DISEÑO DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO Y PTAR

DISEÑO DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO Y PTAR

PRESENTADO A: ING. DANIEL ANTONIO AGUDELO QUIGUA M.Sc. EN INGENIERÍA SANITARIA

PRESENTADO POR: SUBGRUPO Nº 5 HÉCTOR CAMILO HIGUERA FLÓREZ.

CÓD. 214378

JORGE ANDRÉS VARGAS BONFANTE. CÓD. 214452

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE BOGOTÁ FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLA PROGRAMA CURRICULAR DE INGENIERÍA CIVIL ALCANTARILLADOS – GRUPO 03 BOGOTÁ D.C. 2010

07 – 06 / 2010


UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE BOGOTÁ

DISEÑO DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO Y PTAR En el presente documento se encuentran recopilados los cálculos del diseño de una red de alcantarillado, y de una planta de tratamiento de agua residual

PRESENTADO A: ING. DANIEL ANTONIO AGUDELO QUIGUA M.Sc. EN INGENIERÍA SANITARIA

PRESENTADO POR: HÉCTOR CAMILO HIGUERA FLÓREZ. CÓD. 214378 JORGE ANDRÉS VARGAS BONFANTE. CÓD. 214452 SUBGRUPO Nº 5

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

BOGOTÁ D.C.

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 4 OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 5 OBJETIVO GENERAL .................................................................................................................... 5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................................. 5 1.

2.

RED DE ALCANTARILLADO ...................................................................................................... 6 1.1.

Indicar la distribución de la recolección para obtener mínimas profundidades ................ 6

1.2.

Población futura ............................................................................................................. 7

1.3.

Dotación unitaria ............................................................................................................ 7

1.4.

Factor de retorno ........................................................................................................... 7

1.5.

Carteras de nivel y transito ............................................................................................. 7

1.6.

Formulas ........................................................................................................................ 7

1.7.

Materiales ...................................................................................................................... 8

1.8.

Factor de rugosidad ........................................................................................................ 8

1.9.

Factor de mayoración ..................................................................................................... 8

1.10.

Caudal por infiltración................................................................................................. 9

1.11.

Caudal por conexiones erradas ................................................................................... 9

1.12.

Área total.................................................................................................................... 9

1.13.

Densidad poblacional de saturación ...........................................................................10

1.14.

Caudal unitario y medio de aguas negras ...................................................................10

1.15.

Caudal unitario máximo de aguas negras ...................................................................10

1.16.

Curvas de nivel...........................................................................................................11

1.17.

Diseño de alcantarillado.............................................................................................11

1.18.

Diseño de alcantarillado (Tablas)................................................................................17

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL.....................................................................22 2.1.

Tratamiento preliminar..................................................................................................22

2.1.1.

Rejillas ...................................................................................................................22

2.1.2.

Canaleta Parshall ...................................................................................................25

2.2.

Tratamiento primario ....................................................................................................36

2.2.1. 2.3.

Sedimentador primario ..........................................................................................37

Tratamiento secundario.................................................................................................39 UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

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3.


2.3.1.

Filtros percoladores ...............................................................................................40

2.3.2.

Sedimentador intermedio ......................................................................................44

2.3.3.

Sedimentador secundario ......................................................................................46

TRATAMIENTO DE LODOS......................................................................................................49 3.1.

Pretratamiento ..............................................................................................................49

3.1.1. 3.2.

Espesamiento ................................................................................................................50

3.2.1. 3.3.

Almacenamiento....................................................................................................49

Espesamiento por gravedad ...................................................................................51

Deshidratación ..............................................................................................................53

3.3.1.

Lecho de secado ....................................................................................................53

CONCLUSIONES.............................................................................................................................55 BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................................................56 ANEXOS ........................................................................................................................................57


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INTRODUCCIÓN Una red de alcantarillado es un sistema de estructuras y tuberías usadas para la recolección y transporte de aguas residuales y/o pluviales de una población desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten al medio natural o son llevadas a un lugar de tratamiento. Las redes de alcantarillado son estructuras hidráulicas que Las redes de alcantarillado son estructuras hidráulicas que funcionan a presión atmosférica, por gravedad. Sólo muy raramente, y por tramos breves, están constituidos por tuberías que trabajan bajo presión o por vacío. Normalmente están constituidas por canales de sección circular, oval o compuesta, enterrados la mayoría de las veces bajo las vías públicas. Los alcantarillados pueden formar sistemas de dos grandes tipos: Redes unitarias: las que se proyectan y construyen para recibir en un único conducto, mezclándolas, tanto las aguas residuales (urbanas e industriales) como las pluviales generadas en la cuenca o población drenada.

Redes separativas: las que constan de dos canalizaciones totalmente independientes; una para transportar las aguas residuales domésticas, comerciales e industriales hasta la estación depuradora; y otra para conducir las aguas pluviales hasta el medio receptor.


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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Diseñar una red de recolección de aguas sanitarias y su respectiva planta de tratamiento de agua potable.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Realizar el diseño de una red de alcantarillado, para un municipio colombiano, verificando que se cumplan los parámetros vistos en clase. Realizar el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales, con el fin de realizar una entrega al medio de una agua con una menor cantidad de materia orgánica, con lo cual es mucho más fácil para el medio ambiente terminar de purificar esta agua, e incluirla nuevamente dentro de su ciclo biológico


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1. RED DE ALCANTARILLADO Se denomina alcantarillado o también red de alcantarillado, red de saneamiento o red de drenaje al sistema de estructuras y tuberías usado para la recogida y transporte de lasaguas residuales y pluviales de una población desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten al medio natural o se tratan.

La red de alcantarillado se considera un servicio básico, sin embargo la cobertura de estas redes en las ciudades de países en desarrollo es ínfima en relación con la cobertura de las redes de agua potable. Esto genera importantes problemas sanitarios. Durante mucho tiempo, la preocupación de las autoridades municipales o departamentales estaba más ocupada en construir redes de agua potable, dejando para un futuro indefinido la construcción de las redes de alcantarillado. Actualmente las redes de alcantarillado son un requisito para aprobar la construcción de nuevas urbanizaciones en la mayoría de las naciones. Las redes de alcantarillado son estructuras hidráulicas que funcionan a presión atmosférica, por gravedad. Sólo muy raramente, y por tramos breves, están constituidos por tuberías que trabajan bajo presión o por vacío. Normalmente están constituidas por canales de sección circular, oval o compuesta, enterrados la mayoría de las veces bajo las vías públicas.

1.1. Indicar la distribución de la recolección para obtener mínimas profundidades La distribución de la recolección para obtener las mínimas profundidades se puede observar en la siguiente figura:


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1.2. Población futura La población futura de saturación es de 3.400 hab

1.3. Dotación unitaria La dotación unitaria total es de 250 L/hab*dia

1.4. Factor de retorno Factor de retorno que utilizamos es 0.8, lo que significa que hay un retorno de 80% con respecto al agua que llega del sistema de agua potable.

1.5. Carteras de nivel y transito Las Carteras de nivel y transito corresponden a los datos suministrados por el profesor y a los cuales hacemos referencia se muestran en la siguiente figura:

El plano completo de la cartera de nivel se presenta en los anexos, al final del informe.

1.6. Formulas Las formulas a utilizar son:

Manning


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Darcy-Weisbach

Hazen Williams

Sin embargo los cálculos están realizados con la fórmula de Manning

1.7. Materiales El material a utilizar será el PVC, y en caso de que el factor de Pomeroy sea mayor a 10.000, será necesario utilizar una tubería de fibra de vidrio

1.8. Factor de rugosidad Para el PVC, tenemos un factor de rugosidad dado por:

1.9. Factor de mayoración Los factores demayoración son:

BABBITT


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G.M FAIR y J.C. GEYER

FLÓREZ

W.G. HARMAN

1.10. Caudal por infiltración Todos los conductos van a ser nuevos, y las juntas son de caucho, y suponemos que el suelo tiene una infiltración media, con lo cual tendríamos

1.11. Caudal por conexiones erradas Tomaremos un valor de:

1.12. Área total El área total corresponde a: A = 136,693.15 m2=13.693 ha


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1.13. Densidad poblacional de saturación La densidad de población de saturación es: 3400 hab/Ha

1.14. Caudal unitario y medio de aguas negras El caudal unitario viene dado por:

1.15. Caudal unitario máximo de aguas negras BABBITT

G.M FAIR y J.C. GEYER

FLÓREZ


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W.G. HARMAN

Elegimos uno solo de los caudales máximo el cual corresponde a

1.16. Curvas de nivel Las curvas de nivel se muestran en la siguiente figura:

El plano detallado de las curvas de nivel se presenta en los anexos, al final del informe.

