captación y planta de tratamiento
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Captación y planta de Tratamiento
INGENIERIA CIVIL
UNCAlumno: SALDAÑA TEJADA, EDGARDocente: ING. EUSEBIO DIAZ CALLAN
CURSO: ABASTECIMIETNO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
CAPTACIÓN
I.- INTRODUCCION:
Con el objeto de suministrar agua potable y de calidad a una comunidad, es
necesaria la construcción de una serie de obras hidráulicas para la captación, el
sistema de tratamiento del agua la conducción, el almacenamiento, y la distribución
Particularmente el Ingeniero Civil es el encargado de dar todo el tratamiento físico al
agua; en diversas estructuras que van desde la captación hasta los filtros que son las
últimas estructuras que dan al agua su respectivo tratamiento. Por supuesto que cada
estructura tiene un propósito determinado.
El tratamiento físico del agua requiere de un verdadero control de cada una de las
operaciones de la planta ya que un descuido puede poner en peligro a la salud e
integridad de muchas personas.
En el presente trabajo se realiza un diseño del sistema de captación de manantiales
tanto ascendente o de fondo como lateral ; para lo cual usaremos los datos de
población futura y caudal de diseño de la primera parte del trabajo escalonado
realizado anteriormente y también se diseñara la planta de tratamiento de aguas
superficiales con sus respectivos componentes. Estas estructuras son de vital
importancia debido a que del diseño correcto de estas estructuras nos garantizan una
buena calidad de agua.
II.- OBJETIVOS:
Diseñar adecuadamente la captación de agua en manantiales, tanto de ladera
como ascendente, utilizando para ello los datos como el caudal de diseño,
obtenidos en la práctica anterior.
Aplicar un criterio razonable para solucionar las dificultades que existan en el
diseño de la captación.
III.- MARCO TEORICO:
1.- Manantiales:
Los manantiales son formados donde por cualquier razón el agua subterránea
es obligada a aflorar a la superficie. Las condiciones que causan su formación y
variedad deben ser estudiadas cuidadosamente cuando ellos son tomados como
fuentes de abastecimiento.
Los manantiales ofrecen particularidades diferentes según que las capas de
agua que los alimentan, atraviesen capas de arena o rocas calcáreas fisuradas. En el
interior de los bancos de arena, las capas de infiltración son continuas, regulares,
aflorando el agua generalmente en una gran extensión.
Los manantiales abundantes son raros en estos terrenos pero las aguas
superficiales sufren en ellos una filtración perfecta que los desembaraza de las
materias en suspensión, haciéndoles que tengan una limpieza y pureza notables.
1.1.- MANANTIAL DE LADERA:
Es aquel que se presenta como consecuencia de capas impermeables que sirven de
base a la napa freática, la característica principal de estos manantiales, es que
afloran en laderas y a una misma altura, según la línea de estrato permeable.
1.2.- MANANTIAL ASENDENTE O ARTECIANO:
Su formación es permeable o de grieta confinada entre dos capas impermeables y
que ascienden a presión hasta la superficie de la tierra. Para la utilización de estos
manantiales es necesaria la construcción de una estructura apropiada que permite
centrar el agua en un determinado punto, diseñando la debida protección contra la
contaminación.
2.- Captación de manantiales:
Los principales objetivos que se persiguen en este informe son la protección de alguna
posible polución y la protección del manantial para evitar su obstrucción. Es
conveniente por lo tanto el empleo de una cámara de captación desde la cual salen los
conductos de toma. Algunas veces el rendimiento del manantial es aumentado
mediante determinadas formas de construcción.
Cuando los manantiales brotan en las laderas de una montaña, su captación se reduce a
construir un depósito donde las aguas se reúnan, dándole capacidad proporcional al
volumen de éstas, si la captación se hace al aire libre, las aguas se cargan de polvo y es
más fácil su contaminación por restos animales y vegetales. Para evitar eso y conservar
en el agua su frescura y pureza, conviene que las cámaras de captación sean cubiertas,
y de ser posible, recoger el agua antes de que haya visto la luz, conduciéndola de esta
forma hasta el depósito de conducción.
