ATARJEA
UNIVESIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Escuela de Ingeniería Industrial
PROCESOS INDUSTRIALES I Prof. Ing Parra Osorio, Hernan
ALUMNO: SILVERA IRUPAILLA, JOEL
VISITA A LA PLANTA DE SEDAPAL- LA ATARJEA 1.- OBJETIVOS: ·
Conocer los Procesos de tratamiento del Agua, y su potabilizacion.
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Conocer la importancia de su uso sostenible para la vida humana.
2.- FUNDAMENTO TEÓRICO Sedapal (Marco Legal) SEDAPAL es una empresa estatal de derecho privado, íntegramente de propiedad del Estado, constituida como Sociedad Anónima, a cargo del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, con autonomía técnica, administrativa, económica y financiera. Sus servicios son de necesidad y utilidad pública y de preferente interés social.
Zona de Operación: Provincias de Lima y Constitucional del Callao
2.1 El Agua Su naturaleza se compone de tres átomos, dos de oxígeno que unidos entre si forman una molécula de agua, H 2O, la unidad mínima en que ésta se puede encontrar. La forma en que estas moléculas se unen entre sí determinará la forma en que encontramos el agua en nuestro entorno; como líquidos, en lluvias, ríos, océanos, camanchaca, etc., como sólidos en témpanos y nieves o como gas en las nubes.
2.2 Propiedades del Agua A. Propiedades Físicas del Agua · · · · · · · · ·
Estado físico: sólida, liquida y gaseosa Color: incolora Sabor: insípida Olor: inodoro Densidad: 1 g./c.c. a 4°C Punto de congelación: 0°C Punto de ebullición: 100°C Presión critica: 217,5 atm. Temperatura critica: 374°C
B. Propiedades Químicas del Agua · · · · ·
Reacciona con los óxidos ácidos. Reacciona con los óxidos básicos. Reacciona con los metales. Reacciona con los no metales. Se une en las sales formando hidratos.
2.3 Ciclo Natural del Agua La hidrología es la ciencia que estudia la distribución del agua en la Tierra, sus reacciones físicas y químicas con otras sustancias existentes en la naturaleza, y su relación con la vida en el planeta. El movimiento continuo de agua entre la Tierra y la atmósfera se conoce como ciclo hidrológico. 2.4 Potabilización del Agua A pesar de la definición química del agua como una sustancia constituida exclusivamente por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, en la naturaleza no se encuentra nunca en ese grado de pureza sino que está siempre impurificada con una serie de componentes inorgánicos y orgánicos. 2.4.1 Coloides
Los coloides son partículas de tamaño intermedio entre las moléculas y las partículas suspendidas que tarde o temprano decantan por efecto de la gravedad. Es decir el estado coloidal está entre las soluciones y las suspensiones que terminan precipitando. Aunque las partículas coloidales son muy pequeñas, son lo suficientemente grandes como para dispersar la luz (efecto Tyndall) por lo que estas partículas comunican aspecto turbio u opaco al agua, a menos que estén muy diluidas. La mayoría de los coloides están cargados negativamente, por lo que en agua son estables debido a la repulsión electrostática entre estas partículas invisibles. Esta repulsión sobrepasa las fuerzas de atracción de Van Der Waals, por lo que no se aglomeran y por lo tanto no precipitan. 2.4.2 Coagulación La coagulación implica tres etapas: adición de coagulante, desestabilización de la partícula coloidal y formación de flóculos. La adición de sales coagulantes como las ya dichas sulfato de aluminio, sulfato férrico o cloruro férrico, produce cationes poliméricos tales como [Al13O4(OH)24]7+ y [Fe3(OH)4]5+ cuyas cargas positivas neutralizan las cargas negativas de los coloides, permitiendo que las partículas se unan formando aglomerados pequeños denominados flóculos. 2.4.3 Floculación La reunión de estos flóculos pequeños en conglomerados mayores (floculación) se realiza con ayuda de polímeros polielectrolíticos, que permiten la decantación a velocidades altas de sedimentación. Debido a que la coagulación y la inmediata etapa de floculación ocurren muy rápidamente, en la práctica poco se distinguen.
3. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO El río Rímac es un “torrente de montaña”, que nace en las cumbres de los Andes y que en el corto recorrido de 125 Km. desciende de 5000 m. El proceso de tratamiento de las aguas del río Rímac se inicia con: 3.1 La Captación Las aguas llegan a las compuertas radiales, llamadas también compuertas de represamiento, que embalsan al agua y la obligan a entrar a la planta. En la margen izquierda está la bocatoma 1 y su capacidad de captación es de 15m3/seg. En la margen derecha la bocatoma 2 y su capacidad de captación es de 20m3/seg. Luego pasa a las compuertas de captación y estas se regulan de acuerdo a las necesidades, porque hay un caudal de agua permanente de ingreso a las bocatomas, aproximadamente entre 12m 3/seg. y 15 m3/seg., para luego hacerlos pasar por unas rejillas o cámaras de desbaste y todas los materiales que tengan un diámetro mayor que esas separación de rejillas va a quedar retenidos. Las rejillas son de madera y tienen una separación de 5cm. Si se tuviese más agua de la que necesitamos, entonces las compuertas se regulan y permiten el paso del agua, aguas abajo. Y eso se ve en verano cuando el 3 3 caudal aumenta. Se producen 16m /seg., 18m /seg. aún cuando se captan menos caudal. La producción está sostenida pero no se tiene la capacidad de mantener por eso se tiene que racionar el agua en las noches cerrándolas.
3.2 Desarenadores El agua captada en la margen izquierda es conducida por una tubería de 2.4m. de diámetro y 700m. de longitud entre la bocatoma y el desarenador. En la margen derecha el agua captada pasa bajo el río por un sifón invertido, siendo conducido a los Desarenadores por una tubería de 3m. de diámetro y 430m. de longitud.
El agua entra en zigzag y está chocando contra tabiques, de la tubería pasa a canal y se ensancha, y esa acción hace que cambie la sección, entonces disminuye la velocidad y entra a una pantalla deflectora, que se utiliza para estabilizar el flujo, es entonces que empieza la operación de sedimentar las partículas que tienen peso; en este caso serían las arenas, por eso se llama desarenador. Los desarenadores tienen una profundidad de hasta 8 m. 3.3 Precloración El agua sobrenadante recibe una dotación de cloro en cantidad suficiente, tiempo de contacto, temperatura y volumen; para ir bajando la carga de bacterias y es almacenada en el embalse regulador.
3.4 Embalses Reguladores El objetivo de este estanque regulador es recibir las aguas desarenadas y tener un cierto caudal de respaldo para cuando se necesite dar agua sostenida a la población. Por ejemplo; si se recibe 10 m3/seg. u 8 m3/seg. pero se necesita consumir 15 m3/seg. entonces se comienza a consumir este estanque regulador al ritmo que se necesite en plantas, al ritmo de la demanda de la población y de este modo este nivel comienza a descender. En las noches cuando se está cerrando el sistema para poder recuperar los niveles, el nivel del estanque comienza subir. Se tiene dos estanques reguladores: El estanque regulador Nº 1 tiene una capacidad 500 000 m 3 cuando está lleno y una profundidad de 8.5m. El estanque regulador Nº 2 tiene una capacidad de 1 200 000 m 3 cuando está lleno y una profundidad de 9.5m. 3.5 Unidades de Tratamiento Convencional Planta Nº 1 El sulfato de cobre antiguamente se le aplicaba a toda la masa de agua para eliminar las aguas, hoy día se le aplica a la superficie de 10cm. El tratamiento tradicional es tratarla con alguicida, en este caso el sulfato de cobre, pero llega el momento que la especie va a querer sobreponerse y se va a necesitar dosis mayores para matar las algas. Entonces se le aplica directamente una sal inorgánica, en este caso o usamos sulfato de aluminio o usamos cloruro férrico, ambas hacen el mismo efecto. Hasta este punto el flujo es horizontal.
3.6 Decantación Ahora se tiene una tubería con un caudal constante en posición horizontal ascendente. Al cual en la salida, se le amplia la salida, entonces al hacerle más grande la sección, la velocidad disminuye. Se observa que en este punto se le agrega el coagulante y entra una unidad con un área de entrada, y se le enfrenta con un área mucho más grande en la salida, hay un cambio de sección y esto hace que toda la masa de agua al ingresar tiene un caudal constante que empuja a la masa hacia arriba, pero como aquí le estamos agregando el coagulante, está reaccionando y formando el barro artificial que le llamamos FLOCK. Ese flock que tiene peso, al bajar la velocidad del agua, comienza a descender y se produce una separación. El agua limpia sube y el lodo se queda en la parte inferior. Por eso se forma una zona de interfase llamada manto de lodos, por eso esta unidad se llama decantador de manto de lodos. En la parte central del decantador de manto de lodos, en toda la base ingresa el agua con reactivos químicos, en este caso sería el sulfato de aluminio; el agua ingresa por la parte inferior, se reparte a la base y allí comienza la separación. El manto de lodo siempre se va incrementando, periódicamente va siendo evacuado por los extractores de fangos (cámaras de concentradores). En la parte inferior hay una especie de colchón de nubes, el cual es el lodo que debajo está en movimiento. Este colchón tienes mas o menos 1.5m. a 2m. de altura en la parte inferior, pero el agua al subir lentamente arrastra algunas partículas de flóculos (son débiles y pequeños).
