico

4 * 0.01098 0.82 *  * 4.43 * 0.30.5 Do  0.084  Do  3.31"  4"

Do 

e) Chequear que H0 > D0/2 para garantizar la descarga sobre el orificio H0 > D0/ 2 0.30m > 0,1016/2

= 0.30 > 0.0508 Ok!

8.3. Cálculo de altura de pared en la zona de salida (Hpared)

 Do  H pared  H NAN     Ho  BL  2 

Donde: Hpared  Altura de pared en la zona de salida m HNAN = Altura máxima que alcanzará el nivel de aguas normales en el sedimentador en la zona de salida m

Do = Diámetro del orificio de salida m Ho = Carga sobre el orificio m BL = Borde libre (normalmente se asume de 0.2 a 0.3m)

 0.1096  H pared  2.2934     0.3  0.20  2  H pared  2.84m 8.4.

Resumen de los resultados obtenidos en el diseño de la salida

N = 2 orificios Ho = 0.30 m Qo = 0.01098 (m3/s) Do = 4 ” 9. Cálculo de la zona de entrada al sedimentador 9.1.

Selección del diámetro de la tubería perforada a la entrada del sedimentador (D)

V

4Q  D2

Donde: Q = Caudal de diseño de la planta m3 / s D = Diámetro de la tubería perforada de entrada del sedimentador m

4 * 0.02196  *2 D  0.11824m

D

11.824 2.54 D  4.655' ' Dadop  6' '  V  1.2m / s 1.2  2  cumple D

9.2. Cálculo de la longitud de la tubería perforada (L)

L  Ancho del sed .  2 * (0.05) m Donde: 0.05m es la separación mínima recomendadas entre la tubería y las paredes del sedimentador

L  4.5913  2 * (0.05) L  4.4913 m 9.3. Cálculo de la base que sustenta la tubería ( Abase), y la altura a la que se la coloca, partiendo de la parte superior del muro (hbase)

Abase  D  2 * 0.10 Abase  0.1524  2 * 0.1 Abase  0.3524m Donde: D = Diámetro de la tubería perforada de entrada al sedimentador 0.1m es la separación lateral de la tubería a la base

Do  0.15  D  0.10 2 0.1016  0.20  0.30   0.15  0.1524  0.10 2  0.9532 m

H base  BL  Ho  H base H base Donde:

BL = Borde libre (normalmente se asume de 0.2 a 0.3m) Ho = Carga sobre el orificio m Do = Diámetro del orificio de salida m D = Diámetro de la tubería perforada de entrada al sedimentador m 0.15m de sumergencia de la tubería 0.10m de separación vertical de la tubería base

9.4. Cálculo del diámetro de los orificios de la tubería de entrada perforada (øorificio)

Los orificios de la tubería de entrada se perforarán de tal manera que al ubicar las hileras de los orificios, estos queden desfasados (a tres bolillos). Estas hileras de orificios, abarcarán todo el perímetro de la tubería. El diámetro de los orificios será de una pulgada (øorificio = 1’’)

9.5. Cálculo del tabique difusor

a) Cálculo de la separación del tabique de la pared del sedimentador más cercana él (at)

at  0.80m (Según Azevedo Netto)

b) Cálculo de la distancia vertical entre la parte inferior del tabique y la superficie de la tolva (ht)

1 ht    * hmáx 4 1 ht    * 2.7066m 4 ht  0.6767 m Donde: hmáx = Profundidad máxima del sedimentador m

c) Cálculo de la línea superior de orificios en el tabique difusor medido verticalmente desde la cota NAN (hts).

1 hts    * hmáx 5 1 hts    * 2.7066m 5 hts  0.5413 m Donde: hmáx = Profundidad máxima del sedimentador m d) Recomendaciones a seguir acerca de los orificios que deberán hacerse en el tabique difusor y sobre el mismo.

Los orificios deberán ser de pequeño diámetro (ø = 1’’) Los orificios deberán construirse en forma circular. Los huecos de los orificios deberán aboquillarse incrementando su sección en la dirección del flujo (15º), para mejorar su funcionamiento hidráulico.  El tabique difusor deberá abarcar todo el ancho del sedimentador.  La cota del tabique difusor deberá rebasar como mínimo el nivel máximo del agua dentro del sedimentador.   

10. Cálculo de la remoción de la turbidez en el sedimentador

Turbidez efluente = Turbidez afluente*0.50 Turbidez efluente = 95,75 N.T.U. *0.50 Turbidez efluente = 47.875 N.T.U. Donde: Turbidez efluente = Valor de la turbidez del agua proveniente de la fuente N.T.U. Turbidez afluente = Valor de la turbidez del que abandona el sedimentador N.T.U. El 0.5 representa la eficiencia de remoción de turbidez que se alcanza en el sedimentador 11. Cálculo de color en el sedimentador

Color efluente = color afluente* (1-0.30) Color efluente = 11.05 U.C.N. * (1-0.30) Color efluente = 7.735 U.C.N.

Donde: Color efluente = Valor de la color del agua proveniente de la fuente U.C.N. Color afluente = Valor de la color del que abandona el sedimentador U.C.N. El 0.3 representa la eficiencia de remoción deL color que se alcanza en el sedimentador

12. Cálculo de la remoción de sólidos en suspensión en el sedimentador

Sólidos suspensión efluente = Sólidos suspensión afluente*(1-0.60) Sólidos suspensión efluente = 451.656 mg/l*(1-0.60) Sólidos suspensión efluente = 180.6624 mg/l Donde: Sólidos en suspensión afluente = Valor de los sólidos en suspensión en el agua proveniente de la fuente mg/l Sólidos en suspensión efluente = Valor de los sólidos en suspensión en el agua que abandona el sedimentador mg/l El 0.6 representa la eficiencia de remoción de los sólidos en suspensión que se alcanza en el sedimentador

13. Conclusiones de diseño VARIANTE Nº 9 SEDIMENTADOR PARÁMETRO Carga superficial Tiempo de retención Área superficial Largo Ancho de cada canal del sedimentador Volumen del sedimentador Altura media Altura de pared de salida Profundidad máxima del sedimentador Pendiente del fondo Caudal de fango Tiempo de extracción de lodos Volumen de fango a almacenar en las tolvas Número de tolvas Ancho superficial de la tolva Ancho de la base de la tolva Volumen de fango a almacenar en una tolva Profundidad de la tolva Ángulo de inclinación de la tolva Altura máxima del sedimentador en la zona de salida Número de orificios de salida Carga sobre el orificio Caudal de circulación por el orificio Diámetro del orificio Diámetro de la tubería de entrada al sedimentador Longitud de la tubería perforada Separación de la tubería perforada de las paredes Ancho de la base que sustenta la tubería de entrada Altura de la base de la tubería de entrada desde el muro Diámetro de los orificios a perforar en la tubería Separación del tabique de la pared más cercana Distancia vertical entre el tabique y la tolva Altura de la línea superior de orificios desde el NAN Turbidez efluente del sedimentador Color efluente del sedimentador Sólidos en suspensión efluentes del sedimentador

VARIABLE U.M. RESULTADO Cs m3/m2.día 30 tr Horas 2 As m2 63.24 L m 13.7745 a m 4.5915 3 V m 158.112 hm m 2.5 Hps m 2.2934 hmáx m 2.7066 So % 3 Qf m3/día 11.206 Text.lodos Horas 8 Vf m3 3.736 Nº tolvas 4 a m 1.1478 b m 0.50 Vf1 m3 0.934 Y m 1.4030 φ º 77º HNAN m 2.2934 N 2 Ho m 0.3 Qo m3/seg 0.01098 Do Pulg 4 D Pulg 6 L m 4.4915 s m 0.10 Abase m 0.3524 Hbase m 0.9532 øorificio Pulg 1 at m 0.80 ht m 0.6767 hts m 0.5413 Tefluente NTU 47.875 Cefluente UCN 7.735 Ssefluente mg/l 180.6624

Tabla 6.5.4. Resultados del diseño del sedimentador

Observaciones, conclusiones y recomendaciones.

