Anexo6.3-1-Memorias-de-Calculo-PTARI

MEMORIAS DE CÁLCULO PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES - A.R.I.

NOPCO COLOMBIANA S.A.

Realizado por :

Fecha de entrega: 05 de Diciembre de 2008

INDICE Páginas

1. MEMORIAS DE CALCULO PLANTA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES - ARI ................................................................... 1.1 Introduccion ..................................................................................................... 1.2 Capacidad de diseño ....................................................................................... 1.3 Componentes de la planta................................................................................ 1.4 Servicios requeridos........................................................................................ 1.5 Productos Químicos requeridos ....................................................................... 1.6 Equipos Electricos requeridos ................................................ ......................... 1.7 Equipos neumaticos requeridos......................................................................... 2. CALCULOS ....................................................................................................... 2.1 Pozo de recolección y bomba de trasiego 1 ....................................... ....................... ............................ ............ 2.2 Tanque Homogenización y neutralización........................ neutralización........................................ .............................. .............. 2.2.1 Calculo del tanque ................................ ............... ................................. ................................. ................................. ..................... ..... 2.2.2 Calculo del agitador ...................................................................................... 2.3 Vertedero .......................................................................................................... 2.4 Bomba de Trasiego 2 ...................................................................................... 2.5 Mezclador en Linea ....................................................................................... 2.6 Celda de Flotación ...................................................................................... 2.6.1 Recirculación en la celda de flotación ........................................................ 2.6.2 Linea de aire comprido ............................................................................... 2.6.3 Area de Flotación........................................................................................ 2.6.4 Rascador Rascador de la celda celda de flotación ................................. ................ ................................ ............... ............. 2.6.5 Tolva de lodos Celda de flotación ................................................ .............. 2.6.6 Tornillo Sinfin para remocion de lodo sedimentado ..................................... ......................... ............ 2.7.Tanque de clarificación y oxidación ................................. ................................ 2. 7.1 Clarificación ................................. ................ ................................. ................................. ................................. .............................. .............. 2.7.2 Oxidación ................ ................................................................................... 2.8 Tanque de Bombeo y bomba trasiego 3 ........................................................ 2.9 Sistema de Filtración........................................................................................ 2.9.1 Filtro de carcaza – cartucho........................................................................... 2.9.2 Filtro de carbón activado................................................................................ 2.10. Tanque de adecuación de lodos .................................................................. 2.11. Tanque de ayuda Filtrante ............................................................................ 2.12. Filtro Prensa ..................................................................................................... Anexos Anexo 1. Bibliografia ................................ ................ ................................. ................................. ................................. ............................. ............ Anexo 2. Planos . ...................................................................................................

1 1 1 1 2 2 2y3 3 4 4y5 5 5 6y7 8 8 9 9 10 y 11 11 11 12 12 12,13 y 14 14 14 14 y 15 15 y 16 16 16 16 y 17 17 18 18 y 19 20 20 20


MEMORIAS DE CALCULOS PLANTA DE TRATAMIENTO DE ARI

Fecha de elaboración: 04-12-2008 Elaboró:

1. MEMORIAS DE CALCULO PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES - ARI. 1.1 Introducción El siguiente trabajo elaborado para NOPCO COLOMBIANA S.A. Presenta los diseños y las memorias de cálculos para la planta de tratamiento de aguas residuales industriales de la compañía NOPCO COLOMBIANA. El Objetivo pretende lograr la remoción de los SST y DBO del 80% tal como lo exige las normas. Con referencia a la temperatura y pH también se ajustará a la legislación del decreto 1594/84. Para este informe se tomo como referencia el análisis previo de las aguas generadas en NOPCO COLOMBIANA realizado por NOVAQUIMICA.

1.2 Capacidad de diseño 1.5 LPS ( 5.4 m3/hora)

1.3 Componentes de la Planta Teniendo en cuenta estas condiciones se deduce que el mejor tratamiento es el siguiente : 1) Pozo de recolección y bomba trasiego 1. 2) Tanque de homogenización y Neutralización de pH. 3) Vertedero. 4) Bomba de trasiego 2. 5) Mezclador en Linea. 6) Celda de Flotación. 7) Tanque clarificación y oxidación. 8) Tanque Bombeo y bomba de trasiego 3. 9) Sistema de Filtración. 10) Tanque de adecuación de lodos. 11) Tanque de ayuda filtrante. 12) Filtro prensa.