1.17. Diseño de alcantarillado Ejemplo de cálculos para la KR 1 entre calles 1 y 2

El área es de 0.16483521 Ha

EL área tributario corresponde a 0.16483521 Ha, por ser un colector inicial


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El caudal máximo de aguas negras está dado por:

El caudal de infiltración

EL caudal por conexiones erradas es:

El caudal total está dado por la suma de los tres caudales anteriores

De acuerdo con la información topográfica tenemos

Calculamos la diferencia de cotas

Hallamos la pendiente


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Para el diseño de la alcantarilla comenzamos suponiendo un diámetro de 8” que sea suficiente para transportar los 0,57 l/s, que debe transportar este tramo, tratando tener la misma pendiente del terreno es decir,0,67%,y para estas condiciones calculamos el caudal y la velocidad a flujo lleno de la siguiente manera

Con el diámetro que hemos supuesto calculamos la pendiente mínima ( Smin ) para una velocidad mínima de 0,6 m/s , también el caudal mínimo(Qmin)

Con la relación de q/Qmin entramos al grafico de t/T=1,y leemos el valor de (s/ Smin ), luego debemos multiplicar esta relación por la pendiente mínima y comparamos.

Y comparamos s contra S, de la siguiente manera

Si S≥s dejamos S, como pendiente Si S

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Para este ejemplo de cálculo la relación de s/ Smin=6, y

Como S
Calculamos la relación (q/Q)

En la grafica de (q/Q) y (v/V), entramos con el valor de (q/Q), y determinamos la relación (v/V),y la relación (d/D),a partir de esta calculamos el ángulo central.

Con una relación (q/Q)=0,012067, determinamos el valor de (v/V)=0,28 y (d/D)=0,07, el ángulo lo obtenemos a partir de la formula

Calculamos la relación (P/b), dada por la formula


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Se calcula el factor de Pomeroy con el fin de conocer la probabilidad de que se presente generación de H2S,Tomamos una DBO=250 mg/l y t=12 °c

Con lo cual es muy poco probable que se genere H2S. La velocidad en el tramo esta dado por

Calculo de la cota clave superior

Asumimos una profundidad mínima de cada pozo de 1 metro,

Calculo de la clave inferior

Cota de la batea superior

Cota de la batea inferior


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Profundidad media

Ancho de la zanja

El ancho de la zanja depende del diámetro del conducto, para este caso corresponde a 0,7 m Volumen de excavación

El pozo de inspección promedio, se muestra en la siguiente figura:

El plano detallado de los pozos de inspección se presenta en los anexos, al final del informe.


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1.18. Diseño de alcantarillado (Tablas) Los cálculos para las demás alcantarillas se encuentran en las siguientes tablas:

Ubicación y topografía: ÁREA TRIBUTARIA

SITUACIÓN DEL COLECTOR

CALLE

Nº. POZO

INC.

TOTAL

(a)

(A)

COTA DE LA RASANTE

CAUDAL MÁXIMO DE AGUAS NEGRAS

CAUDAL DE INFILTRACIÓN

(qan)

(qi)

(qe)

(q)

CONEXIONE S ERRADAS

CAUDAL TOTAL

DE

A

Ha

Ha

L/s

L/s

L/s

L/s

K1x Cl1-Cl2

1

2

0,164835

0,164835

0,321264

0,089

0,164835

K1x Cl2-Cl3

2

3

0,170989

0,335824

0,654521

0,09

0,335824

K1x Cl3-Cl4

3

4

0,172710

0,508534

0,991134

0,091

K1x Cl4-Cl5

4

5

0,168573

0,677107

1,319682

K1x Cl5-Cl6

5

6

0,163730

0,840837

Cl1xK1-K2

1

7

0,164465

Cl2xK1-K2

2

8

Cl3xK1-K2

3

Cl4xK1-K2

SUP.

INF.

DIF.

(CRs)

(CRi)

(ΔCR)

LONG. (L)

PENDIENTE DE LA RASANTE (Sr)

