DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE

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DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE

YHON JAIRO SOLARTE DELGADO – 1124852592 JUAN DIEGO ROJAS - 1094928794

REVISADO POR: ING. Msc. GABRIEL LOZANO SANDOVAL TITULAR DE LA ASIGNATURA: TRATAMIENTO DE AGUAS

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

ARMENIA 2014

TRATAMIENTO DE AGUAS DISEÑO PTAP

Presentado por: YHON JAIRO SOLARTE – JUAN DIEGO ROJAS

TABLA DE CONTENIDO 1. 2.

INTRODUCCION ............................................................................................. 3 OBJETIVOS..................................................................................................... 4 2.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................. 4 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................ 4 3. DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DE DISEÑO Y CONSIDERACIONES GENERALES DE LA PLANTA ............................................................................... 5 4. DISEÑO PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE ......................... 6 4.1. UNIDAD DE AQUIETAMIENTO ................................................................... 6 4.2. UNIDAD DE DESARENACIÓN SECUNDARIA ........................................... 8 4.3. UNIDAD DE MEDICIÓN .............................................................................14 4.4. UNIDAD DE MEZCLA RÁPIDA (COAGULACIÓN) .....................................20 4.5. UNIDAD DE FLOCULACIÓN ......................................................................22 4.5.1. DISEÑO DE FLOCULADORES MECANICOS: ....................................23 4.5.2. FLOCULACIÓN HIDRÁULICA ..............................................................31 4.6. UNIDAD DE SEDIMENTACIÓN..................................................................36 4.6.1. DISEÑO CONVENCIONAL DE SEDIMENTACIÓN DISCRETA ...........36 4.6.2. SEDIMENTADOR DE ALTA TASA .......................................................39 4.7. UNIDAD DE FILTRACIÓN ..........................................................................50 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................76 6. BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................77

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1. INTRODUCCION El agua es uno de los elementos principales para garantizar la vida en el planeta, inclusive el ser humano requiere de ella para poder subsistir, pero no puede ser de cualquier tipo, ésta debe cumplir una serie de características que permitan su consumo como la potabilidad, que tenga un buen color, un buen olor, un buen sabor y que no contengan elementos patógenos ya que estos últimos son los que producen las enfermedades. El agua cuando llega de la fuente de abastecimiento presenta unas características físicas y químicas que quizás no garanticen las anteriores consideraciones, sin embargo existen un conjunto de estructuras hidráulicas construidas para tratar el agua cruda mediante procesos físico-químicos y biológicos, con el propósito de hacer el agua cruda para el consumo humano y otros usos en una comunidad o población a las cuales se le denominan Plantas de Tratamiento de Agua Potable. Estas plantas de tratamiento constan de una serie de unidades donde cada una desempeña una función en especial y permiten que el agua pase por los diferentes procesos para que al momento de salir de la estructura no genere afectación alguna. Estas unidades son: Unidad de aquietamiento, unidad de desarenación secundaria, unidad de medición, unidad de mezcla rápida (coagulación), unidad de floculación, unidad de sedimentación y unidad de filtración. En el presente documento se muestra el diseño de cada una de estas unidades a partir de un caudal de diseño dado.

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2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL  Realizar el diseño de una planta de tratamiento de agua potable a partir de un caudal de diseño dado

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Determinar las dimensiones de cada una de las unidades que compone una planta de tratamiento de agua potable.  Proporcionar las unidades que componen una PTAP acorde a los requerimientos normativos y las consideraciones de diseño.  Establecer mediante un plano la localización de cada estructura que compone la planta de tratamiento.

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3. DETERMINACIĂ“N DEL CAUDAL DE DISEĂ‘O Y CONSIDERACIONES GENERALES DE LA PLANTA El caudal de diseĂąo empleado para el diseĂąo de la Planta de Tratamiento de Agua Potable se establece a partir de los cĂłdigos de los estudiantes a partir de la siguiente expresiĂłn: đ?‘„đ??ˇđ?‘–đ?‘ đ?‘’Ăąđ?‘œ = (∑ 2 Ăşltimos dĂ­gitos cĂłdigo Estudiante 1 + 2 Ăşltimos dĂ­gitos cĂłdigo Estudiante 2) + 20 đ??żđ?‘ƒđ?‘†

DĂłnde: 2 Ăşltimos dĂ­gitos cĂłdigo YHON JAIRO: 92 2 Ăşltimos dĂ­gitos cĂłdigo JUAN DIEGO: 94 Por lo tanto: đ?‘„đ??ˇđ?‘–đ?‘ đ?‘’Ăąđ?‘œ = 92 + 94 + 20 đ?‘„đ??ˇđ?‘–đ?‘ đ?‘’Ăąđ?‘œ = 206 đ??żđ?‘ƒđ?‘†

Se piensa diseĂąar una PTAP tipo convencional la cual es de mayor ĂĄrea y sus estructuras son en su mayorĂ­a de concreto.

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4. DISEÑO PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE 4.1. UNIDAD DE AQUIETAMIENTO El sistema de aquietamiento es una unidad que permite mejorar las condiciones hidráulicas al inicio de la planta de tratamiento además de la reducción de la velocidad a la entrada y permitir aforar el caudal. La cámara de aquietamiento consta de una sección cuadrada, una entrada del flujo en la parte inferior y un dispositivo hidráulico para reducir velocidad. Para el diseño se debe tener las siguientes consideraciones de diseño:    

Velocidad ascensional: 4-10 cm/s Altura de la cámara 1 m ≤ h ≤ 2 m Tiempo de retención 30 s ≤ TR ≤ 60 s Velocidad de llegada del agua V < 0,3 m/s

A continuación se presenta el diseño del aquietador UNIDAD DE AQUIETAMIENTO Q Diseño(LPS)

Tr(s) Q(m3/s) Vol(L) Vol(m3) H(m)

206 50 0,206 10300 10,3

b(m)

1,8 0,5

A(m3)

5,7

L(m)

2,4

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SISTEMA DE MEDICION: Vertedero Rectangular Vel(m/s)

0,25

H(m)

0,37

SIN VERTEDERO A(m2) H(m) h´(m)

0,824 1,65 0,34

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4.2. UNIDAD DE DESARENACIĂ“N SECUNDARIA Los desarenadores son estructuras hidrĂĄulicas que tienen como funciĂłn remover las partĂ­culas de cierto tamaĂąo que ingresan en la captaciĂłn de agua. Los factores a tener en cuenta en el anĂĄlisis y el diseĂąo de un desarenador son la temperatura, la viscosidad del agua, el tamaĂąo de las partĂ­culas de arena a remover, la velocidad de sedimentaciĂłn de la partĂ­cula y el porcentaje de remociĂłn deseado. Los desarenadores deben cumplir que: ďƒ˜ ďƒ˜ ďƒ˜ ďƒ˜

Las partĂ­culas se toman como distribuidas uniformemente. El flujo alrededor de las partĂ­culas es laminar. Para un acueducto no debe pasar mĂĄs del QMD por el desarenador El vertedero de excesos debe evacuar el caudal en exceso al QMD.

Para el diseĂąo del desarenador se tiene: Datos de entrada: Caudal de diseĂąo: 35 (Lt/s) DiĂĄmetros de partĂ­culas a remover: 0.05 mm=0.005 cm Grado de remociĂłn: 75 % Viscosidad cinemĂĄtica (20°C): 0,01007 cm2/s Profundidad de sedimentaciĂłn: 1,5 m Peso especĂ­fico de la partĂ­cula: 2.65 gr/cm3 Deflectores: Sin deflectores RelaciĂłn largo ancho: 4:1 Velocidad de sedimentaciĂłn: đ?‘‰đ?‘ =

đ?‘‰đ?‘ =

đ?‘” đ?›žđ?‘ − đ?›ž ∗ ∗ đ?‘‘2 18 đ?‘Ł

981 2.65 − 1 đ?‘?đ?‘š ∗ ∗ 0.0052 = 0.22 ( 2 ) 18 0.01007 đ?‘

Tiempo de caĂ­da de la partĂ­cula:

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Teniendo en cuenta que la profundidad Ăştil en el desarenador es de 1.5 m el tiempo que tardarĂ­a la partĂ­cula en llegar al fondo es: đ?‘Ąđ?‘‘ = đ?‘Ąđ?‘‘ =

đ??ť đ?‘‰đ?‘

150 = 671,89 đ?‘ đ?‘’đ?‘” = 11.19 đ?‘šđ?‘–đ?‘› 0.22

Nota: El tiempo que tarda la partĂ­cula en llegar al fondo es de 671,89 segundos RelaciĂłn ∅/đ??­: Para establecer el tiempo de retenciĂłn hidrĂĄulico, primero se ingresa a la siguiente tabla (nĂşmero de Hazen) con el porcentaje de remociĂłn del 75% y con la condiciĂłn de que se emplearan deflectores deficientes o sin ellos, para encontrar la relaciĂłn ø/t RemociĂłn 50 %

Condiciones MĂĄximo teĂłrico Deflectores muy buenos Deflectores buenos Deflectores deficientes o sin ellos

Nota: La relaciĂłn

RemociĂłn 70 %

t

RemociĂłn 80%

RemociĂłn 87.5%

0.5

0.75

0.88

0.73

1.520

2.37

0.76

1.66 1.660

2.75

1.0

∅

RemociĂłn 75%

2.3

3.0

4.0

7.0

= 3,0, permitirĂĄ hallar el tiempo de retenciĂłn hidrĂĄulico.

Tiempo de retenciĂłn hidrĂĄulico: ∅ = td ∗ 3,0 (seg) ∅ = td ∗ 3,0 = 671,89 ∗ 3 = 2015,68 (seg) = 33,59 (min) = 0.56 (hr) Nota: el tiempo de retenciĂłn hidrĂĄulico debe ser mayor de 0.5 horas y menor a 4 horas, lo que indica que el periodo de retenciĂłn hallado cumple. Se determine el volumen del tanque:

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m3 đ?‘‰ = ∅ ∗ Q = 2015,68 (seg) ∗ 0.035 ( ) = 75.508 (m3 ) s Ă rea superficial del tanque đ??´=

đ?‘‰ 75,508đ?‘š3 = = 47 đ?‘š2 đ??ť 1,5đ?‘š

ComparaciĂłn del ĂĄrea requerida con la disponible: đ??´đ?‘&#x; =

đ??´đ?‘&#x; =

đ?‘„ đ?‘‘đ?‘–đ?‘ đ?‘’Ăąđ?‘œ đ?‘‰đ?‘

0,35đ?‘š3 /đ?‘ đ?‘” = 16,67 đ?‘š2 0,0021

Nota: el ĂĄrea calculada debe ser mayor a la requerida, 47 m2>16,67 m2, cumple. Dimensiones del desarenador đ??´

47đ?‘š2

Ancho (b): đ?‘? = √4 = √

4

= 3,43 đ?‘š

Largo (L): đ??ż = 4 ∗ đ?‘? = 4 ∗ 3,33 (đ?‘š) = 13,71 (đ?‘š) Carga Superficial: đ?‘ž=

đ?‘„ 0.035 đ?‘š3 đ?‘š3 = = 0.0007 2 = 60,33 2 đ??´đ?‘ 47 đ?‘š ∗đ?‘ đ?‘š ∗ đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ž

Nota: La carga superficial mĂĄxima es de 1000 (m3/(m2*dĂ­a)), por lo tanto esta carga superficial cumple con las condiciones maximas. Ya teniendo Vo = 0.0007 m/s se halla do

đ?‘‘đ?‘œ = √

đ?‘‰đ?‘œ ∗ 18 ∗ đ?‘Ł 0,07 ∗ 18 ∗ 0.01007 =√ = 0.0028 đ?‘š = 0.028 đ?‘šđ?‘š đ?‘”(đ?›žđ?‘ − đ?›ž) 981 ∗ (2.65 − 1)

Nota: Se puede remover partĂ­culas hasta de 0,028 mm ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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Velocidad de sedimentaciĂłn teĂłrica: đ?‘?đ?‘š đ?‘‰đ?‘ ∗ đ?‘Ąđ?‘‘ 0.21 đ?‘ ∗ 715đ?‘ đ?‘?đ?‘š đ?‘‰đ?‘œ = = = 0,07 ∅ 2143 đ?‘†đ?‘’đ?‘” đ?‘

RelaciĂłn de velocidades: đ?‘…đ?‘Ł =

0,21đ?‘?đ?‘š/đ?‘ đ?‘” =3 0,07đ?‘?đ?‘š/đ?‘ đ?‘”

Nota: En relación de velocidades para un porcentaje de remoción del 75% (OK) Velocidad Horizontal: �ℎ =

đ?‘„ đ?‘‰đ?‘œ ∗ đ??ż 0,0744 ∗ 13,71 đ?‘?đ?‘š = = = 0,68 đ?‘Š đ??ť 1,5 đ?‘

Nota: Velocidad horizontal mĂĄxima es 20*Vs=4.2 cm/s y dio 0,68 cm/s, cumple. Velocidad de arrastre: Depende del material a sedimentar 8∗đ??ž đ?‘‰đ?‘&#x; = √ ∗ đ?‘”(đ?›žđ?‘ − đ?›ž) ∗ đ?‘‘ đ?‘“ 8 ∗ 0.04 đ?‘?đ?‘š đ?‘‰đ?‘&#x; = √ ∗ 981 ∗ (2.65 − 1) ∗ 0.28 = 9,29 0.03 đ?‘ Nota: Vr > Vh; 9,29 cm/s > 0,68 cm/s, cumple. RelaciĂłn de Velocidad Horizontal con Velocidad de sedimentaciĂłn: đ?‘…=

0,68 đ?‘?đ?‘š/đ?‘ đ?‘” = 3,14 0,21 đ?‘?đ?‘š/đ?‘ đ?‘”

R=3,14 la relaciĂłn cumple puesto R<20 Velocidad horizontal mĂĄxima: đ?‘‰â„Ž. đ?‘šđ?‘Žđ?‘Ľđ?‘–đ?‘šđ?‘Ž = 20 ∗ 0,224

đ?‘?đ?‘š đ?‘?đ?‘š = 4,46 đ?‘ đ?‘” đ?‘ đ?‘”

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DISEĂ‘O DE ELEMENTOS DEL DESARENADOR SECUNDARIO: Vertedero de excesos: Para el diseĂąo del vertedero de excesos se emplea la ecuaciĂłn de Francis donde el ancho corresponde al ancho del desarenador. Altura del vertedero de excesos: 2

đ?‘„đ?‘‘đ?‘–đ?‘ đ?‘’Ăąđ?‘œ 3 đ??ť=( ) 1,84 ∗ đ?‘? 2

3 0,035 đ??ť=( ) 1,84 ∗ 3,43

đ??ť = 0,0313đ?‘š = 3,13đ?‘?đ?‘š Velocidad del Q excesos: đ?‘‰đ?‘’ =

đ?‘„ đ?‘‘đ?‘–đ?‘ đ?‘’Ăąđ?‘œ 0.035 đ?‘š3 /đ?‘ đ?‘” đ?‘š = = 0,326 đ??ťâˆ—đ?‘? 0.0313 ∗ 3,43 đ?‘

Nota: La velocidad del caudal de excesos debe ser superior a 0,3m/s por lo tanto estamos cumpliendo con la condiciĂłn Distancia (Xs): 2