3.- Obras de captación:
Zona Permeable
En la captación de manantial lateral se exige la construcción de muretes en
forma de aletas a ambos lados de la caja con la finalidad de controlar el paso de
partículas provenientes del suelo natural en el lugar del afloramiento de aguas.
Caja De Captación
Conformada por dos cámaras una seca o de válvulas y la otra cámara húmeda o
colectora, toda la estructura es de concreto simple a excepción del techo que
será de concreto armado.
Estas cámaras están provistas de:
o Tubería de desagüe
o Tubería de conducción
o Tubería de rebose
o Tubería de ventilación
V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
Para el caso de las captaciones de posos o de manantiales se hace innecesario el
uso de la planta de tratamiento debido a que la calidad del agua es muy buena y
este tipo de captación ya cuenta con un pre-filtro.
La correcta obtención del caudal de diseño (caudal máximo diario) obtenido en
el proceso anterior es muy importante.
Calcular, interpretar y analizar los resultados numéricos obtenidos se hizo
preponderantes para ver el funcionamiento correcto de estas estructuras y
mejora su eficiencia
Es de vital importancia la correcta dosificación para la desinfección del agua,
debido a que un exceso de cloro producirá efectos cancerigenos, y una
deficiente dosificación producirá contaminación en el agua potable.
Para el diseño del filtro, debido a la velocidad de filtración se recomienda un
filtro rápido de lecho de arena y antracita
Para la determinación de los caudales máximos y mínimos en manantiales hay
que hacer sondeos permanentes que nos permitan realizar mejores diseños de
la infraestructura hidráulica.
Anexos
ANEXOS
TABLA Nº 1: Datos para el Trabajo Escalonado (Asignados por el docente)
Tº (ºC) ∅Partic. Tipo de Velocidad de
a evacuar (cm) Floculador Filtración (cm/s)24 0.038 Vertical 0.63
TABLA Nº 2: Viscosidad del Agua
Temperatura
Sistema métrico Sistema inglésViscosidad Viscosidad Viscosidad Viscosidad Viscosidad Viscosidad Viscosidaddinámica cinemática dinámica cinemática cinemática dinámica cinemática
(°C) (Poises) (Stokes) Kg*s/m2 (m2/s) (cm2/s) lb*s/pie2 (pie2/s)
10 1.307E-02 1.307E-02 1.332E-04 1.307E-06 1.307E-02 2.729E-05 1.407E-0511 1.271E-02 1.271E-02 1.296E-04 1.271E-06 1.271E-02 2.653E-05 1.368E-0512 1.235E-02 1.235E-02 1.259E-04 1.235E-06 1.235E-02 2.578E-05 1.329E-0513 1.202E-02 1.203E-02 1.225E-04 1.203E-06 1.203E-02 2.509E-05 1.295E-0514 1.169E-02 1.170E-02 1.192E-04 1.170E-06 1.170E-02 2.440E-05 1.259E-05
15 1.139E-02 1.140E-02 1.161E-04 1.140E-06 1.140E-02 2.378E-05 1.227E-0516 1.109E-02 1.110E-02 1.130E-04 1.110E-06 1.110E-02 2.315E-05 1.195E-0517 1.081E-02 1.082E-02 1.102E-04 1.082E-06 1.082E-02 2.257E-05 1.165E-0518 1.053E-02 1.054E-02 1.073E-04 1.054E-06 1.054E-02 2.198E-05 1.134E-0519 1.027E-02 1.029E-02 1.047E-04 1.029E-06 1.029E-02 2.144E-05 1.108E-05
20 1.002E-02 1.004E-02 1.021E-04 1.004E-06 1.004E-02 2.092E-05 1.081E-0521 9.780E-03 9.800E-03 9.969E-05 9.800E-07 9.800E-03 2.042E-05 1.055E-0522 9.540E-03 9.570E-03 9.725E-05 9.570E-07 9.570E-03 1.992E-05 1.030E-0523 9.320E-03 9.350E-03 9.501E-05 9.350E-07 9.350E-03 1.946E-05 1.006E-0524 9.110E-03 9.140E-03 9.286E-05 9.140E-07 9.140E-03 1.902E-05 9.838E-06
25 8.900E-03 8.930E-03 9.072E-05 8.930E-07 8.930E-03 1.858E-05 9.612E-0626 8.700E-03 8.730E-03 8.869E-05 8.730E-07 8.730E-03 1.816E-05 9.397E-0627 8.510E-03 8.540E-03 8.675E-05 8.540E-07 8.540E-03 1.777E-05 9.192E-0628 8.330E-03 8.360E-03 8.491E-05 8.360E-07 8.360E-03 1.739E-05 8.998E-0629 8.150E-03 8.180E-03 8.308E-05 8.180E-07 8.180E-03 1.701E-05 8.805E-06
De la Tabla obtenemos, para Tº = 24ªC:
Viscosidad Dinámica: 9.286E-05Kg*s/m2) Viscosidad Cinemática: 9.140E-07 (m2/s)
VI. TEMA DE INVESTIGACION
LA DESALINIZACIÓN
INTRODUCCION
La desalinización o desalación es el proceso de eliminar la sal del agua de mar o salobre, obteniendo agua dulce.
