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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO `UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO `INGENIERIA QUIMICAINGENIERIA QUIMICA
ASUNTOASUNTO: PROYECTOS DE : PROYECTOS DE AGUAS
PRESENTADO PORPRESENTADO POR::
LINO JHUNIOR MAMANI VELASQUEZ LINO JHUNIOR MAMANI VELASQUEZ
NORMA ALEJO MAMANI NORMA ALEJO MAMANI
CURSOCURSO : FORMULACION DE PROYECTOS INDUSTRIALES : FORMULACION DE PROYECTOS INDUSTRIALES
X SEMESTREX SEMESTRE
DOCENTEDOCENTE: : ING. TEOFILO DONAIRES FLORESING. TEOFILO DONAIRES FLORES
TRATAMIENTO DE AGUAS
PUNO PUNO * * PERÚPERÚ20132013
DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
1.- OBJETO:
-Establecer criterios para el diseño para las unidades de pre tratamientos y
acondicionando previo, tanque, aireador, desarenador, canal Parshall, mezclador rápido,
floculación, sedimentación, filtración, tanque de reposo, cloración, para sistemas de
abastecimiento de agua rural.
2.-APLICACIÓN: Del presente diseño será en sistemas rurales y pequeñas localidad como
distritos y centros poblados.
3.-CONSIDERACIONES GENERALES.
3.1.-Retratamiento y acondicionamiento previo.- El sistema de pre tratamiento es una
estructura auxiliar que debe preceder a cualquier sistema de tratamiento. Esta estructura
persigue principalmente los objetivos de reducir los sólidos en suspensión de distintos
tamaños que traen con sigo las aguas.
La mayoría de las fuentes superficiales de agua tiene un elevado contenido de materia en
estado de suspensión, siendo necesaria su remoción previa, especialmente en temporadas de
lluvia.
Los procedimientos de separación del material muy grueso se realizan o están relacionados
en las captaciones. Se considera como pre tratamiento y acondicionamientos previos en una
planta a unidades como aireación, desarenador, canal parshall, mezclador rápido, floculador,
y sedimentador.
En estas unidades se considera que las partículas de diferentes tamaños se comportan como
partículas discretas o aisladas.
3.2.-Información básica para el diseño.
a.- Caudal del diseño.- Las unidades en una planta de tratamiento serán diseñadas para
el caudal máximo diario.
b.- Calidad: El agua residual será tratado teniendo en cuenta todos los parámetros
fiscoquimicos, biológicos y bacteriológicos.
c.- Características del clima: Variaciones de temperatura y régimen de lluvias.
3.3.-Estudio de campo:
a) Estudios de fuentes: Aguas servidas de la población del distrito de Acora.
b) Zona de ubicación: Provincia de Puno; departamento de Puno.
c) coordenadas UTM: 19L/15º 53' 25"de latitud sur y 69º 33' 52" de longitud oeste, a una
altitud comprendida de 3,825 m.s.n.m.
d) Análisis del suelo: Suelo arcilloso.
e) Análisis de la calidad del agua: Agua servida.
3.4.- Alternativas de pre tratamiento, tratamiento y acondicionamiento previo:
La selección de los procesos dependerá de la calidad del agua, los riesgos sanitarios
involucrados, y la capacidad del distrito.
3.5.- Análisis de la calidad de agua de la fuente:
Los análisis requeridos para la selección de un sistema de tratamiento deben basarse como
mínimos, en los siguientes parámetros básicos de la calidad del agua.
- E. Coli, se acepta como alternativa de las bacterias coliformes fecales.
- Turbiedad.
En aquellos lugares donde se tenga evidencia de la existencia de sustancias nocivas o
metales pesados se deberán exigir los análisis respectivos.
3.6.- análisis de riesgo y vulnerabilidad de instalaciones:
Las instalaciones de tratamiento deben de ser diseñadas bajo un análisis de riesgo o
vulnerabilidad ante situaciones de desastres naturales y/o condiciones del entorno local a fin
de proteger la infraestructura y el servicio de agua desagüe y alcantarillado a la población.
a) Análisis de riesgo.- los diseños se deben contemplar los riesgos que conllevan las
amenazas mas frecuentes de fenómenos naturales y otros predominantes en la zona:
lluvias, sequías, sismos. Etc. Principalmente en cuanto a su ubicación.
b) Vulnerabilidad.- De las estructuras e instalaciones a:
- Crecidas e inundaciones.
- Periodos de sequía.
- Contaminación a la fuente.
- Intensidad y magnitud de los sismos.
- Erosión.
CONSIDERACIONES GENERALES DEL DISEÑOEl objetivo básico del diseño de una planta de purificación de agua es el de integrar, de la
manera más económica, los procesos y operaciones de tratamiento para que cuando sea
operada adecuadamente, pueda proveer sin interrupción del caudal del diseño y satisfacer los
requerimientos de calidad del agua. Por lo tanto la planta de purificación debe tener máxima
confiabilidad y flexibilidad, mínima operación y mantenimiento, y solamente los controles e
instrumentación indispensables.
Las condiciones locales predominantes determinan la importancia de los factores
previamente mencionados y su incidencia en cada diseño en particular. En general se
recomienda tener en cuenta, entre otros, los siguientes preceptos de diseño:
No existe un problema típico de diseño de una planta de purificación. En la práctica
los proyectos varían desde una pequeña adición a un sistema existente hasta el diseño
de un sistema completo.
Aunque la planta de tratamiento juega, en muchos casos el papel primordial en el
mejoramiento de la calidad del agua.
El ingeniero diseñador debe familiarizarse con todas las normas, leyes y
requerimientos oficiales aplicables al proyecto.
El tipo de tratamiento depende de la calidad de la fuente de suministro y de la calidad
deseada en el agua producida. Por lo tanto, una información adecuada sobre la fuente
es prerrequisito del diseño.
Cuando no existe información suficiente sobre el tratamiento de aguas servidas,
además de un programa de muestras y análisis, debe recogerse información
proveniente de plantas en operación de fuentes semejantes en el área.
En la selección del periodo del diseño de los componentes de la planta se debe tener
en cuenta la vida útil de la estructura y el equipo, la fabricación de expansión, la tasa
de crecimiento del área de servicio, etc.
Para la localización de la planta se debe tener en cuenta los siguientes aspectos: área
futura de servicio, costo bajo del terreno, ubicación con respecto a la laguna de
stabilizacion, topografía, disponibilidad de energía eléctrica, facilidades de acceso,
facilidad de disposición de residuos, actitud de la comunidad, defensa civil, belleza
natural y paisajística.
DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE
AGUAS RESIDUALESEn el diseño de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales buscamos combinar eficiencia
y economía de los procesos de tratamiento mediante procesos que requieren de muy poca
energía eléctrica, bajos costos operacionales, operación, facilidad en la operación y el
mantenimiento y alta eficiencia del proceso, debido a que utiliza un proceso anaerobio
basado en un sistema Imhoff modificado y un proceso aerobio mediante un filtro o
percolador biológico. Este sistema es una de las mejores alternativas para los municipios
Peruanos, ya que está en concordancia con la realidad económica de la región, debido a que
no requiere altos costos de operación y además permite utilizar operadores con bajo grado de
escolaridad, debido a su gran facilidad en la operación.
