DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DATOS PARA EL PROYECTO PARAMETRO
UNID
Población Año de muestreo pH campo pH laboratorio Tº de campo Tº de laboratotio DQO DBO Sólidos totales Sólidos suspendidos Coli Total Coli Fecal
Hab
ºC ºC mg/l mg/l mg/l mg/l N/100 ml N/100 ml
CALCULO DE LA POBLACION FUTURA
M. Aritmético
Pf = PO * ( 1 + i*t 100
)
Pf = 6700 * ( 1 + 6.16*37 ) 100 Pf = 21971 hab.
M. Geométrico Pf = PO * ( 1 + i )t 100
Pf = 6700 * ( 1 + 6.16 )37 100 Pf = 61183 hab.
M. Wappaux
VALOR
6700 1996 8,17 7,3 16 13 375 206 1702 225 9.3*10^7 4.0*10^7
Pf = PO * ( 200 + i*t ) 200 - i*t Pf = 6700 * ( 200 + 6.16*37 ) 200 - 6.16*37 Pf = 102414 hab.
CALCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO Q = Pf * Dot * % C 1000 Q = 102414 hab * 150 l/hab.dia * 0.80 1000
Q d = 12290 m3/ dia
Q d = 0.142 m3/ seg.
Q d = 142 l / seg.
1.-DISEÑO DEL CONTROL DEL CAUDAL DE DISEÑO Q d = 0.142 m3/ seg. Se utiliza un orificio un orificio sumergido de pared delgada: V = Cv *
2* g* H
DONDE: Cv = coeficiente para este tipo de orificios = 0.82 g = gravedad 9.81 m/ seg 2. H = lamina del agua sobre del orificio = 0.25 m Utilizando la ecuación de continuidad :
V=
Q A CALCULAR EL AREA DEL ORIFICIO A =
Q
Cv *
2* g* H 0.142 m3/ seg.
A =
0.82 * 2* 9.81 m/ s2 *0.25 m A=0.078 m2 A = 780 cm2
CALCULAR EL AREA DEL ORIFICIO A =
∏*D
2
4 D =
A*4 ∏
D =
780 cm2 * 4 ∏
D = 31.5 cm D = 12.4 plg. Se adopta D= 14 plg.
2.- DISEÑO DEL CANAL DE ENTRADA DATOS: n = 0.013 para revestimiento de concreto v = 0.3 – 0.6 m/s Q d = 142 l / seg. L = 3m (dato adoptado)
-
Por la ecuación de continuidad Q=V*A A=
Q V
A = 0.142 m3/ seg. 0.6 m/s
-
A = 0.24 m2 Se asume un ancho de canal de 0.50 m A=Y*b Y=
A b
Y=
0.24 m2 0.5 m
Y = 0,48 se adopta 0.5 m Y = 0.5 m y se considera 20 cm para que no trabaje a canal lleno Y = 0.5 m + 0.20 m Y = 0.7 m
CALCULO DE LA PENDIENTE DEL CANAL
S=
Q 2* n2 A2 * Rh4/3
Rh= A/ P P = b + d+d P = 0.5 + 0.70+0.70 P = 1.9 m Rh = 0.24 m2 / 1.9 m Rh = 0.13 m
S=
(0.142 m3/ seg. )2* (0.013)2 (A = 0.24 m2)2 * (0.13)4/3
S = 0.00089 % CALCULO DE hf del canal
hf = S * L ( L se adopta de acuerdo a especificaciones técnicas y es = 2m) hf = 0.00089* 2 hf = 0.00178 m hf = 1.78mm
0.20 m 0.70 m
0.50 m
0.5 0 m
1.-DISEÑO DE LA REJILLA DATOS Φ = 45
O
e = 2 cm; 0.02 m d = 2.5 cm; 0.025 m b = 0.50 m V= Velocidad (0.4 < v < 0.75)
E= Eficiencia de la rejilla Au= Area útil de la rejilla At= Area total H= Altura de la rejilla b = ancho de la rejilla d = distancia entre las varillas de la rejilla e = grosor de las varillas
Q (m3/s)
h (m)
At (m2)
Au (m2)
V (m/s)
0.142
0.7
0.43
0.24
0.6
E=
E=
d d+e 2.5 cm 2.5cm + 2cm
E = 0.56
Au =
Au=
Q V 0.142 m3/ seg. 0.6 m/seg.