Se recomienda la limpieza del dispositivo cada 6 meses, para ello cortar el agua de salida de la planta por la noche, lavar y desinfectar con cloro las tolvas para extraer todo el lodo que se haiga acumulado y enjuagar con abundante agua. Desinfectar las tolvas también con cloro y luego de tener todo completamente desinfectado se procede a colocarlas en sus respectivos lugares y poner en funcionamiento el dispositivo. Abrir las válvulas cada 8 horas.

ANEXOS (Ver los planos del sedimentador)

6.6. Prefiltración Gruesa Objetivo de la prefiltración

La prefiltración es un pretratamiento o acondicionamiento que se le da al agua, a través de un medio poroso grueso (grava), a objeto de reducir fundamentalmente los niveles de turbidez y sólidos en suspensión, dentro de los límites aceptables, para el ingreso de esta agua a los filtros u otras unidades de tratamiento. Clasificación de los prefiltros

Los prefiltros se pueden clasificar en:  Filtros gruesos de flujo horizontal.  Filtros gruesos de flujo vertical ascendente y/o descendente. Filtros gruesos de flujo vertical de sentido ascendente a) Descripción del filtro

El filtro consiste en una o varias unidades que contienen el material granular de diferentes tamaños, con una graduación de material grueso a fino en la dirección del flujo de abajo hacia arriba. En sistemas donde solo se cuenta con una unidad de filtración, el filtro es llenado con capas de grava de diferente granulometría, empezando con el diámetro más grueso en la base y el grano más pequeño en la parte superior. En sistemas con más de una unidad (en serie), el primer filtro consta del material más grueso y el último almacena el material más fino. Los filtros ascendentes pueden contar de una a tres unidades dispuestas en serie. b) Componentes del filtro

     

La caja del filtro (una o tres unidades colocadas en serie) Lecho filtrante Sistema de ingreso Sistema de salida Sistema de drenaje Válvulas de regulación

c) Criterios para el diseño PARÁMETRO

UNIDAD

VALOR RECOMENDADO

Período de operación

Horas

24

Velocidad de filtración

m/h

7.5

Número de unidades

u

1.00 - 3.00

Altura de agua sobrenadante

m

≤ 0.60

Bordo libre

m

0.20 - 0.50

Area máxima permitida por unidad de filtración

m²

15 - 25

Altura del tanque de filtración

m

2.00 - 2.50

Tabla 6.6.1. Criterios para el diseño de los filtros gruesos de flujo ascendente.

d) Eficiencias logradas con los filtros gruesos de flujo ascendente

PARÁMETRO

EFICIENCIA (%)

Número de unidades en serie

Una

Tres

Sólidos en suspensión

49 - 94

92 - 97

Turbiedad

46 - 71

69 - 83

Color

10.00 - 46

29 - 68

Coliformes fecales

73.3 - 98.4

97.7 - 99.7

Tabla 6.6.2. Eficiencia lograda en los filtros gruesos de flujo ascendente. e) Descripción del filtro grueso de flujo ascendente

El filtro grueso de flujo ascendente trabaja inundado, el mismo consta de una base de hormigón, sobre la que se sitúa una plancha de acero inoxidable de 10 mm de espesor encargada de soportar las tres capas de gravas que conformará el filtro, estas capas deberán ser siempre de origen ígneo (duras), de diferentes gradaciones. A través de las capas que constituyen el filtro, se produce el desplazamiento del agua en fase de depuración, la cual tiene posteriormente salida por medio de dos formas fundamentales, una a través de un vertedor construido de una lámina de acero, situado en la parte superior del lecho y otra, a través de orificios situados a 10 cm de la parte superior del lecho filtrante. Metodología de diseño

Información requerida:

PARÁMETRO UNIDAD RESULTADO Caudal de diseño m3/día 1746.144 Turbidez afluente NTU 50.5 Color afluente UCN 10.29 Diámetro de la tubería de llegada del sedimentador Plg 4 Número de tuberías procedente del sedimentador 2 Sólidos en suspensión procedentes del sedimentador mg/l 195.84 Tabla 6.6.3. Información requerida para el diseño de un filtro grueso de flujo ascendente

Pasos 1. Suponer la velocidad de filtración

(Vf)

Se recomienda para este diseño asumir 7.5 m/h (0.0021 m/s, 180 m/día).

2. Cálculo del área superficial del filtro

Af 

Q Vf

Af 

0.02021m 3 / s 0.0021 m / s

(Af)

por lo tanto 1 unidad

A f  9.624m 2 3. Calcular el largo (L) y el ancho del filtro (A)

Se recomienda que la relación ancho: largo, debe ser lo más cercana a 1:1 por lo que:

AL

Af

A  L  9.624 A  L  3.10  4m Donde: Af = Área superficial del filtro obtenida en el paso 2º m2  A = Ancho de cada filtro m L = Largo de cada filtro m

4. Cálculo de la zona de salida del filtro grueso

Para este diseño se utilizará una salida del tipo orificio colocada en la pared final del filtro grueso. 4.1.

Cálculo de la altura que alcanzará el nivel de aguas normales en el filtro (H NAN) o altura de colocación de la invertida de la tubería de salida en el filtro, medida desde la superficie de la losa de fondo.

Hnan   tubería  0.05  0.01  Ecsop  Ec int  Ec sup  0.10 Hnan  0.1016  0.05  0.01  0.30  0.30  0.35  0.10 Hnan  1.2116m

Donde: HNAN = Altura del NAN en el filtro, medida desde la superficie de la losa de fondo m 

TUBERÍA = Diámetro de la tubería proveniente del sedimentador m

0.05 m = Separación de la tubeía que alimenta el filtro del piso del filtro m  0.07 m = Altura del ladrillo o prisma que sostiene el medio filtrante m  Ecsop = Espesor de la capa de soporte m  Ec int = Espesor de la capa de filtración intermedia m Ec sup = Espesor de la capa de filtración superior m 0.10m = Altura de la invertida del orificio de salida m

4.2. Cálculo del diámetro (D) y número de orificios (N)

a) Suponer el número de orificios de salida (N) Asumir un valor igual al número de tuberías de llegada del sedimentador. N =2 b) Suponer el diámetro del orificio (Do)

Asumir inicialmente un valor de diámetro igual al del orificio de salida del sedimentador. Do= 4” = 0.1016 m. c)

Cálculo del caudal que circulará por el orificio (Qo)

Q N 0.02021 Qo  2 Qo  0.01011 m 3 / seg

Qo 

Donde: Qo = Caudal del orificio m3 / s Q = Caudal de diseño de la planta m3 / s N = Número de orificios supuestos

1.

Cálculo de la carga sobre el orificio (Ho)

  4 * Qo Ho   2    *  * 4.43 * Do 

2

4 * 0.01011   Ho   2   0.82 *  * 4.43 * 0.1016  Ho  0.1176 m

2

Donde: Do = Diámetro del orificio m Qo = Caudal del orificio m3 / s Ho = Carga sobre el orificio m

 = 0.82 ; Coeficiente de gasto recomendado para estos tipos de orifico

e)

Comprobar que la carga sobre el orificio (Ho), calculada garantice que:

Do  0.10  0.60 2 0.1016 0.1176   0.10  0.60 2 0. 2684m  0.60 m  Cumple Ho 

Donde: Do = Diámetro del orificio m 0.10m = Separación de la solera del tubo de la capa superficial del filtro m Ho = Carga sobre el orificio m 4.3.

Cálculo de la altura máxima que alcanzará el agua en el filtro o altura del nivel de aguas máximas en el filtro (HNAM), medida desde la superficie de la losa de fondo.

Do  Ho 2 0.1016 Hnam  1.2116   0.1176 2 Hnam  1.38m

Hnam  Hnan 

Donde: HNAM  Altura máxima del agua en el filtro m HNAN = Altura de la invertida del tubo de salida m Do = Diámetro del orificio de salida m Ho = Carga sobre el orificio m

4.4.

Cálculo de la altura de pared en el filtro (Hpared), medida desde la superficie de la losa de fondo.

