Calculo de Desarenador y Sedimentador en aguas residuales

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CALCULO DE OPERACIONES FÍSICAS UNITARIA O UNIDADES DE TRATAMIENTO TRATAMIENTO PRELIMINARES

Universidad Central de Venezuela Facultad de Ingeniería Comisión de Postgrado Ingeniería Sanitaria. Opción: Calidad del Agua

CALCULO DE OPERACIONES FÍSICAS UNITARIA O UNIDADES DE TRATAMIENTO PRELIMINARES PARA EL DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL PROYECTO URBANIZACIÓN PARQUE CLUB RESIDENCIAL “LA NAVIDAD”

Ing. renda !ara Ing. !is"et# $ómez Ing. %azaret# Velasco Caracas& 'nero de ())*



1

INDICE Conten!o +. Sumario (. Introducción ,. a ases teóricas - criterios para las unidades de preliminares de las planta de tratamientos de aguas residuales: ,.+./ Canal de apro0imación. ,.(./ Sistema de des"aste. ,.,./ 1esarenadores. ,../ Control de velocidad. ,.*./ 3ona de entrada a desarenadores - sedimentadores ,.4./ Sedimentador primario. ,.6./ 'stación de "om"eo. ,.2./ ,.2./ Consid Considerac eracion iones es para para la instal instalaci ación ón de la estaci estación ón de "om"eo . 1imensionamiento de las unidades de pretratamiento: Propuesta %78 .+./ Canal de apro0imación .(./ Sistema de des"aste .,./ 1esarenador ../ Control de Velocidad .*./ 3ona de entrada .4./Sedimentador primario *. 1imensionamiento de la pr propuesta % 7 (: 'stación de "om"eo 4. Selecci Selección ón - 9usti 9ustiica icació ción n de la opción opción para para la instalaci instalación ón de las unidades de pretratamiento 6. Costo de la unidades de pretratamiento 2. i"liograia

Pag. ( ,    2 2 +* +5 (( (,

(6 ,) ,+ ,4 ) + *) * ** *4



2

SUMARIO ;odas las plantas de tratamiento de aguas residuales se de"en diseuímicas del lí>uido residual a tratar - las ísico/naturales del sitio donde esta se va a colocar& etc. Sin em"argo& e0isten unidades >ue entre estas son comunes como las unidades de operación ísicas unitarias o preliminares. 'l o"9e o"9etitivo vo de este este tra" tra"a9 a9o o ser= ser= calc calcul ular ar esta estass unid unidad ades es ?#ac ?#acer er el dimensionamiento "=sico de las mismas@ - corro"orar si en realidad se 9ustiica la implementación de las mismas. Para Para #ace #acerr una una "uen "uena a sele selecci cción ón de las las unid unidad ades es de trat tratam amie ient nto o nos "asamos en algunos undamentos teóricos - pr=cticos >ue nos permitieron llegar a la siguiente conclusión. Se real realiz izó ó la eval evalua uaci ción ón de dos dos alte altern rnat ativ ivas as para para los los sist sistem emas as de pretratamiento. !a primera opción consistía en un sistema conormado por un canal de apro0imación& des"aste& desarenador& - sedimentador primario. ientras >ue en la segunda opción se proponía colocar una estación de "om"eo. Se determinó >ue no era adecuado colocar una estación de "om"eo para este caso en particular de"ido a las características topogr=icas del terreno. !a me9or opción resultó ser la primera sin em"argo& de acuerdo a los c=lculos realizados se recomienda& instalar solamente el canal de apro0imación& el des"aste - el desarenador con todos sus aditamentos& zona de entrada - control de velocidades ?proporcional@. Adem=s se considera >ue se de"e incluir un tan>ue de #omogenización de caudal >ue nos permita mane9ar un caudal constante en las siguientes unidades >ue conorman el tratamiento secundario.



3

INTRODUCCIÓN !a contaminación de las aguas residuales de tipo domBstico es otros de los graves pro"lemas >ue se de"en enrentar en estos días& -a >ue en la ma-oría de los municipios se carece de una planta de tratamiento de sus aguas. Pero a pesar de >ue en algunos municipios no tienen planta de tratamiento de aguas aguas residua residuales les&& e0iste e0isten n comple comple9os 9os #a"itac #a"itacion ionale aless >ue #an empezad empezado o a instalar pe>ueue no son mu- grandes& pero si a-udan a reducir - a depurar el contenido de materia org=nica. '0isten plantas de tratamiento para aguas residuales de tipo Primario& Secundario - ;erciario& >ue inclu-e desde un pre/tratamiento& donde se eliminan elementos >ue aecten el "uen uncionamiento de la planta& #asta pasando por tratamientos ísicos& >uímicos - "iológicos. Culminando con una desinectación para evitar cual>uier microorganismo patógeno. Pero en el caso de los condominios >ue poseen pe>ueue sí contri"u-en al me9oramiento am"iental& -a >ue evitan >ue los residuos domBsticos lleguen con la carga original a un cuerpo de agua& lo >ue contaminaría sus aguas.



4

"#$ BASES PRELIMINARES#

TEÓRICAS

Y

CRITERIOS

PARA LAS

UNIDADES

'l agua residual contiene por lo general sólidos en suspensión de dierentes tamaue pueden intererir con los e>uipos - procesos de tratamiento aguas a"a9o& ,@ Deducir la acumulación de materiales en los procesos u"icados aguas a"a9o del tratamiento preliminar. 'l tratamiento tratamiento preliminar preliminar ocurre a travBs travBs de una secuencia secuencia de unidades unidades de tratamiento encargadas de modiicar la distri"ución del tama
"#%#$ C&n&' !e &()o*+&,-n. Por lo general las plantas de tratamiento de aguas residuales poseen un canal >ue conduce el lu9o desde la salida del colector #asta la primera unidad de des"aste& - este canal se llama canal de apro0imación& por lo general se dise
R 2 / 3  S 1 / 2 n

1onde: E: Caudal n: Dugosidad D: Dadio #idr=ulico S: pendiente del canal.

"# /#$ S0te+& !e !e01&0te 'l sistema de des"aste es la primera operación unitaria de toda planta de tratamiento& esta puede ser una re9illa& una re9a& un tamiz& una placa perorada etc. Su principal unción es eliminar los sólidos de cierto tamaue llegan con el aluente ?agua residual@& de esta orma se protegen todos los elementos mec=nicos >ue estBn u"icados aguas arri"a de la misma.

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Una re9illa es un dispositivo con a"erturas generalmente de tamaue arrastra el agua residual. !as aguas residuales provenientes de residencias vierten& adem=s del agua contaminada - los residuos sólidos generados en la cocina& pauipos de la planta& tales como "om"as& v=lvulas& arreadores& etc.  Detener sólidos inos - remover material en suspensión.  Deducir la acumulación de materiales en los procesos u"icados aguas a"a9o- me9orar la apariencia estBtica de las instalaciones. 

;ipos de elementos separadores: De9as $ruesas: * cm edianas: (/* cm De9illas: +/( cm ;amices: +.+ /4 mm Sistema de limpieza: anual: Para plantas pe>ueue utilizan limpieza manual: entre ,)7 - *7 con la #orizontal !as >ue utilizan limpieza mec=nica: entre 6)7 - 5)7 con la #orizontal


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6 Composición y volumen de los sólidos producidos

!a composición de los sólidos retenidos por este tipo de dispositivo varía considera"lemente dependiendo del sistema de recolección& de las estaciones clim=ticas& de las costum"res - #="itos de vida de la po"lación& etc. Para aguas residuales domBsticas se pueden utilizar los siguientes valores: A"ertura ?mm@ Volumen ?l+)))#a"Gdía@

*) +&*4

(* 6&62

+* +2&64

Disposición de los sólidos separados

+ Para plantas pe>ue
+. Velocidad: !a distri"ución de velocidades en el canal de apro0imación es un aspecto de gran importancia para el "uen uncionamiento de la operación de des"aste. ientras menor sea la velocidad& ma-or ser= la cantidad de sólidos retenidos pero a menor velocidad& ma-or tam"iBn ser= la cantidad de sólidos >ue se depositan a lo largo de todo el canal. !as normas I%OS recomiendan velocidades medias entre )&4 a )&2 ms velocidades m=0imas de +&) a +&( ms. (. PBrdidas de Carga: 'n re9as: 's posi"le estimar las pBrdidas de carga a travBs de las re9as mediante:


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7

V h

2

 v 2 *1 / 0,7 2 g

1onde: #: PBrdida de carga& m V: Velocidad a travBs de las "arras& ms v: velocidad aguas arri"a& ms g: aceleración de gravedad& ms 'sta relación puede ser utilizada para calcular las pBrdidas de carga a travBs de re9as limpias.  W  h   *    b 

4/3

hv * sen

1onde: #: PBrdida de carga& m  : Coeiciente de orma de las "arras ?;a"la %7+@ H: 'spesor de las "arras& m ": 'spaciamiento entre "arras& m #v: Carga de velocidad aguas arri"a& m hv 

v2 2 g

1onde: v: velocidad aguas arri"a& ms g: aceleración de gravedad& ms  : Angulo >ue orma con la #orizontal Valores de  ;ipo de "arra



(&( +&2, +&65

+&46

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!a ecuación de irsc#mer es v=lida cuando las "arras est=n limpias. !a pBrdida de carga aumenta con el grado de o"strucción !as %ormas I%OS consideran una pBrdida de () a ,)cm por o"strucción. $asto de dise
"#"#$ Con0!e)&,one0 !e !0e2o (&)& !e0&)en&!o)e0. Se de"en tomar en cuenta las siguientes consideraciones en cuanto a los par=metros: Velocidad #orizontal: )&(* J )&,* ms Data de 1es"ordamiento supericial: K 2)) m ,m( día Delaciones dimensionales: Delación !argo J Anc#o: 6:+ a +(:+ 'n la ma-oría de los casos se dise
"#3#$ Cont)o' !e 4e'o,!&!e0 en ,5+&)&0 !e0&)en&!o)&0 1e"ido a las características de sedimentación de las partículas #ace necesario mantener la velocidad constante en la c=mara. !a varia"ilidad del lu9o en sistemas domBsticos -o industriales e0ige en consecuencia& la instalación de accesorios >ue dentro del rango de varia"ilidad& garantice esta uniormidad de velocidad. A tal in se emplean vertederos o secciones de control de geometría deinida& siendo los m=s comunes: +. Secciones de geometría rectangular (. Secciones de geometría varia"le


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,. Canaletas Pars#all

"#3#%#$ Se,,-n !e Geo+et)6& Re,t&n78'&) W b H

1escarga en una sección rectangular viene dada por la e0presión: 3 2 ?+@ Q  C * b * H 1onde: EM Flu9o a travBs ?m ,s@ ó Npie,s CM Coeiciente de descarga dependiente de las ormas de las transiciones de entrada - salida ?+&5,@ ó N,&* "M anc#o de la garganta ?m@ ó Npie QM Altura de agua en la garganta ?m@ ó Npie Si se usa este tipo de control puede apreciarse >ue la descarga o lu9o varía con la potencia ,( de la proundidad del agua - por lo tanto no se mantiene velocidad constante si la sección de la c=mara es rectangular. Camp?+@ desarrolló la sección necesaria en la c=mara para garantizar esta velocidad constante: W x

dy

H

y

Sección transversal de la c=mara 'l =rea de la sección transversal para cual>uier geometría en la c=mara viene dada por:


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10 H



A  xdy

?(@

0

- como E M A G V& siendo V M velocidad H



Q  V xdy

?,@

0

'ste valor de E puede igualarse al e0presado en ?+@ H

 V  xdy  C * b * H

3

H

2

0

  xdy 

C * b

0

V

H

3

2

dierenciando am"os lados de la igualdad - sa"iendo >ue Q es una e0presión de -: xdy 

3 3 C * b * * y 2 dy 2 V

3 C * b

 x  * 2

V

* y

1

2

?@

!a ecuación ?@ es la e0presión de una par="ola& por lo tanto para mantener la velocidad constante utilizando& una sección de control rectangular es necesario >ue la c=mara desarenadota tenga una sección para"ólica. 'n la pr=ctica no es necesario ceue se presenta es m=s sencilla - produce eectos similares. W Perfil teóric Hmáx 60º

Aguas arri"a de la c=mara desarenadota generalmente se colocan "arras o re9illas& por lo tanto la sección tam"iBn controlar= la velocidad en las "arras. 'n dic#as "arras la velocidad no de"e ser inerior a apro0imadamente ) cms ?para Emín@ a in de prevenir deposición de material& ni ma-or de 5) cms ?acual>uier lu9o@ para evitar >ue se arrastre material a travBs de las "arras. 'l nivel de agua en las re9as de"e ser m=s alto >ue en la c=mara desarenadota para compensar la pBrdida de carga a travBs de las mismas. !as dimensiones de la sección transversal de la c=mara de"en ser tales >ue la pendiente de las paredes no sea menor a 4)7 a in de mantener las paredes limpias. 'ste re>uerimiento limita el anc#o H a un (*R ma-or >ue la proundidad m=0ima Qm=0.


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1e las ecuaciones ?+@ - ?@ se puede e0presar la Qm=0& -a >ue para Em=0 la e0presión ?@ es: W 

3 2

*

C * b V

Hmáx



Hmáx 

1 W

*

3 2

*

Qmáx

?*@

V

Como se esta"leció HM+&(*Qm=0& la proundidad m=0ima ?#m=0@& para lu9o m=0imo ?Em=0@ ser=: Hmáx  1,1

Qmáx

?4@

V

- de la ecuación ?+@ 2

 Qmín  3 Hmín     C * b 

?6@

ó tam"iBn  Qmáx   Qmín    Hmín  Hmáx    Hmín  Qmín   Qmáx 

Hmáx

2

3

!os restantes puntos para deinir la sección se calculan aplicando la ecuación ?@ x 

1 3 C * b * * y 2 V 2

"#3#/#$ Se,,one0 !e Geo+et)6& V&)&1'e Cuando el canal desarenador tiene sección rectangular& para mantener velocidad constante al variar el lu9o es necesario >ue la sección de control sea de geometría varia"le& ?mediante deducción similar a la planteada para el caso de sección de control rectangular@. Para este tipo de sección o vertedero de control se utilizan los llamados vertederos Sutro o proporcionales& siendo el Lltimo similar al Sutro pero de sección #iper"ólica a am"os lados del e9e de simetría.


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Vertedero proporcional

Vertedero Sutro

Para el dimensionamiento de estas secciones se utilizan las siguientes e0presiones:

H"2/3#

!

x y # b

Anc#o en un punto del vertedero ?0@   

x  b1 

2

y 



tg 1

a 



?2@

$asto total >ue pasa a travBs del vertedero ?E@  

Q  b 2ag  h 

2  a 3 

?5@

$asto a travBs de la sección rectangular inerior del vertedero ?E i@ 2

Q1  b 2 g  h  a  3



3

2

3  h 2 

?+)@

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Conociendo& por dise
I+(o)t&nte: 'stas ormulaciones previas #an sido derivadas para el vertedero Sutro& en consecuencia& para el vertedero proporcional los gastos a travBs ser=n el do"le de los calculados. ;eóricamente& para un vertedero cu-o anc#o sea inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la altura& tendr= para cada punto así deinido un gasto e0actamente proporcional a su altura. A medida >ue la altura disminu-e el anc#o tender= #acia el ininito - cómo esto no es pr=ctico se limita la "ase a una dimensión conveniente - para una pe>ue uema presentado. Cuando el agua llegue a este nivel& no se mantendr= constate la velocidad siendo este uno de los inconvenientes del sistema& adem=s #a- >ue disponer de un espacio para permitir la sedimentación de la arena se coloca entonces la parte inerior de la a"ertura del vertedero a una altura entre +) - ,) cm. del ondo de la c=mara desarenadora.

