DISENO DE PLANTAS Y EQUIPOS EN INGENIERIA AMBIENTAL Diseño de un Tanque Imhoff
Diseño de un Tanque Imhoff El tanque Imhoff, ampliamente utilizado en la actualidad, toma su nombre del profesor alemán y doctor en ingeniería Karl Imhoff. La tecnología fue desarrollada en el distrito de Emscher (Alemania) y patentada en 1906 por el Dr. Imhoff. La primera planta se puso en funcionamiento dos años después. Durante la Segunda Guerra Mundial, Karl Imhoff diseñó el concepto de una planta agrícola de biogás para compensar la falta de combustible. El desarrollo del tanque de Imhoff a lo largo de los años 1930 y 1940 fue debido a los problemas asociados con los lodos en los tanques primarios y el uso de tanques sépticos "regulares”, a lo que hay que añadir los olores generados durante la
digestión. La principal ventaja de este tipo de tanque sobre el tanque séptico es que los lodos se separan del efluente, lo que permite una sedimentación y una digestión más completa. Cuando trabajan correctamente, estos sistemas son capaces de eliminar entre el 30 y 60 por ciento de la materia en suspensión, y entre el 25 y 40 por ciento de la DBO. El tanque de Imhoff se utilizó en pequeñas y grandes instalaciones de tratamiento de aguas residuales a principios y mediados de 1900. La desaparición del tanque Imhoff como elemento único de depuración se debió a los elevados costes de construcción y a la imposibilidad de cumplir con los requisitos de rendimiento actuales. Los procesos de tratamiento combinados en un solo recipiente no podrían competir con los métodos actuales, más intensivos con procesos de tratamiento individuales. Desde una perspectiva de proceso, se experimentaron dificultades operacionales como resultado de una digestión de lodos incompleta, formación de biogás y natas, y formación excesiva de escoria. Sus principales ventajas son las siguientes: Requiere poco de espacio - Es simple, ya que no tiene partes móviles - Requiere poco tiempo de operación (la remoción de lodos es periódica). Actualmente, los tanques Imhoff se utilizan como clarificadores primarios para pequeñas poblaciones (menos de 1.000 habitantes equivalentes). Tras el tanque Imhoff, el agua residual se canaliza a un tratamiento biológico secundario, para continuar con la eliminación de materia orgánica y nutrientes.
YURANI OVIEDO Codigo: 31322781 Estudiante
Población de diseño
Dotación neta (L/habitante.día)
Estudiante 2
Población de diseño 865 personas
Dotación neta (L/habitante.día) 475
Ejercicio a desarrollar Proyectar el tratamiento primario con tanque Imhoff, para una población de diseño como se indica en la tabla 1 y en la figura 1, para cada estudiante. El aporte de conexiones erradas estimada en 0,25 L/s Ha (ce), (ce), el aporte por infiltración es de 0,13 L/s Ha (Inf). (Inf). En un área proyectada de 7,8 Ha (Ap), y el coeficiente de retorno de 0,9. Tabla 2. Pasos 2. Pasos para el cálculo del tanque Imhoff. C álculo álculo de caudales: caudales:
1. Calcule el caudal domestico Qd,
= ∗∗ = [/]
Donde, Pd: población de diseño = 865 personas DN: dotación neta (L/habitante.día)= 472 L/H.D CR: coeficiente de retorno = 0,9 86400: Factor de conversión todos los segundos que tiene un día (1 día = 24 horas/día * 60 minutos/hora *60 segundos/minuto).
2.
∗0,9 865 86 5 ∗ ∗ 4 7 2 = 86400. = 4,25[/] Calcule el caudal por infiltración infiltració n Q =∗= [/ ] f
Ap: Área proyectada (Ha) = 7,8 Ha (A p) Inf: aportes por infiltración (L/s.Ha)= 0,13 L/s Ha (Inf)
3.
= 7,8 ∗ 0,13 =1,01 =1,01[[/ /]] /] Calcule el caudal de conexiones erradas Q =∗= [/] = 7,8 Ha ∗ 0,25 25 L/L/ss Ha Ha== 1,95[ 95[/ /]] ce
Donde, CE: aporte por conexiones erradas 0,25 L/s Ha 4. Calcule el Caudal medio QM sumando los anteriores así,
=4,25 1,014 1,95 =7,21 / 5. Halle el caudal Máximo QMH,
=7,214 ∗ 3,55= 25,61 /
Donde, F: al factor según la fórmula de flores en función de la población de diseño,
=
3,5
, =3,55
6. Se proyectarán dos tanques imhoff , cada uno con la mitad del caudal medio (QM), por tanto el caudal de diseño QD es:
=
=
, =3,60
Teniendo en cuenta los apuntes de (Chaux, 2012), se tiene presente lo siguiente: Unidad de s edimentaci ón:
7. Asumiendo una carga superficial de sedimentación (CSS) de 25 m3 /m2 /día, debe hallarse el Área superficial (As), QD= 3,607 L/S a m3/d =311,64 m3/d
= , /d = 12.46 2 = //í Nota: El caudal de diseño debe estar en unidades de m3 /día. Asumiendo una sección de sedimentación rectangular y una relación 2:1 para el largo (L) con respecto al ancho (b), se tiene que L=2b, se hallan los valores de la sección.
