CAPTACIÓN Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

INGENIERIÍA CIVIL

Promoción de la Industria Industria Responsable Responsable y Compromiso Compromiso Climático” Climático” “ Año de la Promoción

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULT FACULTA ! I"#!"I!RIA I"#!"I!R IA

!scuela Acad$mico Acad$mico Pro%esional de In&enier'a Ci(il

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CAPTACIÓN Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE.

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ABASTECIMIENTO ALCANTARILLADO

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Ing. GASPAR MÉNDEZ CRUZ

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Cajamarca, Octubre del 2014

ABASTECIM ABASTECIMIENTO IENTOSS DE AGUA AGUA Y ALCANT ALCANTARILL ARILLADO ADO Pá Pá giná 1

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CAPTACIÓN Y PLANTA DE TRATAMIENTO 1. INTR INTROD ODUC UCCI CION ON.. Las principales %uentes de abastecimiento de a&ua son las -ue se cuenta con las a&uas super%iciales super%iciales y el a&ua %reática. !n el pasado/ las %uentes de super%icie inclu'an solo las a&uas dulces naturales/ como la&os/ r'os y arroyos0 pero con la e1pansión demo&rá%ica y el uso desmedido del a&ua por persona en relación a los estándares de (ida más altos/ se debe tener en cuenta la desalineación y el apro(ec2amiento de a&uas de desec2o. Para la selección de las %uentes de abastecimiento/ se deben tener en cuenta los si&uientes %actores* la óptima calidad y costo/ -ue sean adecuados/ las cuales en &ran parte son independientes. independientes. !l costo es es importante por-ue por-ue se puede traba3ar con con cual-uier %uente si los usuarios estu(ieran dispuestos a pa&ar el precio -ue lo amerita. !n al&un al&unos os lu&ar lu&ares/ es/ la deman demanda da crecie creciente nte e1ced e1cede e la capaci capacida dad d de las las %uente %uentess e1istentes de -ue nos impulsan a ma1imi4ar el apro(ec2amiento apro(ec2amiento má1imo del a&ua.

2. OBJETIVO IVOS: 2.1. OBJETIVO OBJETIVO GENERAL: GENERAL: Tener nociones sobre el proceso de abastecimiento de a&ua potable desde la captación de rio y lle(ándolas se&5n una planta de tratamiento con(ertirlas en aptas para el consumo 2umano. 2.2. OBJETIVO OBJETIVO ESPECI ESPECIICO: ICO:  Reali4ar el diseño de captación/ de acuerdo con los datos obtenidos en el primer traba3o/ el diseño de la estructura de captación será para un rio.  Aplicar criterios ra4onables ra4onables para el diseño de Planta de Tratamiento/ Tratamiento/ cuyas estructuras y e-uipos -ue la componen &aranticen su%iciente cantidad de a&ua y la óptima calidad para consumo 2umano.

!. REVI REVISI SIÓN ÓN DE DE LITE LITERA RATUR TURA. A. !l a&ua es inapreciable en %orma natural y tambi$n lo es en cuanto a los bene%icios -ue puede proporcionar proporcionar.. !l a&ua es una de las me3ores sustancias sustancias naturales para la la super(i(encia del 2ombre en este planeta. !n el a&ua e1isten or&anismos (i(ientes/ -ue pueden ser plantas acuáticas* 6rio%itas/ Talo%itas alo%itas 7al&as8/ 7al&as8/ Pterido%i Pterido%itas tas 72elec2o 72elec2os/ s/ cola de caballo caballo// etc.8 o tambi$n tambi$n animales animales acuáticos* (ertebrados meta4oarios 7moluscos/ artrópodos/ an$lidos/ etc.8/ as' mismo



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el a&ua tambi$n está compuesta por %lora microbiana* 2on&os/ bacterias/ (irus. Todos estos or&anismos e1isten en el a&ua cruda. Fórmula del a&ua* 9 :; Peso molecular* <= &r. Caracter'sticas* Caracter'sticas* incoloro/ sabor ins'pido/ conductor de corriente el$ctrica. AGUA POTABLE: >iene POTABLE: >iene a ser el a&ua apta para el consumo 2umano y uso dom$stico.

!.1. CAPTACIÓN. CAPTACIÓN. !n el diseño de la captación/ captación/ se debe tener en cuenta cuenta el tipo de a&ua -ue (a a recibir/ la cual debe ser anali4ada y tratada contra microor&anismos/ bacterias/ (irus/ (irus/ miner minerale ales/ s/ mater materia ia or&án or&ánica ica// al&as al&as y demás demás or&an or&anism ismos os -ue -ue suele suele transportar el a&ua/ de acuerdo a las normas dadas por la or&ani4ación nacional de salud. !.1.1.DEINICIÓN DE CAPTACION. >iene a ser una estructura/ -ue sir(e para reunir adecuadamente una cierta cantid cantidad ad de a&ua/ a&ua/ con %ines %ines apro( apro(ec2 ec2aba abas. s. ic2a ic2a estruc estructur tura a (ar'a (ar'a de acuerd acuerdo o con la natura naturale le4a 4a de la %uente %uente de abast abasteci ecimie miento nto 7meteórica/ super%icial o subterránea8/ su locali4ación y su ma&nitud. !l tipo de toma usual y económica para una ciudad pe-ueña y de la +ierra es de un manantial/ en el -ue se diseñará la ca3a de Captación en el punto o plintos de a%lo a%lora rami mien ento to// con con todo todoss sus sus acce acceso sori rios os y teni tenien endo do en cuen cuenta ta su protección sanitaria adecuada. !.1.2.UENTES DE ABASTECIMENTO. La %uente de abastecimiento de a&ua/ constituye el elemento primordial en todo diseño de un proyecto de A&ua Potable/ y se re%iere a las posibles %uentes de las -ue se apro(ec2ará el a&ua para cubrir las necesidades de la población. !n t$rminos &enerales podemos señalar* llu(ia o meteóricas* meteóricas*  A&uas de llu(ia +on a-uellas -ue proceden directamente de la atmós%era/ en %orma de llu(ia. !stas a&uas se captan antes -ue lle&uen a la super%icie terrestre/ por medio de áreas e1puestas a la precipitación plu(ial/ para lue&o almacenar'as en depósitos 7Cisternas8. +uper%iciales*  A&uas +uper%iciales* +on a-uellas -ue se encuentran en el seno de los/ r'os/ la&os/ -uebradas/ presas presas// etc. etc. Re-ui Re-uiere eren n para/ para/ su utili4 utili4aci ación/ ón/ de in%or in%ormac mación ión detal detalla lada da y completa -ue permita (isuali4ar su estado sanitario/ caudales disponibles y calidad del a&ua. ebido a su &ran poder disol(ente estas a&uas en su recorrido se (an trans%ormando y reco&iendo materiales materiales de los suelos por los cuales pasan/ a ello se suman los desec2os de poblaciones o industrias -ue 2acen/ -ue &eneralmente se encuentren Contaminadas.


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Fuentes +ubterráneas. !stas a&uas constituyen parte del ciclo 2idroló&ico y son las -ue se in%iltran en el terreno/ y -ue por percolación se mantienen en mo(imiento a tra($s de estratos &eoló&icos capaces de contenerlas y permiten su circulación. +e pueden captar por medio de captaciones directas 7manantiales/ &aler'as %iltrantes/ po4os poco pro%undos y pro%undos/ y su e1plotación dependerá de las caracter'sticas 2idroló&icas y %ormación &eoló&ica del acu'%ero.

