propuesta técnica y económica para el tratamiento y

Universidad de La Salle Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle

Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

1-1-2016

Propuesta técnica y económica para el tratamiento y Propuesta técnica y económica para el tratamiento y

recirculación de aguas procedentes de una planta de trituración recirculación de aguas procedentes de una planta de trituración

de material de arrastre ubicada en Melgar Tolima de material de arrastre ubicada en Melgar Tolima

Jairo Andrés Gómez Parra Universidad de La Salle, Bogotá

Paula Sánchez Rojas Universidad de La Salle, Bogotá

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Citación recomendada Citación recomendada Gómez Parra, J. A., & Sánchez Rojas, P. (2016). Propuesta técnica y económica para el tratamiento y recirculación de aguas procedentes de una planta de trituración de material de arrastre ubicada en Melgar Tolima. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/523

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PROPUESTA TÉCNICA Y ECONÓMICA PARA EL TRATAMIENTO Y RECIRCULACIÓN DE AGUAS PROCEDENTES DE UNA PLANTA DE TRITURACIÓN DE MATERIAL DE ARRASTRE UBICADA EN MELGAR

TOLIMA.

1

JAIRO ANDRÉS GÓMEZ PARRA

PAULA SÁNCHEZ ROJAS

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C

2016


TOLIMA.

2

JAIRO ANDRÉS GÓMEZ PARRA

PAULA SÁNCHEZ ROJAS

Trabajo de Grado para optar al título de

Ingeniero Ambiental y Sanitario

Director de Tesis

JULIO CÉSAR RAMÍREZ Ingeniero químico

MSc. Ingeniería ambiental

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C

Abril de 2016


TOLIMA.

3

HOJA DE ACEPTACIÓN

_____________________________

_____________________________

_____________________________

Firma del Director

_____________________________

Firma del Jurado

_____________________________

Firma del Jurado

_____________________________

Bogotá D.C.


TOLIMA.

4

DEDICATORIA

Agradezco a Dios por la fortaleza que me dio durante este periodo en la universidad para seguir adelante

y permitirme cumplir esta meta tan importante para mí y para mi familia.

A mi papá por brindarme el apoyo necesario y a mi mamá por estar siempre pendiente de lo que yo

necesitaba, a mi tío MARCO FIDEL GÓMEZ quien fue una de las personas que me ayudó a continuar con

mis estudios y que aunque hoy ya no está con nosotros siempre recordare su apoyo.

A mi hermano quien me ayudo en muchas cosas durante el transcurso de la carrera a mi abuelita que

siempre me decía que lo mejor era estudiar y hoy sé que tenía razón.

A mis compañeros de estudio de quienes aprendí mucho.

Jairo Andrés Gómez Parra


TOLIMA.

5

DEDICATORIA

A Dios, por permitirme culminar este proceso. Por las experiencias y triunfos durante todo el trayecto

universitario, a mis padres JUAN CARLOS SÁNCHEZ Y MARTHA LUZ ROJAS por ser las personas que me

acompañaron durante cada etapa de mi vida y que con sus consejos y apoyo moral y económico han

sabido guiarme para culminar mi carrera profesional. A mi hermana MIRIAM SÁNCHEZ, mi compañero

sentimental MARTIN DÍAZ, quienes me apoyaron incondicionalmente para poder llegar a ser una

profesional.

A mis profesores, en especial al ingeniero JULIO CÉSAR RAMÍREZ gracias por su tiempo, por su apoyo y

sabiduría trasmitida en el desarrollo de mi formación profesional.

Paula Sánchez Rojas


TOLIMA.

6

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a:

Al ingeniero Julio César Ramírez que con sus aportes, conocimiento y experiencia permitió la realización

de este proyecto.

A las Empresas INGECAM LTDA, MINAS Y AGREGADOS DEL SUMAPAZ S.A.S, y REPRESENTACIONES

INDUSTRIALES ORION S.A (RIORION) que permitieron el desarrollo de este proyecto, brindando la

colaboración del personal de la planta y prestando sus instalaciones para la toma de los datos.

Al ingeniero Jairo Gómez Castiblanco por el apoyo brindado para este proyecto.


TOLIMA.

7

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………………………………1

2. OBJETIVOS………………………………………………………………………………………………………………………2

2.1. General…………………………………………………………………………………………………………………………..2

2.2. Específicos………………………………………………………………………………………………………………………2

3. MARCO TEÓRICO…………………………………………………………………………………………………………….3

3.1. Tipos de minería……………………………………………………………………………………………………………..3

3.1.1. Minería subterránea ………………………………………………………………………………………………..3

3.1.2. Minería a cielo abierto……………………………………………………………………………………………..3

3.2. Etapas y fases de la minería……………………………………………………………………………………………3

3.2.1. Etapa 1-Prospección…………………………………………………………………………………………………4

3.2.2. Etapa 2-Exploración………………………………………………………………………………………….………4

3.2.3. Etapa 3-Desarrollo……………………………………………………………………………………………………4

3.2.4. Etapa 4- Explotación………………………………………………………………………………………………..5

3.2.5. Etapa 5-Cierre y abandono………………………………………………………………………………………5

3.3. Situación actual del lugar de explotación del presente proyecto……………………………………5

3.3.1. Situación geográfica………………………………………………………………………………………………..5

3.3.2. Descripción del sistema de explotación…………………………………………………………………..7

3.3.3. Generalidades de la explotación……………………………………………………………………………..9

4. MARCO LEGAL……………………………………………………………………………………………………………….11

5. ASPECTOS CLIMATOLÓGICOS………………………………………………………………………………………..13

5.1. Precipitación………………………………………………………………………………………………………………….14

5.2. Temperatura ambiente………………………………………………………………………………………………….15

6. ASPECTOS HIDROLÓGICOS…………………………………………………………………………………………….16

6.1. Caudales máximos…………………………………………………………………………………………………………16

7. ASPECTOS SEDIMENTOLÓGICOS……………………………………………………………………………………17

7.1. Carga de lavado…………………………………………………………………………………………………………….17

7.2. Carga de material del lecho y carga total……………………………………………………………………...18

8. ASPECTOS HIDRÁULICOS……………………………………………………………………………………………….18

8.1. Características hidráulicas rio Sumapaz………………………………………………………………………..18

8.2. Balance hídrico……………………………………………………………………………………………………………..19

9. UNIDADES DEL SUELO…………………………………………………………………………………………………..21

10. METODOLOGÍA……………………………………………………………………………………………………………..21

10.1. Diagnostico……………………………………………………………………………………………………….21

10.2. Diseño……………………………………………………………………………………………………………….22


TOLIMA.

8

10.3. Propuesta económica……………………………………………………………………………………….22

11. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS…………………………………………………………………….23

11.1. Diagnostico……………………………………………………………………………………………………….23

11.1.2. Simulación hidrológica del área de influencia…………………………………….……………….25

11.2. Diseño………………………………………………………………………………………………………………………..34

11.2.1. Dimensionamiento………………………………………………………………………………………….34

11.2.2. Determinación de solidos sedimentables………………………………………………………..36

11.2.3. Medición parámetros físicos…………………………………………………………………………..39

11.2.4. Determinación del tipo de muestreo probabilístico…………………………………………44

11.2.5. Correlaciones entre parámetros………………………………………………………………………47

11.2.6. Diseño……………………………………………………………………………………………………………..48

11.2.6.1. Mezcla rápida……………………………………………………………………………………………….48

11.2.6.2. Floculación……………………………………………………………………………………………………50

11.2.6.3. Sedimentación………………………………………………………………………………………………52

11.2.6.4. Diseño propuesto………………………………………………………………………………………….54

11.2.6.4.1. CANALETA PARSHALL…………………………………………………………………………………55

11.2.6.4.2. FLOCULADOR HIDRÁULICO DE FLUJO HORIZONTAL…………………………………..68

11.2.6.4.3. SEDIMENTADOR DE ALTA TASA…………………………………………………………………75

11.2.6.4.4. Determinación del tipo coagulante y su dosificación…………………………………79

11.2.6.4.5. Calculo de producción de lodos…………………………………………………………………80

11.2.6.4.6. Determinación del uso de lodos generados……………………………………………….81

11.2.6.4.7. Calculo de la línea de conducción del sistema……………………………………………83

12. PROPUESTA ECONÓMICA………………………………………………………………………………………91

13. MANUAL DE OPERACIÓN……………………………………………………………………………………….93

14. CONCLUSIONES……………………………………………………………………………………………………..94

15. RECOMENDACIONES……………………………………………………………………………………………..95

16. BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………………………………………..96


TOLIMA.

9

TABLA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Lugar de explotación del material de arrastre…………………………………………………………..6

Ilustración 2 área de explotación……………………………………………………………………………………………………7

Ilustración 3 Barreras Laterales Curvas…………………………………………………………………………………………..8

Ilustración 4 Barras laterales tramos largos……………………………………………………………………………………8

Ilustración 5 Dársenas……………………………………………………………………………………………………………………8

Ilustración 6 Sistemas de explotación sobre el título minero…………………………………………………………9

Ilustración 7 precipitación total mensual (mm)……………………………………………………………………………14

Ilustración 8 Valores mensuales de Temperatura Ambiente (°C)………………………………………………….15

Ilustración 9 caudal máximo (m3/s)……………………………………………………………………………………………..17

Ilustración 10 curva de duración de caudales sólidos en suspensión……………………….......................18

Ilustración 11 balance hídrico a la altura del proyecto………………………………………………………………….20

Ilustración 12 Curva IDF generada para efectos de la simulación…………………………………………………27

Ilustración 13 inserción de datos en el modelo……………………………………………………………………………31

Ilustración 14 inserción del valor de la curva CN en el programa…………………………………………………32

Ilustración 15 vista del área de estudio en el programa……………………………………………………………….33

Ilustración 16 Hidrograma resultante de la simulación…………………………………………………………………34

Ilustración 17 Toma de muestra……………………………………………………………………………………………………37

Ilustración 18 sedimentación de la muestra…………………………………………………………………………………37

Ilustración 19 volumen ml de sedimentos VS tiempo…………………………………………………………………..38

Ilustración 20 lectura de parámetros…………………………………………………………………………………………..39

Ilustración 21 curva de calibración pH…………………………………………………………………………………………42

Ilustración No 22 Dimensiones típicas de una canaleta parshall……………………………………………………57

Ilustración 23 Rugosidad relativa…………………………………………………………………………………………………86


TOLIMA.

10

Ilustración 24 Diagrama para determinación de coeficiente de fricción………………………………………88

Ilustración 25 Determinación de pérdidas de acuerdo a los accesorios……………………………………….89


TOLIMA.

11

LISTA DE TABLAS

Tabla No 1 Porcentaje de residuos sólidos generados……………………………………...................................10

Tabla No 2 Normas ambientales y mineras aplicables al proyecto……………………………………………………11

Tabla No 3 Características estaciones climatológicas……………………………………………………………………….14

Tabla No 4 Caudales máximos………………………………………………………………………………………………………….16

Tabla No 5 Balance hídrico del rio Sumapaz a la altura del proyecto………………………………………………..20

Tabla No 6 Descripción procesos básicos de producción de grava, gravilla y arena………………………….23

Tabla No 7 Parámetros de calibración del modelo según la región de la zona de estudio…………........26

Tabla No 8 Datos de las estaciones ……………………………………………………………………………………..…………..26

Tabla No 9 Grupos y características de los suelos……………………………………………………………………………..29

Tabla No 10 Grupos según uso de suelo……………………………………………………………………………………………30

Tabla No 11 Volumen acumulado ml sedimentos vs tiempo……………………………………………………………..38

Tabla No 12 Resultados parámetros tomados en campo…………………………………………………………………..41

Tabla No 13 Tipos de coagulante……………………………………………………………………………………………………….43

Tabla No 14 Comportamiento pH……………………………………………………………………………………………………...46

Tabla No 15 Comportamiento conductividad…………………………………………………………………………………….46

Tabla No 16 Comportamiento de la turbiedad…………………………………………………………………………………..47

Tabla No 17 Clasificación unidades de mezcla rápida………………………………………………………………………..49

Tabla No 18 Condiciones de operación……………………………………………………………………………………………..49

Tabla No 19 Ventajas y desventajas floculadores…………………………………………………………………………….51

Tabla No 20 Tipos de sedimentador y sus ventajas…………………………………………………………………………..53

Tabla No 21 Caudal de diseño…………………………………………………………………………………………………………..56


TOLIMA.

12

Tabla No 22 Dimensiones típicas de medidores parshall………………………………………………………………56

Tabla No 23 Parámetros K y N………………………………………………………………………………………………………57

Tabla No 24 Parámetros dimensionamiento…………………………………………………………………………………58

Tabla No 25 velocidades de sedimentación………………………………………………………………………………….75

Tabla No 26 Característica del fluido…………………………………………………………………………………………….83

Tabla No 27 propuesta económica con sus respectivos ítems………………………………………………………92

Tabla No 28 para el modelo…………….…………………………………………………………………………….……………105

Tabla No 29 datos ecuación curva IDF………………………………………………………………………………..……..105

Tabla No 30 datos para curva IDF……………………………………………………………………………………………..109

Tabla No 31 caudal de salida del área de estudio …………..………………………………………………………..109


TOLIMA.

1

1. INTRODUCCIÓN

Actualmente en el municipio de Melgar (Tolima) existen actividades aplicadas al sector de la minería,

como lo es la extracción de material de arrastre, arcilla, grava y arena, la cual se desarrolla en pequeña

escala en el río Sumapaz, generando cambios en las condiciones físico-químicas del agua y la alteración

del cauce del mismo, debido a los impactos que son generados por la minería en la etapa de extracción y

trituración.

El presente trabajo tuvo como finalidad recopilar información la cual se pudo analizar, para diseñar y

proponer obras para la recirculación de aguas en una planta de trituración de material de arrastre

ubicada en Melgar, minimizando los vertimientos y los posibles efectos que estos tengan sobre la

comunidad, ya que este proceso genera una alta carga de sólidos.

Se identificaron las etapas del proceso productivo y la influencia de cada una de estas en las

características del agua por medio de un diagnóstico en el cual se tuvieron en cuenta los resultados de

los análisis y el comportamiento de las muestras respecto a su heterogeneidad y/o homogeneidad, para

analizar las alternativas de tratamiento de las aguas y finalmente dar a conocer la propuesta técnica y

económica del diseño.

Con ayuda de información secundaria se da a conocer algunos usos para que los lodos generados por el

sistema sean reutilizados de acuerdo a sus componentes físicos y químicos.

Adicionalmente se realizó una simulación hidrológica de la zona de estudio, con el fin de analizar y

determinar el comportamiento en el área de explotación.

Finalmente se elaboró la propuesta económica del proyecto, la cual resulto viable, además de ser útil

para los demás operadores mineros que se encuentran en la zona.


TOLIMA.

2

2. OBJETIVOS

2.1. General

Realizar la propuesta técnica y económica del sistema productivo para el tratamiento y recirculación

de aguas procedentes de una planta de trituración de material de arrastre ubicada en Melgar Tolima.

2.2. Específicos

2.2.1. Identificar las etapas del proceso productivo y la influencia en las características del agua

mediante un diagnóstico y evaluación hidráulica de las condiciones actuales teniendo en

cuenta la concesión minera.

2.2.2. Analizar las alternativas de tratamiento de las aguas de acuerdo a las características de los

sistemas propuestos.

2.2.3. Determinar los costos de implementación de la alternativa e infraestructura necesaria.


TOLIMA.

3

3. MARCO TEÓRICO

La minería es una actividad económica la cual es representada por la explotación o extracción de los

minerales que se encuentran en el suelo y el subsuelo en forma de yacimientos, para el presente

proyecto se tienen minerales no metálicos como arena, grava y arcillas, los cuales son usados como

material de construcción.

3.1. Tipos de minería.

La explotación de cualquier tipo de yacimiento mineral puede ser a cielo abierto o subterránea, según la

ubicación en donde se encuentren los minerales de interés y del modo de extracción del mismo que se

emplee para obtenerlo.

3.1.1. Minería subterránea

Es la que desarrolla su actividad de explotación en el interior de la tierra y puede profundizar en ella a

través de túneles, ya sean verticales u horizontales. Dichos túneles deben tener un sistema de

ventilación que permita la seguridad de las personas que trabajan en la mina y que evite la acumulación

de gases peligrosos. (TORRES, 2009)

3.1.2. Minería a cielo abierto

Este tipo de minería se realiza sobre la superficie de la tierra y se desarrolla en forma progresiva por

capas o terrazas en terrenos previamente delimitados, generalmente se emplean en lugares donde los

minerales están a poca profundidad. Su proceso extractivo se realiza con maquinaria minera de gran

tamaño, este tipo de minería es mucho más económica que la minería subterránea pero conlleva

mayores impactos medio ambientales. (TORRES, 2009)

3.2. Etapas y fases de la minería

Esquema 1

Fuente: Autores

Etapa 1 Prospección

Etapa 2 Exploración

Etapa 3 Desarrollo

Etapa 4 Explotación

Etapa 5 Cierre y abandono


TOLIMA.

4

3.2.1. Etapa 1- Prospección.

Es la búsqueda de yacimientos, teniendo en cuenta herramientas como: mapas de distinto tipo,

fotografías aéreas, imágenes satelitales, antecedentes mineros, geológicos, geofísicos, geoquímicos,

catastrales, económicos, del área de interés. Labor a cargo de geólogos especialistas con ayuda de la

tecnología apropiada, equipos, instrumental, laboratorios, etc. (CARVAJAL, 2008)

Según el tipo de yacimiento la prospección puede hacerse de distintas maneras y con diferentes técnicas

como lo son:

prospección geológica.

Recopilación de antecedentes, uso de fotografías aéreas e imágenes satelitales, trabajos de campo

observaciones directas, toma de muestras, análisis y ensayos de laboratorio, uso de planos.

prospección geoquímica.

Detección de “anomalías geoquímicas”, prospección geofísica, magnetometría, radiometría, sísmica,

gravimetría, geoeléctrica, y perforaciones. Para desarrollar esta actividad debe solicitarse a la Autoridad

Minera un permiso de exploración, de búsqueda o cateo. Realizando el respectivo informe de impacto

ambiental. (TORRES, 2009)

3.2.2. Etapa 2- Exploración.

En esta etapa se realiza la preparación de los caminos de acceso, mapeos topográficos y geológicos, el

montaje de campamentos e instalaciones auxiliares, trabajos geofísicos, investigaciones hidrogeológicas,

aperturas de zanjas y pozos de reconocimiento, tomas de muestras. En la exploración también se

determinará la cantidad y calidad del mineral del yacimiento, en relación con la calidad comercial de

dicha sustancia. Para ello se determina la forma del yacimiento, el volumen y el peso específico de la

sustancia. La calidad del mineral se determina mediante análisis, ensayos y estudios, realizados sobre

muestras que se extraen del cuerpo mineral. (CHANTRE, 2003)

Teniendo en cuenta el Decreto 1728 de 2002, las actividades de exploración minera estarán sujetas a la

guía ambiental.

3.2.3. Etapa 3- Desarrollo.

En esta etapa se determina la viabilidad del depósito mineral, efectos y características del yacimiento

teniendo en cuenta las siguientes características:

Normatividad minera

Estudio de impacto ambiental y medio ambiente


TOLIMA.

5

Infraestructura

Explotación y tratamiento.

También se realiza el estudio de Factibilidad, en el que se usan y comparan todos los parámetros

técnicos y económicos obtenidos en los estudios realizados con otros datos tomados del mercado en el

que se piensa colocar la producción. (CHANTRE, 2003).

3.2.4. Etapa 4- Explotación.

Comprende el conjunto de operaciones, trabajos y labores mineras destinadas a la preparación y

desarrollo del yacimiento a la extracción y transporte de los minerales.

El método de explotación depende principalmente del estado físico del mineral (sólido coherente o

incoherente, líquido, gas, o sólido soluble o fusible), de su profundidad y de su forma (a cielo abierto o

subterráneo). Todos los tipos de explotación minera comparten un aspecto común: la extracción y

concentración (o beneficio) del metal de la corteza terrestre. (CARVAJAL, 2008).

3.2.5. Etapa 5- Cierre y abandono.

La idea principal en esta etapa es realizar el desmantelamiento de las instalaciones y realizar actividades

de recuperación de geoformas, compactación del terreno, si es necesaria la reforestación, estas

actividades con el fin de que la zona de operación sea dejada en condiciones similares a las iniciales.

3.3. Situación actual del lugar de explotación del presente proyecto.

3.3.1. Situación geográfica.

El título minero ED3-091 se encuentra localizado en el departamento del Tolima aproximadamente a 98

km al suroccidente de la capital de Colombia localizado en el valle aluvial del rio Sumapaz, siendo este

uno de los principales afluentes del río Magdalena, delimitando los departamentos de Cundinamarca y

Tolima.


TOLIMA.

6

Ilustración 1. Lugar de explotación del material de arrastre.

Fuente: (CASTIBLANCO, 2005)

En la ilustración No 1, se observa que el área del título minero se encuentra sobre el rio Sumapaz en una

extensión aproximada de 4 kilómetros, además de esto la cuenca es compartida, es decir que divide al

municipio de Nilo Cundinamarca con el municipio de Melgar Tolima.

