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TEMA: DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE EN EL DISTRITO DE SUYO-AYABACAPIURA

Estudiantes: De La Cruz Flores, Jhumeyne Estefania Fernández Lamberto, Luzmila Gutierrez Arapa, Sandra Quispe Flores, Carlos Soto Chochocca, Rocio

Asesor del Proyecto: Ing. Moreno Oscanoa Alejandro Juan Lima 03 de Diciembre del 2018

INDICE INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................................4 1.

Aspectos generales ..................................................................................................................5

1.1.

Nombre del proyecto ..............................................................................................................5

2.

Marco de referencia ................................................................................................................5

2.1.

Antecedentes ...........................................................................................................................5

2.2.

Objetivo ..................................................................................................................................6

3.

Características generales de la localidad.................................................................................6

3.1.

Ubicación y accesibilidad .......................................................................................................6

3.2.

Limites: ...................................................................................................................................6

4.

Clima .......................................................................................................................................6

4.1.

Temperatura: ...........................................................................................................................7

4.2.

Relieve ....................................................................................................................................8

5.

Población por censo ................................................................................................................8

5.1.

Población proyectada del 2000 al 2015 según INEI ...............................................................8

5.2.

Guía de proyección poblacional .............................................................................................9

6.

Parámetros de diseño ............................................................................................................11

6.1.

Periodo de diseño ..................................................................................................................11

6.2.

Dotación ................................................................................................................................ 12

6.3.

Población servida ..................................................................................................................13

6.4.

Caracterización de Usos y Demandas Tipos de Usos Existentes .........................................13

6.5.

Uso Poblacional ....................................................................................................................13

7.

Caudal ...................................................................................................................................15

2

Año............................................................................................................................................................15 8.

Fuente de agua cruda ............................................................................................................18

8.1.

Calidad de agua .....................................................................................................................22

9.

DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE ........................24

9.1.

Cálculo de almacenamiento de sustancias químicas .............................................................24

..................................................................................................................................................................26 9.2.

Cálculos para el Sistema de Dosificación .............................................................................26

9.3.

CAUDAL DE BOMBA A UTILIZAR ................................................................................28

9.4.

Cálculo de Mezcla Rápida con cambio de pendiente ...........................................................29

9.5.

Cálculo de un floculador hidráulico de flujo vertical ...........................................................33

9.6.

Calculo del dimensionamiento de las zonas del decantador .................................................41

9.6.1.

Calculo del decantador en la zona de sedimentación............................................................41

9.7.

Calculo del canal central .......................................................................................................44

b)

Para determinar el número de orificio. .................................................................................45

9.8.

Cálculo del canal lateral ........................................................................................................48

9.9.

Dimensionamiento del sistema de recolección de agua decantada .......................................51

9.10.

Dimensionamiento del sistema de extracción de lodos ........................................................53

9.11.

Calculo de filtros de tasa declinante y lavado mutuo ...........................................................55

9.12.

Calculo de la perdida de carga en el retro lavado .................................................................61

3

INTRODUCCIÓN El Distrito Peruano de Suyo es uno de los diez distritos de la Provincia de Ayabaca, ubicada en el Departamento de Piura, se ubica dentro de la ecorregión de los bosques secos, con dos formaciones vegetales: el algarrobal zapotal y el ceibal. Además, una pequeña porción con vegetación tropical con cultivos de café, maíz, arroz y caña de azúcar, en el norte del Perú. El pueblo de Suyo consta de una capilla y de 12 ranchos habitados, su producción de café y azúcar orgánica, lo convierte a futuro en un potencial para el Turismo rural comunitario. Suyo, inaugurado en octubre del 2002, es una edificación moderna, donde se exhiben restos arqueológicos de la zona, de arcilla y de piedra .El crecimiento de la población y el desarrollo industrial han multiplicado los problemas de escases y contaminación del agua tanto de procedencia superficial como subterránea, la reglamentación vigente para el abastecimiento y control de calidad de las aguas para consumo humano, se desarrolla en el DS N° 031-2010-SA(Dirección General de Salud, 2009), este decreto, recoge en su título primero, los criterios sanitarios que deben cumplir las aguas de consumo humano y las instalaciones que permiten su suministro desde la captación hasta el grifo del consumidor. También se define lo que se entiende por agua de consumo humano, Esta definición legal, va a ser la que motive y obligue a aplicar un tratamiento eficaz del agua de origen. Legalmente no se define un tratamiento único de potabilización del agua, simplemente se recoge que un agua natural o tratada, será considerada como agua apta para el consumo público, cuando no contenga ningún tipo de microrganismo, parásito o sustancias en una cantidad o concentración que pueda suponer un peligro para la salud humana cumpla una serie de valores especificados: caracteres físico - químicos, microbiológicos, tóxicos. En este proyecto, vamos a realizar el diseño de una planta de tratamiento de agua potable en el distrito de Suyo-Provincia Ayabaca y Departamento de Piura

4

1. Aspectos generales 1.1.

Nombre del proyecto

Diseño de planta de tratamiento de agua para consumo humano para la ciudad de Piura. distrito Suyo. 2. Marco de referencia 2.1.

Antecedentes

Según el Plan Desarrollo Concertado tiene como finalidad, se suma la atención a las poblaciones y espacios más vulnerables de la Cuenca Chira Piura que carecen de condiciones básicas para tener una vida digna y de calidad, como es el acceso sostenible al agua potable y servicios básicos de saneamiento, especialmente de la cuenca media y alta y de los barrios marginales, que los actores asuman formativamente una nueva cultura del agua, así como fortalecer la participación multisectorial para el desarrollo local en la búsqueda de una cuenca integrada. (Chira-Piura, 2013) La falta de saneamiento en Suyo viene perjudicando la salud de la población, sobre todo de los niños, algunos de los cuales no se desarrollan adecuadamente y presentan enfermedades diarreicas y parasitarias, ya que está en déficit de equipamiento de Salud. El indicador internacional de calidad de vida es el Índice de Desarrollo Humano (IDH) de las Naciones Unidas, que considera la esperanza de vida al nacer, los porcentajes de escolaridad y analfabetismo, así como el ingreso per cápita, por lo tanto se desea erradicar todas las formas de trabajo infantil y adolescente que ponen en riesgo la integridad y el pleno desarrollo de los niños y adolescentes, Promover el cambio de actitudes en la sociedad, eliminando paulatinamente la violencia familiar y consolidando el núcleo básico familiar, fortaleciendo la cohesión social, la cultura de paz, la solidaridad y la vigencia de los valores éticos y morales, y con ello tener una mejor calidad de vida. (CONASEC, 2017)

5

2.2.

Objetivo

El objetivo del proyecto es diseñar una planta de tratamiento de agua para abastecer a la población de Suyo. 3. Características generales de la localidad 3.1.

Ubicación y accesibilidad

El Distrito de Suyo se ubica en la Provincia de Ayabaca, Departamento de Piura, en las coordenadas geográficas de 4°30’36” de latitud sur y 88°00’36” longitud oeste, del meridiano de Greenwich. La altura de la capital del distrito es de 408 m.s.n.m. 3.2.

Limites:  Por el norte, con la República de Ecuador.  Por el sur, con el distrito de Paimás.  Por el este, con el distrito de Julilí.  Por el Oeste, con la provincia de Sullana.

4. Clima En Suyo, los veranos son cortos, muy caliente y áridos; los inviernos son cortos, caliente y secos y está parcialmente nublado durante todo el año. Durante el transcurso del año, la temperatura generalmente varía de 19 °C a 32 °C y rara vez baja a menos de 18 °C o sube a más de 35 °C.

6

Figure 1.Resumen del Clima del distrito Suyo 4.1.

Temperatura:

La temporada calurosa dura 1,7 meses, del 27 de julio al 19 de septiembre, y la temperatura máxima promedio diaria es más de 32 °C. El día más caluroso del año es el 18 de agosto, con una temperatura máxima promedio de 32 °C y una temperatura mínima promedio de 19 °C. La temporada fresca dura 1,2 meses, del 13 de octubre al 20 de noviembre, y la temperatura máxima promedio diaria es menos de 31 °C. El día más frío del año es el 15 de agosto, con una temperatura mínima promedio de 19 °C y máxima promedio de 32 °C (SENAMHI, 2015).