Au = 0.24m2
At =
Au E
At=
0.24m2 0.56
At = 0.43 m2
h=
h=
Au b
(altura del tirante del flujo del canal)
0.24 m2 0.5m
h = 0.48m ht= (altura del canal) ht = 0.48m+ 0.20m ht = 0.68m ht = 0.70m
Calculo del número de espacios
ne = b/d
ne = 0.5m/0.025m ne = 20 espacios
Calculo del número de barras nb= ne + 1 nb= 20 esp + 1 nb= 21 barras
h =0.7m
b = 0.50m
e =2cm
ϴ
d = 2.5cm
30o< 80o
Calculo de la velocidad atraves de la regillas
V=
Q A
V=
0.142 m3/s 0.24 m2
V=
0.6 m/s
Perdida de carga en la regilla
Hf =
1 * 0.7
V2 – v2 2g
Hf =
1 * 0.7
(0.6)2 – (0.4)2 2(9.81)
hf = 1.43 *(0.010) hf = 0.015m
CONCLUCIONES
La rejilla estará inclinada con respecto al piso del canal donde se instalan y puede ser de dos tipos generales: de limpieza manual y de limpieza mecánica
Las rejillas de cribado serán de limpieza manual tendrán una inclinación de 45° con la horizontal. evitando obstrucciones por materiales gruesos que traigan el agua residual sin tratar. se diseñaran rejillas de 10mm. y espaciamiento de 20mm. De tal manera que en esta unidad se trate de evitar en lo posible la entrada de papeles, ramas pequeñas, etc.Con el fin de proteger las operaciones posteriores de pretratamiento, se propone la operación de cribado para la cual se utilizará una rejilla de limpieza manual, con una inclinación de 45º.Considerando que el tipo de basura acarreada por el afluente es de tamaño medio, se seleccionó una separación entre barras de 20 mm (2.0 cm), y un espesor de las barras (circulares) de 10 mm. El parámetro fundamental
en la comprobación de rejillas es la velocidad de paso del agua entre los barrotes, la cual debe mantenerse entre 0.40 m/s y 0.75 m/s(basado en el caudal medio)
Se cuenta con una rejilla de cribado medio con las siguientes especificaciones:
• Diámetro de barra: 1cm • Separación entre barras es de 2cm para que las sustancias impermeables no lleguen
a provocar alteraciones . • altura de rejilla: 0.5m • Ancho de rejilla: 90cm
2.-DISEÑO DEL DESARENADOR Datos
A = 1.5 b2 Q d = 0.142 m3/ seg. V = 0.6m/s; 51840m/dia Q= Caudal (m3/s) Vh= velocidad horizontal (0.3 < V h 0.7) Vv= velocidad vertical (0.012< Vh 0.019) h = altura (m) hT = altura total (m) L = longitud (m) S= pendiente (%) a = ancho (dato adoptado según criterio )
Calcular el área del desarenador
A=
Q V
A=
12290m3/dia 51840 m/ dia
A = 0.24 m2
CALCULAR EL ANCHO ´´b´´ del desarenador
A = 1.5*b2
b=
A 1.5
b=
0.24 m2 1.5
b= 0.5 m
Calcular la altura del desarenador
h = 1.5 * b h= 1.5 (0.5m) h = 0.75 m
CALCULAR LA ALTURA TOTAL DEL DESARENADOR
ht = h +g ht = 0.75m + 0.15m ht = 1 m
CALCULO DE LA LONGITUD
L = Vh
* hT
Vv L=
0.3m/s 0.019m/s
* 1m
L = 15.7 m L= 16 m
CALCULO DE LA PENDIENTE
V = 1/n RH2/3S1/2 Donde: V= velocidad (0.3m/s) n = coeficiente de rugosidad (0.015 ) RH = radio hidraulico S = pendiente
Rh= A / perímetro mojado Rh = (0.5 * 0.75) / (0.75+0.5+0.75) = 0.188 Rh2/3 = (0.188) 2/3 = 0.329
V= 1 * Rh2/3 * S1/2 n S1/2 = n* v Rh2/3 S1/2 = 0.015 * 0.6m/s 0.329 S = 0.027
Desarenador de 2 unidades en paralelo
a = 0.50 m
a = 0.50 m
L= 16 m
CONCLUCIONES:
El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es 37 años contabilizando desde el año 1996
El número de unidades mínimas en paralelo es 2 para efectos de mantenimiento. En caso de caudales pequeños y turbiedades bajas se podrá contar con una sola unidad que debe contar con un canal de by-pass para efectos de mantenimiento.