m

m

m

m

%

0,575099

50

49,4

0,6

89

0,67%

1,080346

49,4

48,8

0,6

90

0,67%

0,508534

1,590668

48,8

48,2

0,6

91

0,66%

0,09

0,677107

2,086789

48,2

47,6

0,6

90

0,67%

1,638792

0,089

0,840837

2,568630

47,6

47

0,6

89

0,67%

0,164465

0,320542

0,074

0,164465

0,559007

50

49,5

0,5

74

0,68%

0,334750

0,334750

0,652429

0,075

0,334750

1,062179

49,4

48,9

0,5

75

0,67%

9

0,344101

0,344101

0,670652

0,076

0,344101

1,090753

48,8

48,3

0,5

76

0,66%

4

10

0,338859

0,338859

0,660436

0,075

0,338859

1,074295

48,2

47,7

0,5

75

0,67%

Cl5xK1-K2

5

11

0,329997

0,329997

0,643164

0,074

0,329997

1,047161

47,6

47,1

0,5

74

0,68%

Cl6xK1-K2

6

12

0,165570

1,006407

1,961488

0,075

1,006407

3,042895

47

46,5

0,5

75

0,67%

K2x Cl1-Cl2

7

8

0,337937

0,502772

0,979904

0,09

0,502772

1,572676

49,5

48,9

0,6

90

0,67%

K2x Cl2-Cl3

8

9

0,333526

1,171049

2,282375

0,091

1,171049

3,544424

48,9

48,3

0,6

91

0,66%

K2x Cl3-Cl4

9

10

0,337482

1,852632

3,610780

0,09

1,852632

5,553413

48,3

47,7

0,6

90

0,67%

K2x Cl4-Cl5

10

11

0,329658

2,521149

4,913720

0,089

2,521149

7,523869

47,7

47,1

0,6

89

0,67%

K2x Cl5-Cl6

11

12

0,335248

3,186394

6,210282

0,09

3,186394

9,486675

47,1

46,5

0,6

90

0,67%

Cl1xK2-K3

7

13

0,168737

0,168737

0,328867

0,075

0,168737

0,572604

49,5

49

0,5

75

0,67%

Cl2xK2-K3

8

14

0,343704

0,343704

0,669879

0,076

0,343704

1,089583

48,9

48,4

0,5

76

0,66%

Cl3xK2-K3

9

15

0,335692

0,335692

0,654264

0,075

0,335692

1,064956

48,3

47,8

0,5

75

0,67%

Cl4xK2-K3

10

16

0,328942

0,328942

0,641108

0,074

0,328942

1,044050

47,7

47,2

0,5

74

0,68%

Cl5xK2-K3

11

17

0,338647

0,338647

0,660024

0,075

0,338647

1,073671

47,1

46,6

0,5

75

0,67%

Cl6xK2-K3

12

18

0,171050

4,363851

8,505145

0,076

4,363851

12,944996

46,5

46

0,5

76

0,66%

K3x Cl1-Cl2

13

14

0,345249

0,513986

1,001758

0,091

0,513986

1,606743

49

48,4

0,6

91

0,66%

K3x Cl2-Cl3

14

15

0,337533

1,195222

2,329489

0,09

1,195222

3,614711

48,4

47,8

0,6

90

0,67%

K3x Cl3-Cl4

15

16

0,329782

1,860697

3,626498

0,089

1,860697

5,576195

47,8

47,2

0,6

89

0,67%

K3x Cl4-Cl5

16

17

0,337643

2,527281

4,925672

0,09

2,527281

7,542953

47,2

46,6

0,6

90

0,67%

K3x Cl5-Cl6

17

18

0,345423

3,211352

6,258924

0,091

3,211352

9,561276

46,6

46

0,6

91

0,66%

Cl1xK3-K4

13

19

0,173064

0,173064

0,337303

0,076

0,173064

0,586367

49

48,5

0,5

76

0,66%

Cl2xK3-K4

14

20

0,339417

0,339417

0,661524

0,075

0,339417

1,075940

48,4

47,9

0,5

75

0,67%


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Cl3xK3-K4

15

21

0,330742

0,330742

0,644617

0,074

0,330742

1,049359

47,8

47,3

0,5

74

0,68%

Cl4xK3-K4

16

22

0,337543

0,337543

0,657870

0,075

0,337543

1,070413

47,2

46,7

0,5

75

0,67%

Cl5xK3-K4

17

23

0,344996

0,344996

0,672398

0,076

0,344996

1,093394

46,6

46,1

0,5

76

0,66%

Cl6xK3-K4

18

24

0,171945

7,747147

15,099190

0,075

7,747147

22,921337

46

45,5

0,5

75

0,67%

K4x Cl1-Cl2

19

20

0,337508

0,510573

0,995106

0,09

0,510573

1,595679

48,5

47,9

0,6

90

0,67%

K4x Cl2-Cl3

20

21

0,340758

1,190747

2,320766

0,089

1,190747

3,600514

47,9

47,3

0,6

89

0,67%

K4x Cl3-Cl4

21

22

0,337433

1,858922

3,623040

0,09

1,858922

5,571962

47,3

46,7

0,6

90

0,67%

K4x Cl4-Cl5

22

23

0,345408

2,541873

4,954111

0,091

2,541873

7,586984

46,7

46,1

0,6

91

0,66%

K4x Cl5-Cl6

23

24

0,339748

3,226617

6,288677

0,09

3,226617

9,605294

46,1

45,5

0,6

90

0,67%

Cl1xK4-K5

19

25

0,168927

0,168927

0,329239

0,075

0,168927

0,573166

48,5

48

0,5

75

0,67%

Cl2xK4-K5

20

26

0,501127

0,501127

0,976697

0,074

0,501127

1,551824

47,9

47,4

0,5

74

0,68%

Cl3xK4-K5

21

27

0,339254

0,339254

0,661206

0,075

0,339254

1,075460

47,3

46,8

0,5

75

0,67%

Cl4xK4-K5

22

28

0,343320

0,343320

0,669131

0,076

0,343320

1,088451

46,7

46,2

0,5

76

0,66%

Cl5xK4-K5

23

29

0,336397

0,336397

0,655637

0,075

0,336397

1,067034

46,1

45,6

0,5

75

0,67%

Cl6xK4-K5

24

30

0,167807

11,141572

21,714923

0,074

11,141572

32,930495

45,5

45

0,5

74

0,68%

K5x Cl1-Cl2

25

26

0,164823

0,333750

0,650479

0,089

0,333750

1,073229

48

47,4

0,6

89

0,67%

K5x Cl2-Cl3

26

27

0,166710

1,001587

1,952093

0,09

1,001587

3,043680

47,4

46,8

0,6

90

0,67%

K5x Cl3-Cl4

27

28

0,172723

1,513564

2,949936

0,091

1,513564

4,554500

46,8

46,2

0,6

91

0,66%

K5x Cl4-Cl5

28

29

0,168911

2,025795

3,948274

0,09

2,025795

6,064068

46,2

45,6

0,6

90

0,67%

K5x Cl5-Cl6

29

30

0,165943

2,528134

4,927333

0,089

2,528134

7,544467

45,6

45

0,6

89

0,67%

TOTAL

13,669705

TOTAL

40,645

Alcantarilla: ALCANTARILLA DIÁMETRO (D)

PENDIENTE (S)

CAUDAL LLENO

VEL. LLENO

(Q)

(V)

REL. (q/Q)

REL. (v/V)

REL. (d/D)

ANGULO

FACTOR DE POMEROY

VELOCIDAD EFECTIVA

(θr)

(Z)

(v)

radianes

(mg*s^1/3/l^4/3)

m/s

DE

A

CENTRAL

REL. (P/b)

