DIAGNÓSTICO Y EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE DEL MUNICIPIO DE GUATEQUE EN EL DEPARTAMENTO DE BOYACÁ-COLOMBIA.
ZAIDA CAMILA PÉREZ CUADROS
DIAGNÓSTICO Y EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE DEL MUNICIPIO DE GUATEQUE EN EL DEPARTAMENTO DE BOYACÁ-COLOMBIA.
ZAIDA CAMILA PÉREZ CUADROS - CODIGO: 503120
Proyecto de Trabajo de Grado para optar al título de Ingeniero Civil
DIAGNÓSTICO Y EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE DEL MUNICIPIO DE GUATEQUE EN EL DEPARTAMENTO DE BOYACÁ-COLOMBIA.
ZAIDA CAMILA PÉREZ CUADROS - CODIGO: 503120
Proyecto de Trabajo de Grado para optar al título de Ingeniero Civil
Nota de Aceptación ________________________ ________________________ ________________________ ________________________ ________________________
____________________________________ _____ _________________________________________ Firma del presidente del jurado
DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS A Dios Este trabajo lo dedicó, por brindarme la capacidad y sabiduría necesaria para sobreponerme con tenacidad a todas las adversidades que se han presentado en el transcurso de mi vida y haberme dado salud para lograr mis objetivos, además de su infinita bondad y amor. A mi madre Luz Marina. Por haberme apoyado en todo momento y todo concepto, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante, por creer en mí, pero más que nada, por su amor y sacrificio. A mi abuela Etelvina. Por los ejemplos de disciplinay constancia que la caracterizan y que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante y por su amor y apoyo incondicional. A mi familia Por preocuparse de mí desde el momento en que llegué a este mundo, me han ayudado a formar, no me alcanzan las palabras para expresar el orgullo y lo bien que me siento por tener una familia tan asombrosa A mi Novio Alex . Por apoyarme y alentarme para continuar, cuando parecía que me iba a
Tabla de Contenido INTRODUCCIÓN ...................................................................................................15 1.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .........................................................16
2.
JUSTIFICACIÓN .........................................................................................17
3.
OBJETIVOS ................................................................................................18
3.1. OBJETIVO GENERAL ....................................................................................18 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..........................................................................18 4.
MARCO REFERENCIAL ............................................................................. 19
4.1. MARCO TEORICO ........................................................................................19 4.2. MARCO CONCEPTUAL ............................................................................... 21 4.3. MARCO NORMATIVO ..................................................................................24 4.4. MARCO CONTEXTUAL................................................................................ 27 4.4.1. Localización General ...................................................................................27 4.4.2. Marco Económico ........................................................................................30 4.4.3. Marco Demográfico ...................................................................................... 30 4.4.4. Marco Hidrográfico ....................................................................................... 32 5.
DISEÑO METODOLÓGICO ........................................................................ 33
5.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN...........................................................................33 5.2. METODOLOGÍA
33
6.1.
RESULTADOS FASE N°1 - PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN URBANA PARA EL MUNICIPIO DE GUATEQUE- BOYACÁ .....................................75
6.1.1. Método Aritmético .......................................................................................75 6.1.2. Método Exponencial O Logarítmico ............................................................75 6.1.3. Método Geométrico ....................................................................................76 6.1.4 Análisis De Resultados, Proyección De Población Para El Municipio De Guateque-Boyacá .......................................................................................76 6.2.
RESULTADOS FASE N°2 - ANÁLISIS DEL CONSUMO DE AGUA POTABLE PARA EL MUNICIPIO DE GUATEQUE-BOYACÁ ....................77
6.2.1 Dotación Neta ..............................................................................................77 6.2.2. Dotación Bruta .............................................................................................77 6.2.3. Caudal Medio Diario ....................................................................................78 6.2.4. Caudal Máximo Diario ..................................................................................78 6.2.5. Caudal Máximo Horario ............................................................................... 78 6.2.6. Caudal De Diseño ........................................................................................ 79 6.3.
RESULTADOS FASE N°4 –CÁLCULO DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS DE LA PTAP (EVALUACIÓN ) DEL MUNICIPIO DE GUATEQUE- BOYACÁ .. 80
6.3.1. Canaleta Parshall ........................................................................................ 80 6.3.2. Floculador Horizontal ..................................................................................81
LISTA DE TABLAS Tabla1.Nivel De Complejidad.................................................................................20 Tabla 2 Requisitos De Tratamiento.......................................................................21 Tabla 3 Población Por Área De Residencia, Municipio De Guateque....................31 Tabla 4.Proyecciones Poblacióndane 2005, 2015, 2020 .......................................31 Tabla5. Inventario Ptap Guateque .........................................................................40 Tabla 6. Dimensiones Tanque De Almacenamiento ..............................................47 Tabla 7.Inventario Laboratorio De La Ptap. ...........................................................48 Tabla 8. Descripción Acueducto Urbano Municipio Guateque. ..............................49 Tabla9.Requerimientos De Sumergencia ..............................................................61 Tabla 10.Determinación Del Ancho W De La Parshall En Función Del Caudal ....63 Tabla 11 Dimensiones Típicas De Medidores Parshall .........................................64 Tabla 12.Valores De K Y N ....................................................................................65 Tabla 13.Criterios De Diseño Para Mezcladores Rápidos .....................................65 Tabla 14.Asignación Del Nivel De Complejidad ..................................................... 77 Tabla 15.Dotación Por Habitantes Según El Nivel De Complejidad ......................77 Tabla 16. Resumen Cálculo Canaleta Parshall...................................................... 80 Tabla 17. Resumen Cálculos Floculador ...............................................................81
LISTA DE FIGURAS Figura 1 Localización Geográfica Del Municipio De Guateque .............................. 27 Figura 2 Localización General Del Municipio De Guateque. ..................................28 Figura 3.División Política Administrativa Y Limites, Municipio De Guateque .........29 Figura 4. Nivel De Complejidad ............................................................................ 35 Figura 5. Canaleta Parshall ...................................................................................41 Figura 6. Dosificador ..............................................................................................42 Figura 7. Floculador Hidráulico Flujo Horizontal ....................................................43 Figura 8. Sedimentadores De Flujo Ascendente.................................................... 44 Figura 9. Filtros ......................................................................................................45 Figura 10.Sistema De Desinfección .......................................................................46 Figura 11. Tanques Ptap .......................................................................................47 Figura 12 .Laboratorio De La Ptap. ........................................................................48 Figura 13. Válvula De Retención ……………….……………………………………..50 Figura 14.Válvula De Retención A Horizontal ........................................................50 Figura 15. Válvula De Compuerta ..........................................................................51 Figura 16.Válvula De Aguja ...................................................................................51 Figura 17 Válvula Reguladora De Presión ............................................................52
LISTA DE ANEXOS Anexo A Cálculo Canaleta Parshall Existente .................................................................... 93 Anexo B Cálculo Floculador ............................................................................................... 97 Anexo C Cálculo Sedimentador ....................................................................................... 101 Anexo D Cálculo Filtro...................................................................................................... 103 Anexo E Cálculo Alternativa Mezcla Rapida ................................................................... 109 Anexo F Cálculo Nuevo Filtro.......................................................................................... 113 Anexo G Planos Nueva Canaleta Parshally Filtro Rapido................................................ 119 Anexo H Calidad De Agua Para Consumo Humano Y Uso Recreativo Municipio De Guateque Boyaca ............................................................................................................. 124
GLOSARIO AGUA CRUDA:Es el agua natural que no ha sido sometida a proceso de tratamiento para su potabilización.
AGUA POTABLE: O para consumo humano es aquella que por concluir las características físicas, químicas y microbiológicas, en las condiciones señaladas en el decreto 475 del 98 y demás normas de reglamento es apta para el consumo humano.
AFLUENTE: Denominación que se le da al agua que proviene de la unidad anterior.
CARGA SUPERFICIAL: Velocidad con la cual sedimenta la partícula critica. CARRERA DE FILTRACIÓN: Tiempo que transcurre entre lavado y lavado de una unidad de filtración.