El periodo de operación es de 24 horas por día.
Debe existir una transición en la unión del canal o tubería de llegada al desarenador.
Para asegurar la uniformidad de la velocidad en la zona de entrada. La cantidad de arena recogida en los desarenadores varía de forma muy importante en función del sistema de alcantarillado (unitario o separado), tipo de sumideros, grado de pavimentación de la zona, características de los terrenos y dela urbanización.
3.-DISEÑO DEL CANAL PARSHALL
Q mx= 142 L/S Qmd = 96 l/s Qmin = 48 l/s W = Tamaño de la garganta A = Longitud de la pared lateral de la sección convergente B = Longitud axial de la sección convergente C = Ancho del extremo de aguas debajo de la canaleta D = Ancho del extremo de aguas arriba de la canaleta E = Profundidad de la canaleta F = Longitud de la garganta G = Longitud de la sección divergente K = Diferencia de nivel entre el punto más bajo de la canaleta y la cresta N = Profundidad de la depresión en la garganta debajo de la cresta
Con el caudal se obtiene el ancho de la garganta del canal mediante el huso de las tablas que se presentan en el manual de Hidráulica de J.M. de Azevedo Netto y Guillermo Acosta Álvarez, 6ª Edición.
Q mx= 142 l/s
W=22.9 cm ; 9 pulg. ; 0.229 m
CALCULO DE LA ALTURA
K = 0.535 n= 1.530
H=
Q K
1/n
Para : Q mx= 142 l/s H=
0.142m 3/s 0.535
1/1.530
Hmx= 0.42 m
Para : Qmd = 96 l/s H=
0.096m 3/s 0.535
1/1.530
Hmd= 0.33 m
Para : Qmin = 48 l/s H=
0.048m 3/s 0.535
1/1.530
Hmin= 0.21 m
Q mx = Qmin
CALCULO DEL REZALTO HIDRAULICO
Hmin - Z Hmx - Z
Z= Q mx * Hmin - Qmin * Hmx Q mx - Qmin
Z= 0.142 * 0.21 – 0.048 * 0.42 0.142 - 0.048
Z= 0.103 m
CALCULO DE LA PENDIENTE
S = W * H2 S = 0.229 m * 0.33 S = 0.076 %
CALCULO DE LA PERDIDA DE CARGA (hf )
hf = 1/3 *H
hf = 0.33 * 0.42 hf = 0.14 m
Las dimensiones del canal parshall se estima por medio de las tablas
que se presentan en el manual de Hidráulica de J.M. de Azevedo Netto y Guillermo Acosta Álvarez, 6ª Edición. TABLA 1 : DIMENSIONES TÍPICAS DE MEDIDORES PARSHALL EN CM W
A B C D E F G 1 2.5 36.3 35.6 9.3 16.8 22.9 7.6 20.3 ˮ 3 7.6 46.6 45.7 17.8 25.9 38.1 15.2 30.5 ˮ 6 15.2 62.1 61.0 39.4 40.3 45.7 30.5 61.0 ˮ 9 22.9 88.0 86.4 38.0 57.5 61.1 30.5 45.7 1 30.5 137.2 134.4 61.0 84.5 91.5 61.0 91.5 1 45.7 144.9 142.0 76.2 102.6 91.5 61.0 91.5 2 61.0 152.5 149.6 91.5 120.7 91.5 61.0 91.5 3 91.5 167.7 164.5 122.0 157.2 91.5 61.0 91.5 4 122.0 183.0 179.5 152.5 193.8 91.5 61.0 91.5 5 152.5 198.3 194.1 183.0 230.3 91.5 61.0 91.5 6 183.0 213.5 209.0 213.5 266.7 91.5 61.0 91.5 7 213.5 228.8 224.0 244.0 303.0 91.5 61.0 91.5 8 244.5 244.0 239.2 274.5 340.0 91.5 61.0 91.5 305.0 274.5 427.0 366.0 475.9 122.0 91.5 183.0 10 Fuente: J. M. De Azevedo y Guillermo Acosta, Manual de Hidráulica ˮ