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1.4 Servicios Requeridos

Área Requerida. : 60 m2 Aire : 25 cfm a 80 psig. Energía 440/220V 14/28 A a 60 Hz. 3 fases. Energía 110V 4A a 60 Hz (bombas dosificadoras) Agua limpia preparación de químicos. ( nota : el área actual es 42 m2, por lo tanto se debe ampliar en 18 m2 ) ver plano de ubicación de equipos. La loza de ubicación de equipos estará rodeado por un cárcamo de 20 cm x 30 cm , con una pendiente del 2% mínimo en el fondo. Esta cárcamo estará tapado con rejillas plásticas de fácil remoción. El agua recolectada en estos cárcamos sera conducida al pozo de recolección.

1.5 Productos Químicos requeridos . Soda Caustica. ( Neutralización. ) Ácido Sulfúrico (Neutralización. ) Hipoclorito de sodio ( oxidación ) Polímero Aniónico ( adecuación de lodos ) Polímero Catiónico ( flotación ) Cloruro férrico (Adecuación de lodos). Cal (Adecuación de lodos). Peróxido de Hidrógeno (oxidación)

Estos productos químicos van en canecas de 200 litros.

1.6 Equipos Eléctricos requeridos Motores eléctricos Bomba de trasiego 1 ( evacuación pozo, sumergible ) Bomba de trasiego 2

potencia Tensión A V 0,5 HP 440 1A

3500

Tipo de uso 80%

¾ HP

3500

80%

440

1.3

RPM




(alimentación celda de flotación ) Bomba recirculación 2 HP 440 Celda flotación Motores eléctricos potencia Tensión V Bomba de trasiego 3 1.5 HP 440 ( Bomba de filtración ) Motor -reductor de 1.5 HP 440 Homogenización Motor - reductor rascador. 0.5 HP 440 Motor - reductor Tornillo Sinfín. ¾ HP 440 Motor – reductor adecuación de 0.5 HP 440 lodos Total 8 HP

3.2 A


3500 RPM

80%

2.4

3500

Tipo de uso 80%

2.4

110

80%

1 1.3 1

4 20 17

50% 30% 40%

1.7 Equipos neumáticos requeridos Presión 80 psi

Bomba Neumática dosificación polímero Bomba 80 evacuación lodos celda Bomba 80 Neumática filtro prensa relación 1:2 Agitación ayuda 80 filtrante, polímero.

Caudal 4 cfm

Tipo Uso Continuo- 80%.

6 cfm

Intermitente. 30%

8 cfm

Intermitente. 50%

2 cfm

Intermitente. 30%



Aire celda flotación Total

80


2 cfm


Continuo - 80%

25 cfm

2. Cálculos 2.1 Pozo de recolección y bomba de trasiego 1

Tanque de área transversal cuadrada y al cuál llegan las aguas residuales de carácter industrial, es decir, las aguas de las zonas de cacao, lavado y de reacción. De este tanque se bombeará el agua residual a la Planta de Tratamiento. Será hecho en concreto con las siguientes dimensiones: HTotal = 2,5 m (medido desde la superficie del piso al fondo del tanque) Hútil = 1m (altura para el volumen útil) L = W = 1,4 m Y por lo tanto el volumen útil de almacenamiento de agua residual (V) es: V = Hútil x L x W ≈ 2 m3. Dentro del pozo de recolección se ubicará una bomba sumergible que permitirá impulsar el agua hacia la planta. Ésta bomba se seleccionará con las siguientes condiciones de caudal y cabeza: Q = 1,5 L/s = 1,5x10 -3 m3 /s. H = 8 m (considerando la altura del fondo del pozo hasta la superficie, la altura del tanque de homogenización y las pérdidas por fricción en la tubería y en los accesorios). El cálculo de la potencia de la bomba, asumiendo una eficiencia del 60%, se estima así: Pot = ρQgH/ η

Bomba

Con ρ= 1000 kg/m3 (el valor de densidad puede ser levemente diferente pero dicha diferencia tan solo cambiará, a lo sumo, en un 10% la potencia) g = 9,8 m/s2. η

= 0,6.