El agua del mar es salada porque tiene sales minerales disueltas que precipitan cuando el agua se evapora. Debido a la presencia de estas sales minerales, el agua del mar no es potable para el ser humano y su ingestión en grandes cantidades puede llegar a provocar la muerte.
El 97,5% del agua que existe en nuestro planeta es salada y sólo una cantidad inferior al 1% es apta para el consumo humano. Conseguir potabilizar el agua del mar es una de las posibles soluciones a la escasez de agua potable. Mediante la desalinización del agua del mar se obtiene agua dulce apta para el abastecimiento y el regadío.
Las plantas desalinizadoras de agua de mar han producido agua potable desde hace muchos años, pero el proceso era muy costoso y hasta hace relativamente poco sólo se han utilizado en condiciones extremas.
Actualmente existe una producción de más de 24 millones de metros cúbicos diarios de agua desalada en todo el mundo, lo que supone el abastecimiento de más de 100 millones de personas.
En el proceso de extracción de la sal se producen residuos salinos y sustancias contaminantes que pueden perjudicar a la flora y la fauna. Además, suponen un gasto elevado de consumo eléctrico. Con el fin de evitarlo, actualmente se están realizando estudios para construir plantas desalinizadoras más competitivas, menos contaminantes y que utilicen fuentes de energía renovables.
PROCEDIMIENTOS DE DESALINIZACIÓN
La desalinización puede realizarse por medio de diversos procedimientos, entre los que se pueden citar:
Ósmosis inversa Destilación Congelación Evaporación relámpago Formación de hidratos
1. Desalinización por ósmosis inversa (O.I.)
Proceso de producción
El pozo se llena por gravedad al nivel del acuífero marino. Se transporta el agua del pozo impulsado por las bombas de alimentación al sistema de desalinización. En la entrada de las bombas de alimentación llega el suplemento de químicos administrado por las bombas dosificadoras. Así el agua está preparada para pasar cuatro tipos de filtros que retienen partículas mayores a cuatro micras. El paso principal de la producción de agua es la separación de H2O de la mezcla de sales y minerales presente en el agua del mar. Este paso se realiza en la etapa de ósmosis inversa (OI).
Para permitir una operación económica de la OI es necesario prevenir que se precipiten (cristalicen) las sales dentro de los módulos de OI, o que partículas de diatomeas y microalgas lleguen a las membranas. Para eso existen tres pasos de filtración por arena más un último paso de micro filtración usando cartuchos de fibra sintética. El éxito de filtración también depende de la apropiada introducción de coagulantes. De acuerdo a la calidad de filtración se genera el ciclo de cambio de las membranas entre 2 y 5 años. Los dispersantes químicos introducidos antes de la micro filtración previenen la precipitación de minerales dentro del las membranas.
Como todos los aspectos de la operación son automatizados, el trabajo de los operadores es la supervisión y el mantenimiento.
Regulación de alta presión y recuperación de energía
El concentrado de rechazo es 55 % del agua bruta (aunque depende de la tecnología de desalinización empleada). Mientras que el 45 % del agua ganada sale a presión atmosférica, debe asegurarse una contrapresión regulada en el flujo de rechazo. Este flujo de rechazo siempre contiene algo así como el 55 % (100% - % ganada) de la energía invertida en las bombas de alta presión. Es necesario obtener el rendimiento más alto de recuperación de esta energía. Un parte de la energía recuperada puede volver al mismo ciclo de desalinización y recuperación más de una vez.
