DIMENSIONAMIENTO DIMENSIONAMIENTO FILTRO LENTO LENTO ARENA (FLA)
DISEÑO Parámetros iniciales: y
Para el diseño de los filt filtros ros lent os de arena la V F = 0.1 ± 0.3 m/s.
y
Altura sobre el lecho filtrante de 1.0 a 1.5 m
y
Las características de la arena: 1. Tamaño efectivo 0.15 Te 0.35 mm 2. Coeficiente de uniformidad Cu 2.0
y
Grava de soporte: 1. Capa superior grava = 0.10 ± 0.12 mm 2. Capa inferior Gravilla Grav illa = 2 ± 5 mm
y
Se debe notar que [m3/m2 -hora] = [m/hora]
Lecho de soporte: Camada Superior Segunda Tercera Inferior
Tipo Arena gruesa Gravilla fina Gravilla Grava
Diámetro de partícula (mm) 1-2 2-5 5 - 10 10 - 25
Espesor de la camada (mm) 50 50 5 20
Medio filtrante: Tamaño efectivo, d10 Coeficiente de uniformidad CU Altura del medio filtrante
0,15 ± 0,45 mm 1,5 ± 4,0 0,5 ± 0,7 m
Posterior a los filtros gruesos y para reducir al máximo la materia orgánica y el riesgo microbiológico (bacterias, virus y quistes), se diseñan los filtros lentos. La filtración lenta en arena presenta presenta la mayor eficiencia de remoción bacteriológica, bacteriológica, de igual forma, es el componente más vulnerable ante los picos de turbiedad, por lo tanto en la operación del sistema no se debe dejar dejar pasar lodo a los filtros lentos. El filtro lento consiste consiste de un tanque tanque con un lecho lecho de arena fina colocad o sobre un lecho de grava que constituye constituye el medio de soporte. soporte. Sobre el fondo del del filtro se encuentra encuentra instalada una tubería perforada la cual es utilizada como sistema de drenaje y recolección de agua filtrada tratada.
La entrada de agua a cada FLA se reali za a través de una ventana que funciona como orificio sumergido. DIMENSIONAMIENTO CAMARA DE FILTRACION Para el dimensionamiento se tendrán en cuenta los siguientes aspectos: 1. Caudal de Diseño: El caudal de diseño corresponde al caudal máximo diario igual a 7.2 L/s. 2. Para determinar la velocidad de filtración se tiene en cuenta las recomendaciones del RAS 2000, en donde sugiere que esta debe encontrarse entre 0.15 ± 0.3 m/h. 3. Área de Filtración Actualmente se encuentra construido los dos módulos de los filtros lentos de arena con las siguientes dimensiones: a. Modulo de filtdrado: y
Área Superficial (As):
Existen 2 módulos de filtración FGA: L
= 8.40 m.
b
= 6.30 m.
Área = (8.40m * 6.30m) = 52.92 m2 (Área de filtración por módulo Filtro Lento) Área Total = 2 * 52.92 m2 = 105.84 m2 (Área total Existente)
×
= 2.4 L/s
Calculando la velocidad de filtración:
ó
= 0.16 m/h
Dato dentro del rango de 0.15 ± 0.3 m/h recomendado por el RAS 2000. Asumimos una filtración de 0.2 m/h, la razón es que para una V = 0.16 m/h el tanque necesita un área demasiado grande. As = Qd / Vf Donde: As = Área superficial m 2 Vf = Velocidad de filtraci ón = 0.2 m/h = 0.000055 m/s Qd = Caudal de diseño QMD = 7.2 l/s = 0.0072 m 3/s
= 131 m2 > 105.84 m2
Por lo que hay necesidad de implementar otro módulo con las mismas características de los ya existentes.