El diseño propuesto para la Planta de Tratamiento de
Aguas Polutas o Residuales cumple con los siguientes
principios ambientales:
a) El concepto de sostenibilidad en cuanto al ciclo del agua reconociendo su importancia
para la vida humana, la producción de alimentos y la Pesca.
b) Justicia social en cuanto a la equidad con respecto al uso del recurso hídrico para todas las
clases sociales. Es decir brindarle a la población que depende directamente del agua del río,
la oportunidad de disfrutar de una mejor calidad de agua, básica para sus cultivos, bebederos
de animales y uso humano
c) Un menor uso de energía eléctrica, la cual es costosa en nuestro país
d) Depuración del agua y reciclaje de la materia orgánica (abono a partir de los lodos
orgánicos)
e) Eliminación de la transferencia de problemas en el espacio, el tiempo y las futuras
administraciones municipales, así como a la población en general
f) Eliminación o reducción en la degradación de los recursos hídricos y del suelo a largo
plazo.
g) La integración de las actividades humanas preferentemente dentro de los ciclos
hidrogeológicos, es decir, ayudar a la naturaleza a su pronta biodegradación de la materia
orgánica, depuración de las aguas, recuperación de suelos y saneamiento de los ecosistemas.
ETAPAS DEL PROCESO DE TRATAMIENTO DEL AGUA
RESIDUALEl tratamiento del agua se ha dividido en cuatro etapas:
Tratamiento Primario: Consiste básicamente en una etapa preliminar como lo es la
medición del caudal y posteriormente se procede a retirar materiales flotantes o pesados que
comúnmente vienen en las aguas residuales y que disminuyen la eficiencia del tratamiento
tales como plásticos, papeles, arenas y demás sólidos no orgánicos, que solo ocasionan
daños al proceso. Los residuos que realmente interesan para el proceso son los de tipo
orgánico (heces fecales, residuos de alimentos, etc). Estos son:
a) Medición de caudal (Canaleta Parshall)
b) Desarenado
Tratamiento Secundario: Consiste en la biodegradación de la materia orgánica a través de
la combinación de procesos anaerobios y aerobios para que se generen las bacterias
responsables de realizar la descomposición y asimilación de los nutrientes provenientes del
agua residual y consecuentemente la reducción de la contaminación (medida como DBO y
DQO). Estos son:
a) Tanque imhoff modificado (Proceso Anaerobio)
b) Tanque de aireación
c) Filtro percolador aerobio (con recirculación)
Tratamiento Terciario: Consiste en acondicionar el agua para las condiciones ideales para
que se desarrolle la vida acuática superior (peces, tortugas, ranas, etc) y pueda ser
aprovechada por el hombre para sus cultivos, ganadería, recreación, aseo, alimentación y
demás usos del hogar.
a) Desinfección con Peróxido de Hidrógeno (H2O2)
b) Aireación final (en graderías)
Tratamiento de lodos: Consiste en acondicionar la recepción, filtrado, secado y
acondicionamiento de los lodos con el fin de evitar que éstos contaminen de nuevo el agua
depurada o la fuente hídrica en forma directa o indirecta. A través de este tratamiento se
hace posible el aprovechamiento de los lodos para la agricultura. Estos son:
c) Lecho de secado
d) Recirculación de lixiviados (al desarenador)
e) Compostaje.
Ejemplo representativo para una planta de tratamiento de aguas
residuales.
AIREACIÓNEn purificación y tratamiento de aguas se entiende por aireación al proceso mediante el cual
el agua es puesta en contacto íntimo con el aire con el propósito de modificar las
concentraciones de sustancias volátiles contenidas en ella. En resumen, es el proceso de
introducir aire al agua.
Las funciones más importantes de aireación son:
Transferir oxígeno al agua para aumentar en OD.
Disminuir la concentración de CO2.
Disminuir la concentración de H2S.
Remover gases como metano, cloro y amoniaco.
Oxidar hierro y manganeso.
Remover compuestos orgánicos volátiles.
Remover sustancias volátiles productoras de olores y sabores.
En tratamiento de aguas residuales la función más común del sistema de aireación es la de
transferir oxígeno al líquido, a las tasas requeridas para que el oxígeno no limite la
utilización de la materia orgánica y las funciones metabólicas de los microorganismos. La
aireación representa una de las operaciones de uso más intenso de energía en los sistemas de
tratamiento, mediante equipos de aireación difusa, equipos de turbina y aireadores
mecánicos.
En purificación de aguas se agrega oxígeno mediante aireación para la remoción de hierro y
manganeso principalmente. En plantas de ablandamiento se utiliza la aireación para remover
el CO2 antes de ablandar con cal. Aunque también se usa la aireación para la remoción de
olores y sabores causados por sustancias volátiles en el agua, en la mayoría de los casos la
aireación es poco efectiva en la solución de dichos problemas.
La aireación cumple sus objetivos de purificación del agua mediante arrastre o barrido de las
sustancias volátiles causado por la mezcla turbulenta del agua con el aire y por el proceso de
oxidación de los metales y los gases.
El agua aireada es más agradable al paladar; la aireación reduce el nivel de CO2 hasta unos
4,5 mg/L, pero la corrosión sólo se previene si la alcalinidad del agua excede de 100 mg/L.
Los principales aireadores, utilizados comúnmente en la purificación de aguas de pozos, son
de los de toberas, cascadas, canales inclinados y aireadores de bandejas. En aguas residuales
se utilizan aireadores por difusores y aireadores mecánicos superficiales o sumergidos.
FUNDAMENTO: Todo soluto tiende a difundirse en una solución hasta que la
composición se hace homogénea. La tasa a la cual un soluto se difunde a través de un área
transversal uniforme depende de su tamaño y forma molecular así como la gradiente de
concentración de las sustancias.
Una sustancia se mueve espontáneamente de una zona de alta concentración a una zona de
baja concentración, por lo tanto, la concentración de las sustancias volátiles en el aire y en el
agua, así como la concentración de saturación, son factores que controlan la tasa a la cual se
efectuará el intercambio. Como las temperaturas altas aumentan la volatilidad de los
compuestos y disminuyen su valor de saturación, la aireación, para la remoción de
sustancias volátiles, es más eficiente en aguas cálidas que frías.
A la vez, la remoción, por aireación, de gases como el H2S, CO2 y NH3 es función del pH del
agua.
AIREADORES EN VERTEDERO: En este tipo de aireadores el agua se deja caer, en
láminas o capas delgadas, sobre uno o más escalones de concreto. El aireador de cascada
produce una pérdida de energía grande, pero es muy sencillo. Algunos autores como
Overman señalan que con una cascada de 40 cm de profundidad de suministro se puede
airear 9000m3/d de agua con remociones del 50 – 60% de CO2.
El aireador de cascada se diseña como una escalera; entre más grande sea el área horizontal
más completa es la aireación. La aireación ocurre en el área de salpicamiento en forma
similar a la que ocurre en un río turbulento; por ello se acostumbra colocar salientes, bloques
o vertederos con los extremos de los escalones.
La carga hidráulica de estos aireadores puede ser de 10 – 30 L/s.m2 u 864 – 2592 m/d, donde
la carga hidráulica es la relación entre el caudal aplicado y el área horizontal del aireador; la
altura de los escalones, de 20 – 40 cm, y la altura total, de 1 – 3 m.