Bomba

Y los valores de las demás variables se indicaron arriba, por lo tanto la potencia será igual a: Pot = 196 W = 0,2 kW. [email protected] Tel 2340 213 Medellín – Colombia . Pag. 4




La Potencia y la eficiencia varían con el caudal, es decir, que este valor de potencia puede cambiar si cambia Q. La potencia sugerida es ½ HP, sin embargo es importante indicar que la bomba se especificará con el caudal (Q) y la cabeza (H) y no con la Potencia. La velocidad en la tubería se puede estimar de la siguiente manera: v = Q/A Q = 1,5x10-3 m3 /s D = 3.81 cm = 0.038 m (tubería presión de PVC de diám. nominal 1½“) A = πR2. v = 1.3 m/s. (Es un valor de velocidad adecuado para sistemas con bomba, además con este valor de velocidad las pérdidas de energía en el sistema son bajas).

2.2 Tanque de homogenización y neutralización. 2.2.1 Cálculo del tanque. Teniendo en cuenta la variabilidad del agua con respecto al pH, caudal y temperatura se concluye que es necesario un tiempo de homogenización de una hora. El tanque de homogenización tendrá la función de ajustar el pH al rango 6 a 8 unidades de pH, y para ello se dispondrá de dos controladores, uno para el rango ácido y otro para el rango alcalino. El tanque de homogenización tendrá las siguientes medidas : V= Q x t residencia. Q= Caudal de operación = 5.4 m3/hora. t = 1 hora. V= 5.4 m3. Sea D= 1.85 m ( Diámetro comercial en tanques cilíndricos PRFV ) V= πD2 H/4 Se obtiene que H= 2m Se escogerá H = 2.3 m para tener un V efectivo igual al V de diseño. V real = 6.18m3 Para una correcta homogenización y Neutralización, este tanque tendrá un agitador tipo turbina, de 4 aspas inclinadas 45 grados y 4 bafles a 90 grados cada uno [email protected] Tel 2340 213 Medellín – Colombia . Pag. 5




2.2.2 Cálculo del agitador Las normas de diseño mas usuales para agitadores son : Diámetro agitador = 0.45 m ( 25% del Diámetro del tanque ) Espesor de los bafles = 0.2 m ( 10% al 12 % del diámetro del tanque. ) Ancho aspas = 0.1 m ( 1/5 del diámetro del agitador. ) La formula para el calculo de la potencia para un tanque con bafles y régimen turbulento es : HP = (fp x ρ x n3 x D5 )/750 Nre = ρ x n x D2 /u. Nre = mayor a 10000 para régimen turbulento. RPM = 110 esta revolución es comercial y muy usada. Para el calculo del eje Deje = 1.72(T/s)0.33 en pulg. T= 63000xhp/RPM ( torque Lb-in ) Donde : fp = factor de potencia = 1.5. ( factor potencia para turbinas ) n = revoluciones por segundo = 1,83 ( 110 RPM ) D = diámetro en metros = 0.45 m ( 25 % de 1.85 m) ρ= 1000 kg/m3 ( densidad del agua ) u = 0.002 Pa.S. ( Viscosidad del agua con solidos) T= torque en Lb-in. S= esfuerzo admisible en el eje= 12500 Lb/in2 (4310 acero ) Aplicando las anteriores formulas : Nre = 1000x1.83x 0.45 2 / 0.002 Nre =185287 > 10000,por lo tanto cumple. HP = 1.5x1050x1.83 3 x 0.45 5 /750.





HP = 0,23 HP Eficiencia del motor = 0,7 Perdidas por fricción = 35% HP = 0,23 x 1.35/0,7 = 0,44 HP Para tener un buen margen de seguridad se instalara un motor de 1.5 HP. ( 3 A-440V) Para el calculo del eje T= 63000x1,5/110 T =859 Lb-in( 94.5 N-M) Deje = 1.72(T/s)0.33 Deje = 0,72 pulg. se usara un eje de 1.5 pulg para tener un buen margen de seguridad y evitar las oscilaciones del motor. En resumen el tanque de Homogenización y neutralización tendrá las siguientes características : Material de construcción = fibra de Vidrio Forma = Cilíndrica sin tapa. Temp. trabajo = 40 °C Diámetro = 1.85 m. Altura = 2.3 m. Tendrá un agitador tipo turbina de 45 cm de diámetro con eje de 1.5 pulg, acoplado a un moto reductor de 1.5 HP a 110 RPM. El agitador sera de acero al carbón revestido en fibra de vidrio. La estructura del motoreductor se puede ver en el plano anexo. Las estructuras de soporte de los agitadores sera en perfil en C 3”x 3/16” A36 (pintadas con base epoxica y color final azul mar) El sistema para ajustar el pH tendrá dos controladores de pH acoplados a su respectiva bomba dosificadora (ácido y base) con un caudal de 10 a 15 LPH (según pruebas de jarras) . El sistema usará electrodos de bulbo plano para reducir las posibilidades de obstrucción con grasas. Cuando las aguas estén ácidas se usará soda caustica al (45- 50%) para aumentar el pH y [email protected] Tel 2340 213 Medellín – Colombia . Pag. 7




cuando estén alcalinas se usará ácido sulfúrico al 90 - 98% comercial, para bajarlo. Este proceso será automático.