Nº. DE POZO

plg

m

%

L/s

m/s

8

0,2032

1,15%

47,655443

1,469520

0,012068

0,28

0,07

1,071053

0,076426

407,582971

0,411466

1

2

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,029746

0,34

0,11

1,352261

0,496151

633,342370

0,380781

2

3

8

0,2032

0,66%

36,118884

1,113775

0,044040

0,38

0,13

1,475452

0,289310

488,502121

0,423234

3

4

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,057457

0,41

0,15

1,590798

0,056390

414,998106

0,459178

4

5

8

0,2032

0,67%

36,522460

1,126220

0,070330

0,51

0,21

1,904135

0,301869

458,620441

0,574372

5

6

8

0,2032

1,15%

47,655443

1,469520

0,011730

0,32

0,8

4,428595

0,019717

572,046203

0,470246

1

7

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,029246

0,32

0,9

4,996183

0,022244

487,648049

0,358383

2

8

8

0,2032

0,66%

36,079258

1,112553

0,030232

0,34

0,11

1,352261

0,496151

635,516451

0,378268

3

9

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,029579

0,34

0,11

1,352261

0,496151

634,529100

0,380781

4

10

8

0,2032

0,68%

36,563565

1,127487

0,028639

0,34

0,11

1,352261

0,496151

635,682379

0,383346

5

11


Página 18

07 – 06 / 2010


8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,083782

0,53

0,23

2,000718

0,191855

462,937407

0,593571

6

12

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,043302

0,33

0,12

1,414966

0,019154

411,794435

0,369582

7

8

8

0,2032

0,66%

36,118884

1,113775

0,098132

0,53

0,33

2,447759

0,059250

431,750459

0,590301

8

9

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,152907

0,61

0,29

2,274702

0,083516

250,950087

0,683167

9

10

8

0,2032

0,67%

36,522460

1,126220

0,206007

0,66

0,34

2,490134

0,055201

226,859963

0,743305

10

11

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,261204

0,6

0,33

2,447759

0,059250

309,250610

0,671967

11

12

8

0,2032

1,15%

47,655443

1,469520

0,012016

0,32

0,8

4,428595

0,019717

567,481843

0,470246

7

13

8

0,2032

0,67%

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1,122323

0,029937

0,34

0,11

1,352261

0,496151

630,209786

0,381590

8

14

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,029322

0,34

0,11

1,352261

0,496151

636,378537

0,380781

9

15

8

0,2032

0,68%

36,563565

1,127487

0,028554

0,33

0,1

1,287002

0,280774

435,336560

0,372071

10

16

8

0,2032

0,67%

36,396086

1,122323

0,029500

0,34

0,11

1,352261

0,496151

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0,381590

11

17

8

0,2032

0,66%

36,079258

1,112553

0,358793

0,73

0,47

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0,029955

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0,812164

12

18

8

0,2032

0,66%

36,118884

1,113775

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0,42

0,16

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0,003670

465,105741

0,467785

13

14

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,099527

0,53

0,33

2,447759

0,059250

426,570403

0,593571

14

15

8

0,2032

0,67%

36,522460

1,126220

0,152679

0,54

0,24

2,047891

0,160036

253,900517

0,608159

15

16

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,207686

0,61

0,28

2,230395

0,092788

329,386402

0,683167

16

17

8

0,2032

0,66%

36,118884

1,113775

0,264717

0,62

0,33

2,447759

0,059250

310,153059

0,690540

17

18

8

0,2032

1,15%

47,655443

1,469520

0,012304

0,32

0,8

4,428595

0,019717

563,006713

0,470246

13

19

8

0,2032

0,77%

38,910506

1,199858

0,027652

0,33

0,1

1,287002

0,280774

404,996433

0,395953

14

20

8

0,2032

0,86%

41,270824

1,272642

0,025426

0,34

0,11

1,352261

0,496151

562,784329

0,432698

15

21

8

0,2032

0,91%

42,401741

1,307515

0,025245

0,34

0,11

1,352261

0,496151

544,158925

0,444555

16

22

8

0,2032

0,77%

38,910506

1,199858

0,028100

0,33

0,1

1,287002

0,280774

402,829862

0,395953

17

23

10

0,254

0,67%

65,850711

1,299582

0,348080

0,82

0,93

5,212132

0,024223

179,935531

1,065657

18

24

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,043935

0,33

0,12

1,414966

1,019039

409,806044

0,369582

19

20

8

0,2032

0,67%

36,522460

1,126220

0,098584

0,53

0,33

2,447759

0,059250

424,750771

0,596896

20

21

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,153417

0,61

0,29

2,274702

0,083516

250,671300

0,683167

21

22

8

0,2032

0,66%

36,118884

1,113775

0,210056

0,66

0,34

2,490134

0,055201

228,756919

0,735091

22

23

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,264470

0,71

0,38

2,656861

0,043415

314,844790

0,795161

23

24

8

0,2032

1,15%

47,655443

1,469520

0,012027

0,32

0,8

4,428595

0,019717

567,296261

0,470246

19

25

8

0,2032

0,68%

36,563565

1,127487

0,042442

0,41

0,14

1,533988

0,201540

451,929198

0,462270

20

26

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,029612

0,34

0,11

1,352261

0,496151

634,299937

0,380781

21

27

8

0,2032

0,66%

36,079258

1,112553

0,030168

0,33

0,1

1,287002

0,280774

435,097854

0,367142

22

28

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,029379

0,34

0,11

1,352261

0,496151

635,965312

0,380781

23

29

10

0,254

0,68%

66,294155

1,308333

0,496733

0,85

0,56

3,382172

0,023835

136,584620

1,112083

24

30

8

0,2032

0,77%

38,910506

1,199858

0,027582

0,33

0,1

1,287002

0,280774

405,337239

0,395953

25

26

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,083804

0,53

0,22

1,952821

0,236393

309,985916

0,593571

26

27

8

0,2032

0,66%

36,118884

1,113775

0,126097

0,54

0,23

2,000718

0,191855

406,946318

0,601438

27

28

8

0,2032

0,67%

36,318990

1,119945

0,166967

0,55

0,24

2,047891

0,160036

248,283461

0,615970

28

29

8

0,2032

0,67%

36,522460

1,126220

0,206571

0,61

0,28

2,230395

0,092788

327,529458

0,686994

29

30


Página 19

07 – 06 / 2010


Geometría:

COTA DE LA CLAVE SUPERIOR

COTA DE LA BATEA

INFERIOR SUPERIOR

INFERIOR

PROFUNDIDAD MEDIA

ANCHO DE ZANJA

VOLUMEN DE EXCAVACIÓN

No. DE Pozo OBSERVACIONES

(CCs)

(CCi)

(CBs)

(CBi)

(h)

(b)

(Ve)

m

m

m

m

m

m

m3

DE

A

49

48,4

48,7968

48,1968

1,2032

0,7

74,95936

1

2

48,4

47,8

48,1968

47,5968

1,2032

0,7

75,8016

2

3

47,8

47,2

47,5968

46,9968

1,2032

0,7

76,64384

3

4

47,2

46,6

46,9968

46,3968

1,2032

0,7

75,8016

4

5

46,6

46

46,3968

45,7968

1,2032

0,7

74,95936

5

6

49

48,5

48,7968

48,2968

1,2032

0,7

62,32576

1

7

48,4

47,9

48,1968

47,6968

1,2032

0,7

63,168

2

8

47,8

47,3

47,5968

47,0968

1,2032

0,7

64,01024

3

9

47,2

46,7

46,9968

46,4968

1,2032

0,7

63,168

4

10

46,6

46,1

46,3968

45,8968

1,2032

0,7

62,32576

5

11

46

45,5

45,7968

45,2968

1,2032

0,7

63,168

6

12

48,5

47,9

48,2968

47,6968

1,2032

0,7

75,8016

7

8

47,9

47,3

47,6968

47,0968

1,2032

0,7

76,64384

8

9

47,3

46,7

47,0968

46,4968

1,2032

0,7

75,8016

9

10

46,7

46,1

46,4968

45,8968

1,2032

0,7

74,95936

10

11

46,1

45,5

45,8968

45,2968

1,2032

0,7

75,8016

11

12

48,5

48

48,2968

47,7968

1,2032

0,7

63,168

7

13

47,9

47,4

47,6968

47,1968

1,2032

0,7

64,01024

8

14

47,3

46,8

47,0968

46,5968

1,2032

0,7

63,168

9

15

46,7

46,2

46,4968

45,9968

1,2032

0,7

62,32576

10

16

46,1

45,6

45,8968

45,3968

1,2032

0,7

63,168

11

17

45,5

45

45,2968

44,7968

1,2032

0,7

64,01024

12

18

48

47,4

47,7968

47,1968

1,2032

0,7

76,64384

13

14

47,4

46,8

47,1968

46,5968

1,2032

0,7

75,8016

14

15

46,8

46,2

46,5968

45,9968

1,2032

0,7

74,95936

15

16

46,2

45,6

45,9968

45,3968

1,2032

0,7

75,8016

16

17

45,6

45

45,3968

44,7968

1,2032

0,7

76,64384

17

18

48

47,5

47,7968

47,2968

1,2032

0,7

64,01024

13

19

47,4

46,9

47,1968

46,6968

1,2032

0,7

63,168

14

20

46,8

46,3

46,5968

46,0968

1,2032

0,7

62,32576

15

21

46,2

45,7

45,9968

45,4968

1,2032

0,7

63,168

16

22

45,6

45,1

45,3968

44,8968

1,2032

0,7

64,01024

17

23

45

44,5

44,746

44,246

1,254

0,7

65,835

18

24

47,5

46,9

47,2968

46,6968

1,2032

0,7

75,8016

19

20


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46,9

46,3

46,6968

46,0968

1,2032

0,7

74,95936

20

21

46,3

45,7

46,0968

45,4968

1,2032

0,7

75,8016

21

22

45,7

45,1

45,4968

44,8968

1,2032

0,7

76,64384

22

23

45,1

44,5

44,8968

44,2968

1,2032

0,7

75,8016

23

24

47,5

47

47,2968

46,7968

1,2032

0,7

63,168

19

25

46,9

46,4

46,6968

46,1968

1,2032

0,7

62,32576

20

26

46,3

45,8

46,0968

45,5968

1,2032

0,7

63,168

21

27

45,7

45,2

45,4968

44,9968

1,2032

0,7

64,01024

22

28

45,1

44,6

44,8968

44,3968

1,2032

0,7

63,168

23

29

44,5

44

44,246

43,746

1,254

0,7

64,9572

24

30

47

46,4

46,7968

46,1968

1,2032

0,7

74,95936

25

26

46,4

45,8

46,1968

45,5968

1,2032

0,7

75,8016

26

27

45,8

45,2

45,5968

44,9968

1,2032

0,7

76,64384

27

28

45,2

44,6

44,9968

44,3968

1,2032

0,7

75,8016

28

29

44,6

44

44,3968

43,7968

1,2032

0,7

74,95936

29

30

Todos los planos de la red de alcantarillado se encuentran al final del documento, en los anexos.


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2. PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos, químicos y biológicos presentes en el agua efluente del uso humano. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia (o efluente tratado) o reutilizable en el ambiente y un residuo sólido o fango (también llamado biosólido o lodo) convenientes para su disposición o reuso. Es muy común llamarlo depuración de aguas residuales para distinguirlo del tratamiento de aguas potables.

Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones y locales comerciales e industriales. Éstas pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual son generadas (por ejemplo: tanques sépticos u otros medios de depuración) o bien pueden ser recogidas y llevadas mediante una red de tuberías, y eventualmente bombas, a una planta de tratamiento municipal. Los esfuerzos para recolectar y tratar las aguas residuales domésticas de la descarga están típicamente sujetas a regulaciones y estándares locales, estatales y federales (regulaciones y controles). A menudo ciertos contaminantes de origen industrial presentes en las aguas residuales requieren procesos de tratamiento especializado.