4

đ?‘‹đ?‘ = 0.36 ∗ đ?‘‰đ?‘’ 3 + 0.60 ∗ đ??ť 7 = 0,25 đ?‘š = 25 đ?‘?đ?‘š Pantalla de salida: đ?‘ƒđ?‘&#x;đ?‘œđ?‘“đ?‘˘đ?‘›đ?‘‘đ?‘–đ?‘‘đ?‘Žđ?‘‘ =

đ??ť 1,5 đ?‘š = = 0,75 (đ?‘š) 2 2

đ??ˇđ?‘–đ?‘ đ?‘Ąđ?‘Žđ?‘›đ?‘?đ?‘–đ?‘Ž đ?‘Žđ?‘™ đ?‘Łđ?‘’đ?‘&#x;đ?‘Ąđ?‘’đ?‘‘đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘œ đ?‘ đ?‘Žđ?‘™đ?‘–đ?‘‘đ?‘Ž = 15 ∗ đ??ťđ?‘Ł = 15 ∗ 0,0307 = 0,47 (đ?‘š) Pantalla de entrada:

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𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 =

𝐻 = 0,75 𝑚 2

𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑞𝑢𝑖𝑒𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =

𝐿 = 3,43 𝑚 4

Almacenamiento de lodos: Relación longitud / prof. Lodos: 1/10 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 =

143,71 = 1,371 10

𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑎𝑑𝑝𝑡𝑎𝑑𝑎 = 1 𝑚 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑎 𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑎𝑑𝑎 = 0,8 𝑚 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑎 𝑐𝑎𝑚𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑞𝑢𝑖𝑒𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =

𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 =

𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 = 𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑒𝑛

𝐿 13,71 𝑚 = = 4,57 𝑚 3 3

2 ∗ 𝐿 2 ∗ 13,71 = = 9,14 𝑚 3 3

𝑃𝑟𝑓 𝑚𝑎𝑥 − 𝑝𝑟𝑓 𝑚𝑖𝑛 1,371 − 1,0 = = 0,1083 = 10,83% 𝑏 3,43 𝐿 3

= 𝐿

𝑃𝑟𝑓 𝑚𝑎𝑥−𝑝𝑟𝑓 𝑚𝑖𝑛 𝐷𝑖𝑠𝑡.𝑝𝑡𝑜 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑎 𝑐𝑎𝑚.𝑎𝑞𝑢𝑖

𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑒𝑛 2 3 =

=

𝑃𝑟𝑓 𝑚𝑎𝑥−𝑝𝑟𝑓 𝑚𝑖𝑛

= 𝐷𝑖𝑠𝑡.𝑝𝑡𝑜 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑣𝑒𝑟𝑡.𝑠𝑎𝑙𝑑

1,371−1 4,57

= 0,0812 = 8,12%

1,371−1,0 9,14

= 0,0406 = 4,06%

Cámara de aquietamiento: Dimensiones: 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 =

𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 =

𝐻 (1,5) = = 0,5 𝑚 3 3

𝐵 3,53 = = 1,177 𝑚 3 3

𝐿𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 = 1,00𝑚  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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Rebose de la cĂĄmara de aquietamiento: đ?‘„đ?‘’đ?‘Ľđ?‘?đ?‘’đ?‘ đ?‘œđ?‘ = đ?‘„đ?‘œ − đ?‘„ = (0,360 − 0,350) = 0,01 Longitud de excesos: 1m 2

Altura del Exceso: đ??ťđ?‘’ =

đ?‘„đ?‘’đ?‘Ľđ?‘?đ?‘’đ?‘ đ?‘œđ?‘ 3 ( 1,84∗1,0 )

Velocidad del exceso: �� =

đ?‘„đ?‘’đ?‘Ľđ?‘?đ?‘’đ?‘ đ?‘œđ?‘ đ??ťđ?‘Łâˆ—đ??żđ?‘’

= 0,031 đ?‘š =

0,01 0,0307∗1,0

= 0,33

đ?‘š đ?‘ đ?‘”

Longitud del alcance de la vena vertiente: 2

4

đ?‘‹đ?‘ = 0,36 ∗ 0,333 + 0,6 ∗ 0,0317 = 0,2543 đ?‘š Longitud de la cĂĄmara de rebose:

đ?‘? 3

(đ?‘?− ) 2

= 1,177 đ?‘š

4.3. UNIDAD DE MEDICIĂ“N Para la Unidad de mediciĂłn se diseĂąarĂĄ una CANALETA PARSHALL la cual permite aforar caudal y provocar mezcla rĂĄpida. La canaleta Parshall estĂĄ formada por un segmento de canal con cambio rĂĄpido de pendiente y constricciĂłn en el punto llamado garganta. Al comienzo de la canaleta el agua pasa por la profundidad crĂ­tica y debido al cambio de pendiente se acelera hasta crear un rĂŠgimen supercrĂ­tico que se convierte en un salto hidrĂĄulico al encontrar una pendiente negativa en la secciĂłn divergente de rĂŠgimen subcrĂ­tico; este salto hidrĂĄulico es el que se usa para la mezcla rĂĄpida. Dimensiones: W = TamaĂąo de la canaleta A = Longitud de la pared lateral de la secciĂłn convergente 2/3A = Distancia desde el final de la cresta hasta el punto de mediciĂłn B = Longitud axial de la secciĂłn convergente C = Ancho del extremo de aguas debajo de la canaleta D = Ancho del extremo de aguas arriba de la canaleta ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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E = Profundidad de la canaleta F = Longitud de la garganta G = Longitud de la sección divergente K = Diferencia de nivel entre el punto más bajo de la canaleta y la cresta M = Longitud del fondo de aproximación N = Profundidad de la depresión en la garganta debajo de la cresta P = Ancho entre los extremos de las paredes curvadas R = Radio de curvatura de las paredes curvas X = Distancia horizontal desde el punto más bajo de la garganta hasta el punto de medición Hb Y = Distancia vertical desde el punto más bajo de la garganta hasta el punto de medición Hb.

Para el diseño de la canaleta parshall es necesario tener en cuenta el caudal de diseño, los cuales definen las dimensiones de la misma:  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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Canaleta Parshall Caudal DiseĂąo LPS 206 Caudal DiseĂąo (m3/s) 0,206 Ancho de Garganta (m) 0,61

Teniendo en cuenta que el caudal de diseĂąo es de 206 LPS, la siguiente tabla presenta los rangos en los cuales es conveniente incluir este caudal y por consiguiente definir el ancho de garganta: TABLA 1. ancho de garganta de acuerdo al caudal de diseĂąo Ancho garganta Capacidad: L/seg In Cm Minimo Maximo 3" 7,6 0,85 53,8 6" 15,2 1,52 110,4 9" 22,9 2,55 251,9 1' 30,5 3,11 455,6 1,5' 45,7 4,25 696,7 2' 61 11,89 936,7 3' 91,5 17,26 1426,3 4' 122 36,79 1921,5 5' 152,5 62,8 2422 6' 183 74,4 2929 7' 213,5 115,4 3440 8' 244 130,7 3950 10' 305 200 5660

Se puede observar que la capacidad para el ancho de garganta escogido (2 ft), cubre el caudal de diseĂąo. Ahora es necesario conocer la altura Ha y verificar si la relaciĂłn Ha/k se encuentra dentro del rango 0,4 < Ha/W < 0,8. La determinaciĂłn del parĂĄmetro Ha que es el nivel de agua en la garganta de la canaleta, se determina por la expresiĂłn: đ?‘„ = đ??ž ∗ đ??ťđ?‘Žđ?‘› DĂłnde: Q es el caudal de diseĂąo K, n son constantes en funciĂłn del ancho de garganta Ha es el nivel del agua en la garganta ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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Los valores de K y n son determinados a partir de la siguiente tabla: Despejando la ecuación anterior, se obtienen los siguientes valores: TABLA 2. Valores del Exponente N y del Coeficiente K W n K 3" 1,547 0,176 6" 1,58 0,381 9" 1,53 0,535 1´ 1,522 0,69 1 1/2´ 1,538 1,054 2´ 1,55 1,426 3´ 1,566 2,182 4´ 1,578 2,935 5´ 1,587 3,728 6´ 1,595 4,515 7´ 1,601 5,306 8´ 1,606 6,101 Ha / W

0,4705133

Esto determina que una canaleta Parshall de un ancho de garganta de 2 ft cumple con los requerimientos iniciales, por lo tanto se puede continuar con los posteriores chequeos. La siguiente tabla muestra las dimensiones que tienen los medidores parshall en función de su ancho de garganta: W 3" 6" 9" 1' 1,5' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 10'

Cm 7,6 15,2 22,9 30,5 45,7 61 91,5 122 152,5 183 213,5 244 305

A 46,6 62,1 88 137,2 144,9 152,5 167,7 183 198,3 213,5 228,8 244 274,5

TABLA 2. Dimensiones tipicas de medidores parshall (cm). Ref: Jorge Arboleda Valencia. B C D E F G K 45,7 17,8 25,9 38,1 15,2 30,5 2,5 61 39,4 40,3 45,7 30,5 61 7,6 86,4 38 57,5 61 61 45,7 7,6 134,4 61 84,5 91,5 61 91,5 7,6 142 76,2 102,6 91,5 61 91,5 7,6 149,6 91,5 120,7 91,5 61 91,5 7,6 164,5 122 157,2 91,5 61 91,5 7,6 179,5 152,2 193,8 91,5 61 91,5 7,6 194,1 183 230,3 91,5 61 91,5 7,6 209 213,5 266,7 91,5 61 91,5 7,6 224 244 303 91,5 61 91,5 7,6 239,2 274,5 340 91,5 61 91,5 7,6 427 366 475,9 122 91,5 183 15,3

N 5,7 11,4 22,9 22,9 22,9 22,9 22,9 22,9 22,9 22,9 22,9 22,9 34,3

X 2,5 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6

Y 3,8 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6

Para determinar el ancho de la canaleta en la sección de medida es necesario emplear la siguiente expresión:  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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đ??ˇâ€˛ = 2 ∗ D' (m)

đ??ˇâˆ’đ?‘Š +đ?‘Š 3

1,008

A partir de este valor es posible determinar la velocidad de la secciĂłn D’ đ?‘‰đ??ˇâ€˛ = VD' (m/s)

đ??ˇâ€˛

đ?‘„ ∗ đ??ťđ?‘Ž

0,71204092

EnergĂ­a EspecĂ­fica: đ?‘‰đ??ˇâ€˛ 2 đ??¸=( ) + đ??ťđ?‘Ž + đ?‘ 2∗đ?‘”

E (m)

0,54185421

Para poder determinar la velocidad antes del resalto hidrĂĄulico se despeja la siguiente ecuaciĂłn: đ?‘‰1 3 − 2 ∗ đ?‘” ∗ đ?‘‰1 ∗ đ??¸ + 2 ∗ đ?‘„ ∗

đ?‘” =0 đ?‘Š

DĂłnde: Condiciones de la Garganta 2*g*E 10,6311795 2*Q*g/W 6,62577049 V1 (m/s) 2,88727593

De allĂ­ se obtiene đ?‘‰1 = 2,8872759 đ?‘š/đ?‘ Altura antes del resalto hidrĂĄulico â„Ž1 =

đ?‘„ đ?‘‰1 ∗ đ?‘Š ď€ Facultad de IngenierĂ­a

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h1 (m)

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0,11696316

Se prosigue a determinar el N° de Froude el cual permite obtener la altura en la salida de la canaleta. đ?‘ đ?‘“ = Nf

đ?‘‰1 √đ?‘” ∗ â„Ž1

2,69543733

Esto permite comprobar que en la entrada el flujo se encuentra en rĂŠgimen supercrĂ­tico. Condiciones de salida â„Ž2 = (

Altura despues del Salto. h2 (m)

Hb (m)

â„Ž1 ) ∗ (√1 + 8 ∗ đ?‘ đ?‘“ 2 − 1) 2

0,391192183

đ??ťđ?‘? = đ??ť2 − đ?‘?1 đ?‘?1 = đ?‘ − đ?‘Œ 0,238192183

Sumergencia S= Sumergencia

Hb 0,0699 = Ha 0,141 61%

La siguiente tabla muestra los valores de sumergencia mĂĄximo permitidos para los diferentes anchos de garganta.

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TABLA 3. Valores permitidos de sumergencia S Sumergencia Ancho garganta maxima In Cm permitida S 3" 7,6 50 6" 15,2 60 9" 22,9 60 1' 30,5 70 1,5' 45,7 70 2' 61 70 3' 91,5 70 4' 122 70 5' 152,5 70 6' 183 70 7' 213,5 70 8' 244 70 10' 305 80

Para la canaleta de 2’, el valor mĂĄximo de la sumergencia es del 70% por lo tanto la canaleta cumple con este requerimiento PĂŠrdida de carga â„Žđ?‘“ = đ??ťđ?‘Ž + đ?‘ − â„Ž2

Perdida de Carga. Hf (m)

0,12482093

4.4. UNIDAD DE MEZCLA RĂ PIDA (COAGULACIĂ“N) Para realizar la mezcla rĂĄpida para la coagulaciĂłn, existen 2 tipos de agitaciĂłn: AgitaciĂłn mecĂĄnica por medio de un eje normal al flujo con paletas o turbinas y la agitaciĂłn hidrĂĄulica como la canaleta Parshall, el salto hidrĂĄulico y los difusores. Para realizar la mezcla rĂĄpida de forma mecĂĄnica presenta inconvenientes en que se presenta un circuito corto en las zonas muertas. ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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La mezcla rĂĄpida por medios hidrĂĄulocos se realiza por medio de mezcladores de flujo o pistĂłn. La adiciĂłn del coagulante se hace pasar una masa de agua por un punto determinado donde se produzca una fuerte turbulencia. Se presentarĂĄ un diseĂąo de mezcla rĂĄpida tipo canaleta parshall para el cual tiene los siguientes datos de entrada: Datos de entrada Hb/Ha 0,700 Q(m3/s) 0,035 Ha(m) 0,141

El valor de Ha es obtenido del ancho de garganta de la canaleta parshall. Se sabe que: �=

đ??ťđ?‘? đ??ťđ?‘Ž

Para el ancho de garganta elegido la sumergencia es 0,7 Ăł 70%. Se calcula Hb. đ??ťđ?‘? = 0,7 ∗ đ??ťđ?‘Ž đ??ťđ?‘? = 0,143 (đ?‘š)

Una vez encontrado Hb, se calcula el valor de Hp con la siguiente expresiĂłn: đ??ťđ?‘? = đ??ťđ?‘Ž − đ??ťđ?‘? đ??ťđ?‘? = 0,061 (đ?‘š)

Se asume un periodo de retenciĂłn de 20 (s) đ??ťđ?‘? đ?‘‡đ?‘&#x; 0,042 đ?‘ƒ = 1000 ∗ 20 đ?‘ƒ = 1000 ∗

đ?‘ƒ = 2,115(đ?‘˜đ?‘” ∗ đ?‘š/đ?‘ )

Se encuentra el valor de G con la siguiente ecuaciĂłn: ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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đ?‘ƒđ?‘˘ đ??ş= √ đ?œ‡ đ??ş = 1449,36 đ?‘† −1

Se debe garantizar que 1000 đ?‘† −1 ≤ đ??ş ≤ 2000 đ?‘† −1 lo cual cumple esta condiciĂłn A continuaciĂłn se presenta las dimensiones y condiciones del canal Ăłptimo que asegura una excelente coagulaciĂłn Canal Optimo V(m/s) 0,3 A(m) 0,117 Y (m) 0,242 b (m) 0,483 Hc 0,242

DĂłnde los valores se determinan de: đ?‘„ =đ??´âˆ—đ?‘‰ đ??´ = 2đ?‘Œ 2 đ?‘? = 2đ?‘Œ

4.5. UNIDAD DE FLOCULACIĂ“N La floculaciĂłn es el proceso mediante el cual se busca aglomerar las partĂ­culas coaguladas para generar partĂ­culas floculentas (Floc), mediante una mezcla lenta. Para ello existen 2 clases de agitaciĂłn, una mecĂĄnica y otra hidrĂĄulica; la mecĂĄnica se logra a partir de un eje paralelo al flujo, un eje normal al flujo o un eje perpendicular al flujo y la hidrĂĄulica se logra por medio de tabiques con flujo ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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horizontal (Mamparas Horizontaes), tabiques con flujo vertical (Mamparas verticales) o floculadores de flujo helicoidal ya sea tipo Alabama o lecho de grava. El diseño de los floculadores se realiza a partir del ensayo de jarras realizado en un laboratorio. Para la unidad de floculación se presentarán 2 diseños, uno mecánico y uno hidráulico con el fin de determinar cuál es más conveniente. Sin embargo, se debe tener en cuenta que para caudales pequeños no es recomendable los floculadores mecánicos. 4.5.1. DISEÑO DE FLOCULADORES MECANICOS: Para el diseño de floculadores mecánicos se debe tener las siguientes normas o consideraciones de diseño: 1. La velocidad de la paleta más alejada 0.3 ≤ V ≤ 0.8 m 2. La distancia desde la rueda de paletas al fondo a las paredes laterales y a la superficie debe ser de 30 a 60 cm. As = B * H 3. El área de paletas en una sección transversal debe ser entre 10 - 25% del área de la sección transversal del tanque. Ap = (10 -25%) AST 4. La separación entre el borde de ruedas debe estar entre 60 - 100 cm. 5. 20 ≤ G ≤ 40 s-1; 21000 ≤ GT ≤ 100000 s-1 Se hace conveniente el diseño de mínimo 2 Unidades de floculación en caso de una que una de ellas falle.