La aireación en vertedero es factible cuando existe suficiente energía disponible, en ese caso
el sistema es económico, no se requiere energía adicional y el mantenimiento es sencillo. El
sistema de aireación con vertederos es más eficiente. Es posible mejorar la aireación creando
turbulencia, mayor relación de área/volumen.
En un vertedero la aireación ocurre durante la formación de la capa agua – aire en la cresta
del vertedero en caída libre. La transferencia de gases se mejora por enfriamiento y
salpicamiento en la superficie inferior de agua.
La aireación se efectúa mediante caídas de agua en escaleras, cascadas, chorros y también
aplicando el gas a la masa de agua mediante aspersión o burbujeo.
Se usa en la remoción de hierro y manganeso, así como también de anhídrido carbónico,
ácido sulfhídrico y sustancias volátiles, para controlar la corrosión y olores.
DESARENADOR
Tiene por objeto separar del agua servida la arena y partículas en suspensión gruesa, con el
fin de evitar se produzcan depósitos en las obras de conducción, proteger las bombas de la
abrasión y evitar sobrecargas en los procesos posteriores de tratamiento. El desarenado se
refiere normalmente a la remoción de las partículas superiores a 0,2 mm.
Diseño del desarenadorComponentes
Esta unidad se puede dividir en cuatro partes o zonas.
a) Zona de entrada
Tiene como función el conseguir una distribución uniforme de las líneas de flujo dentro de
la unidad, uniformizando a su vez la velocidad.
b) Zona de desarenación
Parte de la estructura en la cual se realiza el proceso de depósito de partículas por acción de
la gravedad.
c) Zona de salida
Conformada por un vertedero de rebose diseñado para mantener una velocidad que no altere
el reposo de la arena sedimentada.
d) Zona de depósito y eliminación de la arena sedimentada
Constituida por una tolva con pendiente mínima de 10% que permita el deslizamiento de la
arena hacia el canal de limpieza de los sedimentos.
Criterios de diseño- El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 a
16 años.
- El número de unidades mínimas en paralelo es 2 para efectos de mantenimiento. En
caso de caudales pequeños y turbiedades bajas se podrá contar con una sola unidad
que debe contar con un canal de by-pass para efectos de mantenimiento.
- La velocidad de paso por el vertedero de salida debe ser pequeña para causar menor
turbulencia y arrastre de material (Krochin,V=1m/s).
- La llegada del flujo de agua a la zona de transición no debe proyectarse en curva
pues produce velocidades altas en los lados de la cámara.
- La sedimentación de arena fina (d<0.01 cm) se efectúa en forma más eficiente en
régimen laminar con valores de número de Reynolds menores de uno (Re<1.0).
- La sedimentación de arena gruesa se efectúa en régimen de transición con valores
de Reynolds entre 1.0 y 1 000.
- La sedimentación de grava se efectúa en régimen turbulento con valores de número
de Reynolds mayores de 1 000.
- La descarga del flujo puede ser controlada a través de dispositivos como vertederos
(sutro) o canales Parshall (garganta).
Cuadro 1. Relación entre diámetro de las partículas y velocidad de sedimentación.
CANALETA PARSHALL
El aforador de flujo crítico más conocido es la canaleta Parshall, introducida en 1920 por
R.L. Parshall. En la figura se muestra esquemáticamente la canaleta, la cual consta de una
contracción lateral que forma la garganta (W), y de una caída brusca en el fondo, en la
longitud correspondiente a la garganta, seguida por un ascenso gradual coincidente con la
pared divergente.
El aforo se hace con base en las alturas de agua en la sección convergente y en la garganta,
leídas por medio de piezómetros laterales.
La introducción de la caída en el piso de la canaleta produce flujo supercrítico a través de la
garganta. La canaleta debe construirse de acuerdo con las dimensiones de la tabla 1. Para
satisfacer correctamente la ecuación de cálculo. La canaleta Parshall es auto limpiante, tiene
una pérdida de energía baja y opera con mucha exactitud en caudales bastantes variables,
requiriendo sólo una lectura de lámina de agua (H2O), en flujo libre.
La canaleta Parshall se nomina según el ancho de garganta. Las ecuaciones para el cálculo
del caudal se incluyen en la TABLA 2.
El tamaño de la canaleta se seleccionara teniendo en cuenta el efecto del ascenso en el nivel
del agua, el ancho del canal y la capacidad requerida. En general el ancho de la garganta
debe estar entre 1/3 y ½ del ancho del canal. Para que el flujo no sea sumergido, debido a
una elevación alta del agua, aguas debajo de la canaleta, y se presente una reducción de
velocidad que afecte la medida del caudal, puesto que la canaleta está calibrada para flujo
libre, se recomienda que la relación de sumergencia, , sea menor de 0,6 para canaletas de
garganta menos de 0,3 m, menor de 0,7 para canaletas de 0,3 m < W < 2,4 m y de menor de
0,8 para canaletas de 3m < W < 15 m.
El objetivo de la Canaleta Parshall es el de servir como estructura de aforo, es decir, permitir
medir el caudal de agua residual que ingresa diariamente con el fin poder llevar una
medición y a su vez un mejor control de los procesos.
La canaleta Parshall está constituida por tres partes fundamentales que son: la entrada, la
garganta y la salida. La entrada está formada por dos paredes verticales simétricas y
convergentes, el fondo es inclinado con pendiente ascendente 4:1.
Figura 1. Esquema general de una Canaleta Parshall
La garganta esta formada por dos paredes verticales paralelas, el fondo es inclinado con una
pendiente descendente 2,67:1, la distancia de la sección de la garganta determina el tamaño
del medidor y se designa por W. La salida está formada por dos paredes verticales
divergentes y el fondo es ligeramente inclinado con una pendiente ascendente de 17,9:1
En la canaleta parshall se pueden presentar dos tipos de flujo. Un flujo a descarga libre para
lo cual es solo necesario medir la carga Ha para determinar el caudal; un flujo en que se
presenta la sumersión o ahogamiento para el cual se toman las cargas Ha y Hb. (Ver figura)
MEZCLADORMEZCLA RÁPIDA: La mezcla rápida es una operación empleada en el tratamiento del
agua con el fin de dispersar diferentes sustancias químicas y gases, en las plantas de
purificación de agua el mezclador rápido tiene generalmente el propósito de dispersar rápida
y uniformemente el coagulante a través de toda la masa o flujo de agua.
La mezcla rápida puede efectuarse mediante turbulencia, provocada por medios hidráulicos
o mecánicos, tales como: resaltos hidráulicos de canales, canaletas Parshall, vertederos
rectangulares, tuberías de succión de bombas, mezcladores mecánicos en línea, rejillas
difusoras, chorros químicos y tanques con equipo de mezcla rápida.
En los mezcladores hidráulicos la mezcla es ejecutada como resultado de la turbulencia que
existe en el régimen de flujo; en los mecanismos la mezcla es inducida a través de
impulsores rotatorios del tipo de hélice o turbina.
Los de hélices semejantes a las hélices de barcos, generan corrientes axiales fuertes que crea
gran intensidad de mezcla y se han usado para mezclas de alta velocidad con rotaciones de
hasta 2000 revoluciones por minuto. Los impulsores de paletas generan principalmente
corrientes radiales y tangenciales, y son más usados en floculación con velocidades
rotacionales bajas, 2 – 150 RPM debido a la mayor área expuesta al agua.