En la ilustración No 2, se observa la zona de explotación actual, la cual se encuentra aproximadamente a

200 m de la planta de trituración, sobre la margen izquierda del rio Sumapaz, el material es extraído con

ayuda de una retroexcavadora y trasportado por medio de volquetas hasta la planta de trituración para

su posterior proceso.


TOLIMA.

7

Ilustración 2 área de explotación

Fuente: Autores.

3.3.2. Descripción del sistema de explotación.

El sistema de explotación que se lleva en la actualidad es a cielo abierto y la explotación del material de

arrastre se desarrolla en contra de la corriente del río es decir la explotación inicia aguas abajo y termina

aguas arriba del lugar donde se inicia la explotación, el material a explotar se localiza en islas o barreras

laterales de materiales depositados por el río Sumapaz, y que pueden tener un espesor promedio de

medio metro por encima de la lámina de agua.

Secuencia de la explotación: se encuentra comprendida por labores de mantenimiento de vías,

descapote de algunos islotes, extracción de material, cargue y transporte del material explotado.

El sistema de explotación está conformado por 3 zonas, la zonas 1 y 2 se caracterizan por la formación de

barreras laterales y en la zona 3 se realiza la explotación por medio de dársenas.

Zona 1

La explotación en esta zona se realiza sobre las barreras laterales formadas por en el río Sumapaz en la

parte interna de las curvas, de tal manera que al momento de retirar el material se forme un talud único

el cual tiene una altura promedio de 2m a lo largo del depósito, con el fin de darle mayor área al cauce y

evitando la erosión en las zonas contrarias de las curvas. (CASTIBLANCO, 2005)


TOLIMA.

8

Ilustracion 3 Barreras Laterales Curvas


Zona 2

La explotación en esta zona se caracteriza por la formación de dársenas cuyas dimensiones son de 5m

de ancho y 10m de largo las cuales se encuentran a lo largo del cauce.

Ilustración 4 Barras laterales tramos largos


Zona 3

La explotación de esta zona se caracteriza por la formación de dársenas en los islotes formados por el río

Sumapaz.

Ilustración 5 Dársenas


A continuación en la ilustración No 6, se muestra la ubicación de los sistemas de explotación

mencionados sobre el título minero.


TOLIMA.

9

Ilustración 6 Sistemas de explotación sobre el título minero


3.3.3. Generalidades de la explotación.

Duración de la explotación

De acuerdo al Contrato de Concesión existente para la exploración y explotación No. ED3-091 de

MINERCOL, la duración de la explotación es de 30 años, contados a partir de su registro minero.

Tipo de material a extraer

Explotación de un yacimiento de materiales de construcción (gravas y arenas), dentro del contrato de

Concesión.

Equipo y maquinaria a utilizar

Para la extracción y producción de arenas y gravas se utiliza maquinaria minera como: retroexcavadora,

cargador trituradora, volquetas y cargador.


TOLIMA.

10

Seguridad minera

Según el Decreto 2222/93 del Ministerio de Minas y Energía, se expide el Reglamento de Higiene y

Seguridad en las labores mineras a cielo abierto establece:

“Todo explotador en cumplimiento con el decreto mencionado anteriormente, está en la obligación

de suministrar a los trabajadores todos los elementos de protección personal necesarios de acuerdo

con las actividades que realicen (Chantre, 2003).es necesario que el personal que labore en la mina

tenga como mínimo los siguientes elementos de protección personal”

-Cascos, Overoles, Guantes, Mascarilla contra polvo, Protectores auditivos, Gafas de seguridad, según el

riesgo.

-En cuanto al parque automotor se debe de tener en cuenta las precauciones en la zona de cargue,

descargue.

-Con relación al ruido, se debe realizar mediciones para identificar los equipos que generan niveles de

presión sonora superiores a los límites permisibles, una vez identificados tomar las medidas necesarias

para disminuirlo.

Transporte interno y rutas de equipos

La retroexcavadora arranca el material útil, el cual es cargado en volquetas y es conducido hasta el patio

de acopio, luego se trituran y clasifican obteniéndose arenas y gravas, los cuales posteriormente se

comercializan.

Estimativas de residuos sólidos y líquidos.

Tabla 1 porcentaje de residuos sólidos generados.

Componente Porcentaje

Papel y cartón 26%

Vidrio 12%

Fracción tarros de aceite 20%

Dotación 12%

Materia orgánica 30%


Los porcentajes mostrados en la tabla No 1 son con una base de producción de 18.2 kg/semana de

residuos sólidos, teniendo en cuenta una PPC fija de 0.4 Kg./hab./día y una PPC flotante de 0.10

Kg./hab./día.


TOLIMA.

11

4. MARCO LEGAL

La mayoría de las actividades industriales que producen efectos ambientales al medio ambiente, se

encuentran en la obligación de dar cumplimiento a normas tanto mineras como ambientales en las que

se establecen diversas posiciones legales para el control y manejo del aprovechamiento de los recursos

naturales renovables y no renovables de tal manera que se pueda garantizar la armonía entre las

actividades mineras y el medio ambiente de acuerdo a la legislación vigente en Colombia. Las normas

ambientales y mineras que se encuentran vigentes en Colombia y que son aplicables para el desarrollo

de un proyecto minero se muestran en la tabla No 2.

Tabla 2 normas ambientales y mineras aplicables al proyecto.

Ley Decreto

Resolución

Fecha de expedición

Entidad que lo expide

Que se reglamenta

Resolución

0631

17/03/2015

Ministerio de

Medio Ambiente

Establece los parámetros y los valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público.

Decreto 2811

18/12/1974

Congreso de la república de

Colombia

Regulación de lo concerniente a la preservación y restauración del medio ambiente estableciendo diversas disposiciones legales para la protección y control en el manejo de los recursos renovales establecido en los artículos 2,33,36,51,99 y 100.

Ley 99

22/12/1993

Congreso de la

república de Colombia

Contempla aquellos pilares que tienen relación directa con el estado para cumplir con la gestión ambiental del estado creando el SINA resaltando los artículos 31, 57,58 y 60.

Decreto 1220

2005

Ministerio de Medio

Ambiente

En el artículo 9 Dictamina la competencia de las corporaciones autónomas regionales en el sector minero, la explotación de materiales de construcción cuando la explotación proyectada no supere 600.000 toneladas al año.


TOLIMA.

12

Ley 685

2001


Colombia

Se da prioridad a los recursos mineros, los minerales de cualquier clase y ubicación de yacentes en el suelo, subsuelo siendo estos de propiedad exclusiva del estado, definiendo los materiales de construcción, los lugares en los cuales se podrán efectuar los procesos de exploración y explotación y las zonas restringidas.

Ley 141

1994

Congreso de la


Se crea el fondo nacional de regalías y se dictan otras disposiciones en materia de gravámenes a la explotación de los recursos naturales no renovables.

Decreto 2222

1993

Presidente de la

republica

Se encuentra lo orientado al control de las labores mineras a cielo abierto en Colombia, para preservación de las condiciones de seguridad e higiene.

Decreto ley 2665

1988

Ministerio de

Minas y Energía (MME)

Regula las relaciones entre los organismos y entidades del estado y de todos los particulares entre sí, sobre las actividades de prospección, explotación, beneficio, transporte, aprovechamiento y comercialización de los recursos no renovables que se encuentren en el subsuelo, así sean propiedad de la nación o privada.

Ley 70

1993


Colombia

Para la solicitud de la licencia de exploración y explotación sobre los yacimientos y reservas de carbón que se encuentren dentro del territorio de grupos indígenas y comunidades negras se regirán mediante el capítulo V donde se trata el tema del recurso minero en estos territorios.


TOLIMA.

13

Decreto 1481

1996


Colombia

Reglamenta la inscripción en el registro minero de los títulos para la exploración, explotación de minerales de propiedad del estado y establece la obtención de la licencia ambiental para la inscripción de aportes en el registro minero nacional.

Decreto 2636

1994

Congreso de la


Legaliza las explotaciones de hecho de la pequeña minería

Decreto 1385

1995

Congreso de la


Establece el mecanismo de conciliación para los eventos de superposición de áreas entre explotadores de hecho y títulos mineros otorgados.

Fuente: Autores

5. ASPECTOS CLIMATOLÓGICOS.

Teniendo en cuenta la localización geográfica de la cuenca baja del río Sumapaz, ubicada en zona de

bajas latitudes, sobre la vertiente montañosa de la cordillera Oriental en la zona Andina colombiana, el

clima de la región es de carácter tropical, determinado principalmente por las variaciones altimétricas y

la influencia que ejerce el movimiento de la Zona de Confluencia Intertropical (ZCIT), la cual genera dos

períodos húmedos y dos secos que se presentan intercalados a lo largo del año. Otros factores que

ejercen influencia en las características climáticas de la zona además de la precipitación y la temperatura

son la humedad relativa, el brillo solar y los vientos.

La caracterización climatológica de la zona de estudio se realizó con base en información a nivel mensual

disponible en el IDEAM, utilizando las estaciones climatológicas de la Base Aérea Melgar, el Limonar y

hacienda La Granja, localizadas en las afueras del casco urbano del municipio de Melgar, ya que debido

a su cercanía y condiciones topográficas, presenta características climáticas semejantes a las existentes

en la Licencia, en jurisdicción del municipio de Nilo. Las características generales de las estaciones

utilizadas para el estudio se relacionan a continuación.


TOLIMA.

14

Tabla 2 características estaciones climatológicas.

Código Nombre Municipio Latitud Longitud Altitud (M.S.N.M)

Tipo

2119508 Base Aérea Melgar Melgar 04 12 74 38 319 CO

2119715 El Limonar Melgar 04 10 74 37 405 LG

2119041 Hacienda La Granja Melgar 04 09 74 34 1120 PM

Fuente: IDEAM

De acuerdo a la clasificación climática de Caldas- Lang, la cual combina los pisos térmicos y un factor de

humedad, el área de estudio corresponde al clima de tipo cálido semi - húmedo.

5.1. Precipitación

Se define por el movimiento de la zona de confluencia intertropical (ZCIT), la cual determina la

distribución de la precipitación durante el transcurso del año en el municipio de Melgar y en general el

de la cuenca del río Sumapaz.

En la ilustración No 7 se muestran los valores totales mensuales de precipitación, expresados en mm, de

los años 2010 a 2014, siendo datos de los años más representativos para el caso de estudio.

Ilustración 7 precipitación total mensual (mm)

Fuente: Autores

0

50

100

150

200

250

300

precipitacion total mensual (mm)

2010 2011 2012 2013 2014


TOLIMA.

15

El paso de la ZCIT sobre la región es la encargada de las dos estaciones lluviosas en el año, la primera a

mediados de marzo y a finales de abril, la segunda en octubre y noviembre, entre los dos períodos

húmedos, se intercalan dos períodos secos, siendo el período junio - agosto el de menor precipitación.

Los registros de precipitación fueron tomados de la estación climatológica de la Base Aérea de Melgar.

En el municipio de Melgar también existe otro fenómeno generador de lluvias y se presenta por

procesos convectivos provenientes de la circulación de masas de aire originados por diferencias térmicas

locales, los cuales generan nubosidad y precipitaciones en las partes altas del valle, con cielos despejados

en el centro del valle, dicho fenómeno se invierte durante las horas de la noche.

5.2. Temperatura ambiente.

En la ilustración No 8 se presenta la variación de la temperatura a lo largo del año 2014, para los valores

máximos, medios y mínimos de la estación climatológica de la Base Aérea de Melgar, se observa que los

valores de temperatura concuerdan con las épocas secas, entre el mes más frío y el más caluroso, el

promedio medio anual es de 27.4° C, las temperaturas máximas y mínimas a nivel mensual presentan

variaciones más amplias, con máximas de 29.5°C en febrero y mínimas de 24.8°C en diciembre. Datos

que son mostrados en la ilustración No 8.

Ilustración 8 Valores mensuales de Temperatura Ambiente (°C)

Fuente: Autores


TOLIMA.

16

6. ASPECTO HIDROLÓGICOS

El comportamiento hidrológico tanto temporal como espacial del río Sumapaz, a la altura del título

minero, en jurisdicción de los municipios de Melgar (Tolima) y Nilo, (Cundinamarca), se realizó a partir de

información de caudales máximos, registrados en la estación hidrométrica El Limonar Y hacienda La

Granja, operadas por el IDEAM.

El comportamiento hidrológico del río Sumapaz, está determinado principalmente por la ocurrencia de la

precipitación, la cual genera dos períodos secos y dos húmedos.

6.1. Caudales máximos (m3/s)

En la tabla No 4 se encuentran los valores de los caudales máximos expresados en m3/s, durante los

años 2008 a 2011, datos tomados de la estación hidrológica el Limonar, los datos de 2012-2014 fueron

tomados de la estación de la Base Aérea de Melgar.

Tabla 4 Caudales máximos

AÑO CAUDAL

MÁXIMO m3/s

2008 109.125

2009 138.090

2010 255.132

2011 204.093

2012 220.130

2013 215.025

2014 235.213

Fuente: autores

En la ilustración No 9 se muestran graficados los caudales desde el año 2008 hasta el año 2014, en donde

el caudal máximo más alto se da en el año de 2010, siendo de 255.132 m3/s y se registran caudales

mínimos en el año de 2008 con un valor de 109.125 m3/s, durante los años 2012-2014 se evidencian

caudales similares de 220.130 m3/s a 235.213.


TOLIMA.

17

Ilustración 9 caudal máximo (m3/s)

Fuente: Autores

Regionalmente, el rendimiento hídrico o caudal específico (Caudal/Área) para el río Sumapaz a la altura

del título minero es de aproximadamente 16.9 L/s/km2.

Este valor se encuentra dentro del rango normal para cuencas con condiciones topográficas, edáficas y

climatológicas similares en el territorio colombiano. (CASTIBLANCO, 2005)

7. ASPECTOS SEDIMENTOLÓGICOS

Teniendo en cuenta las características de torrencialidad que presenta el río Sumapaz a lo largo de su

recorrido, el cauce cuenta con una gran capacidad de arrastre de sedimentos. La cantidad de material

que efectivamente se transporta, depende de la conformación del fondo y de la potencialidad de la

fuente que produce los sedimentos.

El cálculo de la capacidad de transporte de sedimentos en cualquier cauce, implica la estimación de dos

tipos de cargas de sedimentos: La carga de material del lecho y la carga de lavado; la suma de las dos

variables da la carga total de sedimentos.

7.1. Carga de Lavado

Con base en la curva de duración de caudales sólidos en suspensión suministrada por el IDEAM para el

año 2013, que se muestra en la ilustración No 9, se deduce que solamente durante el dos por ciento

(2%) del tiempo los sedimentos transportados en suspensión superan las 8000 ton/día, entre el dos y el


TOLIMA.

18

doce por ciento (12 %) del tiempo la carga transportada oscila entre las 2000 y 8000 ton/día y el resto

del tiempo los valores transportados son menores a las 2000 ton/día.

Ilustración 10 curva de duración de caudales sólidos en suspensión

Fuente: (IDEAM)

7.2. Carga de Material del Lecho y Carga Total

Según el estudio sedimentológico realizado en corrientes de montaña que se localizan en la cuenca del

río Magdalena, se estima que el 20% de la carga total de sedimentos corresponde a la carga de material

del lecho, lo que indica que la carga de material de lecho es de 100.000 ton/año, con una carga total del

cauce de 500.000 ton/año, lo anterior teniendo en cuenta que los mayores volúmenes de transporte de

sedimentos ocurren en épocas de invierno y en eventos de crecidas.

8. ASPECTOS HIDRÁULICOS.

8.1. Características hidráulicas Río Sumapaz

El río Sumapaz presenta un régimen torrencial caracterizado por un flujo de velocidades altas, un

número de Froude mayor que 1 y en donde la línea del agua se ve afectada por la formación de resaltos

que son ocasionados por las irregularidades del fondo y de las secciones transversales. (MINISTERIO DE

AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL, 2015).


TOLIMA.

19

Melgar se encuentra ubicado en un sector donde se incrementa el drenaje de tipo meándrico, con

tendencia a trenzado, una estabilidad relativa media, caracterizado por la propensión al desplazamiento

de meandros, formación de islas y barras laterales, socavación lateral más que de fondo y acarreo de

sedimentos de gran tamaño (gravas) sobre el propio cauce, fenómenos que cobran mayor importancia

en las épocas de invierno. (CASTIBLANCO, 2005)

Debido a su gran capacidad de transporte de sedimentos el cauce presenta a lo largo de su trayectoria

fenómenos de socavación y agradación.

8.2. Balance hídrico

El balance hídrico permite determinar la disponibilidad del recurso y la magnitud a nivel macro climático

de los periodos con exceso o deficiencia de agua de una unidad de trabajo sometida a estudio hidro-

climático. Estimando las ganancias de agua por lluvia o riego y las pérdidas por evaporación, escorrentía,

drenaje profundo y la variación del almacenamiento de aguas en el suelo.

Teniendo en cuenta la posición de la concesión minera ED3-091, la estación meteorológica más cercana

al área de estudio que ofrece los registros de los elementos climatológicos más representativos y

completos de dicha área para realizar el balance hídrico, corresponde a la ubicada en la base área de

Melgar, a cargo del IDEAM.

En la región existe un fuerte régimen de evapotranspiración el que a su vez debido a las bajas alturas de

precipitación en los meses de junio a septiembre y diciembre a enero, genera gran déficit o poca

disponibilidad de agua en los meses de enero a abril, junio a septiembre y diciembre.

Solo se presentan almacenamientos incipientes en los meses de mayo, octubre y noviembre como

resultado de la intensificación de cada uno de los periodos de lluvia en la región por su régimen bimodal.

Estas condiciones favorecen al medio y los pobladores aguas abajo de la actividad ya que en el

desarrollo del proyecto se generan sedimentos por arrastre de aguas lluvias, pero no en grandes

cantidades. El balance hídrico está representado para el año 2014, en la tabla No 5 y en la ilustración

No. 11


TOLIMA.

20

Tabla 5 balance hídrico del río Sumapaz a la altura del proyecto

Fuente: (IDEAM)

Ilustración 11 balance hídrico a la altura del proyecto

Fuente: (IDEAM)

Debido a la poca oferta que ofrece la microcuenca donde se encuentra el proyecto, se deberá recurrir al

uso de agua del río Sumapaz, el cual a la altura del proyecto conduce un caudal suficiente para cubrir los

usos requeridos por el mismo.


TOLIMA.

21

9. UNIDADES DE SUELO

En la planicie aluvial predominan las formas planas y ligeramente inclinadas con acumulaciones de

sedimentos por desbordamientos temporales de los ríos. La unidad taxonómica representativa es el

Typic Ustropept perteneciente a la Asociación Río Seco (RC).

Los sectores de terrazas antiguas presentan geoformas fuertemente quebradas a escarpadas con

procesos de escurrimiento concentrado. Los taludes de terraza están compuestos por aluviones de

granulometrías variadas con una unidad taxonómica, la Ustic Dystropept perteneciente a la Consociación

Mesa baja (MB).

Las zonas de laderas presentan un paisaje de colinas disectadas densas, con crestas agudas compuestas

por una alternancia de arcillas y areniscas. La unidad taxonómica correspondiente es la Typic Ustropept

perteneciente a la Asociación Bolívar (BL). Los Misceláneos rocosos (MR) son formaciones escarpadas y

de cornizas con predominio de areniscas, donde el proceso geomorfodinámico predominante son los

desprendimientos.

Las formas aluviales y los taludes de terraza comparten las mismas características del sector anterior. Las

terrazas de tercer Nivel están compuestas por cantos redondeados con revestimientos calcáreos en

matriz fina. Presentan erosión pluvial y escurrimiento difuso.

10. METODOLOGÍA

Para el cumplimiento de los objetivos planteados, el proyecto se encuentra dividido en tres partes:

Diagnostico.

Diseño.

Propuesta económica.

10.1. DIAGNOSTICO

-Trabajo de campo con duración de 15 días, por medio de recopilación de informacion, se realizó la

descripción detallada del proceso de trituración tomando como base los puntos actuales de explotacion

y cada uno de los procesos que se ven involucrados, como: transporte por bandas, clasificacion en la

zaranda, paso por el hidro-ciclon, trituracion del material, acopio del material.

-Analisis del comportamiento de las lluvias en la zona de influencia del proyecto, por medio del

programa IPHS1 de la UNIVERSIDAD FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL (UFRGS).


TOLIMA.

22

10.2. DISEÑO

-Dimensionamiento: calculos de variables necesarias para el diseño, como: agua requerida para el

proceso, volumenes de material que se procesa actualmente, balance de materiales. Teniendo en cuenta

el diagnostico realizado se determinó las variables a analizar que corresponde a: solidos

sedimentables,Ph, turbidez, conductividad.

-Determinación del muestreo probabilistico: con base en las variables calculadas en el

dimensionamiento, se determinó la homogeneidad de la muestra, el tipo de muestra trabajada y tipo de

muestreo mas adecuado para el caso.