Hpared  Hnam  BL Hpared  1.38  0.50 Hpared  1.88m

Donde: Hpared = Altura del muro del filtro m HNAM = Altura máxima del agua en el filtro m BL = Borde libre (normalmente se asume de 0.2 a 0.5m)

5. Cálculo de la altura total del tanque del filtración (Ht)

Ht  Hpared  Elosa Ht  1.88  0.15 Ht  2.03m

Donde: Hpared = Altura del muro del filtro m Elosa = Espesor de la losa de fondo m

6. Cálculo del volumen del material de cada capa que compone el filtro y descripción de sus características MEDIO FILTRANTE

ESPESOR (m)

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS (mm)

0,20 - 0,30

19 - 25

0,20 - 0,30

13 - 19

0,20 - 0,30

6.00 - 13

0,20 - 0,30

3.00 - 6.00

0,25- 0,35

1,6 - 3.00

Capa de soporte Capa de filtración Intermedia Capa de filtración superior

Tabla 6.6.4. Recomendaciones del medio filtrante en filtros gruesos de flujo ascendente de una sola unidad. a)

Capa de soporte

Vcsop  Ecsop * L * A Vcsop  0.30 * 4 * 4 Vcsop  4.8 m3

Donde: Vcsop = Volumen de la capa de soporte m3  Ecsop = Espesor de la capa de soporte m L = Longitud del filtro m A = Ancho del filtro m

Esta capa será llenada con grava de origen ígneo con un tamaño de partículas según recomendación de la tabla 6.6.4. b)

Capa de filtración intermedia

Vc int  Ec int* L * A Vc int  0.30 * 4 * 4 Vc int  4.8 m3

Donde: Vc int = Volumen de la capa de filtración intermedia m3  Ec int = Espesor de la capa de filtración intermedia m L = Longitud del filtro m A = Ancho del filtro m

Esta capa será llenada con grava de origen ígneo con un tamaño de partículas según recomendación de la tabla 6.6.4. c)

Capa de filtración superior

Vc sup  Ec sup* L * A Vc sup  0.35 * 4 * 4 Vc sup  5.6 m3 Donde: Vcsup = Volumen de la capa de filtración superior m3  Ecsup = Espesor de la capa de filtración superior m L = Longitud del filtro m A = Ancho del filtro m

Esta capa será llenada con grava de origen ígneo con un tamaño de partículas según recomendación de la tabla 6.6.4.

7. Cálculo de la remoción de la turbidez en el filtro grueso

Turbidez efluente  Turbidez afluente * (1  ERT ) Turbidez efluente  50.5 * (1  0.71) Turbidez efluente  14.645 ( N .T .U .)

Donde: Turbidez efluente = Turbidez del agua que abandona el filtro grueso N.T.U. Turbidez afluente = Turbidez del agua que proveniente del sedimentador N.T.U. ERT = Representa la eficiencia de remoción de turbidez que se alcanza en la prefiltración. Según el número de unidades de filtración (ver tabla 8.4), expresada en tanto por uno.

8. Cálculo de la remoción de color en el filtro grueso

Color efluente  Color afluente * (1  ERC ) Color efluente  10.29 * (1  0.46) Color efluente  5.56 (U .C.N .)

Donde: Color efluente = Color del agua que abandona el filtro grueso o prefiltración U.C.N. Color afluente = Color dl agua proveniente del sedimentador U.C.N. ERC = Representa la eficiencia de remoción de color que se alcanza en la prefiltración. Según el número de unidades de filtracion, expresada en tanto por uno.

9. Cálculo de la remoción de sólidos en suspensión en el filtro grueso

Sólidos suspensión efluente  Sólidos suspención afluente * (1  ERSs ) Sólidos suspensión efluente  195.84 * (1  0.94) Sólidos suspensión efluente  11.75 (mg / l )

Donde: Sólidos en suspensión afluente = Valor de los sólidos en suspensión en el agua que abandona el sedimentador mg/l Sólidos en suspensión efluente = Valor de los sólidos en suspensión en el agua que abandona el filtro grueso mg/l ERC = Representa la eficiencia de remoción de los sólidos en suspensión que se alcanza en la prefiltración. Según el número de unidades de filtracion, expresada en tanto por uno.

10. Conclusiones del diseño

A la luz de los resultados obtenidos se puede señalar que este dispositivo de potabilización ofrece grandes eficiencias pos sí solo. Es decir, que su labor independiente resulta en la disminución drástica de parámetros de control de calidad del agua; tales como: La turbiedad, el color, y la cantidad de sólidos en suspensión. Es notorio resaltar que hasta este punto todos los indicadores que garantizan la potabilidad del agua han sido bajados hasta sus intervalos permitidos, a excepción de la turbiedad que está muy cercana a su límite aceptable.

VARIANTE Nº 3 PREFILTRACIÓN GRUESA PARÁMETRO VARIABLE U.M. RESULTADO Velocidad de filtración Vf m/s 0,0021 Área superficial del filtro Af m² 9.624 Número de filtros Nf u 1 Largo del filtro L m 4 Ancho del filtro A m 4 Altura hasta el NAN HNAN m 1.38 Altura de pared del filtro Hpared m 1.88 Altura total del tanque de filtración Ht m 2.03 Volumen de la capa de soporte Vcsop m³ 4.8 Volumen de la capa de filtración intermedia Vcint m³ 4.8 Volumen de la capa superior Vcsup m³ 5.6 Turbidez efluente Te N.T.U 14.645 Color efluente Ce U.C.N 5.56 Sólidos en suspensión efluentes Sse mg/l 11.75 Tabla 6.6.5. Resultados de diseño de un filtro grueso de flujo ascendente.

Observaciones, conclusiones y recomendaciones

Se recomienda que el filtro grueso se tenga que desinfectar una vez cada seis meses. Limpiar de acuerdo a la calidad del agua y a las marcas del sedimentador. Como observaciones podemos observar que las dimensiones de largo y ancho nos dieron como resultado un valor de 3,234 m, pero lo redondeamos al valor entero inmediato superior, por lo tanto, nuestra área de filtro se incrementó de 10,457 m2 a 16 m2

ANEXOS (Ver los planos del filtro grueso de flujo ascendente)

6.7. Filtros Rápidos Empleo de los filtros rápidos

En las plantas convencionales que actualmente se construyen, en las grandes ciudades, el uso de la sedimentación con coagulación y la filtración rápida han desplazado la filtración lenta de la preferencia de los especialistas en la materia. De igual manera el empleo de los filtros rápidos precedidos de un sedimentación simple, y una prefiltración gruesa, resulta un excelente método de tratamiento en el caso de abastecimiento de agua a las zonas rurales y en aquellos lugares donde los recursos financieros no permitan el uso de los sistemas convencionales, pues con ellos se alcanzan resultados satisfactorios en cuanto a la calidad del agua, economía en la construcción por la disminución del área de filtración en comparación con los filtros lentos y al mismo tiempo se pueden concebir sistemas en los que su operación y conservación no exijan de una preparación especializada por parte del personal encargado de la planta potabilizadora. Ventajas de la filtración rápida  Su eficiencia en la remoción de la turbidez se estima entre 60% y el 75%.  Tiene una gran diferencia en la reducción de los olores y sabores.  En el tratamiento de aguas subterráneas y/o superficiales la filtración rápida es muy usada

para remover hierro y manganeso previo un proceso de aireación. En el caso de aguas con baja turbidez, tal es el caso de lagos, embalses, reservorios y en algunos casos en aguas superficiales, la filtración rápida produce un efluente claro y de buena calidad.  Su velocidad de filtración es alta, alrededor de 5 m/hora, por lo que generalmente se requieren de menor área de filtración en comparación con los filtros lentos. 