IGUALACION DEL PARAMETRO G Laboratorio: Ap1, ∀1, N1, Ca1, TR1 Planta: Ap2, ∀2, N2, Ca2, TR2

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TRATAMIENTO DE AGUAS DISEĂ‘O PTAP

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Se diseĂąarĂĄ un floculador de eje normal al flujo con las siguientes condiciones iniciales: SISTEMA DE FLOCULACIĂ“N MECĂ NICA DE EJE A FLUJO NORMAL QD

206

LPS

T° r1 Ap1

20 0,02 0,0017 0,001

°C m m2 m3

∀1 (Jarra de 1 Litro)

Como se presentarĂĄn 2 unidades QD =

206LPS Caudal đ?‘š3 = = 103đ??żđ?‘ƒđ?‘† = 0,0103 2 No. de unidades de floculacion đ?‘

Con el valor de caudal es posible determinar el valor del volumen del tanque multiplicĂĄndolo por el tiempo de retenciĂłn. Se asume un tr de 30 min ∀2=

185,4

m3

Para evitar estructuras de rotaciĂłn muy grandes se deben instalar mĂ­nimo 2 ejes

Para poder determinar el NĂşmero de ejes, es necesario considerar las dimensiones del tanque. ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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Considerando que H y B deben guardar proporcionalidad, se asume: L= B=

15 m 5 m

Con esto es posible determinar la profundidad del tanque y el ĂĄrea superficial đ??´đ?‘ = đ??ż ∗ đ??ľ ∀= đ??´đ?‘ ∗ đ??ť H=

∀2 As

L= B=

15 5

m m

As ∀=As*H H=∀/As NĂşmero de ejes Espacios ( e ) øRP

75

m2

2,472 3 2,4 4,2

m

m

Definiendo que existen 2 ejes, y que los espacios miden 1,6 m se tiene que el diĂĄmetro del agitador es: ∅đ?‘…đ?‘ƒ =

(15 − 2,4) = 4,2 đ?‘š 3đ?‘’đ?‘—đ?‘’đ?‘

La estructura en planta del tanque diseĂąado es:

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TRATAMIENTO DE AGUAS DISEÑO PTAP

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Ancho de paletas

La configuración del perfil del tanque es la siguiente: N° de ruedas de paleta por cada eje B Espaciamiento entre Ruedas ANP

2 5 0,6 1,9

m m m

El detalle de las paletas es:  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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đ??ľâ€˛ = đ??´đ?‘ đ?‘ƒ ∗ đ?‘ đ?‘œ.đ?‘…đ?‘ƒ + đ?‘’ B=

6,2

m

Ahora se debe determinar el ĂĄrea superficial del tanque con el nuevo B encontrado đ??´đ?‘†đ?‘‡ = đ??ľ ′ ∗ đ??ť AST

15,3264

m2

El ĂĄrea de las paletas se debe garantizar que estĂŠ entre un 10% y un 25% del ĂĄrea superficial del tanque, se tomarĂĄ el 15%. ApST=(15%*AST) ApST=

2,29896

m2

Una vez determinada el ĂĄrea de la paleta se prosigue a determinar el espesor de una paleta (b) por medio de la expresiĂłn: đ?‘?=

đ??´đ?‘?đ?‘†đ?‘‡ đ?‘ ° đ?‘‘đ?‘’ đ?‘?đ?‘Žđ?‘™đ?‘’đ?‘Ąđ?‘Žđ?‘ ∗ đ??´đ?‘ đ?‘ƒ

b

0,151247368

m

Ahora determinamos el ĂĄrea total de las paletas:

ApT

6,89688

m2

Ahora determinamos los radios: ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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TRATAMIENTO DE AGUAS DISEÑO PTAP

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Radio más Alejado re2

2,024376316

m

re1

1,373128947

m

r2

1,698752632

m

Radio más cercano

Radio Promedio

DISEÑO PALETAS N°ruedas por paletas *c/eje 2 N° pal 4 Num ejes 3 Distancia entre paletas y paredes 0,6 Distancia entre borde de ruedas 0,8 øRP 4,2 Anp 0,6 % area paleta 15 As.tranversal 15,3264 Aps. Trasversal 2,29896 b. paleta 0,1512474 Ap. Trasversal 6,89688 re2 2,0243763 re1 1,3731289 Rprom 1,6987526

m m m m2 % m2 m2 m m2 m m m

Ahora se debe chequear las velocidades y los gradientes:  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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Ca1=

? 0,02 0,0017 0,001 0,08

r1 Ap1 ∀1 (Jarra de 1 Litro) B=(2*2r1) Ap1=B*b b B/b

m m2 m3 m

0,02125 3,764705882

De tabla:

Se obtiene la ecuaciĂłn de tendencia: đ??ľ 2 đ??ľ đ??śđ?‘Ž = 0,0005 ∗ ( ) + 0,0068 ∗ + 1,1526 đ?‘? đ?‘? Ca1 = 1.185 Ca1 Ca2 B/b Ca2

1,185 12,56220204 1,31693

Con las relaciones que se obtuvieron de la igualaciĂłn de G del laboratorio y de diseĂąo se obtiene N2

0,036211527

RPS

Para poder establecer la aceptaciĂłn del diseĂąo es necesario chequear que la velocidad de la paleta mĂĄs alejada debe estar en el rango 0,3<V<0,8 (m/s). V2e=

0,460593664

m/s

Lo cual cumple con la condiciĂłn.

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Se debe determinar un Vr de la paleta mĂĄs cercana y mĂĄs lejana, el cual es el 75% de la velocidad de la paleta que se estĂŠ analizando Velocidad paleta + lejana V2e=

0,4605937 m/s

Vr2=

0,3454452 m/s

Velocidad paleta + cercana V12=

0,3124194 m/s

Vr1=

0,2343146 m/s

La paleta mĂĄs alejada debe cumplir con el gradiente de velocidades el cual debe estar en el rango 20 s-1<G<40 s-1

Para calcular Pu se debe determinar la potencia del motor, el cual estĂĄ dado por la ecuaciĂłn P=51*Ca2*Ap2*(Vr1+Vr2)3 P= 12,527147 Kg.m/s

PU =

đ??ş=√

P = đ?‘ƒđ?‘˘ = 0,067568214 ∀

0,067568214 ≅ 25,12923861đ?‘ −1 0,000107

Cumple la condición de gradiente de velocidad Ademås debe cumplir que 21000 ≤G*TR ≤ 100000 G*Tr = 25,12923861*30*60 = 45232,62949 OK!! POTENCIA DE LA RUEDA P= 12,527147 Kg.m/s Pu= 0,0675682 -1 G= 25,1292 S GTR 45.233

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4.5.2. FLOCULACIĂ“N HIDRĂ ULICA Se realiza el diseĂąo de un floculador con tabiques de flujo horizontal, el cual debe de cumplir con las siguientes normas: ďƒ˜ ďƒ˜ ďƒ˜ ďƒ˜ ďƒ˜ ďƒ˜ ďƒ˜ ďƒ˜

La velocidad del primer tramo 0.2 ≤ đ?‘‰ ≤ 0.5 đ?‘š/đ?‘ La velocidad del Ăşltimo tramo 0.15 ≤ đ?‘‰ ≤ 0.2 đ?‘š/đ?‘ đ?‘‘ ≼ 1.5 ∗ đ?‘Ž Se debe diseĂąar por tramos (mĂ­nimo 3) (5-10-15-20) Los valores de G deben decrecer gradualmente 10 < G < 100 s-1 (GT)LAB ≈(GT)diseĂąo 8. La pĂŠrdida de energĂ­a por cambio de direcciĂłn se calcula asĂ­:

N = NĂşmero de Tabiques

ďƒ˜ 1 ≤ F ≤4 F: Factor de seguridad, generalmente este valor se toma igual a 3. ďƒ˜ 9. La pĂŠrdida por fricciĂłn se calcula asĂ­:

Consideraciones de diseĂąo Qd LPS

35

Espesor de tabique (cm)

10

Las dimensiones de las variables L, B, H, No., a serĂĄn supuestas Se diseĂąa 3 tramos c/u y 2 floculadores

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TRAMO

CANALES

N° DE TRAMOS

1

10

10

2

10

10

3

10

9

El caudal de diseĂąo de cada una de las unidades es de 17,5 LPS Inicialmente se supone una velocidad en el primer tramo de: V1=0.25 m/s el cual cumple la condiciĂłn de que 0,2≤V1≤0,5. Para hallar el ĂĄrea del primer tramo, se tiene la cuenta la ecuaciĂłn de continuidad: đ?‘„ = đ?‘‰âˆ—đ??´

đ?‘„

đ??´1 = đ?‘‰ =

0.0175 0.25

= 0,07 đ?‘š2

Si la profundidad del tanque floculador es H=1.0 m se halla la separaciĂłn de tabiques: đ??´ =đ??ťâˆ—đ?‘Ž đ?‘Ž = 0.07 đ?‘š Se halla la cabeza de velocidad del primer tramo: (đ?‘‰1 )2 0.252 = = 0.0032 đ?‘š 2 ∗ đ?‘” 2 ∗ 9.81 Suponemos la velocidad en el segundo tramo: V2=0.2 m/s Y aplicamos el mismo procedimiento anterior đ?‘„ = đ?‘‰âˆ—đ??´

đ?‘„

đ??´2 = đ?‘‰ =

0.0175 0.2

= 0,0875 đ?‘š2

Si la profundidad del tanque floculador es H=1,0 m đ??´ = đ??ťâˆ—đ?‘Ž

(�2 )2

→ � = 0,0875 �

2∗đ?‘”

0.202

= 2∗9.81 = 0.00204 đ?‘š

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Para el Ăşltimo tramo la velocidad debe de ser mĂĄs pequeĂąa, y cumplir con la condiciĂłn 0.15 ≤ đ?‘‰ ≤ 0.2 đ?‘š/đ?‘ por lo tanto se supone: V3=0.16 m/s Aplicando el procedimiento del primer tramo đ?‘„ = đ?‘‰âˆ—đ??´

đ?‘„

đ??´3 = đ?‘‰ =

0.0175 0.16

= 0,109375 đ?‘š2

Si la profundidad del tanque floculador es H=1,0 m đ??´ = đ??ťâˆ—đ?‘Ž

(�3 )2

→ � = 0.109375 �

2∗đ?‘”

0.132

= 2∗9.81 = 0.001304 đ?‘š

La separaciĂłn entre los tabiques y la pared es de 1,5*a, por lo tanto se tiene que: đ?‘‘ = 1.5 ∗ đ?‘Ž d1 (m)=

0,1050000

d2(m)=

0,1312500

d3 (m)=

0,1640625

Tomamos el mayor de los 3, es decir d= 0.1641 m. Se supone el ancho de cada tanque y se toma B = 5 m La longitud de los canales se determina mediante la expresiĂłn đ??ż = #đ??śđ?‘Žđ?‘›đ?‘Žđ?‘™đ?‘’đ?‘ ∗ đ?‘Ž + #đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘šđ?‘œđ?‘ ∗ đ?‘’đ?‘ đ?‘?đ?‘’đ?‘ đ?‘œđ?‘&#x; đ?‘‘đ?‘’đ?‘™ đ?‘Ąđ?‘Žđ?‘?đ?‘–đ?‘žđ?‘˘đ?‘’ L1 (m)=

1,700000000

L2 (m)=

1,875000000

L3 (m)=

1,993750000

La longitud total es đ??ż = đ??ż1 + đ??ż2 + đ??ż3 = 5,56875 đ?‘š Pero la longitud HidrĂĄulica đ??żđ??ťđ?‘–đ?‘‘ = đ??ż − đ?‘’đ?‘ đ?‘?đ?‘’đ?‘ đ?‘œđ?‘&#x; đ?‘Ąđ?‘Žđ?‘?đ?‘–đ?‘žđ?‘˘đ?‘’ ∑ #đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘šđ?‘œđ?‘

se

determina

por

medio

de

đ??żđ??ťđ?‘–đ?‘‘ = 5,56875 − 2,9 = 2,66875 đ?‘š ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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Volumen total: ∀= đ??ż ∗ đ??ľ ∗ đ??ť = 5 ∗ 2,66875 ∗ 1 = 13,34375 đ?‘š3 Se tiene que: ∀= đ?‘„ ∗ đ?‘‡đ?‘&#x; Por lo tanto el tiempo de retenciĂłn Tr đ?‘‡đ?‘&#x; =

∀ 13,34375 = = 762,5 đ?‘ = 12,7083 đ?‘šđ?‘–đ?‘› đ?‘„ 0,0175

Tiempo de retenciĂłn en cada tramo del floculador estĂĄ dado por đ?‘‡đ?‘&#x; đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘šđ?‘œ =

đ??żđ?‘˘ đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘šđ?‘œ ∗ đ?‘‡đ?‘&#x; đ??żđ?‘Ą

Tr (tramo 1) (s)=

200,000000000

Tr (tramo 2) (s)=

250,000000000

Tr (tramo 3) (s)=

312,500000000

CĂĄlculo de radios hidrĂĄulicos se debe calcular elevado a la potencia (2/3): đ?‘…

2/3

1 ∗ đ?‘‡đ?‘&#x; 2/3 =( ) 2 + đ?‘‡đ?‘&#x;

RH1^(2/3)=

0,104572734

RH2^(2/3)=

0,120666777

RH3^(2/3)=

0,139051661

Ahora se calcula las pĂŠrdidas por fricciĂłn y por cambio de direcciĂłn, ademĂĄs de los coeficientes necesarios:

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đ?‘Ž 3.5 đ??ž = (0.124 + 3.104 ∗ ( ) ) ∗ đ??š đ?‘‘ 0,109 3.5 đ??ž = (0.124 + 3.104 ∗ ( ) ) ∗ 3 = 2,625 0,1641 Se determina la variable M como M=ancho*# de canales đ?‘€ = 10 ∗ đ??ľ = 10 ∗ 4 = 40 Determinando las pĂŠrdidas por las ecuaciones:

N = NĂşmero de Tabiques

Las cuales quedan consignadas en la siguiente tabla: TRAMO

NK*(V^2/2*g)

S*M=(V*n/RH)^2*M ΔE

Pu=1000*ΔE/Tr

1

0,083613812

0,048294736

0,132

0,659542743

2

0,05351284

0,023213535

0,077

0,306905498

3

0,034248217

0,01118779

0,045

0,145395224

Ahora se verifica si el gradiente de velocidad estå dentro del rango establecido 10 s-1 ≤ G ≤ 100 s-1.