Mientras que la planta está en el modo de producción se controla la presión de la salida por una válvula de regulación. Se usa convertidores ‘Pressure Exchanger’ y con ellos en el intercambio de presión se puede recuperar hasta el 95% de la energía del flujo de rechazo directamente por medio de bombeo usando desplazamiento positivo. Esa bomba de recuperación de energía aumenta el flujo de más agua bruta a la entrada de las membranas. La planta usa los unidades 'Pressure Exchanger' cerca de cada grupo de tubos de elementos de ósmosis inversa.
Calidad del agua producida
El agua osmotizada o el permeado de los módulos de ósmosis inversa debe ser acondicionada para cumplir con ciertas características de calidad, ya que el agua producida tiene un pH ácido y un bajo contenido de carbonatos, lo que la convierte en un producto altamente corrosivo. Esto exige su preparación antes de su distribución y consumo. El pH se ajusta con carbonato de calcio a un valor de 7,7. Adicionalmente, si se requiere, se agrega también fluoruro de sodio e hipoclorito según las regulaciones municipales para uso del agua potable.
Almacenamiento y distribución del agua producida
El agua desalada pasará por bombeo al tanque de almacenamiento de agua potable arriba de un cero natural. Allá conecta a la red de distribución. El tanque es diseñado para una capacidad que es el medio de una producción diaria.
2. Desalinización por destilación
Se realiza mediante varias etapas, en cada una de las cuales una parte del agua salada se evapora y se condensa en agua dulce. La presión y la temperatura van descendiendo en cada etapa lográndose concentración de la salmuera resultante. El calor obtenido de la condensación sirve para calentar de nuevo el agua que hay que destilar. En esta tecnología se basa el Seawater Greenhouse, un invernadero para zonas costeras áridas que usa agua salada para el riego.
3. Desalinización por congelación
Mediante este proceso se pulveriza agua de mar en una cámara refrigerada y a baja presión, con lo que se forman unos cristales de hielo sobre la salmuera. Estos cristales se separan y se lavan con agua dulce.Y así se obtiene el agua dulce
4. Desalinización mediante evaporación relámpago
En el proceso de desalinización por evaporación relámpago, en inglés Flash evaporation, el agua es introducida en forma de gotas finas en una cámara a presión baja, por debajo de la presión de saturación. Parte de estas gotas de agua se convierten inmediatamente en vapor, que son posteriormente condensadas, obteniendo agua desalada. El agua residual se introduce en otra cámara a presiones más bajas que la primera y mediante el mismo proceso de calentamiento, pulverización y evaporación relámpago se obtiene más agua desalada. Este proceso se repetirá, hasta que se alcancen los valores de desalinización deseados. Estas plantas pueden contar más de 24 etapas de desalinización relámpago. A este proceso se le conoce como MSF (evaporación multietapa).
5. Desalinización mediante formación de hidratos
En la desalinización por formación de hidratos, no utilizada a gran escala, el agua se pone en contacto con sales anhidras muy higroscópicas que incorporan una importante proporción de agua de cristalización. Estas sales hidratadas se retiran, se lavan y se deshidratan de nuevo por acción del calor, obteniéndose agua de gran pureza y las sales anhidras que se pueden reutilizar.
6. Destilación por membrana
La ciencia detrás del proceso de destilación por membrana es simple. El calor económico calienta el agua de la solución salina hasta su evaporación. El vapor limpio pasa entonces a través de los poros de dimensiones nanométricas de la membrana para terminar condensándose en agua fría, al otro lado de ella. Los primeros experimentos para estudiar el proceso de separación usando membranas fueron realizados por los químicos usando porciones de membranas animales.