2.3 Vertedero

Con el propósito de medir el caudal de operación, se instalará un tanque rectangular el cual tendrá un vertedero triangular con un angulo de 20 grados ( apropiado para 5.4 m3/hora) y una cámara de donde captara la bomba de trasiego 2 , para llevar el agua a la celda de flotación. En esta cámara se instalará un sensor de nivel de electrodos para evitar que la bomba de trasiego 2 , trabaje en seco. Este tanque estará construido en Fibra de vidrio, reforzado externamente con tubería de cuadrada de 1.5” cal 14. La entrada a este tanque sera en 3” y la salida 2”. También tendrá un rebose de 3”. Las medidas de este tanque son: Ancho = 0.65 m. Largo = 0.85 m. Alto 0.85 m. ver plano anexo para mas detalles.

2.4 Bomba de trasiego 2

Ésta se empleará para impulsar el agua desde el vertedero a la celda de flotación. Es una bomba centrífuga de impulsor abierto, para evitar que se obstruya con las natas. Funcionará con el caudal de operación de la planta y con una cabeza apropiada para vencer las pérdidas en el mezclador y la presión suficiente en la línea de entrada que se mezcla con la línea de recirculación de la celda de flotación. Por lo tanto se tiene que: Q = 1,5 L/s = 1,5x10 -3 m3 /s. H= 20 m. La potencia, para una eficiencia del 60%, es: Pot = ρQgH/ ηBomba = 490 W= 0,5 kW. Equivale a una bomba de ¾ HP, aunque depende de la eficiencia del conjunto bomba – motor. [email protected] Tel 2340 213 Medellín – Colombia . Pag. 8




2.5 Mezclador en línea

Se efectuará en tubería de PVC de 1½“ con tramos que permiten que el agua a tratar suba y baje de manera alternada provocando el mezclado de las sustancias químicas adicionadas al agua a tratar. Para tresidencia =4 s, se tiene que: v = L/tres, con una velocidad en la tubería de v=1,3 m/s se requerirá L= 5,2 m. Por lo tanto se colocarán 5 tramos de 1m de longitud. Antes de la bomba de trasiego 2 , se adicionarán sulfato de aluminio como coagulante y polímero como floculante después de la bomba, sus dosis serán determinadas por pruebas de tratabilidad. La inyección del sulfato de aluminio se realizará con una bomba de las siguientes características: Tipo de bomba : Electromecánica de diafragma Caudal máx. de operación : 15 LPH Para el polímero será: Tipo de bomba : Diafragma - neumática de doble efecto Caudal máx. de operación : 15 LPH La canecas de productos químicos serán agitados con aire. El volumen de estas canecas es 200 litros y estas construidas en polietileno.

2.6 Celda de flotación

La flotación es una operación en la cual la separación se consigue introduciendo finas burbujas de aire en la fase líquida. Las burbujas se adhieren a las partículas, y la fuerza ascensional que experimenta el conjunto partícula-burbuja de aire hace que suban hasta la superficie del líquido. De esta manera, es posible flotar partículas cuya densidad es mayor que la del líquido, además de favorecer la ascensión de las partículas cuya densidad es inferior, como el caso de aceite en agua. Material de la celda = Acero inoxidable calibre 11 ( 2.5 mm) [email protected] Tel 2340 213 Medellín – Colombia . Pag. 9