!.1.!.CLASES DE CAPTACIÓN +e tienen las si&uientes* C"#$"%&'n () Ag*"+ L"%*+$,)+. #eneralmente la toma de a&ua de los la&os/ es pre%erible a la de los r'os especialmente cuando este tiene &ran recorrido. !l a&ua de los la&os/ &randes pro%undos/ debido a la autodepuración por sedimentación -ue e1perimenta durante su lar&o reposo en ellos. es muy buena y presenta una temperatura uni%orme !s con(eniente por lo tanto/ tomar el a&ua a una %uerte pro%undidad por deba3o de la super%icie del la&o/ urante su autodepuración/ el a&ua ba3o la acción de la lu4 absorbe o1'&eno del aire en la super%icie. !ste o1'&eno/ ya directamente o a tra($s de microor&anismos/ descompone la materia or&ánica trans%ormándola en sustancias inor&ánicas -ue no presentan incon(enientes desde el punto de (ista de la 2i&iene. !n la&os carentes de desa&?e 2a de tenerse en cuento el peli&ro de @a e1cesi(a concentración de sales. Los la&os pobres en sustancias alimenticias 7ol'&otrobos8 como a&ua potable y para el ser(icio industrial. La toma de a&ua para estos %ines se e%ect5a mediante aberturas tubulares en el muro prote&idas con re3illas %inas. !stos puntos de toma se encuentran a di%erentes alturas/ la más ba3a a unos <; m/ sobre el %ondo del embalse/ de modo -ue sea posible re&ular la temperatura del a&ua. !n caso/ de -ue el a&ua %lu(ial -ue lle&a esta muy sucia/ se debe disponer de una presa pre(ia antes de la presa de la -ue se toma el a&ua// si es -ue $sta se piensa utili4ar como a&ua potable. !n lo re%erente a la calidad del a&ua/ es (álido todo lo mencionado al 2ablar de tomas de a&ua de los la&os. Adicionalmente/ el lec2o del embalse debe estar limpio de árboles/ arbustos/ etc0 tambi$n es con(eniente si la econom'a lo permite eliminar toda la tierra (e&etal. !sta eliminación de sustancias putre%actas me3ora sensiblemente la calidad del a&ua. C"#$"%&'n () Ag*"+ */&")+. La toma de cursos de a&ua super%icial/ se 2ace indispensable para proyectos de &ran en(er&adura/ ya sea paro CC.99/ Irri&aciones o Abastecimiento de A&ua para Ciudades -ue ten&an &ran cantidad de demanda/ siempre y cuando se ten&a la %uente disponible. !n estas captaciones es importante conocer el r$&imen de escorrent'a del r'o/ el caudal m'nimo en tiempo de estia3e/ con cierta probabilidad de ocurrencia/ permitirá de%inir el l'mite se&uro de abastecimiento para ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 4


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compararlo con las demandas estimadasB/ para calcular dic2os caudales es ideal contar con un per'odo de re&istros de a%oros 7rara disponibles8/ e1istiendo t$cnicas 2idroló&icas para su estimación/ en %unción de datos de plu(iosidad/ caracter'sticas %isio&rá%icas de la cuenca. y al&unos a%oros de c2e-ueo -ue re-uieren la inter(ención de especialistas/ sobre todo cuando la in(ersión o la importancia de la obra a e3ecutar es &rande. As' mismo/ es de importancia conocer su caudal má1imo/ de i&ual %orma -ue el caudal m'nimo/ espec'%icamente para lo&rar un buen diseño de la estructura/ con %ines de estabilidad/ protección y se&uridad. +e da a conocer al&unos tipos de toma. As'*   

Toma sin estructura de control. Cuando el caudal m'nimo del r'o es mayor -ue el &asto deseado a deri(ar y tiene una sección apropiada para su captación. Toma con estructura de control. !l caudal m'nimo del r'o es mayor -ue/ el &asto deseado a deri(ar y no tiene una sección apropiada para su captación. Re-uiere de al&unos elementos estructurales tales como* a4ud o barra3e/ muros de enconamiento/ (entana de captación/ canal de Conducción/ (ertedor de demas'as/ colc2ón de amorti&uamiento/ sección de control.



Toma sub super%icial Capta caudales reducidos de la napa %reática sub super%icial/ #eneralmente re-uiere de un di-ue trans(ersal en el r'o o -uebrada a modo de a4ud/ tuber'as per%oradas/ bu4ón de inspección y material %iltrante.



Captación de A&uas +ubterráneas. La e1plotación de estas a&uas podrá e%ectuarse a tra($s de*

M"n"n$&")+. Los manantiales son puntos donde el a&ua pro(eniente de una %uente subterránea/ debido &eneralmente a -ue el ni(el de estas corta a la super%icie terrestre y por consecuencia emer&e 2acia la super%icie una cantidad de a&ua. Los manantiales tienen un %actor de (ariación estacional/ caracteri4ado por un e%ecto retardado con relación a los patrones de/ llu(ias 7los manantiales producirán caudales normales 2asta bien entrado el per'odo de se-u'a/ antes de disminuir paulatinamente. y -ui4ás el caudal normal se reinicia 2asta bien entrado el per'odo de llu(ias. ebido a la percolación y %iltración del terreno/ mayormente los manantiales no presentan or&anismos pató&enos causantes de tantas en%ermedades. +in embar&o muc2os manantiales %luyen a tra($s de piedra cali4a o &rietas y %isuras &eoló&icas en las rocas. !n esos casos/ los e%ectos de %iltración son m'nimos y el %lu3o puede estar contaminado. Además es posible -ue la %uente no sea un (erdadero manantial/ sino un arroyo -ue tiene un pe-ueño trec2o subterráneo y lue&o (uel(e a emer&er a la super%icie.

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Los or'&enes de los manantiales son muc2os/ Pero se puede donde mostrar las posibles %ormas de ori&en de un manantial/ as'*        

Por una depresión de la super%icie del suelo -ue corta al ni(el %reático. Por la in%iltración del a&ua de la llu(ia en el interior de unos blo-ues de desprendimiento acumulados al pie de un escarpe. Por una arenisca permeable -ue yace sobre una %ormación impermeable de arcilla. Por una %alla -ue coloco unas %ormaciones impermeables %rente a unos alu(iones permeables. Por una %alla -ue da lu&ar a una 4ona %racturada abierta en una roca -uebradi4a. Por la estructura laminar 72o3osa8 de una roca &ran'tica. Por el a%loramiento de un acu'%ero artesiano. Por la presencia de una es-uistosidad dominante en una dirección/ Por el a%loramiento de unas &ra(as y un basalto permeable -ue cubren una roca &ran'tica impermeable.

O0,"+ () %"#$"%&'n. La captación se puede 2acer de : %ormas/ dependiendo de la clase de terreno* a8 +i el terreno es rocoso o el a&ua a%lore por ca(ernas/ la captación se 2ace mediante una ca3a -ue impide -ue el a&ua si&a saliendo libremente. b8 +i el terreno es permeable la captación se 2ace mediante drenes -ue colecten el a&ua en un solo punto0 estos drenes abarcan una 4ona bastante &rande. c8 +e debe buscar tener un %iltro de área con(eniente de tal manera -ue cumpla con un &radiente 2idráulico menor a ;. para e(itar as' la tubi%icación. Por consi&uiente en el estudio de la captación de manantiales los (amos a considerar en dos casos* A. C"#$"%&'n () M"n"n$&")+ () L"(),". +upon&amos una ladera en la -ue 2ay un estrato acu'%ero con%inado entre dos estratos impermeables -ue a%loran0 para la captación 2ay necesidad de 2acer un corte -ue de3e el manantial al descubierto. La cámara se construye de concreto armado o simple/ lle(a abertura a los costados para permitir el in&reso del a&ua0 el tec2o de la cámara tiene la misma pendiente -ue la del terreno para %acilitar el resbalamiento de cual-uier material -ue se desprenda $l -ue correrá libremente e irá a colocarse en cual-uier sitio de reposo. !n la e1ca(ación se de3a un pe-ueño espacio abierto -ue se rellena con casca3o en la parte in%erior y el resto con arcilla o con concreto pobre/ esto tiene por ob3eto impedir el in&reso de a&ua super%icial/ cuya recolección se 2ace en un punto más alto mediante un dren e1terior. La salida del a&ua se 2ace mediante una tuber'a per%orada -ue tiene -ue pasar por un sistema de %iltros con%ormado por arena y &ra(as0 la tuber'a lle(a además una ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 


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(ál(ula -ue sir(e para controlar el paso del a&ua. Además cuenta con un sistema de rebose y tambi$n con un sistema de limpie4a. B. C"#$"%&'n () M"n"n$&")+ )n $),,)n #"n. La captación de estos manantiales constituye un serio problema. !stos manantiales pueden deberse a la rotura del material -ue %orma la super%icie o tambi$n pueden ser ori&inados por el a%loramiento de la napa0 en ambos casos la 4ona se encuentra inundada constituyendo los pantanos con (ida animal y (e&etal 0 lue&o el primer traba3o -ue 2ay -ue 2acer es la limpie4a/ eliminando las sustancias or&ánicas/ en se&uida/ se 2ace el drena3e con el ob3eto de ba3ar el ni(el del a&ua por deba3o de la super%icie del terreno0 a continuación se construye la cámara la -ue deberá sobresalir cierta altura sobre el ni(el del terreno para prote&erla de la entrada del a&ua del e1terior. Tambi$n estas cámaras se construyen usando el sistema de doble cámara. +i el a&ua está cerca de la super%icie la entrada se 2ará por el %ondo den donde se coloca &ra(a/ piedra o cual-uier material %iltrante0 tiene además un rebose y su tapa. !stas cámaras se construyen deprimiendo la napa a m de pro%undidad. Con el ob3eto de &aranti4ar la protección de la cámara el a&ua debe ser drenada en toda la 4ona de tal manera -ue no apare4ca la super%icie. La pendiente de los tubos -ue se usan para sacar el a&ua es in%erior a la pendiente del terreno. La cámara debe estar prote&ida en una 4ona de radio de por lo menos i&ual a <; m/ estableci$ndose lo -ue se llama la “tierra de nadie”.