El término turbina se aplica, indistintamente, a una variedad de formas de impulsores;
generalmente consiste en varias aletas rectas montadas verticalmente sobre una placa plana,
aunque también se usan las aletas curvas.
La rotación se hace a velocidades moderadas y las corrientes generadas son principalmente
de dirección radial y tangencial.
MEZCLADORES RÀPIDOS HIDRÀULICOS:
Los mezcladores rápidos hidráulicos se utilizan cuando se dispone de suficiente cabeza o
energía en el flujo de entrada. En general se utilizan resaltos hidráulicos, canaletas Parshall,
tubos vénturi, dispersores de tubos perforados y tanques con bafles, para disipar energía en
turbulencia y aprovecharla para la mezcla del coagulante.
El mezclador hidráulico tiene la ventaja de no requerir equipo mecánico, consideración muy
importante en el diseño de plantas para lugares en los que no se dispone de personal
capacitado para mantenimiento ni de suministro apropiado de repuestos.
COSIDERACIONES DEL DISEÑO:
La eficiencia del proceso depende básicamente de la relación entre los mecanismos de
coagulación predominantes, los parámetros de mezcla rápida y las condiciones químicas de
dosificación.
Se ha demostrado que los parámetros de mezcla: gradiente de velocidad (G) y tiempo de
retención (T), son importantes para optimizar el proceso cuando el mecanismo de
coagulación predominante es el de adsorción; si el mecanismo de coagulación es el de
barrido, los parámetros de mezcla son indiferentes. Para la coagulación por barrido, son más
importantes las condiciones químicas para la rápida precipitación de los hidróxidos amorfos.
Estudios recientes indican que con partículas del orden de 3 cm, la tasa de desestabilización
mínima ocurre dentro de un rango de gradientes de velocidad de 1,500 s-1 a 3,500 s-1. Se
obtiene una máxima eficiencia, dependiendo de la calidad del agua y del tipo de mezclador,
con gradientes de 700 s-1 a 1,000 s-1 y de 3,500 s-1 a 5,000 s-1. Gradientes de velocidad
mayores retardan la formación del floculo.
Asimismo, las unidades de mezcla que producen gradientes de velocidad altos y tiempos de
retención instantáneos, como los del tipo de resalto hidráulico y mezcladores en línea,
optimizan el proceso con aguas que coagulan predominantemente por adsorción, mientras
que los retromezcladores o mezcladores mecánicos que son totalmente ineficientes con este
tipo de aguas, son eficientes con aguas que coagulan por barrido.
Figura: Unidades de mezcla mecánica - retromezclador
Figura: Unidades de resalto hidráulico Figura : Mezclador hidráulico en línea inyector
FLOCULADOR
El término floculación se refiere a la aglomeración de partículas coaguladas en partículas
floculentas; es el proceso por el cual, una vez desestabilizado los coloides, se provee una
mezcla suave de las partículas para incrementar la tasa de encuentros o colisiones entre ellas
sin romper o disturbar los agregados preformados.
De la misma manera que la coagulación, la floculación es influenciada por fuerzas químicas
y físicas tales como la carga eléctrica de las partículas, la capacidad de intercambio, el
tamaño y la concentración del floculo, el pH, la temperatura del agua y la concentración de
los electrolitos. En partículas muy pequeñas el movimiento browniano provee cierto grado
de transporte de ellas, creando la floculación pericinética, pero en partículas grandes el
movimiento browniano es muy lento y se requiere algún mecanismo de transporte que
induzca la colisión de las partículas creando la floculación ortocinética.
Teniendo en cuenta que la influencia y magnitud del efecto de cada uno exactamente, es
importante conocer el comportamiento del agua mediante ensayos de jarras o experiencias
previas en plantas de tratamiento de agua.
En la floculación, una vez introducido y mezclado el coagulante, las partículas diminutas
coaguladas son puestas en contacto una con la otra y las demás partículas presentes,
mediante agitación lenta prolongada, floculación, durante la cual las partículas se aglomeran,
incrementan su tamaño y adquieren mayor densidad. El floculador es por lo tanto un tanque
con algún medio de mezcla suave y lenta, con un tiempo de retención relativamente
prolongado.
FLOCULADORES
Se acostumbra clasificar los floculadores en mecánicos e hidráulicos. Una clasificación más
amplia podría ser realizada en base a la expresión CGT, que representa el mejor proceso.
De acuerdo a esa expresión, una determinada floculación se logra manteniendo una dada
concentración de flóculos o aplicando un gradiente de velocidad al agua, o a través de una
combinación de ambos. De este modo se clasifica a los floculadores en:
• Floculadores de contacto de sólidos o en manto de lodos.
• Floculadores de potencia o de disipación de energía (hidráulica, mecánica o neumática).
Los floculadores de contacto de sólidos o de manto de lodos son controlados por la
concentración de sólidos C. Como ésta varía continuamente es necesaria una atención
constante del operador.
En los floculadores de potencia, las partículas son arrastradas con el agua en el flujo a través
del tanque de floculación, no teniendo prácticamente influencia la concentración de sólidos
siendo los gradientes normalmente prefijados en el proyecto, pudiendo en algunos casos ser
ajustados por el operador. Conforme sea la forma de disipación de energía, se clasifican en
hidráulicos, mecánicos y neumáticos.
Los floculadores hidráulicos utilizan la energía hidráulica disponible a través de la pérdida
de carga en el canal o tanque de mezcla lenta. Los floculadores mecánicos y neumáticos
utilizan energía de una fuente externa, generalmente un motor eléctrico para los primeros y
un compresor o soplador de aire para los segundos.
Los criterios generales para el proyecto de floculadores de manto de lodos son los
siguientes:
• CGT entre 60 y 120
• C = 0,05 a 0,20, más comúnmente C = 0,15
• Tiempo de floculación (depende de la profundidad del manto) 5 < T < 15 min.
• Gradiente de velocidad (depende de la concentración y densidad de los flóculos)
G < 5 s-1
• Profundidad del manto 1 < h < 3 m (media 2 m)
Para los floculadores de potencia los criterios son los siguientes:
• Energía aplicada: 1. 104 < GT < 1 . 105 (media 5 . 104), los valores más bajos para aguas
de alta turbiedad y los más altos para aguas de baja turbiedad y G entre 70 a 10 s-1 (media
30 s-1)
• Tiempo de floculación: 20 a 30 minutos cuando el proceso que sigue es la decantación; 10
a 20 minutos, para la flotación y/o para la filtración directa.
• Profundidad del agua: 2,5 a 5 m
• Número de compartimentos 6 en la floculación mecánica y neumática: de 2 a 6
(normalmente 3 ó 4)
CONSIDERACIONES DEL DISEÑO:
La agitación del agua, mediante mezcla hidráulica o mecánica, produce gradientes de
velocidad cuya intensidad controla el grado de floculación producido. El número de
colisiones entre partículas está directamente relacionado con el gradiente de velocidad. Se
puede determinar la potencia introducida al agua, necesaria para obtener un grado particular
de floculación, según un gradiente de velocidad específico.
Floculadores Hidráulicos
Los primeros floculadores utilizados para tratamiento del agua fueron canales, donde se
aprovechaba la energía hidráulica del agua en movimiento para la floculación. De este
modo, cualquier dispositivo que utilice la energía hidráulica disipada en el flujo del agua a
través de un tanque, canal o canalización, puede utilizarse como floculador hidráulico.