Temperatura máx. de trabajo = 40°C Presión operación = Presión atmosférica Soporte de la celda = tuberías cuadradas de 4 pulg. Cal 12. Para mas detalles de la celda ver los planos anexos. 2.6.1 Recirculación en la celda de flotación Se usará una línea de recirculación en tubería de PVC presión de 1½”. Parte del agua que sale de la celda de flotación se saturará de aire y se recirculará de nuevo a la celda, además, a la descarga de la bomba habrá un tramo en 4” en PVC presión, que permitirá mayor tiempo de residencia al agua que se recircula para garantizar la disolución del aire en ella. También se instalará una válvula reductora de presión, la cual mantendrá una presión adecuada aguas arriba para la disolución del aire. El aire disuelto en la línea de recirculación se liberé en diminutas burbujas cuando se mezclé con el agua de entrada y se introduzca en la celda de flotación. La ecuación para estimar el flujo de recirculación es: R= (A/S x Sa x Q)/(1,3 x sa x (fP-1)) Con A/S = 0,015 mL aire/mg sólidos (valores comunes entre 0,005 a 0,06 mL aire/mg sólidos) Sa = 1000 mg/L (concentración de sólidos en el agua de entrada, equivalente a los SST) Q = 5,4 m3 /h (caudal de entrada de agua) sa = 15,7 mL aire/L agua (Solubilidad del aire a T=30°C). f = 0,5 (fracción de aire disuelto a la presión P). p = 40 psig = 275 kPa = 2,72 atm (presión manométrica en la línea de recirculación) P = 3,56 atm (presión absoluta de recirculación, con PatmMedellín=0,84 atm) Por lo tanto el flujo y la presión en la línea de recirculación es: R = 5 m3 /h (equivale al 92% del caudal de entrada) p = 40 psig. La bomba de recirculación toma parte del agua de descarga de la celda de flotación y la recircula. Esta bomba opera con las siguientes condiciones: R = 5,0 m3 /h = 1,4 x 10-3 m3 /s. H = 45 m (este valor de cabeza se debe a la presión de la línea, la cual es 40 psig, y a las pérdidas en la misma, las cuales son apreciables debido a la presencia de una válvula de reductora de presión). [email protected] Tel 2340 213 Medellín – Colombia . Pag. 10




La potencia de la misma, con eficiencia del 60%, sería, : Pot = ρRgH/ ηBomba = 1030 W= 1,03 kW. Se utilizará una bomba con un motor de 2 HP (1,5 kW) para tal labor, esto dependerá realmente de la eficiencia motor-bomba. 2.6.2 Línea de aire comprimido La inyección de aire a la línea de recirculación se efectúa con aire proveniente del compresor. Se contará con un rotámetro para la medición de flujo del mismo, además de un manómetro que indique la presión del aire en la línea que viene del compresor. Las condiciones de operación de esta línea son: Presión aire Qaire

= 80 psig (El aire debe inyectarse a mayor presión que la dada en la línea de recirculación). = 23,54 mL/s = 0,05 cfm (se sugiere inyectar varias veces mas el flujo de aire que se disuelve, por lo tanto aplicaremos 2 cfm).

2.6.3 Área de flotación El área de la celda se estima asumiendo un valor de carga superficial, normalmente se tienen cargas superficiales entre 0,5 y 9,6 m 3 /(m2 h). Con base en nuestra experiencia, se usara una carga de 2,85m3 /(m2 h) y por lo tanto el área de la celda será : A= (Q+R)/v Q+R= 10,4 m3 /h dado que v = 2,85 m3 /(m2 h) Por lo tanto A = 3,65 m 2. Esta área normalmente se distribuye en forma rectangular, para un buen funcionamiento del rascador. Evaluando varios valores, se obtienen que los mas adecuados son : L = 2,7 m. ( largo). W = 1,35 m. ( Ancho). Estas serán las medidas del área superficial de la celda.





2.6.4. Rascador de la celda de flotación Se contará con un rascador el cual tendrá paletas de caucho de 1,35m x 0,15m y operará a una velocidad lineal de 5 m/min. La función de éste es remover el material que flota (natas) de la celda de flotación. Los lodos que acá se obtienen se llevan a una tolva ubicada a un costado de la celda de flotación. Los valores calculados para el rascador son : Potencia motor-reductor = ½ HP (para mover el rascador) Tamaño del sprocket = 8” (Al cual va acoplado la cadena que mueve el rascador) Velocidad en el reductor = 4 rpm (con esta velocidad y el diámetro del sprocket el rascador se mueve la velocidad lineal de 5,1 m/min). El rascador estará montado sobre chumaceras, con posibilidad de tensionar la cadena. La cadena tendrá 3 aspas para arrastrar el lodo a la tolva. 2.6.5 Tolva de lodos de la celda de flotación Se encuentra en la parte inferior de la celda de flotación. El volumen de ésta es: VTolva de lodos H = 0,67 m W = 1,35 m L = 2,7 m VTolva de lodos