Al salir el agua aparentemente está limpia, pero los sensores indican que tienen flóculos, es decir, ligeramente turbia; y esta agua debe pasar por un filtro de arena para retirarlos. El agua decantada pasa y atrapa a las partículas en la superficie, el agua inferior es colectada y va en tránsito a reservorios. 3.7 Filtración El agua sobrenadante en salida, algunos flóculos débiles son arrastrados y enturbian el agua de salida; entonces esta debe pasar por un filtro de arena para retirarlos. Se realiza a través de filtros Aquazur con una capa de arena de 1m. de espesor y con granos alrededor de 1mm. de diámetro. El agua se infiltra a través de la capa de arena, que retiene partículas mas pequeñas que los poros entre los granos de arena, produciendo una importante reducción de la turbiedad y en el contenido bacterial del agua.
En la parte inferior está la arena. La superficie de la arena se colmata, aumenta la pérdida de carga y cuando esto sucede un sensor indica el aumento. Cuando ya está en condiciones de ser lavado, el operador interrumpe el ingreso del agua, lo sella y le inyecta agua y aire en contracorriente, para que se desprenda el ingreso del lodo a la arena y pueda ser limpiado. El agua ingresa a la superficie y la capa de arena atrapa los flóculos en la superficie, en la cámara en la parte inferior, el agua está siendo colectada, está yendo a reservorios. Cuando se colmata la superficie de la arena, nos indica la pérdida de carga que aumentó, el operador lava y lo que hace es cerrar detrás, ingresa aire y le ingresa agua. El mecanismo es como se indica. Tiene cerrado el agua de lavado y le ingresa el aire, las partículas de arena se friccionan y chocan unas contra otras y desprenden de la cubierta y el agua al entrar hace que se desplace.
3.7.1 Fase de Filtración 1) 2) 3)
Arena de Filtro. Canal de agua filtrada, aire y agua de lavado. Válvula de evacuación de agua del lavado.
Todo el lecho de arena se purifica y es el agua aire, la cubierta y el lodo se desprenden por desplazamiento del agua limpia. El agua turbia que bota el filtro pasa a las alcantarillas en donde va directamente a una planta de recuperación para no perder esta agua. Cuando ya se hizo la operación, el filtro se estabiliza y otra vez está en la condición de servicio. Para lavar un filtro usamos un promedio de 400 m 3 de agua por cada filtro. 3.7.2 Fase de lavado 4) Orificio de entrada del agua de barrido. 5) Canal en V. 6) Canal de salida de las aguas del lavado. Y esta agua no se pierde, por la escasez que se tiene, esta agua es reciclada y se recupera. Esta planta tiene 36 filtros. 3.8 Cloración Después de esta filtración recibe una cloración de desinfección final, para destruir toda contaminación que pueda haber quedado después de todos los procesos anteriores, y para dejar un residuo de cloro disponible como protección contra posibles contaminaciones en el transporte o distribución y pasa a reservorios para la distribución a las ciudades.
3.9 Depósitos de Regulación Todo esto se hace con el ánimo de abastecer a los reservorios de cabecera, para que la cuidad de Lima esté abastecida de un modo sostenido y para que siempre haya agua en los estanques, para que la planta siempre funcione, para que los decantadores siempre estén activos y produzcan el agua de calidad para estos reservorios. Esto es trabajar en función del cliente. El cliente del río son los estanques. El cliente los estanques es la planta. El cliente de la planta son los decantadores. El cliente de los decantadores son los filtros. El cliente de los filtros son los reservorios. El cliente de los reservorios son las personas.
4. DIAGRAMA DE PROCESOS DEL TRATAMIENTO DE AGUA
1. CAPTACIÓN
El agua llega a las compuertas y se filtra or re illas.
3. PRECLORACIÓN
Se le da una dosis de cloro al agua.