2.1. Tratamiento preliminar Consiste básicamente en una etapa preliminar como lo es la medición del caudal y posteriormente se procede a retirar materiales flotantes o pesados que comúnmente vienen en las aguas residuales y que disminuyen la eficiencia del tratamiento tales como plásticos, papeles, arenas y demás sólidos no orgánicos, que solo ocasionan daños al proceso. Los residuos que realmente interesan para el proceso son los de tipo orgánico. Los tratamientos preliminares que diseñaremos son:

• •

Rejillas de limpieza manual Canaleta Parshall

2.1.1. Rejillas

El tratamiento preliminar se realiza por medio de rejillas manuales (rejas, mallas o cribas), y tiene como objeto retener y separar los cuerpos voluminosos flotantes y en suspensión, que arrastra consigo el agua residual. La instalación de estas rejillas es indispensable en cualquier depuradora. De esta forma se consigue:


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• • • •


Eludir posteriores depósitos. Evitar obstrucciones en canales, tuberías y conducciones en general. Interceptar las materias que por sus excesivas dimensiones podrían dificultar el funcionamiento de las unidades posteriores. Aumentar la eficiencia de los tratamientos posteriores.

Diseño de rejillas

Para nuestro caso, se van a diseñar rejilla con barras circulares de las siguientes características:

b=0,002m;

Θ=45°,

V=0.6 m/s;

d=0,00381m.

Q=40,65L/s;

Primero comprobamos la perdida de carga de la siguiente forma:

Calcular la profundidad del canal tomando B=0,4m:


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Ahora se calcula la longitud sumergida de la rejilla, de la forma:

Se calcula la longitud total de la rejilla:

Con la longitud de la rejilla de 1m, se encuentra que el ángulo θ=44,43º, por lo tanto se recalculan los valores de altura y longitud de la forma:

Por último se halla el número de barras y el espaciamiento, mediante la siguiente ecuación:

De la cual, encontramos los siguientes valores:


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Por lo tanto las dimensiones de la rejilla son:

CARACTERÍSTICA

VALORES

Ancho de barras - W (m) Profundidad de Barras - I (m) Espaciamiento - e (m) Angulo de Inclinación - Θ (º) Velocidad de Aproximación - V(m/s)

0,0381 0,05 0,0245 44,43 0,6

Perdidas de Energía Máxima - H (m)

0,053

El plano completo de la rejilla se presenta en los anexos, al final del informe.

2.1.2. Canaleta Parshall

La canaleta Parshall es un elemento primario de flujo con una amplia gama de aplicaciones para medir el flujo en canales abiertos. Puede ser usado para medir el flujo en ríos, canales de irrigación y/o de desagüe, salidas de alcantarillas, aguas residuales, vertidos de fábricas, etc. La medida del flujo está basada en la asunción de que el flujo critico se produce estrechando la anchura de la garganta de la canaleta y levantando la base.

Ventajas Canaleta

• • • • • • • • • • • • • •

Baja inversión Más resistente que cualquier metal Dimensiones estables Es una canaleta prefabricada, se tiene seguridad en sus dimensiones, moldeada en una sola pieza. Construcción resistente Resistente a la corrosión Su fabricación en fibra de vidrio, permite soportar el ataque químico de líquidos corrosivos. Fácil instalación Ligera y resistente; puede ser instalado en líneas de concreto Superficie lisa Esta característica minimiza la acumulación de suciedad. Durable Y más exacta que el concreto. Indicador de nivel UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

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• •


Opcionalmente se suministra una regleta, la cual se localiza dentro del canal, para una indicación rápida de flujo Selección del tamaño de garganta apropiado.

Diseño de la canaleta Parshall

El caudal para el diseño, construcción y operación de la planta de tratamiento de agua residual, que se obtuvo del análisis de la red de alcantarillado es de:

Si se asume una temperatura media de 20 ºC, se tiene que:

Los valores se tomaron de la siguiente tabla:


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Si asumimos que el tiempo de retención es:

& que el volumen útil esta dado por la siguiente ecuación:

Para determinar la velocidad de ascenso se tiene el siguiente rango:

En nuestro caso escogemos la siguiente velocidad de ascenso, debido a que no se posee un caudal muy grande:

Después se determina el área superficial mediante:


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Posteriormente se halla la profundidad útil de la forma:

Ahora, se dimensiona la cámara de aquietamiento mediante la siguiente relación:

Y mediante la siguiente tabla se tomaran los valores para la medida de la canaleta Parshall:

Por lo tanto se escogen las siguientes medidas:

Para corroborar que estos valores son aptos, se utilizara la siguiente expresión:


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Para comprobar que la Va no se sale del rango tenemos:

Este valor se encuentra entre 0,04m/s < Va < 0,1 m/s, por lo tanto los valores de l y b son correctos.

Diseño de la canaleta Parshall modificada y el canal del resalto

Primero se transforma el caudal a unidades del sistema Ingles de la forma:

Si tomamos este valor, y entramos en la Tabla anterior, se tiene que el ancho de garganta es:

Después ingresamos este valor en la ecuación de la canaleta Parshall, la cual es:


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Si reemplazamos W en la ecuación, podemos hallar un valor para el ancho del canal en la zona del resalto, el cual por facilidad se da en medida constructiva y en de:

Ahora bien, basados en la siguiente figura, se escoge un Número de Froude dependiendo el tipo de resalto que queramos tener en la canaleta:

Para nuestro caso queremos un resalto estable, ya que el fuerte es muy inestable, por esta razón el número de Froude se fija en:

Posteriormente se calcula la altura de la lámina de agua en la sección s 1 antes del resalto, mediante la siguiente expresión:

Si se reemplazan los valores ya calculados, se tiene:


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En el punto s1 la velocidad media del agua viene dada por:

La altura de la lámina de agua en la sección s2, después del resalto viene dada por la siguiente expresión:

En el punto s2 la velocidad media del agua es:


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Para encontrar la longitud del resalto se utiliza la siguiente grafica:

De la grafica, con un FR = 6, se obtuvo que:

Para calcular la velocidad media en el resalto, el mejor método es el promedio hidráulico, por lo tanto, la expresión es:

Para calcular el tiempo de duración del resalto, se debe tener en cuenta que: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

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En este caso, también se utilizara el método aritmético, razón por la cual se tiene:

El tiempo de duración del resalto es de 0,89, razón por la cual el diseño si cumple.Posteriormente se debe calcular la longitud del canal, teniendo en cuenta que debe ser una medida constructiva, por lo tanto:

Se calcula la pérdida de energía en el resalto, la cual está dada por:

El gradiente es de:


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Razón por la cual, el gradiente si cumple las especificaciones.Se debe asumir una medida constructiva para el grosor del vertedero. Por tal motivo, escogimos 0,05 m para dicha dimensión.Ahora se debe determinar la altura del vertedero, mediante la siguiente grafica:

Al establecer la relación de X/Y2, tenemos que:

Por lo tanto, si entramos a la grafica con FR = 6, y la relación X/Y2 = 0,0, se tiene que:

Entonces, despejando h se tiene que:

Ahora se debe calcular el caudal sobre el vertedero, y comprobar que es igual al de diseño. En caso de no cumplir, se debe cambiar todo el diseño del vertedero.Mediante la fórmula de Francis, se tiene que:


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Razón por la cual, las dimensiones del vertedero si cumplen.Se debe calcular la longitud de la cresta del vertedero de la forma:

La pendiente del ángulo de inclinación se obtiene mediante:

De los cuales, N y F se obtienen de la tabla 1 y son:

Por lo tanto:

La altura de la rampa seria:


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Para terminar, se calcula la longitud de la rampa, por lo que:

Las dimensiones de la canaleta Parshall quedarían de la forma:

Dimensión X h b m hr Lr

Medida (m) 3,20 0,11 0,40 0,42 0,30 0,70

El plano completo de la Canaleta Parshall se presenta en los anexos, al final del informe.

2.2. Tratamiento primario Entre las operaciones que se utilizan en los tratamientos primarios de aguas servidas están: la filtración, la sedimentación, la flotación, la separación de aceites y la neutralización.