Actualmente los procesos de separación por membranas dependen del diseño y el módulo de la misma. Usualmente las moléculas fluyen de una región de alta a otra de baja concentración. Las diferencias de presión o concentración en ambos lados de la membrana hacen que ocurra la separación. A medida que disminuye el tamaño de los poros, la eficiencia y la selectividad de la membrana aumentan. El nuevo proceso funcionará especialmente bien con aguas que presenten concentraciones de sal por encima del 5,5 por ciento. Actualmente, este 5,5 por ciento es el porcentaje más alto de sal contenido en agua que puede ser tratado usando el método de la ósmosis inversa.
MOTIVACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE AGUA DULCE
El agua es el componente de todo sistema biológico que les permite a las plantas, animales y humanos la vida. El agua dulce de fuentes naturales es un recurso muy limitado (menos del 2% del agua de la Tierra es dulce) y así define límites al aprovechamiento de los otros recursos como el espacio y el alcance de condiciones para la agricultura. El mar contiene el 98% del agua del planeta. Entre 25.000 y 45.000 ppm (2,5 a 4,5%) del agua del mar son sólidos disueltos. Se considera agua dulce aquella cuyo contenido en sal es inferior a 1000 ppm.
DESALADORAS Y CONSUMO ENERGÉTICO
Los investigadores llevan años intentando minimizar el problema del alto consumo de energía de las desaladoras. De hecho, existe ya una tecnología para crear energía basándose en la propia salmuera: un dispositivo llamado PE (Intercambiador de Presión, Pressure Exchanger en inglés) transfiere energía directamente de la salmuera al flujo de alimentación sin los problemas de rendimiento de los ejes giratorios de alta velocidad de las fábricas actuales.
Si se siguiera este sistema, la reducción de los costes energéticos y económicos podría suponer que por primera vez sería posible producir agua potable a partir de agua de mar con un coste inferior por metro cúbico que el obtenido por otras vías (pantanos, canales, trasvases).
INCONVENIENTES DE LA DESALINIZACIÓN
En el proceso de extracción de la sal del agua de mar se producen residuos salinos que, una vez vertidos al mar, perjudican a la flora marina al aumentar la salinidad de las aguas. Las complejas instalaciones de ósmosis inversa requieren un gran consumo de electricidad. Las desalinizadoras se instalarían en lugares no ocupados por las urbanizaciones turísticas. Como fábricas que son, tienen una vida limitada.
Habría que realizar nuevas y costosas obras de infraestructura para trasladar el agua desalada a las zonas donde es necesaria.
Consejos De Los Expertos
Los investigadores del Centre d´Estudis Avancats de Blanes – CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas) informan de una serie de medidas que habría que tener en cuenta:
La localización de las desaladoras debería ser en zonas donde el impacto sobre las comunidades sea mínimo (verter preferentemente los residuos en fondos sin vegetación). Es importante evitar bahías cerradas y sistemas de gran valor ecológico, como las praderas de angiospermas marinas.
Los vertidos de salmueras habrá que situarlas en zonas de hidrodinamismo medio o elevado, que facilite la dispersión de la sal vertida al mar.
Deben evitarse cambios que puedan afectar los procesos de sedimentación. Intentar que el agua de origen sea de buena calidad para minimizar el tratamiento químico posterior. Son necesarios estudios del impacto de cada elemento del vertido por separado y también de sus posibles interacciones.
ENERGÍAS RENOVABLES
Hay diversos factores que hacen de la desalación de agua del mar una aplicación atractiva para las energías renovables. Por un lado, muchas zonas con escasez de agua desalada poseen un buen potencial de alguna de dichas energías, especialmente la eólica y la solar. Un factor positivo es la simultaneidad estacional entre la época de mayor demanda de agua potable y la disponibilidad de dichas energías.
En numerosas localidades costeras y centros turísticos, la demanda de agua potable crece en verano, motivado por el gran aumento que experimenta la población debido al turismo. Y es precisamente en verano cuando la disponibilidad de la radiación solar es máxima. Todos estos factores han motivado que varias instituciones y organismos oficiales hayan desarrollado, o estén desarrollando, proyectos destinados a mejorar y hacer más competitivos los sistemas de desalación de agua de mar que funcionan con energías renovables.
DESALINIZACIÓN: ¿UNA ALTERNATIVA POSIBLE?
Los océanos tienen el 97% del agua del planeta. Las ventajas del proceso para desalinizar los mares son enormes, pero también lo son sus desventajas.