%ecció& del c#&#l 2,5cm 10 # 30 cm

"#3#"#$ C&n&'et&0 P&)09&'' !as canaletas Pars#all es una derivación del sistema Venturi& presentando la venta9a de tener sección rectangular& pudiBndose instalar al inal de c=maras de sección rectangular - permitiendo adicionalmente el aoro de gastos mediante determinaciones de la altura de agua. Su dise

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A#ora "ien& el lu9o a travBs de la sección puede e0presarse mediante: 3

?++@

Q  4,1W * H A 2 1onde: EM $asto en pie ,s HM Anc#o de la garganta en pie Q AM Altura de agua en pie  Q  H A     4,1 

3

Q  Vh * AT  Vh * b * d

Sa"emos >ue: O sea:

2

Q b * d

 Vh  1 pie

s

cm

 30

s

Como se de"e mantener constante la velocidad: Qmàx b * dmáx



Qmín

?+(@

b * dmín

1e la geometría - dise
2

3

 Z

?+,@

Sustitu-endo en ?+(@ Qmáx

  Qmáx  b 1,1    4,1W  

2

3

  Z   



Qmín

  Qmín  2 3  b 1,1   Z    4,1W    

?+@

Sustitu-endo Em=0 - Emín& podemos determinar 3 por tanteo -& #a"iendo determinado Q A de la e0presión ?++@ podemos conocer dT mediante ?+,@. !a igualdad Em0MV#G"Gdm=0& nos permite conocer ". b

Qmáx Vh * dmáx

Se puede dimensionar la canaleta asimismo mediante el uso de gr=icas desarrolladas por a""it. 'l uso de este gr=ico es:


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Se escoge una garganta de anc#o WT - se corta la curva de ese anc#o con los valores de Em=0 - Emín. !a recta& paralela a la ormada por la unión del corte de los dos puntos so"re la curva de WT& - >ue pase por el origen de las rectas& es la correspondiente a la dimensión "T. !os valores de dT aparecen so"re la escala de la derec#a. Como a la iz>uierda aparecen los valores de d X 3 so"re la curva WT& entonces se puede determinar 3 por dierencia de estos& - así conocer las dimensiones de la canaleta.

d". *ie-

W

d*ie-

1 dmáx ".

b

2

dmáx

dm(& " .

dm(&

'm(&

'm)x '*ie3/+

"#:#$ Zon& !e ent)&!& & !e0&)en&!o)e0 ; 0e!+ent&!o)e0# ??@# 'l dispositivo de entrada consiste generalmente de una pantalla con peroraciones >ue permite& primeramente disipar la energía de velocidad - acilitar luego una distri"ución uniorme del luido #acia la zona de sedimentación& manteniendo velocidades relativamente "a9as en toda la sección transversal. 'l c=lculo de este dispositivo puede #acerse considerando en el anc#o previamente determinado del desarenador& una longitud ?"@ de plataorma #orizontal - un ta"i>ue vertical de altura ?c@& tal >ue sean capaces de admitir un


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nLmero % de peroraciones de un di=metro & manteniendo "a9as velocidades de lu9o ?vY )&,) ms@. 'sta serie % de oriicios calculados a "ase de la e0presión de descarga en oriicios sumergidos para velocidad predeterminada& generalmente se procura u"ica en orma cinBtica en la plataorma de ondo - en caso de ser necesario se utiliza el ta"i>ue vertical. Aun cuando en algunos casos se #a acudido utilizar pantallas de ranuras& en lugar de oriicios& no es este el dispositivo >ue permite la me9or distri"ución de velocidades& con #a >uedado demostrado en e0periencias de la"oratorio #ec#a so"re modelos #idr=ulicos. 1ado >ue es recomenda"le >ue los oriicios m=s "a9os estBn a una proundidad no ma-or de P del ondo& se recomienda esta m=0ima proundidad para la plataorma #orizontal. !as siguientes iguras& presentan curvas de dispersión con pantallas dierentes - condiciones #idr=ulicas similares >ue muestran estas dierencias de distri"ución a lo largo de una sección e0perimental de la"oratorio. !os índices de dispersión calculados mostraron la e0istencia de puntos muertos para am"os& pero una ma-or cercanía al valor ideal para el caso del dispositivo con oriicio& lo cual #ace suponer ma-or eiciencia. Para el c=lculo del dispositivo de entrada& la descarga a travBs de esta pantalla se calcula mediante& la e0presión: Q  C  A 

2  g  he

donde: E: Caudal total C: Coeiciente de descarga A: Zrea de paso #e: PBrdida de carga v  2  g  h Depresenta la velocidad del lu9o& la cual de"e ser menor a )&, ms& a in de evitar pertur"aciones en la zona de sedimentación. e

'n la ta"la siguiente se presenta valores de C para oriicios sumergidos.

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T&1'& "#%#$ Coeicientes de descarga para varios tipos de oriicios sumergidos. 1imensiones del Carga en pies oriicio en: )&, )&* +&) (&) &) 4&) +)&) +2&) / )&*55 )&*56 )&*5* )&*5* / / / Circular ?M )&)*[@ )&4 )&4 )&4 )&*55 )&*52 / / / Circular ?M )&+)[@ Cuadrado )&)*[G)&)*[ / )&4)5 )&4)6 )&4)* )&4) / / / Cuadrado )&+)[G)&+)[ )&4)6 )&4)* )&4) )&4), )&4) / / / Dectangular ,G)&)*[ / )&4(+ / / )&4() )&4() )&4+2 / / / / )&4)2 )&4)( )&4), )&4 )&4)+ Circular ?M +[@ Cuadrado +[G+[ / / / )&4)+ )&4)+ )&4), )&4)* )&4)4 Cuadrado G[ )&4+ / / / / / / / FU'%;': A"astecimiento de aguas. Aroc#a& +566

$eneralmente& se usan oriicios de , a * cm de di=metro para gastos #asta de ) ltss& para lo cual puede estimarse un coeiciente C de Contracción de )&4)& en consideraciones a la ta"la anterior. Para gastos ma-ores la utilización de ranuras u oriicios rectangulares se #ace en casos necesarios& a pesar de su menor eiciencia en la distri"ución de velocidades& a in de poder lograr un =rea capaz de mantener las velocidades dentro de límites aconse9a"les - lograr la m=0ima economía en el diseue no de"iliten la estructura misma.

"##$ Con0!e)&,one0 !e !0e2o (&)& 0e!+ent&!o)e0 1e"en considerarse estos actores para el diseues sedimentadores: a@ "@ c@ d@ e@

Carga Supericial Periodo de retención - proundidad $eometría de los estan>ue Velocidad #orizontal de arrastre - relación largo/proundidad. %Lmero de unidades.

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&@ C&)7& S8(e),&'. 's la velocidad crítica de sedimentación >ue permite una remoción promedio de 4) J 6) R de partículas suspendidas - depende de: +@ (@ ,@ @ *@

Calidad del agua cruda ?si predomina el color - la tur"iedad@ Peso - grado de #idratación del loculo Forma - tipo de sedimentación >ue se seleccione. 'iciencia en el control del proceso $rado de eiciencia esperado

1@ Pe)o!o !e )eten,-n ; P)o8n!!&!. 's el tiempo m=0imo >ue la partícula con la mínima velocidad de sedimentación escogida& tarda en llegar #asta el ondo. Por tanto& depende de la proundidad del tan>ue. Cuanto menor sea la proundidad& menor ser= el tiempo de retención necesario para sedimentar esa partícula. 'l tiempo de retención para aguas residuales domesticas se encuentra entre 5) J +*) minutos.

,@ Geo+et)6& !e 'o0 e0t&n8e0. 'stos pueden ser: / Dectangulares: Delación l:a (&*:+ a +):+ generalmente :+ a *:+ / Circulares.

!@ Ve'o,!&! 9o)ont&' !e &))&0t)e ; Re'&,-n L&)7o$ P)o8n!!&! !e '& on& !e 0e!+ent&,-n !a velocidad #orizontal en sedimentación rectangulares produce dos eectos opuestos +@ 'n primer lugar& a-udar a la loculación de los sólidos suspendidos dentro del decantador& promoviendo el c#o>ue entre ellos - aumentando de esta manera la proporción de partículas inas >ue pueden ser removidas durante la sedimentación. (@ 'n segundo lugar& Arrastra - resuspende los lóculos -a sedimentados o >ue est=n por sedimentar. Por tanto& es conveniente >ue la velocidad #orizontal sea lo suicientemente alta como para >ue se estimule la loculación pero si >ue llegue a per9udicar la eiciencia del proceso de separación.