El tratamiento primario de las aguas servidas es un proceso mecánico que utiliza cribas para separar los desechos de mayor tamaño como palos, piedras y trapos. Las aguas del alcantarilladlo llegan a la cámara de dispersión en donde se encuentran las cribas, de donde pasan las aguas al tanque de sedimentación, de donde los sedimentos pasan a un tanque digestor y luego al lecho secador, para luego ser utilizados como fertilizante en las tierras de cultivo o a un relleno sanitario o son arrojados al mar.

Del tanque de sedimentación el agua es conducida a un tanque de desinfección con cloro (para matarle las bacterias) y una vez que cumpla con los límites de depuración sea arrojada a un lago, un río o al mar.


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2.2.1. Sedimentador primario

Consiste en utilizar las fuerzas de gravedad para separar una partícula de densidad superior con densidad superior a la del líquido hasta una superficie o zona de almacenamiento. Para que pueda haber una separación efectiva se precisa, además, que la fuerza de gravedad tenga un valor suficientemente elevada con relación a sus efectos antagonistas: efectos de turbulencia, rozamiento, repulsión electrostática, corrientes de convección, etc... Para facilitar la comprensión de los fenómenos que intervienen deben distinguirse los efectos relacionados con el movimiento de la partícula y los relacionados con el movimiento del líquido.

Diseño del Sedimentador primario

Se tiene el siguiente caudal de diseño: Qˆ

3513

m3 dia

SE calcula la profundidad útil: H

30m;

qv

max

4.5

L Q max ; s m Qˆ

3.0

Se calculan las tasas máximas: Qˆ qˆ

Aˆ

Qˆ max qˆ max

Aˆ p

m 3513 3 dia m3 36 dia m2

max

97,6 m2

m 3513 3 3 dia m3 90 dia m2

117,1m2

Se calcula el área superficial: A

D

D2 4 1 4 A 2

1 4 117,1m2 2


12,21m

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Se verifica el diámetro mínimo y definitivo:

L min

D min

Lv min

1 4 A 2

D

qv

Q max max

L min

22500 103 4.5 86400

L min

57.87m

Q max qv

D min

Q max

D min

qv

max 8,63m

D min

D

m3 dia

L 3.0 103 m3 L s 4.5 86400 s m dia

3513 max

15.0m

Se recalculan todos los parámetros: D2 4

A

3513 qˆ

m3 dia

qˆ max

m3 dia

3.0 59,64

176,72 m2

m3 dia

m3 dia m2

L 3.0 103 m3 s 47,12m 86400 dia

3513 qv

m3 m3  36 dia m 2 dia m 2

19,88

176,72 m 2

3513

176,72 m2

Q max Lv

2,59

90

m3 dia m2

L m s

 4.50

L m s

Se vuelve a calcular el volumen útil: V

A H

H D2 4

3.0m (15.0)2 4

530,14 m3

Se calcula el tiempo de retención medio t

V Q

530.14 m3 3513

m3 dia

0.151dias


3.6horas

t

2.5horas

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Y se recalcula la altura, de la forma:

t

(2.5) h

V

Q t

A H

H

Q t A

2.5 24 176,71

3513

2.10m

Por lo tanto las dimensiones del Sedimentador primario son:

Dimensión H t D Lv

Medida (m) 2,10 2,5 horas 15,0 47,12

El plano completo del Sedimentador primario se presenta en los anexos, al final del informe.

2.3. Tratamiento secundario Entre las operaciones que se utilizan en el tratamiento secundario de las aguas contaminadas están: proceso de lodos activados, aireación u oxidación total, filtración por goteo y tratamiento anaeróbico.

El tratamiento secundario de aguas servidas es un proceso biológico que utiliza bacterias aerobias como un primer paso para remover hasta cerca del 90 % de los desechos biodegradables que requieren oxígeno. Después de la sedimentación, el agua pasa a un tanque de aireación en donde se lleva a cabo el proceso de degradación de la materia orgánica y posteriormente pasa a un segundo tanque de sedimentación, de ahí al tanque de desinfección por cloro y después se descarga para su reutilización.

El tratamiento secundario más común es el de los lodos activados. Las aguas residuales que provienen del tratamiento primario pasan a un tanque de aireación en donde se hace burbujear aire o en algunos casos oxígeno, desde el fondo del tanque para favorecer el rápido crecimiento de las bacterias y otros microorganismos. Las bacterias utilizan el oxígeno para descomponer los desechos orgánicos de estas aguas. Los sólidos en suspensión y las bacterias forman una especie de lodo conocido como lodo activado, el cual se deja sedimentar y luego es llevado a un tanque digestor aeróbico para que sea degradado. Finalmente el lodo activado es utilizado como fertilizante en los campos de cultivo, incinerado o llevado a un relleno sanitario.


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Otras plantas de tratamiento de aguas utilizan un dispositivo llamado filtro percolador en lugar del proceso de lodos activados. En este método, las aguas a tratar a las que les han sido eliminados los sólidos grandes, son rociadas sobre un lecho de piedras de aproximadamente 1.80 metros de profundidad. A medida que el agua se filtra entre las piedras entra en contacto con las bacterias que descomponen a los contaminantes orgánicos. A su vez, las bacterias son consumidas por otros organismos presentes en el filtro.

Del tanque de aireación o del filtro percolador se hace pasar el agua a otro tanque para que sedimenten los lodos activados. El lodo sedimentado en este tanque se pasa de nuevo al tanque de aireación mezclándolo con las aguas negras que se están recibiendo o se separa, se trata y luego se tira o se entierra.

2.3.1.

Filtros percoladores

El filtro percolador es un relleno cubierto de limo biológico a través del cual se percola el agua residual. Normalmente el agua residual se distribuye en forma de pulverización uniforme sobre el lecho de relleno mediante un distribuidor rotativo del flujo. El agua residual percola en forma descendente a través del relleno y el efluente se recoge en el fondo.

El espesor de la subcapa aerobia es función del caudal de agua residual aplicado y de su DBO. Cuanto mayor sea la DBO del afluente menor será el espesor de la subcapa aerobia, ya que se presenta un consumo más rápido de oxígeno. Por otra parte, los caudales elevados favorecen el mantenimiento de una subcapa aerobia más espesa debido al oxígeno disuelto suministrado con el afluente pulverizado. Para las cargas hidráulicas normalmente empleadas en los filtros percoladores, el caudal del agua residual a través del lecho del filtro se sitúa en la región laminar. El proceso biológico aerobio que tiene lugar en la subcapa aerobia es típico. El sustrato se oxida parcialmente para proporcionar la energía necesaria al proceso biológico. Otra parte del sustrato se utiliza para sintetizar nuevo material de constitución del limo.

Diseño de los filtros percoladores

Primero se calcula la eficiencia requerida por el sistema:

180 E1

mg L

20

mg 180 L


mg L

0.8889

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Después se calculan las eficiencias de cada uno de los filtros, de la forma:

E

E1

E2

E1 E2 (1 E1)

E12 2 E1 E

0

E1

E2

2 3

Se calcula el factor de recirculación: 1 2.0

F1 F 2

2

1 0.1 2.0

2.08

Se calcula la carga orgánica afluente al primer filtro: Q DBOafl

2000

g Kg m3 180 3 1 dia 1000 g m

360

Kg dia

Se calcula el volumen del filtro de la primera etapa: 2 V1

0.443 1 1 E1

W1 F1

2

Kg dia 2.08

360

0.443 1 1 0.67

135.65 m3

Se calcula el área superficial del filtro en la primera etapa: A

V1 H1

135.65 m3 2.0m

67.82 m2

Se calcula el diámetro del filtro de la primera etapa, de la forma:

D

4 A

1 2

4 67.82 m

2

1 2

9.29m

D

10m

Se deben recalcular los valores de altura y área de la forma:

A1

(10m)2 4


78.54 m2

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H1

135.65 m3 78.54 m2

V1 A1

1.73m

Se calcula la carga hidráulica volumétrica y superficial de la forma:

CHS

CHV

1 2.0

1 R1 Q A1

1 R1 Q V1

2000

m3 dia

78.54 m2

1 2.0

2000

m3 dia

135.65 m3

76.39

44.23

m3 dia m2

m3 dia m3

Se calcula la carga orgánica superficial y volumétrica:

COS

DBO(afluente) Q

g m3 180 1Kg dia m3 78.54 m2 103 g

2000

A1

COV

g m3 180 1Kg dia m3 135.65 m3 103 g

4.58

2000

DBO(afluente) Q V1

2.65

KgDBO dia m2

KgDBO dia m3

Se calcula el volumen del filtro de la segunda etapa: 2 V2

0.443 1

W1 (1 E1) F 2

Kg dia (1 0.67) 2.08 360

1

E2

2 0.443 1 1 0.67

406.94 m3

Calcular la carga orgánica superficial y volumétrica de la forma:

COS

DBO(afluente) Q A1

COV

DBO(afluente) Q V1

3 g 2000 m 180 3 1Kg dia m 78.54 m2 103 g 3 g 2000 m 180 3 1Kg dia m 135.65 m3 103 g


4.58

KgDBO dia m2

2.65

KgDBO dia m3

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Se calcula el volumen del filtro para la segunda etapa: 2 V2

W1 (1 E1) F 2

0.443 1

Kg dia (1 0.67) 2.08 360

1

E2

2 0.443 1 1 0.67

406.94 m3

Se calcula el área superficial del segundo filtro: 406.94 m3 2.0m

V H

A

203.47 m2

Calcular el diámetro de la segunda etapa:

D

1 4 207.47 m2 2

1 4 A 2

16.10m

D

17m

Se recalcula el área y la altura de la forma: 17m2 4

A1

H

V A

226.98 m2

406.94 m3 226.98 m2

1.79m

Calcular la carga hidráulicasuperficial y volumétrica: 3

CHS

1 R2 Q A2

2000 m dia 226.98 m 2

1 2.0

26.43

m3 dia m 2

14.74

m3 dia m3

3

CHV

1 R2 Q V2

2000 m dia 406.94 m3

1 2.0


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Se calcula la carga orgánica superficial y volumétrica:

COS

COV

DBO(afluente) Q (1 E1) A2

3 g 2000 m 180 3 1Kg (1 0.67) dia m 226.98 m2 103 g

DBO(afluente) Q (1 E1) V2

3 g 2000 m 180 3 1Kg (1 0.67) dia m 406.94 m3 103 g

0.53

KgDBO dia m2

0.29

KgDBO dia m3

Por último se calcula el volumen total de los dos filtros:

VT

V 1 V 2 135.65 m3 406.59 m3 542.59 m3

Bajos estas condiciones tenemos que las dimensiones de los dos filtros son:

D (m) H (m)

Filtro 1 10,0 1,75

Filtro 2 17,0 1,79

Los planos completos de los filtros, se presentan en los anexos, al final del informe.

2.3.2. Sedimentador intermedio

La sedimentación es una operación unitaria dentro de los procesos de tratamiento de aguas que tiene como finalidad el remover los sólidos suspendidos que el agua pueda contener.Los sólidos en suspensión sedimentables son aquellos que por acción de la gravedad se separan del seno del líquido y son arrastrados hacia el fondo del tanque sedimentador, donde pueden ser separados del agua a la cual se desea darle tratamiento para remoción de dichas partículas.

Los sólidos sedimentables son aquellos que tienen una densidad mayor a la del líquido donde se encuentran (generalmente agua) y su remoción del agua o líquido a tratar es deseable por razones estéticas y de calidad bacteriológica del agua que se pretende consumir.


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Aún y cuando teóricamente deben separarse todas las partículas más densas que el líquido que contiene dichos sólidos, la eficiencia del proceso de remoción es generalmente baja ya que en el proceso de separación están involucrados otros factores como corrientes de turbulencia y de desestabilización de la cama de lodos, etc.

Diseño del Sedimentador intermedio

Tenemos que: Q

3513

m3 dia

40,65

l s

Calcular el área con caudal y tasa máximos: m3 (3) dia m3 40 dia m 2

3513 Am ax

263,48 m 2

Calcular el diámetro 1

1

D

4 A

2

4 562.50 m

2

2

18,32m

Verificar le diámetro:

D min

l m3 3 1000 3 dia m l s 2 86.400 s m dia

3513

Q max qV max

19.45m

D min

20m

Calcular la longitud del vertedero:

LVERTEDERO

D

20m

62,83m

Calcular tasa lineal del vertedero: m3 l 3 1000 3 dia m 131.95m 86400s

7500 qVERTEDERO


2,94

l s m

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Calcular tasa máxima del vertedero: m3 3 dia (42m) 2 4

3513 q max

20.12

m3 dia m 2

Escoger profundidad útil: H

2m

Calcular volumen útil: 2m (20m)2 4

H D2 4

V

8000m3

Calcular el tiempo de retención: t

2770.88 m3

V Q

0.2277dias

m3 7500 dia

5,5horas

Las dimensiones de los sedimentadores son: D (m) L (m) H (m)

18,32 62,83 2,0

El plano del sedimentador se presenta en los anexos, al final del informe.

2.3.3. Sedimentador secundario

El sedimentador secundario se coloca para que el tratamiento de agua residual sea óptimo. En general, consiste en lo mismo que el sedimentador primario.

Diseño del Sedimentador secundario

Se tiene: Q

3513

m3 dia

40,65

l s


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Calcular el área con caudal y tasa media: m3 dia m3 24 dia m 2 3513

Aˆ

146.38 m 2

Calcular el caudal máximo afluente Qmax

(1 2) Q

3 10.000

m3 dia

10.540

m3 dia

Calcular el área con caudal y tasa máxima:

30.000 Am ax

m3 dia

175,7 m 2

3

60

m dia m 2

Calcular el flujo máximo de sólidos:

Q S max

30.000

Q max C s

Kg m3 3 dia m3

10540

Kg dia

Calcular el área con caudal y tasa de sólidos: Kg dia Kg 245 dia m 2 90.000

AS max

43,02 m2

Se escoge la mayor área, que en este caso es: A 175,7 m2

Se calcula el diámetro del sedimentador:


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Verificar el diámetro para el vertedero:

L min

Q max

D min

qV max

D min

Q max qV max

3 l 30.000 m 1000 3 dia m l s 4.56 86.400 s dia

24.56m

Calcular el volumen útil:

V

A H

4m (26m)2 4

H D2 4

706,86 m3

Calcular el tiempo de retención:

t

V Q

706,86 m3

0.2012dias

m3 3513 dia

4,90horas

Y por último se calcula la longitud, de la forma:

LVERTEDERO

D

26m

47,12m

Las dimensiones de los sedimentadores son: D (m) L (m) H (m)

18,32 47,12 4,0

El plano del sedimentador se presenta en los anexos, al final del informe


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3. TRATAMIENTO DE LODOS Los principales constituyentes del agua residual eliminados en las plantas de tratamientoincluyen basuras, arena, espumas y lodo. El lodo extraído y producido en las operaciones yprocesos de tratamiento de las aguas residuales generalmente suele ser un líquido o líquido – semisólidocon gran contenido en sólidos entre el 0.25 y el 12 % en peso. El lodo es, pormucho, el constituyente de mayor volumen eliminado en los tratamientos. Su tratamiento yevacuación es, probablemente, el problema más complejo al que se enfrentan los ingenierossanitarios. El lodo está formado principalmente por las sustancias responsables del carácterdesagradable de las aguas residuales no tratadas. La fracción del lodo a evacuar, generada enel tratamiento biológico del agua residual, está compuesta principalmente de materia orgánica,y sólo una pequeña parte del lodo está compuesta por materia sólida.

Los lodos separados en el sedimentador primario y aquellos producidos en el tratamientobiológico deben ser estabilizados, espesados y desinfectados antes de ser retirados del sitio detratamiento. A continuación se analizarán procesos que se utilizan para reducir el contenidode agua y materia orgánica del lodo, y se utilizan además para acondicionar el fango para sureutilización o evacuación final.