Desventajas de la filtración rápida  Poseen una baja eficiencia en la remoción de las bacterias que oscila entre un 45 % a 50%.  Tiene poca reducción del color, estimada en un 20% de eficiencia.  En el caso de los filtros rápidos de flujo descendente concebidos para limpieza manual, para

efectuar la misma es necesario vaciarlo, raspar y retirar de 5 a 10 cm del lecho de arena superior, la cual deberá ser respuesta una vez efectuada la limpieza. Criterios para el diseño

PARÁMETROS Velocidad de filtración recomendada

UNIDAD

RANGO

m/h

5

Altura de agua sobrenadante

m

0,80

̴ 1,00

Altura total del filtro

m

1,75

̴ 2,25

cm

5 ̴ 10

Espesor del sistema de drenaje incluida la capa de grava

m

0,15 ̴ 0,30

Número de unidades de filtración

U

Mínimo 2

Espesor mínimo del lecho filtrante reducido por raspado

Tabla 6.7.1 Criterios para el diseño de los filtros rápidos de flujo descendente.

CARÁCTERISTICAS DEL MEDIO FILTRANTE

TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS (mm)

ESPESOR DE LA CAPA (m)

Lecho de arena

0,60 - 0,75

0,5 - 2,00

Grava redondeada

0,15 - 0,30

2,00 - 10,00

Tabla 6.7.2. Recomendación para el medio filtrante en los filtros rápidos de flujo descendente.

Eficiencias logradas con los filtros rápidos de flujo descendente PARÁMETROS

EFICIENCIAS (%)

Sólidos en suspensión

60

̴ 75

Turbiedad

60

̴ 75

Color

20

Coliformes fecales

45

̴ 50

Tabla 6.7.3. Eficiencias logradas en los filtros rápidos de flujo descendente.

Metodología de diseño

Información requerida:

PARÁMETRO Caudal de diseño Turbidez afluente Color afluente Sólidos en suspensión procedentes del filtro grueso

UNIDAD m3/día N.T.U. U.C.N.

RESULTADO 1746.144 14.645 5.56

mg/l

11.75

Tabla 6.7.4. Información requerida para el diseño de filtros rápidos de flujo descendente.

Pasos 1. Suponer la velocidad de filtración

(Vf)

Se recomienda diseñar los filtros rápidos con velocidad de filtración igual a: Vf = 5 m/h = 0.0014 m/s = 120 m/día

2. Cálculo del área superficial del filtro (Af)

A

Q Vf

A

1746.144m 3 / día 120 m / día

A  14.55m 2 Donde: A = Área del filtro (m²) Q = Caudal de diseño (m³/día) Vf = Velocidad de filtración, supuesta en el paso 1º Área < 25 m2

 Colocar 1 filtro

3. Calcular el largo (L) y el ancho del filtro (a)

Se recomienda que la relación ancho: largo, debe ser lo más cercana a 1:1 por lo que:

L  a  ( Af )

0 .5

L  a  (14.55) 0.5 L  a  3 .8 m Redondeando

L  a  4m

Donde: Af = Área superficial del filtro obtenida en el paso 2º m2  a = Ancho de cada filtro m L = Largo de cada filtro m

4. Cálculo de la altura total del tanque de filtración (ht)

ht  e  0.30  0.75  0.80  BL ht  0.15  0.30  0.75  0.80  0.30 ht  2.30 m

Donde: ht = Altura total del filtro m e = Espesor de la losa de fondo m 0.30 m = Espesor de la capa de soporte del filtro o drenaje m 0.75 m = Espesor de la capa de filtración (capa de arena) m 0.80 m = Altura del agua sobrenadante m  BL = 0.20 a 0.30 m (bordo libre) m

5. Cálculo del volumen del material de cada capa que compone el filtro y descripción de sus características a) Capa de soporte o drenaje

Vcs = 0.30*L*a Vcs= 0.30*4*4 Vcs= 4.8 m³

Donde: Vcs = Volumen de la capa de soporte m3  0.30 m = Espesor de la capa de soporte m  L = Longitud del filtro m A = Ancho del filtro m

*Esta capa será llenada con grava redondeada con un tamaño de partículas de 10mm. b) Capa de filtración

Vcf  0.75 * L * a Vcf 0.75*4*4 Vcf  12 m

3

Donde: Vcf = Volumen de la capa de filtración m3  0.75 m = Espesor de la capa de filtración m L = Longitud del filtro m A = Ancho del filtro m

Esta capa será llenada con arena fina con un tamaño de partículas de 2.0 mm. 6. Cálculo de la entrada al filtro

6.1. Cálculo del diámetro de la tubería que conduce el afluente al filtro (D)

La velocidad de circulación del flujo que se recomienda se encuentra entre 0.30 a 0.60 m/s. Para el cálculo se asume 0.40 m/s y como se conoce el caudal de diseño, el diámetro del tubo se calcula: a) Cálculo del área del tubo (A)

Q V 0.02021 A 0 .4 A  0.050m 2

A

Donde: A = Área del tubo m2  Q = Caudal de diseño de la planta m3 / s V = Velocidad de circulación m / s

b) Cálculo del diámetro del tubo (D)

D 

4* A

D

4*0.05

 

D  0.2523m  10"  0.254m Donde: A = Área del tubo m2  D = Díametro de la tubería m

el cual no es diámetro comercial. A fin de comprobación se asumirá un diámetro de 10 pulgadas. A continuación se comprobara si cumple con la velocidad de tránsito estipulada

A

 * 0.254 2

 0.05m 2 4 Q 0.02021 V   0.40 m / seg Cumple !!! A 0.05 V  0.30 m / s Donde: A = Área del tubo para el nuevo valor de diámetro supuesto (12”) [ m²] Q = Caudal de diseño de la planta [m³/s] V = Velocidad de circulación [m/s]

6.2. Dimensionamiento de la estructura de entrada al filtro.

La entrada al filtro se realizará tal y como se indica en los planos respectivos. ANEXO PLANOS (LAMINA 1/3 “PERFIL DE FILTRO RAPIDO)

7. Cálculo de la salida del filtro

7.1. Suponer el diámetro de la tubería de salida del filtro (D)

Se comenzará por suponer un diámetro igual al diámetro de entrada al filtro rápido (10 pulgadas) 7.2. Cálculo del área de la tubería de salida (Atubería de salida)

Atub salida  Atub salida

 *D 2 4

 *0.2542 4

Atub salida  0.051m

2

Donde: Atubería de salida = Área de la tubería de salída m2  D = Diámetro supuesto en el paso 7.1 m

7.3. Cálculo la elevación del nivel de agua sobre el orificio (Ho)

Ho 

Ho 



  Q   * Ao*( 2 g ) 0.5 

2

0.02021

0.71*0.051*( 2*9.81) 0.5

Ho  0.016m  1.6 cm ,



2

Donde: Q = Caudal de diseño m3 / s Ao = Atubería de salída = Área del orificio de la tubería de salida m2  g = aceleración de caída libre 9.81 m/seg Ho = Carga sobre el orificio m

 = 0.71 ; Coeficiente de gasto

NOTA: Se recomienda que este valor se encuentre entre los 3 a 30 cm, en su defecto se deberá obtener un valor en este rango. La alternativa es asumir un nuevo valor de diámetro de la tubería en el paso 7.1.

D (plg) 10 8

D (cm) 25.4 20.32

A0 (m) 0.05067 0.0324

H0 (m) 0.016 0.039

H0 (cm) 1.6 3.9

Tabla 6.7.5. Cálculo de la elevación del nivel del agua sobre el orificio

Para un diámetro de 8 pulgadas se tiene: Ho = 0.039 m = 3.9 cm

 Cumple!!!