-Analisis de las muestras: teniendo en cuenta las variables calculadas, se realizó el analisis por medio de

correlaciones, determinando que parámetros se ven influenciados por otros parámetros

-Diseño del sistema a implementar: elaboración de los diseños correspondientes a las unidades de

tratamiento, de tal manera que estos van acorde con las variables seleccionadas, el comportamiento de

la planta de trituracion, caracteristicas del agua y criterios de diseño de cada unidad.

10.3. PROPUESTA ECONÓMICA

-Identificacion, valoracion y comparacion entre si de los costos y beneficios asociados con las actividades

necesarias para la realizacion del proyecto, determinando si este es viable económicamente para la

empresa.

-Esta propuesta va acompañada del manual de operación, en dónde se especifica las funciones

operacionales del sistema diseñado y las caracteristicas del mismo.


TOLIMA.

23

11. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

11.1. Diagnostico

La revisión del estado actual del sistema se realizó por medio de la recopilación de información y la

descripción detallada del proceso, desde el punto de explotación hasta la etapa de trituración.

En la tabla No 6 se muestran los procesos básicos de producción de grava, gravilla y arena con su

respectivo registro fotográfico.

Tabla 6 Descripción de los procesos básicos de producción de grava, gravilla y arena.


TOLIMA.

24

Fuente: Autores


TOLIMA.

25

En la tabla No 6, se especifican los procesos básicos de producción de grava, gravilla y arena que se

llevan a cabo en la actualidad en el área de estudio.

-El proceso inicia con la extracción de material (agregados) en el área de explotación más conveniente,

utilizando maquinaria pesada.

-Luego el material extraído es cargado y transportado desde el punto de extracción hasta la planta de

trituración por medio de volquetas, hasta la planta de trituración para su proceso de trituración.

-cuando el material ya se encuentra en la planta de trituración esta realiza la clasificación

granulométrica, por medio de zarandas quedando así el material listo para el correspondiente acopio,

según su clasificación.

-Finalmente el material procesado es acopiado según su clasificación, para la posterior comercialización

a los centros de consumo.

El estudio del comportamiento hidrológico del área del título minero se realizó con el fin de determinar

el comportamiento de la cuenca en condiciones de altas precipitación con relación a los tipos de suelos

que se encuentran en la misma

11.1.2. Simulación hidrológica Del área de influencia

La simulación de comportamiento hidrológico del rio Sumapaz se realizó por medio del programa IPHS1

de la UNIVERSIDAD FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL “UFRGS”.

Para la simulación es de gran importancia los parámetros morfométricos de la cuenca, de acuerdo a los

datos que se muestran a continuación.

Curvas intensidad, duración, frecuencia. (IDF)

Para la aplicación del método racional, se requiere conocer la intensidad y duración de la lluvia para un

periodo de retorno determinado. Para tal fin se elaboró una curva IDF con un periodo de retorno de 25

años de acuerdo a los parámetros que se muestran en las siguientes tablas determinando la región No 1

que corresponde a la andina, zona de estudio.


TOLIMA.

26

Tabla 7 Parámetros de calibración del modelo según la región de la zona de estudio.

PARÁMETROS DE CALIBRACIÓN SEGÚN LA REGIÓN

Región 1 2 3 4

A 1,61 8,51 2,31 1,30E-26

B 0,19 0,21 0,19 0,19

C 0,65 0,5 0,58 0,58

D 0,75 -0,01 -0,2 1,19

E -0,15 -0,08 0,12 -1,46

F 0,08 0,28 0,4 8,28

R^2 0,93 0,74 0,91 0,97

Fuente (IDEAM)

Tabla 8 Datos de las estaciones de acuerdo con la región

Datos de la estación y/o zona

Precipitación media anual (PT) 1866,19

Número de días con lluvia anual (N)

142,53

Promedio del valor máximo anual de precipitación diaria

(M) 93,41

Región 1

Tipo de Región

# Región

1 Andina

2 Caribe

3 pacifico

4 Orinoquia

Fuente: (IDEAM)

Para este estudio se delimito el área de influencia directa del proyecto. Se aplicó la metodología del

hidrograma unitario propuesta por el U.S. Soil Conservation Service, este es el indicado para cuencas

mayores de 2.5mk2. (DAMAS, 1982)

La curva IDF se realizó con intervalos de tiempo de 2 minutos, (esto para efectos netos de la simulación)

con los datos expresados en las tablas 7 y 8.


TOLIMA.

27

Ilustración 12 Curva IDF generada para efectos de la simulación

Fuente: Autores.

Para el cálculo de los caudales máximos se empleó el método del U.S Soil Conservation Service. El cual

estima la escorrentía producida por una tormenta con base en la relación que existe entre la humedad

antecedente del terreno y el complejo suelo-cobertura.

La relación fundamental en que se basa el método se muestra en la ecuación No 1:

Ecuación 1

F

S

Q

Pe

Dónde:

F= Infiltración real.

S= Infiltración potencial.

Q= Escorrentía real.

Pe= Escorrentía potencial o exceso de precipitación.

Esta relación tiene validez a partir del momento en que se inicia la escorrentía. Toda la precipitación

ocurrida antes del comienzo de la escorrentía se considera como pérdida (intercepción, no contribuye al

flujo superficial).

y = -0,0013x + 0,3022R² = 0,3524

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

0 100 200 300

incr

emen

to e

n m

m

intervalo de tiempo min

Intensidad (mm/hora)

Intensidade(mm/hora)

Lineal (Intensidade(mm/hora))


TOLIMA.

28

Las pérdidas iniciales de la precipitación se denominan abstracciones iniciales (Ia), las cuales se calculan con

la siguiente relación empírica:

Ecuación 2 abstraciones iniciales

Ia S 0 2.

Se tiene entonces que:

Pe = P - Ia y F = Pe - Q

Sustituyendo en la relación inicial y despejando el valor de Q se obtiene la ecuación #3

Ecuación 3 Caudal.

QP S

P S

( . )

,

0 2

0 8

2

El S.C.S. luego de analizar gran cantidad de hidrogramas de cuencas, encontró un procedimiento para

calcular el valor de S con base en un parámetro llamado Número de Curva (CN), mediante la siguiente

ecuación:

Ecuación 4

SCN

25400

254

En donde S esta expresado en milímetros.

El valor de (CN) para cada condición de humedad antecedente es propio de cada cuenca y se obtiene con

base en el tipo de suelo y la condición hidrológica, que es un indicador de la cobertura vegetal y de la

capacidad de infiltración del suelo, como se muestra en la tabla 9.


TOLIMA.

29

Tabla 9 Grupos y Características de los suelos

Grupo de suelo Características del suelo

A

*Suelos arenosos con bajo porcentaje de arcilla total, inferior a 8% no tiene

rocas ni capas arcillosas densificadas hasta una profundidad de 1.5 m el

porcentaje teórico de humus es muy bajo no alcanza el 1%.

*Suelos que producen un escurrimiento superficial y una alta infiltración en

suelos arenosos profundos con poca arcilla y sílice. (tucci et al. 1993)

B

*Suelos arenosos menos profundos que los del grupo A y con menor

porcentaje de arcilla total aun inferior al 15%, en el caso de algunas tierras

rojas este porcentaje puede subir hasta el 20% gracias a una mayor

porosidad.

*Los valores teóricos de humus pueden subir entre 1.2% y 1.5% no puede

haber piedras ni capas arcillosas hasta 1.5m. (porto 1979 y 1995)

C

*Suelos Barrientos con un 20% a 30% de arcilla sin capas arcillosas

impermeables con una profundidad de 1.2m, en el caso de tierras rojas ese

límite puede ser hasta del 40% y 1.5m notándose a 60 cm de profundidad

que la capa es más densificada que en el grupo B y aún más las condiciones

de impermeabilidad (porto 1979 y 1995).

*Suelos que generan una escorrentía superficial encima de la media y con

una capacidad de infiltración debajo de la media. Teniendo un porcentaje

considerable de arcilla producto profundo. (tucci et al. 1993)

D

*Suelos arcillosos (30% a 40% de arcilla total) y una capa más densificada a

unos 50cm de profundidad, o suelos arenosos como los del grupo B con una

capa arcillosa casi impermeable y un horizonte de guijarros (porto 1979 y

1995).

*Suelos con contenido de arcillas expansivas e poco profundas con una muy

baja capacidad de infiltración, generando una mayor proporción de

escurrimiento superficial. (tucci et al. 1993)

Fuentes: (TOMAZ E. P., 2011)


TOLIMA.

30

De acuerdo con los tipos de suelos que se encuentran en la tabla anterior el tipo de suelo más próximo a

las características geológicas de la zona de estudio es el suelo (D) el cual se encuentra caracterizado por

tener una capa arcillosa muy poco profunda con una baja capacidad de infiltración lo cual le permite una

mayor porción de escurrimiento superficial.

Posteriormente para la corrida del modelo se necesitó identificar el valor de la curva CN con relación a la

tabla 10, se determinó que el valor de la curva CN corresponde a 76 teniendo en cuenta que la mayoría de la

zona donde se encuentra ubicado el proyecto corresponde a un uso del suelo bosque, con una superficie del

suelo normales, correspondiente a un grupo de suelo D. (TOMAZ E. P., 2011)

Tabla 10 Grupo según uso del suelo.

Fuente: (TUCCI, Observacones sobre o número da curva CN e do SCS, 1993)


TOLIMA.

31

El uso de la curva IDF genera una lluvia proyecto durante un periodo de tiempo determinado, teniendo

en cuenta que la curva IDF es caracterizada por unos parámetros diferentes para cada una de las

regiones, se requieren datos como la longitud del trecho de propagación, cota inicial y cota final,

profundidad del canal, el valor de rugosidad se eligió de acuerdo con los coeficientes de rugosidad de

Manning en el cual se enuncia que para canales con lecho pedregoso y con un talud vegetado en malas

condiciones corresponde a 0.04, posteriormente se ingresaron los datos en el programa.

Ilustración 13 inserción de datos en el modelo

Trecho de agua Muskingum linear Fuente: Autores

Para la corrida del modelo también se requieren los intervalos de tiempo, los cuales son de dos minutos, el

número de intervalos con lluvia fueron de 136 días y el número de intervalos de tiempo fue de 300 minutos

debido a que el modelo precisa de estos datos para poder generar la simulación, se debe tener en cuenta


TOLIMA.

32

que la mayoría de los datos obtenidos para efectos de la simulación son determinados por google Earth y

los datos son aproximados.

Ilustración 14 inserción del valor de la curva CN en el programa

Fuente: Autores

Como se observa en la imagen anterior, para la corrida del modelo se requiere el área de la cuenca y el valor

de la curva CN, obtenido de la tabla No 10, el programa realiza el cálculo del tiempo de concentración con

relación al área de estudio que para este caso fue obtenida por medio de un programa denominado área

CALCULATOR USING MAPS, el cual determino el área de estudio de un polígono formado en GOOGLE

EARTH con un área de 4.186km2 como se muestra en la siguiente ilustración, se creó un documento en Excel

por medio del cual se realizan los cálculos de la curva IDF, para que el programa realizara la simulación se

tomaron como datos de lluvia acumulada.


TOLIMA.

33

Ilustración 15 vista del área de estudio en el programa

Fuente: autores

De acuerdo a los datos suministrados por el IDEAM de la estación el Limonar en cuanto a los resúmenes de

aforos líquidos, se tiene que el caudal rio Sumapaz, el caudal máximo más alto se da en el año de 2010,

siendo de 255.132 m3/s. también se registró que los caudales mínimos se presentaron en el año de 2008

con un valor de 109.125 m3/s.

Al realizar la comparación con los datos reportados por la estación el Limonar hasta la fecha de la cual se

tienen los reportes (2012), con los datos generados por el programa se puede ver que en el hidrograma

generado por el programa a la salida de la cuenca que el caudal máximo de salida para un tiempo de retorno

de 25 años es de 82.52 m3/s, como se muestra en el hidrograma resultante obtenido del proceso de

simulación y se observa en el anexo No 2 e ilustración No 16


TOLIMA.

34

Ilustración 16 Hidrograma resultante de la simulación

Fuente: Autores

La simulación se realizó con efectos de determinar el comportamiento hidrológico del área de estudio

debido a que en la actualidad el comportamiento hidrológico se ha visto afectado por el fenómeno del niño.

El material que se procesa en la actualidad en la planta proviene del río, y debido los bajos caudales el

sistema de dársenas que se encuentra en la explotación no ha recibido ninguna recarga de material, lo cual

dificulta la extracción y el procesamiento del mismo de tal manera que la simulación permite determinar el

posible comportamiento que puede presentar esta parte del rio Sumapaz en el escenario escogido. Es de

agregar que a futuro estos valores pueden cambiar debido a la alteración que se pueda presentar el área de

explotación, generando un cambio en las curvas CN por el cambio del uso del suelo, aumento o disminución

en los caudales reportados en el escenario simulado. Teniendo en cuenta que la función de la curva CN

dentro del programa es determinar la capacidad de infiltración del suelo, y mostrar el comportamiento del

área de estudio con los aportes que se generan a la cuenca cuando el suelo se encuentra completamente

saturado.

11.2. Diseño

11.2.1. Dimensionamiento

El volumen de agua requerida para el proceso se calculó de la siguiente manera:

Ecuación No 5


TOLIMA.

35

Va = Mh *A * d

Dónde:

Va = Volumen de agua requerida

Mh = Volumen de material procesado por día = 490 m3

A = Cantidad de agua por m3 de material = 0.8 m3 = 800 litros/m3

d = Día de trabajo (8 horas de trabajo)

Va = 490m3/día *800 litros de agua/m3* 1 día

Va = 392.000 litros /agua /día

Va = 49000 litros /agua /hora

El volumen de agua que se pierde (Vp) por el desgaste y lavado del material durante el proceso de

trituración se calculó de la siguiente manera:

Vp = Volumen de agua perdida en el proceso

a = Porcentaje de agua perdida durante el proceso = 10%

Va = Volumen de agua requerida = 392.0000 litros /día

Ecuación No 6

Vp = Va * a

Vp = 392.000 litros /día X 10%

Vp = 39.200 litros /día

Vp = 4.900 litros /hora

Con respecto al volumen de material requerido y de producción, el material procesado en la planta

trituradora es aproximadamente de sesenta y uno punto veinticinco metros cúbicos por hora (Mh =

61.25 m3/hora). Teniendo en cuenta que son (8) horas diarias de trabajo para un total de cuatrocientos


TOLIMA.

36

noventa metros cúbicos por día (490 m3/día), trabajando 22 días al mes, se estima un consumo mensual

de diez mil setecientos ochenta metros cúbicos (10.780 m3/mes).

En el esquema 2, se muestra el balance de materiales de la planta de trituración en donde se calculó el

volumen del agua que es utilizada por día, el volumen de agua que se pierde en el proceso, con un

ingreso de 490 m3 de material por día.

Esquema 2 Balance de materiales planta de trituración

Fuente: autores

11.2.2. Determinación de sólidos sedimentables

Este análisis se realizó con el fin de conocer la cantidad de sólidos que pueden sedimentarse a partir de un

volumen dado de muestra en un tiempo determinado, en este caso con intervalo de 1 hora.

*Materiales utilizados:

- Cono de Imhoff de 1 L y graduado en ml.

- Soporte para el cono.

- Agenda-esfero.

*Procedimiento

-Se tomó la muestra en la zona de estudio y se llenó el cono de Imhoff hasta la marca de 1 L, con la muestra.


TOLIMA.

37

Ilustración 17 Toma de muestra

Fuente: autores

- Se dejó sedimentar la muestra durante 45 minutos.

Ilustración 18 sedimentación de la muestra

Fuente: autores

- Pasados los 45 minutos, se removieron suavemente los sólidos de las paredes con una varilla para facilitar

la sedimentación de estos.

-Se dejó en reposo 15 minutos y se registró el volumen de sólidos sedimentados en el cono en ml/l, y se

repitió el mismo proceso cada hora hasta completar 6 horas de datos y realizar las gráficas y su

correspondientes análisis.


TOLIMA.

38

Tabla 11 volumen acumulado ml de sedimentos VS tiempo.

Volumen acumulado (ml) sedimentados

tiempo(horas)

0.5 1

1.5 2

2.8 3

4.6 4

6.6 5

8.8 6

Fuente: autores

Ilustración 19 volumen ml de sedimentos VS tiempo.

Fuente: autores

El muestreo arrojo datos de sedimentación los cuales tienen un comportamiento lineal, es decir que la

tendencia de sedimentación se encuentra directamente relacionada con el tiempo y estos con el

funcionamiento de un día de trabajo de la planta de trituración en donde no se presentó ninguna falla

operativa o técnica, de tal manera que se concluye que los sólidos sedimentables varían en relación con

el periodo de tiempo que se trabaja en la planta, indicando que en el momento en el cual se alcanza el

punto de equilibrio de producción los sólidos sedimentables tenderán a tener un comportamiento lineal

es decir que el tiempo de sedimentación será relacionado de una manera proporcional con el volumen

de sedimentación.

11.2.3. Medición de parámetros físicos

0

1

2

3

4

5

6

7

0.5 1.5 2.8 4.6 6.6 8.8

volumen acumulado sedimentado (ml) vs tiempo (hr)


TOLIMA.

39

La medición de estos parámetros se realizó mediante el medidor multiparametro Hanna HI9829 el cual

mostró datos de pH, conductividad y temperatura. Y un turbidimetro.

El instrumento contiene:

sonda de temperatura

soluciones de calibración

manual de instrucciones

maletín resistente para el transporte

frasco lavador

Adicionalmente se llevan las soluciones buffer de pH 4,7 y 10 necesarias para la medición de pH.

Después de la calibración del equipo con las respectivas soluciones y manejo del equipo se introdujo la

sonda en la muestra como se muestra en la ilustración 20 y se esperó a que se estabilizara el equipo y

arrojara los datos de pH, temperatura, conductividad y hacer la respectiva medición de turbidez.

Ilustración 20 lectura de parámetros

Fuente: autores.

Luego de tener los datos se procedió a realizar las gráficas y tablas para lo cual se realizaron las curvas de

calibración de pH cada hora, las curvas de conductividad y turbiedad no se realizaron ya que al momento

no se tenían los patrones de calibración para poder realizar las curvas de calibración


TOLIMA.

40

Para determinar los valores reales de pH se remplaza en la ecuación de la recta como se muestra a

continuación:

Ecuación 7

y = mx + b 𝑥 =(𝑦 − 𝑏)

𝑚

Donde:

y= valor de la función o la variable dependiente

m= significa pendiente de la recta

x= valor que le vamos a asignar por lo tanto es una variable independiente

b= la intersección de la recta en el eje y

𝑥 =(6.34 − 0.48)

0.9233= 6.346

De tal manera que se realiza una corrección para cada uno de los valores de pH como se observa en el

anexo 1, además permitirá obtener de una manera más detallada el comportamiento del parámetro,

como se muestra a continuación. En la tabla No 12 se muestra la tabla de los resultados obtenidos, la

cual es necesaria para realizar las gráficas.


TOLIMA.

41

Tabla 12 Resultados de parámetros tomados en campo.

hora Temperatura de la muestra

(°C)

pH buffer

pH buffer leído

pH muestra

pH corregido

conductividad

(mS/cm)

Turbiedad NTU

8:35 25,4 4 4,12 6,34 6,34 0,16 0,12

7 7.05

10 9,66

9:35 25,7 4 4,54 6,18 6.07 0,16 0,12

7 7.1

10 9,84

10:35 28,8 4 4,16 6,61 6.35 0,16 0,12

7 7.8

10 9,76

11:35 28,1 4 4,06 6,50 6,53 0,16 0,12

7 7.12

10 9,72

12:35 27,7 4 4,08 6,30 6.30 0,16 0,12

7 7.09

10 9,72

1:35 28,1 4 4,03 6,56 6.64 0,19 0,14

7 7.13 10 9,64

2:35 28,0 4 4,08 6,51 6.38 0,17 0,12

7 7.7

10 9,65

3:35 26,6 4 4,09 6,18 6.16 0,16 0,13

7 7.16

10 9.61

4:35 26,4 4 4,11 6,56 6.55 0,17 0,13

7 7.2

10 9,64

Fuente: autores

En la ilustración No 21 se muestra la curva de calibración de pH por medio de la cual se realiza la

corrección del valor de pH tomado en campo.


TOLIMA.

42

Ilustración 21 curva de calibración pH

Fuente: Autores

En la gráfica No 22, se realizaron curvas de calibración para el pH, debido a que se requiere saber el valor

exacto del pH y su comportamiento durante un periodo de trabajo de la planta por medio de la cual se

determina si el coagulante que va a ser aplicado necesito de algún otro compuesto para ayuda de la

coagulación.

Las curvas de calibración de pH y sus valores corregidos, se encuentran en el anexo No 1, donde el

parámetro no pasa de un valor de 7 con lo cual se puede seleccionar el tipo de coagulante a aplicar de

acuerdo a las características del agua y al comportamiento de este parámetro. Se determina que el

coagulante más adecuado es el sulfato de aluminio y/o alumbre debido al alto contenido de arcillas y limos

que se obtienen del proceso de trituración como se muestra en la tabla No 13.