Figure 2.Temperatura máxima y mínima promedio

7

4.2.

Relieve

Suyo está caracterizado por superficies planas y onduladas cruzado por quebradas que aportan agua para la agricultura y consumo humano. Sus montañas llegan a una altitud de 2,200 m.s.n.m. 5. Población por censo En los últimos años la población del distrito de Suyo se ha incrementado, según la información brindada por el Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI), la población total en el año 2000 existía (12,180) habitantes, en el año 2015 (12,433) habitantes. Tabla 1 Cuatro últimos censos emitidos por la INEI CENSO 12 JULIO 1981 11 JULIO 1993 21 OCTUBRE 2007 22 OCTUBRE 2017

5.1.

POBLACIÓN 10,819 11,528 12,350 12,421

Población proyectada del 2000 al 2015 según INEI

En los últimos años la población del distrito de Suyo se ha incrementado, según la información brindada por el Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI), la población total en el año 2000 existía (12,180) habitantes, en el año 2015 (12,431) habitantes.

8

Tabla 2 Población de Suyo proyectada del 2000 al 2015 Año 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

5.2.

Población proyectada 12,180 12,229 12,265 12,292 12,315 12,327 12,337 12,350 12,359 12,372 12,383 12,390 12,405 12,412 12,420 12,431

Guía de proyección poblacional

El diseño del proyecto tiene vigencia durante 30 años. Para estimar la población del distrito de Suyo al 2041, se aplicó el método estadístico con los datos de la población total de los censos emitidos por el INEI. De esta manera se obtuvo que la población actual del distrito de Suyo es 12493 habitantes en el 2018 y para el 2041, tiempo de diseño que está proyecta do la planta de tratamiento de agua para consumo humano es de 12825 habitantes

9

Población 12,900 12,800

POBLACIÓN

12,700 12,600 12,500 12,400 12,300 12,200 12,100 1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

AÑO Población

Linear (Población)

Gráfico 1. Crecimiento poblacional del 2000 al 2015

Población 12,500 12,450 12,400 12,350 12,300 12,250 12,200 12,150 1998

2000

2002

2004 Población

2006

2008

2010

2012

2014

2016

Linear (Población)

Gráfico 2. Estimación de la población futura del 2000 al 2041

.

10

6. Parámetros de diseño 6.1.

Periodo de diseño

La determinación del periodo de diseño de la planta de tratamiento de agua potable para consumo humano en el Distrito de Suyo se desarrollará mediante la norma técnica OS.020 del Reglamento Nacional de Edificaciones – 4.4. Normas para los estudios de Factibilidad. Donde en los siguientes puntos 4.4.3. nos detalla que debemos considerar un periodo de diseño entre 10 y 20 años, el mismo que será debidamente justificado con base al cálculo del periodo óptimo del diseño. Siendo así las bases del diseño consisten en determinar para las condiciones actuales, futuras (final del periodo de diseño) e intermedias (cada 5 años) los valores de los siguientes parámetros. •

Población total y servida por el sistema

•

Caudal promedio y máximo diario.

Otro punto muy importante para este proyecto nos especifica en el 4.5.2. Todo proyecto de planta de tratamiento de agua potable, deberá ser elaborado por un ingeniero Sanitario colegiado así mismo de incluir las especificaciones de la calidad de los materiales de construcción y las especificaciones de los elementos constructivos, acordes con las normas técnicas. Dicho periodo óptimo de diseño debe establecerse para cada componente del sistema (planta de tratamiento, reservorio, tuberías, etc). La determinación del periodo óptimo de diseño se efectúa mediante la aplicación de la fórmula correspondiente, la misma que varía dependiendo de la existencia o no de un periodo de déficit. De acuerdo al SNIP, la tasa de descuento está establecida en 10%. Lo que quedaría por determinar seria el periodo déficit y el factor de economía (Guibo, 2011).

11

6.2.

Dotación

Según el Reglamento Nacional de Edificaciones, DS-011-2006-vivienda, Norma OS 0100, la dotación promedio diaria anual por habitante, se fijará en base a un estudio de consumos técnicamente justificado. Si se comprobara la no existencia de estudios de consumo y no se justificará su ejecución, se considerará por lo menos para sistemas con conexiones domiciliarias una dotación de 180 I/hab/d, en clima frío y de 220 I/hab/d en clima templado y cálido. Para programas de vivienda con lotes de área menor o igual a 90 m2, las dotaciones serán de 120 I/hab/d en clima frío y de 150 I/hab/d en clima templado y cálido. Norma- OS - 0100). En cumplimiento a la norma y de acuerdo al clima se utilizará una dotación de 150 l/hab/d, esto es debido al período que se encuentra ya sea templado o cálido el distrito de Suyo siendo así que oscilan entre 18° a 24°C, con una precipitación promedio de 430.7 mm, humedad relativa de 65 a 84%, y evaporación promedio de 1,670.6 mm. Tabla 2: Dotación promedio diaria anual por habitantes del agua. Dotación Sistemas con conexiones domiciliarias

Para viviendas con lotes de área menor o igual a 90 m2

Para habitaciones tipo industrial

Clima Frio

200 L/hab./d

Clima Templado o Cálido

250 L/hab./d

Clima Frio

120 L/hab./d

Clima Templado o Cálido

150 L/hab./d

Se determinarse de acuerdo al uso en el proceso industrial, debidamente sustentado.

Fuente: Norma OS 0100.

12

6.3.

Población servida

El distrito de Suyo, consume un aproximado 50 Litros por días, apenas cinco baldes de agua. Y en los meses de estiaje no tienen agua tres o dos días. Seguidos según que señala la OMS el consumo de una cantidad promedio de50 a 100 Litros por persona al día de agua abastecida de manera continua a través de varios grifos en el que se atienden toda la necesidad de consumo e higiene. (OMS, 2015). 6.4.

Caracterización de Usos y Demandas Tipos de Usos Existentes

Cuando utilizamos el término “uso” nos estamos refiriendo en términos cualitativos de la utilización del agua, es decir, tomando como referencia la Ley de Recursos Hídricos, existen tres clases de uso del agua: Uso Primario, Uso Poblacional y Uso Productivo, este último uso se subdivide en clases de Uso Productivo los cuales son: Agrario (Pecuario y Agrícola); Acuícola y Pesquero; Energético; Industrial; Minero, Recreativo, Turístico y Transporte (Inclam, 2013) 6.5.

Uso Poblacional

Se presenta el Cuadro N°2 con el total de derechos de uso poblacional existentes en la Cuenca Chira-Piura. Cuadro N°1.Resumen de Volúmenes de Agua para Uso Poblacional con Derechos, Cuenca Chira-Piura

Fuente: 1AAA Jequetepeque-Zarumilla, 201

13

A continuación, se muestra en la Figura N° 2 los volúmenes máximos, según derechos de uso poblacional para cada uno de los sistemas de riego de la cuenca Chira-Piura. Figura N° 2. Volumen máximo de uso poblacional según derechos por sistema en la Cuenca Chira-Piura (Hm3)

Fuente: 2 AAA Jequetepeque-Zarumilla, elaboración propia, 2013.