K 1.9 2.5 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 15.3
N 2.9 5.7 11.4 11.4 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 22.9 34.3
Q(l/s) 31.2 110.5 249.3 456.1 696.9 937.7 1428 1923 2425 2932 3439 3952
TABLA : MEDIDOR PARSHALL, VALORES DEL EXPONENTE ˝nˮ Y DEL
COEFICIENTE ˝Kˮ
W (pulg/pie)
N (m)
K Unidades
Unidades
metricas
americanas
3
0.076
1.547
0.176
0.0992
6ˮ
0.152
1.580
0.381
2.06
9ˮ
0.229
1.530
0.535
3.07
1
0.305
1.522
0.690
4.00
1
0.457
1.538
1.054
6.00
2
0.610
1.550
1.426
8.00
3
0.925
1.556
2.181
12.00
4
1,220
1.578
2.935
16.00
5
1.525
1.587
3.728
20.00
6
1,830
1.595
4.515
24.00
7
2.135
1.601
5.306
28.00
8
2.440
1.606
6.101
32.00
Por lo tanto entonces las dimensiones del canal son las siguientes:
W = 22.9 cm A = 88.0 cm B = 86.4 cm C = 45.7 cm D = 57.5 cm E = 61.0 cm F = 45.7 cm G = 61.0 cm K = 6.9 cm N = 17.1 cm Q mx= 142 L/S Qmd = 96 l/s Qmin = 48 l/s Hmd= 0.33 m Hmx= 0.42 m Hmin= 0.21 m
CONCLUCIONES:
Usaremos un W= 22.9 para entrar a la tabla 1, donde se utilizará el cuello de la garganta igual a 9 pulg.
Para el punto de medición con la descarga libre la única medida de carga H, es necesaria y suficiente para conocer el caudal, esta es hecha en la sección convergente en un punto localizado a 2/3 de la dimensión A. En este punto se puede medir el tirante de agua con una regla o se instala un medidor junto a la pared (en metros)
4.-DISEÑO DEL TANQUE IMHOFF
Pf = 102414 hab. Dot = 150 l/hab. Dia % C = 80% T = 16oC Cs = 1m 3/m2h Q= 12290 m 3/ dia
CALCULO DEL AREA SUPERFICIAL (m2)
As = Qm Cs As = 12290 24 As = 512 m2
CALCULO DEL VOLUMEN SUPERFICIAL (m 3)
Vs = Qm* TRH
Vs = 12290* 2
Vs = 24580 24 Vs = 1024 m3
W 1m
V2
h2
V1
h1 60o
CALCULO DEL ANCHO DEL SEDIMENTADOR
L W
= 4
L=4*W A=L*W A = 4 * W2 W=
A 4
W=
512 4
W=
11.4 m
CALCULO DE LA LONGITUD
A=L*W L=
L=
A W 512 11.4
L = 45 m
CALCULO DE h1
tang 60o =
h1 5.7 o h1 = tang 60 *5.7 h1 = 10 m
CALCULO DEL V1
45 m 11.4 m
V1 = ½ * h1 * W* L V1 = ½ * 10 * 11.4* 45 V1 = 2565 m3
CALCULO DE h2
V2 = W * h2 * L VT = V1 + V2 VT = V1+ W * h 2 * L h2 = VT + V1 W *L h2 = 1024 + 2565 11.4 * 45 h2 =
Diseño reactor anaeróbico de lodo fluidizado (RALF) Datos Pf = 102414 hab. Qd = 12290 m 3/día o 12290/24 h
Qd = 512m3/h
V = 0, 5 m/s o 0, 7 m/s As = Q/V
(512m/s)/ (0,5m/s) = 1024 m
As = 1024 m Ds = (4* As / π) ½ Ds = (4* 1024/ π) ½ = 36 m
redondeado = 40 m
Ds = 40 m As = ( π*Ds2 )/4 = 1257m2 Calculo de diámetro fondo del reactor Df 0 Di Reactor 45º h = 6 m adoptado Df (Ds – (2h))/ (tag 45º) = (40- 2*6/tag 45°) Df = 28 m Calculo del área del fondo del reactor (Af) Af = (π*Df 2)/4
= (π*282)/4
= 6,16 m2