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!a relación !# determinara la velocidad #orizontal. Camp propuso par la velocidad crítica de resuspensión ?V D@:  8 K  S  1- gd  V R    f  

1/ 2

donde: S : $ravedad especíica d : di=metro de partículas  : Coeiciente de 1arc- ?)&)( J )&),@  : Constante >ue depende del tipo de material ?)&) / )&)4@ Zona de entrada:

a@ "@ c@ d@ +@ (@ ,@ @ *@

!os o"9etivos de las estructuras de entrada son: 1istri"uir el aluente tan uniormemente como sea posi"le en toda el =rea transversal del sedimentador. 'vitar c#orros de agua >ue puedan provocar movimientos rotacionales de la masa lí>uida& u otras corrientes cinBticas. 1isipar la energía >ue atrae el agua. 'vitar altas velocidades >ue puedan pertur"ar los sedimentos del ondo. !os ta"i>ues diusores de"en cumplir los siguientes re>uisitos: 1e"en pro-ectarse un nLmero suiciente de oriicios. !a orma ideal es la circular. Si no #a- remoción mec=nica de lodos los oriicios m=s "a9os de"er=n estar a # o #* por encima del ondo. !os oriicios m=s altos de"er=n estar a #* o #4 de la supericie del agua. 'l ta"i>ue diusor de"er= estar a )&2) m de la pared rontal del decantador ?espacio suiciente para la limpieza@

Zon& !e 0&'!&. 'l tipo de estructura de salida determina en gran parte la ma-or o menor proporción de partículas >ue pueden ser resuspendidas en el lu9o. Sin em"argo& estas pertur"aciones aectan solo la masa de agua >ue esta al inal del decantador en cam"io& las de la entrada pueden aectar toda la masa lí>uida. $eneralmente se especiica >ue la longitud del vertedero de salida de"e ser tal >ue el gasto este comprendido entre 4 - +( m ,# por metro de vertedero ?+&46 J ,&, !segGm@.

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'structura de Salida: a@ Vertedero de re"ose: !iso 1entados "@ Canaletas de re"ose: !isas 1entadas Con oriicios c@ Oriicios: Circulares Cuadrados ;a"la ,.(./ Factores de dise
Sedimentador primario seguido de tratamiento secundario: / ;iempo de retención& ?#@ / ;asa de des"ordamiento Supericial ? m ,m(Gdía@ Flu9o Promedio Flu9o Pico / Carga so"re el vertedero ? m,m(Gdía@ Sedimentación Primaria con desec#os de reciclo de lodos activados: / ;iempo de retención& ?#@ / ;asa de des"ordamiento Supericial ? m ,m(Gdía@ Flu9o Promedio Flu9o Pico / Carga so"re el vertedero ? m,m(Gdía@

Dango

Valor ;ípico

+&* J (&*

(&)

,( / 2 2) / +() +(* / *))

+)) (*)

+&* J (&*

(&)

( / ,( 2 / 6) +(* / *))

4) (*)

;a"la ,.,./ ;iempo de Detención - Proundidades de estan>ues de sedimentación para dierentes tasas de des"ordamiento supericial. ;asa de des"ordamiento Supericial ? m,m(Gdía@ ( ,( 2 4) 2)

;iempo de retención& ?#@ ,&) m Proundidad ,&) (&, +&* +&( )&5

,&* m Proundidad ,&* (&4 +&2 +& +&+

&) m Proundidad &) ,&) (&) +&4 +&(

&* m Proundidad *&) ,&2 (&* (&) +&*


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+)) +()

)&6 )&4

)&2 )&6

+&) )&2

+&( +&)

;a"la ,../ Inormación de diseue rectangulares - Circulares de sedimentación. Valores Dango

Valor ;ípico

,&)/*&) ,&4/4)&)

&* +(/*

4)/+4)

4)

)&)(/)&)*

)&),

,&)/*&) ,&4/4)&) 4)/+4)

,&4 +(/* 2)

)&)(/)&)*

)&),

Circular / / / / Dectangular / / / /

Proundidad ?m@ 1i=metro ?m@ Pendiente del ondo ?nmm@ Velocidad de "arrelodo ?rpm@ Proundidad ?m@ !ongitud ?m@ Anc#o ?m@ Velocidad de "arrelodo ?mmin@

Zon& !e Lo!o. !os lodos se depositan de manera no uniorme. 'ntre el 4) J 5) R de los lodos >uedan almacenados al comienzo& en el primer tercio de la longitud del estan>ue. 1e"e asegurarse un volumen adicional entre +) J () R para almacenamiento de lodos. 1os aspectos de"en tenerse en cuenta: a@ Velocidad #orizontal del agua en el ondo "@ Forma de remoción de los lodos Si la velocidad del agua en el ondo del sedimentador es mu- grande& las partículas asentadas pueden ser resuspendidas en el lu9o - acarreadas en el eluente. Si la recolección se eectLa a una velocidad ma-or >ue la velocidad crítica de resuspensión de las partículas& estas pueden ser resuspendidas.

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!a remoción de lodos puede ser: Continua o Intermitente.

"#?#$ Con0!e)&,one0 (&)& 0e'e,,on&) 8n& e0t&,-n !e 1o+1eo SegLn los c=lculos realizados en la determinación de las unidades de pre/ tratamiento - de conducción del lu9o como canal de apro0imación& des"aste& desarenador - sedimentador primario se puede apreciar >ue sus dimensiones son demasiado pe>ueue se est=n mane9ando caudales mupe>ue
T&1'& "#:#$ Clasiicación de las estaciones de "om"eo segLn su capacidad mBtodo constructivo utilizado. Clase;ipo '-ectores %eum=ticos Prea"ricadas C=mara de Aspiración C=mara Seca Convencional Pe>ue
I%;'DVA1O 1' CAPACI1A1 m,s $almin K)&)( K,)) )&))4/)&), )&))4/\)&+

+))/*)) +))/\+4))

)&(/)&)5 )&)4/)&4* \)&4*

,))/+)) +)))/+)))) \+* gald

Fuente: etcal/'dd-. Ingenieria Sanitaria: Dedes de alcantarillado - "om"eo de aguas residuales.

'n el pro-ecto >ue se esta realizando& se emplea un caudal m=0imo de )&)*( m,s& lo cual implica la selección de una estación de "om"eo prea"ricada con c=mara de aspiración. ;am"iBn se tienen dos opciones a la #ora de escoger el tipo de "om"as& -a >ue se cuenta con las "om"as centriuga - la sumergi"le. !as "om"as sumergi"les inastaca"les corresponden a las estaciones con c=mara de aspiración& est=n en el mercado desde #ace muc#os aue permite su e0tracción sin aectar a la tu"ería de descarga& mediante unas guías a lo largo de las cuales se desliza la "om"a.

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'ste tipo de estación puede suministrarse prea"ricadas en c#apas de acero& aun>ue los normal es instalar los e>uipos de "om"eo - au0iliares en pozos convencionales de o"ra de a"rica. !as v=lvulas pueden instalarse en la misma c=mara de "om"eo& pero el mantenimiento es m=s sencillo& cuando en una ar>ueta independiente.

"#?#%#$ C&)&,te)60t,&0 60,&0 ()n,(&'e0 !e '&0 E#B ()e&1),&!&0. !as estaciones de "om"eo prea"ricadas son suministradas en módulos >ue inclu-en todos los componentes - elementos -a montados - acoplados. Una vez en o"ra& se interconectan los módulos& se instalan las tu"erías - las cone0iones elBctricas - la estación esta lista para entrar en servicio. Como >uiera >ue este tipo de estación suele utilizar& como c=mara de aspiración un pozo de registro& no es posi"le incorporar re9as ni dilaceradotes. !as ma-oría de las estaciones prea"ricadas son lo suicientemente pe>ueue conste Lnicamente de los siguientes módulos: +@ 'stación propiamente dic#a >ue alo9a las "om"as& controles - e>uipos au0iliares (@ 'l modulo de acceso >ue so"resale del terreno. Para evitar inundaciones& la parte superior de este Lltimo de"e situarse por encima del m=0imo nivel de inundación de la zona circundante. !as estaciones prea"ricadas de gran tamaue puede necesitarse di=metros ma-ores para permitir la e0tracción de los e>uipos instalados. 'ste módulo proporciona& asimismo& la ventilación de la estación. 'l cuadro de control elBctrico se sitLa en el módulo de "om"eo& pero el contador elBctrico - el interruptor general se colocan en un poste ad-acente a la estación& la cual reci"e la alimentación de energía por medio de una cone0ión aBrea al módulo de acceso.

"##$ Con0!e)&,one0 (&)& '& n0t&'&,-n !e '& e0t&,-n !e 1o+1eo "##%#$ Poo +e!o

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1onde la interrupción del "om"eo es inadmisi"le& el pozo #Lmedo de"er= ser dividido en dos secciones& comunicadas por v=lvulas o compuertas apropiadas& para acilitar la reparación o limpieza de cual>uiera de las dos unidades. 'l volumen Ltil total del pozo #Lmedo ser= tal >ue el tiempo de retención con el gasto medio no e0ceda a los +*min en las localidades u"icadas de"a9o de la altura de 4))msnm& - ,) min en las dem=s localidades. Se de"e prever la posi"ilidad de a9ustar los controles autom=ticos para operar con gastos ineriores al diseue el ciclo de operación de cada "om"a no sea menor de * min. 'l ondo del pozo #Lmedo tendr= una pendiente no menor de *]. !a parte #orizontal del ondo no ser= ma-or >ue lo necesario para la instalación de la tu"ería de succión.