Siendo como objetivo principal de este proyecto abastecer la red de agua inocuo a toda la población de Suyo, es por ello que se deberá dotar al acceso a los servicios de saneamiento a todos los habitantes de las zonas urbanas en un periodo de 50 años, y Según el DS. Nº 007-2017-VIVIENDA, su objetivo principal del Gobierno del Perú en el sector saneamiento de acuerdo al Plan Nacional de Saneamiento busca ampliar el abastecimiento del servicio de agua potable al año 2021 y lograr universalización de estos servicios en forma sostenible antes del año 2030 (Ejecutivo, 2017). De esa manera respetando el derecho a un ambiente sano y equilibrado con el goce de los recursos naturales, y no solo brindará las necesidades de la población; sino también libre de contaminación e idóneo para el desarrollo de la vida humana que permitirá vivir con dignidad y en armonía con otras formas de vida y los propios elementos de la naturaleza según el art 24 de los Derechos Humanos (Sandoval, 2018)

14

Considerando la variación de la demanda de consumo de agua en las diferentes localidades rurales se asignan las dotaciones en base al clima. Tabla 3. Dotación promedio diaria anual por habitantes del agua. Dotación Sistemas con conexiones domiciliarias Para viviendas con lotes de área menor o igual a 90 m2 Para habitaciones tipo industrial

Clima Frio

200 L/hab./d

Clima Templado o Cálido

250 L/hab./d

Clima Frio

120 L/hab./d

Clima Templado o Cálido

150 L/hab./d

Se determinarse de acuerdo al uso en el proceso industrial, debidamente sustentado.

Fuente: Norma OS 0100. Para programas de viviendas con lotes de área menor o igual a 90 m2, las dotaciones serán de 120 l/hab/d en clima frio y de 150 L/hab/d clima templado y cálido. Para sistemas de abastecimiento indirecto por surtidores para camión cisterna o piletas públicas, se considera una dotación entre 30 y 50 L/hab/d respectivamente. Para habitaciones de tipo industrial, deberá determinarse de acuerdo al uso en el proceso industrial, debidamente sustentado. (Norma-OS - 0100). 7. Caudal

Pérdida del 5%

Q de la planta (L/s)

Población total (hab)

2021

12537

12537

220

31.9

41.5

2.1

43.6

2026

12609

12609

220

32.1

41.7

2.1

43.8

2031

12681

12681

220

32.3

42.0

2.1

44.1

2036

12753

12753

220

32.5

42.2

2.1

44.3

2041

12825

12825

220

32.7

42.5

2.1

44.6

Año

Q promedio (L/hab/dia) (L/s)

Q máximo diario (L/s)

Población servida (hab)

Dotación

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En la tabla podemos observar el cálculo del caudal de la planta de tratamiento de agua para el consumo humano, los valores consideraos se muestran de acuerdo con lo siguiente:

Año: El año está considerado según la Norma OS. 020 Planta de tratamiento para el consumo humano, en la que menciona que las bases del diseño se procederán a calcular en función a la información recopilada con un horizonte de diseño de 10 a 20 años, es por esto que tomamos 20 años considerando que cada 5 años es el cambio de presidencia. Población total: La población total se proyectó para los años 2021, 2016, 2031, 2036 y 2041 para los cuales tienen un rango de 20 años, según la Norma OS: 100 Consideraciones Básicas de Diseño de Infraestructura Sanitaria, menciona que las consideraciones de cálculo deberían darse en función a los factores socioeconómicos, su tendencia de desarrollo y otros que se pudieran obtener. La proyección de los resultados está dada de acuerdo a la base de datos del INEI. (Instituto Nacional de Estadística e Informática) Población Servida: La población servida está calculada de acuerdo a la población total, el proyecto está elaborado para abasteces al 100 % de la población es por ello que se considera la siguiente ecuación de calculo 𝑷𝒔𝒆𝒓𝒗. = 𝑷𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 ∗ 𝟏 Dónde: 1= 100% de la población Dotación: La dotación de agua está calculada de acuerdo con la norma OS. 100 Consideraciones Básicas de Diseño de Infraestructura Sanitaria, en la cal indica que, Si se comprobara la no existencia de estudios de consumo y no se justificará su ejecución, se considerará por lo menos para sistemas con

16

conexiones domiciliarias una dotación de 220 L/hab./d en clima templado y cálido, es por ello que consideramos dicha dotación.

Caudal Promedio: Para el cálculo del caudal promedio consideramos la siguiente ecuación: 𝑸𝒑 = 𝑷𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 (𝒉𝒂𝒃. ) ∗ 𝑫𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 (𝐋/𝐡𝐚𝐛./𝐝)/𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎𝒔 Donde: Qp: Caudal promedio P. Total: Población total Caudal Máximo diario: para este cálculo se consideró las Variaciones de Consumo que las encontramos en la Norma OS. 100 Consideraciones Básicas de Diseño de Infraestructura Sanitaria, donde menciona que los coeficientes de las variaciones de consumo referidos al promedio máximo anual de la demanda, los cuales deberán ser fijados en base al análisis de información estadística comprobada De lo contrario se podrán considerar los siguientes coeficientes:  Máximo anual de la demanda diaria: 1,3  Máximo anual de la demanda horaria: 1,8 a 2,5 Es por ello que se considera la siguiente ecuación:

𝑳 𝑸𝒎𝒅 = 𝑸𝒑 ( ) ∗ 𝟏. 𝟑 𝒔 Donde: Qp: Caudal promedio. Qmd: Caudal máximo diario.

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Perdida: Para los diseños del proyecto deberá considerarse una capacidad adicional que no excederá el 5% para compensar gastos de agua, utilizados para los procesos de la planta según la Norma OS. 020 Planta de tratamiento para el consumo humano, para lo cual consideramos la siguiente ecuación 𝑳 𝑷𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒂 = 𝑸𝒎𝒅 ( ) ∗ 𝟎. 𝟎𝟓 𝒔 Donde: Qmd: Caudal máximo diario. Caudal de la planta: Por ultimo para el cálculo del caudal de la planta consideramos el porcentaje de perdida más el caudal máximo diario lo cual lo representamos en la siguiente ecuación Donde: 𝑳 𝑸 = 𝑸𝒎𝒅 ( ) + 𝒑𝒆𝒓𝒅𝒊𝒅𝒂 𝒔 Q: Caudal de la planta. Qmd: Caudal máximo diario.

8. Fuente de agua cruda La fuente de abastecimiento se ubica al Noroeste del Perú, en el distrito de Suyo, provincia de Ayabaca, departamento de Piura. Se enmarcan en las coordenadas geográficas 80º00’ de longitud Oeste y 4º30’ de latitud Sur (Figura 1). (Rodríguez, Villarreal, Valencia, & Loaiza, 2006). La longitud del cauce principal es de 119 Km, desde el límite Perú-Ecuador hasta la desembocadura en el Océano Pacífico. Sus límites son: por el Norte la cuenca del río Puyango–Tumbes, por el Sur las cuencas de los ríos Piura y Huancabamba, situados en las provincias del mismo nombre; por el Este las cuencas de Macará y Chinchipe en Ecuador y por el Oeste el Océano Pacífico

18

Imagen 1.Mapa de la ubicación de la cuenca Chira Tabla 2.Valores de caudales del año 2012 hasta 2015 MESES

2012

2013

2014

2015

2016

2017

ENERO

189.19

100.12

47.66

79.36

67.77

99.22

FEBRERO

552.76

122.45

39.24

79.77

156.05

225.86

MARZO

508.39

101.17

169.98

213.25

352.88

591.6

ABRIL

353.19

55.8

52.19

216.06

210.31

599.53

MAYO

197.31

54.39

93.48

117.69

118.78

401.74

JUNIO

100.92

69.71

84.29

100.86

94.24

211.7

JULIO

64.75

42.9

47.54

69.58

61.78

101.64

AGOSTO

44.93

29.92

37.67

30.81

28.81

57.39

SEPTIEMBRE

29.9

30.15

23

29.78

20.75

37.69

OCTUBRE

34.43

41.41

24.13

30.99

21.27

43.3

NOVIEMBRE

53.55

26.24

15.74

33.61

12.56

25.3

DICIEMBRE

64.27

20.46

37.85

44.05

35.33

47.4

SUMA

2193.59 182.80

694.72 57.89

672.77 56.06

1045.81 87.15

1180.53 98.38

2442.37 203.53

PROMEDIO

Fuente 1.Estación el Ciruelo - http://snirh.ana.gob.pe/consultasSnirh/ConsHidrom2.aspx A continuación, se da a conocer los valores de los caudales de cada año, en el periodo que comprende desde el año 2012-2017, nos informa que la cantidad del caudal

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Caudal m3/s)

Valores del Caudal del año 2013 140 120 100 80 60 40 20 0

Meses Gráfico 9. Caudal anual del año 2013

Caudal (m3/s)

Valores del Caudal del año 2014 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Meses Gráfico 10.. Caudal anual del año 2014

Valores del Caudal del año 2015 Caudal (m3/S)

250 200 150 100 50 0

Meses Gráfico 11.. Caudal anual del año 2015

20

Caudal(m3/S)

Valores del Caudal del año 2016 400 350 300 250 200 150 100 50 0

Meses Gráfico 12.. Caudal anual del año 2016

Caudal(m3/S)

Valores del Caudal del año 2017 700 600 500 400 300 200 100 0

Meses Gráfico 13.. Caudal anual del año 2017

PROMEDIO ANUAL DE CAUDAL DEL DISTRITO SUYO -Piura CAUDAL()m3/s

250.00 200.00 150.00

100.00 50.00 0.00 2012

2013

2014

2015

2016

2017

AÑO Gráfico 14. Caudales del año 2012 hasta 2017

21

8.1.