COAGULANTE: Sustancia química que induce el aglutinamiento de las partículas.
DEMANDA DE CLORO:Cantidad de cloro que reacciona y se consume en la oxidación de materia orgánica y sustancias químicas.
DESINFECCIÓN: Proceso físico o químico que permite la eliminación o destrucción de los organismos patógenos presentes en el agua.
EFLUENTE: Agua que sale de la unidad respectiva. GRADIENTE DE VELOCIDAD: Máximo esfuerzo cortante que puede resistir el floc sin romperse.
GRANULOMETRÍA: Técnica para la medida del tamaño de los granos o partículas y estudio de la distribución de los mismos en el medio poroso.
LECHO FILTRANTE: Medio constituido por material poroso por el cual se hace percolar el flujo.
RESUMEN TITULOD EL PROYECTO: DIAGNÓSTICO Y EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE DEL MUNICIPIO DE GUATEQUE EN EL DEPARTAMENTO DE BOYACÁ-COLOMBIA.
AUTOR: Zaida Camila Pérez Cuadros. PALABRAS CLAVE: Planta de tratamiento, evaluación, diagnóstico, Guateque, floculación, coagulación. El objetivo principal era observar el funcionamiento operacional y de mantenimiento que se maneja para cada unidad y equipo de la planta. La información respectiva, se recopilo siguiendo el recorrido del agua en la planta, mediante la observación subjetiva del funcionamiento de los equipos y unidades de tratamiento junto con la colaboración de las operadoras de turno que hicieron más preciso el informe con sus comentarios respecto de las actividades que deben sortear para realizar la clarificación del agua, debido al estado de la infraestructura existente.
ABSTRACT TITULOD THE PROJECT: DIAGNOSIS AND EVALUATION OF TREATMENT PLANT OF THE MUNICIPALITY OF DRINKING WATER IN GUATEQUE´BOYACÁ OF COLOMBIA.
AUTHOR: Zaida Camila Pérez Cuadros. KEY WORDS: Plant treatment, assessment, diagnosis, Guateque, flocculation, coagulation. The main objective was to observe the operational performance and maintenance is handled for each unit and plant equipment. The respective information was compiled following the route of the water in the plant, by the subjective observation of the operation of equipment and treatment units with the collaboration of the operators on duty that made more accurate the report with its comments on activities they must overcome to make water clarification due to the state of the existing infrastructure. The shortcoming in the diagnosis and the operating status of each of the treatment
INTRODUCCIÓN
El documento es realizado con el fin de evaluar y diagnosticar la Planta de Tratamiento de Agua Potable (PTAP)
ubicada en municipio de Guateque
(Boyacá), identificar cuáles son los problemas que impiden su debido funcionamiento, para esto se analizara el funcionamiento y comportamiento hidráulico de cada una de sus partes que la conforman, teniendo en cuenta que el solo hecho de que un sistema de abastecimiento de agua se encuentre bien concebido y sus elementos estén claramente definidos, no es garantía de la efectividad de su funcionamiento. Con el desarrollo social y económico que se viene presentando en el municipio es importante contar con un conjunto de estructuras optimas que permitan el abastecimiento de agua potable a los ciudadanos, razón por la que se implementan en los planes de desarrollo municipales programas y proyectos para el sector de agua potable y saneamiento básico.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ¿Cómo con el análisis del funcionamiento y comportamiento hidráulico de los componentes de PTAP de Guateque Boyacá se puede mejorar su funcionamiento, con respecto a su operación actual?
2. JUSTIFICACIÓN La investigación promueve el buen funcionamiento de PTAP de Guateque Boyacá, para brindar un buen servicio a los habitantes de dicho municipio y evitar problemas de salud pública. El documento plantea un precedente en la investigación, diagnostico y evaluación de la panta de tratamiento del agua potable con la que cuenta municipio, el análisis y estado de sus componentes como, sea Sedimentadores, filtros, floculadores, insumos, etc., para el proceso de purificación del agua. A través del desarrollo de procesos académicos pertinentes para la solución a l problema de la eficiencia de la PTAP del municipio se hace necesario una propuesta de solución con idea práctica. A partir de este trabajo de investigación, la propuesta busca mejorar el funcionamiento pasa así mitigar el impacto negativo y generara una mejor calidad de vida a sus habitantes traducido en progreso, bienestar y articulado a la misión
3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL Realizar la evaluación y diagnóstico de la planta de tratamiento de agua potable del municipio de Guateque Boyacá y proponer la solucione para la mejora en la operación de la planta y poder mejorar el servicio a los suscriptores.
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Evaluar y Analizar el estado actual de la PTAP, con el objeto de reconocer las falencias y prioridades del tratamiento.
Realizar los procedimientos de cálculos necesarios para identificar loscriterios de diseño estipulados en el RAS, que se cumplen y los que no, en las respectivas estructuras de la PTAPy así poder brindar un diagnostico.
4. MARCO REFERENCIAL
4.1. MARCOTEORICO La purificación del agua es uno de los problemas de las ingenierías civil y ambiental de más urgente solución. El objetivo inmediato es proveer a toda la sociedad de agua potable, porque de esta manera cada comunidad satisface un requerimiento fundamental para su bienestar y comodidad.
4.1.1 TIPOS DE PLANTAS DE PURIFICACIÓN La calidad del agua cruda oscila grandemente de una fuente a otra: por ello el tipo de tratamiento requerido para producir agua potable también varía. Dependiendo de la calidad de agua cruda, el grado de complejidad del tratamiento es diferente. El diseño de una planta de tratamiento eficiente y económico requiere un estudio de ingeniería cuidadoso basado en la calidad de la fuente y en la selección apropiada de los procesos y operaciones de tratamiento más adecuados y económicos para producir agua de la calidad requerida. Como no existe una
De acuerdo con la normatividad nacional vigente (RAS 2000 – Título C) los sistemas de potabilización en Colombia deben contemplar los siguientes componentes: desarenadores, prefiltros, microtamices, trampas de grasas y aceites, aireador, unidades de mezcla rápida y floculación, sedimentación, flotación, filtración, desinfección, estabilización, ablandamiento, adsorción sobre carbón activado, desferrización, desmanganetización, manejo de lodos, floculación lastrada, flotación, tanque de almacenamiento del agua tratada, dispositivos de control de las unidades de la planta e instrumentación, laboratorio, sala de dosificación y almacenamiento de los productos. 2Es importante aclarar que de acuerdo con la calidad del agua en la fuente y con el nivel de complejidad del sistema se requerirá de diferentes alternativas y combinaciones de las estructuras mencionadas anteriormente. En la siguiente tabla se presentan los niveles de complejidad normalizados por el RAS 2000.
Nivel de complejidad Bajo Medio Medio alto
Habitantes 2500 2501 – 12500 12501 – 60000
de las muestras examinadas en cualquier mes.
Tabla 2 Requisitos de tratamiento //Fuente. Potabilización del agua
4.2. MARCO CONCEPTUAL Ellos son algunos significados utilizados para el desarrollo del proyecto.
FUENTE DE ABASTECIMIENTO DE AGUA. Depósito o curso de agua superficial o subterráneo, natural o artificial, utilizado en un sistema de suministro de agua. 3
PRETRATAMIENTO. En la etapa de pretratamiento se plantean los procesos encaminados a Remoción del material flotante, Remoción del material suspendido y procesos de oxidación, es importante tener en cuenta que estos se pueden realizar por medio de tecnologías físicas y/o mecánicas.En cuanto a la remoción de material se pueden utilizar diferentes procesos entre los que se cuenta con rejillas, mallas y las trampas de grasa y aceite.
TRATAMIENTO – CLARIFICACIÓN-COAGULACIÓN. La coagulación se refiere
AGITACIÓN MECÁNICA. Movimiento obtenido mediante dispositivos mecánicos (paletas, aspas, etc.) para producir turbulencia.
AGUA DURA. Agua que contiene cationes divalentes y sales disueltas en concentraciones tales que interfieren con la formación de la espuma del jabón.