3.1. Pretratamiento El proceso de pretratamiento de lodos se hace para conseguir dos cosas principalmente, la primera es la estabilización para conseguir una degradación controlada de sustancias orgánicas y eliminación del olor, y la segunda es para lograra una reducción del volumen y el peso

3.1.1. Almacenamiento Los tanques de digestión anaerobia pueden ser cilíndricos, rectangulares o con forma de huevo. La implantación de tanques ovalados ha ido creciendo en los últimos años en Estados Unidos y en México mientras que su uso es muy común en Europa. El objetivo del diseño de los tanques ovalados es eliminar la necesidad de limpiar los tanques. En la parte inferior del tanque, las paredes forman un cono de inclinación suficientemente pronunciada para evitar la acumulación de arenas. Otras ventajas de estos tanques son el mejor mezclado, mejor control de la capa de espumas, y las menores necesidades de superficies. Se pueden construir de acero o de hormigón armado.


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Para determinar las dimensiones del tanque, se debe calcular el volumen de agua residual máximo, que se va a almacenar por día. El volumen de almacenamiento para el diseño de un tanque almacenador, se puede calcular tomando como referencia un 25% a 28% del caudal medio diario:

Donde:

Entonces, despejando valores y convirtiendo el resultado en metros cúbicos que:

, tenemos

Por lo tanto las dimensiones del tanque serían:

Dimensión Altura (H) Diámetro (D)

Medida (m) 4,55 16,0

3.2. Espesamiento Mediante el espesamiento de los lodos se consigue una reducción del volumen de aproximadamente un 30 – 80 % antes de cualquier otro tratamiento. En plantas de tratamiento de menor tamaño, con alimentación regular de lodo, el espesamiento tiene lugar generalmente directamente en el tanque de almacenamiento de los lodos. El lodo es comprimido en la base del tanque mediante gravedad, mientras en la parte superior se produce una capa de agua que se extrae y recircula nuevamente.

En las plantas de tratamiento de mayor tamaño, existen tanques especiales de espesamiento de lodos. Estos tanques están equipados con rodillos de rotación vertical, que crea micro canales en el lodo para un mejor escurrido. La importancia de las maquinas de espesamiento tiene lugar en aquellos lodos no estabilizados, que pueden pudrirse durante el almacenamiento.


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3.2.1. Espesamiento por gravedad

Se lleva a cabo en un tanque de diseño similar al de un tanque de sedimentación convencional. Generalmente se utilizan tanques circulares. El lodo diluido se conduce a una cámara de alimentación central. El lodo alimentado sedimenta y compacta, y el lodo espesado se extrae por la parte inferior del tanque. El lodo espesado que se recoge en el fondo del tanque se bombea a los digestores, mientras que el sobrenadante que se origina, se retorna al sedimentador primario. El espesado por gravedad resulta más efectivo en el tratamiento del lodo primario.

Se calcula de modo similar al cálculo del sedimentador primerio, por lo tanto se tiene el siguiente caudal de diseño: Qˆ

3513

m3 dia

SE calcula la profundidad útil:

H

30m;

qv

max

4.5

L Q max ; s m Qˆ

3.0

Se calculan las tasas máximas: Qˆ qˆ

Qˆ max qˆ max

Aˆ

Aˆ p

m 3513 3 dia m3 36 dia m2

max

97,6 m2

m 3513 3 3 dia m3 90 dia m2

117,1m2

Se calcula el área superficial: A

D

D2 4 1 4 A 2

1 4 117,1m2 2


12,21m

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Se verifica el diámetro mínimo y definitivo:

L min

D min

Lv min

1 4 A 2

D

qv

Q max max

L min

22500 103 4.5 86400

Q max

L min

57.87m

qv

D min

Q max

D min

qv

max

D min

8,63m

D

m3 dia

L 3.0 103 m3 L s 4.5 86400 s m dia

3513 max

15.0m

Se recalculan todos los parámetros: D2 4

A

3513 qˆ

m3 dia

176,72 m

3513 qˆ max

m3 m3  36 2 dia m dia m 2

19,88

2

m3 dia

3.0

176,72 m2

59,64

m3 dia

m3 dia m2

L 3.0 103 m3 s 47,12m 86400 dia

3513 qv

176,72 m2

Q max Lv

2,59

m3 dia m2

90

L m s

 4.50

L m s

Se vuelve a calcular el volumen útil:

V

A H

H D2 4


3.0m (15.0)2 4

530,14 m3

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Por lo tanto las dimensiones del sistema de espesamiento por gravedad son:

Dimensión H D Lv

Medida (m) 3,0 15,0 47,12

El plano completo del espesadorse presenta en los anexos, al final del informe.

3.3. Deshidratación Una mayor reducción de lodos es necesaria antes de la evacuación de los mismos. El líquido de los lodos tiene que drenarse consiguiendo un lodo seco y poroso. La deshidratación puede producirse de manera natural (mediante camas secas, secado solar), durante un largo periodo de tiempo. Más rápidamente, aunque en más pequeñas cantidades (y también más costoso) son las máquinas de proceso como las prensas (filtros de prensa) y centrifugación. Para una buena deshidratación, el tamaño y firmeza de los aglomerados del lodo son un factor importante, de manera que el lodo permanezca poroso durante la compresión. Se suele utilizar floculantes para alcanzar mayores niveles de materia seca en las máquinas de deshidratación y deben ser especialmente coordinado con el lodo.

3.3.1. Lecho de secado

Las dimensiones del lecho de secado, es encontraron mediante la aplicación del software de aqualimpia, y las medidas encontradas fueron:

Geometría de lecho de secado Dimensión Medida Longitud (L) 34,0 m Ancho (A) 21,6 m Alto (H) 3,20 m Área (A) 734,4 m2 Profundidad del lodo (p) 0,203 m También se encontró el tiempo total que el lodo debe estar sometido a llenado y secado, y se encontró que:


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Tiempo total (llenado + secado)

42,5 días

Y por último, encontramos los valores de aire requerido para esta operación, por lo que tenemos:


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CONCLUSIONES

El acceso al agua potable y saneamiento en Colombia y la calidad de estos servicios ha aumentado significativamente durante la última década. Sin embargo, aún quedan desafíos importantes, incluso una cobertura insuficiente de los servicios, especialmente en zonas rurales y una calidad inadecuada de los servicios de agua y saneamiento. Por lo que se hace necesario hacer una concientización sobre estos, especialmente sobre el saneamiento, dado que la mayor parte de los municipios no ven viable económicamente tener una planta de tratamiento de aguas residuales, pero ambientalmente el costo es muy alto al verter las aguas residuales directamente sobre las fuentes de agua,lo cual no se convierte solamente en un problema medio ambiental, sino también de salud, con lo cual se contaminan e imposibilita que municipios ubicados en partes más bajas puedan aprovechar este recurso.


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BIBLIOGRAFÍA

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Metcalf y Eddy. Ingeniería de aguas residuales. McGraw-Hill. Madrid, España. 1981. Notas de Clase de Alcantarillados. Universidad Nacional de Colombia. 2011-I.

Pérez Parra, Jorge Arturo. Acueductos y alcantarillados. Universidad Nacional de Colombia, 2002.

Ramalho, Rubens. Tratamiento de aguas residuales. Editorial Reverté. Quebec, Canada. 1987.

Silva G, Luis. Diseño de acueductos y alcanatrillados. Editorial Iberoamericana. Bogotá d.c. 1994.

Ven Te Chow. Hidráulica de canales abiertos. Editorial McGraw-Hill. Interamericana s.a. Santa Fe de Bogotá, Colombia, 2004.


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ANEXOS A continuación se muestran los siguientes planos:

RED DE ALCANTARILLADO DISEÑO DE POZOS DE INSPECCIÓN REJILLAS CANALETA PARSHALL SEDIMENTADOR PRIMARIO FILTRO 1ª ETAPA SEDIMENTADOR INTERMEDIO FILTRO 2ª ETAPA SEDIMENTADOR SECUNDARIO ALMACENAMIENTO DE LODOS ESPESAMIENTO DE LODOS POR GRAVEDAD LECHO DE SECADO DE LODOS


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DISEÑO DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO Y PTAR

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