= H x W x L/2

= 1,22 m3

2.6.6 Tornillo sinfín para remoción del lodo sedimentado Éste será instalado en el fondo de la celda de flotación y su objetivo es la remoción de los lodos que sedimentan en ella. El tornillo sinfín no operará de modo continuo, sólo funcionará para descargar los lodos y será construido en acero inoxidable. Las dimensiones y condiciones de operación de éste son: L = 2,7 m = 8,9 ft (Largo de la celda de flotación) DTornillo = 20 cm = 0,2 m N = 20 rpm C = 2 m3 /h ≈ 70 ft3 /h ( capacidad de transporte )





El calculo de la potencia para el transportador de tornillo es el sugerido por la compañía martin (ver www.martinsprocket.com): HPTotal = (HPf + HPm) x Fo/e (potencia total para mover el transportador de tornillo). HPf = (LNFdFb)/1'000.000 (Potencia para mover el transportador vacío, sin material) Fd = 17 (depende del diámetro del tornillo) Fb = 2,0 (factor que depende del rodamiento, en este caso teflón) Por lo tanto, introduciendo los anteriores valores y recordando que N en esta ecuación está en rpm y L en pies, se obtiene: HPf = 0,0061 HP Para un material suave, tal como lo es el lodo que resulta en esta planta de tratamiento se tiene: HPm=(CLWFfFmFp)/1'000.000 (potencia para mover el material) C en ft3 /h, L en ft. W = 1 g/mL ≈ 62,5 Lbm/ft3 (densidad del lodo) Ff = 1,0 (Para tornillo tipo estándar) Fm = 3,0 (factor de material, comúnmente va de 1 a 4) Fp = 1,0 (para hélice sin paletas en el tornillo sinfín) Por lo tanto Hpm= 0,11 HP Ahora se puede calcular HPTotal, para el cual se requiere el valor de F o y e ( eficiencia global). Fo e

= 3,0 (se calcula con el valor de Hp f + Hpm = 0,12 HP) = 0,87 (eficiencia, sugerida de acuerdo al tipo de acople con el motor)

Por lo tanto HPTotal = 0,41 HP. Esto implica que puede emplearse un motor – reductor de 3/4 HP. Con el valor de potencia se puede estimar el diámetro del eje, mediante las siguientes [email protected] Tel 2340 213 Medellín – Colombia . Pag. 13




expresiones: Torque = 63000*Hp/N(rpm) Torque = 63000*0,75/20 Torque = T = 2362 Lb-in (267 N-m) Deje = 1.72(T/s)0.33 en pulg. S = esfuerzo admisible en el eje = 12000 Lb/in2 Deje = 1,01 pulg , se escogió un eje de 1.5 pulg, en acero inoxidable, para tener un buen margen de seguridad.

2.7 Tanque de clarificación y oxidación

Tanque cilíndrico que permitirá sedimentar las partículas que no fueron separadas en la celda de flotación, además permite la oxidación con cloro de la materia orgánica remanente. Este tanque tiene un falso fondo inclinado que ayuda a la evacuación de los lodos que allí sedimenten. El material del tanque es resina poliestérica reforzada con fibra de vidrio. 2.7.1 Clarificación A este tanque cilíndrico, llegará por gravedad, el agua proveniente de la celda de flotación. Asumiendo una carga superficial para la sedimentación de 60 m 3 / (m2 día), se tiene que: Asedimentación = Q/vs Q = 5,4 m3 /h vs = 60 m3 / (m2 día) = 2,5 m3 / (m2 h) Por lo tanto Asedimentación = 2,16 m2, lo cual implica un diámetro D=1,66 m. Se usará un tanque comercial de 5 m 3, cuyo D = 1,85 m, el cual ofrecerá mayor área de sedimentación. Este tanque tiene una altura H = 1,9 m. 2.7.2 Oxidación De la literatura se sabe que 1 mg/L de cloro activo puede oxidar 0,5 – 2 mg/L de DBO 5. Las aguas residuales industriales de NOPCO tienen un valor de DBO 5 de 500 mg/L, de las pruebas de jarras se sabe que la flotación remueve cerca del 60% de la misma y asumiendo que cada mg/L de cloro activo puede oxidar 1 mg/L de DBO5, entonces para lograr una remoción total del 80%, el cloro debe oxidar 100 mg/L de DBO 5. DBO5 inicial = 500 mg/L DBO5 después de la celda de flotación = 200 mg/L [email protected] Tel 2340 213 Medellín – Colombia . Pag. 14