AGUA POTABLE. Agua que por reunir los requisitos organolépticos, físicos, químicos y microbiológicos, en las condiciones señaladas en el Decreto 475 de 1998.
ALCALINIDAD. Capacidad del agua para neutralizar los ácidos. Esta capacidad se origina en el contenido de carbonatos (CO32-), bicarbonatos (HCO3 -), hidróxidos (OH-) y ocasionalmente boratos, silicatos y fosfatos. La alcalinidad se expresa en miligramos por litro de equivalente de carbonato de calcio (CaCO3).
ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICO DEL AGUA. Pruebas de laboratorio que se efectúan a una muestra para determinar sus características físicas, químicas o ambas.
ANÁLISIS MICROBIOLÓGICO DEL AGUA: Pruebas de laboratorio que se efectúan a una muestra para determinar la presencia o ausencia, tipo y cantidad de microorganismos.
ANÁLISIS ORGANOLÉPTICO.Se refiere a olor, sabor y percepción visual de
DESARENADOR. Componente destinado a la remoción de las arenas y sólidos que están en suspensión en el agua, mediante un proceso de sedimentación. Dosificación. Acción mediante la cual se suministra una sustancia química al agua.
ESCHERICHIACOLI (E-COLI). Bacilo aerobio gram-negativo que no produce esporas, pertenece a la familia de los enterobacteriaceas y se caracteriza por poseer las enzimas Galactosidasa y Glucoroanidasa.
FILTRACIÓN. Proceso mediante el cual se remueven las partículas suspendidas y coloidales del agua al hacerlas pasar a través de un medio poroso.
FLOCULACIÓN. Aglutinación de partículas inducida por una agitación lenta de la suspensión coagulada.
MEZCLA RÁPIDA. Agitación violenta para producir dispersión instantánea de un producto químico en la masa de agua.
MEZCLA LENTA. Agitación suave del agua con los coagulantes, con el fin de favorecer la formación de los flóculos.
NÚMERO DE FROUDE. Relación entre las fuerzas inerciales y la fuerza de gravedad. Fr = V2/ (L*g) donde V es la velocidad, L la longitud característica y g la constante de la gravedad.
NÚMERO DE REYNOLDS. Relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas de
RESALTO HIDRÁULICO. Discontinuidad de la superficie del agua en la cual el flujo pasa de una manera abrupta de un régimen rápido (supercrítico) a un régimen tranquilo (subcrítico) y depende del número de Froude.
SEDIMENTACIÓN. Proceso en el cual los sólidos suspendidos en el agua se decantan por gravedad, previa adición de químicos coagulantes. 5
4.3. MARCO NORMATIVO Las normas en Colombia que rigen el estudio, diseño y construcción de un sistema de alcantarillado, plantas de tratamiento de aguas residuales, están sujetas al Reglamento Técnico del Sector de Aguas Potable y Saneamiento Básico (RAS2000).RAS – 2000. Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico. Sección II. TÍTULO B Sistemas de Acueducto. Las disposiciones legales nacionales aplicables al proyecto son las siguientes:
4.3.1. CONSTITUCIÓN POLÍTICA Artículo 366. El bienestar general y el mejoramiento de la calidad de vida de la población son finalidades sociales del Estado. Será objetivo fundamental de su actividad la solución de las necesidades insatisfechas de salud, de educación, de
Artículo 370. Corresponde al Presidente de la República señalar, con sujeción a la ley, las políticas generales de administración y control de eficiencia de los servicios públicos domiciliarios y ejercer por medio de la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios, el control, la inspección y vigilancia de las entidades que los presten.
4.3.2. RECURSO AGUA Ley 373 de 1997. Por la cual se establece el programa para el uso eficiente y ahorro del agua. Modificada por la Ley 812 de 2003, publicada en el Diario Oficial No. 45.231, de 27 de junio de 2003, "Por la cual se aprueba el Plan Nacional de Desarrollo 2003-2006, hacia un Estado comunitario".
Decreto 1541 de 1978. Por el cual se reglamenta la Parte III del Libro II del Decreto - Ley 2811 de 1974: "De las aguas no marítimas" y parcialmente la Ley 23 de 1973.
Decreto 155 de 2004. Por el cual se reglamenta el artículo 43 de la Ley 99 de 1993 sobre tasas por utilización de aguas y se adoptan otras disposiciones.
Resolución 240 de 2004. Por la cual se definen las bases para el cálculo de la depreciación y se establece la tarifa mínima de la tasa por utilización de aguas
Decreto 1575 de 2007. Decreto del Ministerio de Protección Social por el cual se establece el sistema para la protección y control de la calidad del agua para consumo humano.
Decreto 3930 de 2010. Por el cual se reglamenta parcialmente el Título I de la Ley 9ª de 1979, así como el Capítulo II del Título VI -Parte III- Libro II del Decreto-ley 2811 de 1974 en cuanto a usos del agua y residuos líquidos y se dictan otras disposiciones.
4.3.3. SERVICIOS PÚBLICOS Ley 99 de 1993: Creación del ministerio del medio ambiente y reorganización del sector público encargado del manejo del medio ambiente.
Ley142 de 1994.Por la cual se establece el régimen de los servicios públicos domiciliarios y se dictan otras disposiciones.
Ley 715 de 2001. Por la cual se dictan normas orgánicas en materia de recursos y competencias de conformidad con los artículos 151, 288, 356 y 357 (Acto Legislativo 01 de 2001) de la Constitución Política y se dictan otras disposiciones para organizar la prestación de los servicios de educación y salud, entre otros.
Resolución 2320 de 2009, Ministerio De Ambiente Vivienda Y Desarrollo Territorial: Por la cual se modifica parcialmente la Resolución número 1096 de
4.4. MARCO CONTEXTUAL 4.4.1. Localización General El municipio de Guateque se localiza en la cordillera Oriental, considerada el centroprovincial de oriente. Limita con los municipios de Guayatá, La Capilla, Somondoco,Sutatenza, Tenza, Tibirita y Manta. Su ubicación en coordenadas geográficas es 5°0´15” de latitud norte y 73° 29´0” de longitud oeste, cuenta con
una temperaturamedia: 20º C, altitud de la cabecera municipal de 1815 m.s.n.m, su distancia dereferencia de la capital del departamento Tunja es de 125 Km y de la capital del país112 Km.
El
municipio
hace
parte
de
la
Corporación
Autónoma
Regional
de
ChivorCORPOCHIVOR,con sede en el municipio de Garagoa, junto con otros 24 municipios de esa zona delDepartamento de Boyacá. 8
NIT: 800.013.683-9 Código DANE: 15322 Gentilicio: Guatecanos Otros nombres que ha recibido el municipio: Guateque, ciudad de luzsede nacional puerta de oro del valle de tenza, capital de oriente. Extensión total: 36.04 Km2 Extensión área urbana: 1.82 Km2 Extensión área rural: 34.22 Km2 Altitud de la cabecera municipal (metros sobre el nivel del mar): 1815 Temperatura media: 20º C.9
4.4.2. Marco Económico El Municipio se sustenta fundamentalmente en las actividades agrícolas, ganadería. La agricultura se presenta principalmente en los renglones de café, papa, yuca, naranja, mandarina, tomate, chirimoya y maíz. 10 En los últimos años el municipio de guateque ha tenido un crecimiento significativo e importante en el tema del turismo, muchas familias buscan un descanso, una forma de recreación, y este por ser un clima cálido es muy apetecido por estas personas.
4.4.3. Marco Demográfico La población total del municipio de Guateque según información 2015 es de 9603 habitantes 417 habitantes menos del año inmediatamente anterior lo que se evidencia una disminución del 4.1% Comparando la población del municipio con el Departamento corresponde a un 7.7%.