Los floculadores hidráulicos más utilizados han sido los de chicanas, de flujo horizontal o
vertical. En los primeros, el agua circula con un movimiento de ida y vuelta y en los
segundos, la corriente sube y baja sucesivamente contornando las diversas chicanas.
Otros tipos, tales como el floculador de flujo helicoidal y el denominado “Alabama” han
sido utilizados con éxito en pequeñas instalaciones. Además se debe citar el floculador en
medio poroso, que tuvo sus primeras aplicaciones en la India y en el
Brasil, en la década del 70 y recientemente fue perfeccionado en Francia y en los Estados
Unidos.
Las principales deficiencias de los floculadores hidráulicos señaladas en la literatura técnica
han sido:
• La falta de flexibilidad para responder a cambios en la calidad del agua.
• La hidráulica y los parámetros de floculación – tiempo de floculación y gradientes de
velocidad – son función del caudal y no se regulan independientemente o son de difícil
ajuste.
• La pérdida de carga puede ser significativa.
• La limpieza es generalmente difícil.
Por estas razones, los floculadores hidráulicos casi cayeron en desuso, prefiriéndose los
tanques de floculación mecánicos. Sin embargo, la experiencia ha demostrado que la
eficiencia de floculadores hidráulicos puede ser superior a la de otros tipos de
floculadores, aun con tiempos de floculación relativamente cortos, de 10 ó 15 minutos.
La principal razón de tal circunstancia radica en que, los tanques de floculación mecánica
están sujetos a cortocircuitos y zonas muertas, prácticamente inexistentes en los canales de
floculación hidráulica.
Por otro lado, si consideramos el número de Camp como el parámetro más significativo en
el proceso de floculación, el floculador hidráulico no es tan poco flexible como puede
suponerse. Al contrario, como se ve en la Figura 2, en términos del número de Camp, el
floculador hidráulico es menos sensible a las variaciones de caudal que el mecánico. En un
floculador hidráulico, el gradiente de velocidad varía con el caudal en la potencia 1,5.
Figura 2. Comparación entre la variación del Número de Campo con el caudal entre un floculador hidráulico y uno mecánico
La variación correspondiente del número de Camp, Ca = GT, es mucho menor:
Con una selección adecuada de los gradientes de velocidad, los floculadores hidráulicos se
vuelven más flexibles a las variaciones de caudal. Considerando los límites máximos de 75
s-1 en la entrada y 10 s-1 en la salida de los floculadores, estos límites no serían superados
para una variación de ± 50% del caudal nominal, si se han fijado gradientes entre 40 y 20 s-
1.
SEDIMENTADORSimilar objeto al desarenador pero correspondiente a la remoción de partículas inferiores a
0,2 mm y superiores a 0,05 mm.
La selección de los procesos dependerá de la calidad del agua, los riesgos sanitarios
involucrados, y la capacidad de la comunidad. Normalmente las plantas de tratamiento de
agua en el medio rural utilizan los desarenadores y sedimentadores convencionales.
En los casos donde la calidad del agua lo requiera y las características de la comunidad lo
permitan se utilizarán sedimentadores laminares, que por su mayor complejidad
constructiva, además del cuidado de la operación y mantenimiento es más recomendable
para zonas rurales donde se pueda contar con mano de obra calificada.
Existe la posibilidad en caso de ser necesario, el acondicionamiento de placas o láminas en
sedimentadores convencionales a fin de mejorar su eficiencia, transformándolos en
sedimentadores laminares con la ventaja de contar con una mayor área de sedimentación por
metro cuadrado de superficie.
COMPONENTES:
a) Zona de entrada
Estructura hidráulica de transición, que permite una distribución uniforme del flujo dentro
del sedimentador.
b) Zona de sedimentación
Consta de un canal rectangular con volumen, longitud y condiciones de flujo adecuados para
que sedimenten las partículas. La dirección del flujo es horizontal y la velocidad es la misma
en todos los puntos, flujo pistón.
c) Zona de salida
Constituida por un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la finalidad de
recolectar el efluente sin perturbar la sedimentación de las partículas depositadas.
d) Zona de recolección de lodos
Constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados, y una tubería
y válvula para su evacuación periódica.
Criterios de diseño
- El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 a 16 años.
- El número de unidades mínimas en paralelo es de dos (2) para efectos de mantenimiento.
- El periodo de operación es de 24 horas por día.
- El tiempo de retención será entre 2 - 6 horas.
- La carga superficial será entre los valores de 2 - 10 m3/m2/día.
- La profundidad del sedimentador será entre 1,5 – 2,5 m.
- La relación de las dimensiones de largo y ancho (L/B) será entre los valores de 3 - 6.
- La relación de las dimensiones de largo y profundidad (L/H) será entre los valores de 5 -
20.
- El fondo de la unidad debe tener una pendiente entre 5 a 10% para facilitar el
deslizamiento del sedimento.
- La velocidad en los orificios no debe ser mayor a 0,15 m/s para no crear perturbaciones
dentro de la zona de sedimentación.
- Se debe aboquillar los orificios en un ángulo de 15° en el sentido del flujo.
- La descarga de lodos se debe ubicar en el primer tercio de la unidad, pues el 80% del
volumen de los lodos se deposita en esa zona.
- Se debe efectuar experimentalmente la determinación del volumen máximo que se va a
producir.
- El caudal por metro lineal de recolección en la zona de salida debe ser igual o inferior a 3
l/s.
- Se debe guardar la relación de las velocidades de flujo y las dimensiones de largo y altura.
- La sección de la compuerta de la evacuación de lodos (A2) debe mantener la relación.
Donde t es el tiempo de vaciado.
- La ubicación de la pantalla difusora debe ser entre 0,7 a 1,00 m de distancia de la pared de
entrada.
- Los orificios más altos de la pared difusora deben estar a 1/5 o 1/6 de la altura (H) a partir
de la superficie del agua y los más bajos entre 1/4 ó 1/5 de la altura (H) a partir de la
superficie del fondo.
FILTRACION LENTALa filtración lenta en arena (FLA) es el sistema de tratamiento de agua más antiguo del
mundo. Copia el proceso de purificación que se produce en la naturaleza cuando el agua de
lluvia atraviesa los estratos de la corteza terrestre y forma loa acuíferos de ríos subterráneos.
El filtro lento se utiliza principalmente para eliminar la turbiedad del agua, pero si se diseña
y opera convenientemente puede ser considerado como un sistema de densificación del
agua.
A diferencia de la filtración rápida en arena, en la que los microorganismos se almacenan en
los intersticios del filtro hasta que se vierten nuevamente en la fuente por medio del retro
lavado, la FLA consiste en un conjunto de procesos físicos y biológicos que destruye los
microorganismos patógenos del agua. Ello constituye una tecnología limpia que purifica el
agua sin crear una fuerte adicional de contaminación para el ambiente.
Básicamente, un filtro lento consta de una caja o tanque que contiene una capa
sobrenadante del agua que se va a desinfectar, un lecho filtrante de arena, drenaje y un juego
de dispositivos de regulación y control.