7.4. Cálculo de la distancia vertical entre el borde de la tubería y la superficie del agua sobrenadante en el filtro (Htotal)

Htotal  Ho  0.15 Htotal 0.039 0.15 Htotal  0.19 m

Donde: Ho = Carga sobre el orificio, obtenida en el paso 7.3 m 0.15 m = Pérdida de carga m

7.5. Dimensionamiento de la estructura de salida al filtro

La salida del filtro se realizará tal y como se indica en los planos pertinentes ANEXO PLANOS (LAMINA 1/3 “PERFIL DE FILTRO RAPIDO) 8. Cálculo del sistema de drenaje inferior 8.1. Cálculo del área mínima de evacuación en el sistema de drenaje inferior

A min  A min 

(Amin)

Q V

0.02021 0.3

A min  0.0674 m

2

Donde: Amin = Área mínima del sistema de desagüe inferior m2  Q = Caudal de diseño de la planta m3 / s

V = Velocidad de circulación admitida en el desagüe inferior, 0.30 m/s

8.2. Seleccionar un diámetro para la tubería de desagüe inferior (Dtd)

Se recomiendan utilizar diámetros de 2”, 3” y 4”. Se emplearán tuberías de 4 pulgadas. 8.3. Calcular el área de una tubería de desagüe en función del diámetro seleccionado en el paso 8.2 (Atd)

Atd 

 * Dtd 2

4  * 0.10162 Atd  4 Atd  0.0081m 2

Donde: Atd = Área de la tubería de desagüe (m2) Dtd = Diámetro de la tubería de desagüe, supuesto en el paso 8.2 (m)

8.4. Calcular el número mínimo de hileras de tuberías de desagüe que se deben colocar para garantizar que la velocidad de circulación no supere los 0.30 m/s.

N º hileras 

A min Atd

0.067m 2 N º hileras 0.0081m 2 N º hileras  8.27

 9 hileras

Donde: Atd = Área de la tubería de desagüe m2  Amin = Área mínima del sistema de desagüe inferior m2 

*Para el efecto se emplearán 9 tuberías de 4 pulgadas cada una. 8.5. Seleccionar el tipo de tuberías a colocar en el sistema de desagüe inferior.

Debido a ventajas y difusión de las tuberías de PVC estas serán las usadas para los fines actuales. Las tuberías de PVC perforadas con orificios se barrenan a lo largo de la tubería de desagüe según se muestra en la figura.

Figura 6.7.1. Tubería de desagüe inferior con perforaciones.

8.6. Cálculo de la separación entre hileras de las tuberías de desagüe inferior (S).

S  S

a N º hileras1

4 9 1

S  0 .4 m Donde: S = Separación entre hileras de tuberías de desagüe inferior m a = Ancho de cada filtro m Nº de hileras = Número de hileras de tuberías de desagüe a colocar

9. Cálculo de la remoción de turbidez en el filtro rápido

Turbidez efluente  Turbidez afluente * (1  0.75) Turbidez efluente14.645*(1 0.75) Turbidez efluente  3.66 ( N .T .U .)

Donde: Turbidez efluente = Turbidez del agua que abandona el filtro rápido N.T.U. Turbidez afluente = Turbidez del agua que proveniente de la prefiltración N.T.U. 0.75 = Representa la eficiencia de remoción de turbidez que se alcanza en el filtro rápido (60% - 75%), , se asume un 75%.

10.

Cálculo de la remoción de sólidos en suspensión en el filtro rápido

Solidosen suspensiónefluente  Solidosen suspensiónafluente * (1  0.75) Solidosen suspensiónefluente11.75*(1 0.75) Solidosen suspensiónefluente  2.93 ( mg / l )

Donde: Sólidos en suspensión afluente = Valor de los sólidos en suspensión en el agua que abandona el filtro grueso mg/l Sólidos en suspensión efluente = Valor de los sólidos en suspensión en el agua que abandona el filtro rápido mg/l ERC = Representa la eficiencia de remoción de los sólidos en suspensión que se alcanza en los filtros rápidos según el CINARA 8605 - 75%), expresada en tanto por uno.

11.

Cálculo de los sólidos totales que abandona el filtro rápido

Solidostotalesefluente  Solidosen suspensiónefluente / 0.306 Solidostotalesefluente 2.93 / 0.306 Solidostotalesefluente  9.5751( mg / l )

Donde: Sólidos en totales efluentes = Valor de los sólidos en totales en el agua que abandona el filtro rápido mg/l Sólidos en suspensión efluentes = Valor de los sólidos en suspensión en el agua que abandona el filtro rápido mg/l 0.306 = Fracción de los sólidos suspendidos en promedio de los sólidos totales.

12.

Cálculo de la remoción de color en el filtro rápido

Color efluente  Color afluente * (1  0.20) Color efluente 5.56*(1 0.20) Color efluente  4.45 (U .C . N .)

Donde: Color efluente = Color del agua que abandona el filtro rápido U.C.N. Color afluente = Color del agua proveniente de la prefiltración U.C.N. 0.20 = Representa la eficiencia de remoción de color que se alcanza en filtro rápido, expresada en tanto por uno.

13.

Conclusiones del diseño

A continuación se expone una tabla donde están recogidas las principales particularidades del diseño de esta unidad:

VARIANTE Nº 3 FILTRACIÓN RÁPIDA PARÁMETRO Área superficial del filtro Número de filtros Largo del filtro Ancho del filtro Altura total del filtro Volumen de la capa inferior de soporte Volumen de la capa de drenaje Diámetro de la tubería afluente Diámetro de la tubería efluente Carga sobre el orificio de salida Distancia vertical entre la superficie del agua sobrenadante y el orificio de salida Diámetro de la tubería de drenaje Número de hileras de drenaje Tipo de tubería a colocar en el drenaje Separación entre hileras de drenaje Turbidez efluente Color efluente Sólidos en suspensión efluentes Sólidos totales efluentes

VARIABLE

Af Nf L a ht Vcs Vcf Da De Ho

U.M. RESULTADO m² 14.55 u 1 m 4 m 4 m 2.3 m³ 4.8 m³ 12 pulg 10 pulg 8 m 0.039

Htotal m Dtd pulg Nº de hileras Tipo S m Te N.T.U Ce U.C.N Sse mg/l Ste mg/l

Tabla 6.7.6. Resultados del diseño del filtro rápido de flujo descendente.

0.19 4 9 PVC 0.4 3.66 4.45 2.93 9.57

Observaciones, Recomendaciones y Conclusiones

La culminación de todo el proceso de potabilización es exitosa, como así lo afirman los indicadores de calidad del agua efluentes de esta última unidad. Evaluando este dispositivo se puede afirmar fehacientemente que su fin ha sido completado a cabalidad. La limpieza del filtro se efectúa extrayendo con gran cuidado la capa superior de arena hasta una profundidad de 5 a 10 cm, la arena sucia extraída, se lleva a una cámara de lavado para limpiarla y utilizarla otra vez. Una vez concluida esta operación, en ese momento se vuelve a completar el filtro con la arena lavada hasta la altura primitiva. Con rastrillos ligeros o herramientas análogas debe nivelarse la superficie de la arena hasta lograr la mayor uniformidad posible. El lavado de la arena en las zonas rurales se realiza casi siempre a mano, para ello se coloca la arena en un recipiente y se agita, al tiempo que se hace pasar agua corriente a poca velocidad para no arrastrar las partículas más finas. Al cabo de cierto tiempo, el agua de lavado sale más clara y al final la arena queda limpia. En ese momento ya puede guardarse la arena para llevarla de nuevo al filtro en el momento oportuno.

ANEXOS (Ver los planos del filtro rápido de flujo descendente)

6.7. Depósito de almacenamiento Definición

Los tanques de almacenamiento son depósitos que se construyen en las plantas potabilizadoras, para almacenar el agua tratada. Ventajas de la colocación de estos dispositivos  Permiten atender las variaciones horarias del consumo, que en los pequeños sistemas

pueden llegar a ser tres veces mayores que el consumo máximo horario. Cuando el agua se recoge en un depósito, las bombas pueden funcionar uniformemente durante todo el día.  El depósito permite almacenar una cierta cantidad de agua para situaciones de emergencia, como incendio, roturas, fallas en los equipos de bombeo, entre otras. 