Densidad poblacional por kilómetro cuadrado La densidad poblacional del municipio de Guateque es de 260 habitantes por Km
Municipio Población 7.176
Población Población Población Grado de cabecera rest total urbanización municipal Porcentaje Población Porcentaje 74,7%
2.427
25%
9.603
74.7%
Tabla 3 Población por área de residencia, Municipi o de G uateque // fuente:DANE Índice Demográfico Población total Población Masculina Población femenina Relación hombres/mujer Razón niños/mujer Índice de infancia Índice de juventud Índice de vejez Índice de
2005
2015
2020
10.171 4.973
9.603 4.754
9.294 4.631
5.198
4.849
4.663
95,67
98,04
99
37
32
33
30
24
21
21
22
21
14 47
17 74
20 92
4.4.4. Marco Hidrográfico La hidrografía en el municipio de guateque cuenta con un amplio recurso hidráulico, por sus abundantes cuerpos de agua, entre los más importantes encontramos la quebradaTocola (fuente de abastecimiento del acueducto), la el rio Sunuba.12 Las redes de drenaje del municipio en general hacen parte del sistema hídrico del embalse la esmeralda.
5.
DISEÑO METODOLÓGICO
5.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN Se precisa un tipo de investigación cuantitativo-experimental, por su análisis de información, con lo cual se definen los diseños para los principales elementos de la PTAP del municipio de Guateque.
5.2. METODOLOGÍA La metodología para el diagnóstico y evaluación de la PTAP del municipio de Guateque, va ser guiada por los siguientes parámetros:
Inspección de la PTAP : Revisión de dimensiones, materiales, estado de las unidades componentes de la PTAP, correcto funcionamiento de las unidades.
Recopilación de información técnica de la PTAP :
Con el desarrollo de esta metodología de busca poder dar una evaluación y diagnostico que permita el mejoramiento en el funcionamiento de la PTAP del municipio de Guateque
Fase N°1: Proyección de la población, con base en los censos de los años 1993 y 2005, y los criterios del Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS-2000.
Método Geométrico
Método Exponencial o Logarítmico
Método Aritmético
Fase N°2: Análisis del consumo de agua potable, según criterios del Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS-2000, y elementos de diseño para acueductos y alcantarillados.
Caudal Medio Diario (Qmd)
Caudal Máximo Diario (QMD)
Caudal Máximo Horario (QMH)
5.2.1. Fase N°1 - Proyección De La PoblaciónCon Base En Los Censos De Los Años 1993 Y 2005, Y Los Criterios Del Reglamento Técnico Del Sector De Agua Potable Y Saneamiento Básico Ras-2000. El DANEnos brinda valiosa información como lo son los censos de población de los años 1993 y 2005 del municipio de guateque, los cuales son de gran ayuda al momento del cálculo de la proyección, el censo 2005 está señalado en la tabla No.4. Para la proyección de la población se establece inicialmente el nivel de complejidad, el cual depende de la cantidad de habitantes y volumen económico de la región o municipio, mencionado en la tabla A.3.1 del RAS-2000. Posterior a esto se fija el periodo de diseño, el cual viene dado por el nivel de complejidad del sistema, indicado en la tabla B.4.2 del RAS-2000. Con los valores obtenidos anteriormente se analiza la proyección de la población por los siguientes métodos:
− =
Dónde: r= Tasa de crecimiento anual
(1 + )
− − 1
=
1
Pf= Población correspondiente al año al que se requiere realizar la proyección. Puc= Población correspondiente a la proyección del DANE (habitantes). Pci= Población correspondiente al censo inicial con información (habitantes). Tuc= Año correspondiente al último año proyectado por el DANE. Tf= Año al cual se requiere proyectar la población.13
Método Exponencial o Logarítmico: Requiere conocer por lo menos tres censos para poder determinar el promedio de la tasa de crecimiento de la población, en donde el último censo corresponde a la proyección el DANE. Se recomienda su aplicación a poblaciones que muestren apreciable desarrollo y posean abundantes áreas de expansión, La ecuación que se emplea es la
Pca= Población del censo anterior (habitantes). Tcp= Año correspondiente al censo posterior. Tca= Año correspondiente al censo anterior. Pf= Año al cual se requiere proyectar la información.
Método Aritmético: Supone en crecimiento vegetativo balanceado por la mortalidad y la emigración, La ecuación que se emplea es la siguiente:
− − ∗ − =
Dónde:
+
(
)
Pf= Población correspondiente al año para el que se requiere realizar la proyección (habitantes). Puc= Población correspondiente a la proyección del DANE (habitantes). Pci= Población correspondiente al censo inicial con información (habitantes). Tuc= Año correspondiente al último año proyectado por el DANE. Tf= Año al cual se requiere proyectar la población. 14
Dotación Neta: Corresponde a la cantidad mínima de agua requerida para satisfacer las necesidades básicas de un suscriptor o de un habitante. Dependiendo de la forma de proyección de la demanda de agua, sin considerar las pérdidas que ocurran en el sistema de acueducto, para lo cual utilizaremos la Tabla B.2.3 del reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS-2000, donde dependiendo del nivel de complejidad y clima de la región, nos arroja un valor de dotación neta en (L/hab*dia).
Dotación Bruta: Para el cálculo de la dotación bruta nos basaremos en la siguiente ecuación (B.2.8):
− =
Dónde:
1
%
=Dotación Bruta
=Dotación Neta
%p
= Perdidas máximas admisibles (El porcentaje de perdidas máximas
admisibles no deberá superar el 25%).15
Caudal Máximo Diario: Este caudal corresponde al consumo máximo registrado durante 24 horas a lo largo de un periodo de un año. Se calcula a partir de la siguiente ecuación (B.2.10):
∗ =
Dónde:
1
QMD =Caudal Máximo Diario
k 1
=Caudal Medio Diario = Coeficiente de consumo Diario
Caudal Máximo Horario: El caudal máximo horario corresponde al consumo máximo registrado durante una hora en un periodo de un año sin tener en cuenta el caudal de incendio y se calcula con la siguiente ecuación (B.2.11):
∗ =
Dónde:
2
QMH =Caudal Máximo Horario
k 1
=Caudal Medio Diario = Coeficiente de consumo Máximo Horario16
5.2.3.1 Descripción De La Ptap Guateque Boyacá El sistema de tratamiento de la Planta de Tratamiento de Agua Potable –PTAP corresponde a una planta convencional, construida aproximadamente hace 15 años, posee una capacidad de 48 l/s, funciona 24 horas al día con un consumo poblacional de 480 m3, la planta consta de las siguientes partes.
PARTES
UNIDADES 2 1 1 1 1 1 2 2 1
Cloradores Dosificadores de Sulfato Dosificadores de Cal Medidores de Caudal Canaleta Pasrhall Floculadores de 72 paletas Sedimentadores Filtros lentos Tanques de almacenamiento de agua 250m3 Tanques de almacenamiento de 1 agua 500 m3 Motobomba 1 Tabla5.INVENTARIOPTAPGUATEQUE //fuente: autor
MEZCLA RAPIDA (Canaleta Parshall):Estructura en concreto reforzado, cuenta con una tubería de entrada del agua cruda de 8* pulgadas de diámetro en material PVC, cuenta con dos secciones la llegada del agua sin tratar de la Quebrada La Tócola, por medio de una tubería de PVC a 8*, donde se efectúa la mezcla rápida por medio del dosificador, la segunda sección es la salida del agua con la adición del coagulante de Sulfato de Aluminio tipo B A12(SO)4, dosis Según turbiedad se realiza gramos por minuto o por partes por millón, realizado mediante pruebas de jarras cada dos horas según la variación de turbiedad. La Canaleta Parshall 0-83 m tiene una sección 8.15 m de largo, 1.10 m de ancho y una profundidad de 0.8 m.
DOSIFICACIÓN DE SUSTANCIAS QUÍMICAS:Se cuenta con estructura para la realización de la dosificación química, para ello se realiza pruebas de jarras en el laboratorio, con el fin de determinar la dosis óptima de coagulante.
Fig ura 6. Dos ificador //Fuente: El Autor
COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN: La estructura de Floculación es de tipo hidráulico de flujo horizontal (canales verticales en concreto), presentan las siguientes dimensiones: 18.90 m de largo, 3.50 m de ancho y 1,2 m de profundo, Cada módulo tiene 0.20 m de ancho y 3.21 de largo, con espaciamientos entre sí de 0.15 m, el sistema de floculación presenta en total 74 paletas. En la actualidad la estructura se encuentra en regulares condiciones ya que en varios tramos, las paletas presentan deterioro por despicado y agrietamientos, lo anterior presume que la eficiencia en este proceso se reduce.