"##/#$ Bo+1&0 !as "om"as utilizadas para el "om"eo de aguas servidas& ser=n de lu9o radial con impulsor no atasca"le >ue tenga succión de un sólo lado. 'l nLmero de vanos en el impulsor ser= de dos ?(@ en las "om"as de #asta ()cm de di=metro de salida - en ninguna "om"a ser= m=s de tres ?,@. 'l nLmero de "om"as no ser= menor a dos - la capacidad de las unidades ser= tal >ue la estación no de9e prestar servicio eiciente con el +(*R del gasto m=0imo del aluente& estando la unidad m=s grande uera de servicio. 'n las estaciones de "om"eo >ue alimenten directamente a una planta de tratamiento se distri"uir= la capacidad de las "om"as de tal manera >ue el aumento "rusco del gasto del aluente no cause so"recarga #idr=ulica o "iológica en los procesos de tratamiento. 'n consecuencia& en tales estaciones el nLmero de las "om"as no ser= inerior a tres ?,@ o se tendr= >ue usar "om"as de gasto varia"le.

"##"#$ S0te+& !e ,ont)o' &8to+5t,o !a puesta en marc#a de de las "om"as ser= controlada por un sistema de sensores de nivel de agua& instalado en el pozo #Lmedo& >ue accione a los arrancadores de las "om"as de capacidad apropiada& o en la secuencia correcta cuando las "om"as tengan capacidades idBnticas. !os niveles de control ser=n escalonados - proporcionados de tal manera >ue el tiempo de retención no e0ceda a los +* - ,) min. Con el gasto correspondiente a cada nivel. Se evitar=

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las arrancadas recuentes& de"iendo transcurrir un lapso mínimo de * min entre dos ciclos de operación de la misma "om"a. 'l nivel mínimo de agua estar= por encima de la carcaza de la "om"a. 'l nivel m=0imo estar= )&() m de"a9o de la rasante del colector entrante. !os sensores estar=n u"icados de tal manera >ue la tur"ulencia por la entrada de agua o por la succión de la "om"a no aecte su uncionamiento.

"##3#$ T81e)6&0 ; 45'48'&0 !as tu"erías de succión ser=n individuales para cada "om"a. 'n la tu"ería de salida de "om"a& entre esta - la v=lvula de salida se instalar= una v=lvula de retención de asiento #orizontal& con contrapeso de "alancín. !as v=lvulas de salida - entrada ser=n de tipo compuerta& no se usar=n v=lvulas mariposa de cierre r=pido para evitar la posi"ilidad del golpe de ariete. !os acoplamientos de la tu"ería - de las v=lvulas ser=n de tipo "rida. Cada "om"a tendr= por lo menos un acoplamiento le0i"le para acilitar su remoción. !as tu"erías >ue atraviesen muros& pasar=n por nicles de di=metro ma-or& colocadas al vaciar el concreto. !a velocidad en la tu"ería de succión no ser= ma-or a +&* ms. !a velocidad mínima en la tu"ería de impulsión ser= de )&4 ms - la m=0ima no e0ceder= a (&* ms.

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1I'%SIO%AI'%;O 1' !AS U%I1A1'S 1' ;DA;AI'%;O PD'!II%AD'S


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A continuación se realizaran todos los c=lculos pertinentes para las unidades preliminares de la planta de tratamiento de aguas residuales del ur"anismo Par>ue clu" Desidencial la %avidadT& >ue cuentan con una =rea disponi"le de +)2)m (.

3#$ P)o(8e0t& NH %. P'&nt& ,on4en,on&' Se supone >ue el caudal >ue viene del colector de aguas negras llega con una velocidad de )&* ms& así >ue puede o"viarse el calculo del canal de apro0imación& por>ue esta velocidad garantiza >ue los sólidos no van a sedimentar en el canal por eecto de la gravedad de"ido a la pendiente del terreno sin em"argo se realiza un calculo para eecto demostrativo.

3#%# C&n&' !e &()o*+&,-n Utilizando la ecuación de aninig se determina las dimensiones del canal: V 

R 2 / 3  S 1 / 2 n

1onde: E: Caudal n: Dugosidad ?).)+( usado para el Qormigón& ;omado del etcal ^ 'dd-. ;a"la ,.(. pag 4(@ D: Dadio #idr=ulico S: pendiente del canal: )&)4R M )&)))4 'n la siguiente ta"la se puede ver la velocidad media de la partícula podemos o"servar >ue la velocidad del canal >ue interesa se encuentra entre ?)&+* ms Y V  )&** ms@& pues arrastra =cilmente ango& arena ina& arena media - arcillas no compactadas. %o necesitamos velocidades superiores por>ue consideramos >ue no se encontraran arenas gruesas con el di=metro >ue se encuentra en la ta"la - tampoco grava.


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T&1'& 3#%#$ Velocidad de arrastres de algunos materiales. D5+et)o en ++ ).))*/).)* ).)*/).(* ).(*/+.) / +/(.* (.*/* */+) +)/+*

Fango Arena ina Arena media Arcilla no compactadas Arenas gruesas $rava ina $rava media $rava gruesa

Ve'o,!&! +e!& +0 ).+*/).() ).()/).,) ).,)/).** ).,)/).) ).**/).4* ).4*/).2) ).2)/+.) +.)/+.()

Fuente: anual ;Bcnico de Agua. 1'$D'O;.

C=lculo: / Conociendo: Em=0 & n: )&)+(& S: )&))+( / Qallo A& suponiendo V M)., ms Q  A  V

A 

Q V



00514m 3 / s 043m / s

 012m 2

Delación: !argo M anc#o A  2    0,35m  a  0,35m

'l radio #idr=ulico: R 

 * a 2   a



0,35 * 0,35m 2 * 0,35  0,35

 0,117 m

Veriicando con aning& se calcula una nueva =rea - nueva velocidad Qn 00514  0012 A   2 / 3 - -  012m2 1/ 2 2/3 1/ 2 R  s 0117m  00006 v

A  a  h &

Q A

3



00514m / s

Suponiendo aM#&

012m

2

A  a 2 &

a  035m  35cm &

 043m / s 1/ 2  012-1 / 2  035m a   A-

h  035m M

,* cm


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29

35 cm

35 cm

Para veriicar se calcula la velocidad critica ?Vc@ !a altura crítica se calcula mediante la siguiente ecuación: hc 

3

Q2 g

3

00514- 2 981

 007m  7cm

A  0,35m * 007m  0025m 2  250cm 2

R 

Vc 

0025m 039m

2

 006m

006m- 3 / 2  00006-1 / 2 0012

 003m / s  3cm / s

Como V\Vc puedo tomar esa velocidad. Considerando >ue el lu9o se va a dividir en dos #acia dos desarenadores este canal se dividira en dos con las mismas caracteristicas dimensionales. Se colocara un "orde li"re del ()R. Se tiene entonces un canal de apro0imación con las siguientes dimensiones:


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30

35 cm

35 cm 35 cm

3#/# S0te+& !e !e01&0te Se colocaran dos re9illas una en un canal - la otra en el otro& por lo tanto el caudal ser= Em=0(: (*&6ls ó )&)(*6 m,s 1e"ido al caudal la limpieza ser= manual& por lo tanto con



M*7

Se colocar=n ca"illas& por lo cual el actor de orma es circular& 'spesor de las "arras& W: ).)( m

 M

+&65

Separación mínima entre "arras& ": )&), m Sa"iendo >ue el =rea transversal del canal donde va la re9illa es de A ;M).)4m( - >ue el anc#o - el largo es de (* cm& - >ue la velocidad es de , cms ?)., ms@ la Carga de velocidad aguas arri"a&


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31 2

m    0,43  s  hv    943x10 3 2 * 9,8

m

s 2

'ntonces& la PBrdida de carga  W  h   *    b 

4/3

hv * sen

4/3

 0,02  h  1,79 *   943 x10  3 * sen 45º  0,03  h  695 x10  3 m  069 cm

'sto implica el alto del escalón del des"aste. Por Lltimo& el nLmero de "arras:

a   n  1 b  n!

1espe9ando

n

 a  b b!