2. DESARENADO
En los desarenadores se asienta la arena y partículas pesadas. 5. TRATAMIENTO
Se usa sulfato de cobre como alguicida.
4. EMBALSES REGULADORES
Aprovisionan agua y regulan el caudal de abastecimiento.
6. DECANTACIÓN
Se agregan coagulantes y se forma el manto de lodos.
Sistema de recuperación de agua de lavado de filtros. 7. FILTRACIÓN
Se reduce la turbiedad y el contenido bacterial del agua.
8. CLORACIÓN
Última dosis de cloro para el transporte del agua.
Ciudad de Lima
9. RESERVORIOS
Almacenes de agua ara la ciudad.
ESQUEMA:
ESQUEMA DE LA PLANTA (VISTA LONGITUDINAL)
ESQUEMA DE LA PLANTA (VISTA TRANSVERSAL)
Universidad Nacional de Ingeniería
4.- EQUIPOS INDUSTRIALES USADOS Se cuenta con los siguientes equipos: Barraje Móvil – Bocatoma.- El volumen de agua necesario para el tratamiento dentro de las unidades de las plantas es conducido a través de las bocatomas o tomas de agua, las Plantas de tratamiento de agua tienen 2 bocatomas. Bocatoma 1 margen izquierda.- Caudal de Diseño : 15 m3/s - Orificios de Captación - Cantidad : 3 cada uno de 1.1. m. x 5 m. Rejillas de Protección.- Para retención de troncos, ramas y otros cuerpos flotantes. - Número de rejas : 4 - Número de barras por reja : 43 - Ángulo de inclinación : 45 grados - Dimensiones de barra : 0.020 m. x 0.076 m. - Separación entre barras : 0.05 m. Compuertas de Captación.- Cantidad : 4 unidades - Dimensiones : 1.6 m. x 2.50 m. - Tubería de Conducción : 92 pulgadas de diámetro y 750 m. de longitud aproximado. Bocatoma 2 margen derecho.- Caudal de Diseño : 20 m3/s - Orificios de Captación - Cantidad : 3 cada uno de 1.1. m. x 5 m. Rejillas de Protección.- Para retención de troncos, ramas y otros cuerpos flotantes. - Número de rejas : 3 - Número de barras por reja : 96 - Ángulo de inclinación : 45 grados - Dimensiones de barra : 0.013 m. x 0.076 m. - Separación entre barras : 0.04 m. Compuertas de Captación.- Cantidad : 6 unidades - Dimensiones : 1.524 m. x 1.828 m. Sifón invertido.- 3 m. de diámetro y 85 m. de longitud Tubería de Conducción.- 3 m. de diámetro y 438 m. de longitud Desarenador.- El agua proveniente de la captación ingresa a las unidades de Desarenación a fin de retener la arena; estos están diseñados para eliminar la partícula crítica de 0,02 mm. de diámetro. Curso: Procesos Industriales I
Universidad Nacional de Ingeniería
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Estas unidades son en total 24 dispuestos: Número de Baterías : 2 (uno para cada captación) Número de Desarenadores : 12 por cada batería
Canal de Distribución.- Longitud Total : 98.6 m. - Angulo de inclinación : 15 grados a los extremos de los desarenadores Pantalla deflectora con orificios.- Dimensiones por orificio : 0.11 m x 0.125 m. - Dimensiones de cada desarenador: - Ancho : 8 m. - Largo : 35 m. - Profundidad : 6.70 m. máximo y 5.70 m. mínimo - Angulo : 50 grados talud transversal y 47 grados taludes horizontales Zona de Desarenación.- Carga disponible para sedimentación : 1.20 m. Zona de acumulación de arena.- Volumen aproximado de 800 m3 Zona de recolección de agua.- Orificios rectangulares - Cantidad : 4 - Dimensiones : 1.40 m x 0.45 m. Embalses Reguladores.- Las plantas de la Atarjea cuentan con dos reservorios de almacenamiento de agua pretratada, la función básica de estas unidades es de REGULACIÓN DE AGUA HACIA LAS PLANTAS, sin embargo también cumplen con otras funciones, por el tiempo de retención: - Sirven de cámara de contacto entre el agua y el cloro adicionado. - Eliminación de las partículas remanentes provenientes de los desarenadores. Estanque Regulador N°1.- Volumen Total : 500,000 m3 - Volumen útil : 350,000 m3 - Área superficial : 90,000 m2 - Profundidad : 7,20 m. en la zona más profunda - Tiempo de retención : 8,33 hrs. para QT = 10 m3/s descarga Estanque Regulador N°2.- Volumen Total : 1,200,000 m3 - Volumen útil : 850,000 m3 - Área superficial : 180,000 m2 - Profundidad : 8,50 m. en la zona más profunda - Tiempo de retención : 23,6 hrs. para QT = 10 m3/s descarga Dosificación de Coagulantes.-
Curso: Procesos Industriales I
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La floculación es el proceso mediante el cual las partículas coaguladas aumentan de tamaño y peso en los floculadores, con los que son posibles ser separados en los sedimentadores; las características de estas unidades son las siguientes:
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No. de Floculadores : 4 Dimensiones unitarias Ancho : 7,50 m. Largo : 59,55 m. Altura : 3,70 m. No. de sedimentadores : 10 Dimensiones unitarias Ancho : 40 m. Largo : 60 m. La coagulación, es el proceso mediante el cual se produce la desestabilización de las partículas en suspensión por neutralización de carga al reaccionar con una sustancia química de carga contraria.