!.2. SEDIMENTACION Las a&uas super%iciales en su despla4amiento car&an material &ranular y part'culas de todo tamaño. Para la sedimentación es necesario reducir la (elocidad del a&ua 2asta el punto de causar la deposición de las part'culas en suspensión dentro de un determinado tiempo de detención/ para cada part'cula e1iste una (elocidad má1ima -ue debe darse al a&ua por encima de la cual no sedimenta. La sedimentación se produce cuando la componente (ertical de la (elocidad de una part'cula dentro del a&ua es mayor -ue la (elocidad de arrastre moti(ada por el %lu3o. !s por $ste moti(o -ue la part'cula cae por su propio peso. Para dar $ste tratamiento al a&ua/ se 2ace muy necesario un análisis de las part'culas -ue el a&ua lle(a en suspensión0 despu$s de la captación de acuerdo al diámetro de las part'culas se esco&en las estructuras necesarias para dar el tratamiento al a&ua0 pueden ser desarenadores yDo sedimentadores. !.2.1.DESARENADOR. !structura -ue tiene por %inalidad/ separar las part'culas &ruesas del a&ua/ -ue se encuentran en suspensión. #eneralmente un desarenador consta de  4onas*

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E,"A ! !"TRAA.B Compuesta por una transición -ue une el canal de conducción0 en al&unos casos tuber'a y la 4ona de desarenación. La lon&itud de transición tiene la %unción de distribuir uni%ormemente las l'neas de %lu3o dentro de la 4ona de desarenación0 e(itará tambi$n -ue se produ4can los llamados corto circuitos y por consi&uiente la %ormación de 4onas muertas en la estructura. !n $sta 4ona se ubican dos compuertas para orientar el %lu3o 2acia la compuerta de limpie4a. E,"A ! !+AR!"ACI,".B !sta es la 4ona donde se lle(ará a cabo el reco3o de las part'culas anali4adas0 las part'culas se reco&erán en el %ondo de la misma. E,"A ! +ALIA.B !stará con%ormada por un (ertedero -ue mantendrá la (elocidad -ue no altera a los sedimentos. !.2.2.SEDIMENTADOR. !structura -ue cumple con las mismas %unciones -ue el desarenador/ sólo -ue en $sta estructura se alber&arán a part'culas más pe-ueñas -ue las tratadas en el desarenador0 son de i&uales caracter'sticas. !.!. AORADOR PARS3ALL !structura -ue se encar&a de controlar los caudales de lle&ada/ la %orma en -ue se determina el caudal es muy directa0 sólo basta medir el tirante de a&ua en la &ar&anta del mismo y aplicando una %órmula nos da a conocer el caudal0 en al&unos casos $sta misma estructura se usará para reali4ar la me4cla rápida del %loculante con el a&ua/ apro(ec2ando el resalto -ue en $ste se produce. +u diseño está en %unción del caudal con -ue se diseña/ estas dimensiones son estándares y se encuentran en tablas.

!.4. MEZCLA RAPIDA #eneralmente se compone de una caseta de dimensiones estándar* <.;; 1 <.;; 1 <.:; m. a donde lle&an las tuber'as de conducción del caudal a tratar0 al i&ual -ue el A%orador Pars2all/ apro(ec2ará la turbulencia del a&ua para reali4ar la me4cla del %loculador y el a&ua cruda. La dosi%icación del %loculante cual-uiera -ue sea el utili4ado/ sea +ul%ato de Aluminio o +ul%ato de Fierro está en %unción de la turbide4 y del caudal a tratar. !n al&unos casos sólo será necesario aplicar +ul%ato de Cobre para matar las al&as y los microor&anismos -ue el a&ua lle(a consi&o0 esto se reali4a en $pocas de (erano donde las a&uas no lle(an material en suspensión e1cesi(o. !l análisis de la turbide4 se reali4a por el m$todo de 3arras y 2aciendo uso de los Turbid'metros.

!.5. LOCULADORES !n el caso de Floculadores el a&ua y el elemento -u'mico reaccionan y las part'culas de limo y arcilla se a&rupan para decantarse despu$s en el decantador. Los %loculadores se clasi%ican en*

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a8 9idráulicos b8 )ecánicos.

!.5.1.LOCULADORES 3IDRAULICOS. !stán compuestos por una serie de pantallas cuya separación está en %unción del caudal y de la (elocidad de (ia3e del a&ua. !stos %loculadores a su (e4 pueden ser*  Floculadores 9idráulicos 9ori4ontales.  Floculadores 9idráulicos >erticales. VENTAJA DE LOS LOCULADORES 3ORIZONTALES:  +on más usados para Plantas de Tratamiento pe-ueñas.  "o tienen corto circuito0 el a&ua -ueda retenida "o tiene partes mó(iles de tal manera -ue su operación y mantenimiento son más simples -ue los %loculadores mecánicos. +i bien la p$rdida de car&a necesaria para producir un determinado &radiente de (elocidad es mayor/ no re-uiere de consumo de ener&'a0 lo -ue es muy (enta3oso cuando el %lu3o lle&a por &ra(edad a la planta. !l tiempo de retención (ar'a de < a :; min. DESVENTAJA DE LOS LOCULADORES 3ORIZONTALES: +e produce más p$rdida de car&a y por lo tanto el #radiente de >elocidad en los &iros de <=; de %lu3o es mayor -ue en los tramos rectos. Los tabi-ues son %i3os/ producen (elocidad constante para cada %lu3o. +i se combina el caudal/ la (elocidad tambi$n cambia. La lon&itud del canal y el n5mero de tabi-ues está %unción de la (elocidad y del tiempo de retención y no del &asto el cual sólo determina la sección del canal. !.5.2.LOCULADORES MECANICOS. Pueden ser*  Rotatorios.  Rec'procos. !stos %loculadores necesitan de ener&'a para su %uncionamiento lo -ue los 2ace más costosos.

!.6. DECANTADORES !structuras encar&adas de retener en su %ondo los %lóculos %ormados al añadirle al a&ua elementos -u'micos para %ormar los %lóculos. Tienen las si&uientes partes* !.6.1.ZONA DE ENTRADA. Permitirá la distribución uni%orme del %lu3o dentro del decantador. esta 4ona comprende un (ertedero y la cortina de distribución -ue puede ser una pantalla de ori%icios.

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!.6.2.ZONA DE SALIDA. Con%ormada por una estructura rectan&ular con (olumen y por consi&uiente con lon&itudes adecuadas para le sedimentación de los %lóculos. !.6.!.ZONA DE SALIDA. Constituida por un (ertedero/ canaletas o tubos con per%oraciones -ue tienen la %inalidad de recolectar al a%luente sin perturbar la sedimentación de las part'culas. !.6.4.ZONA DE RECOLECCION DE LODOS. Eona con%ormada por una tol(a con capacidad para depositar los lodos sedimentados/ una tuber'a y una (ál(ula para una limpie4a periódica. Para esta 4ona se pueden presentar : soluciones*  +edimentador con(encional de %orma re&ular y %lu3o 2ori4ontal/ muy recomendado por su simplicidad.  +edimentador laminar de %lu3o 2ori4ontal/ cuya (enta3a sobre el anterior es la de contar con mayor área de sedimentación por ): de super%icie/ con lo -ue se consi&ue disminuir el tamaño de la unidad.

!.7. ILTROS Los %iltros son las 5ltimas estructuras -ue dan un Tratamiento F'sico al a&ua0 estos %iltros pueden ser clasi%icados en*  Filtros rápidos con lec2o mi1to 7 arena y Antracita8.  Filtros rápidos con lec2o de arena.  Filtros lentos con lec2o de arena.

!.7.1.ILTROS RAPIDOS. Por lo &eneral $ste tipo de %iltros necesitan de ener&'a para su %uncionamiento. !.7.2.ILTROS LENTOS. !ste tipo de %iltros contiene como lec2o %iltrante a cual-uier material estable0 en Plantas de Tratamiento de A&ua Potable es usual tener como material &ranular a la arena/ por ser más barata/ inerte y durable.     

Un %iltro lento consta básicamente de* Un tan-ue -ue contiene un (olumen de a&ua. Un lec2o de arena. Una capa soporte. ispositi(os de control y re&ulación del %iltro.