TOLIMA.

43

Tabla 13 Tipos de coagulante.

Tipo de agua Alumbre Sales férricas Polímero Magnesio

Agua de turbiedad y alcalinidad altas (las más fáciles de coagular).

(Turbiedad >100 UNT )

(alcalinidad > 250 mg/l)

Efectivo para pH= 5 a7. No requiere de agregar alcalinidad ni ayuda de coagulación.

Efectivo para pH= 6 a 7.

No requiere de agregar alcalinidad ni ayuda de coagulación

Polímeros catiónicos son muy efectivos. Los aniónicos y no iónicos pueden ser efectivos los mejores son los de masa molecular alta.

Efectivos mediante precipitación de Mg(OH)2+

Alta turbiedad alcalinidad baja.

(Turbiedad >100 UNT )

(alcalinidad < 50 mg/l)

Efectivo para pH= 5 a7.

Puede requerir adición de alcalinidad si el pH disminuye durante el tratamiento.

Efectivo para pH= 5 a 7.

Puede requerir adición de alcalinidad si el pH disminuye durante el tratamiento

Polímeros catiónicos son muy efectivos. Los aniónicos y no iónicos pueden ser efectivos los mejores son los de masa molecular alta.

Efectivo incrementa la alcalinidad y facilita la estabilización.

Alta turbiedad alcalinidad baja.

(Turbiedad < 10 UNT )

(alcalinidad > 250 mg/l)

Efectivo en dosis altas puede requerir ayuda de coagulación.

Efectivo en dosis bajas debe agregarse ayuda de coagulación para hacer el floc más pesado.

No funciona solo debe agregarse arcilla u otra ayuda antes del polímero debido a la turbiedad baja.

Efectivo gracias a la precipitación de Mg(OH)2+

Baja turbiedad, baja alcalinidad las más difíciles de coagular.

(Turbiedad < 10 UNT )

(alcalinidad < 50 mg/l)

Efectivo gracias a floc de barrido. Debe agregarse arcilla o alcalinidad

Efectivo gracias a floc de barrido. Debe agregarse arcilla o alcalinidad

No funciona solo debe agregarse arcilla antes del polímero debido a la turbiedad baja

Aumenta la alcalinidad y hace el agua más fácil de estabilizar.

Fuente: (ROMERO, Calidad del agua , 2009)

11.2.4. Determinación del tipo de muestreo probabilístico


TOLIMA.

44

De acuerdo al fin para el que se quiera, así mismo se determina el tipo de muestreo, teniendo en cuenta que

la muestra es una parte de la población, la cual es representativa dentro de la misma, es decir la muestra es

una parte o subconjunto de una población seleccionada con la finalidad de determinar las propiedades de la

misma.

Los tipos de muestreo se nombran a continuación.

Muestreo probabilístico

Es un método cuantitativo, es decir todos los objetos tienen la misma probabilidad de ser seleccionados, no

requiere un conocimiento a fondo de la población a estudiar persiguiendo la inferencia estadística, requiere

una muestra con un mayor número de casos. (DEPARTAMENTO DE SOCIOLOGIA II. Universidad de Alicante,

2011).

Muestreo no probabilístico

Es un método cualitativo, es decir todos los objetos no tienen la misma probabilidad de ser seleccionados, el

investigador determina los objetos que más le interesan, de tal manera que se requiere un conocimiento

más elevado de la población. (DEPARTAMENTO DE SOCIOLOGIA II. Universidad de Alicante, 2011).

Muestreo aleatorio simple

Este tipo de muestreo permite que cada muestra posible pueda ser elegida con la misma probabilidad, por

su parte cada elemento de la población tendrá la misma oportunidad de ser incluido en la muestra, es

considerado como una forma justa de seleccionar una muestra a partir de una población, ya que cada

miembro u objeto de dicha población tiene igualdad de oportunidades para ser seleccionado. (OCHOA,

2015).

Cuando la muestra es homogénea tanto en caudal y composición, se determina con la varianza. El límite

aceptable es que la varianza no supere dos desviaciones estándar.

Muestreo aleatorio

En este muestreo todos los elementos de la población tienen la oportunidad de ser escogidos para la

muestra. De tal manera que este procedimiento da a cada elemento de la población igual probabilidad de

ser seleccionado (CUEVAS, 2009).


TOLIMA.

45

Muestreo estratificado

Busca asegurar la representación de la heterogeneidad de la población dentro de una muestra, agrupando a

las unidades por estratos homogéneos internamente y heterogéneos entre sí, de tal manera que para

definir cada uno de los estratos se requiere determinar por parte del investigador el tipo de fijación, es decir

como se distribuyen los sujetos en cada uno de los estratos. (DEPARTAMENTO DE SOCIOLOGIA II.

Universidad de Alicante, 2011)

Los estratos que se pueden definir son los siguientes.

1. Simple: se asigna el mismo tamaño de la muestra a cada estrato.

2. Proporcional: el tamaño de la muestra es asignado en función del peso relativo de cada estrato en el

conjunto de la población.

3. Óptima: de acuerdo al peso de cada estrato se agrega la varianza del estrato respecto a la variable

considerada en la estratificación.

Muestreo aleatorio por conglomerados

Cuando la unidad muestral ya no son los individuos, sino un conjunto de individuos que bajo determinados

aspectos, se considera que forman una unidad. Buscando al contrario que el estratificado, heterogeneidad

dentro de los estratos y homogeneidad entre estratos, en pequeña escala, cada conglomerado se considera

como una representación del universo. (OCHOA, 2015)

Muestreo realizado en la zona de estudio

El muestreo que se realizó en campo fue aleatorio simple, la zona donde se realiza el muestreo se

caracteriza por estar rodeada de vegetación nativa, además cerca al lugar de muestreo se encuentra el área

de cargue del material el cual puede influir aportando material particulado al lugar donde se tomaron las

muestras, de acuerdo con los resultados que se encuentran en la tabla No 12 se procedió a determinar el

comportamiento de cada uno de los parámetros que se analizaron en campo para que determinar si el

muestreo que se selecciono fue el adecuado o si por el contrario se requiere otro tipo de muestreo.

El muestreo aleatorio simple se caracteriza porque el caudal y la composición tienden a ser homogéneos, y

el limite aceptable son dos desviaciones estándar.

Como se observa en las tablas No 14,15,16, ninguno de los ΔQ sobrepasa las dos desviaciones estándar

(2σ) de tal manera que por composición puede ser homogénea, a diferencia del caudal del cual no se tiene

un soporte muy claro, debido a que en el día de muestreo la planta no funciono adecuadamente y por tal

motivo no se pudieron obtener los datos del caudal, pero según la información obtenida en campo con los


TOLIMA.

46

operarios de la planta, el caudal es constante ya que ellos disponen de unas bombas con las cuales realizan

el bombeo para el lavado del material.

Tabla 14 comportamiento del pH

HORA pH ΔQ σ^2 σ 2σ

8:35-9:35 am 6,34 0,27 0,03391111 0,1841497 0,3682994

9:35-10:35am 6,07 0,28 10:35-11:35am 6,35 0,18 11:35-12:35am 6,53 0,23 12:35-1:35am 6,3 0,34 1:35- 2:35am 6,64 0,26 2:35-3:35 am 6,38 0,22 3:35-4:35 am 6,16 0,39 4:35-5:35 am 6,55 ____ promedio 6,36888889

Fuente: Autores

Tabla 15 comportamiento de la conductividad

HORA conductividad (mS/cm)

ΔQ Varianza σ^2 σ 2σ

8:35-9:35 am 0,16 0 0,00010278 0,01013794 0,02027588

9:35-10:35am 0,16 0

10:35-11:35am 0,16 0

11:35-12:35am 0,16 0

12:35-1:35 am 0,16 0,03

1:35-2:35 am 0,19 0,02

2:35-3:35 am 0,17 0,01

3:35-4:35 am 0,16 0,01

4:35-5:35 am 0,17 ___

promedio 0,165555556

Fuente: Autores


TOLIMA.

47

Tabla 16 comportamiento de la turbiedad.

HORA turbiedad (NTU)

ΔQ σ^2 σ 2σ

8:35-9:35 am 0,12 0 7,5E-05 0,00866025 0,01732051

9:35-10:35am 0,12 0

10:35-11:35 am 0,12 0

11:35-12:35 am 0,12 0

12:35-1:35 am 0,12 0,02

1:35-2:35 am 0,14 0

2:35-3:35 am 0,14 0,01

3:35-4:35 am 0,13 0

4:35-5:35 am 0,13 ____

promedio 0,12666667 Fuente Autores

De acuerdo con los resultados obtenidos, los ΔQ sobrepasan los valores de las dos desviaciones, es decir

que el caudal se considera homogéneo pero los parámetros de medición no son homogéneos, de tal

manera que el muestreo realizado no fue el adecuado ya que al tener variación ya sea en caudal o en

composición la muestra no es homogénea y por lo tanto se recomienda realizar un muestreo aleatorio

de fijación simple, donde varia la composición y el caudal es homogéneo, teniendo en cuenta que el

caudal es manejado por bombeo se deduce que el caudal es homogéneo.

11.2.5. Correlaciones entre parámetros

Concentraciones vs el entorno.

Al tomar como referencia los valores obtenidos in situ, se puede decir que el agua que resulta del

proceso se caracteriza por tener un pH que oscila entre 6 y 6.55, y deducir que la naturaleza de la fuente

de aguas tiene una tendencia a la acidez, aunque al momento de observar los valores de turbidez y

conductividad no son altos, los valores de conductividad son relativamente bajos debido a que durante

el proceso no hay ningún aporte de sales que puedan generar que el valor de la conductividad sea alta.

En cuanto a turbidez se puede decir que los valores no son representativos debido a que durante el

muestreo la planta presento fallas de operación, resaltando que el agua se caracteriza por tener un alto

contenido de material suspendido, el cual es aportado por el proceso de lavado del material, y también

por el cargue de material ya que al momento de arrancar los vehículos cargados re suspenden el

material que se encuentra en el patio de acopio.


TOLIMA.

48

Concentraciones vs el clima.

-pH: Las aguas naturales por lo general se caracterizan por tener un valor entre 6.5 y 8.5, esto depende

de la geoquímica de los suelos, de las aguas de lavado y de la influencia física y química que puede

producir el ácido carbónico, los carbonatos y bicarbonatos, iones que por lo general se encuentran

presentes en las aguas naturales, los valores obtenidos in situ se encuentran dentro del rango

mencionado, debido a que los suelos y las rocas pueden tener características acidas sin contar las

influencias climatológicas que pueden aportar al comportamiento del pH en temporadas de lluvia, ya sea

por procesos de escorrentía o infiltración.

-Conductividad y turbiedad: La turbidez, se considera como la reducción de la transparencia ocasionada por

el material particulado que puede proceder de arcillas y limos los cuales afectan de una manera directa la

conductividad, ya que a mayor presencia de sales como por ejemplo hierro, mayor puede ser el valor de la

conductividad, Lo mismo sucede con la turbiedad por la coloración que toma el agua cuando tiene presencia

de sales. En este caso el valor de la conductividad no difiere mucho del valor de la turbiedad y esto puede

deberse a que dentro de la composición de los limos y arcillas el contenido de las sales es bajo.

Concentraciones vs otros parámetros.

-Turbidez: Es la reducción de su transparencia por la presencia de solidos suspendidos, el valor obtenido

de la turbidez es muy bajo, de tal manera que podría decirse que el oxígeno disuelto es alto debido a

que no hay materia orgánica que degradar, ya que el proceso de triturado solo aporta sólidos en

suspensión al agua.

-Conductividad: Es la expresión numérica de su capacidad para transportar una corriente eléctrica, esta

capacidad depende de la presencia de iones de agua. El valor obtenido de manera experimental es de

0.16 (mS/cm), esta medida está directamente relaciona con los sólidos disueltos, y con la presencia de

vegetación moderada.

11.2.6. Diseño

Teniendo en cuenta las características del agua en la zona de estudio, se proponen las siguientes unidades

de tratamiento y los criterios de diseño.

11.2.6.1. Mezcla rápida

Se utiliza para dispersar diferentes sustancias químicas, como por ejemplo los coagulantes con el fin de

dispersarlo de una manera uniforme sobre toda la masa de agua. Este tipo de mezcla puede efectuarse por

medio de turbulencias provocadas por medios hidráulicos o mecánicos, tales como resaltos hidráulicos en

los canales, canaletas parshall, vertederos rectangulares tuberías de succión de bombas, etc. En la tabla No


TOLIMA.

49

17 Y 18 se muestra la clasificación, las características de las unidades de mezcla rápida y sus condiciones de

operación.

Tabla 17 clasificación de las unidades de mezcla rápida

Tipo de mezcla Sistema Características

Mecánicas

Mezclador en línea

Impulsores de flujo radial

Impulsor de paletas planas

Turbina de flujo axial

Hidráulicas

Resalto hidráulico

Canaleta parshall

Canal de fondo inclinado

Vertedero rectangular.

En línea

Difusores En tuberías

En canales

Inyectores

Estáticos

Caídas

Orificios

Vertederos triangulares

Contracciones

Medidor Venturi

Reducciones

Orificios ahogados

Velocidad o cambio de flujo

Línea de bombeo

Fuente: (VARGAS, 2006)

Tabla 18 condiciones de operación

CONDICIONES DE OPERACIÓN

MECÁNICOS HIDRÁULICOS

Medición pH antes y después de la coagulación.

Debe evitarse que se produzcan grandes turbulencias, caídas y restricciones luego del punto de aplicación de la sustancia química.

Que el nivel de operación este en el rango de la cámara del equipo que se esté manejando.

Debe constatarse que la solución se esté aplicando de manera uniforme en el punto de la máxima turbulencia.

Se debe verificar que el tiempo de detención sea el establecido para permitir que el coagulante entre en contacto con toda la masa de agua.

Verificación de la estructura de entrada para los mezcladores hidráulicos como la canaleta parshall.

Fuente: autores


TOLIMA.

50

Ventajas y desventajas de los mezcladores hidráulicos y mecánicos

-Gradiente de velocidad

El gradiente de velocidad en un mezclador mecánico no varía con el caudal y adicionalmente tiene la

ventaja de que permite controlar el grado de agitación si se varía la velocidad del sistema, sin embargo

al ser una fuente mecánica depende de una fuente de energía externa para su funcionamiento, al no

tener una fuente externa de energía no se podría llevar a cabo el proceso de mezcla.

En la actualidad se ha dado preferencia a medios de mezcla rápida preferiblemente hidráulicos, debido a

los altos costos y a la complejidad que los equipos mecánicos pueden tener, de tal manera que los

sistemas hidráulicos más utilizados son las canaletas parshall y los vertederos.

Además, un sistema hidráulico que se encuentre dotado de un buen sistema de dispersión de coagulante

puede ser ventajoso en cuanto a su gradiente de velocidad el cual tiene una variación en función del

caudal.

11.2.6.2. Floculación

La floculación se refiere a la aglomeración de partículas coaguladas en partículas floculentas, es decir el

proceso por el cual se induce el fluido a una mezcla suave de tal manera que las partículas incrementen su

tasa de encuentros, o colisiones entre ellas sin alterar los agregados formados durante el proceso; Se debe

tener en cuenta que el proceso de floculación se encuentra influenciado por las propiedades físicas y

químicas de las partículas, entre las más importantes está el pH, la capacidad de intercambio tamaño y

concentración del floc.

Tipos de Floculadores

-Floculadores hidráulicos

Los más comunes son los de flujo horizontal y flujo vertical, los cuales se caracterizan por un tanque en

concreto el cual se encuentra divido por tabiques, bafles o pantallas de concreto, los floculadores

hidráulicos de flujo horizontal se usan para plantas pequeñas las cuales tengan caudales menores a 50

l/s; y los de flujo vertical son más profundos, para sistemas de tratamiento más grandes. Se caracterizan

por que requieren un mantenimiento mínimo, además de la inexistencia de equipos mecánicos, pero

tienen una baja flexibilidad con el grado de mezcla para caudales que varíen. (ROMERO, Purificacion del

agua, 2002).

-Floculadores mecánicos.

Este sistema se caracteriza por que introduce potencia al agua para que de esta manera se asegure una

mezcla por medio de agitadores mecánicos; uno de los más utilizados es el de paletas los cuales generan


TOLIMA.

51

un movimiento rotatorio en el agua además de una turbulencia interna. Por lo general se recomienda

que los equipos mecánicos tengan una velocidad variable.

Ventajas y desventajas de los Floculadores

En la tabla No 19, se encuentran las ventajas y desventajas según los dos tipos de floculadores.

Tabla 19 ventajas y desventajas

TIPO DE FLOCULADOR

VENTAJAS DESVENTAJAS

Floculador hidráulico de flujo horizontal y/o vertical

*Tienen elementos móviles o mecánicos, de tal modo que la operación y el mantenimiento son muy simples Y poco costosos. *Son confiables garantizan el funcionamiento continuo *Economizan energía eléctrica

*La pérdida de carga es mayor, en las vueltas de los canales y el gradiente de velocidad varia en forma similar, esto se puede manejar con pantallas onduladas. *Producen perdidas de carga más o menos altas.

Floculadores de tipo Alabama o Cox

*El gradiente de velocidad se produce únicamente en los puntos de paso. *El gradiente de velocidad es relativamente bajo y debe oscilar entre 20s-1 y 70s-1.

*Son vulnerables a las variaciones de caudales. *El diseño de estas unidades debe realizarse de manera cuidadosa para evitar la formación de espacios muertos *Se recomienda investigar en forma preliminar la velocidad optima de diseño antes de proyectar la unidad


TOLIMA.

52

Mecánicos

VENTAJAS *Mejor agitación *Posibilidad de variación de la velocidad. *perdida de carga prácticamente nula. *El gradiente de velocidad es relativamente bajo y debe oscilar entre 20s-1 y 70s-1.

DESVENTAJAS *Requiere de un dispositivo para graduar la velocidad. *Verificar que el nivel de agua siempre cubra las paletas del agitador. *Mantenimiento preventivo de los motores para evitar que adicionen aceites al agua. *Requieren una fuente de energía externa para que produzca el movimiento del agitador en el tanque.

Fuente: (ROMERO, Purificacion del agua, 2002)

11.2.6.3. Sedimentación

Es la operación por medio de la cual se remueven las partículas sólidas de una suspensión mediante la fuerza

de la gravedad, también en algunos casos es denominada como clarificación o espesamiento del agua;

existen dos tipos de sedimentación la sedimentación simple y la sedimentación después de coagulación y

floculación.

Tipos de sedimentación

La sedimentación ocurre de diferentes formas de acuerdo con la naturaleza de los sólidos formados en la

floculación, su concentración y su grado de floculación teniendo en cuenta que en el agua se pueden tener

dos tipos de partículas unas discretas y las otras floculentas, las cuales se clasifican en sedimentación tipo 1 y

sedimentación tipo 2 (ROMERO, 2002).

Sedimentación tipo 1

Este tipo de sedimentación hace referencia a partículas discretas, las cuales no cambian su forma,

tamaño y o peso a medida que se sedimentan, es decir son aquellas partículas que se sedimentan

libremente, de acuerdo a las características del fluido y de la partícula, esta se ve influenciada por la

gravedad y por su densidad en relación con la del fluido.

Sedimentación tipo 2

Este tipo de sedimentación es aquella que hace referencia a las partículas no discretas (floculentas),

estas necesitan de una ayuda para su sedimentación, en este tipo de sedimentación tanto la densidad


TOLIMA.

53

como el volumen de las partículas cambia a medida que estas se adhieren a otras por medio del

mecanismo de la floculación y la precipitación química. (Ministerio de Desarrollo Económico, 2000)

En la tabla No 20 se muestran las ventajas y desventajas según el tipo de sedimentador.

Tabla 20 tipos de sedimentador y sus ventajas

TIPO DE SEDIMENTADOR VENTAJAS DESVENTAJAS

Sistemas de flujo horizontal y flujo vertical.

*Costos bajos en construcción y mantenimiento.

*Este tipo de sistema se encuentra en des uso debido al gran área que abarca su construcción. *Requiere una gran profundidad cuando es de flujo vertical.

Sedimentador de alta tasa.

*Tiempo de detención bajo entre 4m y 5.5m. *Número de Reynolds menor de 500. *Requiere un área menor. *Son capaces de absorber la sobre carga sin sacrificar la eficiencia de remoción.

Sedimentador de manto de lodos.

*Se pueden mezclar los lodos por procesos de recirculación de forma mecánica. *Economía de espacio que produce su construcción

*Tiempos de retención entre 1h y 1.5H. *Excesiva turbulencia puede producir perturbaciones que afectan el manto de lodos.

Fuente: (YACTAYO, 2009)


TOLIMA.

54

11.2.6.4. Diseño propuesto

Teniendo en cuenta que la mezcla rápida se emplea en el tratamiento de aguas cuyo objetivo principal es

dispersar sustancias químicas y de acuerdo con las características que se encuentran en la tabla No 17,

se determinó que es más viable para la empresa un Mezclador de tipo hidráulico, por su proceso

constructivo, su mantenimiento sencillo y economía, con respecto a las unidades mecánicas.