Características de los depósitos de almacenamiento construidos en el suelo  Los depósitos construidos en el suelo pueden estar ubicados sobre la superficie, o total o

 

 



  

 

parcialmente enterrados en el suelo, lo que dependerá en gran parte de las cotas a las que se ubiquen las instalaciones que le anteceden y de altura que se necesite para el suelo. El depósito deberá estar provisto de orificios de entrada y de salida en caso de ser cubierto, además de una tuberías de rebose y un sistema que permita su limpieza. La tubería de salida deberá estar ubicada por lo menos a unos 10 cm del fondo. De este modo se deberá considerar en el cálculo del tanque un volumen muerto de 10 cm de profundidad en el fondo del mismo, que no puede extraerse, pues en esa zona se depositan las partículas sólidas en suspensión y su evacuación se realiza por medio del sistema de limpieza del tanque ubicado en el fondo del mismo. Es habitual en la mayoría de los casos construir un declive o pendiente hacia el sistema de limpieza del tanque para facilitar la evacuación de los sólidos sedimentados. Cuando se emplee una válvula de flotador para regular el nivel del depósito, el agua nunca debe salir por el rebosadero, si dicha válvula funciona bien. En el caso de los tanques con reguladores, la entrada de agua suele graduarse con una válvula de flotador. Cuando haya que instalarse bocas de incendios, habrá que tenerse en cuenta las necesidades de estos servicios al calcularse la capacidad del depósito de almacenamiento. La bibliografía especializada recomienda para el caso de incendio, que debe considerarse un mínimo de reserva de 120 (m3) para poblaciones mayores a 10000 habitantes. En tanques unitarios es recomendable la colocación de un by-pass que permita mantener el servicio mientras se efectúa el lavado o el mantenimiento del tanque. La tubería de rebose del tanque, descargará a la tubería de limpieza del mismo, la cual conducirá el agua a una descarga final lejos del tanque para no comprometer la estructura. Se instalarán válvulas de compuertas en todas las tuberías, cada una de ellas serán ubicadas en:  La tubería de entrada al tanque  La tubería de by-pass  La tubería de desagüe del tanque en caso que existiera.  La tubería de salida del tanque El tanque en caso de tener una cubierta protectora deberá poseer una tapa de acceso sanitario. Deberán incluirse accesorios tales como: escaleras de acceso, ventiladores, abertura de acceso, cámara de válvulas, entre otros.

Pasos 1.

Cálculo del volumen del tanque a) Cálculo del volumen de regulación

V  Q *t max d max d t  24h ( SegunNB ) Vmax d  77.00 4 m3 / h*24h V  18 48.09 6 m max d

3

V  0.25 * V regulación max d

3 (m )

Vregulación0.25*1848.096 m3 V  462.024 m regulación

3

b) Cálculo del volumen de reserva

V  Q *t reserva max d Vreserva7 7.0 0 4 m3 / h*4 h Vreserva3 0 8.0 1 6 m3

t  4 h ( S eg u n NB )

3 (m

)

c) Volumen de diseño

Vt  al mayorqueresultedel calculodel V y del V reg res Vt  V  462, 024m regulación

2.

3

Cálculo de las dimensiones del tanque a) Suponer una altura útil del tanque (hútil)

Hútil = 2 – 2.5 Adopto hútil = 2.5 cm b) Calcular la superficie del tanque (S)

𝑉𝑡

S = ℎ𝑢𝑡𝑖𝑙 =

463.024 𝑚³ 2.5 𝑚

S = 184.81 m² c) Cálculo del largo (L) y el ancho (a) del tanque

L = a = (S) ^ 0.5 L = a = (184.81) ^ 0.5 L = a = 13.59 m d) Suponer un valor de bordo libre (BL)

BL = 0.20 – 0.30 Adopto BL = 0,30 m e) Suponer la altura libre desde el fondo del tanque hasta la solera del tubo de salida (h 1)

H1 ≥ 0.10 m H1 = 0.10m

f) Cálculo de la altura total del tanque (Ht)

Ht = hutil + BL + h1 Ht = 2.5 + 0.30 + 0.10 Ht = 2.9 m 3. Cálculo del tiempo de vaciado del tanque

𝑡=

7200 =

2 ∗ 𝑆 ∗ √ℎ 𝑚 ∗ 𝑤 ∗ √2 ∗ 𝑔

2 ∗ 184,81 ∗ √2,6 𝜋 ∗ 𝐷2 0,65 ∗ 4 ∗ √2 ∗ 9,81

D= 0,1913 m = 7.33” = 6”

𝑡=

2∗184,81∗ √2,6 𝜋∗0,15242 ∗√2∗9,81 4

0,65∗

Donde: t = Tiempo de vaciado del tanque (s) S = Superficie del tanque (m2) h = Carga sobre el desagüe (m) m = Coeficiente de contracción (0.60 ̴ 0.65) g = 9.81 m/s2: Aceleración de caída libre w = Área de la tubería de desagüe (m2)

= 11348 s = 3,15 hr

Cumple!!

4. Conclusiones del diseño.

VARIANTE Nº 9 TANQUE DE ALMACENAMIENTO PARÁMETRO Volumen de diseño Diámetro de la tubería de desagüe Altura útil del tanque Superficie del tanque Largo del tanque Ancho del tanque Altura total del tanque

VARIABL E Vdf D hutil S L a Ht

RESULTAD U.M. O m³ 462.024 pulg 6 m 2.5 m2 184.81 m 13.59 m 13.59 m 2.9

Tabla 6.8.1. Resultados del diseño del depósito de almacenamiento.

Se recomienda la colocación de un bypass que permita mantener en servicio mientras se efectúa el lavado o mantenimiento del tanque. La tubería de rebose del tanque descargan a la tubería de limpieza del mismo las cuales conducirán a una descarga final lejos del tanque para no comprometer la estructura. Se instalaran válvulas de compuertas en todas las tuberías del tanque a excepción de las del rebose: -

Tubería de entrada. Tubería de salida. Tubería de bypass.

Este tipo de tanque deberá tener una cubierta protectora con tapa de acceso sanitario. Deberán incluirse accesorios tales como: -

Ventiladores. Aberturas de acceso. Escalera de acceso. Cámara de válvulas.

ANEXOS (Ver los planos del depósito de almacenamiento)

6.9. Desinfección

Definición

Se conoce como desinfección al proceso de eliminación o destrucción de microorganismos patógenos presentes en el agua. Definición de punto de quiebre

El punto de quiebre indica donde el cloro libre y posiblemente los trihalometanos comienzan a aparecer en el residual. La adición de cloro más allá del punto de quiebre, producirá un aumento del cloro residual libre disponible directamente proporcional al cloro añadido. El punto de quiebre también denota los “residuales molestosos” que son de importancia desde el punto de vista de los sabores, los olores, y posiblemente de la salud. Riesgos relativos para la salud del hombre debido a la presencia de los Trihalometanos como subproductos de la cloración  Daño en las funciones reproductoras, es decir, disminución en la fertilidad, mal parto.  Lesión en el desarrollo fetal dentro del útero e inmediatamente después del parto.  Desarrollo de cáncer del riñón y afectaciones al hígado. Productos químicos desinfectantes más empleados  Cloro gas (CL2)  Hipoclorito de sodio en solución (NaCL) con un 10% - 15% de cloro activo (lavandina).  Hipoclorito de calcio en solución con un 65% - 75%.

El desinfectante que se empleará será el Hipoclorito de Sodio en solución, esto merced a la amplia gama de bondades que tiene este desinfectante en particular, a saber:   

El costo, que es significativamente menor al de los otros productos símiles. Llegando hasta diferenciarse en hasta diez veces los precios de los demás desinfectantes. A diferencia de otras alternativas, el cloro mata hongos, algas y trabaja todas las temperaturas del agua. La facilidad para adquirirlo en el mercado, así como también, la sencillez para aplicarlo.

La desinfección continua o permanente, se efectuará mediante dosificadores de Cloro, con descarga a presión atmosférica, basado en el principio de carga hidráulica. Instrucciones y recomendaciones

a)

La demanda de Cloro estará determinada por la calidad del agua, obteniéndose el punto de quiebre mediante ensayos de laboratorio.

b)

La concentración de Cloro deberá efectuarse en un punto la solución se mezcle en forma completa con el agua y el periodo de contacto sea mayor o igual a 30 minutos. Para este efecto lo más idóneo es ubicar el dispositivo de dosificación justo después de la salida del tanque, en la parte de la tubería de impulsión.

c)

Según los cálculos realizados la concentración de Cloro no deberá ser menor que el cinco por ciento.