-1

VerificaciĂłn OK!! OK!! OK!!

G (s )

78,51083278 53,55628516 36,86236389 ď€

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4.6. UNIDAD DE SEDIMENTACIĂ“N

La sedimentaciĂłn es el proceso mediante el cual se realiza la separaciĂłn sĂłlido - lĂ­quido (PartĂ­culas que han sido coaguladas y floculadas). Este proceso se logra por medio de estructuras que bien puede ser de tipo convencional o de alta tasa. Se presentarĂĄ el diseĂąo de ambos: 4.6.1. DISEĂ‘O CONVENCIONAL DE SEDIMENTACIĂ“N DISCRETA MĂ­nimo debemos tener 2 unidades, por lo tanto đ?‘„đ?‘‘đ?‘–đ?‘ đ?‘’Ăąđ?‘œ = 103 đ??żđ?‘ƒđ?‘† 2 Carga de superficie (Cs):

Cs=45m/dĂ­a Velocidad de SedimentaciĂłn (Vs): đ?‘‰đ?‘ đ?‘’đ?‘‘đ?‘š = đ??śđ?‘ ∗

1 = 0,000521đ?‘š/đ?‘ đ?‘” 86400

Ă rea de sedimentaciĂłn (As): Area de sedimentacion (As)

197,76

m²

Debemos aumentar el ĂĄrea afectando As por un porcentaje, segĂşn tabla para Cs=45 afectamos el ĂĄrea mediante un 50% porcentaje As =

50 296,64

% m²

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Forma de los sedimentadores: 2≤

đ??ż ≤5 đ??ľ

Asumiendo un: đ??ż =3 đ??ľ đ??ż = 3∗đ??ľ đ??´đ?‘ = 3đ??ľ 2 = 296,64đ?‘š2 Despejando: đ?‘Š = đ?&#x;?đ?&#x;Žđ?’Ž đ?’š đ?‘ł = đ?&#x;‘đ?&#x;Žđ?’Ž Verificamos: đ??ż 30 = =3 đ??ľ 10 Mediante la tabla de relaciĂłn L-H

H=3m Volumen del sedimentador: đ?‘‰đ?‘œđ?‘™ = 30đ?‘š ∗ 3đ?‘š ∗ 10đ?‘š = 900đ?‘š3 Periodo de retenciĂłn: đ?‘‡đ?‘&#x; =

Tr =

8737,864078 2,427184466

đ?‘‰đ?‘œđ?‘™ đ?‘„ segundos horas

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Chequeo de velocidad horizontal: đ??´â„Ž = đ??ľ ∗ đ??ť Vh =

0,003433333

m/s

0,343333333

cm/s

Tenemos que la velocidad horizontal cumple con la condiciĂłn Vh< 0,5 cm/sg

Zona de lodos: đ?‘‰đ?‘™ = (10% − 20%)đ?‘‰đ?‘Ą Tomamos un 15% del volumen total

VL =

135

mÂł đ?‘‰đ?‘™ = đ??´đ?‘ ∗ đ??ťÂ´

H´ =

0,45

m

DIMENSIONES L= 30 H= 3 H'= 0,45 B= 7

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4.6.2. SEDIMENTADOR DE ALTA TASA PARAMETROS GENERALES SEGĂšN RAS 2000 C.6.5.1.3 Tiempo de detenciĂłn: 10min < t < 15min Profundidad: Entre 4m y 5,5m InclinaciĂłn de las placas: entre 55° y 60° Espacio entre placas: 5cm Espesor placas Asbesto-cemento: entre 8mm y 10mm DATOS ASUMIDOS: Tiempo de retenciĂłn (t): 12min Profundidad (h): 4m InclinaciĂłn de las placas (Ó¨): 57° Espacio entre placas (d): 5cm Espesor placas asbesto-cemento (e): 0,008m Caudal de diseĂąo (Q): 35LPS Temperatura (T): 20 °C Viscosidad cinemĂĄtica (v): 0,0101 cm2/sg Carga superficial (Cs): (40*100)/86400= 0,04629 Cm3/(Cm2*Sg) N° de decantadores (N): 2 unidades Caudal de diseĂąo ajustado a las demandas de las 2 unidades y de los 2 mĂłdulos que posee cada decantador (Qm): 0,00875m3/sg DIMENSIONES DE LA PLACA: Largo (La): 1m Ancho (A): 2m Espesor placas (e): 0,008m CALCULOS: Longitud relativa de las placas (Lm): đ??żđ?‘š =

đ??żđ?‘Ž ∗ 100 1 ∗ 100 20đ?‘?đ?‘š = = đ?‘‘ 5 đ?‘?đ?‘š

Velocidad crĂ­tica (Vsc): ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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đ?‘‰đ?‘ đ?‘? = đ??śđ?‘ = 0,

0463đ?‘š đ?‘ đ?‘”

Velocidad media (Vo): đ?‘‰đ?‘œ = đ?‘‰đ?‘ đ?‘? ∗

đ?‘‰đ?‘œ = 0,0463 ∗

đ?‘ đ?‘–đ?‘›(Ó¨) + đ??żđ?‘š ∗ đ?‘?đ?‘œđ?‘ (Ó¨) 0,058 ∗ đ?‘‘ ∗ đ?‘‰đ?‘ đ?‘? ∗ đ?‘?đ?‘œđ?‘ (Ó¨) 1+ đ?‘Ł đ?‘ đ?‘–đ?‘›(57) + 20 ∗ đ?‘?đ?‘œđ?‘ (57) 0,058 ∗ 5 ∗ 0,0463 ∗ đ?‘?đ?‘œđ?‘ (57) 1+ 0,0101 đ?‘‰đ?‘œ =

0,315 đ?‘?đ?‘š đ?‘ đ?‘”

Numero de Reynolds Re: đ?‘…đ?‘’ =

đ?‘‰đ?‘œ ∗ đ?‘‘ 0,315 ∗ 5 = = 155,95 đ?‘Ł 0,0101

Flujo laminar NĂşmero de placas (N): đ?‘ =

đ?‘„đ?‘š 0,00875 = = 27,7 = 28 đ?‘‰đ?‘œ đ?‘‘ 0,315 5 đ??´ ∗ 100 ∗ 100 2 ∗ 100 ∗ 100

Longitud ocupada por placas (L): đ?‘ ∗đ?‘‘ +đ?‘ ∗đ?‘’ đ??ż = đ??żđ?‘Ž ∗ đ?‘?đ?‘œđ?‘ (Ó¨) + 100 đ?‘ đ?‘–đ?‘›(Ó¨) 28 ∗ 5 + 28 ∗ 0,08 đ??ż = 1 ∗ đ?‘?đ?‘œđ?‘ (57) + 100 đ?‘ đ?‘–đ?‘›(57) đ??ż = 2,5đ?‘š ZONA DE ENTRADA: Caudal (Q): 35LPS ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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Caudal de mantenimiento unidad (Qc): đ?‘„ 35 đ?‘„đ?‘? = 1,25 ∗ ( ) = 1,25 ∗ ( ) = (0,04375)đ?‘š3 /đ?‘ đ?‘” 1000 1000

Caudal de la mitad del canal (Qd): đ?‘„đ?‘‘ =

đ?‘„đ?‘? 0,04375 = = 0,021875đ?‘š3 /đ?‘ đ?‘” 2 2

Velocidad en los orificios (Vl): 0,150 Area total de orificios (At): đ??´đ?‘Ą =

đ?‘„đ?‘‘ = 0,1458đ?‘š/đ?‘ đ?‘” đ?‘‰đ??ź

Separacion de centro a centro de los orificios (a): 0,5m Longitud total del canal (Lt): 2,5m Distancia entre la pared y el primer orificio (D): 0,5m NĂşmero de orificios a cada lado (N): đ?‘ =

đ??żđ?‘Ą − 2 ∗ đ??ˇ 2,5 − 2 ∗ 0,5 = =3 đ?‘Ž 0,5

Caudal de ingreso a cada decantador (q): đ?‘„ đ?‘ž = đ?‘ = 0,0117đ?‘š3 /đ?‘ đ?‘” 1000 Ă rea de cada orificio (Ao): đ??´đ?‘œ =

đ??´đ?‘Ą 0,1458 = đ?‘ 3

đ??´đ?‘œ = 0,0486 Diametro de los orificios (d): đ?‘‘ = √đ??´đ?‘œ ∗

4 đ?œ‹

ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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đ?‘‘ = √0,0486 ∗

4 = 0,2487đ?‘š đ?œ‹

Ancho del canal (B): 0,65m Altura de entrada del canal (h): 2m Altura de salida del canal (H'): 0,6m Area seccion final del canal (Af): đ??´đ?‘“ = đ??ľ ∗ â„Ž = 0,65đ?‘š ∗ 2đ?‘š = 1,3đ?‘š2 Caudal por orificio (qo): 0,021875đ?‘š3 đ?‘„đ?‘‘ 0,0073đ?‘š3 đ?‘ đ?‘” đ?‘žđ?‘œ = = = đ?‘ 3 đ?‘ đ?‘” Caudal que llega al extremo final de canal (Qf): 0,0146đ?‘š3 đ?‘„đ?‘“ = 2 ∗ đ?‘žđ?‘œ = 2 ∗ 0,073 = đ?‘ đ?‘” Velocidad en el extremo final del canal (Vf): đ?‘‰đ?‘“ =

đ?‘„đ?‘“ 0,0146 = = 0,0112đ?‘š/đ?‘ đ?‘” đ??´đ?‘“ 1,3

Ă rea secciĂłn inicial del canal (Ac): đ??´đ?‘? = đ??ľ ∗ â„Ž = 1,3đ?‘š2 Velocidad en el extremo inicial del canal (Vc): đ?‘‰đ?‘? =

đ?‘„đ?‘? 0,04375 0,0337đ?‘š = = đ??´đ?‘? 1,3 đ?‘ đ?‘”

Coeficiente de pĂŠrdida de carga en la entrada (θ): 0,7 Coeficiente de perdida de carga en el cambio de direcciĂłn de la corriente (ÎŚ): 1,67 Coeficiente de Darcy Weisbach (f): 0,02 Coeficiente de pĂŠrdida total en el primer orificio del canal (β1): đ?‘‰đ?‘? 2 đ?›˝1 = 1 + Ó¨ + ( ) ∗ đ?œ‘ đ?‘‰đ??ź ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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0,0337 2 𝛽1 = 1 + 0,7 + ( ) ∗ 1,67 = 1,7824 0,15

VELOCIDAD REAL EN LOS ORIFICIOS: ORIFICIO 1: 𝑄 = 𝑄𝑑 = 0,021875𝑚3 /𝑠𝑔 Distancia (m): 0 H(x) 𝐻(𝑥) = ℎ = 2𝑚 A(x) 𝐴(𝑋) = 𝐻(𝑥) ∗ 𝐵 = 2 ∗ 0,65 = 1,3𝑚2 Vc 𝑉𝑐 =

𝑄 0,021875 = = 0,0168 𝐴(𝑥) 1,3

Vc/Vl 𝑉𝑐 0,0168 = = 0,1122 𝑉𝑙 0,15 √𝐵 𝑉𝑐 2 √ √𝛽 = 1 + Ө + (𝜑 ∗ ( ) 𝑉𝑙 √𝛽 = √1 + 0,7 + 1,67 ∗ (0,1122)2 = 1,31187 1 √𝛽 1 √𝛽

=

1 = 0,76227 1,31187  Facultad de Ingeniería

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Antes de de calcular la velocidad en el orificio 1 debemos determinar los mismos parĂĄmetros q acabamos de determinar pero esta vez para el orificio 2 y posteriormente podremos calcular la velocidad en los orificios (VL)

ORIFICIO 2: đ?‘„ = đ?‘„đ?‘‘(đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘“ 1) − đ?‘žđ?‘œ = 0,021875− 0,0073 = 0,014575 đ?‘š3 /đ?‘ đ?‘” Distancia (m): đ??ˇđ?‘–đ?‘ (đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘“ 1) + đ??ˇ = 0 + 0,5 = 0,5đ?‘š H(x) đ??ť(đ?‘Ľ) = đ??ť(đ?‘Ľ)(đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘“ 1) − đ??ť(đ?‘Ľ) = 2 −

â„Ž − đ??ťâ€˛ ∗đ?‘Ž đ??żđ?‘Ą

2 − 0,6 ∗ 0,5 = 1,72 2,5

A(x) đ??´(đ?‘‹) = đ??ť(đ?‘Ľ) ∗ đ??ľ = 1,72 ∗ 0,65 = 1,118đ?‘š2 Vc đ?‘‰đ?‘? =

đ?‘„ 0,014575 = = 0,01303 đ??´(đ?‘Ľ) 1,118

Vc/Vl đ?‘‰đ?‘? 0,01303 = = 0,0869 đ?‘‰đ?‘™ 0,15 đ?‘‰đ?‘? 2 √ √đ?›˝ = 1 + Ó¨ + (đ?œ‘ ∗ ( ) đ?‘‰đ?‘™ √đ?›˝ = √1 + 0,7 + 1,67 ∗ (0,0869)2 = 1,3087 1 √đ?›˝ ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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1 √đ?›˝ 1 √đ??ľ

đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘“đ?‘–đ?‘?đ?‘–đ?‘œ 1 +

1 √đ??ľ

=

1 = 0,7641 1,3087

đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘“đ?‘–đ?‘?đ?‘–đ?‘œ 2 =1,5264

VELOCIDAD EN LOS ORIFICIOS: Ahora si podemos proceder a calcular las velocidades en los orificios con los datos obtenidos Orificio 1 �� =

�� =

đ?‘„ 1 1 đ??´đ?‘œâˆšđ?›˝(đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘“1) ∗ ( + ) √đ?›˝ đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘“1 √đ?›˝ đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘“2

0,021875 = 0,2248đ?‘š/đ?‘ đ?‘” 0,0486 ∗ 1,31187 ∗ 1,5264

Orificio 2 �� =

�� =

đ?‘„ 1 1 đ??´đ?‘œâˆšđ?›˝(đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘“2) ∗ ( + ) √đ?›˝ đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘“1 √đ?›˝ đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘“2