Propiedades y descripción de la desinfección mediante filtración lenta
El filtro lento se caracteriza por ser un sistema sencillo, limpio y a la vez eficiente para el
tratamiento de agua. Comparado con el filtro rápido, requiere de área
Más grande para tratar el mismo caudal y, por lo tanto, tiene mayor costo inicial. Sin
embargo, su simplicidad y bajo costo de operación y mantenimiento lo convierte en un
sistema ideal para zonas rurales y pequeñas comunidades, teniendo en cuenta además que
los costos por aérea de terreno son comparativamente menores en estas zonas.
La filtración lenta, como se ha mencionado, en un proceso que se desarrolla en forma
natural, sin la aplicación de ninguna sustancia química, pero requiere un buen diseño, así
como una apropiada operación y cuidadosa mantenimiento para no afectar el mecanismo
biológico del filtro ni reducir la eficiencia de remoción microbiológica.
Huisman y Wood describieron en 1974 el método de desinfección por medio de la filtración
lenta. Como la circulación del agua cruda a baja velocidad a través de un manto poroso de
arena. Durante el proceso, las impurezas entran en contacto con la superficie de las
partículas del medio filtrante y son retenidas, desarrollándose adicionalmente procesos de
degradación química y biológica que reduce la materia retenida a formas mas simples, las
cuales son llevadas en solución o permanecen como material inerte hasta un subsecuente
retiro o limpieza.
El agua cruda que ingresa a la unidad permanece sobre el medio filtrante tres a doce horas,
dependiendo de la velocidad de filtración adoptadas. En ese tiempo, las partículas mas
pesadas que se encuentran en suspensión se sedimentan a las partículas mas pesadas que se
encuentran en suspensión se sedimentan y las partículas mas ligeras se pueden aglutinar, lo
que facilita su remoción posterior.
Durante el día bajo la influencia solar, se produce el crecimiento de algas, las cuales
absorben bióxido de carbono, nitratos, fósforos y otros nutrientes del agua para formar
material celular y oxigeno. El oxigeno así formado se disuelve en el agua, entra en reacción
química con la impureza orgánicas y hace que estas sean más asimilables por el
microorganismos.
En la superficie del medio filtrante se forma una capa constituida por material de origen
orgánico, conocido con el nombre de “Schmtzdecke” o “piel de filtro”, a través de la cual
tiene que pasar el agua antes de llegar al propio medio filtrante.
El Schmtzdecke o capa biológica esta formado principalmente por algas y otras numerosas
formas de vida, como plankton, diatomeaa, protozoarios, rotíferas y bacterias. La acción
intensiva de estos microorganismos atrapa, digiere y degrada la materia orgánica contenida
en el agua. Las algas muertas, así como las bacterias vivas del agua cruda son también
consumidas en este proceso. Al mismo tiempo que se degradan los compuestos nitrogenados
se oxigena el nitrógeno. También se remueve algo de color y una considerable proporción de
partículas inertes en suspensión es retenida por cernido.
Una vez que el agua pasa a través de Schmtzdecke, entra al lecho filtrante y es forzoso
atravesarlo en un proceso que normalmente toma varias horas y en el que se desarrollan
diversos procesos físicos y biológicos que constituyen el proceso final de purificación.
Mecanismos de la desinfección mediante filtración lenta
En el proceso de filtración lenta actúan varias fenómenos o mecanismos físicos similares a
los de las filtraciones rápidas previos al mecanismo biológico que desinfecta el agua,
algunos de los cuales hemos mencionado líneas arriba. Estos mecanismos son muy
importantes, dado que permiten la concentración y adherencia de las partículas orgánicas al
hecho biológico para su biodegradación.
A continuación se describe brevemente la función de cada uno de los mecanismos físicos o
de remoción que se produce en la filtración lenta, así como le mecanismo biológico
responsable de la desinfección.
1. Mecanismos de transporte
Esta etapa de remoción básicamente hidráulica ilustra los mecanismos mediante los
cuales ocurre la colisión entre las partículas y los granos de arena.
Estos mecanismos son: cernido, intercepción, sedimentación, difusión y flujo intersticial.
Cernido: en este mecanismo, las partículas de mayor tamaño que os intersticios
del material filtrante son atrapados y retenidas en la superficie del medio
filtrante.
Intercepción: mediante este mecanismo las partículas pueden colisionar con los
granos de arena.
Sedimentación: este mecanismo permite que las partículas sean atraídas por la
fuerza de gravedad hacia granos de arena, lo que provoca su colisión. Este
fenómeno se incrementan apreciablemente por la acción de fuerzas
electrostáticas y de atracción de masas.
Difusión: se produce cuando la trayectoria de las partículas es modificada por
micro variaciones de energía térmica en el agua y los gases disueltos en ella, lo
cual puede provocar su colisión con un grano de arena.
Flujo intersticial: este mecanismo se refiere a las colisiones entre partículas
debido a la unión y bifurcación de líneas de flujo que devienen de la tortuosidad
de los intersticios del medio filtrante. Este cambio continuo de dirección del flujo
crea mayor oportunidad de colisión.
2. Mecanismo de adherencia.
Este mecanismo es el que permite remover las partículas que, mediante los
mecanismos arriba describe, han colisionado con los granos de arena del medio
filtrante. La propiedad adherente de los granos de arena es proporcionada por la
acción de fuerza eléctrica, acciones químicas y atracción de masa así como por
película biológica que crece sobre ellos, y en la que se produce depredación de los
microorganismos patógenos por organismo de mayor tamaño tales como los
protozoarios y rotíferas.
3. Mecanismos biológicos de la desinfección.
Como se indico anteriormente, la remoción total de partícula en este proceso se debe
al efecto conjunto del mecanismo de adherencia y el mecanismo biológico.
Es necesario que para que el filtro opere como un verdadero “sistema de
desinfección” se haya producido Schmtzdecke vigoroso y en cantidad suficiente.
Solo cuando se ha llegado a un punto, el FLA podrá opera correctamente.
Entonces se dice que el filtro (o el manto) “esta maduro”
Al iniciarse el proceso, las bacterias depredadoras o beneficio transportadas por el
agua utilizan como fuente de alimentación el depósito de materia orgánica y pueden
multiplicarse en forma selectiva, lo que contribuye a la formación de la película
biológica del filtro. Estas bacterias oxidan la materia orgánica para obtener la energía
que necesitan para su metabolismo (desasimilación) y convierten parte de esta en
material necesario para su crecimiento (asimilación). Así, las sustancias y materia
orgánica muestra se convierten en materia viva. Los productos de la desasimilación
son llevados por el agua a profundidades mayores y son utilizados en otros
organismos.
El contenido bacteriológico esta limitado por el contenido de materia orgánica en el
agua cruda y es acompañado de un fenómeno de mortalidad concomitante, durante el
cual se libera materia orgánica para ser utilizadas por las bacterias en las capas mas
profundas y así sucesivamente.
De este modo, la materia orgánica degradable presente en el agua cruda se
descompone gradualmente en agua, dióxido de carbono y sales relativamente
inocuos, como sulfatos, nitratos y fosfatos (proceso de mineralización), los cuales
son descargados en el efluente de los filtros.