SEDIMENTADORES: (Convencional) , la sedimentación se lleva a cabo en una zona central donde el agua ingresa a la unidad a través de un canal que la distribuye mediante orificio por medio de un vertedero y posteriormente se instala secciones donde se expulsa las partículas en suspensión para luego repartir uniformemente el caudal pasando a dos tanques de sedimentación, donde existen secciones de zona de lodos; zona de agua sedimentada realizada por medio de vertedero a todo lo ancho de los tanques de sedimentación, cada tanque de sedimentación presenta las siguientes dimensiones: 4 m de ancho, 18 m de largo ,5.8 m de profundo con 60º de inclinación.
FILTRACIÓN:Estructura en concreto, su filtración es lenta de flujo ascendente con reto lavado, presenta dos filtros compuesto por antracita, capa de arena fina, capa de grava, un sistema de drenaje ubicado en el fondo de los filtros por donde pasa el agua filtrada por medio de una tubería, para ser llevada al proceso de desinfección.
DESINFECCIÓN: La desinfección se realiza por medio de Cloración, este se aplica en forma gaseosa garantizando Cloro Residual en el afluente de la planta, es un cilindro de cloro, mediante un clorador conectado a un tubo de ½” , por el
cual conduce agua filtrada para luego con el contacto y la dosis de cloro se mezcla con el agua tratada que sale para la red de distribución; la dosis de cloro gaseoso se da en los tipos de agua y el valor residual del cloro, caudal y lo que determine las pruebas de laboratorio, para la PTAP se aplica 1.5 mg/l aproximadamente.
5.2.3.2. Material, Diámetros Y Capacidad Del Tanque De Almacenamiento NO
TIPO
FORMA
MATERIAL
DIMENSIONES(m)
1
Enterrado
Cuadrado
Concreto
15.50x15,50x2.30
2
Enterrado
Rectangular
Concreto
10.90x6.90x2,90
3
Semienterr Cuadrado ado Elevado Cuadrado
Concreto
14.0x14.0x2.55
Concreto
5.0x5.0x2.50
4
OBSERVACIO NES Fuera de servicio Municipio Guateque Barrio la Quinta
Tabla 6. Dimensiones Tanque De A lmacenamiento
Esta utilizado para mantenimiento de la PTAP.
MACRO MEDIDORES. El único instrumento de medida es la Canaleta Parshall a la entrada de la planta .
Laboratorio de la ptap
El laboratorio está integrado de la siguiente manera:
ELEMENTOS UNIDADES Equipo para ensayo de jarras Turbidimetro Espectrofotómetro Conductivimetro Plancha agitadora Equipo de filtración Manifold Contador de colonias Potenciómetro o peachimetro Destilador Autoclave Esterilizador de horno seco Incubadora Balanza analítica Vidriería (pipetas, bureta, beaker, balón de destilación, probeta, balón aforado)
2 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
DISTRIBUCIÓN. Sistema de suministro Tipo de fuente Nombre de la fuente Componentes del sistema
Por Gravedad Superficial Quebrada La Tócola Bocatoma, línea de aducción, desarenador, línea de conducción, plana de tratamiento, línea de distribución conexiones domiciliarias. Tipo de planta de agua potable Convencional Procesos desarrollados en la Planta Coagulación, floculación, de Agua Potable sedimentación, filtración y desinfección. Caudal de diseño 45 lps Material red de distribución GRESS, PVC Y Asbesto Cemento Cobertura 96% Tabla 8. Des cripci ón acueducto urbano Munic ipio G uateque.
5.2.3.3. Funcionamiento De Los Componentes De La Planta De Tratamiento De Agua Potable
CAPTACIÓN Y CONDUCCIÓN DEL AGUA
La captación de agua para abastecimiento se realiza desde la fuente superficial
Válvulas Todo fluido, al ser transportado por medio de tuberías, requiere un control de flujo, un método que impida su retorno y que libere el exceso de presión cuando esta sobrepase ciertos límites de seguridad, Para cumplir esas funciones se utilizan las válvulas. La elección de las válvulas es simple. Se debe tener en cuenta su capacidad, la clase de fluido, la temperatura del fluido, la clase y tipo de tubería en la cual se debe instalar, la forma de realizar las conexiones, la manera como se va a operar y finalmente las facilidades para su buen manejo. Entre las distintas variedades de válvulas están las siguientes:
Válvulas de retención o válvula de check. La función principal de esta válvula
Válvula de compuerta. Permite el paso del flujo en posición completamente abierta y lo restringe en la posición completamente cerrada,
con la mínima
perdida de carga posible. Cuando la válvula está en posición abierta, no solo facilita el paso del fluido en línea recta sino que, además, la sección mantiene la misma área de la tubería a la cual está unida.
Fig ura 15. Válvula de compuerta //fuente: http://procesosbio.wikispaces.com/Valvulas
Válvula de globo. Las válvulas de globo sirven para regular o limitar el paso del fluido. Están construidas de tal modo que cuando el fluido pasa, producen un cambio en la dirección e incrementan su resistencia al paso en forma gradual, según la posición de cierre. Para diámetros mayores de 12 pulgadas, estas válvulas son poco usadas, debido al gran esfuerzo que requieren para ser operadas bajo alta presión.
Válvulas reguladoras de presión. Se utilizan cuando es necesario reducir la presión, manteniéndola en valores prefijados, al margen de la cantidad de fluido que pasa a través de ellas.
Fi g ura 17Válvula reg uladora de pres ión //fuente: http://procesosbio.wikispaces.com/Valvulas
Válvulas reguladoras de caudal. Las válvulas reguladoras de caudal funcionan de manera similar a las reguladoras de presión, reduciendo y manteniendo el caudal de salida. En las plantas de tratamiento, estas válvulas son muy utilizadas en diámetros mayores de seis pulgadas para mantener constante el caudal de operación de los filtros rápidos de este tipo.
Válvulas de alivio de presión. Se utilizan en tanques de presión, calderos,
Válvula reguladora de altitud. Se utiliza principalmente para mantener el nivel del agua en los reservorios, de modo que el ingreso se interrumpa apenas el nivel llegue a la altura deseada.
Válvula de purga de aire. El aire acumulado en los puntos altos provoca la reducción del fluido del agua, produciendo un aumento de pérdida de carga y una disminución del caudal. Para evitar esta acumulación es necesario instalar válvulas de aire, Estas pueden ser de accionamiento automático o manual.
Bomba Es una máquina que tiene como función impulsar el agua a través de tuberías, a distancias o niveles diferentes. Su mecanismo es sencillo: dentro de ella, se produce un vacío que permite succionar el agua de una fuente o suministro para luego impulsarla. Debido a sus múltiples aplicaciones, las bombas se han construido en gran variedad de diseños y tamaños. Las más conocidas son las siguientes: las bombas centrífugas (cinéticas) y las de desplazamiento positivo del tipo
Bomba centrífuga. Consiste en una carcasa de fundición en cuyo interior, que forma una cámara. Se monta un impulsador de rodete La bomba centrífuga es apropiada para impulsar grandes volúmenes de agua. Es de bajo costo y muy segura, Es una bomba de alta velocidad de rotación, lo cual permite su conexión directa con un motor eléctrico.
Bombas de desplazamiento positivo del tipo reciprocante(de pistón). Consiste en un cilindro de fundición dentro del cual se adapta perfectamente un pistón, que impulsa el agua mediante movimientos de ida y vuelta. Las bombas de desplazamiento positivo tienen la ventaja de suministrar volúmenes constantes para alturas diferentes.
Motores Los motores son máquinas que entregan energía mecánica, Los más utilizados son: motor diesel, el motor a gasolina y el motor eléctrico.
produce el encendido de la mezcla. La alimentación de esa se realiza por medio del carburador, y últimamente mediante la inyección electrónica de gasolina. Este motor trabaja con mucha velocidad, la cual se puede regular con el carburador.