!.7.!.ILTRO LENTO MODIICADO. !sta estructura consta de un (ertedero a la salida del a%luente0 tiene la %unción de establecer una altura m'nima de a&ua sobre $l lec2o %iltrante. A medida -ue la colmataciGn aumenta en el lec2o %iltrante/ la p$rdida de car&a se aumenta y consecuentemente la altura del a&ua sobre la arena 2asta

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lle&ar a un ni(el má1imo/ re&ulado por un (ertedero de rebose -ue mantiene el caudal de entrada y la sección de la unidad constante. !.8. DESINECCION La desin%ección en una Planta de Tratamiento es ya un proceso -u'mico -ue se le da al a&ua 2aci$ndola -ue sea capa4 de ser consumida por los pobladores de una determinada ciudad. La desin%ección se reali4a con rapide4 con*  

Cal clorada 7Ca ; C<:8 9ipoclorito de +odio 7"a , Cl8

Los compuestos clorados aplicados al a&ua pueden ser dosi%icados y aplicados mediante*   

6ombas desin%ectadoras. 9idroinyectores. !-uipos de monta3e local 79ipoclorador de +i%ón/ Frasco de )ariote8.

4. DISE9O Y CLCULOS: 4.1. CAPTACIÓN : !l diseño 2idráulico y dimensionamiento de la captación dependerán de la topo&ra%'a de la 4ona/ de la te1tura del suelo y de la clase del manantial. Caudal )á1imo iario* Hmá1 d  J. LDse& Hmá1 d  ;.J m Dse& Lue&o para manantial lateral y ascendente/ tenemos* - )anantial Lateral*

Qmáx.d= 0.90 L / seg Qmáx.d.aforo=0.99 L / seg

)á1imo < LDse& <;K más del Hmá1.d

- )anantial Ascendente o de %ondo*

Qmáx.d= 4.90 L / seg Qmáx.d . aforo =5.39 L / seg

)á1imo  LDse& <;K más del Hmá1.d

Considerando* M"n"n$&" Lateral Ascendente Total

N;<), <= G :J

= >L?+)g@ ;.; J.;

T$" >L?+)g@


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NOTA:

+e 2a considerado -ue la captación tanto de manantiales laterales como ascendentes/ se 2allan en la misma cota de terreno para %acilitar el cálculo de la Cámara de Reunión. A. DISE9O DE CAPTACIÓN EN MANANTIAL LATERAL: Para el dimensionamiento de la captación es necesario conocer el caudal má1imo de la %uente/ de modo -ue el diámetro de los ori%icios de entrada a la cámara 25meda sea su%iciente para captar este caudal o &asto. a8 Caudal de iseño.

Qmáx.d= 0.90 L / seg Q máx. d. aforo=0.99 L / seg

b8 iseño del )aterial Filtrante. Eona Permeable* Teniendo en cuenta las condiciones de 6ertran. d15 filtro d85 filtro

<4

ó

d15 filtro d85 filtro

>5

ónde* d< * iámetro de la abertura del tami4 -ue pasa el <K d= * iámetro de la abertura del tami4 -ue pasa el =K !l cálculo de los diámetros de los estratos del suelo se supone -ue a tra($s de un análisis &ranulom$trico/ se 2a encontrado/ para nuestro caso nos asumimos* d15 suelo: d85 suelo:

0.003 mm 0.350 mm

1. C%* () + (&<)$,+ () )+$,"$+ () &$,+: ILTRO I:

d FiltroI =3.80 <4 d Suelo 15

85

Lue&o*

d Filtro I =3.8 ∙ d Suelo 15

85

d 15 Filtro I =1.330 mm

Por lo tanto el Filtro I/ se utili4a* A,)n" G,*)+" >1<<  2<<@ ILTRO II:

d FiltroII =7.00 > 5 d Filtro I 15

15



INGENIERIÍA CIVIL

Lue&o*

d Filtro II =7 ∙ d Filtro I 15

15

d Filtro II =9.310 mm 15

Por lo tanto el Filtro II/ se utili4a* G,"/" M)(&" >5<<  !<<@ ILTRO III:

d Filtro III = 6.00 > 5 d Filtro II 15

15

Lue&o*

d Filtro III =6 ∙ d Filtro II 15

15

d Filtro III =55.860 mm 15

Por lo tanto el Filtro III/ se utili4a* G,"/" G,*)+" >!<<  7<<@ 2. C%* () C)&%&)n$) () P),<)"0&&("(: Asumimos* Arena Gruesa

K1=

Gra"a #edia Gra"a Gruesa

K$= K

3

=

0.5 cmse! 10.0 cmse! 100.0 cmse!

Por ra4ones de construcción consideramos los si&uientes espesores de estrato* Arena Gruesa Gra"a #edia Gra"a Gruesa

% 1 = % $ = % 3 =

0.35 m 0.40 m 0.50 m

Lon&itud total del estrato 7L8*

L=b + b + b 1

2

3

L=1.25 m Asumimos como &radiente 2idráulico i&ual a la pendiente del terreno/ sabiendo -ue es i&ual*

i =15


UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA i=

INGENIERIÍA CIVIL ∆h L

Como la dirección del %lu3o es perpendicular a los estratos/ utili4a la si&uiente %órmula* 1

K v

bi

1

∑ K seg / cm L

=

i

ónde* M(* Permeabilidad total y perpendicular al estrato. Mi* Permeabilidad de cada estrato. bi * Anc2o de cada estrato. L* Lon&itud total de estratos. Reempla4ando* 1

K v 1

K v

=

1 125

∙

(

=0.596

K v =1.678

35 0.5

+ 40 + 10

50 100

)

seg cm cm m ≈ K v =0.01678 seg seg

,RIFICI,+

I

I I

, R T L I F

, R T L I F

I I I , R T L I F

;.<;m ;/Nm

;.m

;.m

;.Jm



INGENIERIÍA CIVIL

$&- m

'()*+, (

$.5$ m

'()*+, ((

$.04 m

0&35 m

0&45 m

m 0 3 . 1

0.50 m

'()*+, (((

1.5 m

d1= d$= d3= d4=

$. $.1 1.5 0.

K1= K$= K3=

0.5 10.0 100.0

cmse! cmse! cmse!

0.80 m

!. C)F*) () %"(" )+$,"$: Para obser(ar si se presenta el %enómeno de TU6IFICACIO" del material %iltrante/ es i> 30 decir* ESTRATO I: 9allamos una sección promedio.

A = 1

(

2.70

+ 2.10 2

)

∙ 0.80 =1.920 m

2

Q= K ∙ A ∙ I

+e&5n arcy*

K =0.50

ónde*

1

Qaforo =0.935

cm =0.005 m / seg seg

L =0.00094 m / seg seg 3

I =0.0974 < 0.3 ( Sí um!le) ESTRATO II: 9allamos una sección promedio.

A = 1

+e&5n arcy* ónde*

(

2.10

+ 1.50 2

)∙

0.80

=1.440 m

2

Q= K ∙ A ∙ I K =10.00 2



UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Qaforo =0.935

INGENIERIÍA CIVIL

L =0.00094 m / seg seg 3

I =0.0065 < 0.3 ( Sí um!le ) ESTRATO III: 9allamos una sección promedio.

A = 1

(

1.50

+ 0.90 2

)∙

0.80

=0.960 m

2

Q= K ∙ A ∙ I

+e&5n arcy*

K =100.00

ónde*

3

Qaforo =0.935


L =0.00094 m / seg seg 3

I =0.0010 < 0.3 ( Sí um!le ) C2e-ueo para toda la estrati%icación*

A !=

(

2.70

+ 0.90 2

)∙

0.80

=1.440 m

2

Q= K ∙ A ∙ I

+e&5n arcy*

K v =1.68

ónde*

Qaforo =0.935


L =0.00094 m / seg seg 3

I =0.0387 < 0.3 ( Sí um!le ) +e obser(a -ue no e1iste TU6IFICACIO" en nin&5n estrato. 4. C%* () %"*(" %"#" () "$,"/)+", #, " )+$,"$&&%"%&'n:

Q= K ∙ A ∙ I Qf =0.0168 ∙ 1.44 ∙ 0.15 m =3.62 L / seg Qf =0.003624 seg 3

Los espesores de los estratos del %iltro/ son su%icientes para %iltrar el caudal má1imo a%orado.