La actividad bacteriológica descrita es mas pronunciada en la parte superior del lecho
filtrante y decrece gradualmente con la profundidad y la disponibilidad de alimentos,
cundo se limpian las capas superiores del filtro se remueven las bacterias, siendo
necesarios un nuevo periodo de maduración del filtro hasta que se logre desarrollar
la actividad bacteriológica necesaria. A partir de 0,30 a 0,50m de profundidad, la
actividad bacteriológica disminuye o se anula (dependiendo de la velocidad de
filtración); en cambio, se producen reacciones bioquímicas que convierten a los
productos en degradación microbiológico (como aminoácidos) en amoniaco y a los
nitritos en nitratos (nitrificación).
Como el rendimiento del filtro lento depende principalmente del proceso biológico,
mientras la capa biológico esta desarrollándose, la eficiencia es baja y no debe
considerarse al FLA como un eliminador de materia orgánica, sino como un
mejorador de la calidad de agua, sobretodo de la turbiedad.
Subproductos de la desinfección mediante filtración lenta
Los subproductos del proceso de filtración lenta son sustancias naturales de
degradación biológica sin ninguna riesgo para la saluda, ya que el proceso no se
quiere sustancias químicas que reaccionen con materias disueltas en el agua.
En tal sentido, los subproductos de la filtración lenta son dióxido de carbono y sales
relativamente inocuas, como sulfatos, nitratos y fosfatos, además de un contenido
bajo de oxigeno disuelto. Estas condiciones pueden ser revertidas con un proceso de
aireación
CLORACIÓNEn la actualidad se considera que los procesos de desinfección del agua implican un
Tratamiento especializado, dirigido a la destrucción de los organismos perjudiciales o
indeseables. Clásicamente, los procesos de desinfección se han empleado con la finalidad de
destruir o inactivar los microorganismos patógenos y, muy especialmente, las bacterias de
origen intestinal.
Los principales factores que influyen sobre la eficacia de la desinfección son los siguientes:
- Tipo y concentración de los organismos que deben destruirse.
- Tipo y concentración del desinfectante.
- Tiempo de contacto.
- Características químicas y temperatura del agua que se va a tratar.
Para la desinfección del agua, se usan procedimientos físicos y químicos.
Como procedimientos físicos se emplean:
- Las ondas de frecuencia ultrasónica.
- La luz ultravioleta.
Como procedimientos químicos tenemos los procesos de:
- Ozonización.
- Acción oligodinámica de la plata.
- Cloración.
Sólo se emplean estos tres métodos entre las muchas sustancias químicas con carácter
antiséptico porque en las aguas de consumo humano sólo se pueden usar aquellas que
además de ser bactericidas enérgicos no comuniquen al agua olor, sabor o aspecto
desagradable y produzcan un agua inocua para el organismo.
La finalidad principal de la cloración es destruir las bacterias por la acción germicida del
cloro. También son importantes otros efectos secundarios como la oxidación del hierro, del
manganeso y de los sulfuros de hidrógeno y destrucción de algunos compuestos que
producen olores y sabores.
Acción bactericida del cloro y sus compuestos.
En la actualidad parece ser que la acción bactericida del cloro es de tipo físico-químico. La
relativa eficacia de los distintos agentes oxidantes es función de su velocidad de difusión a
través de la pared celular. Después de traspasada la pared celular, el compuesto tiene
capacidad para atacar al grupo enzimático, cuya destrucción provoca la muerte del
organismo. La rapidez de la desinfección con cloro es proporcional a la temperatura del
agua, de manera que, en igualdad de las demás condiciones, la eficacia de la cloración
aumenta con la temperatura, pero como en agua fría el cloro es más estable y permanece
durante más tiempo, se compensa hasta cierto punto la menor rapidez de la desinfección.
El cloro libre es más eficaz que el cloro combinado como agente bactericida. Según
experiencias realizadas se necesitan 25 veces más cloro combinado que cloro libre para un
mismo pH y temperatura del agua.
La eficacia de la desinfección con concentraciones de Cl2 puede expresarse mediante la
ecuación siguiente:
Cn . t = Cte
C = Concentración de Cl2
t = Tiempo de contacto
n = Coeficiente de dilución.
Demanda de cloro.
La demanda de cloro de un agua determinada es la cantidad de cloro necesaria para
reaccionar con la materia orgánica y las demás sustancias que contenga el agua y, equivale,
por tanto, a la diferencia entre la cantidad de cloro que se haya añadido y la cantidad de
cloro residual que está presente después de cierto tiempo de contacto.
CÁLCULOS PARA EL DISEÑO
TANQUE PRIMARIO: Es la fuente donde recogeremos el agua para luego pasar a los
diferentes procesos.
DISEÑO DEL TANQUE:
Q = V / t
Q = 850 =35.41
V = L*h*A
Aplicando Q = V/ t
V = Q*t
t = tiempo de retención (5 horas)
Hallando el volumen
V = (36 /h)*(5 horas)
V = 180
Largo: L = 10 m
Ancho: A = 4 m
Altura: h = 3 m
ESTIMACION Y PROYECCION POBLACIONAL
1.- determinamos el caudal
Q = 8500 personas * = 850000 * = 850
Tomando como consumo intercapita 100 L/día
Tasa de población de crecimiento 1.06
t AÑO POBLACION
DEMANDA OFERTA DEFICIT
(m3/d) (m3/d) (m3/d)
0 2008 8500 850 850 0
1 2009 8590 859 850 9
2 2010 8681 868 850 18
3 2011 8773 877 850 27
4 2012 8866 887 850 37
5 2013 8960 896 850 46
6 2014 9055 906 850 56
7 2015 9151 915 850 65
8 2016 9248 925 850 75
9 2017 9346 935 850 85
10 2018 9445 945 850 95
V = 945 m3/d = [1000m3/día]
DISEÑO DEL AIREADOR
Dimensiones de grada:
Ecuación propuesta en el manual de hidráulica (Pág. 408-361)
Para hallar la distancia máxima de la lamina de agua (Xe).
Hallamos la constante de distribución del agua
K =
K = constante (conociendo Q y el ancho)
K = ( )
K = 3,075* 10-4
K = 0, 00031 /s
= 0.042 --------- Dc = 0.042 (b)
Dc = 0.042*(4 m)
Dc = 0.168 m
D1 = 0.655*Dc ---------- D1 = 0.655*(0.168 m)
D1 = 0.11004 m
La velocidad del agua será:
Q = m/s
A = b * D1
A = 4 * 0.11004
A = 0.44
La distancia máxima a la que llega la lámina de agua será:
Hallando la huella mínima de agua será:
Hu=2Xe
Hu=0,29m
Hallando la contrahuella mínima:
DISEÑO DEL DESARENADOR
Se tiene como datos:
Caudal de Diseño: 9,83 l/s
Densidad relativa de la arena: 2,65
Diámetro de la partícula: 0,02 cm
Temperatura del agua: 20 °C
Entonces:
- De la tabla del anexo 2.
Viscosidad Cinemática (η) = 1.0105x10-2 cm2/seg.
Luego, de la fórmula:
Se tiene velocidad de sedimentación (Vs) = 3.55 cm/seg.
Comprobando el número de Reynolds:
Como en # de Re = 7,02 > 0,5, por lo tanto o se encuentra en la zona de la Ley de Stokes.
Término del diámetro:
Término de la velocidad de sedimentación:
Entonces volvemos a comprobar y obtenemos el # de Reynolds.
Entonces se encuentra en la zona de transición. (Ley de Allen).