Conclusiones del diseño

Se utilizará un dosificador automático que se conectará a la línea a la salida del tanque. Dicho dosificador contará de un tanque de almacenamiento de cloro con capacidad e dosificación constante para un día. El tanque de cloro deberá contar con un flotador que marcará el momento en que el operario deberá llenarlo para evitar que la bomba del dosificador trabaje al vacío lo que produciría la fundición del mismo. De no contar con un dosificador automático, el operario deberá tener un control continuo del caudal entregado a la red y modificará de forma manual la dosificación correspondiente para ese caudal. De no hacerlo así corre el riesgo de sobredosificación lo que conllevaría problemas a la salud o en caso contrario no otorgar la dosificación necesaria para garantizar la desinfección total del suministro de agua, lo que conllevaría riesgo para la salud por parte de la proliferación de gérmenes patógenos. El dosificador deberá permitir una mezcla homogénea del desinfectante en la línea logrando así una mejor eficiencia en la desinfección.

CAPÍTULO VII RECOMENDACIONES PARA LA EXPLOTACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LA PLANTA

7.1. Recomendaciones para la explotación y mantenimiento de la planta Las recomendaciones sobre la explotación de la planta de tratamiento de agua deben de efectuarse con un ceñimiento estricto y un celoso apego a las normativas estipuladas para este fin. Debe merecer un cuidado aparte seleccionar la(s) persona(s) idónea(s) para esta misión. Es redundante señalar la importancia del conocimiento del personal; el cual tiene que tener un grado de conocimiento suficientemente del tema. Siendo preferible un profesional del ramo. Todas las precauciones y recaudos no son insuficientes, puesto que el recurso que se está manejando es uno de los principales causantes de la buena sanidad de la comunidad beneficiaria. Por otra parte, es necesario realizar un control periódico de la calidad del agua tratada. Si bien, éstos implican una cuantía de fondos considerables, el fin es plenamente justificable. Es más, caso contrario, la gerencia prestataria del servicio estaría sujeta a todas las sanciones que el particular conlleva. La limpieza y mantenimiento de las distintas unidades deben hacerse conforme a la bibliografía que recomienda. Para todo efecto el libro director de estos cuidados se encuentra citado en el numeral uno de los libros de consulta de este tratado.

CAPÍTULO VIII

CONCLUSIONES GENERALES 8.1. Conclusiones generales

Con agrado se puede afirmar que este diseño es el más acorde con el entorno económico y social de la comunidad. Se concluye que los todos los dispositivos se diseñaron de forma tal de cumplir sus objetivos, y en la medida de lo posible se veló por la facilidad de construcción, limpieza y funcionamiento. Finalmente se obtuvo un agua que cumple con todas las exigencias de la normativa Boliviana. Es más, los límites señalados fueron sobrepasados positivamente con un amplio margen. Dando como consecuencia un agua de óptima pureza y totalmente apta para el consumo humano. A continuación se expone una tabla con los indicadores exigidos por la Norma Boliviana versus los resultados emergentes del sistema de potabilización.

PARÁMETRO

U.M.

VALOR DEL AFLUENTE DE LA PLANTA Sólidos totales mg/l 1476 Turbidez N.T.U 95,75 Color U.C.N 11,05 Coliformes totales N.P.M / 100 ml 40 Olor Adimensional Inofensivo Sabor Adimensional Inofensivo

VALOR DEL VALOR ESTIPULADO EFLUENTE POR LA DE LA PLANTA NORMA BOLIVIANA 8,856 1000 3,471 5 3.3416 15 0 0 Inofensivo Inofensivo Inofensivo Inofensivo

RESULTADOS DEL PROYECTO VARIANTE Nº 9 ESTUDIO DE LA DEMANDA DE AGUA PARÁMETRO VARIABLE UNIDADES RESULTADO Periodo de diseño T Años 20 Población de diseño Pf Habitantes 9292 Dotación media diaria futura Df L/Hab.dia 132.59 Caudal medio diario Qmed Lps 14.26 Caudal máximo diario Qmáxd Lps 21.39 Caudal máximo horario Qmáxh Lps 38.502 Caudal comercialinstitucional Qcomercial Lps 0.57 Caudal de diseño Qd Lps 21.96

VARIANTE Nº 9 CAMARA DE REJAS VARIABLE U.M. Qmin m3/s Qmed m3/s Qd m3/s

PARAMETRO Caudal Mínimo Caudal Medio Caudal de Diseño Tipo de barra Diámetro de barra Diámetro del conducto tributario Tirante máximo en la cámara

 barra d hmax

Pulg Pulg m

RESULTADO 0.00549 0.01098 0.02196 Circular ¾ 8 0.2032

VARIANTE Nº 9 CÁMARA DE REJAS PARÁMETRO VARIABLE Longitud de reja sumergida Ls Ancho de reja en cada canal Wsc Número de barras n Número de espacios entre barras (n+1) Diámetro de las barras øB Ángulo de inclinación de la reja α Distancia entre barras eB Velocidad de flujo a través de la reja v (0.3 < v < 0.8 m/s)

U.M RESULTADO m 0.28737 m 0.2257 4 5 pulg ¾ grados 45 m 0.0299 m/s

0.51

Ancho total de la cámara Diámetro del conducto tributario Ángulo de transición Longitud de transición divergente Longitud de transición convergente Longitud de la cámara de rejas

B1 B2 φ L1 L2 L

m pulg Grados m m m

0.6514 8 20 0.62 0.31 1.543

Hmáx

m

0.5032

Altura máxima de la cámara de rejas

VARIANTE Nº 9 CÁMARA DESARENADORA PARÁMETRO

UNIDAD

Caudal de diseño Diámetro de las partículas a remover

m3/s

RESULTADO 0.02196

mm

0.20

Diámetro del conducto tributario

Plg

8

VARIANTE Nº 9 CÁMARA DESARENADORA PARÁMETRO VARIABLE Ancho de cada canal del desarenador B Tirante de circulación Y Velocidad de flujo (0,15 < v < 0,30 m/s) v Longitud del desarenador L Ancho total del desarenador B1 Ancho de cada canal B Diámetro del conducto tributario B2 Ángulo de la transición φ Longitud de la transición divergente L1 Longitud de la transición convergente L2 Altura máxima del desarenador Hmáx

U.M. m m m/s m m m pulg (º) m m m

RESULTADO 0.18 0.3978 0.1533 5.8 0.56 0.18 8 20 0.50 0.25 0.90

VARIANTE Nº 9 SEDIMENTADOR PARÁMETRO UNIDAD Caudal de diseño m3/s Diámetro de la tubería Plg Sólidos en suspensión mg/l Sólidos totales mg/l Turbidez afluente N.T.U. Color U.C.N.

RESULTADO 0.02196 8 451,656 1476 95,75 11,05

VARIANTE Nº 9 SEDIMENTADOR PARÁMETRO Carga superficial Tiempo de retención Área superficial Largo Ancho de cada canal del sedimentador Volumen del sedimentador Altura media Altura de pared de salida Profundidad máxima del sedimentador Pendiente del fondo Caudal de fango Tiempo de extracción de lodos Volumen de fango a almacenar en las tolvas Número de tolvas Ancho superficial de la tolva Ancho de la base de la tolva Volumen de fango a almacenar en una tolva Profundidad de la tolva Ángulo de inclinación de la tolva Altura máxima del sedimentador en la zona de salida Número de orificios de salida Carga sobre el orificio Caudal de circulación por el orificio Diámetro del orificio Diámetro de la tubería de entrada al sedimentador Longitud de la tubería perforada Separación de la tubería perforada de las paredes Ancho de la base que sustenta la tubería de entrada Altura de la base de la tubería de entrada desde el muro Diámetro de los orificios a perforar en la tubería

VARIABLE U.M. RESULTADO Cs m3/m2.día 30 tr Horas 2 As m2 63.24 L m 13.7745 a m 4.5915 3 V m 158.112 hm m 2.5 Hps m 2.2934 hmáx m 2.7066 So % 3 Qf m3/día 11.206 Text.lodos Horas 8 Vf m3 3.736 Nº tolvas 4 a m 1.1478 b m 0.50 Vf1 m3 0.934 Y m 1.4030 φ º 77º HNAN m 2.2934 N 2 Ho m 0.3 Qo m3/seg 0.01098 Do Pulg 4 D Pulg 6 L m 4.4915 s m 0.10 Abase m 0.3524 Hbase m 0.9532 øorificio Pulg 1