Calidad de agua

El abastecimiento de agua para uso multisectorial tiene dos períodos marcados, el período de avenidas entre enero y abril y el período de estiaje entre mayo y diciembre. Para el primer período la mayor parte de abastecimiento de agua para uso agrícola y para el uso poblacional proviene del agua superficial que brindan los ríos que atraviesan los valles Chira y Piura. A nivel de diagnóstico según el ANA ha identificado como problemas principales: 

Vertimientos directos de agua residual sin tratar



Contaminación del agua superficial y subterránea por residuos sólidos y hospitalarios y vertimientos agrícolas, industriales y crecimientos mineros

En el nivel regional, encontramos que, para noviembre del 2013, también ha habido un incremento de concesiones mineras; por ejemplo, la región Moquegua tiene el 75.5% de su territorio concesionado a la minería, seguido de la región Apurímac con el 66.5%, La Libertad con 63.9%, Tacna con 57%, Ancash con 57.8%, Cajamarca con 45.2%, Piura con 32%, entre otras regiones

Imagen 2.Concesiones mineras en el Distrito de Suyo

22

En la cuenca Chira hay 08 botaderos de residuos sólidos municipales, ubicados en Ayabaca, Montero, Paimas, Sapillica, Las Lomas, Suyo, Querecotillo y Sullana, los mismos que no se ubican cerca de un cuerpo natural de agua. Asimismo, cabe indicar que hay caseríos y centros poblados donde la cobertura de recolección de residuos sólidos es reducida existiendo altos niveles de quema de los residuos sólidos dentro y fuera de los botaderos así como el entierro de los mismos.(Ejecutivo, 2012) Según ANA En la cuenca Chira, se cuenta con una red de control de aguas superficiales, en donde la mayoría de punto de monitoreo se encuentran elevados de coliformes totales y Termotolerantes; si bien algunos no suelen superar las 1000 unidades (límite para ríos de categoría III: aguas de riego y bebida de animales), se encuentran resultados de hasta 160 000 NMP/100ml en el río Chira, para la categoría III.

23

9. DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE 9.1.

Cálculo de almacenamiento de sustancias químicas Tabla 3. Datos generales de sustancias químicas Parámetro

Símbolo

Cantidad

Unidad

caudal de diseño

(Qd)

44.6

𝑙/𝑠

dosis máxima

(DM)

46

mg/l

dosis mínima

(Dm)

20

mg/l

densidad de 𝐴𝑙2 (SO4)3 granulado

(𝜌)

964

kg/m3

tiempo de almacenamiento

(T)

90

Días

50

kg

Peso por bolsa

a) Caudal de diseño de la planta: 𝑄 = 44.6 𝐿/𝑠 = 0.0446𝑚3 /𝑠 b) Dosis promedio de coagulante: 𝐷=

𝐷𝑀 + 𝐷𝑚 46 + 20 = 2 2

𝐷 = 33

𝑚𝑔 𝑙

c) Peso de las bolsas. P = Peso total de las bolsas (kg) D = Dosis óptima (mg/l) 20𝑚𝑔 46𝑚𝑔 + 44.6 𝑙 𝑙 ) 𝑃 = 𝑄𝑥𝐷𝑥𝑇 = 𝑥( 𝑙 𝑠 2

𝑃 = 1471.8

𝑚𝑔 1𝑘𝑔 3600𝑠 𝑥 6 𝑥 𝑠 10 𝑚𝑔 1ℎ

24

𝑃=

5.29848𝑘𝑔 24ℎ 𝑥 𝑥90 𝑑𝑖𝑎𝑠 ℎ 1𝑑𝑖𝑎

→ 𝑷 = 𝟏𝟏𝟒𝟒𝟒. 𝟕 𝒌𝒈

d) Numero de las bolsas 𝑃

N°bolsas = 𝑃.𝐵 N°bolsas =

𝟏𝟏𝟒𝟒𝟒.𝟕 𝒌𝒈 𝟓𝟎𝒌𝒈

N°bolsas =228.894 N°bolsas=229 e) Numero de tarima N°bolsas ∗ tarima = 3 x 4 x10 = 120 sacos N° de tarima =

N°bolsas N°sacos

N° de tarima =

229 120

N° de tarima = 1.91 𝐍° 𝐝𝐞 𝐭𝐚𝐫𝐢𝐦𝐚 = 𝟐 f) Dimensión total del Almacenamiento: Ancho= (1.8+1.5+1.5) =4.8m Largo= (3+4+1) =8m Área de almacenamiento = 8m x 4.8 m Área del almacenamiento = 38.4m² De acuerdo al cálculo efectuado el almacén tendrá 8 m (largo) y 4.8 m (ancho) y se han considerado 1 tarima de largo y 1 de ancho, con rumas de 10 bolsas apiladas, dejando un ancho de 1.5 m de distancia hacia la pared del almacén. De la casa química., necesitándose 229 bolsas y un área neta de almacenamiento 38.4 m2.

25

Imagen 2...Dimensión de la tarima

Imagen 1.Dimensión del almacén

9.2.

Cálculos para el Sistema de Dosificación Tabla 5. Datos generales de la zona de dosificación Descripción

Símbolo

Cantidad

Unidad

Caudal de diseño

Q

0.0446

𝑚3 /𝑠

33

mg/l

𝐷𝑃𝑟𝑜𝑚

Dosis promedio requerido Dosis máxima

DM

46

mg/l

Dosis mínima

Dm

20

mg/l

[] Optima 𝐴𝑙2 (So4 )3

C

1

%

Tiempo de funcionamiento de cada turno

T

8

Horas

26

a) Consumo cada 8 horas C=P*8 𝐶=

5.29848𝑘𝑔 × 8ℎ ℎ

𝐶=

5.30𝑘𝑔 × 8ℎ ℎ

𝐶 = 42.4𝑘𝑔 b) Concentración al 1% 3% = 30000

mg kg = (30 3 ) l m

c) Volumen del tanque al 1% 𝑉=

𝑚 𝑐

𝑉=

42.4𝑘𝑔 𝑘𝑔 30 3 𝑚

𝑉 = 1.41𝑚3 d) Dimensiones del tanque de dosificador 𝐴 = 1.5 𝐿 =0.9 𝐴=

𝑉 𝑉 →ℎ= ℎ 𝐴×𝐿

ℎ=

1.41 1.41 = = 1.04𝑚 1.5 × 0. .9 1.35

27

9.3.