0,021875 = 0,2253đ?‘š/đ?‘ đ?‘” 0,0486 ∗ 1,3087 ∗ 1,5264

Desviación de caudal entre en primer y último orificio (δ): δ=

đ?‘‰đ?‘™đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘“1 − đ?‘‰đ?‘™0đ?‘&#x;đ?‘“2 0,2253 − 0,2247 = = 0,00276 đ?‘‰đ?‘™đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘“1 0,2253

Gradiente de velocidad en los orificios

G (s-1):

3 9,81 đ?‘“ đ??ş=√ ∗ ∗ (đ?‘‰đ?‘™)2 0,0101 đ?‘‘ 10000 ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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3 9,81 0,02 đ??ş=√ ∗ ∗ (0,150)2 0,0101 0,249 10000

đ??ş = 51,31

Estabilidad del floc (Floc): đ??ş

đ??¸đ?‘ đ?‘Ą. đ??šđ?‘™đ?‘œđ?‘? =

4 ∗ đ?‘žđ?‘œ √ đ?‘Ł 10000 ∗ đ?œ‹ ∗ đ?‘‘ đ??¸đ?‘ đ?‘Ą. đ??šđ?‘™đ?‘œđ?‘? =

51,31 4 ∗ 0,0073 √0,0101 10000 ∗ đ?œ‹ ∗ 0,249

đ??¸đ?‘ đ?‘Ą. đ??šđ?‘™đ?‘œđ?‘? = 0,267 La estabilidad del floc es menor a 0.3. Cumple la desviaciĂłn del caudal ya que se acepta hasta el 5% ZONA DE SALIDA: Caudal por mĂłdulo (Qm): 0,00875 m3/sg Tasa de diseĂąo de vertederos (qr): 3 L/sm Longitud de canales de recolecciĂłn (L): đ?‘„đ?‘š ∗ 1000 đ??ż= đ?‘žđ?‘&#x; đ??ż=

0,00875 ∗ 1000 = 2,92đ?‘š 3

NĂşmero de canales (N): 4 Ancho de las canaletas (B): 0,2 m SeparaciĂłn entre canaletas (d): đ?‘‘=

đ??ż − (đ?‘ ∗ đ??ľ) đ??ľ

L=longitud ocupada por las placas ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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đ?‘‘=

2,5 − (4 ∗ 0,2) = 8,5 đ?‘š 0,2

Caudal por canaleta (Qc): đ?‘„đ?‘š 0,00875 đ?‘š3 đ?‘„đ?‘? = ∗ 1000 = ∗ 1000 = 2,1875 đ?‘ 4 đ?‘ đ?‘” Caudal por metro de vertedero (q): đ?‘ž=

đ?‘„đ?‘? đ?‘ ∗đ??´

2,1875 đ?‘š3 đ?‘ž= = 0,547 2∗2 đ?‘ đ?‘” A=ancho de la placa N=nĂşmero de decantadores Tirante de la canaleta (hm): 2

73 ∗ đ?‘ž 3 â„Žđ?‘š = ( ) đ??ľ ∗ 100 2

73 ∗ 0,547 3 â„Žđ?‘š = ( ) = 1,585đ?‘?đ?‘š 0,2 ∗ 100 Altura canaleta (H): đ??ť = â„Žđ?‘š + 5 = 6,585đ?‘?đ?‘š CANAL DE EXTRACCION DE LODOS: DiĂĄmetro del sifĂłn (D): 50,8mm Longitud del sifĂłn (L): 2,84m Carga hidrĂĄulica (H): 2m AceleraciĂłn de la gravedad (g): 9,81m/sg2 Ă rea de secciĂłn de un sifĂłn de 11/2" (A): đ??ˇ 2 đ?œ‹ đ??´=( ) ∗ 1000 4

ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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50,8 2 đ?œ‹ đ??´=( ) ∗ = 0,00202 đ?‘š2 1000 4 Tasa de producciĂłn de lodos (T): 0,005 L/L Caudal de diseĂąo (Qd): đ?‘„đ?‘‘ = 0,00875 ∗ 1000 = 8,75 đ?‘š3/đ?‘ đ?‘” Altura de la tolva (ho): 2m Numero de tolvas (n): 2 unidades Ancho Mayor (b): 2,5m Ancho menor (b´): 1m Longitud del sedimentador (l): 2,5m Distancia entre sifones (d): 1m Frecuencia de descarga ideal (f): 4 RelaciĂłn (L/D): đ??ż 2,84đ?‘š = = 56đ?‘šđ?‘š đ??ˇ 50,8đ?‘šđ?‘š 1000 Coeficiente de descarga (Cd): 0,57 Coeficiente de descarga L/D Cd 300 0,33 200 0,39 100 0,47 90 0,49 80 0,52 70 0,54 60 0,56 50 0,58 40 0,64 ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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30 20

0,7 0,73

Caudal que puede extraer cada sifon (ql): đ?‘žđ?‘™ = đ??śđ?‘‘ ∗ đ??´ ∗ √2 ∗ 9,81 ∗ đ??ť đ?‘š3 đ?‘žđ?‘™ = 0,57 ∗ 0,00202 ∗ √2 ∗ 9,81 ∗ 2 = 0,00721 đ?‘ đ?‘” Velocidad de extracciĂłn (v): đ?‘Ł = đ??śđ?‘‘ ∗ √2 ∗ 9,81 ∗ đ??ť đ?‘Ł = 0,57 ∗ √2 ∗ 9,81 ∗ 2 =

3,57 đ?‘š đ?‘ đ?‘”

Caudal total de lodo Producido (QL): đ?‘„đ?‘™ = đ?‘‡ ∗ đ?‘„đ?‘‘ = 0,005 ∗ 8,75 = 0,04375đ??ż/đ?‘ Volumen de almacenamiento de lodos (V): đ?‘‰= đ?‘‰=

đ?‘? ∗ đ?‘?′ ∗ â„Žđ?‘œ ∗ đ?‘™ ∗ đ?‘› 2

2,5 ∗ 1 ∗ 2 ∗ 2,5 ∗ 2 = 12,5đ?‘š 2

MĂĄxima capacidad de almacenamiento disponible (F): đ??š=

đ?‘‰ 12,5 = = 3,31â„Žđ?‘œđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘ đ?‘„đ?‘™ ∗ 86,4 0,04375 ∗ 86,4

Numero de sifones (N): đ?‘ =

2 ∗ đ??ż 2 ∗ 2,84 = = 16 đ?‘˘đ?‘›đ?‘–đ?‘‘đ?‘Žđ?‘‘đ?‘’đ?‘ 0,35 0,35

Volumen producido en 4 horas (vol): đ?‘‰đ?‘œđ?‘™ = đ?‘„đ?‘™ ∗ đ?‘“ ∗ đ?‘™ đ?‘‰đ?‘œđ?‘™ = 0,04375 ∗ 4 ∗ 2,5 = 0,4375đ?‘š2 ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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Duracion de la descarga (T): �=

đ?‘‰đ?‘œđ?‘™ 0,4375 = = 0,0632 đ?‘šđ?‘–đ?‘› đ?‘žđ?‘™ ∗ đ?‘ ∗ 60 0,00721 ∗ 16 ∗ 60

4.7. UNIDAD DE FILTRACIĂ“N Es la unidad que separa el agua de las partĂ­culas y microorganismos que han quedado retenidos en los procesos anteriores (Coagulantes, Mezcla RĂĄpida, Mezcla Lenta y SedimentaciĂłn). Se va a diseĂąar una filtracion rapida a tasa declinante Datos de Entrada: El caudal de DiseĂąo para la unidad de filtraciĂłn serĂĄ: đ?‘„đ??ˇ = 35 đ?‘™đ?‘?đ?‘ La tasa media de filtraciĂłn que se escoge serĂĄ de: đ?‘‡đ?‘Žđ?‘ đ?‘Ž đ?‘€đ?‘’đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ž đ?‘‘đ?‘’ đ??šđ?‘–đ?‘™đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘› ≤ 140

đ?‘š3 đ?‘š2 ∗ đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ž

SegĂşn los requerimientos enunciados en el taller, se requiere que la unidad de filtraciĂłn posea un falso fondo en placas con orificios: Fondo Falso: Placas de Cemento (0,61*0,61). 16 Orificios. A= 5 cm2. (Ă rea de un Orificio). D=2.5 cm. (DiĂĄmetro de un Orificio). E=2.5 cm. (Espesor de un Orificio).

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Teniendo en cuenta de igual forma las consideraciones que se han planteado en el taller de diseño, se tiene que el lecho filtrante debe ser de arena y grava. Obteniendo así la siguiente condición: Lecho Filtrante (Arena): e= 65 cm (Espesor del Lecho Filtrante). Las propiedades que debe poseer dicho material granular (Arena) deben ser las siguientes: Cu= 1.7 (Coeficiente de Uniformidad de la Arena Cu=D60/D40). E= 0.55 (Diámetro efectivo del Tamiz que deja pasar el 10%). Ss= 2.63 (Peso específico de la Arena [Debe estar entre 2.6-2.65]). Las características de porosidad de la arena deben ser las siguientes: P= 40% (Porosidad de la Arena [Debe estar entre el 40%42%]). Ce=0.82 (Debe estar entre 0.8-0.82). ΓH2O= 0.01061 cm2/seg. Granulometria % pasa D (mm) 100 1,55 80

1,3

60

0,935

40

0,75

10

0,55

0

0,49

Para el diseño y construcción del lecho de sostén se tendrán las siguientes consideraciones: El lecho de Sostén se constituirá en 5 capas de Grava de arriba hacia debajo de la siguiente forma: Tipo

de Diámetro de Material Espesor de la Capa  Facultad de Ingeniería

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Material Arena Torpedo Grava Grava Grava Grava Espesor Total (Cm)=

(φ) 1/8" 1/4" 1/2" 1" 2" de la Capa de Grava

(Cm) 7,5 7,5 7,5 7,5 15 45

Las pĂŠrdidas en el Efluente serĂĄn: Ksalida= 0.5. KT=4. Los datos de tuberĂ­a que se enuncian a continuaciĂłn, son tomados directamente del ejemplo de clase, puesto que el diseĂąo que se presenta actualmente no corresponde a una poblaciĂłn especĂ­fica y no se tienen planos de la actual planta. AdemĂĄs en las especificaciones del taller se enuncia claramente “Tomar las caracterĂ­sticas del ejemplo visto en claseâ€?. Longitud Total de la TuberĂ­a= 20 m (Asumida). C= 100 (Hierro Fundido). Longitud de Vertedero= 0.7 m. DiseĂąo: 1. Escoger el NĂşmero de Unidades (Filtros) por medio de la siguiente Formula: NĂşmero de Unidades (N): đ?‘™đ?‘Ą 1đ?‘š3 86400 đ?‘ đ?‘’đ?‘”. đ?‘š3 đ?‘„đ??ˇ = 35 ∗ ∗ = 3024 đ?‘ đ?‘’đ?‘”. 1000 đ?‘™đ?‘Ą 1 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ž đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ž 3 đ?‘š đ?‘„đ??ˇ = 35 đ?‘™đ?‘?đ?‘ = 3024 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ž đ?‘ = 0,044 ∗ √đ?‘„ đ?‘ = 0,044 ∗ √3024

đ?‘š3 = 2,42 đ??šđ?‘–đ?‘™đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘œđ?‘ . đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ž

N=2,42 Filtros, por lo tanto a criterio del diseĂąador se decide utilizar 2 filtros. ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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đ?‘ = 2 đ??šđ??źđ??żđ?‘‡đ?‘…đ?‘‚đ?‘†. 2. Caudal de DiseĂąo: đ?‘„đ??ˇđ??š = đ?‘„đ??ˇđ??š =

đ?‘„đ??ˇ đ?‘

35 đ?‘™đ?‘?đ?‘ đ?‘™đ?‘?đ?‘ = 17,5 2 đ??šđ??źđ??żđ?‘‡đ?‘…đ?‘‚đ?‘† đ??šđ?‘–đ?‘™đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘œ

đ?‘™đ?‘Ą 1đ?‘š3 86400 đ?‘ đ?‘’đ?‘”. đ?‘š3 ∗ ∗ = 1512 đ?‘ đ?‘’đ?‘”. 1000 đ?‘™đ?‘Ą 1 đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ž đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ž El caudal que deberĂĄ pasar por el filtro y ser purificado es de 17,5 lps Ăł 1512 m3/dĂ­a. Puesto que ambos filtros manejaran el mismo caudal. Se harĂĄ el diseĂąo de uno solo. Y el otro tendrĂĄ exactamente las mismas caracterĂ­sticas y especificaciones. 3. Ă rea Filtrante (Af): đ?‘„đ??ˇđ?‘“ = 17,5

Como se observa en la figura la unidad tendrĂĄ 6 placas en la direcciĂłn L, y 5 placas en la direcciĂłn B. Como se enuncio en los datos de entrada las pacas serĂĄn cuadradas de dimensiones 0,61x0,61 m. Por lo tanto las dimensiones L y B serĂĄn correspondientes a: ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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đ??ż = #đ?‘ƒđ?‘™đ?‘Žđ?‘?đ?‘Žđ?‘ đ??ˇđ?‘–đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘?đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘› đ??ż Ă— đ??´đ?‘›đ?‘?â„Žđ?‘œ đ?‘‘đ?‘’ đ?‘™đ?‘Ž đ?‘ƒđ?‘™đ?‘Žđ?‘?đ?‘Ž đ?‘š đ??ż = 6 đ?‘ƒđ?‘™đ?‘Žđ?‘?đ?‘Žđ?‘ ∗ 0,61 = 3,66 đ?‘š. đ?‘?đ?‘™đ?‘Žđ?‘?đ?‘Ž đ??ľ = #đ?‘ƒđ?‘™đ?‘Žđ?‘?đ?‘Žđ?‘ đ??ˇđ?‘–đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘?đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘› đ??ľ Ă— đ??´đ?‘›đ?‘?â„Žđ?‘œ đ?‘‘đ?‘’ đ?‘™đ?‘Ž đ?‘ƒđ?‘™đ?‘Žđ?‘?đ?‘Ž đ?‘š đ??ż = 5 đ?‘ƒđ?‘™đ?‘Žđ?‘?đ?‘Žđ?‘ ∗ 0,61 = 3,05 đ?‘š. đ?‘?đ?‘™đ?‘Žđ?‘?đ?‘Ž El ĂĄrea de filtraciĂłn serĂĄ igual a: đ??´đ?‘“ = đ??ż ∗ đ??ľ đ??´đ?‘“ = 3,66 đ?‘š ∗ 3,05 đ?‘š = 11,163 đ?‘š2 4. Tasa Media de FiltraciĂłn: đ?‘„đ??ˇ = đ?‘‡đ?‘šđ?‘“ Ă— đ??´đ?‘“ đ?‘„đ??ˇ đ?‘‡đ?‘šđ?‘“ = đ??´đ?‘“ 3 đ?‘š 1512 đ?‘ đ?‘š3 đ?‘‡đ?‘šđ?‘“ = = 135,447 2 11,163 đ?‘š2 đ?‘š ∗ đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ž Puesto que 135,447 m^3/(m^2*dĂ­a) ≤ 140 m^3/(m^2*dĂ­a), se cumple la condiciĂłn de diseĂąo. đ?‘š3 100 đ?‘?đ?‘š đ?‘‰đ?‘“ = 135,447 2 Ă— = 0, 1567 đ?‘š ∗ đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ž 86400 đ?‘ đ?‘’đ?‘” La velocidad de filtraciĂłn serĂĄ 0,1567 cm/seg. 5. Perdidas en la FiltraciĂłn: Se considera como funcionamiento normal del sistema cuando ocurre que al lavar un filtro entonces el otro se encuentra a media carrera y absorbe la deficiencia del otro durante el tiempo que dura la operaciĂłn de lavado (10 Ăł 20 min). La mĂĄxima velocidad de filtraciĂłn se encuentra en el filtro reciĂŠn lavado. AdemĂĄs el tanque de reserva debe tener suficiente capacidad para abastecer la poblaciĂłn.