Los especialistas coincidien en que, entre los obstáculos más importantes del proceso de desalinización, figuran el daño ambiental y el costo económico. En un informe elaborado por el Pacific Institute se indica que, si bien los costos para desalinizar el agua están disminuyendo, este sistema sigue siendo costoso en comparación a otros, a saber: el tratamiento a nivel local de agua de poca calidad, el reciclado y reutilización de agua que se desperdicia, y la elaboración de planes sustentables para el manejo de la tierra.
La desalinización implica, una mayor utilización de energía. Y de aquí se desprenden varias desventajas. En primer lugar, sabemos que a mayor demanda de energía, al tratarse de un recurso limitado, mayores son los precios. Por otra parte, la creciente utilización de energía presupone una mayor dependencia de los combustibles fósiles, lo que incrementa la emisión de gases de efecto invernadero.
Para la UNESCO, la desalinización se aplica solo a lo que se llama “agua business” o sea lo que es muy rentable en costo/beneficio en corto plazo y no en el largo plazo. El incremento en los costos de la energía y los problemas de impacto ambiental negativo hacen que una solución “inmediata” a un problema no pueda sostenerse a través del tiempo.
Además, uno de las desventajas más importantes de empezar a desalinizar el agua es el ecosistema que se rompe. La supervivencia de los organismos marinos es una de las amenazas ambientales más importantes relacionadas con la utilización de esta tecnología. La desalinización, si bien genera agua de alta calidad, también introduce nuevos contaminantes al ambiente. El informe del Pacific Institute recalca la necesidad de implementar nuevas políticas regulatorias paralelamente a la adopción de este sistema.
El profesor Miguel Auge, de la UBA, sostuvo por su parte que sí bien la “desalinización” es una alternativa para paliar el problema del agua, la salmuera que desecha es otro problema. Y esto no es solamente por las altas concentraciones de sal sino también por las otras sustancias químicas que se utiliza durante el proceso. Esto implica que de adoptarse, la desalinización deberá contar con estudios exhaustivos para conocer cada uno de los compuestos utilizados y así identificar y mitigar sus efectos en el ambiente durante la descarga.
Hoy en día la planta de desalinización más importante encuentra en el Golfo Pérsico, en islas donde el acceso al recurso es limitado y donde la gente está dispuesta a pagar precios altos por el mismo. Alrededor de 130 países en todo el mundo están implementando algún proceso de desalinización. Inclusive en algunas regiones del planeta casi toda el agua que se sume tiene su origen en este sistema. Pero pese a estos avances y al creciente desarrollo tecnológico, la idea de agua potable ilimitada proveniente de los océanos no deja de ser todavía un sueño. En 2005, el total de agua producida a través de la desalinización en todo el mundo y a lo largo de todo el año fue similar al consumo mundial de un par de horas.
Como vimos a lo largo de estas páginas, no se trata de desalinizar sino de utilizar de manera racional los recursos que tenemos al alcance de nuestras manos. Para evitar que los pronósticos catastrofistas de distintas organizaciones ambientales sobre el agua se cumplan, es fundamental no derrochar los recursos que ya tenemos a nuestro alcance. Para eso la educación es un punto central. En estos últimos años, pueden verse a través de los medios masivos de comunicación cada vez más campañas en este sentido, además de notas gráficas y televisivas sobre pueblos que padecen la falta de agua potable. El cambio, para evitar los pronósticos de las Naciones Unidas, no sólo está en manos de las grandes potencias sino en lo que cada uno de nosotros haga en su quehacer cotidiano.
En nuestra vida diaria solemos utilizar el agua potable para regar, baldear o para los sanitarios, desperdiciando la posibilidad de utilizar para estas actividades el agua de lluvia. Una vida sustentable implica el cambio de costumbres. Sería recomendable el almacenamiento de agua de lluvia en cisternas o piletones para ser empleada en el riego o para baldear las veredas, o la implementación de un sistema que conduzca toda el agua desechable de una casa (por ejemplo, el agua de la ducha o del lavabo) al tanque de los sanitarios. De esta manera, el requerimiento de agua potable disminuiría notablemente y ésta sería sólo empleada para actividades en las que es realmente imprescindible.
PLANOS