CAUDAL DE BOMBA A UTILIZAR

a) Dosis máxima de dosificación: 𝑫𝒎𝒂𝒙 = 𝟒𝟔

𝒎𝒈 𝒍

𝑸 × 𝑫 = 𝒒𝒃 × 𝑪 𝐿 𝑚𝑔 3600𝑠 𝑘𝑔 𝑘𝑔 44.6 𝑥46 𝑥 𝑥 6 = 𝑞𝑏 × 30 3 𝑆 𝑙 ℎ 10 𝑚𝑔 𝑚 7.38𝑘𝑔 𝑚3 1000𝑙 ℎ 𝑞𝑏 = = 0.246 𝑥 = 𝟐𝟒𝟔 𝒍/𝒉 𝑘𝑔 ℎ 𝑚3 30 3 𝑚

b) Caudal mínimo de dosificación: 𝑫𝒎𝒊𝒏 = 𝟐𝟎

𝒎𝒈 𝒍

𝑳 𝒎𝒈 𝟑𝟔𝟎𝟎𝒔 𝒌𝒈 𝒌𝒈 𝟒𝟒. 𝟔 𝒙 𝟐𝟎 𝒙 𝒙 𝟔 = 𝒒𝒎 × 𝟑𝟎 𝟑 𝑺 𝒍 𝒉 𝟏𝟎 𝒎𝒈 𝒎

3.21𝑘𝑔 𝑚3 1000𝑙 ℎ 𝑞𝑚 = = 0.107 𝑥 = 107 𝑙/ℎ 𝑘𝑔 ℎ 𝑚3 30 3 𝑚 c) Caudal promedio: 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

𝑄𝑡𝑚𝑎𝑥 + 𝑄𝑡𝑚𝑖𝑛 246 𝑙/ℎ + 107 𝑙/ℎ = 2 2

𝑙 ℎ 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 176.5 𝑥 = 0.049 𝑙/𝑠 ℎ 3600𝑠 d) Rango del dosificador: R=𝑞𝑀 − 𝑞𝑚 = 246 − 107 R=139 𝑙/ℎ

28

9.4.

Cálculo de Mezcla Rápida con cambio de pendiente Para el pretratamiento del diseño de planta de tratamiento de agua para consumo humano de la

Ciudad Piura distro Suyo, se diseñara un Canal de pendiente ya que Según (Centro Panamericano de la Salud, 2006) este tipo de unidad hidráulica se adecua a cualquier rango de caudal, siendo el caso del caudal que se tiene. Tabla 7. Datos generales de mezcla rápida Descripción

Símbolo

Cantidad

Unidad

caudal de diseño

Q

0.0446

𝑚3 /𝑠

Ancho del canal

B

0.55

m

Alto de la rampa

Eo

0.39

m

N° de Fraude

Fr

5.5

mg/l

Largo de rampa

X

1.3

m

0.39

0.52

0.29

0.23 h1 0.0293 m 1.2

Figura 1. Diagrama de diseño de un canal con cambio de pendiente para la dosificación de coagulante.

29

a) Caudal Unitario

𝑞 =

𝑄 𝐵

=

0.0446

𝑚3 s

0.55 𝑚

𝑞 = 0.0811 𝑚3 /𝑠/𝑚 b) Inclinación de la rampa 𝐸𝑜

𝜃 = 𝑎𝑟𝑐 tan( )𝑒𝑛 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 𝑥

𝜃 = 𝑎𝑟𝑐 tan(

0,39 1.3

)

= 16.7 ° = 16.7° c) Factor de resolución de la ecuación

𝐾 = 𝐶𝑜𝑠𝜃 [𝐹 +

𝐶𝑂𝑆𝜃 2𝐹

]

𝐾 = 𝐶𝑜𝑠 (16.7°) × [5.5 +

𝐶𝑂𝑆 16.7° ] 2 (5.5)

𝐾 = 5.35 ∅ = 𝑎𝑟𝑐 cos[

∅ = 𝑎𝑟𝑐 cos[

𝐹2

] 3/2 2 {3 𝐹. 𝐾} 5.52 3/2 2 {3 ∗ 5.5 ∗ 5.35}

]

∅ = 69.62 d) Relación de tirantes antes y después del resalto. 𝑎 =

𝑎 =

𝑑2 𝑑1

𝑑2 𝑑1

8∗𝐹∗𝐾

= √

3

3

8∗5.5∗5.35

= √

∅

∗ 𝐶𝑜𝑠( )

3

∗ 𝐶𝑜𝑠(

69.62 3

)

𝑎 = 8.14

30

e) Calculo del tirante aguas arriba – antes del resalto 3 0.08112 3 𝑞2 𝑑1 = √ 2 =√ 2 = 0,0281 𝐹 ∗𝑔 5.5 ∗ 9.8

𝑑1 0.0281 = 𝐶𝑂𝑆𝜃 𝑐𝑜𝑠(16.7) ℎ1 = 0.0293𝑚 ℎ1 =

f) Tirante aguas abajo ℎ2 = 𝑑2 = 𝑎 ∗ 𝑑1 = ( 8.14) × (0,0281 ) ℎ2 = 0,23𝑚 g) Velocidad antes de resalto 𝑉1 =

𝑄 0.0446 = = 2.77 𝑚⁄𝑠 ℎ1 ∗ 𝐵 0.0281 ∗ 0.55

h) Comprobando Numero de Fraude 𝐹1 =

𝑉1 √𝑔 ∗ ℎ1

=

2.77 √9.81 ∗ 0.0293

= 5.17

i) Pérdida de Carga en la longitud L

ℎ𝑓 =

(ℎ2 − ℎ1)3 4∗ℎ1∗ℎ2

=

(0.23− 0,0293)3 4∗0,0293∗ 0,23

ℎ𝑓 = 0,29 𝑚 j) Longitud del Resalto 𝐿 = 6(ℎ2 − ℎ1) 𝐿 = 6(0.23 − 0,0293) 𝐿 = 1.2𝑚 k) Volumen del salto hidráulico

∀= (

ℎ1 + ℎ2 2

)∗𝐿∗𝐵

31

0.0293+ 0,23

∀= (

2

) ∗ 1.2 ∗ 0.55

∀= 0,085𝑚3 l) Tiempo de retención 𝑇 =

𝑉 0.085 = = 1.91 𝑠 𝑄 0.0446

m) Gradiente de Velocidad 𝛾

ℎ𝑓

𝐺 = √𝜇 ∗ √ 𝑡

0.29

𝐺 = (3266.96) ∗ √1.91 𝐺 = 1272,99𝑠 −1

n) Tirante en el vertedero canal de ingreso 𝑄 ℎ3 = ( )2⁄3 1.84 ∗ 𝐵 ℎ3 = (

0.0446 2⁄3 ) 1.84 ∗ 0.55

ℎ3 = 0,13 𝑚 o) Comprobación de la energía 𝛥𝐸 = 𝐸𝑜 + ℎ3 − ℎ2 − ℎ𝑓 𝐸𝑜 + ℎ3 = ℎ2 + ℎ𝑓 0.39𝑚 + 0,13𝑚 = 0.23𝑚 + 0.29𝑚 0.52𝑚 = 0.52𝑚

32

9.5.

Cálculo de un floculador hidráulico de flujo vertical

tramos 1 2 3 TR total

Gradiente(s-1) 72 47 27

Q (m3/s) 0.0446 0.0446 0.0446

21

min

H (m) L (m) 3.3 4.2 3.3 4.2 3.3 4.2

Grad. Asumido 40 22 15

e (m) 0.05 0.05 0.05

n 0.010 0.010 0.010

Tabla 8. Datos generales del floculador con flujo vertical Parámetro

Símbolo

Cantidad

Unidad 𝑚3 /𝑠

caudal de diseño

Q

0.0446

Longitud de la unidad

L

4.2

m

Profundidad del Floculador

H

3.3

m

b3

2.32

m

b2

1.59

m

b1

1.2

m

G3

15

s-1

G2

26

s-1

G1

40

s-1

Gravedad

g

9.81

Espesor de PVC

e

0.05

m

Coeficiente de la fórmula de Manning

n

0.010

constante

Temperatura promedio del agua 25°𝐶

𝛾 √ 𝜇

3266.96

Ancho del canal

Gradiente de velocidad en el último tramo

33

a) Tiempo de retención hidráulica: Tramo 1: 𝑇𝑟 =

𝑏𝑥𝐻𝑥𝐿 (1.2𝑥3.3𝑥4.2) = = 6.2 𝑚𝑖𝑛 𝑄𝑥60 0.0446𝑥60

Tramo 2: 𝑇𝑟 =

𝑏𝑥𝐻𝑥𝐿 (1.59𝑥3.3𝑥4.2) = = 8.2 𝑚𝑖𝑛 𝑄𝑥60 0.0446𝑥60

Tramo 3: 𝑇𝑟 =

𝑏𝑥𝐻𝑥𝐿 (2.32𝑥3.3𝑥4.2) = = 12 𝑚𝑖𝑛 𝑄𝑥60 0.0446𝑥60

b) Número de compartimientos entre pantallas Tramo 1: 3 𝑏. 𝐿. 𝐺 2 1.2𝑥4.2𝑥40 2 √ 𝑚 = 0.045𝑥 √( ) 𝑥 𝑇𝑅 = 0.045𝑥 ( ) 𝑥 6.2 𝑄 0.0.446 3