Motor eléctrico: Es una máquina motriz que entrega energía de manera simple y eficiente. Su principal ventaja reside en el reducido peso y tamaño. No contamina el ambiente, produce menos ruido que los anteriores y puede ser puesto en funcionamiento en cualquier dirección. Entre los motores eléctricos se tiene los siguiente tipos: los síncronos, los asíncronos y los de corriente directa. Los motores asíncronos son los más utilizados y se dividen en motor con rotor de jaula de ardilla y motor con rotor de anillo deslizante.
Para medir con exactitud el caudal se utiliza la canaleta Parshall.
Canaleta Parshall. Utiliza el principio de Venturi, adaptado para medir con exactitud los caudales que fluyen en canales abiertos, Una sección del canal se construye de igual forma que el tubo de Venturi; es decir: con una reducción gradual de la sección del canal; a continuación de la garganta, hay un ensanchamiento. Para la indicación y registros de los datos de caudal, se emplean instrumentos conectados mecánicamente con un flotador a través de un cable o cinta flexible de acero inoxidable.
Dosificadores Los dosificadores son dispositivos capaces de descargar del agua cantidades prefijadas de sustancias químicas en una determinada unidad de tiempo.
Dosificadores en seco: Usados para la dosificación de productos químicos en seco como sulfato de aluminio granular, cal, sales, etcétera.
contra peso móvil. El contrapeso se desplaza de manera proporcional a la dosificación deseada.
Dosificadores de gas: La dosificación de gas se efectúa mediante el uso de aparatos que se regulan independientemente de las condiciones variables, la presión del gas que se va a usar o la presión necesaria para introducir el gas en el agua. Se clasifican en dos tipos:
Directo
De solución al vacío.
Dosificadores de gas de tipo directo. Generalmente son dosificadores compactos en los cuales la presión del cloro proveniente del cilindro se reduce en el aparato, que regula la cantidad por dosificar mediante un rotámetro, Luego el cloro se envía al punto de aplicación por presión. La aplicación se efectúa por medio de un difusor colocado dentro de una masa líquida que va a hacer desinfectada. .
manera uniforme para formar el microflóculo y dar inicio al proceso de floculación, mediante una agitación lenta gradualmente decreciente. Estos instrumentos se clasifican, según el mecanismo usado, en los siguientes tipos:
Hidráulicos.
Mezcladores hidráulicos. La mezcla rápida se produce cuando el flujo de un líquido pasa de un régimen rápido un régimen lento, acompañado de agitación y grandes pérdidas de energía. La estructura más usada en las plantas de tratamiento de aguas para este fin es la de resalto hidráulico, que puede obtenerse mediante una canaleta Parshall, rampa y vertederos.
Cámaras de mezcla lente: Floculadores, Tienen como finalidad dar ala agua una agitación lente y decreciente para completar la formación de un flóculo suficientemente grande y pesado como para que pueda ser removido fácilmente en los procesos de sedimentación y filtración.
La agitación lenta se imparte mediante un conveniente diseño hidráulico, después de haber seleccionado en el laboratorio los parámetros que el agua requiere para formar un buen flóculo. La unidad está compuesta por una gran cantidad de canales o compartimentos, con interconexiones convenientemente ubicadas, a través de las cuales el agua se confina el tiempo necesario con una intensidad de agitación gradualmente decreciente, para optimizar la formación del flóculo. La diferencia entre la unidad horizontal y vertical está en la dirección del flujo. En ambas es muy importante conservar la especial distribución dada a las pantallas en su construcción para que los parámetros de diseño se cumplan y la eficiencia se mantenga.
Sedimentación Es el proceso mediante el cual las partículas o flóculos se depositan debido a la acción de la gravedad, para permitir la clarificación del agua. Este proceso se realiza en los sedimentaderos o Sedimentadores, que se
Sedimentadores estáticos. En este tipo de unidades se produce la sedimentación o decantación, normalmente en caída libre de las partículas. Entre los Sedimentadores estáticos están los desarenadores y Sedimentadores de flujo horizontal (rectangular, circular y cuadrado) y los de flujo vertical.
Sedimentadores dinámicos. Se aplican al tratamiento de agua que requiere alta concentración de partículas para incrementar las posibilidades de contacto. Se clasifican de acuerdo con las características de la zona de formación de lodos, en unidades de tipo hidráulico o mecánico.
Sedimentadores laminares. Son poco profundos y están formados por una serie de placas paralelas (planas u onduladas) o tubos (circulares, cuadrados u octagonales), entre las cuales circula el agua con flujo laminar, lo cual produce la separación del material particulado.
5.2.4. Fase N°4 -Diagnostico De Las Obras Hidráulicas De La Ptap
CÁLCULO MEZCLA RAPIDA (CANALETA PARSHALL).
La canaleta Parshall cumple un doble propósito en las plantas de tratamiento de agua, de servir de medidor de caudales y en la turbulencia que se genera a la salida de la misma, servir de punto de aplicación de coagulantes. Es uno de los aforadores críticos más conocidos, introducida en 1920 por R.L. Parshall. En la Fig.20, se muestra esquemáticamente la canaleta, la cual consta de una contracción lateral que forma la garganta (W), y de una caída brusca en el fondo, en la longitud correspondiente a la garganta, seguida por un ascenso gradual coincidente con la parte divergente. 18 La introducción de la caída en el piso de la canaleta produce flujo supercrítico a través de la garganta. La canaleta debe construirse de acuerdo con las dimensiones de la Tabla 11, para satisfacer correctamente la ecuación de cálculo. La canaleta Parshall es auto limpiante, tiene una pérdida de energía baja y opera con mucha exactitud en caudales bastante variables, requiriendo sólo una lectura de lámina de agua (H ), en flujo libre.
Que la relación Ha/W este entre 0,4 y 0,8. La razón para esta condición es la de que la turbulencia del resalto no penetra en profundidad dentro de la masa de agua, dejando una capa, bajo el resalto, en que el flujo se transporta con un mínimo de agitación, como se ha podido constatar en experimentos de laboratorio. Al bajar Ha el espesor de esta capa se minimiza. El concepto de gradiente de velocidad de Camp no tiene aplicación en este caso. 19 Que él numero de Froude esté comprendido entre estos dos rangos 1.7 a 2.5 o 4.5 a 9.0. Debe evitarse números entre 2.5 y 4.5 que producen un resalto inestable el cual no permanece en su posición, sino que siempre está cambiando de sitio, lo que dificulta la aplicación de coagulantes.
resalto hidráulico en canales rectangulares, no se puede aplicar a este caso sin un cierto margen de error debido a que el efecto de la constricción de la garganta se suma al de los cambios de pendiente.
Diseño canaleta Parshall
Para el diseño de una canaleta Parshall como mezclador, se utiliza el siguiente procedimiento. Acevedo Netto, partir de estudios empíricos determinaron diferentes limites de caudal en función del ancho de garganta de la canaleta, La Tabla 11, nos permite determinar el ancho de la garganta dentro de los rangos de caudales máximos y mínimos, esta determinación nos sirve cuando utilicemos la canaleta Parshall como aforador ya que como mezclador estará sujeta a la comprobación de la relación Ha /W. Ancho W
Límites de caudal (l/s) Q Mínimo
Q Máximo
1’’
0.28
5.67
2’’
0.57
14.15
3’’
0.85
28.31
6’’
1.42
110.44
La Tabla 11 nos presenta las dimensiones típicas de medidores Parshall, a partir del ancho de garganta (W), calculado en la Tabla 10.