Qa= 0.935 < Q f =3.62 5. C%* () " %",g" +0,) ) ,&&%& () &ng,)+: +e recomienda -ue* ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 1


INGENIERIÍA CIVIL

" =h + hf # 40 cm 1

2

$ h =1.49 ∙ 2∙g

Pero*

1

ónde* 9* Car&a sobre el ori%icio. 2<* Car&a para producir la (elocidad de pasa3e. 9% * P$rdida de car&a disponible. >* >elocidad de pasa3e en los ori%icios. 7;.; B ;.G; mDse& como má1imo8 .=< mDse&:

&* #ra(edad Asumimos*

> ;.; mDse&

7Promedio8

2<;.;< m 2% ;K

del espesor del %iltro

2% ;.= m Lue&o*

9 ;.;<;;.=  ;. m < ;.J; m 7Cumple8

6. C%* () ,)" H n;<), () ,&&%&+: Usaremos la %órmula de ori%icios para paredes del&adas* Q %máx = d ∙ A ∙ $ ónde* HRmá1* Caudal má1imo a%orado  ;.;;;J m Dse& Cd* Coe%iciente de descar&a 7;.G; Q ;.=:8* Asumimos* ;.N >* >elocidad de pasa3e 7;.;B;.G;8* mDse& Asumimos* ;.G e la %órmula* A;.;;::=N Consideramos ori%icios de diámetro de <” es decir diámetro menor al diámetro del material del Filtro III* %iltro III  :.J cm Lue&o*

a=

& ∙d

2

4 2

a =0.00051 m Lue&o*

'=

A a

'= 4.51 ∴'

=5 orificios de 1

ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 1!


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7. C%* () /*<)n () "<"%)n"<&)n$:

$ a=Q máxd ∙( r ónde* >a* >olumen de almacenamiento 7m 8 Hmá1 d* Caudal má1imo diario 7m Dse&8 Tr * Tiempo de retención 7se&8 Considerando* Tr  J.;; minutos  :J;.;; se& Hmá1 d  ;.;;;= mDse& >a  ;.:;J m >a  :;J Lts Lue&o optamos por las si&uientes medidas para la ca3a de captación* 9 ;.; m a  ;.N; m b  ;.N; m

$ a < " ∙ a∙ b 0.204 < 0.245 um!le C%* () (&<)$, () +"&(" () " $*0)," () %n(*%%&'n: +erá tratada como ori%icio y se calculará en*

Q máxd = d ∙ A c ∙ √ 2 g" ónde* ;.;;;= m Dse&

Hmá1 d* Caudal má1imo diario

Cd* Coe%iciente de descar&a 7;.G; Q ;.=8* Ac* rea del conducto 7m :8 &* #ra(edad

.=
9* Car&a sobre la tuber'a

" =

$ a a∙b

9;.J: m Lue&o reempla4amos* Ac  ;.;;;J
& A c = ) * )= 2

4

√

4∙

Ac &   ;.;:; m   ;.<”  <”

ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 1"

Asumimos* ;.N:


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. C%* () " $*0)," () ()+"gK)  &<#&)". !sta tuber'a debe desa&uar un caudal i&ual al má1imo a%orado del manantial/ más el (olumen almacenado en la cámara 25meda en un tiempo determinado/ entonces*

Qs=

$ a + Qaforado t

ónde* Hs* Caudal de salida 7m Dse&8 >a* >olumen almacenado 7m 8* t* tiempo de salida 7se&8

t  <:; se&

Ha%orado* Caudal a%orado 7m Dse&8 !ntonces* Hs  ;.;;:GJ m Dse& Para calcular el diámetro de la tuber'a de desa&?e lo anali4aremos como ori%icio de pared &ruesa 7bo-uilla8 donde el caudal (iene e1presado por* Q s= ∙ A ∙ √ 2 g"

ónde* C* Coe%iciente de &asto.

C  ;.=: .=< mDse&:

&* &ra(edad 9* Car&a sobre la tuber'a A;.;;<; m:

!ntonces*

& A c = ) * )= 2

4

√

4∙

Ac &   ;.;G< m   <.J:”  :”

1. D&+) () " $*0)," () ,)0+): Caudal a e(aluar*

Q + =Q Aforado−Qmáx d Ha%orado  ;.;;; m Dse& Hmá1 d  ;.;;;=; m Dse& 3

Q + =0.000085 m / seg

ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 1#


INGENIERIÍA CIVIL

!sta tuber'a además de ser(ir de rebose/ tambi$n cumple cierta %unción ante posibles obstrucciones o cierre de (ál(ulas además se comporta como un (ertedero de sección circular -ue debe e(acuar el total captado* ;. LDse& +uponiendo* >  .;; mDse& Usando la ecuación de compatibilidad.

& Q =$ ∙ A =$ ∙ )

2

4

)=

√ $& 4Q

  ;.;:JJ m   ;.G”  <” 11. C%* () " $*0)," () V)n$&"%&'n: +e 2ará uso de un tubo de P>C de   : SS/ sobresaliendo ; cm y en cuyo e1tremo se colocara un sombrero de (entilación. B. DISE9O DE CAPTACIÓN EN MANANTIAL ASCENDENTE: a8 Caudal de iseño.

Qmáx.d= 0.90 L / seg Q máx.d.aforo=0.99 L / seg Presión de salida del a&ua  ;.; mca Además el diseño de la Ca3a de Captación estará %ormada por dos cámaras una Colectora/ -ue será la encar&ada de captar directamente el %lu3o de a&ua/ y el se&undo almacenará el a&ua para conducirla a la Cámara de Reunión. Para ambas cámaras se considerará el mismo (olumen de almacenamiento/ teniendo entre ellas un muro de ;.<;m/ en el cual se ubicará el (ertedero rectan&ular. 1. C%* () /*<)n () "<"%)n"<&)n$:

$ a=Q máxd ∙( r ónde* >a* >olumen de almacenamiento 7m 8 Hmá1 d* Caudal má1imo diario 7m Dse&8 Tr * Tiempo de retención 7se&8 Considerando* Tr  .;; minutos  <=;.;; se& Hmá1 d  ;.;;;= mDse& >a  ;.==: m ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 2$


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>a  ==: Lts 2. D&<)n+&n)+ () " P,&<)," C<",": Para &aranti4ar la continuidad del %lu3o debe cumplirse -ue la altura del ni(el del a&ua almacenada debe ser menor -ue la altura de presión de salida del a&ua ;.J; mca. Por lo -ue las dimensiones de ca3a de captación/ serán*

$ a=Q máxd ∙( r Lue&o optamos por las si&uientes medidas para la primera cámara* 9 ;.:; m a  <.N; m b  <.=; m Presión a&ua -ue emer&e  Presión del a&ua almacenada Presión a&ua -ue emer&e  ;. mca  ;;&Dm :

,esodel aguaalmace'ada ,resi-' del aguaalmace'ada= reade aguaalmace'ada ,esodel aguaalmace'ada= )e'sidad agua ∙ $ A ,esodel aguaalmace'ada= 882.00 Kg readel aguaalmace'ada = a ∙b =3.06 m ,resi-' del agua almace'ada=288.24

2

Kg < 300 o/ m 2

Lue&o las dimensiones %inales de la Primera Cámara 7Ca3a de captación8/ considerando un borde libre para e%ectos de aireación y construcción/ serán* 6orde Libre  ;.G; m 9 ;.=; m a  <.N; m b  <.=; m !. D&<)n+&n)+ () " S)g*n(" C<",":

$ a= 0.882 m

3

9 ;.G; m a  <.;; m b  <.G; m Lue&o las dimensiones %inales de la :V Cámara 7Ca3a de almacenamiento8/ considerando un borde libre para e%ectos de aireación y construcción/ serán* 6orde Libre  ;.G; m Considerando además la parte superior del ni(el de a&ua almacenada al tirante sobre la cresta. 2  ;.:; m ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 21


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9 <.J; m a  <.;; m b  <.G; m 4. C%* () (&<)$, () +"&(" () " $*0)," () %n(*%%&'n: +erá tratada como ori%icio y se calculará con la si&uiente e1presión*

Q máxd = d ∙ A c ∙ √ 2 g" ónde* Hmá1 d* Caudal má1imo diario

;.;;J m Dse&

Cd* Coe%iciente de descar&a 7;.G; Q ;.=:8*

Asumimos* ;.N=

Ac* rea del conducto 7m :8 &* #ra(edad

.=

;.; m

e la %órmula* Ac  ;.;;:;;G m :

& A c = ) * )= 2

4

√

4∙

Ac &

Lue&o*   ;.;; m   <.”  :” 5. C%* () " $*0)," () ()+"gK)  () &<#&)": !sta tuber'a debe desa&uar un caudal i&ual al má1imo a%orado del manantial más el (olumen a%orado en la cámara 25meda en un tiempo determinado/ entonces*