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Velocidad de FiltraciĂłn Limpia: Vf = 0,1567 cm/seg. Vfl = 100%*Vf + 50%*Vf. Vfl = 1,5*Vf. Vfl = 1,5 * 0,1567 cm/seg Vfl = 0,235 cm/seg. Con este valor (Vfl) se calculan las perdidas en todo el sistema. Perdidas en la Arena (Ha): (1 − đ?œŒ2 ) đ?œ— đ??ż đ?‘‹đ?‘– đ??ťđ?‘Ž = 180 ∗ ∗ ( ) ∗ 2 ∗ ∑ ( 2 ) ∗ đ?‘‰đ?‘“đ?‘™ 3 đ?‘” đ?œŒ đ??śđ?‘’ đ?‘‘đ?‘– DĂłnde: Ha: PĂŠrdidas en la arena (cm) V: Viscosidad cinemĂĄtica (cm2/s) G: gravedad (cm2/sg ) P: porosidad arena = 1% de vacĂ­os con relaciĂłn al peso L: espesor lecho de arena Ce: Coeficiente de esfericidad Xi: %Arena retenida entre dos tamices di. DiĂĄmetro promedio arena retenido entre dos tamices Xi/di2: Adimensional ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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Cu= Coeficiente de Uniformidad. đ??śđ?‘˘ =

đ??ˇ60 đ??ˇ10

El coeficiente de Uniformidad debe estar entre 1.5 < Cu < 1.7. D10 debe estar entre: 0.4 < D10 < 0.7 Recomendado 0.45 < D10 < 0.55

Reemplazando los valores en la ecuaciĂłn se obtiene que: (1 − 0,42 ) 0,01061 65 đ??ťđ?‘Ž = 180 ∗ ∗( ) ∗ ∗ 162,05 ∗ 0,235 981 0,43 0,822 đ??ťđ?‘Ž = 40,34 đ?‘?đ?‘š Las pĂŠrdidas producidas en la capa de arena son de 40,34 cm. 5.2.

Perdidas en la Grava (Hg):

Hg= 0,025*et Hg=0,025*45= 1,125 cm. Hg=1,125 cm. ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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Las pĂŠrdidas en la capa de grava son iguales a 1,125 cm. 5.3.

Perdidas en el falso fondo (Hf):

đ??´đ?‘“ đ?‘ ° đ?‘‚đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘“đ?‘–đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘ 10000 đ?‘?đ?‘š2 đ?‘?đ?‘š3 11,163 đ?‘š2 ∗ 1 đ?‘š2 đ?‘ đ?‘ž = 0,235 ∗ = 54,652 đ?‘‚đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘“đ?‘–đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘ đ?‘‚đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘“đ?‘–đ?‘?đ?‘–đ?‘œ 30 đ?‘?đ?‘™đ?‘Žđ?‘?đ?‘Žđ?‘ ∗ 16 đ?‘ƒđ?‘™đ?‘Žđ?‘?đ?‘Ž đ?‘?đ?‘š3 đ?‘ đ?‘ž = 54,652 đ?‘‚đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘“đ?‘–đ?‘?đ?‘–đ?‘œ Cada placa tiene 16 Orificios. đ?‘ž = đ?‘‰đ?‘“đ?‘™ ∗

đ?‘ž = 0,62 ∗ đ??´ ∗ √2 ∗ đ?‘” ∗ đ??ťđ?‘“ 2 đ?‘ž ( 0,62 ∗ đ??´) đ??ťđ?‘“ = 2∗đ?‘” 2

đ?‘?đ?‘š3 đ?‘ 54,652 đ?‘‚đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘“đ?‘–đ?‘?đ?‘–đ?‘œ 0,62 ∗ 5 đ?‘?đ?‘š2 đ??ťđ?‘“ = (

)

2 ∗ 981 đ??ťđ?‘“ = 0,158 đ?‘?đ?‘š Las pĂŠrdidas que se producen en el falso fondo son iguales a 0,158 cm. 5.4. 

Perdidas en el Efluente: Por Accesorios a la Salida (Hs): đ?‘‰0 2 đ??ťđ?‘ = đ??ž ∗ đ?‘ ∗đ?‘”

K=0,5 50 ≤ Vo ≤ 200 cm/seg. ≈ 0,5 ≤ Vo ≤ 2 cm/seg. ᜲ>6â€?. Suponiendo un diĂĄmetro de 8â€?= 0,2032 m. đ?œ™8" = 20,32 đ?‘?đ?‘š ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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20,32 đ?‘?đ?‘š 2 đ??´đ?œ™8" = đ?œ‹ ∗ ( ) = 324,29 đ?‘?đ?‘š2 2 đ?‘ž = đ??´ ∗ đ?‘‰đ?‘“đ?‘™ 10000 đ?‘?đ?‘š2 1 đ?‘š2 đ?‘?đ?‘š3 đ?‘ž = 11,163 đ?‘š2 ∗ ∗ 0,235 = 26250 1 đ?‘š2 đ?‘ đ?‘’đ?‘” 3 đ?‘?đ?‘š đ?‘ž = 26250 đ?‘ đ?‘’đ?‘” đ?‘?đ?‘š3 26250 đ?‘ž đ?‘?đ?‘š đ?‘ đ?‘’đ?‘” đ?‘‰0 = = = 80,946 2 đ??´ 324,29 đ?‘?đ?‘š đ?‘ đ?‘’đ?‘” Puesto que la velocidad es 80,496 cm/seg. Y se encuentra dentro del rango de 50 ≤ Vo ≤ 200 cm/seg. Se puede proseguir con el diseĂąo: đ?‘‰0 2 đ??ťđ?‘ = đ??ž ∗ đ?‘ ∗đ?‘” đ?‘?đ?‘š 2 (80,946 đ?‘ đ?‘’đ?‘”) đ??ťđ?‘ = 0,5 ∗ đ?‘?đ?‘š = 1,669 đ?‘?đ?‘š 2 ∗ 981 đ?‘ đ?‘’đ?‘”2 đ??ťđ?‘ = 1,669 đ?‘?đ?‘š Las pĂŠrdidas por accesorios de salida en la tuberĂ­a son iguales a 1,669 cm. 

En la tuberĂ­a efluente (Ht): (Desde la salida del filtro hasta el tanque de agua filtrada):

D= 8â€?. C= 100. Kt= 4. Q= 25 lps. Lt= 20 m. đ??žđ?‘Ą ∗ đ?‘‰0 2 đ??ťđ?‘Ą = 2∗đ?‘” đ?‘?đ?‘š 2 (80,946 đ?‘ đ?‘’đ?‘”) đ??ťđ?‘Ą = 4 ∗ đ?‘?đ?‘š 2 ∗ 981 đ?‘ đ?‘’đ?‘”2 đ??ťđ?‘Ą = 13,36 đ?‘?đ?‘š ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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Las pĂŠrdidas en la tuberĂ­a del efluente son iguales a 13,36 cm. Con D=8â€?, Q= 17,5 lps, C=100. (En tablas de Hazen Williams). đ?‘„ đ?‘‰= đ??´ 3 đ?‘?đ?‘š 26250 đ?‘ đ?‘’đ?‘” đ?‘?đ?‘š đ?‘‰= = 80,946 2 324,29 đ?‘?đ?‘š đ?‘ đ?‘’đ?‘” đ?‘‰ = 80,946

đ?‘?đ?‘š 1đ?‘š đ?‘š ∗ = 0,80946 đ?‘ đ?‘’đ?‘” 100 đ?‘?đ?‘š đ?‘

đ?‘š 2 (0,80946 đ?‘‰ đ?‘ ) = 0, 0334 = đ?‘š 2∗đ?‘” 2 ∗ 9,81 2 đ?‘ đ?‘‰ = 0,354 ∗ đ??śđ??ť ∗ đ??ˇ0,63 ∗ đ??˝0,54 2

1



( ) 0,54 đ?‘‰ đ?‘š đ??˝=( ) = 0,005873 0.63 0,354 ∗ đ??śđ??ť ∗ đ??ˇ đ?‘š Perdida por fricciĂłn en el efluente:



đ??ťđ?‘“đ?‘’ = đ??˝ ∗ đ??ż đ?‘š đ??ťđ?‘“đ?‘’ = 0,005873 ∗ 20 đ?‘š = 0,11746 đ?‘š = 11,746 đ?‘?đ?‘š. đ?‘š PĂŠrdidas Totales en el Efluente (Hte):



đ??ťđ?‘Ąđ?‘’ = đ??ťđ?‘Ą + đ??ťđ?‘“đ?‘’ đ??ťđ?‘Ąđ?‘’ = 13,36 đ?‘?đ?‘š + 11,746 đ?‘?đ?‘š đ??ťđ?‘Ąđ?‘’ = 25, 102 đ?‘?đ?‘š HTOTAL = Ha + Hg + Hf + Hte + Hs đ??ťđ?‘‡đ?‘‚đ?‘‡đ??´đ??ż = 40,34 đ?‘?đ?‘š + 1,125 cm + 0,158 đ?‘?đ?‘š + 25, 102 đ?‘?đ?‘š + 1,669 đ?‘?đ?‘š đ??ťđ?‘‡đ?‘‚đ?‘‡đ??´đ??ż = 68, 394 đ?‘?đ?‘š

6. LĂĄmina de Agua en el Vertedero (Hvert): Para el vertedero sin contracciones se tiene que: ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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Q= 1,84 * L * H3/2. (Francis) L= Ancho del Canal (Longitud del Vertedero) = 0,70 m. 2â „ 3

đ??ťđ?‘‰đ??¸đ?‘…đ?‘‡

đ?‘„ = ( ) 1,84 ∗ đ??ż

2â „ 3

đ??ťđ?‘‰đ??¸đ?‘…đ?‘‡

đ?‘š3 35 ∗ 10−3 đ?‘ = ( ) 1,84 ∗ 0,7

đ??ťđ?‘‰đ??¸đ?‘…đ?‘‡ = 0, 09038 đ?‘š = 9, 038 đ?‘?đ?‘š Luego H es la diferencia de cotas entre la superficie del agua en el filtro y la superficie del agua en el vertedero. H= HTOTAL + HVERT = 68,394 cm + 9,038 cm = 77,435 cm.

7. Perdidas en el Afluente (HA): đ??ž ∗ đ?‘‰2 đ??ťđ??´ = 2∗đ?‘” đ??ž = 0,6 đ??ž = 80,946

đ?‘?đ?‘š đ?‘ đ?‘’đ?‘”

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đ?‘?đ?‘š 2 0,6 ∗ (80,946 đ?‘ đ?‘’đ?‘”) đ??ťđ??´ = = 2, 00374 đ?‘?đ?‘š đ?‘š 2 ∗ 981 2 đ?‘ 

Cota del Canal de Acceso: đ??śđ?‘œđ?‘Ąđ?‘Ž đ?‘‘đ?‘’đ?‘™ đ??śđ?‘Žđ?‘›đ?‘Žđ?‘™ đ?‘‘đ?‘’ đ??´đ?‘?đ?‘?đ?‘’đ?‘ đ?‘œ = đ??ťđ?‘‡đ?‘‚đ?‘‡đ??´đ??ż + đ??ťđ??´ đ??śđ?‘œđ?‘Ąđ?‘Ž đ?‘‘đ?‘’đ?‘™ đ??śđ?‘Žđ?‘›đ?‘Žđ?‘™ đ?‘‘đ?‘’ đ??´đ?‘?đ?‘?đ?‘’đ?‘ đ?‘œ = 77,435 cm + 2, 00374 đ?‘?đ?‘š đ??śđ?‘œđ?‘Ąđ?‘Ž đ?‘‘đ?‘’đ?‘™ đ??śđ?‘Žđ?‘›đ?‘Žđ?‘™ đ?‘‘đ?‘’ đ??´đ?‘?đ?‘?đ?‘’đ?‘ đ?‘œ = 79,439 đ?‘?đ?‘š

8. OperaciĂłn de Lavado: Cuando la carrera de uno de los dos filtros estĂĄ llegando al final (Filtro colmatado, pĂŠrdida de carga mĂĄxima, calidad del agua en el efluente deficiente), es necesario lavarlo. Al lavarlo el nivel del agua aumenta en el canal de acceso y en el filtro sin lavar. Es necesario entonces determinar la sobrealtura que acarrea la operaciĂłn. a = ancho canal principal (0.6 < a < 1.0 m) Tomando a = 0.75 m b = ancho canal de acceso Cuando se cierra la vĂĄlvula 2 el ĂĄrea represado es: đ??´đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘? = đ??´đ??śđ?‘Žđ?‘›đ?‘Žđ?‘™ + đ??´đ??šđ?‘–đ?‘™đ?‘Ąđ?‘&#x;đ?‘œ DuraciĂłn de la operaciĂłn de lavado ( 10 - 20) min., Tomando 10min:

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 𝑄𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 =

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𝑄𝐷 2

=

35 𝑙𝑝𝑠 2

= 17,5

𝑙𝑡

∗ 𝑠𝑒𝑔

1 𝑚3

= 0,0175 1000 𝑙𝑡

𝑚3 𝑠

 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝐿𝑎𝑣𝑎𝑑𝑜 = 10 𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 = 𝑄𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 ∗ 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝐿𝑎𝑣𝑎𝑑𝑜 𝑚3 60 𝑠 𝑉𝑜𝑙𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 = 0,0175 ∗ 10 min∗ 𝑠 1 𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 = 10,5 𝑚3 La velocidad en el canal debe ser menor a 0,30 m/seg: Área del Canal: 𝑄 = 𝑉∗𝐴 𝑚 𝑉 ≤ 0,30 𝑠 Asumiendo que la velocidad en la sección de canal será igual o menor a 0,30 m/seg.

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𝑚3 0,0175 𝑄𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 𝑠 −2 2 𝐴𝐶𝑎𝑛𝑎𝑙 = = 𝑚 = 5,833333 ∗ 10 𝑚 𝑉 0,30 𝑠 𝐴𝐶𝑎𝑛𝑎𝑙 = 0,058333 𝑚2  Sección Optima: 𝐴=𝑏∗𝑦 𝑏 = 2 ∗ 𝑦2 𝐴 𝑦= √ 2 0,058333 𝑚2 𝑦= √ = 0,1708 𝑚 2 𝑦 = 0,1708 𝑚 𝑏 =2∗𝑦 𝑏 = 2 ∗ 0,1708 𝑚 𝑏 = 0,3416 𝑚  𝐴𝐶𝑎𝑛𝑎𝑙 = 𝑏 ∗ 2 ∗ 𝑥 Asumiendo X=6 m.