Para determinar el coeficiente de arrastre:
Entonces la velocidad de sedimentación será:
De la grafica 3; asumimos una eficiencia del 75% de acuerdo con el gráfico adoptamos
un coeficiente de seguridad igual a 1,75.
Se determinan las dimensiones de largo, ancho y profundidad respetando el diseño:
Largo L = 2,5m
Ancho A = 0,25m
ProfundidadH = 0,20m
Volvemos a la gráfica 4. Y obtenemos el valor de f, de donde obtenemos
f = 0,027
Se determina la velocidad de desplazamiento:
Determinamos el periodo de retención:
Diseño de la canaleta Parshall:
Ancho de la garganta
De la tabla 2 (muestreos de aguas residuales)
Ancho de la garganta (cm) = 22,9cm
(Q) – capacidad (L/s) = 9,84 L/s
Canaleta de garganta = 22.9
Cálculo de la profundidad Ha (tabla 2)
Calculamos la profundidad Hb para la sumergencia máxima del 60%
Para la sumergencia del 60% el nivel del agua en la garganta será:
H=12cm
Por lo tanto la elevación de la cresta por encima del fondo del caudal es:
De la figura 2 (diagrama de pérdida de carga)
Si Q = 9,84 L/s
W = 22,9cm
h = 2,5cm
La profundidad de aguas arriba sobre el fondo del canal será:
H + h = 12 + 2,5
= 14,5cm
CALCULOS PARA EL DISEÑO DEL MEZCLADOR
CALCULO DE ALUMBRE QUE SE REQUIERE EN mg/L
Al2 (SO4)3.14 H2O + 3 Ca (HCO3) 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 14 H2O + 6
CO2
Al2 (SO4)3.14 H2O + 3 Ca (HCO3)
594 mg/L de alumbre ---------------3 * 100 mg/L de alcalinidad
X mg/L de alumbre ---------------290 mg/ L de alcalinidad
X mg/L de alumbre = 574.2 X mg/L de alumbre
CALCULO PARA UNA MEZCLA RAPIDA EN TURBINA;
1.- Hallando:
GTo =
GTo =
GTo = 552.87
2.- se adopta para un tiempo de contacto de 4 seg
Hallando la gradiente de la velocidad
G =
G =
G = 79.68 s-1
G = 80 s-1
Hallando el volumen de la cámara
V = (9.84*
V = 3.94*10-2 m3
3.- para una cámara cilíndrica las dimensiones recomendadas
Suponiendo:
= 3 ; = 3 ; se tiene H = D
= 3
D = 1.954 m
Por lo tanto
= = 0.6513m
4.- hallando la potencia
P = G2* *
P = (80seg -1) 2 * )
P = 0.253 Watts
Con una eficiencia de motor de 75 %
P =
P = 0.00034 k Watts
Se adopta un motor de 0.34 Watts
5.- hallando la velocidad de rotación
N =
N =
N = 0.0702 RPM
6.- las dimensiones serian
H = D = 1.954 m
W = = = 0.130 m
h = d = 0.6574
h = d = 0.66 m
e = = 0.1954 m
7.- Resumen del diseño
e
Wh
d
D
Diametro del impulsor:
= d
Altura del impulsor sobre el fondo
H = d
Ancho de la paleta del impulsor
V = d/5
Longitud de la paleta impulsor
R = d/4
Altura del fluido H = D
El numero de pantallas ; 4 montados verticalmente desde el fondo hasta la superficie
Ancho de las pantallas
E = D/10
DISEÑO DEL FLOCULADOR HORIZONTAL
DATOS:
Q = 850M3/D = 9,83 l7s
T = 473s
V = 0,20m/s
Recorrido total para el agua:
L = v *t
L =
L = 94,6s
L = <95m>
Determinar el volumen a mezclar con el floculante en el tiempo de 473s.
Q =
v = Q*t
Área transversal requerida de una canal en los tabiques:
Distancia mínima entre tabiques:
Si se toma el 45% del área de los tabiques:
De acuerdo al diseño el valor “d” es menor a 0,90m entonces se realiza la corrección
d<0,90m>
, según INSUPAL
El diseño de la profundidad o altura del reactor H* debe ser igual al nivel del H2O moj.
Un 30%.
H* = 1m + 0,30
H* = 1,30m
Así mismo en este punto consideramos espacios libres entre tabiques y la pared en el
tanque:
Según Alboreda = 1,5 a
e = 1,5 a
e =1,5 (0,0491)
e = 0,07365m
Determinar el ancho útil del reactor floculador:
H = 3D h = 1m
Ancho = 3m
Y por lo tanto el ancho útil será:
l = 3 – e
l = 3 – 0,07365
l = 2,93m
Determinar en número de canales:
Número de tabiques = N – 1
= 33 – 1
= 32 tabiques.
Longitud total del reactor (L*)
L* = (N) (ancho de cada canal) + (N – 1) (0,02)
L* = 33*0,0491 + (33 – 1) (0,02)
L* =2,26m
L* = <2,3m>
Ancho del reactor = 3m
Pérdida por fricción con el tanque según Manning
La pérdida adicional h:
H = hf + h
H = 0,1116 + 0,198
H = 0,3046m
Hallando la gradiente de velocidad:
DISEÑO DEL SEDIMENTADOR
CÁLCULOS PARA EL DISEÑO DEL SEDIMENTADOR:
1.-
Tiempo de retención = 2 horas.
Carga superficial = 20 m/dia
2.- Área superficial:
3.- Para un tanque rectangular:
4.- Profundidad:
5.- Profundidad del tanque:
6.- Velocidad de flujo:
Es menor a < 1,5cm/s >
7.- El área de flujo para una velocidad de paso de 1,5cm/s es:
Entonces el área tendrá 7 orificios de 10cm por 10cm.
8.- Longitud del vertedero de salida:
Para floculo de alumbre de 2L/s.m
C2 = a2+b2
C2 = 0,8342 + 102
C = 10,034
a`=3m
L = 10,034
e = 5cm
Si a = 3,76
a` = 3m
L = 10,03m
e = 5cm
90º ---------- 100%
X ----------- 2%
X = 18º
de una parte de L = 11,29/10 = 3,129m
CÁLCULOS PARA EL DISEÑO DEL FILTRADOR:
La filtración de la arena se utiliza con frecuencia y método muy robusto para separar los
sólidos suspendidos del agua. La filtracion media consiste en una capa múltiple de la arena
con una variedad en tamaño y gravedad específica. Los filtros de arena se pueden proveer en
diversos tamaños y ambos pueden ser manejados manualmente o de forma totalmente
automatica.
Aplicaciones para la filtracion de arena:
Preperacion de agua fria
tratamiento de aguas residuales
Produccion de agua potable
Filtracion en piscinas
Pre Filtracion para sistemas de membran a
Filtracion de agua gris o de superficie
CALCULOS:
Ley de Darcy
V=K
V=velocidad superficial
h = pérdida por fricción
L = profundidad de carga en el lecho
K = coeficiente de permeabilidad
Para el filtro lento:
- Área superficial del grano:
- tabla 6,5 de libro tratamiento de aguas residuales
De la ecuación:
De la ecuación
Aplicando la ecuación de Rose:
TANQUE DE REPOSO
El tanque de reposo tiene un motor hidráulico para la mezcla total y aireamiento:
Las dimensiones son de 10 X 10 X 10.
ANEXO Nº 3