Qs=

$ a + Qaforo t

ónde* Hs* Caudal de salida 7m Dse&8 >a* >olumen almacenado 7m 8  ;.; m t* tiempo de salida 7se&8  min  <=; se& Ha%orado* Caudal a%orado 7m Dse&8  ;.;;J m Dse&

Qs=

0.882 180

3

+ 0.0054 =0.0103 m / seg



INGENIERIÍA CIVIL

Para calcular el diámetro de la tuber'a de desa&?e lo reali4aremos como ori%icio de pared &ruesa 7bo-uilla8/ donde el caudal (iene e1presado por*

Para calcular el diámetro de la tuber'a de desa&?e lo anali4aremos como ori%icio de pared &ruesa 7bo-uilla8 donde el caudal (iene e1presado por* Q s= ∙ A ∙ √ 2 g"

ónde* C* Coe%iciente de &asto. &* &ra(edad

C  ;.=: .=< mDse&:

9* Car&a sobre la tuber'a  ;.G; m A;.;;N m:

!ntonces*

& A c = ) * )= 2

4

√

4∙

Ac &

Lue&o*   ;.;G=: m   :.G”  ” 6. C%* () " $*0)," () R)0+): Caudal a e(aluar*

Q + =Q Aforado −Qmáx d Ha%oro* Caudal má1imo a%orado  . LDse& Hmá1 d* Caudal má1imo diario  J.; LDse& Q + =0.490

L 3 = 0.0005 m / seg seg

!sta tuber'a además de ser(ir de rebose/ tambi$n cumple cierta %unción ante posibles obstrucciones o cierre de (ál(ulas. Asimismo esta tuber'a se comporta como un (ertedero de sección circular y pared anc2a. !l caudal a e(acuar es el total captado* ;. m Dse& +uponiendo una (elocidad de e(acuación* >  :.;; mDse& Por continuidad.


UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA & Q =$ ∙ A =$ ∙ )

INGENIERIÍA CIVIL

2

4

) =

√ $& 4Q

  ;.;=G m   :.<”  ” 7. C%* () " $*0)," () V)n$&"%&'n: +e 2ará uso de un tubo de P>C de   : / sobresaliendo ; cm y en cuyo e1tremo se colocara un sombrero de (entilación. C. DISE9O DE LA CMARA DE REUNIÓN: Una cámara de reunión es una estructura -ue sir(e para reunir caudales/ dic2os caudales serán los -ue se tienen en %unción del n5mero de captaciones.

Qmáx.d= 29.80

L =0.02980 m / seg seg 3

1. C%* () /*<)n () "<"%)n"<&)n$:

$ A =Qmáxd ∙ ( r ónde* > A* >olumen de almacenamiento 7m 8 Hmá1 d* Caudal má1imo diario 7m Dse&8 Tr * Tiempo de retención 7se&8 Considerando* Tr  :.;; minutos  <:;.;; se& 7
$ A =0.02980 ∙ 120.00

> A  .NG m

,ptamos por las si&uientes medidas*

$ A =Qmáxd ∙ ( r 9 <.G; m a  :.<; m b  :.<; m Lue&o las dimensiones %inales de la :V Cámara de reunión/ considerando un borde libre para e%ectos de aireación y construcción/ serán* 6orde Libre  ;.G; m 9 <.J; m a  <.;; m b  <.G; m ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 24


INGENIERIÍA CIVIL

2. C%* () (&<)$, () +"&(" () " $*0)," () %n(*%%&'n: +erá tratada como ori%icio y se calculará en*

Q máxd = d ∙ A c ∙ √ 2 g" ónde* ;.;:=; m Dse&

Hmá1 d* Caudal má1imo diario

Cd* Coe%iciente de descar&a 7;.G; Q ;.=:8*

Asumimos* ;.N=

Ac* rea del conducto 7m :8 &* #ra(edad

.=

<.; m

e la %órmula* Ac  ;.;;N;J: m :

& A c = ) * )= 2

4

√

4∙

Ac &

Lue&o*   ;.;JN m   .N”  G” !. C%* () " A$*," F*) )/&$) " )n$,"(" () ",): a8 Primer Criterio*

2

, + $ + 0

+

2g

2

, S $ S

+ 1  =

0

+

2g

+ 1 S + hf + h L

Salida (S)

Condición para -ue no entre el a're* P!  P+ >!  ; mDse& 2%  ; m 2L ;. >+:D:&  2 Lue&o* EC B E+  <. >+:D:&  2 >+  HDA ; <.GJ mDse&



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2  ;.:; m < <.; m b8 +e&undo Criterio* 2  ;.J >M para e(itar la %ormación de remolinos. 0.55

h>

0.50 )$ 1/ 2

g)

2 2 2 2 2( 1 )

ónde* * iámetro de la tuber'a  G”

;.<:J m

>* >elocidad de la tuber'a  HDA  <.GJ mDse& 2* Car&a de a&ua necesaria para e(itar ca(itación. Considerando una salida lateral del %lu3o* 2  ;.JG m < <.; m !n 7<8 2  ;.;:G m < <.; m Con las comprobaciones reali4adas obser(amos -ue todos los (alores son menores a la dimensión admitida* <.; m Finalmente el (alor m'nimo de X2X es* ;.JG m < <.; m 4. C%* () " $*0)," () ()+"gK)  () &<#&)": Q s=

( ) $ a t

∙ 1.5

ónde* Hs* Caudal de salida 7m Dse&8 >a* >olumen almacenado 7m 8  .NG m t* tiempo de salida 7se&8  : min  <:; se& Ha%orado* Caudal a%orado 7m Dse&8  ;.;;J m Dse&

Q s=

( ) ∙ 3.576 120

1.5

3

=0.04470 m / seg

Para calcular el diámetro de la tuber'a de desa&?e lo reali4aremos como ori%icio de pared &ruesa 7bo-uilla8/ donde el caudal (iene e1presado por* ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 2


INGENIERIÍA CIVIL

Q s= ∙ A ∙ √ 2 g"

ónde* C* Coe%iciente de &asto.

C  ;.=: .=< mDse&:

&* &ra(edad

9* Car&a sobre la tuber'a  <.G; m A  ;.;;N m:

!ntonces*

& A c = ) * )= 2

4

√

4∙

Ac &

Lue&o*   ;.<<< m   J.=”  G” 5. C%* () " $*0)," () R)0+):

Q máxd =29.80 L / seg +uponiendo una (elocidad de e(acuación* >  :.;; mDse& Usando la ecuación de compatibilidad.

& Q =$ ∙ A =$ ∙ )

2

4

)=

√ $& 4Q

  ;.<NN m   .J:”  =” 6. C%* () " $*0)," () V)n$&"%&'n: +e 2ará uso de un tubo de P>C de   : / sobresaliendo ; cm y en cuyo e1tremo se colocara un sombrero de (entilación.

4.2. PRETRATAMIENTO Para el presente traba3o se considerará el diseño como si la captación %uese de un R'o/ para 2acer posible el diseño de las !structuras 9idráulicas en el Pretratamiento. atos de diseño* ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 2!


INGENIERIÍA CIVIL

!l ocente asi&nó los datos de tamaño de part'cula y temperatura de a&ua. Hmá1 d  ;.;:= mDse& iámetro de la part'cula* Y  ;.;; cm >iscosidad cinemática* ;.;;;<  Z cm:Dse& Temperatura del a&ua* T[  :J [C ensidad Relati(a* /  :.G 7Arena8 #ra(edad  .=< mDse& : A. DISE9O DEL DESARENADOR: 1. D&<)n+&n"<&)n$ () " Un&("(: C%* () " /)%&("( () S)(&<)n$"%&'n >VS@: Aplicando la %órmula de +toces* Y < ;.;elocidad de +edimentación*

$ S =

1 18

∙g∙

( s −1 )

∙d

2

$ S =4.331 Cálculo del n5mero de Reynolds

ℜ=

$ s ∙ d ℜ= 14.1954

R$&imen en Transición

Cálculo de la >elocidad de +edimentación real* $ S =

√

4 3

∙

g ∙ d ∙ ( s −1 ) 24 3 + 0.34  d= + ℜ √ ℜ  d

<[ Iteración*

Cd  :.=:N >s ;.;: :[ Iteración*

Re  <.=:: Cd  :.=:N >s ;.;:

[ Iteración* Re  <.=:: Cd  :.=:N >s ;.;: ",TA* Calculada la (elocidad de +edimentación/ se determinara la 4ona de sedimentación a base de la (elocidad la cual constituirá la (elocidad má1ima teórica -ue podr'a permitirse a la (elocidad 2ori4ontal. C%* () " /)%&("( () A,,"+$,) >V(@: $ d =161 ∙ √ d

$ d =29.25 cm / seg ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 2"