DBO5 después de oxidación = 100 mg/L (remover 100 mg/L) Por lo tanto 100 mg/L DBO5 requieren 100 mg/L de cloro activo. Como el caudal de operación de la planta es 1,5 L/s, esto implica adicionar de cloro activo lo siguiente : 150 mg/s = 9 g/min = 540 g/h (cloro activo). Si se dosifica cloro activo a partir de una solución de hipoclorito al 13% (con densidad 1,1 g/mL) se debe adicionar 3780 mL/h . Se empleará una bomba dosificadora con las siguientes características: Tipo de bomba : Electromecánica de diafragma Caudal máx. de operación : 15 LPH Para la oxidación se considera pertinente un tiempo de residencia de una hora. Para este tanque se tiene que: V = 5 m3 Q = 5,4 m3 /h tres = V/Q = 0,93 h ≈ 55 min Lo cual se considera que es un tiempo adecuado para lograr la oxidación de la materia orgánica presente en el agua.

2.8 Tanque de bombeo y bomba de trasiego 3

Se empleará un tanque de 2 m 3, al cual llegan, por gravedad, las aguas provenientes del tanque de clarificación – oxidación. El tanque suministra agua al sistema de filtración y para el retrolavado. Con el objetivo de evitar que la bomba opere en seco se cuenta con sensores de nivel tipo electrodo para nivel de agua alto y bajo. Para llevar a cabo la filtración se empleará una bomba centrífuga, la cual debe operar con dos caudales. Qfiltración = 5,4 m3 /h Qlavado filtro = 14,4 m3 /h (caudal necesario para fluidizar el lecho filtrante) Y las cabezas correspondientes son:





Hfiltración = 40 m (equivale a 50 psig aproximadamente. La cabeza que suministra la bomba ha de ser la necesaria para superar las pérdidas de presión en ambos filtros) Hlavado filtro = 15 m Por lo tanto la potencia de la bomba para la filtración o para el retrolavado, con una eficiencia del 60%, será : Pot = ρQgH/ ηBomba = 980 W = 1,0 kW. Según lo calculado podría usarse una bomba con una potencia de 1,5 HP.

2.9 Sistema de filtración

El sistema de filtración está compuesto por dos unidades. 2.9.1 Filtro de carcaza- cartucho Consta de un filtro de carcaza con un elemento filtrante tipo cartucho lavable, este filtro tiene la función de remover solidos y partículas hasta de 100 micras. Tiene las siguientes especificaciones : Alto = 0.65 m. Ancho = 0.25 m Forma = cilíndrico La tapa superior es desmontable, para sacar el cartucho. Material de construcción = plástico reforzado. Conexiones = tubería de 1.5” Elemento filtrante = cartucho en malla 150 con norma en acero inoxidable. Presión de diseño = 50 psi. 2.9.2 Filtro de carbón activado. Con el propósito de remover el excedente de cloro y materia orgánica, se instalará un filtro de carbón activado granular. Este filtro tiene las siguientes especificaciones : Caudal de diseño = 5.4 m3/hora. Vol de carbón activado granular mineral = 300 litros. Rata de filtración = 10.74 m/h. Tiempo de residencia = 3.35 minutos. Alto total= 1.8 m. Altura Cilíndrica = 1.4 m. Diámetro = 0.8 m. [email protected] Tel 2340 213 Medellín – Colombia . Pag. 16




Material de construcción = acero al carbón 3/16” revestido en fibra de vidrio internamente o puede ser fabricado totalmente en fibra de vidrio ( no se recomienda acero inoxidable). Conexiones en 1.5 pulg. NPT. Presión de diseño = 50 psi.