 𝐴𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜

𝐴𝐶𝑎𝑛𝑎𝑙 = 0,3416 𝑚 ∗ 2 ∗ 6 𝑚 𝐴𝐶𝑎𝑛𝑎𝑙 = 4,1 𝑚2 =𝐿∗𝐵+𝐿∗2∗𝑎 𝐴𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 = 3,66 𝑚 ∗ 3,05 𝑚 + 3,66 𝑚 ∗ 2 ∗ 0,75 𝑚 𝐴𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 = 16,652 𝑚2

 𝐴𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎 = 𝐴𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 + 𝐴𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 𝐴𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎 = 4,1 𝑚2 + 16,652 𝑚2 𝐴𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎 = 20,753 𝑚2  𝑉𝑜𝑙𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 = 𝐴𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎 ∗ ∆ℎ 𝑉𝑜𝑙𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 ∆ℎ = 𝐴𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎 10,5 𝑚3 ∆ℎ = 20,753 𝑚2 ∆ℎ = 0,5059 𝑚 ≈ 51 𝑐𝑚 9. Nivel mínimo de Agua en el Filtro:  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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Ocurre cuando los dos filtros empiezan a funcionar a la vez đ?‘‰đ?‘“ = 0,1567 đ?‘?đ?‘š/đ?‘ đ?‘’đ?‘”. 

Perdidas en la Arena (Ha): Esta es la velocidad que tiene el filtro cuando reciĂŠn se ha lavado. Vf 0,235 0,1568 đ?‘Ľ=

Ha 40,34 X

0,1568 ∗ 40,34 = 26,916 đ?‘?đ?‘š 0,235 đ??ťđ?‘Ž = 26,916 đ?‘?đ?‘š



Perdidas en la Grava (Hg): đ??ťđ?‘” = 0,025 ∗ đ?‘’đ?‘‡ đ??ťđ?‘” = 0,025 ∗ 45 đ?‘?đ?‘š đ??ťđ?‘” = 1,125 đ?‘?đ?‘š



Perdidas en el Falso Fondo (Hf): 2 đ?‘?đ?‘š 2 10000 đ?‘?đ?‘š 0,1567 ∗ 11,163 đ?‘š ∗ 2 đ?‘‰đ?‘“ ∗ đ??´đ?‘“ đ?‘ đ?‘’đ?‘” 1đ?‘š đ?‘ž= = đ?‘ ° đ?‘‡đ?‘œđ?‘Ąđ?‘Žđ?‘™ đ?‘‘đ?‘’ đ?‘‚đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘“đ?‘–đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘ 480 đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘“đ?‘–đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘ 3 đ?‘?đ?‘š đ?‘ž = 36, 46 đ?‘ đ?‘’đ?‘” 2

đ?‘?đ?‘š3 (36, 46 đ?‘ đ?‘’đ?‘” )

đ?‘ž2 = đ?‘?đ?‘š 0,7688 ∗ đ??´2 ∗ đ?‘” 0,7688 ∗ ((5 đ?‘?đ?‘š)2)2 ∗ 981 đ?‘ đ?‘’đ?‘”2 đ??ťđ?‘“ = 0,0705 đ?‘?đ?‘š đ??ťđ?‘“ ≈ 1 đ?‘?đ?‘š Perdidas en el Efluente

đ??ťđ?‘“ =



Por Accesorios a la Salida: K=0,5 En la tuberĂ­a efluente: K=4,0 đ?‘ž = đ?‘‰đ?‘“ ∗ đ??´đ?‘“ ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

Programa de IngenierĂ­a Civil - 64 -

TRATAMIENTO DE AGUAS DISEĂ‘O PTAP

Presentado por: YHON JAIRO SOLARTE DELGADO

đ?‘?đ?‘š 10000 đ?‘?đ?‘š2 ∗ 11,163 đ?‘š2 ∗ đ?‘ đ?‘’đ?‘” 1 đ?‘š2 đ?‘?đ?‘š3 đ?‘ž = 17492,5 = 15,5 đ?‘™đ?‘?đ?‘ đ?‘ đ?‘’đ?‘” ∅ = 8" đ?‘?đ?‘š3 4 ∗ 17492,5 đ?‘ đ?‘’đ?‘” 4∗đ?‘ž đ?‘‰= = đ?œ‹ ∗ ∅2 đ?œ‹ ∗ (20,32 đ?‘?đ?‘š)2 đ?‘?đ?‘š đ?‘‰ = 53,96 đ?‘ đ?‘’đ?‘” đ?‘ž = 0,1567

La velocidad debe ser mayor 50 cm/s y menor de 200 cm/s. Por lo cual se estå dentro del rango establecido. 

Perdidas por Accesorios (Hacc): đ?‘?đ?‘š 2 0,5 ∗ (53,96 đ??žâˆ—đ?‘‰ đ?‘ đ?‘’đ?‘”) = = 2∗đ?‘” 2 ∗ 981 đ??ťđ?‘Žđ?‘?đ?‘? = 0,74 đ?‘?đ?‘š ≈ 1 đ?‘?đ?‘š 2

đ??ťđ?‘Žđ?‘?đ?‘?



Perdidas en la TuberĂ­a Efluente (Ht): đ?‘?đ?‘š 2 4 ∗ (53,96 đ??žâˆ—đ?‘‰ đ?‘ đ?‘’đ?‘”) đ??ťđ?‘Ą = = 2∗đ?‘” 2 ∗ 981 2

đ??ťđ?‘Ą = 5,937 đ?‘?đ?‘š ≈ 6 đ?‘?đ?‘š 

Perdidas por FricciĂłn:

Con D=8�, Q= 17,5 lps, C=100. (En tablas de Hazen Williams). � = 0,53,96

đ?‘š đ?‘

đ?‘‰ = 0,354 ∗ đ??śđ??ť ∗ đ??ˇ0,63 ∗ đ??˝0,54 1

( ) 0,54 đ?‘‰ đ?‘š đ??˝=( ) = 0,002772 0.63 0,354 ∗ đ??śđ??ť ∗ đ??ˇ đ?‘š

Perdida por fricciĂłn en el efluente: ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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TRATAMIENTO DE AGUAS DISEÑO PTAP

Presentado por: YHON JAIRO SOLARTE DELGADO

𝐻𝑓 = 𝐽 ∗ 𝐿 𝑚 𝐻𝑓 = 0,002772 ∗ 20 𝑚 = 0,05543 𝑚 = 5,543 𝑐𝑚. 𝑚 𝐻𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐻𝑎 + 𝐻𝑔 + 𝐻𝑓 + 𝐻𝑎𝑐𝑐 + 𝐻𝑡 + 𝐻𝑓 𝐻𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 26,916 𝑐𝑚 + 1,125 𝑐𝑚 + 1 𝑐𝑚 + 1 𝑐𝑚 + 5,937 𝑐𝑚 + 5,543 𝑐𝑚 𝐻𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 41, 5 𝑐𝑚 

Altura vertedero: 2⁄ 3

𝐻𝑉𝐸𝑅𝑇

𝑄 = ( ) 1,84 ∗ 𝐿

2⁄ 3

𝐻𝑉𝐸𝑅𝑇

𝑚3 35 ∗ 10−3 𝑠 = ( ) 1,84 ∗ 0,7

𝐻𝑉𝐸𝑅𝑇 = 0, 09038 𝑚 = 9, 038 𝑐𝑚 𝐻 = 𝐻𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 + 𝐻𝑉𝐸𝑅𝑇 𝐻 = 41, 5 𝑐𝑚 + 9, 038 𝑐𝑚 𝐻 = 50,54 𝑐𝑚 Perdidas en el Afluente: 𝑐𝑚 2 0,6 ∗ (53,96 𝐾∗𝑉 𝑠𝑒𝑔) = = 2∗𝑔 2 ∗ 981 2

𝐻𝑎𝑐𝑐

𝐻𝑡 = 0,8904 𝑐𝑚 ≈ 1 𝑐𝑚 𝐶𝑜𝑡𝑎 𝐶𝑎𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜 = 50,54 𝑐𝑚 + 1 𝑐𝑚 = 51,54 𝑐𝑚 𝐶𝑜𝑡𝑎 𝐶𝑎𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐴𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜 = 51,54 𝑐𝑚 10. Diseño Canaleta de Lavado. Se colocan dos canaletas de lavado por filtro

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TRATAMIENTO DE AGUAS DISEÑO PTAP

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𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎 = 0,1 + 𝑤 + 0,1 30< w < 60cm, se toma w= 40cm ≈ 0.40m 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎 = 0,1 + 0,4 + 0,1 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎 = 0,6 𝑚 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑜𝑠 𝐶𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎𝑠 = 0,6

𝑚 ∗ 2 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎𝑠 = 1,2 𝑚 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎

𝐿𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜𝑠 = 3,66 𝑚 𝐿𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 = 3,66 𝑚 − 1,2 𝑚 = 2,46 𝑚 Recorrido del Agua: 𝑅𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑢𝑎 =

𝐿𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 2,46 𝑚 = = 0,615 𝑚 𝑁° 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 4 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠

Cada Canaleta vierte el agua por dos partes. Distancia entre Bordes de Canaletas Dicha distancia debe ser d ≤ 2 m. Por lo tanto se toma d= 2m. 𝑑 2 = = 1 ≥ 0,65 𝑚 𝒐𝒌‼ 2 2  Facultad de Ingeniería FACULTAD DE INGENIERIA

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TRATAMIENTO DE AGUAS DISEĂ‘O PTAP

Presentado por: YHON JAIRO SOLARTE DELGADO

11. Tasa de Lavado de la Arena (TL). TL = f (Tipo de Arena). TL = (600 – 800) Lt/min*m2 TL = 600 Lt/min*m2 (Arena Fina) TL = 800) Lt/min*m2 (Arena Gruesa) Se toma para arena gruesa TL = 800) Lt/min*m2 

Caudal de Lavado (QL) đ?‘„đ??ż = đ?‘‡đ??ż ∗ đ??´đ?‘“ đ?‘„đ??ż = 800

đ?‘™đ?‘Ą đ?‘™đ?‘Ą 2 ∗ 11,163 đ?‘š = 8930,4 min∗ đ?‘š2 đ?‘šđ?‘–đ?‘›

Para las dos canaletas de lavado el caudal de diseĂąo es:

đ?‘„đ??ˇ đ??śđ?‘Žđ?‘›đ?‘Žđ?‘™

đ?‘™đ?‘Ą 8930,4 đ?‘šđ?‘–đ?‘› đ?‘„đ??ż đ?‘™đ?‘Ą = = = 4465,2 2 2 đ?‘šđ?‘–đ?‘›

12. Altura de la Canaleta

đ??ť=(

đ?‘„đ??ˇ đ??śđ?‘Žđ?‘›đ?‘Žđ?‘™ ) 0,65 ∗ đ?‘¤

2â „ 3

2â „ 3

đ?‘™đ?‘Ą 4465,2 đ?‘šđ?‘–đ?‘› =( ) 0,65 ∗ 40

= 30,90 đ?‘?đ?‘š

SoluciĂłn SecciĂłn Mixta:

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TRATAMIENTO DE AGUAS DISEĂ‘O PTAP

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đ??´1 = 20 đ?‘?đ?‘š ∗ 40 đ?‘?đ?‘š = 800 đ?‘?đ?‘š2 40 ∗ â„Ž đ??´2 = = 20 ∗ â„Ž 2 đ??´đ?‘‡ = đ??´1 + đ??´2 = 800 + 20 ∗ â„Ž đ??´đ?‘‡ = 40 đ?‘?đ?‘š ∗ 30,9 đ?‘?đ?‘š = 1236 đ?‘?đ?‘š2 đ??´đ?‘‡ = đ??´đ?‘‡ 800 + 20 ∗ â„Ž = 1236 â„Ž = 21,79 đ?‘?đ?‘š Para dar una margen de seguridad al canal se decide tomar una altura de 25 cm. â„Ž = 25 đ?‘?đ?‘š 13. ExpansiĂłn de la Arena (E): Al lavar un filtro es necesario conocer la expansiĂłn de la arena (E ≤ 50%), para que no se fluidice y se pierda al ganar la altura de la canaleta: đ?‘‰đ??ż 0.22 [( đ?‘‰ ) − đ?‘ƒ] đ?‘Ž đ??¸= ∗đ??ż đ?‘‰đ??ż 0.22 1 − (đ?‘‰ ) đ?‘Ž VL = Velocidad de lavado o tasa de lavado = 1.33 cm/s L = Espesor estrato de arena = 65 cm

Estrato

Li (cm)

di (cm) Ki di

Vai/k2 Vai

VL/Vai (VL/vai)^0,22 Fi

Ei (Fi*Li)

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1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

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13,00 13,00 13,00 19,50 6,50

0,14 0,11 0,13 0,06 0,05

34,51 27,12 30,34 15,74 12,59 1â „ 3

đ??žđ?‘– = (

đ?‘” ∗ (đ?‘†đ?‘ − 1) ) (đ?œ?đ??ť2đ?‘‚ )2

đ??ž2 = ((đ?‘” ∗ (đ?‘†đ?‘ − 1) ∗

1 đ?œ?đ??ť2đ?‘‚ ) â „3

9,00 7,00 5,80 4,10 3,50

23,13 17,99 14,90 10,54 8,99

0,06 0,07 0,09 0,13 0,15

0,53 0,56 0,59 0,63 0,66

0,29 0,38 0,46 0,64 0,75 ∑

3,72 4,88 5,92 12,49 4,86 31,87

1â „ 3

đ?‘?đ?‘š 981 2 ∗ (2,63 − 1) đ?‘ = ( ) (0,01061)2

= 242, 2315

1â „ đ?‘?đ?‘š 3 = ((981 2 ∗ (2,63 − 1) ∗ 0,01061) = 2,569 đ?‘

đ??žđ?‘– đ?‘‘đ?‘– = 34,51 (Ki di del grafico V.1 de "TeorĂ­a y prĂĄctica de la purificaciĂłn del agua" Jorge Arboleda). đ?‘‰đ?‘Ž đ??ž2

= 9

đ?‘‰đ?‘Žđ?‘– = 9 ∗ 2,57 = 23,13 (Vai/k2 del grafico V.2 de "TeorĂ­a y prĂĄctica de

la purificaciĂłn del agua" Jorge Arboleda). đ?‘‰đ??ż 0,22 (đ?‘‰ ) −đ?‘ƒ đ?‘Žđ?‘– đ??šđ?‘– = đ?‘‰ 0,22 1 − (đ?‘‰đ??ż ) đ?‘Žđ?‘– P= 0 ,4 Ei = Fi*Li Cheque de ExpansiĂłn: đ??¸ ∗ 100% < 50% đ??¸đ?‘ đ?‘Ą.đ??´đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘›đ?‘Ž 31,87 ∗ 100% = 49,03 % < 50% đ?’?đ?’Œâ€ź 65 đ?‘?đ?‘š đ?‘‡đ??ż = 10 đ?‘šđ?‘–đ?‘› ∀= 1,5 ∗ đ?‘„đ??ż ∗ đ?‘‡đ??ż đ?‘„đ??ż = đ?‘‡đ??ż ∗ đ??´đ?‘“

ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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TRATAMIENTO DE AGUAS DISEĂ‘O PTAP