Af = 6,16 m2 Calculo del área manto inferior Ami Ami = π/4 (0,75* Di) 2 =
π/4
(0,75* 28)2
Ami = 346,4 m2 Calculo del área manto superior Ams
Ams = π/4 (0,75* Ds) 2 =
π/4 (0,75* 40)
2
Ams = 452,4 m2 V s = Q/As = (512, 1 m3/h)/1024 m = 0, 50 m 3/h Vs = 0, 50 m 3/h Calculo de Velocidad de fondo Vf Vf = Q/Af
=
(512,1 m3/h) /616 m2 = 0,83 m2/h
Vf = 0,83 m2/h
Cálculos en el manto de lado Vmi = velocidad manto inferior Vmi = Q/Ami = (512,1 m3/h) /346,4 m2 = 1,5 m/h Vmi = 1,5 m/h Velocidad en el manto superior Vms Vms = Q/Ams = (512, 1 m 3/h) /452,4 m2 = 1,13 m/h Vms =1, 13 m/h
Verificasion
Q
Af
As
Ami
Ams
Vf
Vs
Vmi
Vms
m /h
m
m
m
m
m/h
m/h
m/h
m/h
512,1
616
1257
346,4
452,4
0,83
0, 50
1,5
1, 13
Calculando el volume del reactor h = 6 m adoptado V = h/3 (As + Af + (As*Af ) ½) = 6/3 (1257 + 616 + (1257*616) ½) = 5505,9
V = 5506 Calculo del número de difusores nd nd= (Af/2,5)
=
616 /2,5 = 246,4
nd= 247 Cámara de distribución Perímetro = (nd * 15 + nd*5)/100 = 3705 + 1235 = 49,4 P= 49,4 Diámetro cámara Dc Dc = P/π
= 49,4/π = 15,7
Dc= 16 Tasa de aplicasion DBO DATOS DBO = 3149 mg/lt = 41990 kg/día T DBO = Carga/Volumen = 41990 kg/día /5506 = 7,6 kg/día Remoción de DBO DBO5 = 3149 * 0,8 = 2519,2 kg/día es la cantidad que está removiendo y la diferencia es el DBO5 que queda (2519,2 - 3149)= 630 mg/lt DBO5 630 mg/lt Calculando el peso anual de lodo
Calculando volumen anual de lodo
Vol. Lodo = (95 * = 5120 70)/5 = 9729330 kg
Para sacar Vol. Anual lodo = 10071 m 3
el resultado / 360
Para el Vol. Diario de lodo = 28 m 3 Calculo del área necesaria para el secado de lodo Cámara de lodo = 0,30 adoptado
Adoptando para el lecho de secado el ancho 9m y largo 10 m = 90 m 2 entonces tendremos que construir 10 lechos = 90*10 = 900 m 2
Diseño de lagunas T° = 21 promedio en el chaco Datos DBO5 630 mg/ lt Diseño para laguna facultativa
Adoptamos la primera por ser la más crítica El área requerida para remover la DBO5 es:
Debido a que nos sale un tamaño muy grande hemos decidido diseñar tres lagunas paralelas de igual tamaño Datos
DBO5 630 mg/ lt
Para tres lagunas utilizamos los siguientes datos dividiendo todo entre tres Datos DBO5 = 210 mg/ lt
= 360
Según reglamento largo = 2 ancho Entonces
A = LW = 2W2
El área corregida será
Para una altura de 1,75 m según DINASBA el volumen es
41965 m3 41965 m3 Entonces el periodo de retención ( ⦵f) en la laguna es:
⦵
⦵ ⦵ Calculando la remoción de DBO5 usando corrección de carga según Yáñez
=274,6
Verificando la remoción de diferentes coliformes fecales en laguna facultativa
Kb = 0,90 /días De acuerdo a norma DINASBA La reducción largo/ancho = 2 = x Entonces:
Con estos valores calculamos la constante
⦵ = √ = 0,44 0,44