= …… = 14,7 2 = 2 ∗ 12,46 2 = ∗ 2 6,23 2 = = √ 6,23 2 =2,49 = 2 = 22,496 = 4,99 L*b
8. Para hallar la altura de sedimentación (hs) se usa la relación,
= , / hs
= , ∗2,496 = 1,87
) expresado en m , = ∗2ℎ ∗ = 2,496∗2,033 ∗ 4.992= 12,6 3 2
9. Se calcula el volumen total del canal de sedimentación (
3
10. Ahora se calcula el volumen de sedimentación ( ) expresado en m 3, para un tiempo de retención hidráulica (trh) de 2 horas,
= ∗ℎ= = 3,607 7200 25970,4 = 1 ∗ 0,001 3 = 25,97 3 25970,4 Nota: Tener cuidado con la congruencia de unidades (pasar el caudal a m 3 /h). Si el volumen del canal es menor al volumen de sedimentación ( ) entonces se debe adicionar una sección rectangular encima, como se indica a continuación,
<
12,63<25,973)
(
) así, = = 25,97 312,63= 13,37 3 12. Calculo de la altura para la adición rectangular (∗ ), ℎ∗ = ∗ 11. Se halla el volumen adicional (
37 3 =1,069 ℎ∗ = 2,49613,∗4, 992 Di s eño zona de entrada:
13. Se asume X= 50cm (convertir a m) y se halla el área superficial total (AT),
= [2∗] ∗ = [2∗0,5 2,496 ] ∗4,992 =17,4522 14. Se halla el área de ventilación ( ) y se chequea que este entre ( 15 a 30) % del área total ( ) (X se asume en mínimo 45 cm), = 2 ∗ ∗ = 2∗0,45 ∗4,992= 4,491 2 ∗100%
4,491 ∗100%=25,7% 17,452 Dis eño zona de lodos:
15. Con una tasa de producción de lodos (r) de 30 L/persona.día, se calcula el volumen de digestión ( ),
∇ = ∗ ℎ ∇= 30 ∗865=25950 1 ∗ 0,001 3 = 25.95 3 = ∇ 25950
Nota: Recuerde que cada tanque sirve a la mitad de la población de diseño. El espacio hasta la zona de lodos h4 se estima entre (30 a 90) cm, sin embargo 30cm es un valor muy pequeño, se recomienda 60cm. 16. Calcular la altura de la tolva de lodos (ht), para lo cual se asume un fondo cuadrado de 40 cm de lado.
++∗,−/ =0,7 ++∗,−, h =0,7∗ ( 2,4962 0,50 2 ∗0,15 ) 0,40 t
=0,7∗ = 2 =0,7∗ ( 3,496 02,30 ) 0,40 = 3,3962 = 1,69
ht
ht
∇T= ∗A A A ∗A ∇T= 1,6983 ∗18,95 m20,16 m218,95 m2∗ 0,16 m2 ∇T= 0,566 ∗ 19,11m2 3,032 m2 ∇T=10,816m21,741 m=12,55m3
17. Calcular el volumen de la tolva ( ) así,
18. Donde A1 es el área de la parte superior de la tolva y A2 el área del fondo de la tolva.
= (2 2∗0,15)∗
= (2,49620,50 2∗0,15)∗4,992 = 18,952 = 0,4 ∗0,4 = 0,16 2 19. Si el volumen de la tolva es menor que el volumen de digestión ( ∇T < ∇ , se agrega la altura (hd),
12,557 m3 < 25.95 3 ∆ó= ∇−∇T ℎ = ∆ó ℎ = ., = 1,37 (
20. Halle la profundidad total del tanque HT, considerando el borde libre BL de 0,45m y la abertura final del fondo del canal de sedimentación de 0,30m.
=ℎ ℎ∗ ℎ ℎ ℎ =0,45 1,8721,0690,60 1,3691,6980,30 = 7,36 m
Tabla 3. Resumen de Resultados A continuación, debe poner en la casilla correspondiente los resultados obtenidos en el diseño del tanque Imhoff con sus respectivas unidades. Participante No: Área de ventilación Av: 2 4,49 m2 Población de diseño: Área total AT: 865 17,45m2 Dotación neta: 472 L/H.D Volumen de digestión : 25,95 m3 Factor según Flores F: Volumen de sedimentación 25,97 m3 : Caudal de diseño QD: Altura de la tolva de lodos h t: 1,698 m Altura hd: 1,37m Altura de sedimentación hs: 1,069 m 7,3 m Altura de adición en la Profundidad total del tanque sedimentación h*: HT:
3,55 4,25[/] 1,87
Dimensiones obtenidas: =4,99 m
= 0,50 m
Borde en concreto , grosor 0,15
A2=0,16m2 = 2,49m
A2
=0,50 m
A1
=18,95m2
Figura 2. Vista en planta del tanque Imhoff Fuente: el autor (2014). 2-2 Dimensiones obtenidas: b
b=2,49 m
X
X=0,50 m
BL
=0,45 m
h*
=1,07 m
hs
=1,87m
0,30m
04m
Figura 3. Corte transversal del tanque Imhoff. Fuente: el autor (2014).
h4
=0,60 m
hd
=1,37 m
ht
=1,67 m
Luis Fernando Duque Lopez
Desarrollo de la actividad por Eddy Alberrto Palacios L: Población de diseño: 790 Personas y Dotación neta: 475 L/Hab. * día Cálculo de caudales:
21. Calcule el caudal domestico Qd,
= ∗∗ = [/]
(1)
Donde, Pd: 790 DN: 475 (L/habitante.día) CR: coeficiente de retorno 86400: Factor de conversión todos los segundos que tiene un día (1 día = 24 horas/día * 60 minutos/hora *60 segundos/minuto).
∗0.9 790∗475 ∗ = 86400 = 3.9 / 22. Calcule el caudal por infiltración Q f ,
=∗= [/]
(2)
Donde, Ap: 7.8 (Ha) Inf: 0.13 (L/s.Ha)
=1.014 / = 7.8 ∗0.13 ∗ 23. Calcule el caudal de conexiones erradas Qce,
=∗= [/] Donde, CE: 0.25 (L/s.Ha)
(3)