𝑚 = 21 𝑁° 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 Tramo 2: 3

𝑚 = 0.045𝑥 √(

3 𝑏. 𝐿. 𝐺 2 1.59𝑥4.2𝑥22 2 √ ) 𝑥 𝑇𝑅 = 0.045𝑥 ( ) 𝑥 8.2 𝑄 0.0446

𝑚 = 21 𝑁° 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠

Tramo 3: 3

𝑚 = 0.045𝑥 √(

3 𝑏. 𝐿. 𝐺 2 2.32𝑥4.2𝑥15 2 √ ) 𝑥 𝑇𝑅 = 0.045𝑥 ( ) 𝑥 12 𝑄 0.0446

𝑚 = 21 𝑁° 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠

34

c) El espaciamiento entre pantallas (𝑎) Tramo 1: 𝑎=

(𝐿 − 𝑒(𝑚 − 1)) 4.01 − 0.05(21 − 1) = 𝑚 21

𝑎 = 0.143 𝑚 Tramo 2: (𝐿 − 𝑒(𝑚 − 1)) 4.01 − 0.05(21 − 1) = 𝑚 21 𝑎 = 0.143 𝑚 𝑎=

Tramo 3: (𝐿 − 𝑒(𝑚 − 1)) 4.01 − 0.05(21 − 1) = 𝑚 21 𝑎 = 0.143 𝑚 𝑎=

d) La velocidad en los canales: Tramo 1: 𝑉1 =

𝑄 0.0446 𝑚 = = 0.26 𝑎 𝑥 𝑏 0.143𝑥 1.2 𝑠𝑒𝑔

Tramo 2: 𝑉1 =

𝑄 0.0446 𝑚 = = 0.20 𝑎 𝑥 𝑏 0.143𝑥 1.59 𝑠𝑒𝑔

Tramo 3: 𝑉1 =

𝑄 0.0446 𝑚 = = 0.13 𝑎 𝑥 𝑏 0.143𝑥 2.32 𝑠𝑒𝑔

e) La velocidad en los pasos: Tramo 1: 𝑉2 =

2 2 𝑚 𝑥 𝑉1 = 𝑥 (0.26) = 0.17 3 3 𝑠𝑒𝑔

35

Tramo 2: 𝑉2 =

2 2 𝑚 𝑥 𝑉1 = 𝑥 (0.20) = 0.13 3 3 𝑠𝑒𝑔

Tramo 3: 𝑉2 =

2 2 𝑚 𝑥 𝑉1 = 𝑥 (0.13) = 0.1 3 3 𝑠𝑒𝑔

f) La altura del paso del agua (𝑝) Tramo 1: 𝑉2 𝑥𝑃𝑥𝑏 = 𝑄 → 𝑃 = 𝑃=

𝑄 𝑉2 𝑥𝑏

0.0446 = 0.22𝑚 0.17 𝑥 1.2

Tramo 2: 𝑉2 𝑥𝑃𝑥𝑏 = 𝑄 → 𝑃 = 𝑃=

𝑄 𝑉2 𝑥𝑏

0.0446 → 𝑃 = 0.22 𝑚 0.13 𝑥 1.59

Tramo 3: 𝑉2 𝑥𝑃𝑥𝑏 = 𝑄 → 𝑃 = 𝑃=

𝑄 𝑉2 𝑥𝑏

0.0446 → 𝑃 = 0,22𝑚 0.1 𝑥 2.32

g) La longitud total del tramo (𝑙) Tramo 1: 𝑙 = 𝑉1 𝑥 𝑇𝑅 𝑥 60 = 0.26 𝑥 6.2 𝑥

60𝑠𝑒𝑔 1𝑚

𝑙 = 92.32 𝑚

Tramo 2: 𝑙 = 𝑉1 𝑥 𝑇𝑅 𝑥 60 = 0.20 𝑥 8.2𝑥

60𝑠𝑒𝑔. 1𝑚

𝑙 = 92.32𝑚

36

Tramo 3: 𝑙 = 𝑉1 𝑥 𝑇𝑅 𝑥 60 = 0.1 𝑥12 𝑥

60𝑠𝑒𝑔 1𝑚

𝑙 = 92.32 𝑚𝑙 h) Radio hidráulico del canal Tramo 1: 𝑅𝐻 =

𝐴𝑚 𝑎𝑥𝑏 0.143 𝑥1.2 → 𝑅𝐻 = = = 0.06𝑚 𝑃𝑚 2(𝑎 + 𝑏) 2𝑥(0.143 + 1.2)

Tramo 2: 𝑅𝐻 =

𝐴𝑚 𝑎𝑥𝑏 0.143 𝑥1.59 = = = 0.07𝑚 𝑃𝑚 2(𝑎 + 𝑏) 2𝑥(0.143 + 1.59)

Tramo 3: 𝑅𝐻 =

𝐴𝑚 𝑎𝑥𝑏 0.143 𝑥2.32 →→ 𝑅𝐻 = = = 0.07𝑚 𝑃𝑚 2(𝑎 + 𝑏) 2𝑥(0.143 + 2.32)

i) La pérdida de carga a lo largo de los canales (ℎ1) Tramo 1: 2

ℎ1 = (

𝑛 𝑥 𝑉1 2 𝑅𝐻3

) 𝑥𝑙 = (

0.010𝑥0.26 2

2

) 𝑥 92.32

0.063

ℎ1 = 0.024 𝑚 Tramo 2: 2

ℎ1 = (

𝑛 𝑥 𝑉1 2 𝑅𝐻3

) 𝑥𝑙 = (

0.010𝑥0.20 2 0.073

2

) 𝑥 92.32

ℎ1 = 0.013 𝑚

37

Tramo 3: 2

ℎ1 = (

𝑛 𝑥 𝑉1 2 𝑅𝐻3

) 𝑥𝑙 = (

0.010𝑥0.13 2

2

) 𝑥 92.32

0.073

ℎ1 = 0.006 𝑚 j) Pérdida de carga en las vueltas (ℎ2) Tramo 1: (𝑚 + 1)𝑥 𝑉12 + 𝑚𝑥𝑉22 (21 + 1)𝑥0.262 + 21𝑥0.172 ℎ2 = = 2𝑔 2𝑥9.81 ℎ2 = 0.11𝑚 Tramo 2: ℎ2 =

(𝑚 + 1)𝑥 𝑉12 + 𝑚𝑥𝑉22 (21 + 1)𝑥0.202 + 21𝑥0.132 = 2𝑔 2𝑥9.81

ℎ2 = 0.06 𝑚 Tramo 3: (𝑚 + 1)𝑥 𝑉12 + 𝑚𝑥𝑉22 (21 + 1)𝑥0.132 + 21𝑥0.12 ℎ2 = = 2𝑔 2𝑥9.81 ℎ2 = 0.03 𝑚 k) Pérdida de carga total en el tramo (ℎ𝑓) Tramo 1: ℎ𝑓 = ℎ1 + ℎ2 = 0.024 + 0.11 ℎ𝑓 = 0.13 𝑚