 5 ba""as

3#"# De0&)en&!o) Para dimensionamiento de desarenadores se pueden considerar o asumir valores de velocidad de sedimentación >ue se encuentran estandarizados en ta"las de diseue tienen un actor de orma de ).2*& gravedad especíica de (.4* - a una temperatura de (*7C. Condiciones a ;?(*7C@: Viscosidad cinematica n: ).))256* cm (s ;omando en cuenta los siguientes par=metros: Em=0imo M *( ls M 5, m ,día dp M )&, mm ρP M (&4* gcm , M (4*) gm ,


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;emperatura M () 7C ρ Q() M 998,2 _gm,

M +&))(G+)/, %.sm(

μ Q()

S $ 

p H 20 p H 20

2650#g / m3



998,2#g / m3

 2,63

Suponiendo Degimen !aminar: vS  1,82 * g  S $  1-d $  1,82 9,8m / s 2  2,63  1-0,0003m  0,127m / s

e 

vS d $ 





e  38 \

0,127 m / s * 0,0003m * 998,2#g / m3 1,002 * 10  3 K% / m3

)&)*

'ste valor de nLmero de De-nolds es mu- alto para el caso de rBgimen laminar& por tanto se supone rBgimen transitorio - se vuelve a calcular las velocidades. +7 Iteración: a@ Se calcula el coeiciente de des"ordamiento ?C 1@:

C & 

24 e



3 e

 0,34 

24 38



3 38

 0,34  1,46

"@ Se calcula la velocidad supericial ?v S@:

vS 

4 g  S $  1-d $ 3C &



4 * 9,8m / s 2 * 2,63  1- * 3 *104 m 3 *1,46

 6,6 *10 2 m / s

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c@ Se calcula el De - se compara con el inicial si son iguales se para el proceso pero si son dierentes se continua iterando.

e 

6,6 * 10 2 m / s * 3 *10 4 m * 998,2m / s 2 1,002 * 10  3 % * s / m 2

 20

(` Iteración: C &  2,23 vS  0,054m / s

e  16

,` Iteración: C &  2,59 vS  0,050m / s

e  15

` Iteración: C &  2,7 vS  0,049m / s  4234m3 / m2 * día

e  15

'l segundo paso cosiste en calcular el =rea supericial de la siguiente manera: Con la rata de des"ordamiento supericial ?D1S@ R&S 

Qmáxim' AS


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AS 

Qmáxim' vS



4493m3 / día 3

2

4234m / m * día

 1,06m 2

ASC  fc * AS  1,35 * 1,06m 2  1,43m 2

Calculando la velocidad de resuspensión: v R 

8 K  S $  1- gd $ f



8 * 0,04 *  2,63  1- * 9,8m / s 2 * 0,0003m 0,025

v R  0,248m / s

Para un desarenador rectangular: !a relación l : a seleccionada es 5 : + en un rango de 6& +( : +& +. ! M 5a As M aG! M aG5a a M ?As5@+( M ?+&,m(5@+( M )&) m ! M Asa M +&, m ()&) m M ,&*2 m 1eterminando la Velocidad #orizontal:

v H 

Q m#x AT

AT  h * a 0,5m  h  1,5m

Supongo # M +&* m


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35 AT  1,5m * 0,40m  0,60m v H  v H



0,052m3 / s 0,6m

2

 0,0867m / s

v R

0,0867m / s



0,248m / s

Una vez veriicada esta condición se procede a determinar el tiempo de retención ?;D@ >ue de"e oscilar entre ,) /+() segundos.

T R 

V'*)men t#& ()e Qmáxim'



 * a * h Qmáxim'



1,43m 2 * 1,5m 0,052 m 3 / s

 41,25 s

'n resumen las dimensiones del desarenador son: !argo. ,&4 m Anc#o: )&) m Proundidad: +&* m X )&, m M +&2 m

3#3#$ Cont)o' !e 4e'o,!&! 3#3#%#$ Cont)o' !e 4e'o,!&!e0 ()o(o),on&' ;omando en cuenta las dimensiones del desarenador: !M,.4 m& HM).) m& #M +.*m Sección de control aplicando las ecuaciones ?2@  ?5@:   

+  b  1 

2 31416

 tg 1 

y 

$asto ;otal:  

Q  b  2  g  a   h 

  a 3  2



a 


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para un vertedero proporcional: hm#x  h  a  15m  0025m  1475m

aM)&)(* m& b

Qm#x 2  g  a



1 2   h   a 3  



00512m3 / s 2  98m / s  0025m



1 2   1475m   0025m  3  

b  07m & 2  b  14m

$asto a travBs de la sección rectangular: 3 3   Q1   b  2  g   h  a  2  h 2  3  

2

3 3   Q1   07m  2  981m  1475m  0025m  2  1475m 2   0095m 3 / s 3  

2

'n el vertedero completo:

Qi  2  95* / s  190* / s

+) 5&* 5 2&* 2 6&* 6 4&* 4 *&* * /,

/(

/+

)

+

(

,


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3#3#/#$Cont)o' !e 4e'o,!&! )e,t&n78'&). C=lculo de altura m=0ima del agua Qm=0. en cada c=mara: Velocidad en el desarenador VM5cms Ema0M *+& ls H m#x  11 

Q m#x V

3

 11

00514m / s 009m / s

 083m

H m#x  83cm

Anc#o m=0imo Hma0: W m#x  11  H m#x  11  083m  091m

Anc#o de la sección de control: b

Q m#x 193   H m#x 

3/ 2



00514m 3 / s

193   083m  b  4cm

3/ 2

 0035m

Altura mínima del agua:  Q mi&   H mi&  H m#x   Q m#x 

2/3

 00041m 3 / s    083m   3  00514m / s 

2/3

 015m

H mi&  15cm

Sección de la c=mara calculada en el e9emplo: )&5 )&2 )&6 )&4 )&* )&. )&, )&( )&+ ) /)&,

/)&(

/)&+

)

)&+

)&(

)&,


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38

3#3#"#$ Cont)o' !e 4e'o,!&!= ,&n&'et& (&)09&'' Flu9o a travBs de la sección: Q m#x  41 W  H A

3/ 2

'l caudal en E?pie,s@.  Q  H m#x     41  W 

2/3

Q  V  h  At  Vh  b  d

Vh 

Q b  d

V# M,) cms Por continuidad: Q m#x b  d m#x



Q mi& b  d mi&

A#ora: Q m#x b  d m#x



Q mi& b  d mi&

d  ,  11  H A

 Q  d  11  H A  Z  11     41  W  Q m#x

  Qmáx  b  11    41  W  

2/3

  ,  



2/ 3

 Z

Q mi& 2/3    Q mi&  b  11   Z    41  W   

Em=0 M).)*( m ,s M+.2 pie ,s K, pie,s Emin M).))*m,s M).+2 pie ,s %o se puede calcular el Pars#all por>ue la curva no mane9a estos valores de caudal. Para eectos de c=lculo suponemos estos caudales: Em=0M() pie,s EminM* pie,s


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39

Por el gr=ico:

d m#x  ,  320 pie  0975m d mi&  ,  125 pie  0381m 2/3    Q m#x   Z   11    41  W   Q m#x   2/3 Q mi&    Q mi&   Z   11    41  W    2/ 3    20   Z  11     3  41    20 pie / s  3 2/ 3 5 pie / s    5    Z  11    41    316  Z 4 126  Z 

1espe9ando z podemos ver >ue: Z  019m

dmáx  0975m  019 m  0785m d mi&  0381m  019 m  0191m

b

Q m#x Vh  d m#x

H A m#x  H A mi& 

3



0566m / s 030m  0785m

d m#x  Z 11  W d mi&  Z 11  W

 

320 pie 11  1 pie 125 pie 11  1 pie

 240m

 291 pie  114 pie

3#:#$ Zon& !e ent)&!& Con el in de >ue el lu9o sea algo uniorme en la entrada del desarenador se colocan una placa con oriicios o con ranuras. Para el c=lculo del dispositivo de entrada& la descarga a travBs de esta pantalla se calcula mediante la e0presión: Q  C  A 

2  g  he


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40

1onde: Depresenta la velocidad del lu9o& la cual de"e ser menor a )&, ms. A in de evitar una pertur"ación en la zona de sedimentación. v

2  g  he

A M Zrea de paso del lu9o C M Coeiciente de contracción ?)&4@ $ M Aceleración de la gravedad

3#:#%#$ P'&,& Pe)o)&!& (&)& e' !e0&)en&!o). 'mple=ndose la ecuación& 3ona de entrada a desarenadotes sedimentadores. ?Aroc#a& +566@& en ,.* Q  C  A 

2  g  he

 *redetermi&#d#, " 30 cm/+

Supongo  M ,m 3

A 

Q



0,0514 m

V

0,30cm

s  0,0171m2

s

2

 0,0514    0,0171* 0,6   he   0,26m  26cm ! 30cm 2 * 9,81

4 * A 4 * 0,017m  3,1416  2   24  * d  n  2 2 d * 3,1416  0,03m * 3,1416  4 

A  n * 

'ntonces nLmero de oriicios: ( Ap M)&)+6+ m(( M 6&+,0+)/,m( 1i=metro M ,cm& cu

3#:#/#$ P&nt&''& ,on )&n8)&0 Sa"iendo >ue las ranuras pueden ser de ( cm a ,cm de anc#o:


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41

Considerando una ranura de anc#o ( cm ?).(m@ - un =rea de )., m ( de la placa& se pueden #acer ( ranuras para el paso del agua con un =rea de ).)4m ( cada una por lo tanto el =rea de paso ser= de )&+( m ( resultando una perdida de carga de , cm.