El tipo de sistema de mezclado rápido propuesto es la canaleta parshall, por su facilidad de construcción,

además de las características que hacen de este sistema adecuado según los análisis hechos en las fases

anteriores, por lo cual es necesario seguir los parámetros establecidos guía del sector de agua potable y

saneamiento básico (Ras 2000).

Con respecto al proceso de floculación, según las ventajas y desventajas (tabla No 19), las

recomendaciones y especificaciones del libro “Purificación del agua” de Jairo Alberto Romero, y los

resultados del balance de masas realizado en la fase de diagnóstico el cual arroja resultados de caudal

menores de 50 L/s, el sistema que se plantea en esta propuesta son los floculadores hidráulicos de flujo

horizontal, teniendo en cuenta que el caudal es uno de los factores más importantes y el valor arrojado

está dentro del rango permitido y adecuado para este tipo de sistema, se realizaron los cálculos de

acuerdo al ras 2000.

La mayoría de las partículas que contienen las aguas resultantes del proceso de trituración se

caracterizan por ser floculentas, debido a que necesitan la acción de un coagulante para su

sedimentación y que de acuerdo a las características que se enuncian en la tabla No 13 y los resultados

de las fases anteriores el tipo de sedimentador más viable para la empresa es el de alta tasa ya que se

puede sacrificar la carga del sedimentador y no se altera el proceso, es decir que el flujo del sistema

puede tener variaciones por fallas técnicas de la planta y no afecta el proceso.

Esquema 3. Sistema propuesto para la recirculacion.

Fuente: Autores

CANALETA PARSHALL

FLOCULADOR HIDRÁULICO DE FLUJO

HORIZONTAL

SEDIMENTADOR DE ALTA TASA


TOLIMA.

55

11.2.6.4.1. CANALETA PARSHALL

Para el diseño de la canaleta Parshall se tuvo en cuenta los parámetros de diseño que se encuentran en

el ras 2000 en el numeral C.4.5.2.1 en donde se encuentran los siguientes criterios: (Ministerio de

Desarrollo Económico, 2000).

Resalto hidráulico

-Parámetros de diseño:

* La velocidad mínima en la garganta debe ser mayor de 2 m/s.

*La velocidad mínima del efluente debe ser aproximadamente 0.75 m/s.

*El número de Froude (Fr) no debe estar entre 2.5 y 4.5.

*Ha/w debe estar entre 0.4 y 0.8. Donde Ha es la altura del agua y w es el ancho de la canaleta.

*Debe disponerse de un dispositivo aguas abajo con el fin de controlar la posición del resalto hidráulico.

- Punto de aplicación del coagulante

La aplicación de la solución de coagulante debe realizarse en el punto de mayor turbulencia.

Dimensionamiento

Para elegir el ancho de la garganta (W), es necesario contar con que el caudal de diseño se encuentre

entre el caudal mínimo y el caudal máximo, tal como se observa en la tabla No 21.


TOLIMA.

56

Tabla 21 caudal de diseño

Ancho W Límites de caudal (l/s)

Q Mínimo Q Máximo

1’’ 0.28 5.67

2’’ 0.57 14.15

3’’ 0.85 28.31

6’’ 1.42 110.44

9’’ 2.58 252.00

12’’ 3.11 455.90

18’’ 4.24 696.50

24’’ 11.90 937.30

36’’ 17.27 1427.20

48’’ 36.81 1922.70

60’’ 45.31 2424.00

72’’ 73.62 2931.00

Fuente: (ROJAS, 2008)

Tabla 3 dimensiones típicas de medidores parshall

W (Cm) A B C D E F G K N

1” 2.5 36.6 35.6 9.3 16.8 22.9 7.6 20.3 1.9 2.9

3” 7.6 46.6 45.7 17.8 25.9 38.1 15.2 30.5 2.5 5.7

6” 15.2 62.1 61.0 39.4 40.3 45.7 30.5 61.0 7.6 11.4

9” 22.9 88.0 86.4 38.0 57.5 61.0 61.0 45.7 7.6 22.9

1’ 30.5 137.2 134.4 61.0 84.5 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

11/2’ 45.7 144.9 142.0 76.2 102.6 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

2’ 61.0 152.5 149.6 91.5 120.7 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

3’ 91.5 167.7 164.5 122.0 157.2 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

4’ 122.0 183.0 179.5 152.2 193.8 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

5’ 152.5 198.3 194.1 183.0 230.3 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

6’ 183.0 213.5 209.0 213.5 266.7 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

7’ 213.5 228.8 224.0 244.0 303.0 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

8’ 244.0 244.0 239.2 274.5 340.0 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

Fuente: (ALVAREZ, Lección 20 canaleta parshall Universidad Nacional Abierta y a Distancia, 1976)


TOLIMA.

57

Dimensiones típicas medidores parshall.

Condiciones hidráulicas de entrada

De acuerdo con el caudal calculado (0.1361m3/s) y la tabla No 21 y 22, se determina que el ancho de la

garganta(W) de la canaleta sera de 7.6 cm, ya con este valor se determinan los parametros N y K de la

tabla No 23, por medio del cual se calcula la altura del agua, mediante la ecuacion No 8.

Tabla 23 parametros. K y n

Unidades Métricas

W K N

3” 0.176 1.547

6” 0.381 1.580

9” 0.535 1.530

1’ 0.690 1.522

1 ½’ 1.054 1.538

2’ 1.426 1.550

3’ 2.182 1.566

4’ 2.935 1.578

5’ 3.728 1.587

6’ 4.515 1.595

7’ 5.306 1.601

8 6.101 1.606

Fuente: (ALVAREZ, 1976)


TOLIMA.

58

De acuerdo con el ancho de la canaleta seleccionado y con la informacion que se encuentra en las tablas

anteriores se realiza el dimensionamiento de la canaleta como se muestra en la tabla # 24.

Tabla 24 Parametros dimensionamiento

Fuente: (ALVAREZ, 1976)

Paso # 1- Determinación de la lámina de agua

Ecuación 8

𝑄 = 𝐾HaN

Dónde:

Ha= nivel del agua (m)

Q= caudal m3/s0

Los valores de K y N, se eligen de la tabla No 23 dependiendo el valor de w elegido.

Se despeja el valor de Ha de la ecuación 8, obteniendo una nueva fórmula y un nuevo valor.

Ecuación 9

ℎ𝑎 = (𝑄/𝐾)1/𝑛

ℎ𝑎= (0.01361𝑚3

𝑠

0.176)

(1

1.547)

Exponente: n 1.57

Coeficiente: k 0.176

Long. Paredes sección convergente A 0.466m

Longitud sección convergente B 0.457m

Ancho de la salida C 0.178m

Ancho entrada sección convergente D 0.259m

Profundidad total E 0.381m

Longitud de la garganta F 0.152m

Longitud de la sección divergente G’ 0.305m

Long. Paredes sección divergente K’ 0.025m

Dif. De elevación| entre salida y cresta N 0.057m


TOLIMA.

59

ℎ𝑎 = 0.19𝑚

Paso #2 cálculo de la canaleta en la sección de medida

Ecuación 10

𝑊𝑎 =2

3(𝐷 − 𝑊) + 𝑊

Dónde:

Los valores D y W son las dimensiones de la canaleta parshall, tomadas de la tabla No 22.

wa’= 2

3(0.259𝑚 − 0.076𝑚) + 0.076 = 0.198 𝑚

Paso # 3 Cálculo de la velocidad en la sección de medida

Ecuación 11

𝑣𝑎 =𝑄

𝑊𝑎 ∗ 𝐻𝑎

Dónde:

Ha= nivel de agua en (m)

Wa´ = dimensión de la canaleta (m)

Q = caudal (0.01361 m3/s)

𝑉𝑎 =0.01361 𝑚3/𝑠

0.198𝑚 ∗ 0.19 𝑚

Va= 0.361 m/seg

Paso # 4 cálculo de Energía total disponible.


TOLIMA.

60

Ecuación 12

E1 = (VO2/ 2g) + ha + N

Dónde:

E = Energía especifica

VO2= Velocidad

2g = valor de la gravedad m/s

hO = Ha

N = valor tomado de la tabla No 27 de dimensiones de la canaleta Parshall

Remplazando,

E1 = (0.361 𝑚/𝑠𝑒𝑔)2

2(9.81 𝑚/𝑠)+ 0.19 𝑚 + 0.57m

E1 = 0.253m

Paso # 5 Calculo de la velocidad antes del resalto

Aplicando la ecuación de Bernoulli

Ecuación 13

𝐸2 =𝑣22

2𝑔+ ℎ2

𝑣2 =𝑄

𝑊ℎ2

𝐸2 = ( ( 𝑄

𝑊ℎ2)

2

∗ (1

2𝑔)) + ℎ2

Dónde:

Q = Caudal (0.01361 m3/s)


TOLIMA.

61

W= Dimensiones de la canaleta parshall, tabla No 25. Expresada en m.

ℎ2 = Altura lamina de H2O después resalto

g= gravedad m/s

Remplazando,

𝐸2 = ( ( 0,01361𝑚3/𝑠

0,076𝑚 ∗ ℎ2)

2

∗ (1

2 ∗ 9,81 𝑚/𝑠)) + ℎ2

Igualando, E2=E1 y despreciando las pérdidas por fricción entre 1 y dos se tiene:

Ecuación 14

0.253𝑚 = (1,85 ∗ 10−4 𝑚3/𝑠

5,77 ∗ 10−3𝑚 ∗ (ℎ2)2) ∗

1

19,62 𝑚/𝑠+ ℎ2

0.253𝑚 = (1,85 ∗ 10−4 𝑚3/𝑠

0,113 ∗ (ℎ2)2) + ℎ2

ℎ2 = 0,253𝑚

1−

1,85 ∗ 10−4 𝑚3𝑠

0,113 ∗ (ℎ2)2

ℎ2 = 0,285 ∗ (ℎ2)2 −1,85 ∗ 10−4 𝑚3/𝑠

0,113 ∗ (ℎ2)2

0,285 ∗ (ℎ2)2 − 1,85 ∗ 10−4 𝑚3/𝑠 = 0,113 ∗ (ℎ2)3

0,285 ∗ (ℎ2)2

0.113−

1,85 ∗ 10−4 𝑚3𝑠

0.113= (ℎ2)3


TOLIMA.

62

(ℎ2)3 = 0,228(ℎ2)2 − 1,63 ∗ 10−3

(ℎ2)3 − 0,228(ℎ2)2+ 1,63 ∗ 10−3 = 0

Para poder determinar el valor de ℎ2 se debe de tener en cuenta que es una ecuación cubica que deriva

en 3 raíces y que se debe tomar el valor de la raíz media de ℎ2 la cual se obtuvo por medio de un

programa llamado Scientific WorkPlace 5.5.

ℎ2 = 0,076 𝑚

Finalmente el valor de 𝑣2 es:

Ecuación 15

𝒗𝟐 =𝑸

𝑾𝒉𝟐

Dónde:

V2= velocidad m/s

Q= Caudal m3/s

𝑣2 =0,013𝑚3/𝑠

0.076𝑚 ∗ 0,076𝑚= 2.2𝑚/𝑠

Paso # 6 Determinación de la lámina de agua en el resalto

Calculo de hb

Ecuación 16

ℎ𝑏 = ℎ2 − 𝑁


TOLIMA.

63

Dónde:

ℎ𝑏 = Lámina de agua en el resalto

ℎ2 = Altura lamina de H2O después resalto

N= diferencia de elevación entre cresta y salida tomado de la tabla No 27

ℎ𝑏 = 0,076𝑚 − 0,057𝑚 = 0,019𝑚

Paso #7 Chequeo grado de sumergencia. (S). Para verificar condiciones del aforador

Ecuación 17

𝑆 =ℎ𝑏

ℎ𝑎

Dónde:

ℎ𝑏 = Lamina de H2O en el resalto

ℎ𝑎 = Lamina H20

𝑆 =0,019𝑚

0,076𝑚= 0,25

0,25 < 0,60 es decir que cumple el parámetro de sumergencia El criterio principal para el diseño de la

canaleta parshall radica en que se cumpla con los parámetros de sumergencia (hb/ha).

Paso # 8 Cálculo número de Froude

Aplicando la ecuación de resalto hidráulico se tiene que:


TOLIMA.

64

Ecuación 18

ℎ3

ℎ2=

1

2 (√1 + 𝑓22 − 1)

Despejando,

(𝑓2)2 =𝑣22

ℎ2 ∗ 𝑔 → 𝑓2 = √

𝑣22

ℎ2 ∗ 𝑔

f2 = √(2.2)2

0,076∗9,81m/s= 2.54

El resalto es estable debido a que el número de Froude está entre 1.7 y 2.5 y para este caso es de 2.54 es

decir que cumple.

En el caso de que no se encuentre en el intervalo mencionado anteriormente se recomienda colocar una

especie de persiana la cual pueda ser operada manualmente para poder obtener la estabilidad requerida.

Paso # 9 Cálculo de la lámina de agua.

Ecuación 19

𝒉𝟑 =𝒉𝟐

𝟐(√𝟏 + 𝟖𝒇𝟐 − 𝟏)

Dónde:

h3=lámina de agua.

f= número de Froude

𝒉𝟑 =𝟎. 𝟏𝟓

𝟐(√𝟏 + 𝟖(𝟐. 𝟓)𝟐 − 𝟏)

𝒉𝟑 = 𝟎. 𝟐𝟑𝒎


TOLIMA.

65

Calculo de la lámina de agua al final de la canaleta

h4= h3 –(N-K)

Dónde:

h4=lámina de agua al final de la canaleta. (m)

h3= lámina de agua al inicio de la canaleta (m)

N= Dif. De elevación entre la salida y cresta, tomado de la tabla No 24.

K=Long. Paredes sección divergente, tomado de la tabla No 24.

h4=0.23-(0.057m -0.025m)

h4= 0.20

Debido a que se forma el resalto muy cerca de la salida de la garganta, se puede considerar en la sección

3 la cabeza de posición es cero.

Paso #10 cálculo del tiempo medio de mezcla

El tiempo de mezcla se obtiene por medio de las siguientes ecuaciones.

Ecuación 20

𝑡𝑑 =𝐺´

𝑣𝑚

Dónde:

td= tiempo de mezcla

vm= velocidad media

G´= longitud de las paredes divergentes cuyo valor se encuentra en la tabla No 27.

Determinación de la velocidad media

Ecuación 21

𝑣𝑚 = 𝑣3 + 𝑣4

2

𝑣3 =𝑄

𝑊 ∗ ℎ3


TOLIMA.

66

𝑣3 =0.013𝑚3/𝑠

0.076𝑚 ∗ 0.23𝑚

𝑣3 = 0.74𝑚/𝑠

𝑣4 =𝑄

𝐶 ∗ ℎ4

𝑣4 =0.013

0.178 ∗ 0.20

𝑣3 = 0.36𝑚/𝑠

𝑣𝑚 =0.36𝑚/𝑠 + 0.74𝑚/𝑠

2

𝑣𝑚 = 0.55𝑚/𝑠

Según la tabla no 24. El valor de G´ corresponde a 0.305

Teniendo el valor de la velocidad media, se procede a resolver la ecuación No 20

𝑡𝑑 =𝐺´

𝑣𝑚

𝑡𝑑 =0.305𝑚

0.55𝑚/𝑠

𝑡𝑑 = 0.55 s

Paso # 11 cálculo del gradiente de velocidad

Calculo de la perdida de carga ∆𝒉, aplicando el principio de energía de Bernoulli E1=E4+∆𝒉

Remplazando

Ecuación 22

𝑣𝑎2

2𝑔+ ℎ𝑎 + 𝑁 =

𝑉42

2𝑔+ ℎ4 + (𝑁 − 𝑘) + ∆𝒉


TOLIMA.

67

∆𝒉 =𝑣𝑎2

2𝑔+ ℎ𝑎 + 𝑁 −

𝑣42

2𝑔− ℎ4 − (𝑁 − 𝐾)

∆𝒉 =0.3612

2 ∗ 9.81+ 0.19 + 0.057 −

0.362

2 ∗ 9.81− 0.20 − (0.057 − 0.025)

∆𝒉 = 0.015

Ecuación 23

𝑮 = √𝜸∆𝒉

𝝁𝒕𝒅

𝐺 = √9797𝑁

𝑚3∗0.015𝑚

0.00112𝑁

𝑚2∗0.55𝑠

= 488s-1

Calculo de la distancia de elevación de la cresta por encima del fluido del canal.

Ecuación 24

𝑋 = ℎ5 − ℎ4

𝑋 = 0.50 − 0.20

𝑋 = 0.3

Teniendo en cuenta un factor de seguridad el 10% se tiene que

𝑋 = 0.3 ∗ 1.10

𝑋 = 0.33

Longitud de desarrollo del resalto L

Ecuación 25

𝑙 = 6(ℎ3 − ℎ2)

𝑙 = 6(0.23 − 0.076)

𝑙 = 0.924

Esquema 4 canaleta parshall


TOLIMA.

68

Fuente: Autores.

11.2.6.4.2. FLOCULADOR HIDRÁULICO DE FLUJO HORIZONTAL

1) Tiempo de retención y gradiente de velocidad: el gradiente de velocidad medio debe de estar entre 20s-1 y 70s-1 y el tiempo de detención debe de estar entre 20 y 30 minutos.

2) El floculador debe diseñarse de manera que la velocidad del agua a través del mismo sea de 0.2 m/s a 0.6m/s

* Q= 0.013 M3 /S

* Td (tiempo de detención)= 20 min

* V (velocidad del agua)=0.1m/s

* Gm (gradiente medio) = 30 s-1

Para efectos netos de cálculo y por cuestiones de área se determinó el valor de V como 0.1 m/s.

Paso #1 Calculo de la longitud o distancia que puede recorrer el agua

Ecuación 26

𝐿𝑡=𝑉∗𝑡∗60𝑠/𝑚𝑖𝑛

Dónde:

V= velocidad del agua m/s


TOLIMA.

69

t= tiempo de retención

𝐿𝑡=0.1𝑚/𝑠∗20𝑚𝑖𝑛∗60𝑠𝑚𝑖𝑛 𝐿𝑡=120𝑚

Paso #2 Determinación del volumen

Ecuación 27

𝑉 = 𝑄 ∗ 𝑇

Dónde:

V= volumen m3

T= tiempo

𝑣 =0.013𝑚3

𝑠∗ 20𝑚𝑖𝑛 ∗ 60𝑠/𝑚𝑖𝑛

𝑣 = 15.6 𝑚3

Paso # 3 Determinación del área requerida entre canales

Ecuación 28

A =v

Lt

Dónde:

A= área requerida entre canales.

V= volumen del floculador hidráulico

Lt= longitud del floculador.

A =15.6m3

120m

A = 0.13m2


TOLIMA.

70

Paso # 4 Determinación de la altura

Ecuación 29

ℎ =𝐴

𝑠𝑝

Dónde:

h= altura del floculador.

Sp= separación entre pantallas

A= área entre canales

Suponiendo una separación entre pantallas de 0.1m se tiene que

ℎ =0.13𝑚2

0.1𝑚

ℎ = 1.3𝑚

Paso # 5 Elección borde libre

Por criterios de diseño se selecciona un borde libre de 0.2m

Paso # 6 Determinación de la altura total o profundidad

Ecuación 30

ℎ𝑡 = ℎ + 𝑏𝑙

Dónde:

ht= altura total del floculador. (m)

h= altura del floculador (m)

bl=borde libre (m)

ht = 1.3m + 0.2m


TOLIMA.

71

ht = 1.5m

Paso # 7 Separación de tabiques y la pared del tanque

Para determinar la separación entre los tabiques y la pared del tanque se tiene en cuenta que

corresponde a 1.5 veces la separación entre los tabiques.

A = separación entre tabiques.

Ecuación 31

𝑆 = 1.5 ∗ 𝐴

𝑆 = 1.5 ∗ 0.10𝑚

𝑆 = 0.15𝑚

Paso # 8 Determinación de la longitud del canal

Ecuación 32

𝑙𝑐 = 𝑎𝑐 − 𝑠

Dónde:

Lc= longitud del canal.

Ac= ancho de canal

S= separación entre tabiques.

Suponiendo un (ac) ancho de canal de 2m se tiene que

𝑙𝑐 = 2.00𝑚 − 0.15m

𝑙𝑐 = 1.85

Paso # 9 Determinación del número de canales


TOLIMA.

72

Ecuación 33

𝑁𝑐 =ℎ𝑡

𝑙𝑐

Dónde:

Nc número de canales

Lc: Longitud del canal.

𝑁𝑐 =120𝑚

1.85𝑚

𝑁𝑐 = 64.86

𝑁𝑐 = 65

Ecuación 34

𝑙 = 𝑁𝑐 ∗ 𝑠𝑝 + 𝑁𝑐 − 1 ∗ 𝑎𝑝

Dónde:

Sp= separación de pantallas

Ap= ancho de pantalla 2cm

l = 65 ∗ 0.1 + (65 ∗ 0.02m)

l = 7.78m

l = 7.8m

Paso # 10 Cálculos de pérdidas de manning

Ecuación 1

𝒉𝒇 = ((𝒏 ∗ 𝒗)2 ∗ (𝑙𝑐 ∗ 𝑛𝑐)

𝑅4/3 )


TOLIMA.