Tramo 2: ℎ𝑓 = ℎ1 + ℎ2 = 0.013 + 0.06 ℎ𝑓 = 0.07 𝑚

38

Tramo 3: ℎ𝑓 = ℎ1 + ℎ2 = 0.006 + 0.03 ℎ𝑓 = 0.03 𝑚 l) Volumen neto (∀) Tramo 1: ∀= 𝐿 𝑥 𝑏 𝑥 𝐻 − ((𝑚 − 1) 𝑥 𝑒 𝑥 𝑏 𝑥 (𝐻 − 𝑃) ∀= (4.01 𝑥1.2 𝑥3.3 − ((21 − 1) 𝑥 0.05 𝑥 1.2 𝑥(3.3 − 0.22) ∀= 12.18 𝑚3 Tramo 2: ∀= 𝐿 𝑥 𝑏 𝑥 𝐻 − ((𝑚 − 1) 𝑥 𝑒 𝑥 𝑏 𝑥 (𝐻 − 𝑃) ∀= (4.01 𝑥 1.59 𝑥3.3 − ((21 − 1) 𝑥 0.05 𝑥 1.59𝑥(3.3 − 0.22) ∀= 16.14. 𝑚3 Tramo 3: ∀= 𝐿 𝑥 𝑏 𝑥 𝐻 − ((𝑚 − 1) 𝑥 𝑒 𝑥 𝑏 𝑥 (𝐻 − 𝑃) ∀= (4.01 𝑥 2.32 𝑥3.3 − ((21 − 1) 𝑥 0.05 𝑥 2.32 𝑥(3.3 − 0.22) ∀= 23.54𝑚3

m) Comprobación de la gradiente (G) Tramo 1: 𝐺= √

𝛾 𝜇

𝑥 √

ℎ𝑓 𝑥 𝑄 0.13 𝑥 0.0446 = 3266.96𝑥√ ∀ 12.18

𝐺 = 72 𝑆 −1

39

Tramo 2: 𝛾 𝐺= √ 𝜇

ℎ𝑓 𝑥 𝑄 0.07 𝑥 0.0446 𝑥 √ = 3266.96𝑥 √ ∀ 16.14

𝐺 = 47 𝑠 −1 Tramo 3: 𝛾 𝐺= √ 𝜇

ℎ𝑓 𝑥 𝑄 0.03 𝑥 0.0446 𝑥 √ = 3266.96𝑥 √ ∀ 23.54

𝐺 = 27 𝑠 −1

40

9.6.

Calculo del dimensionamiento de las zonas del decantador

9.6.1.

Calculo del decantador en la zona de sedimentación

Tabla 1.

Datos generales del canal central de los decantadores PARAMETRO

CANTIDAD

SIMBOLO

UNIDAD

Caudal total

44.6

𝑸

𝑙/𝑠

Caudal de diseño

0.015

𝑸𝒅

𝑚3 𝑠

13

𝒆,

cm

Espesor de las lonas de vinilo

0.06

e

cm

Angulo de inclinación

60 °

θ

°

Longitud de módulo de placas

120

L

cm

Tasa de decantación real

20

qr

m3/m2*d

Ancho del módulo de placa

220

b

cm

440

B

cm

0.00865

Vs

𝑐𝑚2 /s

Separación de las placas en el plano Horizontal

Ancho total neto de la zona de decantación Viscosidad Cinemática a 25°C Cos 60°

0.5

Sen 60°

0.866

Diametro de los orificios

0.5

pgd

Tasa de recolección

2.79

l/s/m

a) Espaciamiento de pantallas 𝑑 = 𝑒′𝑥 𝑠𝑒𝑛(𝜃°|) − 𝑒 = 10 𝑠𝑒𝑛(60°) − 0,06 𝑑 = 11.20 cm b) Longitud Útil de las placas: 𝐿𝑢 = 𝑙 − 𝑒 ′ cos𝜃

41

𝐿𝑢 = 120 − 13 ∗ cos(60) 𝐿𝑢 = 113.5 cm c) Longitud Relativa del módulo de placas: 𝐿 = 𝑙𝑢/𝑑 𝐿 = 113.5/11.20 .𝐿 = 10.14 𝑚 d) Coeficiente del módulo de placas: 𝑓 = [𝑠𝑒𝑛𝜃 (𝑠𝑒𝑛𝜃 + 𝐿𝑐𝑜𝑠𝜃 )]/𝑆 𝑓 = [𝑠𝑒𝑛(60) (𝑠𝑒𝑛(60) + 10.14 ∗ cos(60) )]/1 𝑓 = 5.14 m2 e) Área superficial de la unidad: 𝐴𝑠 =

𝑄 0.015𝑚3 /𝑠 = 𝑓𝑉𝑠 5.14 ∗ 0,00023𝑚/𝑠

𝐴𝑠 = 12.5m2 f) Número de Canales formado por Placas 𝑁 = 𝐴𝑠 𝑠𝑒𝑛𝜃/ 𝑏. 𝑑 = 1 𝑁 = 22 g) Longitud total del Decantador

𝐿𝑡 = 𝑙𝑐𝑜𝑠𝜃 + (𝑁𝑑 + (𝑁 + 1)𝑒)/ 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝐿𝑡 =

1.2𝑚 × cos(60) + [(0.112𝑚 × 22) + (22 + 1) ∗ 0.0006] 𝑠𝑒𝑛(60)

𝐿𝑡 =3.46 m

42

h) Velocidad media del flujo: 𝑉𝑜 =

𝑞 0.015 = 𝐴𝑠 × 𝑠𝑒𝑛𝜃 12.5 ∗ 𝑠𝑒𝑛(60)

𝑉𝑜 = 0.0014 𝑚66/𝑠 𝑉𝑜 = 0.14 𝑐𝑚/𝑠 i) Radio Hidráulico del módulo de placas RH = b. d/2 (b + d) RH =

11.20𝑐𝑚 ∗ 220cm

220 ∗ (220 + (11.20𝑐𝑚 ∗))

RH = 5.33 cm

j) Numero de Reynolds 𝑁𝑅 =

4 𝑅𝐻 𝑥 𝑉𝑜 4 ∗ 5.328 ∗ 0.137 = 𝑣 0.00865

.𝑁𝑅 = 338 k) Velocidad Longitudinal máxima 𝑉𝑜 = (

𝑁𝑅 0.5 338 0.5 ) × 𝑉𝑠𝑐 = ( ) 0.00023 𝑐𝑚/𝑠 × 100 8 8

𝑉𝑜 = 0.15𝑐𝑚/𝑠 Criterios a cumplir la zona de decantación es la Vo max > Vo media

𝑉𝑜 > 𝑉𝑜 = 0.15

𝑐𝑚 𝑠

> 0.14

𝑐𝑚 𝑠

43

9.7.

Calculo del canal central Tabla 11. Datos generales de las dimensiones de la zona de entrada Descripción

Símbolo

Cantidad

Unidad 𝑚3 /𝑠

caudal de diseño

Q

0.0446

Numero de decantadores

N

3

Longitud del canal

Lc

3.46

m

Ancho del canal

B

0.30

m

Altura Mínima

𝐻𝑚𝑖𝑛

0.60

m

Altura Máxima

𝐻𝑚𝑎𝑥

1.40

m

Vi

0.027

m/s

0.18

m

Velocidad inicial en canal Distancia entre pared y orificio inicial y final

constante

Velocidad orificios

𝑋

0.11

m/s

Caudal por orificio

Qo

0.00154

m3/s

Separación entre orificios

0.5

Coeficiente de Darcy

f

0.02

Coeficientes experimentales de Hudson

𝜃

0.70

𝜑

1.67

𝛾 √ 𝜇

3266.96

Temperatura T= 25°C

m

a) Caudal del canal durante la unidad 𝑚3 𝑄𝑐 = 1.25 𝑥 𝑄 = 1.25 𝑥 0.0446 𝑠 𝑄𝑐 = 0.056