3##$ Se!+ent&!o) ()+&)o. 'ste diseue los sólidos sedimenta"les son del orden de ,&4 mll - para colocar esta unidad se necesitan >ue sean superiores a * mll. Sin em"argo se realizo el c=lculo.

3##&@$ C5',8'o !e 0e!+ent&!o) ()+&)o )e,t&n78'&) Se supone: ;rM( # SEDM ( m,m(día ProundidadM(m Calculo del volumen del sedimentador: V  Qmed * T"  00149 m3 / s 

3600 s 1h

 2h  10728m 3

C=lculo de As: As 

V p



10728m 25m

3

 4291m 2

Suponiendo una relación !aM(.*: As  *  a  25  a 2 a

As 25

 414m

a  4m *  25  4m  10m

%ueva AS: 2 As  4m *10m  40m

C=lculo de la velocidad de sedimentación Vs:


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42 Vs 

Q As

3



00149m / s 40m

2

 000m / s

P'&,& !e o),o (&)& e' Se!+ent&!o) An=logamente al desarenador Q  C  A 

2  g  he

Suponiendo: /  oriicio M * cm / Vpaso M (* cms Conociendo /C M )&4 / Em=0 M )&)*+ m,s / g M 5&2+ ms ( C=lculo del =rea de paso: 3

A 

Q



V

0,0514 m 0,25 m

s  0,21m2

s

C=lculo de la pBrdida de carga #e: 2

 0,0514 m3  2  s   Q      0,21m 2 * 0,6   A * C      0,0008m  0,08cm he  2 g 2  9,81m s

 3,1416  2  * d #  4 

A  n *  n

4 * A d 2 * 3,1416



4 * 0,21m 2

 0,05m  2 * 3,1416

2 A-  0,196m

 107  110


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43

2,5m */4  25 cm

4m

C5',8'o !e '& to'4& SegLn HPCF manual practice %] 2& la totalidad de sólidos en "ase seca en aguas residuales domesticas se encuentra entre )&+( a )&() _gpersona G día. !a racción solu"le es apro0imadamente )&)* a )&)5 _gpersona G día - la racción de sólidos suspendidos& de )&)6 a )&++ gpersonas G día de sólidos suspendidos& es decir el 4)R de los sólidos son sedimenta"les - el )R son coloidales. Producción de lodos en el sedimentador primario:

Sólidos suspendidos totales: (,6 mgl. Como los sólidos sedimenta"les son el 4)R de los suspendidos totales& entonces se tiene: . S  237 mg / * * 14,9* / s *

1 Kg 10 6 mg

* 86400 s / d * 0,6

. S  183 Kg / d

A#ora suponiendo >ue la densidad especiica de lodo es +&)( gl - el porcenta9e de #umedad 52R & el gasto de e0tracción de lodos es: Qext 

Qext 

.s  H * 

183 Kg / d 0,02 *1,02#g / * *1000* / m3

Qext  9m3 / d  0,51m3 / h

Suponiendo >ue la velocidad del "arre lodo es )&, mmin). podemos #allar el volumen de la tolva del sedimentador.


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44

Sa"iendo >ue el sedimentador tiene +) m de largo& el tiempo >ue tarda en recorrer el sedimentador el "arre lodo ser=: Tiemp'

de

"ec'""id'

de*

ba"""e*'d' 

* #r '

de*

Ve*'cidad

Tiemp'

de

"ec'""id'

Tiemp'

de

de*

10m * 2

de* ba"""e*'d' 

"ec'""id'

sediemntad '" * 2

03m / mi&

ba""e*'d'

 66 mi&

ba"""e*'d'  1/1h

de*

Podría decirse entonces >ue en un solo recorrido del "arre lodo se acumularan: V'*)me n

de

*'d'



11h * 051m

3

/ h

3



056m

Si >ueremos desalo9ar el volumen en , #oras el volumen de la tolva sería: V'*)men

de

t'*va

 3h * 056m3    153m3    11h 

Si suponemos la proundidad de la tolva >ue puede estar entre ( -  m segLn 1egremont& - adem=s se escoge una tolva con =rea supericial rectangular: 'ntonces& H  2 m H 

3 * V A1  A2  A1  A2

V * 3 H

  A1  A2  A1  A2 -

Suponiendo

A2 

1 3

 A1

 A1 



1 A1 3

4 A1 3

 A1 



4 A1 3

1 A1 3

-

-

V  3

V  3 H

H


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45 

4 A1 3



4 A1 3

- 

1/53m3 3 2m

1espe9ando resulta: A1  089 m 2

Suponiendo el =rea de un cuadrado anc#o M largo entonces: anch'  094m * #r '  0/94m

'l =rea m=s pe>ue
Suponiendo el =rea de un cuadrado anc#o M largo entonces: anch'  054 m * #r '  0/54m

Poten,& !e '& 1o+1& )e8e)!&. Se colocara una "om"a de lodos para enviarlos desde el sedimentador al densiicador. $ 

H 0 * Q * $ 75 * /

Qext*'d's  9 m3 / d * 1000* / m3 *

1 86400 s

Qext*'d's  0,104* / s

Se puede purgar el lodo cada , #oras - se calcula la potencia para ese caudal: V ext*'d's  0,104* / s * 4 h * 3600 s / h  1498*

Qext*'d's 

1498* 900 s

 1,66* / s


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46

$ 

4m * 1,66* / s *1,02 Kg / * 0,12 * 75

$  1 / 4 H$

's a"surdo colocar una "om"a para conducir los lodos de la tolva& incluso es a"surdo colocar sedimentador primario en un sistema cu-o eluente produzca un caudal de lodos de )&( ls. 'n lugar de una "om"a podría utilizarse una v=lvula para purgar el lodo.

Lon7t8! !e' Ve)te!e)o Carga so"re el vertedero: ?+(*/*))@m, bmGdía& escogiBndose (*) m, bmGdía& por ser el valor típico. !ongitud vertedero M Emediobcarga so"re el vertedero M)&)+5 m, bs G 24))s bdía G + b?(*) m, bmGdía@ M *&+* m 'l vertedero se u"icar= al inal del tan>ue de sedimentación& para garantizar el tiempo de sedimentación. Siendo la longitud de los laterales: ?*&+*/@m b ( M )&*6* m  )&4 m. Pues el anc#o del sedimentador es m - )&4 m en los laterales del largo del mismo.

4m

0,6m

3## 1@$Se!+ent&!o) ,),8'&)


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Supongo ;rM( # ;asa de des"ordamiento supericial M ( m,m(dia Proundidad M (m Calculo del volumen del sedimentador: V  Qmed * T"  00149m3 / s 

3600 s 1h

C=lculo de As: As 

V p



10728m 3 2 5 m

 2h  10728m3

 4291m 2

1e"ido >ue es un sedimentador de tan>ue circular As

As    " 2 # " 

 3,7m



%ueva AS: As     3,7m   43m 2 2

C=lculo de la velocidad de sedimentación Vs: Vs 

Q As

3



00149m / s 43m

2

 000m / s

T&1'& 3#/#$ D+en0one0 !e '&0 8n!&!e0 Un!&! Canal de apro0imación& antes de la "iurcación Canal de apro0imación& despuBs de la "iurcación 1es"aste

D+en0one0 ! M)&,*m A M)&,*m

C)te)o0 'c. anning& Em=0& ?)&+* ms Y V  )&** ms@

! M)&,*m A M)&,*m /'spesor de "arras W: ).)( m /Separación cada "arra ": )&),) m

Em=0&  M*7 ?limpieza


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Un!&!