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C%* () " /)%&("( 3,&n$" >V@:

$ h=0.40 ∙ √ $ ∙d

Fac. +e&.  ;.J

$ h=11.70

cm < 16 o/ seg

C%* () " S)%%&'n $,"n+/),+" () " Un&("( >A$@:

∆ t =

Q $ "

At =0.25 m

2

C%* () " P,*n(&("( >3@ H ) "n% >B@ () " n" () +)(&<)n$"%&'n: 6  :9 9  AtD6

9  AtD:9 9:  AtD:  ;.<:N

9  ;.J; m 6  ;.=; m C%* () ,)" +*#),&%&" >A+@: ∆ S=

ónde*

$ " $ S

∙ ∆ t

As = L ∙ 3 At = " ∙ 3

As =5.94 m

2

C%* () " Zn" () S)(&<)n$"%&'n: L  AsD6  N.J: m +e recomienda*

 < Lf/M < 20

Lf =1.66 ∙ L L  <:. m Lue&o las dimensiones %inales de la Eona de +edimentación serán* Lf =1.25 ∙ L

ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 2#


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Lf =15.399 m Lf =15.40 m

2. D&<)n+&n)+ () %"n" BH  P"++ #"," *n" $*0)," ()  2 A =

Q $

Asumiendo* >  < mDse& H  ;.;:=; m Dse& A  ;.; m: 9acemos* 6  :2 \ de%inimos las dimensiones del canal*

√ 2  ;.<:: m h=

A 2

2  ;.< m b  ;.:G m Transición de !ntrada

H

+<

+:

6

L<

+C

Transición de +alida

L

y P

A P

!. D&<)n+&n)+ () " $,"n+&%&'n:

L = 1

3 −b 2 tg4 θ 

<:.[ 6  ;.=; m b  ;.:G m

L =1.22 m 1

ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 3$

b

H


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4. C",g" () Ag*" +0,) ) /),$)(, () +"&("

(

" 2 =

1.84

)

2 /3

Q 3

H  ;.;:= mDse& 6  ;.=; m

" 2 =0.07 m 5. V)%&("( () #"+ #, ) /),$)(), () +"&(" 1

$ =' ∙ ( " 2 ) ' :1.8−2.0 2

n  ;.< 9:  ;.;N m

$ =0.5

m < 1 m / seg seg

Cumple las condiciones 6. Lng&$*( $$" +&n &n%*&, <*,+ LT  L<  L  ;.:; L<  <.:: m L  <.J; m LT 
h 1=0.05 ∙ ( L−0.30 ) ónde*

L  <.J m h 1=0.76 m 8. P,*n(&("( )n ) )$,)< () " n" () +)(&<)n$"%&'n 9<  9  2< 9  ;.J; m 2<  ;.NG m 9<  <.

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+e sabe -ue*

$s=

( Q∙(s∙ ) S

ónde*

4.!. TRATAMIENTO

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES: La captación se planteó el diseño de una ca3a de captación tomando en cuenta el Hd/ Hc y la presión de salida. Para el desarenador se diseñó tomando en cuenta el tamaño de part'cula. !l a%orador Pars2all se diseñó con la %inalidad de controlar el caudal y para obtener la me4cla rápida del a&ua con el %loculante 7+ul%ato de Aluminio8. !l %loculador se 2a diseñado para la %ormación de %lóculos 7%loc8 para separar las part'culas sólidas de la li-uidas. +e diseñó un decantador de alta (elocidad para liberar el a&ua de las part'culas más pe-ueñas %ormadas por el %loculador. !l %iltro por condiciones de traba3o se tomó en cuenta el diseño de un %iltro rápido. Para el caso del traba3o se 2a considerado la planta de tratamiento para a&uas de r'o/ puesto -ue para captaciones de manantial no es necesario todas las estructuras señaladas. 







RECOMENDACIONES: +e recomienda diseñar estructuras 2idráulicas económicas/ se&uras y de calidad/ para lo cual se deben ele&ir (alores con criterios aplicables a la realidad de la 4ona. atos obtenidos y los cálculos deben ser lo más con%iables y completos/ pues de ellos (a a depender un buen diseño de acorde con la realidad de las necesidades. Un estudio adecuado de las estructuras 2ará -ue se utilice adecuadamente las mismas y -ue no se sobredimensionen pues ello per3udicar'a en los &astos del proyecto. 





6. BIBLIOGRAIA.   

+eparata del curso de abastecimiento de a&ua y alcantarillado* In&. #aspar )$nde4 Cru4. Abastecimiento de a&ua y alcantarillado Q >ierendel Abastecimiento e A&ua B +imón Aroc2a



T)<" () In/)+$&g"%&'n*

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“C"#$"%&'n "g*" () */&"”

Una de las soluciones para 2acer %rente a la escase4 de a&ua es el apro(ec2amiento e%iciente del a&ua de llu(ia/ tradición milenaria -ue se practica desde 2ace ;;; años. A lo lar&o de distintas $pocas/ culturas en todo el mundo desarrollaron m$todos para reco&er y utili4ar el recurso plu(ial/ sin embar&o con el pro&reso de los sistemas de distribución entubada/ estas prácticas se %ueron abandonando. A2ora ante el reto -ue supone el aumento de la población y la escase4 del suministro/ tanto en las 4onas urbanas como rurales/ la captación de a&ua de llu(ia y nue(os sistemas para su correcta &estión/ (uel(en a (erse como una solución para a2orrar y aumentar las reser(as de a&ua. S&$*"%&'n )n ) M*n( H )n A<,&%" !n pa'ses como In&laterra/ Alemania/ ]apón o +in&apur / el a&ua de la llu(ia se apro(ec2a en edi%icios -ue cuentan con el sistema de recolección/ para despu$s utili4arla en los baños o en el combate a incendios/ lo cual representa un a2orro del <K del recurso. !n la India se utili4a principalmente para re&ad'o/ pero cada (e4 se desarrollan más pol'ticas encaminadas a la captación en ciudades como 6an&alore o el2i. !n la Rep5blica Popular de C2ina se resol(ió el problema de abastecimiento de a&ua a cinco millones de personas con la aplicación de tecnolo&'as de captación de a&ua de llu(ia en < pro(incias despu$s del proyecto piloto “<:<” aplicado en la re&ión de #ainsu. !n 6an&lades2 se detu(o la into1icación por ars$nico con la utili4ación de sistemas de captación de a&ua de llu(ia para uso dom$stico. 6rasil tiene un pro&rama para la construcción de un millón de cisternas rurales para aumentar el suministro en la 4ona semiárida del noreste. !n las Islas del Caribe 7>'r&enes/ Islas Caicos y Turcas8/ Tailandia/ +in&apur/ In&laterra/ !UA y ]apón entre otros/ e1iste un marco le&al y normati(o -ue obli&a a la captación de a&ua de llu(ia de los tec2os. !n Israel se reali4a microcaptación de a&ua de llu(ia para árboles %rutales como almendros y pistac2os. !n los !stados Unidos y Australia/ la captación de a&ua de llu(ia se aplica principalmente para abastecer de a&ua a la &anader'a y al consumo dom$stico. !n al&unos estados de ambos pa'ses se 2a desarrollado re&ulaciones e incenti(os -ue in(itan a implementar estos sistemas.



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B)n)&%&+ () " %+)%" () */&" Económicos 



!l a&ua de llu(ia es un recurso &ratuito y %ácil de mantener. Relati(amente limpio -ue se puede utili4ar en acti(idades -ue no re-uieran de su consumo. Reducción en las tari%as de a&ua potable entubada por la disminución en su uso/ ya sea en sanitarios/ para la(ar 7super%icies/ (e2'culos o ropa8/ rie&o de 3ardines o culti(os/ entre otras posibilidades Medioambientales



Recar&ar los acu'%eros abatidos.



Conser(ación de las reser(as de a&ua potable 7r'os/ la&os/ 2umedales8



Fomenta una cultura de conser(ación y uso óptimo del a&ua Sociales







isminuir el (olumen de a&ua llu(ia -ue entra al sistema de drena3e combinado 7sanitario y plu(ial8/ e(itando -ue se sature y reduciendo las inundaciones y el (olumen de descar&as de a&uas ne&ras. Aumentando su disponibilidad para otros usos. Reducir la utili4ación de ener&'a y de -u'micos necesarios para tratar el a&ua de llu(ia en la ciudad/ disminuyendo tambi$n el &asto -ue &enera mo(er y tratar el a&ua ne&ra del drena3e a distancias le3anas. Aminorar el (olumen de a&ua potable usada en aplicaciones no potables 7sanitarios8 o de consumo 2umano 7re&ar 3ard'n8. Aun cuando las (enta3as son numerosas/ es necesario indicar tambi$n -ue los sistemas de captación de a&ua de llu(ia cuentan con al&unas des(enta3as tales como*







epender directamente de la cantidad de precipitación presentada en la 4ona. La instalación de sistemas adecuados representa una in(ersión inicial -ue tarda unos años en amorti4arse. +e debe tener cuidado con posible contaminación del a&ua por materia or&ánica o animales/ ra4ón por debe pasar por un proceso de limpie4a antes de ser almacenada en un lu&ar se&uro y bien cerrado. \ aun-ue en al&unos lu&ares se considere como a&ua potable/ no es recomendable/ ya -ue depende de las condiciones de cada lu&ar y de los lu&ares por los -ue escurre.