Decantación.- La recolección de agua es por la parte superior, es decir que el flujo es vertical, la turbiedad de agua decantada establecida de 5 NTU, para los decantadores de las plantas de la Atarjea. SCADA.SEDAPAL viene implementando el sistema SCADA, para la automatización de la Planta, comprendida dentro del proceso de modernización de la empresa, de manera que pueda contar con tecnología de punta para la supervisión y operar a control remoto a través de un sistema de radio o de fibra óptica Los niveles de exigencia y de supervisión que se cumplen actualmente para ofrecer agua potable de calidad a la ciudad de Lima, han posibilitado que SEDAPAL tenga la certificación ISO 9002 en la Gestión de la Calidad para las Plantas de Tratamiento de Agua en La Atarjea. La experiencia de SEDAPAL, es un ejemplo de cómo se ha ido modificando no sólo sus aspectos técnicos y en tecnología, sino también en el manejo empresarial de la gestión de la calidad.
Curso: Procesos Industriales I
Universidad Nacional de Ingeniería
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
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Las industrias que están contaminando el río Rímac, sólo un 5% son de las minas, pero ellos son responsables del 80% a 90% de contaminación de las aguas con metales. SEDAPAL le da un promedio estimado de 200 L. por persona, diarios. Para una familia de 5 personas habría 1000 L. diarios, es decir, 30 m 3 al mes. El sulfato de cobre antiguamente se le aplicaba a toda la masa de agua para eliminar las algas, hoy día se le aplica a la superficie de 10cm. El m3 de agua producida en planta, a la salida del reservorio está en 20 céntimos. SEDAPAL cobra 1 sol / m3,, pero ahí se está asumiendo lo que cuesta extraer el agua subterránea. La planta Nº 1 abastece los reservorios de todo Lima y el centro de Lima y la planta Nº 2 abastece todo el cono sur, Villa el Salvador. Debería darse una concientización del uso racional del agua por la población, para que se pueda abastecer a más gente con la misma cantidad de agua que produce SEDAPAL. Se están tomando acciones para revaluar nuestras aguas subterráneas, como por ejemplo: Cada 200m. se ha construido una pantalla transversal, llamados hitos, que realmente es un muro que atraviesa el cauce del río Rímac. El agua al transcurrir en la superficie fluye también hacia la parte inferior. Esa pantalla transversal, lo embalsa a las aguas subterráneas y lo fuerza a que enriquezca la napa, de los pozos que están circundantes y de este modo se está dando una mayor utilidad al agua subterránea. Se ha llegado hasta el Km. 8 pero la esperanza es llegar has el Km. 40 del río Rímac. Se utilizan sensores de nivel y de presión en los embalses reguladores los cuales usan el sistema de rebose para facilitar el llenado de su capacidad total. Existe un control cerca de la bocatoma donde se calcula a partir de una muestra del agua, el valor de su pH que debe estar entre 6,5 y 9,5 ( sino es así se puede tratar con sustancias como cal ) y también se calcula la turbidez a través de un tubo de turbidez (NTU). En la superficie del agua en el embalse regulador se colocan barriles conteniendo CuSO 4 que tienen la función de eliminar algas que puedan formarse. Un sustituyente del cloro es el ozono que es mas barato pero que no conviene ya que no permanece el tiempo suficiente en la composición del agua, es decir no llega a los consumidores, siendo propenso a ser contaminado.
Curso: Procesos Industriales I