2.10 Tanque de adecuación de lodos

Este tanque tiene la función de recibir los lodos provenientes de la celda de flotación, tanto las espumas como los lodos sedimentados. Las espumas caen por gravedad y los lodos de fondo son llevados por una bomba neumática de 1” (consumo de aire = 6 cfm , en forma intermitente.). En este tanque se aplicarán ayudantes de deshidratación de lodos, los cuales serán cal, cloruro férrico y eventualmente polímero. Las consideraciones de diseño para el volumen de este tanque Volumen de agua a tratar = 5.4 m3/hora Volumen lodos producidos = 4% del agua tratada al 2% de solidos. Horas diarias de trabajo = 16 horas. Volumen de lodos diarios = 5.4 m3/hora x 16 hora/día x 0.04 m3 lodo/m3 agua = 3.456 m3. Este volumen sera tratado en dos tandas . Por lo que se concluye que el volumen mínimo del tanque de lodos es : Vmínimo = 1.73 m3. V diseño = 2 m3. Las dimensiones de este tanque son : Diámetro = 1.3 m. altura = 1.5 m. Este tanque tendrá el fondo inclinado un 10% aprox. hacia el desagüé. Este tanque tendrá un agitador tipo turbina a 17 RPM ( revolución comercial ) La potencia del motor se calcula aplicando las formulas del numeral 1.2.2 y teniendo en cuenta una viscosidad de 250 cp y una densidad de 1.1 kg/ L. Se obtiene Nre = 77 ( bien, se requiere régimen laminar ). Potencia = 0,5 HP ( 1 A /440 V) con factor de seguridad incluido. D eje = 1 Pulg. La estructura de soporte de este motor sera semejante al tanque de neutralización.





2.11 Tanque de ayuda Filtrante

Para un buen desempeño de las lonas del filtroprensa ,se debe alimentar una precapa o ayuda filtrante, para esto se dispondrá de un tanque de 200 litros donde se prepara una solución de carbón coque o tierra diatomacea, para alimentar al filtro prensa antes de aplicar los lodos, esta precapa se aplicará con la misma bomba del filtroprensa. Dimensiones H= 0.85 m. D= 0.55 m. Material = polietileno Este tanque se agitará con aire comprimido.

2.12 FILTRO PRENSA.

Para el calculo del filtro prensa, se tienen en cuenta las siguientes consideraciones : % solidos en la torta = 30% ( valor mínimo recomendado ) % solidos en lodos de alimentación = 2%. ( Por Literatura ) Densidad de la torta = 1.1 kg/L. Densidad de lodos = 1 kg/L. Dosis de cloruro Férrico = 5% lodos en base seca. Dosis de cal = 10% lodos en base seca. Con estos valores se calcula el volumen requerido en el filtro prensa Del ítem 1.11 se tiene, Vol lodos en cada tanda = 1.73 m3. kg Sólidos en base Seca = 1.73 m3 x 1000kg/m3*0,02 kg/kg lodos kg solidos en base seca = 34.6 kg kg cloruro férrico = 0.05x 34.6 = 1.73 kg kg de cal = 0.1 x 34.6 = 3.46 kg. kg de solidos en base seca = 34.6 + 1.73+ 3.46 = 39.8 kg. kg de solidos en base seca = 39.8 kg cada 8 horas. kg de torta al 30% = 39.8 /0.3 = 132.6 kg Volumen de torta = 132.26 kg x 1 L/ 1.1 kg = 120 Litros = 0.12 m3. Si se asume un marco de 670 mm x 670 mm con un espesor 1.25”, se obtiene que el volumen de cada torta es : Nota : el ancho interno del marco es 600 mm x 600 mm. [email protected] Tel 2340 213 Medellín – Colombia . Pag. 18




Así el volumen : V = 0.6m x 0.6 m x 0.032 m V = 0.0115 m3 # marcos =0.12 / 0.0115 = 10.43 marcos Se usarán 12 marcos y 13 placas de la misma dimensión, con su respectiva lona filtrante. Es importante aclarar que el filtroprensa tendrá posibilidades de ampliación. El material de construcción de las placas será hierro colado o polietileno virgen de alta densidad. Nota : Con las anteriores especificaciones se dan las dimensiones principales de los equipos requeridos para el tratamiento del agua, para mas detalles y la ubicación sugerida de los equipos ver planos anexos. Esperando que nuesto trabajo sea de gran ayuda, Cordialmente,

Ing. Qco. Hader Humberto Alzate

Ing. Qco. José Carlos Suárez

AGUATEC LTDA TEL 2340213





Anexos

Anexo 1: Bibliografía Metcalf & Eddy Ingeniería de Aguas residuales. Mc Graw - Hill. 3ra de. Vol 1y 2 . Nalco – Manual del agua. Mc Graw-Hill Tomo 1. Primera de. Edición Tyler G. Hicks Manual de cálculos para las ingenierías Mc Graw-Hill. 3ra Edición Tomo 1, 2 y 3. Anexo 2: Planos


Anexo6.3-1-Memorias-de-Calculo-PTARI

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