73

Dónde:

v= velocidad media

n= coeficiente

lc= longitud canal

nc= número de canales

R= Radio hidráulico

Ecuación 36

𝑹 =𝑨

P

Dónde:

A: área

P: perímetro mojado

Ecuación 37

𝒑 = 𝟐 ∗ 𝟏. 𝟑 + 𝟎. 𝟏𝟎

𝒑 = 𝟐. 𝟕

𝑹 =𝟎. 𝟏𝟑

2.7= 0.048

Teniendo en cuenta la ecuación No 35 se procede a calcular el hf

ℎ𝑓 =(0.012 ∗ 0,10)2 ∗ (1.85 ∗ 65)

0.04843

= 9.92 ∗ 10−3

Ecuación 38

ℎ𝑐 = 3(𝑛𝑐 − 1) ∗ 𝑣2/2𝑔


TOLIMA.

74

Dónde:

nc= número de canales

v= velocidad media

g= gravedad

ℎ𝑐 = 3(64) ∗ (0.10𝑚/𝑠2

2 ∗ 9.81𝑚/𝑠)

ℎ𝑐 = 0.097

Ecuación 39

ℎ𝑡 = ℎ𝑓 + ℎ𝑐

Dónde:

ht= pérdidas totales

Sumatoria de pérdidas calculadas anteriormente

ℎ𝑡 = 9.92 ∗ 10−3 + 0.097

ℎ𝑡 = 0.10

Paso # 11 Gradiente de velocidad

Ecuación 40

G=√𝑔∗ℎ𝑡

𝑣∗𝑡

Dónde:

g= gravedad m/s

ht= pérdidas totales

t= tiempo de retención


TOLIMA.

75

G=√9.81∗0.10

1.24∗10−6∗20∗60 =25.6 S-1

11.2.6.4.3. Sedimentador alta tasa

Para el diseño del sedimentador de alta tasa se tienen en cuenta los siguientes datos:

Q= 0.013 (m3 /s)

Angulo ᶱ = 60°

Viscosidad cinemática del agua a 25°c = 0.893*10-6 m2/s (EDDY.INC, 1995)

separación entre placas (e)= 0.10

placas de asbesto cemento: 1.20*1.20*0.006 (PIÑEROS, 1993)

Tabla 25 Velocidades de sedimentación.

Diámetro ᵩ mm

Velocidad de sedimentación

Vs (mm/s)

1.0 100

0.5 55

0.2 21

0.08 6

Fuente: (PEREZ, 2015)

Se determina la partícula de diseño considerando que el tamaño de partícula de 0.2mm obteniendo la

velocidad de sedimentación Vsc de 21 mm/s, generalmente se diseña con este valor. (PEREZ, 2015)

Ecuación 41

𝑣𝑠𝑐 = 21𝑚𝑚

𝑠∗

1𝑐𝑚

10𝑚𝑚

Dónde:

Vsc= velocidad de sedimentación

𝑣𝑠𝑐 = 2.1 𝑐𝑚/𝑠𝑒𝑔

Paso #1 Velocidad a través de las placas


TOLIMA.

76

Ecuación 42

𝑉𝑜 =𝑣𝑠𝑐 ∗ (𝐿 𝑐𝑜𝑠60)

𝑠 +0.058 𝑣𝑠𝑐 ∗ 𝑒 ∗ 𝑐𝑜𝑠60

ᵧ

Dónde:

Vsc: velocidad de sedimentación critica (2.1 cm/s)

ᴓ Angulo de inclinación entre las placas (60°)

e: separación entre placas (0.10m)

L: longitud relativa (L=l/e= 12)

l: longitud de sedimentación en placas (1.20m)

S: factor de eficiencia placas planas paralelas (1)

ᵧ: Viscosidad cinemática (8.93 cm2/s)

l =1.20m

0.1= 12m

Remplazando los datos en la ecuación No 42, se obtiene

𝑉𝑜 =2.1𝑐𝑚/𝑠 ∗ (12 ∗ 𝑐𝑜𝑠60)

1 +0.058 ∗ 2.1

𝑐𝑚𝑠 ∗ 10𝑐𝑚 ∗ 𝑐𝑜𝑠60

8.93 ∗ 10−3 − cm2/s

𝑉𝑜 = 0.18𝑐𝑚/𝑠

Paso #2 Determinación número de Reynolds

Ecuación 43

𝑅𝑒 = 𝑣𝑜 ∗ 𝑒

𝑣


TOLIMA.

77

Dónde:

Vo= velocidad a través de las placas

e= separación entre placas

v= viscosidad sistemática

𝑅𝑒 = 0.18 𝑐𝑚/𝑠 ∗ 10𝑐𝑚

8.93 ∗ 10 − 3

𝑅𝑒 = 201

𝑅𝑒 = 201 ≺ 500

Se considera que el flujo es laminar cuando los valores del número de reynolds sean bajos, en este caso

el número de Reynolds cumple ya que es menor a 500 lo que garantiza un flujo completamente

laminar.

Paso #3 Número de placas

Ecuación 44

N = Q

A ∗ VO ∗ e

Dónde:

Q: caudal

Vo: velocidad a través de las placas

e: separación entre placas

A: longitud de la placa en el sentido del flujo.

𝑁 = 0.013m3/s

1.20m ∗ 0.016 ∗ 0.1

N = 6.7 = 7

N + 1 = 8


TOLIMA.

78

Paso #4 Longitud ocupada por las placas

Ecuación 45

𝑙 = 𝑎 cos ∅ +(𝑁 + 1 ∗ 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟) + (𝑁 ∗ 𝑠𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝑒))

sin ∅

𝑙 = 1.20 cos 60 +(8 ∗ 0.006) + (7 ∗ 0.1)

sin 60

𝑙 = 1.46𝑚

Paso # 5 Volumen de la tolva

Ecuación 46

𝑣𝑡 = 0.20 ∗ 𝑣

𝑣𝑡 = 0.20 ∗ 1.82𝑚3

vt = 0.364m3

Se debe tener en cuenta que los lodos se depositan generalmente entre el 60% y 90% en el primer ciclo de

longitud, de tal manera que la tolva debe tener la forma que se muestra en el anexo No3, se recomienda

como criterio dejar para el depósito de los lodos un 20% adicional sobre el volumen de la zona de

sedimentación.

Se recomienda la construcción de dos unidades de sedimentación teniendo en cuenta que en cada una pasa

un caudal de 0.013m3/s, de tal manera que cuando entre en mantenimiento una de las unidades, la otra

unidad siga en funcionamiento. Para la evacuación de los lodos se requiere la instalación de una tubería la

cual se ubicara en la parte más profunda de la tolva, lo que permitirá la evacuación de los lodos

semanalmente mediante una válvula instalada para el efecto, de evitar la aglomeración de lodos y de esta

manera generar un mal funcionamiento del sistema.


TOLIMA.

79

11.2.6.4.4. Determinación del tipo de coagulante y su dosificación

Se realizó el cálculo de la cantidad de Kg/h de sulfato de aluminio tipo A, ya que este coagulante es

usado en tratamiento de aguas, el cual es obtenido de la digestión de minerales de bauxita con ácido

sulfúrico.

La dosis de alumbre varía normalmente entre 5 y 50 mg/l en aguas naturales, se debe tener en cuenta

que comúnmente el pH efectivo para que el sulfato de aluminio reaccione es de 5.5 a 8. (BEDOYA, 2012)

La dosis óptima se estimó mediante pruebas realizadas con el test de jarras, además de esto se tiene en

cuenta la variación de la dosis de acuerdo a la información mencionada anteriormente

Por medio de la siguiente expresión se calcula la dosificación del coagulante.

Ecuación 47

𝑞 = 𝑄𝐷

Dónde:

Q: caudal (13.61 L/s)

D: dosis óptima (10 mg/L)

𝑞 =13.61 𝑙

𝑠∗

10 𝑚𝑔

𝑙

𝑞 = 136.1 𝑚𝑔/𝑠

𝑞 = 0.4899𝑘𝑔/ℎ

Teniendo en cuenta la dosificación calculada anteriormente se determina el caudal de solución del

coagulante que se dosificara en el resalto de la canaleta Parshall. (SANDOVAL, 2013)

Ecuación 48

𝑄𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑐𝑜𝑎𝑔𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝑄𝐷

𝐶

Dónde:

C=concentración del coagulante (10 mg/ml)


TOLIMA.

80

QD= caudal*dosis optima

𝑄 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑎𝑔𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 = 0.4899 𝑘𝑔/ℎ

10𝑚𝑔𝑚𝑙

𝑄 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑎𝑔𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 = 0.4899𝑘𝑔/ℎ

10𝑘𝑔𝑚3

𝑄 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑎𝑔𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 =𝑚3

ℎ= 48𝑙/ℎ

Para la dosificación del coagulante se implementara una bomba que permita este flujo de caudal y se

hará una unidad para la preparación del coagulante por medio de la cual la bomba succione este caudal

para su posterior dosificación.

11.2.6.4.5. Calculo de producción de lodos

Para determinar la producción de lodo seco se aplica la siguiente ecuación.

Ecuación 49

𝑊 = (𝑠 + 0.3𝐷)𝑄 ∗ 86400 ∗ 10−6

Dónde:

W: masa del lodo

S: turbiedad UNT

D: dosificación del coagulante mg/l

Q: caudal L/s

𝑊 = (0.12 + 03(10𝑚𝑔

𝑙)) 13.61𝑙/𝑠 ∗ 86400 ∗ 10−6

𝑊 = 35.4𝑘𝑔/𝑑í𝑎


TOLIMA.

81

Se determina la masa diaria de lodo asumiendo que el porcentaje de los lodos sea del 20% con una

densidad relativa de 1.4 (ROJAS, Leccíon 26 conceptos basicos de lodos residuales Universidad Nacional

Abierta y a Distancia, 2005)

Ecuación 50

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 =35.4 𝑘𝑔/𝑑í𝑎

20%

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 = 177𝑘𝑔/𝑑í𝑎

Ecuación 51

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 =𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎

𝛾𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 =177 𝑘𝑔/𝑑í𝑎

1.4

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 = 126 𝑚3/𝑑í𝑎

En el anexo No 4 se observa el esquema general del sistema.

11.2.6.4.6. Determinación del uso de lodos generados en el proceso de trituración

El proceso de trituración para la elaboración de materiales de construcción como lo son arena de río,

grava y gravilla, generan un desperdicio que actualmente se está comenzando a reciclar como materia

prima para la industria, con el único objetivo de minimizar el impacto ambiental que se genera dentro

del proceso la elaboración de estos materiales, por lo general se caracteriza por tres procesos básicos

como lo son, la trituración del material pétreo, clasificación granulométrica de acuerdo al uso comercial

y el lavado del producto el cual se lleva a cabo para la separación de material ultra fino del resto de las

fracciones granulométricas, como lo son las arcillas y limos .

El lodo es un residuo fino que en su mayor parte está formado por partículas de 88mm

aproximadamente, en la actualidad se ha evidenciado el uso de estos lodos como productos agrícolas

con la finalidad de remineralizar y disminuir la pedregosidad del suelo, de tal manera que no altere las

condiciones edáficas del suelo si no que por el contrario las complemente, otros usos potenciales aun


TOLIMA.

82

por investigar y aclarar, son las aplicaciones en la industria cerámica para la fabricación de vidrio,

cerámica, gres, porcelana y por último las diversas aplicaciones en la industria química como la

fabricación de cemento y la fusión de metales. (ROCMAQUINA, 2005)

Un ejemplo del uso de estos lodos se puede evidenciar en un proyecto piloto de recuperación de suelos

degradas o en una parcela, por la empresa PROCOSANZ ARIDOS S.A dentro de su zona de explotación

denominada el castillo, en una gravera situada en TALAMANCA DE JARAMA en Madrid España.

(BEDMAR, 2004)

En la actualidad existe un proceso de tratamiento para la separación de las fases liquida y sólida que se

encuentra en los lodos, por medio de la cual se obtiene un líquido que no contiene sólidos y un líquido

compuesto por sólidos en forma concentrada (DELGADO, 2005). Este proceso se caracteriza por dos

etapas, en la primera etapa se actúa sobre el lodo inicial, el cual se caracteriza por su baja concentración

de sólidos, por medio de la acción de un floculante líquido el cual produce la decantación de los sólidos y

permite la obtención de agua limpia la cual en este caso de estudio será recirculada dentro del proceso,

además se obtienen los lodos con una mayor concentración de solidos con un alto contenido de

humedad.

La segunda etapa se da sobre este lodo con alto contenido de humedad, en el cual se trata de conseguir

el máximo grado de agregación de partículas arcillosas por medios mecánicos como filtros prensa, filtros

de banda y espesadores, y químicos, los cuales permiten una rápida separación de la fase liquida y

sólida. (DELGADO, 2005).

Este proceso se caracteriza por:

Permitir la recuperación de un gran porcentaje de agua (recuperación hasta del 90%)

Obtención de un lodo seco el cual puede ser utilizado en la restauración del mismo predio,

con un manejo y manipulación mucho más fácil.

Eliminación de las zonas de almacenamiento del mismo lodo.

Promueve la reutilización de los mismos.

Teniendo en cuenta la granulometría fina de los lodos procedentes del proceso de lavado de materiales

pétreos los cuales tienen ausencia de componentes tóxicos permite la reutilización para la rehabilitación

de suelos arenosos y/o con granulometría más gruesa; es de tener en cuenta que estos lodos presentan

una carencia de materia orgánica, nitrógeno y fosforo condicionando la utilización de estos en procesos

de restauración.

Debido a su bajo contenido en materia orgánica una opción puede ser la mezcla de estos lodos con un

material que sea rico en contenido de materia orgánica y nutrientes, por lo general se recomienda la

mezcla de estos lodos con lodos obtenidos de una depuradora el cual proporciona un material que

reúne las características de ambos tipos de residuos y facilita la aplicación del mismo (BEDMAR, 2004).


TOLIMA.

83

11.2.6.4.7. Calculo de la línea de conducción del sistema, determinación del tipo bomba y la

potencia de la bomba a utilizar.

Para el cálculo de la línea de conducción se debe tener en cuenta la temperatura del fluido, que en este

caso es oscila entre 25° y 30°C en promedio, la presión atmosférica que es de 1 atmósfera, el desnivel

entre el punto de bombeo y el área de lavado del material es de 15 metros, de tal manera que se

incorporara una bomba centrifuga con el fin de impulsar un caudal volumétrico de 48.96 m3/h, para lo

cual se recomienda una tubería de 3 pulgadas acero comercial Y será necesaria una longitud de tubería

aproximada de 80 metros hasta el punto de descarga.

Se estima que el rendimiento de la bomba es del 85 %

Esquema 5

En la tabla No 26 se describen las características del fluido y el tipo de tubería que es necesaria.

Tabla 26 características del fluido

Tipo de bomba Centrifuga

Datos del fluido ( agua)

Temperatura 30 °C

Densidad Ρ 995 Kg/m2

Viscosidad (U) 0.800*10-3 kg/m seg

Material Acero comercial (80 m)

Diámetro ᴓ 3” ( 0.0762 m)

Caudal volumétrico 0.0136 m3/s

Velocidad de flujo (vs) 2.9m/s

Tipo de tubería

6 codos

3 conexiones en T

Bomba

Centrifuga

Sistema de

Riego.


TOLIMA.

84

Fuente: autores

Determinación velocidad del flujo

Ecuación 52

𝑣𝑠 =𝑄

𝑎

Dónde:

Vs= velocidad del flujo

Q= caudal

a= área

𝑣𝑠 =𝑄

∏ ∗𝐷2

4

𝑣𝑠 = 0.0136 m3/s

∏ ∗0.0762𝑚2

4

𝑣𝑠 = 2.9 𝑚/𝑠

Determinación de la potencia neta de la bomba

Ecuación 53

𝑃𝑛𝑒𝑡𝑎 = 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 ∗ 𝑃𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎

Ecuación 54

𝑃𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 = ℎ𝑎 ∗⋎∗ 𝑄𝑣

Dónde:

Ha= perdidas de carga

⋎= 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑜

Qv= caudal volumétrico


TOLIMA.

85

Determinación de la pérdida de carga por medio de la ecuación de Bernoulli

Ecuación 55

𝑧1 +𝑣12

2𝑔+

𝑝1

⋎+ ℎ𝐴 = 𝑧2 +

𝑣22

2𝑔+

𝑝2

⋎+ ℎ𝑡

Perdidas de carga por fricción, continuas o primarias

Ecuación 56

ℎ𝑎 = 𝐹 ∗𝑣2

2𝑔∗

𝐿

𝐷

Dónde:

F= coeficiente de fricción

g= gravedad

D= diámetro

V= velocidad del fluido

Perdidas de cargas secundarias por accesorios

Ecuación 57

ℎ𝑎 = 𝐹 ∗𝑣2

2𝑔∗

∑𝐿𝑒𝑞

𝐷

Dónde:

F= coeficiente de fricción

g= gravedad

D= diámetro


TOLIMA.

86


Leq= longitud equivalente

Determinación de la rugosidad relativa

La rugosidad relativa E/D se determina con relación a la siguiente ilustración en la cual se tienen en

cuenta los diámetros de la tubería, y el material de la tubería, en este caso el valor de la rugosidad

relativa es de 0.0006.

Ilustración 23 Rugosidad relativa

Fuente: (ESCOBAR, 2015)

Determinación del número de Reynolds


TOLIMA.

87

Ecuación 59

𝑅𝑒 =𝑣 ∗ 𝜌 ∗ 𝐷

𝜇

Dónde:


ρ =densidad del agua

D=diámetro

μ: Viscosidad dinámica

𝑅𝑒 =2.9 𝑚/𝑠 ∗ 995.7𝑘𝑔/𝑚3 ∗ 0.0762𝑚

0.8 ∗ 10 ∗ −3 𝑘𝑔/𝑚𝑠= 275.037

Es un flujo turbulento debido a que el número de Reynolds es superior a 4000 de tal manera que da la

siguiente ilustración se obtiene que el coeficiente de fricción (f) es 0.019


TOLIMA.

88

Ilustración 24 Diagrama para determinación de coeficiente de fricción

Reemplazando los valores correspondientes en la ecuación No 56, se obtiene las Perdidas de carga por

fricción, continua o primaria

ℎ𝑎1 = 0.019 ∗

2.9𝑚2𝑠2

2

2 ∗ 9.81 𝑚/𝑠2∗

80𝑚

0.0762𝑚

ℎ𝑎1 = 8.55 𝑚


TOLIMA.

89

Para la determinación de la perdida de energía producida por los accesorios se debe observar la

ilustración que se muestra a continuación.

Ilustración 25 Determinación de pérdidas de acuerdo a los accesorios

Fuente (ESCOBAR, 2015)

Codo angular 5.8m *6= 34.8

Conexión en T 5.8 *2= 11.6

longitud equivalente Leq = 46.4

Remplazando los valores correspondientes en la ecuación No 57 se obtiene el siguiente resultado


TOLIMA.

90

ℎ𝑎2 = 0.019 ∗2.9𝑚2/𝑠22

2 ∗ 9.81 𝑚/𝑠2∗

46.4𝑚

0.0762𝑚

ℎ𝑎2 = 4.9𝑚

Para calcular la perdida de carga total se utiliza la siguiente ecuación

Ecuación 60

ℎ𝑡 = ℎ𝑎1 + ℎ𝑎2

Dónde:

ha1=Perdidas de carga por fricción, continuas o primarias

ha2=perdidas por accesorios, secundarias

ht= pérdida total

ℎ𝑡 = 8.55𝑚 + 4.9𝑚

ℎ𝑡 = 13.45 m

Remplazando los valores anteriores en la siguiente ecuación de Bernoulli, se obtiene

Ecuación 61

hA = ⍍z +⍍v2

2g+

⍍p

⋎+ ht

Dónde:

⍍z: diferencia de altura

⍍v2 diferencia de velocidad

g = gravedad


TOLIMA.

91

⍍p: diferencia de presiones

ht: perdida de carga total.

Ecuación 64

ℎ𝐴 = (15𝑚 − 0) +(0 −

2.9𝑚𝑠

)2

2 ∗9.81𝑚

𝑠2

+(1 − 1)𝑎𝑡𝑚

9.77 ∗ 103 𝑘𝑔𝑚2 ∗ 𝑠2

+ 13.45𝑚

ℎ𝐴 = 28.8 m

Finalmente para calcular las potencias de la bomba a utilizar, es necesario utilizar la ecuación No 53 y 54,

correspondientes a la potencia neta y la potencia bruta.

𝑃𝑛𝑒𝑡𝑎 = 28.8𝑚 ∗ 9.77 ∗ 103𝑘𝑔

𝑚2 ∗ 𝑠2∗ 0.0136𝑚3/𝑠

𝑃𝑛𝑒𝑡𝑎 = 38267 w

Determinación de la potencia bruta ecuación No 54

𝑃𝑛 = 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 ∗ 𝑃𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎

𝑃𝑛𝑒𝑡𝑎

𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑃𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎

𝑃𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =38267 𝑤

0.85 = 45 020 𝑤

Se requiere el mismo tipo de bomba para la recirculación teniendo en cuenta que la distancia es la

misma.