đ?‘„đ??ż = 800

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đ?‘™đ?‘Ą 1 đ?‘š3 đ?‘š3 2 ∗ 11,163 đ?‘š = 8,9304 min∗ đ?‘š2 1000 đ?‘™đ?‘Ą đ?‘šđ?‘–đ?‘›

∀= 1,5 ∗ 8,9304 

đ?‘š3 ∗ 10 đ?‘šđ?‘–đ?‘› = 133,956 đ?‘š3 ≈ 134 đ?‘š3 đ?‘šđ?‘–đ?‘›

Dimensiones de la Estructura: đ??ľ ∗ đ??ż ∗ đ??ť = đ??ľ2 ∗ đ??ť = ∀ Se asumirĂĄ un tanque cuadrado cuya base serĂĄ 8 m. AsĂ­ la altura serĂĄ igual a: ∀ đ??ť= 2 đ??ľ 134 đ?‘š3 đ??ť= (8 đ?‘š)2 đ??ť = 2,09375 đ?‘š



Altura Tanque Elevado:

đ?‘„đ??ż = đ?‘‡đ??ż ∗ đ??´đ?‘“ đ?‘„đ??ż = 800

đ?‘™đ?‘Ą đ?‘™đ?‘Ą ∗ 11,163 đ?‘š2 = 8930,4 2 min∗ đ?‘š đ?‘šđ?‘–đ?‘›

D=10â€? = 25, 4 cm = 0,254 m C=100 đ?‘™đ?‘Ą 1 đ?‘š3 1 đ?‘šđ?‘–đ?‘› 8930,4 ∗ đ?‘„đ??ż đ?‘š đ?‘šđ?‘–đ?‘› 1000 đ?‘™đ?‘Ą ∗ 60 đ?‘ đ?‘’đ?‘” đ?‘‰= = = 2,9373 2 đ??´ đ?‘ 0,254 đ?‘š đ?œ‹âˆ—( 2 ) đ?‘š đ?‘‰ = 2,9373 đ?‘ đ?‘‰ = 0,354 ∗ đ??śđ??ť ∗ đ??ˇ0,63 ∗ đ??˝0,54 1

( ) 0,54 đ?‘‰ đ?‘š đ??˝=( ) = 0,04925 0.63 0,354 ∗ đ??śđ??ť ∗ đ??ˇ đ?‘š

Longitud de TuberĂ­a= 30 m (Asumida). đ?‘š â„Žđ?‘“ = 0,04925 ∗ 30 đ?‘š = 1,4775 đ?‘š = 147,8 đ?‘?đ?‘š đ?‘š ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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

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Por Accesorios: K= 8 đ??ťđ?‘Žđ?‘?đ?‘?

đ?‘š 2 8 ∗ (2,9373 đ?‘ ) đ??ž ∗ đ?‘‰2 = = = 3,518 đ?‘š 2∗đ?‘” 2 ∗ 9,81

đ??ťđ?‘Žđ?‘?đ?‘? = 3,518 đ?‘š = 351,8 đ?‘?đ?‘š 

Perdidas en la Grava: Se pierde 3cm por cada 30cm/min de la tasa de lavado (TL) y se pierden 3 cm por cada 30cm del espesor total de la grava e T. đ?‘™đ?‘Ą đ?‘?đ?‘š đ?‘‡đ??ż = 800 = 80 2 min∗ đ?‘š đ?‘šđ?‘–đ?‘› đ?‘’đ?‘‡ = 45 đ?‘?đ?‘š đ?‘?đ?‘š 80 đ?‘šđ?‘–đ?‘› 45 đ?‘?đ?‘š đ??ťđ?‘” = 3 đ?‘?đ?‘š ( đ?‘?đ?‘š ) ∗ (30 đ?‘?đ?‘š) = 12 đ?‘?đ?‘š 30 đ?‘šđ?‘–đ?‘› đ??ťđ?‘” = 12 đ?‘?đ?‘š



Perdidas en el falso fondo: đ?‘ž = 0,62 ∗ đ??´ ∗ √2 ∗ đ?‘” ∗ đ??ť ∗ đ?‘“ đ?‘™đ?‘Ą 1 đ?‘š3 1 đ?‘šđ?‘–đ?‘› (100 đ?‘?đ?‘š)3 đ?‘?đ?‘š3 đ?‘ž = 8930,4 ∗ ∗ ∗ = 148840 đ?‘šđ?‘–đ?‘› 1000 đ?‘™đ?‘Ą 60 đ?‘ đ?‘’đ?‘” 1 đ?‘š3 đ?‘ đ?‘’đ?‘”

đ?‘?đ?‘š 1,333 đ?‘ đ?‘’đ?‘” ∗ 111630 đ?‘?đ?‘š2 đ?‘‰đ?‘“ ∗ đ??´đ?‘“ đ?‘?đ?‘š3 đ?‘ž= = = 310,083 đ?‘ ° đ?‘‡đ?‘œđ?‘Ąđ?‘Žđ?‘™ đ?‘‘đ?‘’ đ?‘‚đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘“đ?‘–đ?‘?đ?‘–đ?‘œđ?‘ 480 đ?‘ đ?‘’đ?‘” 2

đ?‘?đ?‘š3 ( 310,083 2 đ?‘ž đ?‘ đ?‘’đ?‘” ) đ??ťđ?‘“ = = = 5,099 đ?‘?đ?‘š 0,7688 ∗ đ??´2 ∗ đ?‘” 0,7688 ∗ (5 đ?‘?đ?‘š )2 ∗ 981 đ??ťđ?‘“ = 5,01 đ?‘?đ?‘š 

Perdidas en la Arena (Ha): Espesor de la Arena (L) = 65 cm Porosidad (P) = 40% Ss= 2,63 ď€ Facultad de IngenierĂ­a

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đ??ťđ?‘Ž = đ??ż ∗ (1 − đ?‘ƒ) ∗ (đ?‘†đ?‘ − 1) = 65 đ?‘?đ?‘š ∗ (1 − 0,4) ∗ (2,63 − 1) = 63,57 đ?‘?đ?‘š 

Altura del Tanque: đ??ťđ?‘‡ = đ??ťđ?‘Ž + đ??ťđ?‘” + đ??ťđ?‘“ + đ??ťđ?‘Žđ?‘?đ?‘? + đ??ťđ?‘“

đ??ťđ?‘‡ = 63,57 đ?‘?đ?‘š + 12 đ?‘?đ?‘š + 5,01 đ?‘?đ?‘š + 351,8 đ?‘?đ?‘š + 147,8 đ?‘?đ?‘š = 580,24 đ?‘?đ?‘š đ??ťđ?‘‡ = 580,24 đ?‘?đ?‘š = 600 đ?‘?đ?‘š = 6đ?‘š La altura del tanque serĂĄ de 6 m. Sistema de Bombeo: Hay que bombear un caudal para una capacidad del tanque de 134 m3 Tomando: - tllenado = 2 horas (evitar tener una bomba muy grande). - Se dispondrĂĄ de dos unidades (en caso de daĂąarse un la otra estarĂĄ funcionando). DiseĂąo de la Motobomba Caudal de Bombeo đ?‘„đ?‘™đ?‘Žđ?‘Łđ?‘Žđ?‘‘đ?‘œ = 8.93 đ?‘š3/đ?‘šđ?‘–đ?‘› ∗ 1 đ?‘šđ?‘–đ?‘›/60đ?‘ đ?‘’đ?‘” ∗ 1000 đ?‘™đ?‘Ą/đ?‘š3 = 148.84 đ??żđ?‘ƒđ?‘† SucciĂłn TuberĂ­a de 10â€? C = 100 V = 2.96 m/seg V2/2g = 0.4398 m Sumergencia Espesor de la capa de agua que debe quedar sobre la entrada de agua de succiĂłn para evitar entrada de aire al tubo. đ?‘† = 2.5 ∗ ∅ + 0.10 (Norma Insfopal) đ?‘† = 2.5 ∗ 25.4 + 0.10 = 63.6 đ?‘?đ?‘š La parte inferior de la coladera es aconsejable dejarla a 50 cm de fondo de pozo C = Perdidas por depresiĂłn baromĂŠtrica = 0.36 (segĂşn steel) d = Perdidas por vacĂ­o imperfecto de la bomba = (1.8 a 2.4) (segĂşn steel) e = PĂŠrdidas por fricciĂłn ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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PĂŠrdidas por FricciĂłn ( e ): Longitudes Equivalentes Longitud Recta de TuberĂ­a ᜲ10â€? = 1,00 m Longitud Horizontal ᜲ10â€? = 1,5 m 1 valvula de Pie ᜲ12â€? = 78,00 m 1 Codo de 90° radio corto ᜲ12â€? = 9,5 m Entrada de tuberĂ­a de Bombaᜲ12â€? = 9,00 m Total de Longitudes Equivalente = 99 m. đ?‘ƒđ?‘œđ?‘&#x; đ??šđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘?đ?‘?đ?‘–Ăłđ?‘› = đ??żđ?‘œđ?‘›đ?‘”. đ??¸đ?‘žđ?‘˘đ?‘–đ?‘Łđ?‘Žđ?‘™đ?‘’đ?‘›đ?‘Ąđ?‘’ ∗ đ??˝ Pđ?‘œđ?‘&#x; đ??šđ?‘&#x;đ?‘–đ?‘?đ?‘?đ?‘–Ăłđ?‘› = 99.0đ?‘š ∗ 0,0136 = 1.3464 đ?‘š ≈ 1.35 đ?‘š đ?‘’ = 1.35 đ?‘š â„Žđ?‘šđ?‘–đ?‘› = đ?‘† + 50 â„Žđ?‘šđ?‘–đ?‘› = 63.6 + 50 = 113.6 đ?‘?đ?‘š â„Žđ?‘šđ?‘–đ?‘› = 113.6 đ?‘?đ?‘š ≈ 1.14 đ?‘š DiseĂąo del Pozo de succiĂłn: Asumiendo Tiempo de RetenciĂłn = 5min ∀= đ?‘„ ∗ đ?‘‡đ?‘&#x; ∗ 60 đ??żđ?‘Ą ∀ = 148.84 ∗ 5 min ∗ 60 đ?‘ đ?‘’đ?‘” = 44.65 đ?‘š3 đ?‘ đ?‘’đ?‘” SegĂşn el volumen el ĂĄrea mĂ­nima debe ser: ∀ 44,65 đ?‘š3 đ??´= = = 39,31 đ?‘š2 â„Žđ?‘šđ?‘–đ?‘› 1,14 đ?‘š Altura MĂĄxima de SucciĂłn AMS: đ?‘¨đ?‘´đ?‘ş = 10.33 – ( đ?‘Ž + đ?‘? + đ?‘? + đ?‘‘ + đ?‘’ + đ?‘“ ) DĂłnde: a = PĂŠrdidas por altura sobre el nivel del mar (Ver tabla libro El Agua PĂĄg. 54). Se asume una altura de 1480 m.s.n.m para dicha elevaciĂłn a corresponde a 1.77. b = PĂŠrdidas por temperatura (Tabla 3 Libro El Agua). Se asume una temperatura promedio de T° promedio = 20°C para lo cual b es igual a b = 0.24 m f = PĂŠrdidas por velocidad - f = 0.4394 = 0.44 ď€ Facultad de IngenierĂ­a FACULTAD DE INGENIERIA

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đ??´đ?‘€đ?‘† = 10.33 – (1.77 + 0.24 + 0.36 + 1.8 + 1.35 + 0.44) đ??´đ?‘€đ?‘† = 4.3738 đ?‘š Cabeza Neta Positiva de SucciĂłn NPSH = ha - hT° - hs NPSH = Altura baromĂŠtrica – pĂŠrdida por temperatura – altura dinĂĄmica de succiĂłn Altura BaromĂŠtrica Local ha = 8.56m profesor)

(Asumida segĂşn memorias del

Altura de SucciĂłn hs = Altura estĂĄtica de succiĂłn +pĂŠrdidas por fricciĂłn +V2/2g â„Žđ?‘ = 1 + 1.35 + 0.4466 hs = 2.7966 ď €ď€ 2.80 m PĂŠrdida por T° â„Žđ?‘‡° = 0.24đ?‘š đ?‘ đ?‘ƒđ?‘†đ??ť = 8.56 – 0.24 – 2.80 = 5.52 đ?‘š đ??´đ?‘€đ?‘† < đ?‘ đ?‘ƒđ?‘†đ??ť 4.36 < 5.52 đ?‘śđ?‘˛ Tipo de Bomba La bomba se escoge en los catĂĄlogos de los fabricantes con Q = 148.84 LPS, o un caudal aproximado de (150 LPS)

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TRATAMIENTO DE AGUAS DISEÑO PTAP

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5. ANÁLISIS DE RESULTADOS PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE UNIDADES

DIMENSIONES Y CARACTERÍSTICAS Mecánica: consta de 2 unidades de 3 Volumen=31,5 m y área superficial 2 del tanque de 12,5 m C/U Hidráulico: 2 unidades donde cada tanque tiene un volumen de: 13,34 m³ Área: 13,34 m²

OPERATIVIDAD

SEDIMENTACIÓN

Sedimentación tipo convencional (Discreta): Volumen: 104,32 m³ Área superficial: 50,43 m² Sedimentador de alta tasa: Volumen: 20 m³ Área superficial: 5 m²

Es el proceso donde se separan los sólidos y los líquidos, por consiguiente no se puede producir atascamiento ni retención de las partículas, se recomienda mantenimiento continuo para su correcto funcionamiento especialmente en temporadas invernales.

FILTRACIÓN

Se diseñaron 2 módulos de filtración rápida conformados por capas de grava, arena y antracita. Área: 11,163 m²

El sistema se utiliza para eliminar los coloides y las partículas que no han sido removidos por los procesos anteriores, no se puede permitir la pérdida de los materiales que componen el lecho filtrante lo cual se puede provocar en los cambios de caudal, se debe realizar un correcto monitoreo, verificación y mantenimiento, en especial cuando se presentan variaciones en el caudal

FLOCULACIÓN

Por medio de éste proceso se busca aglomerar partículas indeseables formando Floc que permita removerlas fácilmente a partir de la mezcla lenta. Se hace necesario un monitoreo continuo del funcionamiento.

Otras unidades diseñadas: o El diseño de la cámara de aquietamiento se realizó para reducir la velocidad del agua que llega desde la fuente y garantizar que ésta sea aceptable en la planta o Se diseñaron dos unidades independientes de desarenación secundaria para garantizar el mantenimiento, sin interrumpir su operación. o Todas las unidades diseñadas cumplen los requerimientos de diseño exigidos en los rangos establecidos, esto para garantizar el cumplimiento de la normatividad además de permitir un correcto funcionamiento.

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Presentado por: YHON JAIRO SOLARTE DELGADO

6. BIBLIOGRAFÍA  Teoría y práctica de la purificación del agua 3 Ed. JORGE ARBOLEDA V.  Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico. RAS 2000, titulo C. Ministerio de Desarrollo Económico 2000.  Notas de clase Abastecimiento y remoción de aguas, ING. ALFREDO MURILLO VÉLEZ Ingeniero sanitario.  Notas de clase tratamiento de aguas, ING. GABRIEL LOZANO, Titular de la asignatura de tratamiento de aguas.  LOPEZ C. R. A. (Junio 2003), Elementos de Diseño de Acueductos y Alcantarillado. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá, Colombia

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