Ag*"

()

*/&"

Q#$"0) Las propiedades %'sicas y -u'micas del a&ua de llu(ia son



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&eneralmente superiores a las -ue presentan %uentes de a&ua subterránea -ue pueden ser más duras debido a los minerales -ue se encuentran en el subsuelo. !l a&ua de llu(ia es en teor'a pura/ sin embar&o al caer se escurre a tra($s de super%icies arrastrando contaminantes -ue pueden ser tó1icos. Por e3emplo/ en estudios reali4ados por ,r&ani4ación )undial de la +alud 7,)+8 se 2a comprobado -ue en al&unos tec2os tanto de 4onas urbanas como rurales/ se 2an re&istrado (alores altos en plomo -ue se puede atribuir a la composición de los materiales con los -ue 2an sido elaborados. Tambi$n al&unos análisis 2an detectado ni(eles altos de coli%ormes totales y coli%ormes %ecales/ contaminación -ue puede ser producida por el e1cremento de las a(es/ roedores/ etc. Además en 4onas urbanas con alto ni(el de polución en el aire/ la situación empeora ya -ue la atmós%era se contamina de los elementos como* NK de nitró&eno/ :


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y acaba con microor&anismos 5tiles en los procesos de %ormación/ descomposición y nutrición del suelo. La llu(ia ácida puede tener e%ectos indirectos sobre la salud/ ya -ue las a&uas acidi%icadas pueden disol(er metales y sustancias tó1icas de los suelos/ rocas/ conductos y tuber'as y posteriormente transportarlos 2acia los sistemas de a&ua potable. ebido a esta situación y a -ue el escurrimiento plu(ial arrastra contaminantes y aceites de super%icies como suelos y te3ados/ el a&ua de llu(ia debe pasar por un m'nimo proceso de %iltración y limpie4a para uso 2umano y para ayudar a -ue no contamine ecosistemas naturales.

Ag*" #$"0) e manera &enerali4ada/ puede decirse -ue el a&ua potable es a-uella -ue está libre de sustancias y microor&anismos -ue puedan a%ectar la salud. Los re-uerimientos de potabilidad del a&ua/ -ue pueden (ariar dependiendo de m5ltiples %actores/ son los si&uientes* 

Hue posea menos de <; bacterias intestinales por litro.



Hue no conten&a impure4as -u'micas.



Hue no presente sabor/ olor ni color o turbiedad ob3etables.



Hue no pro(en&a de manantiales su3etos a contaminación por a&uas ne&ras. La pro(isión de a&ua potable y de saneamiento es un %actor si&ni%icati(o en la salud de la población/ especialmente entre la in%antil. !l acceso al a&ua potable y al saneamiento adecuado son elementos cruciales para la reducción de la mortalidad y morbilidad entre la población menor de cinco años/ en la disminución tanto de la incidencia de en%ermedades de transmisión 2'drica como la 2epatitis (iral/ %iebre ti%oidea/ cólera/ disenter'a y otras causantes de diarrea/ as' como posibles a%ecciones resultantes del consumo de a&ua con componentes -u'micos pató&enos/ tales como ars$nico/ nitratos o %l5or. Cn$"<&n"n$)+ )n ) "g*" Carbono or!nico total "COT#: Concentración de carbono or&ánico o1idable presente en el

a&ua. $%O& "$emanda %io'u(mica de O)(eno#: Cantidad de o1'&eno consumido por la acti(idad

metabólica de microor&anismos/ en un per'odo de cinco d'as/ a :; [C considerando la suma de las concentraciones solubles y en suspensión. Sólidos totales disueltos "ST$#: Cantidad total de sólidos e1presada en m&DL o ppm/ -ue

permanecen en una muestra de a&ua cuando $sta se e(apora totalmente. Sólidos sus*endidos totales "SST#* Concentración de part'culas -ue son retenidas en un

medio %iltrante de micro%ibra de (idrio/ con un diámetro de poro de <. micrómetros o su e-ui(alente. M$(+ #"," #*,&&%", ) "g*" $esin+ección *or ebullición

ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Pá giná 3


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Para eliminar las bacterias es necesario -ue el a&ua 2ier(a de < a ; minutos. !s una %orma sencilla y económica de desin%ección al alcance de la mayor'a de los 2o&ares. !ntre las des(enta3as de este m$todo destaca la concentración del contenido de minerales disueltos/ debido a la (apori4ación del a&ua. $esin+ección con cloro

La cloración es uno de los m$todos más rápidos/ económicos y e%icaces para eliminar las bacterias contenidas en el a&ua. La cantidad de cloro -ue debe a&re&arse al a&ua depende de la concentración -ue ten&a el compuesto de esta sustancia -ue (enden en su re&ión0 &eneralmente/ tres &otas por litro suelen ser su%icientes. espu$s de a&re&ar el cloro/ es importante esperar media 2ora antes de tomar el a&ua. !l a&ua ya (iene clorada de la red/ por lo -ue puede suceder -ue al a&re&arle más cloro el e1ceso se mani%ieste en el sabor 72aci$ndolo muy desa&radable80 esto no representa ries&os para su salud. $esin+ección con *lata iónica

!n el mercado e1isten al&unos productos para desin%ectar a&ua y (erduras -ue utili4an compuestos de plata iónica o coloidal. Aun-ue los %abricantes recomiendan esperar apro1imadamente die4 minutos despu$s de añadirlos al a&ua/ es pre%erible esperar el doble del tiempo su&erido. iltros de cer!mica

!stos %iltros separan materia sólida del l'-uido &racias a -ue tienen un poro muy %ino/ es decir/ retienen part'culas muy pe-ueñas. Un incon(eniente de estos %iltros es -ue sobre ellos pueden desarrollarse colonias de microor&anismos. Por lo tanto/ al comprar un %iltro de este tipo/ será importante (eri%icar -ue $ste libere o est$ impre&nado con plata iónica/ ya -ue esta sustancia tiene un e%ecto &ermicida. !l %iltro más sencillo está %ormado por una barra de cerámica cubierta por un cilindro metálico -ue se adapta a la lla(e del a&ua. Un %iltro de cerámica con plata iónica proporciona unos G; litros de a&ua por d'a. +i se le da un mantenimiento adecuado/ este implemento puede tener una duración de por lo menos  años. iltro de carbón acti-ado

!n este sistema el a&ua pasa por un %iltro de carbón acti(ado/ el cual contiene millones de a&u3eros microscópicos -ue capturan y rompen las mol$culas de los contaminantes. !ste m$todo es muy e%iciente para eliminar el cloro/ el mal olor/ los sabores desa&radables y los sólidos pesados en el a&ua. Tambi$n retiene al&unos contaminantes or&ánicos/ como insecticidas/ pesticidas y 2erbicidas. !l ries&o -ue representan estos %iltros es -ue pueden saturarse y contaminarse con microor&anismos/ por tanto/ es preciso cambiarlos cada cinco meses/ de lo contrario/ si no se cuenta con un sistema de desin%ección colocado despu$s del %iltro 7como lu4 U> o plata iónica8/ el a&ua ya no es se&ura para beber. !l e-uipo de %iltración por carbón acti(ado incluye un tan-ue de %ibra de (idrio/ una (ál(ula de control y el %iltro0 puede durar 2asta G años. .uri+icación *or o/ono

Como puri%icador de a&ua/ el o4ono es un &as muy e%ecti(o por-ue descompone los or&anismos (i(os sin de3ar residuos -u'micos -ue puedan dañar la salud o alterar el sabor del a&ua. !n &eneral/ se considera -ue sus (enta3as son las si&uientes* reduce de manera importante el aspecto turbio/ el mal olor y sabor del a&ua/ as' como la cantidad de sólidos en suspensión. "o sólo elimina las bacterias causantes de en%ermedades/ sino -ue tambi$n inacti(a (irus y otros microor&anismos -ue el cloro no puede destruir. !l e-uipo consta de un

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CAPTACIÓN Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE

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