Placa Perorada para el desarenador 1esarenador

D+en0one0 /Anc#o )&, m /PBrdida de carga +& cm /%] de "arras * %] de oriicios ( H M )&,m& # M +m 1i=metro M ,cm& cu

C)te)o0 manual@  M +&65 ?circular@

! M ,&4m& H M )&m& # M +&2m

Vr\Vs& Para veriicar >ue no se resuspende lo >ue se #a depositado Em=0

" ,) cms

Control de a M )&)(*m& "M )&)6m& velocidad Vertedero proporcional Control de Anc#o m=0M)&5+m& anc#o de la Em=0 velocidad sección de controlM)&),*m& Altura rectangular mín del agua )&+* m Control de %o se puede calcular la Canaleta Pars#all& por>ue no se velocidad& puede leer en las gr=icas canaleta pars#all Sedimentador !M+)m ;rM( # primario aMm SEDM ( m,m(día rectangular QM(&*m ProundidadM(m Potencia de la "om"a re>uerida para los lodos del sedimentador Placa de oriicio para el Sedimentador ;olva del vertedero

!ongitud del vertedero

P  + F .HP

%] de oriicios ++) H M m& # M (&*m 1i=metroM*cm& cu

" ,) cms Suponiendo:  oriicio M * cm Vpaso M (* cms

QM(m& el volumen de lodos es tan suponemos la pe>ueue podemos eliminar el proundidad de la sedimentador primario tolva entre ( -  m se escoge una tolva con =rea supericial rectangular !M *&+* m Carga so"re el vertedero:


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Un!&! Sedimentador circular

D+en0one0 Dadio M ,&6m

C)te)o0 (*) m, bmGdía& por ser el valor típico ;rM( # SEDM ( m,m(día ProundidadM(m

:#$ P)o(8e0t& N H /. E0t&,-n !e 1o+1eo 1e"ido al caudal mane9ado las dimensiones de las unidades: canal de apro0imación& des"aste - des"aste son pe>ueueriría supervisión diaria. 'l des"aste necesita una limpieza permanente - por razones estBticas por ser una ur"anización mientras menos =rea al aire li"re es me9or. Adem=s el volumen de sedimento >ue remueve el sedimentador es mupe>ueue la "om"a para llevarlos. Por estas razones se instalaría un sistema de "om"eo >ue a su vez tendr= una malla de protección la "om"a& cumpliendo la unción del des"aste. Por otra parte& como el agua de la planta de tratamiento viene directo de la zona residencial& no pasa por un colector o una red& donde podría arrastrar arenas& entonces el desarenador en este caso es innecesario por la pe>ue ue ninguno de los e>uipos de control de velocidades en el desarenador& ni placa de oriicio tampoco se instalaría& sólo la estación de "om"eo se colocaría - las unidades de tratamiento del agua residual las cuales se calcularían para la tercera entrega de este estudio.

:#%#$ D+en0on&+ento !e' t&n8e 9+e!o. Como se #a mencionado al principio de esta sección se decidió colocar una estación de "om"eo para conducir el agua residual en lugar de un canal de apro0imación - un desarenador. 'sta estación de "om"eo re>uiere un tan>ue donde se colocara las "om"as sumergi"les. !a salida del colector de aguas servidas de"e u"icarse )&* m por de"a9o del "orde superior del tan>ue.


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'l tan>ue ser= circular perorado con un anillo de (&* m - con una proundidad total de +)&* m& calculada de la siguiente orma: Considerando un tiempo de retención de  #ora& para evitar la descomposición de la materia org=nica en el pozo #Lmedo. Calculo del volumen del pozo: V  Q * T R V  0,052 m 3 / s * 0,25h * 3600 s / h V  46,8m 3 V  As * p

donde: As 



* d 2 4





* 2,45m- 2 4

 4,7m 2

A#ora: V  AS * p # p 

V AS



46,8m3 4,7 m 2

 10m

$  4m  p  0,5m  10m  10,5m

:#/#$ Se'e,,-n !e '&0 1o+1&0. Se dispondr= de dos "om"as una >ue estar= en operación continua& con su respectiva reserva. Selección de la tu"ería de descarga - la "om"a: Se selecciono un di=metro de la tu"ería de descarga de T& -a >ue esta da una velocidad K +&* ms& >ue es la velocidad recomendada en el caso de "om"eo de aguas negras. SegLn la curva de operación de dos "om"as en serie& el caudal de operación del sistema cae en +) !PS - Q: +&5m. !as "om"as seleccionadas ue un arreglo de dos "om"as tipo sumergi"les para aguas residuales odelo 1/*)/ +* de la marca F!$;. ?Ver especiicaciones en el ane0o@


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VM EA M ?)&)*+ m,s@?)&))2 m(@ M )&))) ms C=lculo de las pBrdidas en la tu"ería H f 1 2

2    )t)b  &a"cy *   e(  * &  t)b  2 g

T&1'& :#%#$ Perdidas de carga para el sistema A <+/@ 

J=JJ J=J/

Q <+"0@ ) )&)+ )&)( )&), )&) )&)* )&)4 )&)6

V <+0@ )&)) +&(* (&*) ,&6* *&)) 4&(* 6&*) 2&6*

K L<+@ V/ )&)) +&*4 4&(* +&)4 (*&)) ,5&)4 *4&(* 64&*4

9 &,,e0 ) )&(++(*4 )&2*)(4 +&5)+,)6 ,&,2)+)( *&(2+)5 6&4)*(, +)&,*+*4

/=: % 9 t81e)& ) )&(*+)2* +&)),,5 (&(*564( &)+6,** 4&(66++6 5&),5)5 +(&,),+*

<+@

J=%J%  tot&' ) )&4(,+ +&25,4 &+4+)6 6&,56*6 ++&**2*, +4&4(2 ((&4*6+

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'sta misma casa orece estaciones de "om"eo prea"ricadas >ue mane9an caudales como es el caso de la estación de "om"eo prea"ricad tipo II; ;OP. ?Ver Ane0o@.

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E0t&,-n !e 1o+1eo# V0t& !e &'&!& ; ('&nt&# :#"#$ O(e)&,-n ; +&nten+ento !e '& e0t&,-n !e 1o+1eo. Se de"en tomar las siguientes consideraciones: Frecuencia de purga de lodos del tan>ue: !a purga se re>uiere para remover los sólidos - grasa acumuladas - así evitar el taponamiento de las tu"erías. !os tan>ues se de"en inspeccionar despuBs del primer auieren de una limpieza periódica. Una vez construida la red de recolección se necesitar adelantar la"ores de limpieza. Solicitudes de mantenimiento:

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'n la actualidad& estos sistemas utilizan en su diseuipos mas conia"les. 'l tiempo promedio para solicitudes de servicio de mantenimiento es cada ( a , a
#$ Se'e,,-n ; 80t,&,-n !e '& o(,-n (&)& '& n0t&'&,-n !e '&0 8n!&!e0 !e ()et)&t&+ento Se decidió colocar la propuesta %7 +& ?>ue consiste en el canal de apro0imación& el canal "iurcado& el desarenador con su de"ido control de velocidades tipo proporcional - la placa oriicio a la entrada de esta unidad@. A pesar de >ue estas unidades son mupe>ueue no se va a sedimentar el canal de apro0imación. 1espuBs de la "iurcación del canal se colocar una re9illa en cada canal& para eectos del des"aste. Se coloca un desarenador para eliminar las partículas mas grandes con su respectiva placa perorada& >ue le da uniormidad al lu9o - su control de velocidades tipo proporcional >ue es el mas =cil de construir. 'l sedimentador primario no se coloca por>ue el volumen de lodo >ue se remueve es mupe>ueue en una ur"anización no es via"le& por razones de estBtica. Adem=s en caso de elegir colocar el sedimentador primario& se puede aectar la eiciencia del reactor "iológico& de"ido a >ue no se alcanzaría el e>uili"rio. !a propuesta %7 (& se descarta por >ue los costos son mu- elevados estos e>uipos re>uieren de mantenimiento especializado.

?#$ Co0to0 !e '&0 8n!&!e0 0e'e,,on&!&0. 'n la ta"la 4.+ se puede o"servar los costos de la propuesta del sistema convencional: T&1'& #%# Co0to !e '& ()o(8e0t& NH %.

Calculo de Desarenador y Sedimentador en aguas residuales

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