𝑚3 𝑠

44

b) Caudal de la mitad del canal 𝑄𝑐 0.056𝑚3 /𝑠 𝑄𝑑 = = 2 2 𝑄𝑑 = 0.0111

𝑚3 𝑠

a) Área total del orificio 𝑄𝑑 0.0111𝑚3 /𝑠 𝐴𝑇 = = 𝑉𝐿 0.11𝑚/𝑠 𝐴𝑇 = 0.101 𝑚2 b) Para determinar el número de orificio. 𝐴𝑡 0.101𝑚2 𝐴𝑜 = = 𝑁° 7.220 𝐴𝑜 = 0.014𝑚2 c) Diámetro de los orificios 𝑑=√

4𝑥𝐴𝑜 = √4 𝑥 0.014/3.1416 𝜋

𝑑 = 0.1337𝑚𝑚

Equivalente a 5 1/4pulg

Tabla 3. Diseño del canal Central

Los resultados obtenidos en la tabla 3 se determinaron con las siguientes formulas:

45

a) Gasto 𝑄 = 0.0112 − 0.00154 = 0.0096

𝑚3 𝑠

b) distancia entre orificios 𝑄 = 0 + 0.5 = 0.5𝑚 c) altura de cada orificio 𝐻 = 0.60 + 0.084 ∗ (9.50 − 0.5) = 1.36𝑚 d) Área trasversal 𝐴 = 𝐵 𝑥 𝐻 = 0.30 𝑥 1.40 𝐴 = 0.42 𝑚2 e) Velocidad de canal 𝑉=

𝑄 0.0112 = 𝐴 0.42

𝑉 =0.027 f) Velocidad de canal/lateral 𝐻=

𝑉𝐶𝑎𝑛𝑎𝑙 0.027 == 𝑋 0.11

𝐻 = 0.24 g) Βeta 𝐻 = (1 + 0.7 + 0.242 𝑥 1.67) = 1.80 h) Raíz Beta 𝐵 = √1.80 = 1.34

46

i) 1/RAIZ B 𝐻=

1 = 0.75 𝟏. 𝟑𝟒

j) Velocidad Lateral 𝑉𝐿 =

𝑄𝑡 𝐴𝑙𝑥√𝐵 𝑥 1/𝐵

=

0.01115 𝑚3 /𝑠 0.014 𝑥 1.34𝑥5.30

𝑉𝐿 = 0.112𝑚/𝑠

k) 𝜹 (Desviación)

𝛿=

0.115−0.112 0.115

= 2.63%

J) Gradiente 0.5 𝛾 0.5 𝑓 𝐺=( ) ( ) (𝑉𝐿 )0.5 2𝑢𝑔 4 ∗ 𝑅ℎ 0.5

0.5 1 0.02 𝐺 = 3266.96 ( ) ( ) 1 2 ∗ 9.81 5 4 ∗ 0.0254

(0.115)1.5 = 11.09𝑠 −1

47

9.8.

Cálculo del canal lateral Tabla 3. Datos generales de las dimensiones de la zona de entrada Descripción

Símbolo

Cantidad

Unidad 𝑚3 /𝑠

caudal de diseño

Q

0.0446

Numero de decantadores

N

3

Ancho del canal

B

0.50

m

Altura Mínima

𝐻𝑚𝑖𝑛

0.60

m

Profundidad de sección de la puerta

h

0.50

m

Velocidad en la sección inicial

Vi

0.07

m/s

0.20

m

0.21

m/s

12.1

m

Ancho de Compuerta Velocidad en los laterales

VL

Distancia entre 1era y ultima Compuerta Coeficiente de Darcy Weissbach

f

0.02

Coeficientes experimentales de Hudson

𝜃

0.7

𝜑

1.67

𝛾 √ 𝜇

3266.96

Temperatura T= 15°C

constante

a) Caudal que ingresa a cada decantador: 𝑞=

𝑄 0,0446𝑚3/𝑠 = 𝑁 3

𝑞 = 0.01486 𝑚3 ⁄𝑠 b) Sección final del canal 𝐴𝐹 = 𝐻𝐹 𝑥 𝐵 = 0.50 𝑥 0.60 𝐴𝐹 = 0.3 𝑚2 c) Velocidad en la sección final del canal

48

𝑉𝑐 =

𝑞 0.01486 = 𝐴𝐹 0.3

𝑉𝑐 = 0.05 𝑚⁄𝑠 d) Sección inicial del canal 𝐴𝑖 =

𝑄𝑇 0.0446 = 𝑉𝑖 0.07

𝐴𝑖 = 0.64 𝑚2

e) Altura inicial del canal 𝐻𝑖 =

𝐴𝑖 0.50 = 𝐵 0.637

𝐻𝑖 = 1.27 𝑚 f) Área sección útil de las compuertas

𝐴𝐿 =

𝑞 0.01486 = 𝑉𝐿 0.21

𝐴𝐿 = 0.07 𝑚2 g) Altura útil de las compuertas 𝐴𝐿 =

𝑞 0.07 = 𝑉𝐿 0.20

𝐴𝐿 = 0.35 𝑚2 h) Coeficiente de pérdida de carga en los orificios de las compuertas 𝑉𝑐 2 𝐵𝐼 = 1 + 𝜃 + 𝜑 [ ] 𝑉𝐿 0.05 2 𝐵𝐼 = 1 + 0.7 + 1.67 [ ] 0.21 𝐵𝐼 = 1.79

49

√𝐵𝐼 = √1.79 = 1.34 i) Velocidad real en la compuerta inicial ∑ 1⁄√𝛽 = 0.720 + 0.735 + 0.747 = 2.201 𝑉𝐿𝐼 =

𝑉𝐿𝐼 =

𝑄𝑇 𝐴𝐿 𝑥 √𝛽𝐼 𝑥 (∑ 1⁄√𝛽 ) 0.0446 0.014/0.2 𝑥 1.34 𝑥 2.201

𝑉𝐿𝐼 = 0.206 𝑚/𝑠 j) Velocidad real en la última compuerta 𝑉𝐿3 = 𝑉𝐿3 =

𝑄𝑇 𝐴𝐿 𝑥 √𝛽𝐼 𝑥 √𝛽 0.173 0.014/0.2 𝑥 1.34 𝑥 2.201

𝑉𝐿3 = 0.214 𝑚/𝑠 k) Desviación de caudal aceptable 𝛿=

(𝑉𝐿3 − 𝑉𝐿 ) (0.214 − 0.206) = ∗ 100 𝑉𝐿3 0.214

𝛿 = 3.65 % 𝑚 < 5% 𝛿 = 𝛿 ; < 5% l) Pérdida de carga en las compuertas 𝛽3 = 1.963 ℎ𝑓 =

𝐵3 𝑥 (𝑉𝐿3 )2 1.931 𝑥 (0.214)2 = 2𝑔 2(9.81)

ℎ𝑓 = 0.0045 𝑚 m) Radio hidráulico de una compuerta Ancho de sección: b=0.20m

50

Profundidad de sección de la compuerta: h=0.35m 𝑅𝐻 =

(𝑏 𝑥 ℎ ) (0.07) = 2(𝑏 + ℎ) 2(0.20 + 0.35)

𝑅𝐻 = 0.08 𝑚 n) La compuerta 𝑏 ∗ ℎ = 0.20 ∗ 0.35 = 0.07 𝛾 0.02 𝐺 = √ 𝑥√ 𝑥 0.2141.5 𝜇 2(9.81) ∗ 4(0.08) 𝐺 = 18.46𝑠 −1  𝐺 = 15𝑠 −1 − 20𝑠 −1

Tabla 2. Comprobación de la desviación del caudal en el canal de distribución de agua floculada a varios decantadores en paralelo

9.9.

Dimensionamiento del sistema de recolección de agua decantada

Tabla 4. Datos generales para el sistema de recolección de agua decantada Descripción

Símbolo

Cantidad 44.6

Unidad 𝐿/𝑠

caudal de diseño

Q

Tasa de Decantación

qr

2

Ancho total de módulo de placas

b

2.2

m

Espaciamiento entre orificios

e

0.1

m

Diámetro de los orificios

D

0.0127

L/s.m

mm

51

𝛿

Colección para recolección uniforme

0.15

Desviación