W
(Cm)
A
B
C
D
E
F
G
K
N
1”
2.5
36.6
35.6
9.3
16.8
22.9
7.6
20.3
1.9
2.9
3”
7.6
46.6
45.7
17.8
25.9
38.1
15.2 30.5
2.5
5.7
6”
15.2
62.1
61.0
39.4
40.3
45.7
30.5 61.0
7.6
11.4
9”
22.9
88.0
86.4
38.0
57.5
61.0
61.0 45.7
7.6
22.9
1’
30.5
137.2 134.4 61.0
84.5
91.5
61.0 91.5
7.6
22.9
11/2’ 45.7
144.9 142.0 76.2
102.6 91.5
61.0 91.5
7.6
22.9
2’
61.0
152.5 149.6 91.5
120.7 91.5
61.0 91.5
7.6
22.9
3’
91.5
167.7 164.5 122.0 157.2 91.5
61.0 91.5
7.6
22.9
4’
122.0 183.0 179.5 152.2 193.8 91.5
61.0 91.5
7.6
22.9
5’
152.5 198.3 194.1 183.0 230.3 91.5
61.0 91.5
7.6
22.9
6’
183.0 213.5 209.0 213.5 266.7 91.5
61.0 91.5
7.6
22.9
7’
213.5 228.8 224.0 244.0 303.0 91.5
61.0 91.5
7.6
22.9
8’
244.0 244.0 239.2 274.5 340.0 91.5
61.0 91.5
7.6
22.9
10’
305.0 274.5 427.0 366.0 475.9 122.0 91.5 183.0 15.3 34.3
Unidades Métricas W
K
N
3”
0.176
1.547
6”
0.381
1.580
9”
0.535
1.530
1’
0.690
1.522
1 ½’
1.054
1.538
2’
1.426
1.550
3’
2.182
1.566
4’
2.935
1.578
5’
3.728
1.587
6’
4.515
1.595
7’
5.306
1.601
8
6.101
1.606
Tabla 12. Valores de K y n //Fuente: (Romero Rojas)
Criterios de diseño.
Además de estos criterios la RAS 2000, recomienda tener en cuenta los siguientes parámetros de diseño20:
La velocidad mínima en la garganta debe ser mayor de 2 m/s.
La velocidad mínima del efluente debe ser aproximadamente 0.75 m/s.
Ha/w debe estar entre 0.4 y 0.8. Donde Ha es la altura del agua y w es el ancho de la canaleta. Su grado sumergencia por debajo 60% para w 6``o menores, y mayor
60%para w 9``
Punto de aplicación del coagulante.
Gradiente entre 1000 y 2000 s-1
La aplicación de la solución de coagulante debe realizarse en el punto de mayor turbulencia.
Determinaciones La Lámina De Agua
1
=
Cálculo De La Energía Total Disponible Sección 1-1 aplicando bernoulli
2
1=
2
+
+
N(Tabla.12)
Cálculo De La Velocidad Antesdel Resalto Hidraulico Sección 2-2 (Inmediatamente antes del resalto). aplicando bernoulli
∗ − ∗ ∗ − 2=
22
2
2=
+ 2
2
Igualamos E1=E2 (despreciando las perdidas por fricción) 23
2
2
1=
2
Rresolviendo tenemos la V2
Determinación De La Lámina De Agua Antes Resalto
∗ 22
2=
2
F2 oscila 1,7-2,5 o 4,5-9. En caso de que no se encuentre en este intervalo, se recomienda colocar abajo una persina que se pueda graduar por un operario hasta lograr la estabilidad requerida, aunque se puede presentar rompimiento del micro flóculo formado previamente en el resalto de la canaleta.
Cálculo De La Lámina De Agua Al Fina Del Trecho Divergente
− 3=
2
2
( 1 + 8 22
1)
Cálculo De La Lámina De Agua Al Fina De La Canaleta h4=h3-(N-K)
Cálculo Del Tiempo Medio De La Mezcla
=
=
`
3+ 4 2
∆ ∆ − − − − 1=
4+ 2
=
2
+
+
42
2
4
(
)
Longitud De Desarrollo Del Resalto, L L=6(h3-h2)
CALCULO FLOCULADOR HIDRAULICO FLUJO HORIZONTAL
Fi g ura 21. Floculador Hi draulico flujo horizontal //fuente:R omero R ojas
Cálculo De De La Camara De Entrada23
=
/
Q=CAUDAL V=velocidad de entrada (0,2 m/s)
Nivel Del Agua En El Canal De Entrada
∗ = (
.
1
)
2
Cof. Maning= 0,013 S=Pendiente
Por seguridad se aumenta (10%-30%de h)
Ancho
=
/
Longitud Total
Espaciamiento Entre Los Extremos
∗ − − =
1,5
Longitud Efectiva Del Canal =
Numero De Canales =
Radio Hidraulico =
2(
. )+
Calculo De Perdidas
Perdidas Localizadas
∗ ∗ =
CÁLCULO SEDIMENTADOR Criterios de diseño del RAS 200025 Sedimentador de flujo ascendente
Carga superficial. La carga superficial, como fue considerada anteriormente, es la relación entre el caudal que ingresa al sedimentador, Q y el área superficial A , esto es:La carga superficial debe estar entre 15 m3 /(m2 .día) y 30 m3 /(m2 .día)
=
Período de retención. t de 2 – 4 horas.
Las profundidades fluctúan entre 4 y 5 m.
Forma de los sedimentadores. Para tanques rectangulares, la relación entre longitud a ancho (L/B) entre 3:1 y 5:1.
Carga Superficial
=
Tiempo De Retención
∗ ∗ =
Velocidad Horizontal De Flujo =
CÁLCULO FILTROSRAPIDOS
Criterios de diseño del RAS 200026
La tasa de filtración de la unidad debe estar entre 120 - 300 m/d
Velocidad óptima de lavado 0.6 – 1.2 m/min13 – 20 mm/s
Numero mínimo de unidades 2
= 0,044
Velocidad De Labado
∗ = 0,1
6. 6.1.
RESULTADOS
RESULTADOS FASE N°1 - PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN URBANA PARA EL MUNICIPIO DE GUATEQUE- BOYACÁ
A continuación se presenta los cálculos de la proyección poblacional para cada método:
6.1.1. Método Aritmético PF = PUC +
Puc Tui
PF = 10171 +
PF=10642
−− ∗ − −− ∗ − Pci
Tci
10171 2005
(
9794
1993
)
(2020
PF = PUC +
2005)
− ∗ (−) Tui − Tci
Puc Pci
Donde k es la tasa de crecimiento de población la cual se calcula como el promedio de las tasas calculadas para cada censo.
6.1.3. Método Geométrico
= 1 + − 1
= − − 1 Fig ura 24. Cálculo Método E xponencial //Fuente: E l A utor
6.1.4 Análisis De Resultados, Proyección De Población Para El Municipio De Guateque-Boyacá
Tabla 14.As ig nación Del Nivel De Complejidad //Fuente: R as-2000
6.2. RESULTADOS FASE N°2 - ANÁLISIS DEL CONSUMO DE AGUA POTABLE PARA EL MUNICIPIO DE GUATEQUE-BOYACÁ 6.2.1 Dotación Neta La dotación neta está dada por el nivelde complejidad y el clima de la región donde se está haciendo el estudio, para este caso el nivel de complejidad es medio y el clima es cálido, por lo cual arroja una dotación neta de 135 (L/hab*dia). Esta información la suministra el por el RAS-2000 Tabla B.2.3.
− ∗ − ∗ =
1
%
135
=
L
hab
1
dia
0,25
= 180
L
hab
dia
6.2.3.Caudal Medio Diario Para el cálculo de caudal medio diario (Qmd), se utiliza la proyección poblacional promedio de los métodos anteriormente mencionados y se aproxima al número mayor, este cálculo se hace para cada una de las poblaciones y al final se genera una tabla con los valores resultantes.