12. PROPUESTA ECONÓMICA

Esta propuesta económica realiza una medición objetiva de las magnitudes que se formularon en el

proyecto de tal manera que se puedan ver representadas por medio de cifras financieras, de tal manera que

se pueda tener una serie de indicadores, por medio de los cuales se pueda determinar las características de

estas bondades económicas y puedan considerarse como un ejercicio teórico.


TOLIMA.

92

La propuesta permite determinar la rentabilidad para la empresa por medio de la cual se puede aceptar o

rechazar la propuesta económica, los costos de los materiales y equipos fueron obtenidos por medio de una

serie de cotizaciones con diferentes empresas encargadas de diseño de sistemas de tratamiento incluyendo

las obras civiles.

Tabla 27 Propuesta económica con sus respectivos ítems.

Ítem Descripción Valor unitario Cantidad Valor parcial

1 PRELIMINARES

1.1 LOCALIZACIÓN Y REPLANTEO

$ 1.500.000 GLOBAL $ 1.500.000

2 MOVIMIENTO DE TIERRA

2.1 DESMONTE Y DESCAPOTE $ 1.360 1200 M2 $ 1.632.000

2.2 RELLENO CON MATERIAL ORDINARIO

$ 12.270 120 M3 $ 1.472.400

2.3 NIVELACIÓN DEL TERRENO

$ 630 1200 M2 $ 7.56000

3 ESTRUCTURAS

3.1 CANALETA PARSHALL $ 8.560.000 GLOBAL $ 8.560.000

3.2 FLOCULADOR HIDRÁULICO DE FLUJO HORIZONTAL

$ 52.000.000 GLOBAL $ 52.000.000

3.3 SEDIMENTADOR DE ALTA TASA

$ 9.000.000 2 UNIDADES $ 18.000.000

3.4 Bodega almacenamiento insumos

$ 9.850.406 Global $ 9.850.406

4 INSTALACIONES HIDRAULICAS

4.1 TUBERÍAS EN ACERO COMERCIAL DE 3”

$ 40.696 84 ML $ 3.418.464

4.2 SUMINISTRO DE BOMBA DOSIFICADORA TIPO DIAFRAGMA

$ 1.464.500 2 UNIDADES $ 2.929.000

4.3 MOTOBOMBA 12 HP TIPO TURBINA 480 GPM

$ 3.893.550 UNIDAD $ 3.893.550

4.4 CODOS DE 90 PRESCION 3”

$ 34.530 6 UNIDADES $ 207.180

5 ENTREGA

5.1 ASEO GENERAL FINAL. $ 5500 20 M2 $ 110.000

5.2 PRUEBAS DE $ 115.000 5 UNIDADES $ 575.000


TOLIMA.

93

LABORATORIO

5.4 Tratamientos $ 28 000 100 kg $ 2800.000

Sub total $ 100.000.000

Administración: 15%.............................. = 9.200.020

Imprevistos: 5%......................................= 3.048.014

Utilidad: 5%............................................= 3.048.014

I.V.A/utilidad: 16%.................................= 10.153.645

Costo total del proyecto: $125.449.693

-El costo total del proyecto es de $125.449.693 en donde ya está incluido el % de administración,

imprevistos, utilidad y finalmente el IVA.

- Todos los ítems dentro del presupuesto incluyen materiales para su ejecución, mano de obra, equipos y

herramientas necesarias, transportes hasta la obra y sitio puntual de ejecución, en el caso del retiro de

material los transportes necesarios y la disposición ambiental de los mismos.

- Además se deberá contemplar dentro de del AIU el grupo especializado de seguimiento y control de

HSEQ (SISOMA) necesario para todo el proceso de ejecución del contrato, así como los costos derivados

de esta supervisión, como elementos de señalización y control, elementos y lugares aptos para las

capacitaciones, elementos reflectivos para trabajo nocturno, equipos y elementos para trabajos en

alturas, tramites y permisos ante las entidades reguladoras para trabajo con riesgo, tramites y permisos

ante las entidades reguladoras de impactos ambientales, y cualquier otro relacionado y necesario con el

proceso implícito del control HSEQ.

13. Fase no 6, manual de operación.

El manual de operación se encuentra en el anexo No 4


TOLIMA.

94

14. Fase No 7. CONCLUSIONES

La propuesta técnica planteada mejorará el procedimiento y eficiencia de lavado para el cual

utilizan el agua, minimizando el impacto de esta actividad con respecto a los vertimientos

generados sobre el entorno en el que se encuentra.

Por medio del diagnóstico de las etapas del proceso, se dimensionaron las unidades adecuadas y

correspondientes según las falencias existentes y características del agua a tratar. Además se

tuvo en cuenta sus ventajas, desventajas y costos tanto de construcción como de

mantenimiento. Para el sistema de mezclado rápido se diseñó una canaleta parshall y con

respecto al proceso de floculación se diseñó un floculador hidráulico de flujo horizontal y

finalmente para el proceso de sedimentación se diseñó un sedimentador de alta tasa.

Los parámetros más importantes al momento de realizar los diseños de todo el sistema son, la

cantidad de material que trabaja la trituradora que es de 490 m3/día, el volumen de agua

utilizada 392m3/día, caudal requerido de 13.61 litros/segundo, la velocidad mínima en la

garganta que fuera mayor de 2 m/s, la velocidad mínima del efluente aproximadamente de 0.75

m/s, tiempo de retención de 20 min y el dimensionamiento de las unidades con respecto a

valores que fueron consultados en tablas y guias estipuladas por el ras 2000.

Se evidencia el uso de los lodos como productos agrícolas con la finalidad de remineralizar y

disminuir la pedregosidad del suelo, de tal manera que no altere las condiciones edáficas del

suelo si no que por el contrario las complemente.

El documento junto con el manual es entregado a la empresa con la descripción detallada de

cada una de las actividades desarrolladas en el proceso hasta los diseños, quedando a la espera

que la empresa acepte y ponga en marcha la propuesta.


TOLIMA.

95

15. RECOMENDACIONES

Dentro de la información recopilada y los estudios realizados en cada parte del proyecto, los

autores de este trabajo recomiendan a la empresa contemplar dentro de sus planes la

implementación de la propuesta planteada, ya que en este momento no se cuenta con ningún

tipo de tratamiento.

Se recomienda la construcción de dos unidades de sedimentación teniendo en cuenta que por

cada pasa un caudal de 0.013m3/s de tal manera que cuando entre en mantenimiento una de

las unidades, la otra unidad siga en funcionamiento.

Realizar un plan de prevención y contingencia por eventualidades climáticas.

Para la evacuación de los lodos se requiere la instalación de una tubería la cual se ubicará en la

parte más profunda de la tolva, junto con una válvula instalada con el fin de evitar la

aglomeración de lodos y de esta manera generar un mal funcionamiento del sistema.


TOLIMA.

96

Bibliografía ALVAREZ, A. &. (1976). Lección 20 canaleta parshall Universidad Nacional Abierta y a Distancia. bogotá.

Bedmar, M. d. (2004). practicas sostenibles en la gestion de residuos de las industrias extractivas:

Ejemplo de procosanz Áridos, S.A y lodos Secos S.L. Madrid España.

BEDMAR, M. D. (2004). practicas sostenibles en la gestion de residuos de las industrias extractivas:

Ejemplo de procosanz Áridos, S.A y lodos Secos S.L. Madrid España.

BEDOYA, D. C. (2012). DETERMINACION DE LAS DOSIS OPTIMAS DEL COAGULANTE SULFATO DE

ALUMINIO GRANULADO TIPO B EN FUNCION DE LA TURBIEDAD Y EL COLOR PARA LA

POTABILIZACIÓN DEL AGUA EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE VILLA SANTANA. PEREIRA:

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA.

CARVAJAL, H. H. (2008). Barrick- Mineria Responsable. . Recuperado el junio de 2015, de

http://www.sonami.cl/files/presentaciones/242/04.-

%20Etapas%20en%20la%20vida%20de%20un%20proyecto%20minero.pdf

CASTIBLANCO, M. F. (2005). ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL ED3-091. BOGOTA.

CEPIS/OPS, C. p. (2004). tratamiento de agua para consumo humano plantas de purificacion rapida.

Lima.

Chantre, O. A. (2003). estrategias ambientales para optimizar la explotacion de materiales de arrastre en

la cuenca del tio san pedro, municipio de colon-departamento del putumayo. colon- putumayo.

CHANTRE, O. A. (2003). Estrategias ambientales para optimizar la explotacion de materiales de arrastre

en la cuenta del río san pedro, municipio de colon-departamento del putumayo. Colon-

Putumayo.

conagua. (2015). diseño funcional hidraulico- potabilizadora GPE.

Consorcio ingetec S.A- Bateman ingenieria LTDA- Piv ingenieria LTDA. (2004). estudios para la concesion

de la avenida Boyaca-Bosa-Granada- Girardot. Bogotá.

cuevas, c. (2009). estadistica y probabilidad.

frecuenciaestadistica.blogspoot.com.co/2009/04/muestreo.html.

CUEVAS, C. (30 de 04 de 2009). estadistica y probabilidad. Recuperado el 25 de 03 de 2015, de

frecuenciaestadistica.blogspoot.com.co/2009/04/muestreo.html

DAMAS, D. O. (1982). United States Departament of the Interior Bureau of Reclamation. washington. .

DAMS, D. O. (1982). United States Departament of the Interior Bureau of Reclamation. washington.


TOLIMA.

97

Daniela Castrillón bedoya, M. d. (2012). DETERMINACION DE LAS DOSIS OPTIMAS DEL COAGULANTE

SULFATO DE ALUMINIO GRANULADO TIPO B EN FUNCION DE LA TURBIEDAD Y EL COLOR PARA

LA POTABILIZACIÓN DEL AGUA EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE VILLA SANTANA. PEREIRA :

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA .

Delgado. (2005). presente y futuro de la gestion de lodos procedentes del lavado de aridos y de la

construccion. Infoenviro, 89-91.

DELGADO. (2005). presente y futuro de la gestion de lodos procedentes del lavado de aridos y de la

construccion. Infoenviro, 89-91.

Departamento de sociologia II. universidad de alicante . (2011). Las Técnicas distributivas el diseño de la

investigación cuantitativa. la encuesta . alicante .

DEPARTAMENTO DE SOCIOLOGIA II. Universidad de Alicante. (2011). Las tecnicas distributivas el diseño

de la investigacion cuantitativa. La encuesta. ALICANTE.

E., L. (1998). Applied process Desing for Chemical and petrochemical plants volume !

EDDY.INC, M. &. (1995). Ingeneiría De Aguas Residuales. Mc. Graw Hill 3a Edicion.

ESCOBAR, S. A. (2015). FUNDAMENTOS DE FLUJOS EN TUBERIA.

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/confinado/confinado.htm.

explorable.com. (2009). muestreo aleatorio .

gonzalez, e. p. (julio de 2015). coordinacion de tecnologia hidraulica. Obtenido de

http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/canal_parshall.pdf

IDEAM. (s.f.). Recuperado el 01 de 06 de 2015, de

http://institucional.ideam.gov.co/jsp/loader.jsf?lServicio=VInformacionIdeam&lTipo=

Jennifer Guerra Sandoval, M. v. (2013). DISEÑO Y EVALUACÍON ECONÓMICA DE UNA PLANTA DE

TRATAMIENTO DE AGUA EN LA EMPRESA AJOVER S.A. CARTAGENA DE INDIAS .

marco fidel gomez castiblanco. (2005). estudio de impacto ambiental ED3-091. bogota .

ministerio de ambiente, v. y. (30 de 06 de 2015). Obtenido de

http://www.anla.gov.co/sites/default/files/res_1050_050609.pdf

MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. (30 de 06 de 2015). Obtenido de

http://www.anla.gov.co/sites/default/files/res_1050_050609.pdf

Ministerio de Desarrollo Económico. (2000). Reglamento técnico del sector de agua potable y

saneamiento basico RAS 2000 seccion II Título C. Bogotá.


TOLIMA.

98

OCHOA, C. (2015). Muestreo aleatorio y sus tecnicas. . BOGOTA.

PEREZ, J. A. (2015). tratameinto de aguas. En j. a. perez, tratamiento de aguas (págs. 96-110). Bogotá .:

Universidad Nacional Facultad de Minas.

pérez, j. a. (2015). tratameinto de aguas. En j. a. perez, tratamiento de aguas (págs. 96-110). Bogotá .:

Universidad Nacional Facultad de Minas.

PIÑEROS, S. Y. (1993). Sistema de tratamiento para agua de lavado de arena y gravilla. En s. y. piñeros.

choconta.

piñeros, s. y. (1993). Sistema de tratamiento para agua de lavado de arena y gravilla . En s. y. piñeros.

choconta .

Porto. (1979). observacoes sobre o número da curva CN e do SCS.

Rocmaquina . (2005). Restauración de canteras . Roc Maquina , 36-41.

ROCMAQUINA. (2005). Restauración de canteras. Roc Maquina, 36-41.

Rodriguez, A. D. (2014). DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE DE 2LTS/S PARA

UNA POBLACION DE 750 HABITANTES. Bogotá.

ROJAS, R. (2005). Leccíon 26 conceptos basicos de lodos residuales Universidad Nacional Abierta y a

Distancia. Bogotá.

ROJAS, R. (2008). Bogotá.

ROMERO, J. A. (2002). Purificacion del agua. En J. a. romero, Purificacion del agua (págs. 83-159). Bogotá:

escuela colombiana de ingenieros.

Romero, J. A. (2009). Calidad del Agua . Bogotá: Escuela Colombiana de Ingenieria .

ROMERO, J. A. (2009). Calidad del agua . bogota: Escuela colombiana de ingenieria. .

S.L, i. a. (AGOSTO de 2015). I.A.C. Obtenido de http://www.iac-sl.es/sites/default/files/Ccanales.PDF

SANDOVAL, J. G. (2013). DISEÑO Y EVALUACÍON ECONÓMICA DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE

AGUA EN LA EMPRESA AJOVER S.A. CARTAGENA DE INDIAS.

TOMAZ, E. P. (2011). observacoes sobre o número da curva CN e do SCS.

TOMAZ, E. P. (2011). Observacoes sobre o número da curva CN e do SCS.

TORRES, H. J. (ENERO. de 2009). cartilla mineria "ASI ES LA MINERIA". Recuperado el 6 de JUNIO de 2015,

de http://www.simco.gov.co/Portals/0/archivos/Cartilla_Mineria.pdf


TOLIMA.

99

TUCCI. (1993). observacoes sobre o número da curva CN e do SCS.

TUCCI. (1993). Observacones sobre o número da curva CN e do SCS.

Universidad Nacional a Distancia. (2015). Leccion 38. Sedimentadores de flujo horizontal. Bogotá.

vargas, L. d. (2006). Capítulo 5 mezcla rapida. En Manual I: teoria (págs. 18-36).

VARGAS, L. D. (2006). CAPITULO 5. MEZCLA RAPIDA. En MANUAL I: TEORIA (págs. 18-36).

YACTAYO, I. V. (2009). Capitulo 7 Sedimentacion.

yactayo, I. v. (2009). Capitulo 7 Sedimentacion .

Yao, K. M. (2005). Sedimentadores De Alta Rata . Boston, Massachusetts, EE.UU.


TOLIMA.

100

ANEXO No 1 CURVAS DE CALIBRACIÓN

En el siguiente anexo se muestra los datos con los cuales se elaboraron las curvas de calibración y

sus respectivos gráficos, y la corrección de cada uno de los valores de pH

Curva de calibración pH- Hora de muestreo

8:35

pH

Teórico Experimental Temperatura

(°c)

4 4,12 25,4

7 7,05 25,4

10 9,66 25,4

Muestra 6,34 25,4

y = mx + b

𝑥 =(𝑦 − 𝑏)

𝑚

𝑥 =(6.34 − 0.48)

0.9233= 6.346

Curva de calibración pH -Hora de muestreo

9:35

pH


(°c)

4 4,54 25,7

7 7,1 25,7

10 9,84 25,7

Muestra 6,18 25,7

y = mx + b

𝑥 =(𝑦 − 𝑏)

𝑚

𝑥 =(6.18 − 1.2)

0.82= 6.07

PROPUESTA TÉCNICA Y ECONÓMICA PARA EL TRATAMIENTO Y RECIRCULACIÓN DE AGUAS PROCEDENTES DE UNA PLANTA DE TRITURACIÓN DE MATERIAL DE ARRASTRE UBICADA EN

MELGAR TOLIMA.

101

Curva de calibración pH - Hora de muestreo

10:35

pH

Teórico Experimental Temperatura (°c)

4 4,16 28,8

7 7,8 28,8

10 9,76 28,8

Muestra 6,61 28,8

y = mx + b

𝑥 =(𝑦 − 𝑏)

𝑚

𝑥 =(6.61 − 0.70)

0.93= 6.35


11:35

pH


(°c)

4 4,06 28,1

7 7,12 28,1

10 9,72 28,1

Muestra 6,5 28,1

y = mx + b

𝑥 =(𝑦 − 𝑏)

𝑚

𝑥 =(6.50 − 0.36)

0.94= 6.53


MELGAR TOLIMA.

102

Curva de calibración pH -Hora de muestreo

12:35

pH


(°c)

4 4,08 27,7

7 7,09 27,7

10 9,72 27,7

Muestra 6,3 27,7

y = mx + b

𝑥 =(𝑦 − 𝑏)

𝑚

𝑥 =(6.30 − 0.38)

0.94= 6.297


1:35

y = mx + b

𝑥 =(𝑦 − 𝑏)

𝑚

𝑥 =(6.56 − 0.38)

0.93= 6.64

pH

Teórico Experimental temperatura (°c)

4 4,03 28,1

7 7,13 28,1

10 9,64 28,1

MUESTRA 6,56 28,1


MELGAR TOLIMA.

103

Curva de calibración pH Hora 2:35

y = mx + b

𝑥 =(𝑦 − 𝑏)

𝑚

𝑥 =(6.51 − 0.64)

0.92= 6.38

Curva de calibración pH Hora 3:35

y = mx + b

𝑥 =(𝑦 − 𝑏)

𝑚

𝑥 =(6.18 − 0.51)

0.92= 6.16

pH

teórico experimental temperatura (°c)

4 4,08 28

7 7,7 28

10 9,65 28

muestra 6,51 28

pH


4 4,09 26,6

7 7,16 26,6

10 9,61 26,6

muestra 6,18 26,6


MELGAR TOLIMA.

104

Curva de calibración Ph Hora 4:35

y = mx + b

𝑥 =(𝑦 − 𝑏)

𝑚

𝑥 =(6.56 − 0.53)

0.92= 6.55

Ph


4 4,11 26,4

7 7,2 26,4

10 9,64 26,4

muestra 6,56 26,4

ANEXO No 2 DATOS DE LA SIMULACIÓN

Tabla 28 datos para el modelo

Sub-cuenca

Áreas (km²)

H Inicial (m)

H Final (m)

Inclinación (m)

longitud (km)

Tc (min)

CN INICIAL (D) largura

1 4.186 357 333 24 3,93 80,5 76 60

2 4.186 346 345 1 1,02 80,5 76 23

Fuente: autores

Tabla 29 datos ecuación curva IDF

Tc (mín.) 80,5

Delta Tc 16,1

Ecuación IDF

A 1,61

B 0,19

C 0,65

D 0,75

TR1 10

TR 2 25

Fuente autores

Tabla 30 datos para curva IDF

TR 25 ANOS


acumulada desagregada

Duración(min) Altura Total

(mm) Incremento

(mm)

2 1,428894196 0,0476 0,048

4 0,937226939 0,0625 0,015

6 0,71666838 0,0717 0,009

8 0,588399638 0,0785 0,007

10 0,503410502 0,0839 0,005

12 0,442452429 0,0885 0,005

14 0,396329372 0,0925 0,004

16 0,360059106 0,0960 0,004

18 0,330693265 0,0992 0,003

20 0,30636873 0,1021 0,003

22 0,285846792 0,1048 0,003

24 0,2682698 0,1073 0,002

26 0,253023913 0,1096 0,002

PROPUESTA TÉCNICA Y ECONÓMICA PARA EL TRATAMIENTO Y RECIRCULACIÓN DE AGUAS

PROCEDENTES DE UNA PLANTA DE TRITURACIÓN DE MATERIAL DE ARRASTRE UBICADA EN

MELGAR TOLIMA.