Separación del tabique de la pared más cercana Distancia vertical entre el tabique y la tolva Altura de la línea superior de orificios desde el NAN Turbidez efluente del sedimentador Color efluente del sedimentador Sólidos en suspensión efluentes del sedimentador

at ht hts Tefluente Cefluente Ssefluente

VARIANTE Nº9 PREFILTRACIÓN GRUESA PARÁMETRO UNIDAD Caudal de diseño m3/día Turbidez afluente NTU Color afluente UCN Diámetro de la tubería Plg Número de tuberías procedente del sedimentador Sólidos en suspensión procedentes del sedimentador mg/l

m m m NTU UCN mg/l

0.80 0.6767 0.5413 47.875 7.735 180.6624

RESULTADO 1897,344 47,875 7,735 4 2 180,6624

VARIANTE Nº 9 PREFILTRACIÓN GRUESA PARÁMETRO VARIABLE U.M. RESULTADO Velocidad de filtración Vf m/s 0,0021 Área superficial del filtro Af m² 10,457 Número de filtros Nf u 1 Largo del filtro L m 4 Ancho del filtro A m 4 Altura hasta el NAN HNAN m 1.2116 Altura de pared del filtro Hpared m 1.9014 Altura total del tanque de filtración Ht m 2.1014 Volumen de la capa de soporte Vcsop m³ 4.8 Volumen de la capa de filtración intermedia Vcint m³ 4.8 Volumen de la capa superior Vcsup m³ 5.6 Turbidez efluente Te N.T.U 13.884 Color efluente Ce U.C.N 4.177 Sólidos en suspensión efluentes Sse mg/l 10.840

VARIANTE Nº9 FILTRACIÓN RÁPIDA PARÁMETRO Caudal de diseño Turbidez afluente Color afluente Sólidos en suspensión procedentes del filtro grueso

UNIDAD m3/día N.T.U. U.C.N.

RESULTADO 1897,344 13,884 4,177

mg/l

10,840

VARIANTE Nº 9 FILTRACIÓN RÁPIDA PARÁMETRO Área superficial del filtro Número de filtros Largo del filtro Ancho del filtro Altura total del filtro Volumen de la capa inferior de soporte Volumen de la capa de drenaje Diámetro de la tubería afluente Diámetro de la tubería efluente Carga sobre el orificio de salida Distancia vertical entre la superficie del agua sobrenadante y el orificio de salida Diámetro de la tubería de drenaje Número de hileras de drenaje Tipo de tubería a colocar en el drenaje Separación entre hileras de drenaje Turbidez efluente Color efluente Sólidos en suspensión efluentes Sólidos totales efluentes

VARIABLE

Af Nf L a ht Vcs Vcf Da De Ho

U.M. RESULTADO m² 15.8112 u 2 m 4 m 4 m 2.3 m³ 4.8 m³ 12 pulg 12 pulg 8 m 0.04635

Htotal m Dtd pulg Nº de hileras Tipo S m Te N.T.U Ce U.C.N Sse mg/l Ste mg/l

0.19635 4 10 PVC 0.36 3.471 3.3416 2.7 8.856

VARIANTE Nº 9 TANQUE DE ALMACENAMIENTO PARÁMETRO Volumen de diseño Diámetro de la tubería de desagüe Altura útil del tanque Superficie del tanque Largo del tanque Ancho del tanque Altura total del tanque

VARIABL E Vdf D hutil S L a Ht

RESULTAD U.M. O m³ 462.024 pulg 6 m 2.5 m2 184.81 m 13.59 m 13.59 m 2.9

8.2. Recomendaciones

La limpieza en los dispositivos se la tiene que realizar de acuerdo a los requerimientos de cada dispositivo. Cámara de rejas

Se recomienda observar el tiempo en que el nivel aguas arribas alcanza su máximo nivel permitido, ya que de sobrepasar este límite se estaría forzando al sistema a trabajar en condiciones para las que no fue diseñado, por lo tanto, se recomienda limpiar las rejas cuando el nivel de aguas arriba sobrepase el bordo libre entre 20-25 cm y dar uso del by-pass. Cámara desarenadora

El tiempo de limpieza deberá ser fijado con anterioridad y se recomienda que sea una vez cada 6 meses y se deberá señalar en el desarenador la altura a la que una vez llegado los sedimentos, se proceda a la extracción de estos por parte del operario. Estación elevatoria

Se deberá limpiar y desinfectar el pozo una vez cada seis meses y darle mantenimiento a la bomba de acuerdo a las recomendaciones del fabricante. Aireador de bandejas múltiples

Se recomienda la limpieza del dispositivo cada 6 meses, para ello cortar el agua de salida de la planta por la noche, lavar y desinfectar con cloro las piedras coque y enjuagar con abundante agua. Desinfectar las bandejas también con cloro y luego de tener todo completamente desinfectado se procede a colocarlas en sus respectivos lugares y poner en funcionamiento el dispositivo. Sedimentador

Se recomienda la limpieza del dispositivo cada 6 meses, para ello cortar el agua de salida de la planta por la noche, lavar y desinfectar con cloro las tolvas para extraer todo el lodo que se haiga acumulado y enjuagar con abundante agua. Desinfectar las tolvas también con cloro y luego de tener todo completamente desinfectado se procede a colocarlas en sus respectivos lugares y poner en funcionamiento el dispositivo. Abrir las válvulas cada 8 horas.

Prefiltración gruesa de flujo ascendente

Se recomienda que el filtro grueso se tenga que desinfectar una vez cada seis meses. Limpiar de acuerdo a la calidad del agua y a las marcas del sedimentador. Filtro rápido de flujo descendente

La culminación de todo el proceso de potabilización es exitosa, como así lo afirman los indicadores de calidad del agua efluentes de esta última unidad. Evaluando este dispositivo se puede afirmar fehacientemente que su fin ha sido completado a cabalidad. La limpieza del filtro se efectúa extrayendo con gran cuidado la capa superior de arena hasta una profundidad de 5 a 10 cm, la arena sucia extraída, se lleva a una cámara de lavado para limpiarla y utilizarla otra vez. Una vez concluida esta operación, en ese momento se vuelve a completar el filtro con la arena lavada hasta la altura primitiva. Con rastrillos ligeros o herramientas análogas debe nivelarse la superficie de la arena hasta lograr la mayor uniformidad posible. El lavado de la arena en las zonas rurales se realiza casi siempre a mano, para ello se coloca la arena en un recipiente y se agita, al tiempo que se hace pasar agua corriente a poca velocidad para no arrastrar las partículas más finas. Al cabo de cierto tiempo, el agua de lavado sale más clara y al final la arena queda limpia. En ese momento ya puede guardarse la arena para llevarla de nuevo al filtro en el momento oportuno.

Depósito de almacenamiento

Se recomienda la colocación de un bypass que permita mantener en servicio mientras se efectúa el lavado o mantenimiento del tanque. La tubería de rebose del tanque descargan a la tubería de limpieza del mismo las cuales conducirán a una descarga final lejos del tanque para no comprometer la estructura. Bibliografía HERNANDEZ C.O., MAIDA C.O., PLANTAS POTABILIZADORAS DE AGUA, SEGUNDA EDICIÓN, SANTA CRUZ DE LA SIERRA, BOLIVIA.

ANEXOS (PLANOS)

Listado de planos

Planta general Perfiles longitudinales y planta de la disposición final de las unidades de tratamiento Planta, perfil y secciones de la cámara de rejas Planta, perfil y secciones de la cámara desarenadota Planta, perfil y secciones del tanque sedimentador Planta, perfil y secciones del filtro grueso Planta, perfil y secciones del filtro lento Planta, perfil y secciones del tanque de almacenamiento Detalle de la ubicación de la estación de bombeo y el clorador