∗ ∗ ∗ =
2016
86400
=
14309
180( /
86400
6.2.4. Caudal Máximo Diario
)
= 29
este caso tenemos un coeficiente de consumo (k2), igual a 1,7, y se generaron los siguientes resultados:
=
=
∗ ∗ 2
38
1,7 = 66
6.2.6.Caudal De Diseño Perdida aducción=5%Qmd Consumo PTAT=3.5%Qmd
=
+ 5%
+ 3.5%
= 39 + 20 0.05 + 29 0.05 = 41
Qd=0.041 m3/Seg
6.3. RESULTADOS FASE N°4 –CÁLCULO DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS DE LA PTAP (EVALUACIÓN ) DEL MUNICIPIO DE GUATEQUE- BOYACÁ 6.3.1. Canaleta Parshall En los cálculos de diseño de la canaleta Parshall se pueden medir los siguientes parámetros, ver diseño completo en Anexo A:
=
2 =
∗ 22
2
6.3.2. Floculador Horizontal En los cálculos de diseño del Floculadorse pueden medir los siguientes parámetros, ver diseño completo en Anexo B:
∗
6.3.3Sedimentador En los cálculos de diseño del Floculador se pueden medir los siguientes parámetros, ver diseño completo en Anexo C:
6.3.4. Filtro Lento En los cálculos de diseño del las unidades de filtración se pueden medir los siguientes parámetros, ver diseño completo en Anexo D:
7. ANÁLISIS DE PARÁMETROS EN LAS UNIDADES EXISTENTES EN LA PTAP UNIDAD
PARAMETRO
CANALETA PARSHALL
NUMERO DE FRODE VELOCIDAD RELACIÓN HA/W SUMERGENCI A GRADIENTE GRADIENTE DE VELOCIDAD TIEMPO DE RETENCIÓN VELOCIDAD
FLOCULADOR HORIZONTAL
SEDIMENTADOR
CARGA SUPERFICIAL PERIODO DE RETENCION
CUMPLE
X X X X
NO ÁNALISIS CUMPLE X Esta unidad no proporciona una mezcla rápida apropiada para X en buen funcionamiento X de la PTAT su mejoramiento es importante. X El floculador actual cumple con los parámetros de diseño sin embargo se evendincio un deterioro en su estructura.
X X
Las condiciones que no cumplen el sedimentador de flujo horizontal, no son un
8. ALTERNATIVA DE MEJORAMIENTO 8.1.DESCRIPCIÓN DE LA ALTERNATIVA En la tabla 20 se analizólos parámetros de diseño de cada unidad actual de ptapdonde se evidencio un funcionamiento nulo en el proceso de la mezcla rápida debidoal mal dimensionamiento de la estructura; se propone el diseño una nueva canaleta Parshall con un ancho de garganta que permita la optimización de este proceso, en las unidades de filtración se cumple los parámetros que regulan su buen funcionamiento hidráulico, pero se propone el diseño de un filtro más y asi aliviar el trabajo de las unidades existentes y también dar cumplimiento al criterio de números de filtros necesarios para el nivel de complejidad de la población de Guateque Boyacá .
8.1.2.DISEÑOMEZCLA RÁPIDA Se propone un diseño de una canaleta Parshall con un ancho de garganta de 9´´ pues con la ampliación de esta se dará cumplimiento al parámetro de gradiente de velocidad que en la canaleta actual es nulo, con la generación óptima del gradiente se garantiza un proceso de mezcla rápida efectivo para todo en sistema
Canaleta Parshall Esta opción es la se recomienda para la optimización en la mezcla rápida En los cálculos de la propuesta para el mejoramiento de la mezcla rápida están en Anexo E:
∗
=
=
2 =
22
2
8.1.3. DISEÑO UNIDAD DE FILTRACION NUEVA Se recomienda implementar un filtro adicional para aliviar el trabajo de las dos unidades actuales con este nuevo filtro se busca bajar la tasa de filtración actual que aunque es admitida está muy cerca al límite máximo permitido.
Filtro Rápido Esta opción es la se recomienda para el mejoramiento de la unidad de filtración. En los cálculos de la propuesta para el mejoramiento de la filtración se demostrara cuanto reduce la tasa de filtración al implementar un filtro rápido mas, con este la unidad trabajaría con 3 filtros rápidos garantizando una buena tasa de filtración hasta cuando salga de funcionamiento algún filtro para su limpieza. Los cálculos completos están en Anexo F.
9.
CONCLUSIONES
Con el diagnóstico y evolución del estado actual de la PTAP, se identificaron las falencias y prioridades del tratamiento de agua potable del municipio de Guateque –Boyacá.
Se identificó que los cálculos realizados para el diseño actual de la canaleta Parshall existente no cumplen con el número de Froude, la velocidad establecida ni la relación ha/W en el RAS 2000,
El Floculador hidráulico cumple con los criterios de diseño estipulados por el RAS 2000 sin embargo se ve un deterioro en algunos tabiques, Se evidencia deterioro en el floculador de la PTAP en su estructura de concreto por el pasar de los años y no poder hacer arreglos necesarios pues solo cuenta con una unidad, si se interviene se afecta el suministro de agua a la población
La PTAP trabaja con un caudal mayor al caudal de diseño hallado con la proyección hacia el año 2041 el caudal de la actualidad es de 48 l/s el caudal esta sobre diseñado y el proyectado es de 41 l/s.
El sedimentador de flujo horizontal no cumple con el criterio de tiempo de retención ni con el de velocidad del flujo dada por el RAS 2000, Las
10.
RECOMENDACIONES
Se sugiere rehabilitarla, realizando mantenimiento general a todas las unidades actuales, como floculadores, sedimentadores y filtros, sustituyendo algunos elementos eléctricos y dotando a la planta de los equipos de laboratorio para control de procesos y equipos para suministro de coagulante y desinfectante.
Se recomienda, la construcción de una nueva canaleta Parshall para garantizar el proceso de eficiente en la unidad de mezcla rápida.
Se sugiere el mejoramiento de la unidad de filtración.
Disminuir la cantidad de agua captada verificando el sistema de acueducto.
Realizar un mantenimiento periódico de los macro medidores y registrar sus lecturas continuamente.
Realizar capacitaciones al operario para que pueda llevar un control de la calidad de agua captada y tratada.
Brindar elementos de seguridad ocupacional al operario de la PTAP.
BIBLIOGRAFIA 1. ROMERO ROJAS JAIRO ALBERTO. Potabilización del agua. 3ed.bogota, Escuela Colombiana de Ingeniería, 2003. Pág. 15. 2. RAS 2000 [En linea]. [Ref 27 de abril de 2016].
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3. RAS 2000[En linea]. [Ref 2 de julio de 2016].
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4. Literal C.8.4.1 del Título C. RAS 2000.. [En linea]. [Ref 7 julio de 2016]. Disponible en: : http://datateca.unad.edu.co/ 5. REPÚBLICA
DE
COLOMBIA,
MINISTERIO
DE
DESARROLLO
ECONÓMICO. Reglamento Técnico Del Sector De Agua Potable y Saneamiento Básico RAS – 2000. SeccionII. Título C. Sistemas de potabilización., p 7. 6. MINISTERIO DE LA PROTECCIÓN SOCIAL, MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. Resolución número 2115 de 2007..http://www.minproteccionsocial.gov.co/VBeContent/NewsDetail.asp?I
9. ALCALDIA MUNICIPAL GUATEQUE-BOYACA,
Plan de Desarrollo
Municipal 2016-2019.{En línea}. {25de abril de 2016} disponible en:
24. Floculadores[En linea]. [Ref 16 julio de 2016].
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http://datateca.unad.edu.co/http://datateca.unad.edu.co/ Diseno_de_Plantas_Potabilizadoras/leccin_20_canaleta_parshall.html 25. REGLAMENTO TECNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMINETOBASICO TITULO C pag. 50 26. Diseño de plantas potabilizadoras[En linea]. [Ref 17 noviembre de 2016]. Disponible
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ANEXO A CALCULO CANALETA PARSHALL EXISTENTE
ANEXO B CALCULO FLOCULADOR
ANEXO C CALCULO SEDIMENTADOR
ANEXO D CALCULO FILTRO
ANEXO E CALCULO ALTERNATIVA MEZCLA MEZCLA RAPIDA
ANEXO F CALCULO NUEVO FILTRO
ANEXO G PLANOS NUEVA CANALETA PARSHALLY FILTRO RAPIDO
ANEXO H CALIDAD DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO Y USO RECREATIVO MUNICIPIO DE GUATEQUE BOYACA
ZONA URBANA
ZONA RURAL