106

28 0,239657491 0,1118 0,002

30 0,227830372 0,1139 0,002

32 0,217281169 0,1159 0,002

34 0,207805505 0,1178 0,002

36 0,199241129 0,1195 0,002

38 0,191457487 0,1213 0,002

40 0,18434827 0,1229 0,002

42 0,177825976 0,1245 0,002

44 0,17181789 0,1260 0,002

46 0,166263049 0,1275 0,001

48 0,161109943 0,1289 0,001

50 0,156314725 0,1303 0,001

52 0,151839826 0,1316 0,001

54 0,147652856 0,1329 0,001

56 0,143725736 0,1341 0,001

58 0,140033991 0,1354 0,001

60 0,136556185 0,1366 0,001

62 0,133273459 0,1377 0,001

64 0,130169154 0,1388 0,001

66 0,127228487 0,1400 0,001

68 0,124438301 0,1410 0,001

70 0,121786837 0,1421 0,001

72 0,119263559 0,1431 0,001

74 0,116858987 0,1441 0,001

76 0,114564578 0,1451 0,001

78 0,112372601 0,1461 0,001

80 0,110276049 0,1470 0,001

82 0,108268553 0,1480 0,001

84 0,10634431 0,1489 0,001

86 0,104498018 0,1498 0,001

88 0,102724828 0,1507 0,001

90 0,101020292 0,1515 0,001

92 0,099380324 0,1524 0,001

94 0,097801162 0,1532 0,001

96 0,096279335 0,1540 0,001

98 0,09481164 0,1549 0,001

100 0,093395111 0,1557 0,001

102 0,092027 0,1564 0,001

104 0,090704755 0,1572 0,001

106 0,089426006 0,1580 0,001

108 0,088188545 0,1587 0,001

110 0,086990317 0,1595 0,001

112 0,085829401 0,1602 0,001

114 0,084704003 0,1609 0,001



MELGAR TOLIMA.

107

116 0,083612444 0,1617 0,001

118 0,082553154 0,1624 0,001

120 0,081524658 0,1630 0,001

122 0,080525571 0,1637 0,001

124 0,079554594 0,1644 0,001

126 0,078610504 0,1651 0,001

128 0,077692149 0,1657 0,001

130 0,076798443 0,1664 0,001

132 0,075928363 0,1670 0,001

134 0,075080941 0,1677 0,001

136 0,074255265 0,1683 0,001

138 0,073450469 0,1689 0,001

140 0,072665736 0,1696 0,001

142 0,071900291 0,1702 0,001

144 0,071153399 0,1708 0,001

146 0,070424363 0,1714 0,001

148 0,069712522 0,1720 0,001

150 0,069017246 0,1725 0,001

152 0,068337938 0,1731 0,001

154 0,067674029 0,1737 0,001

156 0,067024978 0,1743 0,001

158 0,066390268 0,1748 0,001

160 0,065769408 0,1754 0,001

162 0,065161928 0,1759 0,001

164 0,064567382 0,1765 0,001

166 0,063985341 0,1770 0,001

168 0,063415397 0,1776 0,001

170 0,06285716 0,1781 0,001

172 0,062310257 0,1786 0,001

174 0,061774329 0,1791 0,001

176 0,061249034 0,1797 0,001

178 0,060734046 0,1802 0,001

180 0,060229049 0,1807 0,001

182 0,059733742 0,1812 0,001

184 0,059247836 0,1817 0,001

186 0,058771054 0,1822 0,000

188 0,05830313 0,1827 0,000

190 0,057843807 0,1832 0,000

192 0,05739284 0,1837 0,000

194 0,056949993 0,1841 0,000

196 0,056515037 0,1846 0,000

198 0,056087754 0,1851 0,000

200 0,055667934 0,1856 0,000

202 0,055255374 0,1860 0,000



MELGAR TOLIMA.

108

204 0,054849878 0,1865 0,000

206 0,054451258 0,1869 0,000

208 0,054059333 0,1874 0,000

210 0,053673928 0,1879 0,000

212 0,053294874 0,1883 0,000

214 0,052922007 0,1888 0,000

216 0,052555172 0,1892 0,000

218 0,052194215 0,1896 0,000

220 0,05183899 0,1901 0,000

222 0,051489355 0,1905 0,000

224 0,051145174 0,1909 0,000

226 0,050806314 0,1914 0,000

228 0,050472646 0,1918 0,000

230 0,050144047 0,1922 0,000

232 0,049820397 0,1926 0,000

234 0,04950158 0,1931 0,000

236 0,049187483 0,1935 0,000

238 0,048877997 0,1939 0,000

240 0,048573017 0,1943 0,000

242 0,048272441 0,1947 0,000

244 0,047976169 0,1951 0,000

246 0,047684105 0,1955 0,000

248 0,047396157 0,1959 0,000

250 0,047112234 0,1963 0,000

252 0,046832248 0,1967 0,000

254 0,046556113 0,1971 0,000

256 0,046283749 0,1975 0,000

258 0,046015073 0,1979 0,000

260 0,045750009 0,1983 0,000

262 0,04548848 0,1986 0,000

264 0,045230413 0,1990 0,000

266 0,044975737 0,1994 0,000

268 0,044724382 0,1998 0,000

270 0,04447628 0,2001 0,000

272 0,044231366 0,2005 0,000

Fuente autores.

En la siguiente imagen se observa la curva IDF generada con los que se encuentran en la tabla

anterior.

Curva IDF



MELGAR TOLIMA.

109

Fuente: autores.

En la siguiente tabla se muestran los caudales de salida generados para cada uno de los intervalos

de tiempo establecidos.

Tabla 31 caudal de salida del área de estudio.

Int. Int. Qs

(m³/s)

1 153 0,01

2 154 0,02

3 155 0,02

4 156 0,03

5 157 0,04

6 158 0,05

7 159 0,07

8 160 0,09

9 161 0,11

10 162 0,14

11 163 0,17

12 164 0,21

13 165 0,26

14 166 0,31

15 167 0,37

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 50 100 150 200 250 300

incr

emen

to e

n m

m

intervalo de tiempo (min)


Intensidade (mm/hora)

Lineal (Intensidade(mm/hora))



MELGAR TOLIMA.

110

16 168 0,44

17 169 0,52

18 170 0,61

19 171 0,71

20 172 0,82

21 173 0,95

22 174 1,08

23 175 1,24

24 176 1,4

25 177 1,59

26 178 1,79

27 179 2

28 180 2,24

29 181 2,49

30 182 2,76

31 183 3,04

32 184 3,35

33 185 3,68

34 186 4,02

35 187 4,39

36 188 4,77

37 189 5,18

38 190 5,6

39 191 6,04

40 192 6,51

41 193 6,99

42 194 7,49

43 195 8,01

44 196 8,55

45 197 9,1

46 198 9,68

47 199 10,27

48 200 10,88

49 201 11,5

50 202 12,14

51 203 12,79

52 204 13,46

53 205 14,15

54 206 14,84



MELGAR TOLIMA.

111

55 207 15,55

56 208 16,27

57 209 17,01

58 210 17,75

59 211 18,5

60 212 19,27

61 213 20,04

62 214 20,82

63 215 21,61

64 216 22,4

65 217 23,2

66 218 24,01

67 219 24,81

68 220 25,63

69 221 26,45

70 222 27,27

71 223 28,09

72 224 28,91

73 225 29,74

74 226 30,57

75 227 31,39

76 228 32,22

77 229 33,05

78 230 33,88

79 231 34,7

80 232 35,52

81 233 36,35

82 234 37,17

83 235 37,99

84 236 38,8

85 237 39,61

86 238 40,42

87 239 41,23

88 240 42,03

89 241 42,83

90 242 43,63

91 243 44,42

92 244 45,21

93 245 46



MELGAR TOLIMA.

112

94 246 46,78

95 247 47,56

96 248 48,33

97 249 49,1

98 250 49,86

99 251 50,62

100 252 51,38

101 253 52,13

102 254 52,88

103 255 53,62

104 256 54,36

105 257 55,09

106 258 55,82

107 259 56,55

108 260 57,27

109 261 57,98

110 262 58,69

111 263 59,4

112 264 60,1

113 265 60,8

114 266 61,49

115 267 62,18

116 268 62,86

117 269 63,54

118 270 64,22

119 271 64,89

120 272 65,56

121 273 66,22

122 274 66,88

123 275 67,53

124 276 68,18

125 277 68,82

126 278 69,46

127 279 70,1

128 280 70,73

129 281 71,36

130 282 71,98

131 283 72,6

132 284 73,22



MELGAR TOLIMA.

113

133 285 73,83

134 286 74,44

135 287 75,04

136 288 75,64

137 289 76,23

138 290 76,83

139 291 77,41

140 292 78

141 293 78,58

142 294 79,15

143 295 79,72

144 296 80,29

145 297 80,85

146 298 81,42

147 299 81,97



MELGAR TOLIMA.

114

ANEXO No 3

ESQUEMA DE LAS UNIDADES DISEÑADAS



MELGAR TOLIMA.

115



MELGAR TOLIMA.

116



MELGAR TOLIMA.

117



MELGAR TOLIMA.

118



MELGAR TOLIMA.

119



MELGAR TOLIMA.

120



MELGAR TOLIMA.

121

ANEXO No 4

MANUAL DE OPERACIÓN



MELGAR TOLIMA.

122



MELGAR TOLIMA.

123

TRATAMIENTO Y RECIRCULACIÓN DE

AGUAS PROCEDENTES DE UNA PLANTA DE

TRITURACIÓN DE MATERIAL DE ARRASTRE

UBICADA EN MELGAR TOLIMA .

MANUAL DE

OPERACIÓN.

JAIRO GÓ MEZ - PAULA SANCHEZ.



MELGAR TOLIMA.

124

DESCRIPCIÓN GENERAL

Las plantas de recirculación se diseñan con el objetivo de reducir el consumo de agua en

más del 60% de acuerdo con la ley 373 de 1999 de tal manera que se puedan reducir los

niveles de contaminación que se pueden generar dentro del proceso de trituración de

materiales de arrastre, como alternativa a las necesidades del productor se plantea el

sistema que se describe a continuación de tal manera que se pueda realizar un proceso

más efectivo y aprovechar los lodos que son generados por el proceso.

Los componentes y algunas de las actividades que aquí se describen, son aplicables para

plantas de recirculación cuyo fin sea recircular con un tratamiento de alta tasa, para lo

cual se plantearon las unidades básicas necesarias, las cuales se diseñaron de acuerdo al

caudal obtenido por el promedio de producción de la planta teniendo en cuenta que

estos caudales pueden ser variables y que los sistemas no se han de ver afectados por la

variación de los mismos.

La secuencia de tratamiento es la siguiente el agua que resulta del proceso de trituración

es llevado a una unidad de mezcla rápida en este caso una canaleta parshall, en la cual se

dosifica el floculador, posteriormente pasa a una unidad de floculación, la cual permite la

aglomeración de las partículas que posteriormente pasa a un sedimentador de alta tasa, el

cual cumple con la función de aglomerar las partículas, por último se realiza la

recirculación de las aguas.

La operación normal debe incluir cualquier tipo de actividad que no provoque la alteración

ni parcial ni temporal de la planta y que asegure que está produciendo el caudal para el

cual fue diseñado el sistema y la calidad requerida para cada proceso. Para lograr una

adecuada operación es necesario realizar mediciones continuas de caudal, parámetros de

calidad del agua como turbiedad, color, pH, alcalinidad, ajuste de dosificadores

dependiendo el caudal y la calidad del agua, limpieza de obras, mantenimiento a zonas

verdes y el control de calidad de los procesos.



MELGAR TOLIMA.

125

COMPONENTES DEL SISTEMA

El sistema está compuesto por varias unidades, las cuales se clasifican de acuerdo al

criterio de funcionamiento del sistema, por lo cual se tienen tres unidades que

corresponden a: mezcla rápida, floculación y sedimentación las cuales se muestran en el

grafico #1.

Grafico # 1 DIAGRAMA DEL PROCESO.

Fuente: Autores

RECIRCULACION

Mezcla rápida: CANALETA PARSHALL

Floculación: FLOCULADOR

HIDRÁULICO DE FLUJO HORIZONTAL

Sedimentación: SEDIMENTADOR DE

ALTA TASA.



MELGAR TOLIMA.

126

CANALETA PARSHALL

El objetivo principal es medir la cantidad de agua que pasa por una

sección de un canal, su funcionamiento está basado en la asunción

de que el flujo critico se produce estrechando la anchura de la

garganta de la canaleta y levantando la base; este efecto obliga al

agua a elevarse o remansarse, proceso que debido a la

aceleración del flujo permite establecer una relación matemática

entre la elevación del agua y el gasto. (CONTROL, 2015)

Además también permite la dosificación de químicos (coagulante y

corrector de pH), para generar el proceso de coagulación (mezcla

rápida), Aprovechando la turbulencia generada en la garganta de

la canaleta.

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO.

La canaleta presenta una forma abierta,

compuesta por una sección convergente,

una garganta y una sección divergente, el

fluido entra en el equipo por la boca de

entrada (sección convergente), en la que se

encuentra una de las regletas graduadas,

indicando un nivel en la misma y sigue

circulando por el canal hasta llegar a la

garganta donde, al final de ésta,

encontramos otra regleta que aporta otro

nivel, ( CONTROL, 2015) , como se muestra en

la imagen No 1



MELGAR TOLIMA.

127

ESPECIFICACIONES DE INSTALACIÓN.

EL aforador debe ubicarse cerca del punto de distribución y cerca de las

compuertas de regulación usadas para controlar la descarga.

Los aforadores deben ser accesibles en vehículo para propósitos de instalación y de

mantenimiento.

La corriente antes del aforador debe estar quieta, es decir, el tramo recto debe ser

largo, la pendiente del fondo suave, sin curvas ni oleaje.

Después de algunos meses de operación es necesaria una revisión y re nivelación (

en caso de ser necesaria)

El asentamiento del terreno una inapropiada instalación pueden causar inclinación

de las paredes. Si el aforador llegara a inclinarse un poco, la lectura del nivel del

agua debe leerse en ambas paredes y utilizar el promedio para estimar el gasto.

VERIFICACIÓN DE FUNCIONAMIENTO Se debe identificar el ancho de la garganta, midiendo todas las partes de la

canaleta. Ya sea para una canaleta parshall prefabricada o construida en el mismo

sitio.

Con la medida anterior verificada, se debe realizar la comparación de todas las

medidas del aforador con la tabla estándar para diferentes anchos de garganta. El

valor de la tabla y del aforador verificado deben ser las mismas, en caso que sean

diferentes esta diferencia no debe ser significativa.

Es de gran importancia verificar que las escalas tengan su "cero" concordando con

el nivel de la parte horizontal del aforador (cresta). Esto se recomienda hacer con

una cinta métrica directamente en campo.

Si el vertedor funciona ahogado es necesario verificar que se realice la corrección

al gasto.

MANTENIMIENTO BÁSICO Se recomienda un mantenimiento periódico (2 meses) después de que esté

funcionando la canaleta, para evitar futuros inconvenientes ya que podría afectar

todo el sistema de recirculación.

Se recomienda limpiar la entrada del aforador ya que por lo general en este tipo de

sistemas crece algún tipo de maleza en las paredes, esta maleza con el tiempo se

acumula llegando al fondo, afectando su funcionamiento.



MELGAR TOLIMA.

128

Cuando los aforadores son de metal, se tiene presencia de óxido, el cual también

se recomienda ser limpiado. Con el respectivo material adecuado (cepillo

metálico).

Se recomienda que el aforador sea pintado con pintura asfáltica ya que esta

evitara la presencia no en su totalidad, pero si gran parte de maleza y oxido,

además de aumentar la vida útil del dispositivo.

Es normal encontrar el asentamiento de aforadores cerca de la salida, ya que es

afectada por la acción erosiva de la corriente de agua.

OPERACIÓN Las lecturas de las regletas se darán en forma directa del caudal de agua (m3/s).

Para que su funcionamiento sea optimo es necesario que se verifiquen que los

procesos de dosificación y mezcla rápida sean constantes

debe vigilarse la correcta operación de los procesos de dosificación y mezcla

rápida, cuidando que esta sea constante, es decir que el volumen de coagulante y

de la solución de cal que se debe obtener en cierto tiempo sea siempre el mismo y

sea el valor fijado inicialmente.

Los químicos siempre deben adicionarse en la garganta de la canaleta parshall,

para lograr que se dispersen de igual manera en la masa de agua.

La velocidad con la cual los coagulantes deben dispersarse en toda la masa de agua

depende de la velocidad de reacción de los coagulantes con la alcalinidad y con los

otros constituyentes del agua.

FLOCULADOR HIDRÁULICO DE FLUJO HORIZONTAL

Se diseña con el fin proporcionar a la masa de agua coagulada una

agitación lenta aplicando velocidades decrecientes, para promover

El crecimiento de los flóculos y su conservación, hasta que la

Suspensión de agua y flóculos salga de la unidad. La energía

que produce la agitación del agua es mucho mejor su es de

origen hidráulico o mecánico. (Conagua, 2015)



MELGAR TOLIMA.

129

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Es de gran importancia comprobar que la dosificación y la mezcla rápida estén

operando adecuadamente en el proceso anterior ya que esto puede afectar la

floculación.

Se debe verificar que la dosis de las sustancias coagulantes sea la adecuada para el

tratamiento y que la dosificación se efectúe en forma correcta.

Se deben realizar chequeos periódicos a las válvulas que conforman los sistemas

tanto de entrada como de salida de la estructura, verificando su buen estado físico

y su funcionamiento.

Se debe tener especial cuidado con las válvulas al momento de operación, las

válvulas de purga de los lodos de los Floculadores deben estar cerradas y las de

ingreso al sedimentador deben estar abiertas, esto con el fin de que se lleve a cabo

el proceso de clarificación.

LIMPIEZA Al momento de la limpieza se deben tener en cuenta factores como:

RECOMENDACIONES PARA SU DISEÑO

*El gradiente medio de velocidad debe estar

entre 20 s - 1 y 70 s - 1 y el tiempo de retención

entre 20 y 30 minutos.

escoge *la Longitud del Floculador se

generalmente entre 6 a 12 m

* E l floculador debe diseñarse de tal manera que

la velocidad del agua a través del tanque se de

0.2 m/s a 0,6 m/s.

* La profundidad del sedimentador calculada

debe estar de 1 a 2 m.



MELGAR TOLIMA.

130

- La válvula de desagüe debe estar abierta para evacuar los sedimentos.

- Con ayuda de una manguera se lava el floculador hasta que todo el sedimento

haya sido eliminado.

- Teniendo en cuenta las normas estándar y el periodo de exposición de la unidad

en mantenimiento se realiza la limpieza química con hipoclorito de calcio al 65-70% y una

mezcla de sulfato de cobre con cal, para después enjuagar la unidad con abundante agua

potable.

SEDIMENTADOR DE ALTA TASA



MELGAR TOLIMA.

131

CARACTERÍSTICAS El fondo del sedimentador debe ser inclinado.

La profundidad del sedimentador debe ser baja.

Para equipos que trabajen de manera continua se debe tener un flujo laminar.

CRITERIOS DE DISEÑO.

Tener en cuenta las propiedades de asentamiento de los sólidos suspendidos,

tomando importancia la densidad, temperatura y viscosidad.

La carga superficial se encuentra expresada como el volumen dividido entre el

producto del tiempo y área superficial.

Profundidad del sedimentador.

Tiempo de retención debe ser de +/- 15 minutos para sedimentadores de alta

tasa.

se caracterizan por tener un flujo laminar es decir menor a 500. (cordóva).



MELGAR TOLIMA.

132

Independientemente del nivel de complejidad del sistema, se deben de tener 2

unidades para que en el momento del mantenimiento de una unidad, el otro este

en servicio.

Sedimentadores con placas debe tenerse en cuenta lo siguiente:

La inclinación de las placas debe ser de 55° a 60°.

El espacio entre las placas debe ser de 5 cm, en caso de emplear placas de

asbesto- cemento el espesor de la placa debe ser de 8 mm a 10 mm.

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Se debe controlar la turbiedad y/o color de agua sedimentada según la frecuencia

establecida.

Comprobar si por el efluente hay salida de flóculos y drenar las veces que sea

necesario, accionando la válvula de remoción de lodos.

Periódicamente es necesario verificar el estado de las estructuras como fisuras y

detectar posibles problemas para corregirlos.

Reacondicionamiento y limpieza del sedimentador.

RECOMENDACIONES

De acuerdo al comportamiento del primer mes del funcionamiento se

programaran el mantenimiento y limpieza pertinentes en cada uno de los

componentes del sistema, teniendo en cuenta el resultado en el periodo del mes

de prueba.

Mantenimiento general del sistema consistente en vaciado, limpieza interna y

externa con chorro de agua a presión, limpieza con lija y grata en las zonas que



MELGAR TOLIMA.

133

presenten oxido, aplicación de anticorrosivo general interna y externamente.

Revisión y/o cambio de rodamientos y sellos de las bombas.

Bibliografía

Conagua. (2015). diseño funcional hidráulico -potabilizadora.

CONTROL, I. A. (agosto de 2015). Obtenido de

http://www.iacsl.es/sites/default/files/Ccanales.PDF Córdova, R. a. (s.f.).

Modernización del procesamiento del añil en el salvador. Salvador.

SOTO., J. T. (OCTUBRE de 2015). Obtenido de

http://www.panaidis.org/wpcontent/uploads/2015/10/Charla-43-

Sedimentadores-de-Alta-Tasa-aplicados-altratamiento-de-agua-potable.pdf

propuesta técnica y económica para el tratamiento y

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