El AFUTUA = será de 3 módulos de 8.40 x 6.30 x 3 = 158.76 m 2 y
Caudal del Filtro (Qf)
y
m /h = 2.4 l/s 3
= 0.16 m/h Cumple
Comprobando:
SISTEMA DE DISTRIBUCION, DRENAJE Y CAMARA DE LAVADO El agua filtrada es recogida a través de un sistema de tuberías en forma de peineta, que a su vez recogen el agua de lavado del filtro, construido en tubería PVC sanitaria perforada que se ubicará en el fondo del filtro. El cálculo del sistema se hace considerando la condición más desfavorable que se presenta cuando los múltiples funcionan como recolectores de aguas de filtrado. Para el cálculo del sistema de recolección se adopta una tasa de filtración de 0.3m/h, para est a condición el caudal será:
= 0.00441 m /s = 4.41 l/s 3
Diámetro y Número de Orificios Para la recolección de agua de lavado considerando un principal de 8.40 m de largo e instalando 8 laterales, el espaciamiento entre ellos será de 1.0m perforados con orificios de 5/8´ y el caudal por lateral (QL) será: QL = QLa / 8 QL = 4.41 / 8 = 0.55 l/s (Caudal para cada lateral) Ao =
/ 4
Para orificios de 5/8 ´
Ao = 1.98 x 10-4 m2
Do = 0.015875 m.
Asumiendo una relación RO = 0.0015
= 400 Número de orificios por lateral =
= 50
Se proyectan 50 orificios por lateral, ubicados en dos hileras de 25 orificios cada una formando un ángulo de 45° con la horizontal. La separación entre los orificios será de 0.25m entre ejes de orificios DL = (2 * n) 1/2 * Do DL = (2 * 25)1/.2 * 0.015875m = 0.11 m = 11 cm Se asume diámetro para lateral de 4´ Chequeo velocidad del caudal de filtración en la tubería:
12.56 pulg 2 = 0.0081 m 2
= 0.068 m/s < 0.5 m/s
El diámetro de la tubería principal del recolector se puede calcularse así: Dp = (2 * n) 1/2 * DL
n = 1 colector principal
DP = (2 * 1)1/2 * 4´ = 5.6´ Se adopta = 6´ Comprobación: RL = Área orificios / Área lateral = 0.4 ± 1.0 RL = 1.98 x 10 -4 * 20 / 8.10 x 10 -3 = 0.48
ok!
Rp = Área lateral / área principal = 0.4 ± 1.0 Rp = 8.10 x 10 -3 / 0.0182 = 0.44 ok! Área Colector lateral =
12.57 pulg
2
= 0.0081 m2
Por lo tanto se adopta un diámetro de 4´ para el lateral y un diámetro de 6´ para el difusor principal. SELECCIÓN DEL LECHO FILTRANTE Y SOPORTE Se adopta una Profu ndidad de lecho filtrante de 1.2 5 m, distribuido en 3 capas de grava con las especificaciones indicadas en la Tabla siguiente. Características del lecho filtrante . Capas
Longitud Cm.
Tamaño (mm)
Tamaño Mínimo (cm)
Arena fina Cu = 2 4 D10 0.35 0.55mm
100
0.35 - 0.55
0.035
Arena gruesa Du = 1 1.5 mm (gravilla)
5
1 - 1.5
1.0
Grava de soporte
20
12.7
1.27
TOTAL m
1.25
CALCULO DE PERDIDAS EN EL MEDIO FILTRANTE: La fórmula que emplearemos para las perdidas en las gravas de las diferentes capas será:
Donde: V=
Velocidad de filtración en cm/s
L=
Espesor de la capa en cm.
d = Diámetro mínimo del material filtrante en cm. V= 0.2 m/h = 0.0055 cm/s Do = 0.04 cm En la Tabla siguiente se muestran los cálculos realizados para determinar la pérdida de carga por el lecho filtrante . Hf =
0.0608 (0.0055 * 100) / (0.04) 2 =
20.900 cm
Hf =
0.0608 (0.0055 * 5) / (0.1 5)2 =
00.074 cm
Hf =
0.0608 (0.0055 * 20 ) / (1.95)2 =
00.002 cm
Donde:
L D NL AL VL
= longitud del tubo = diámetro, Para 4´ = Número de laterales = Área del lateral = velocidad (m/s)
= 6.00 m = 0.10 m = 8 und. = 0.0081 m2
= 0.68 m/s Reemplazando:
= 8.25 * 10 -3 = 0.0082 § 0.010m
P rdida por descar a en el principal:
Donde: L D AP VP
Longitud de tubo 8.2 m Diámetro, para 6" 0.15 m Área del principal 0.018 m2 Velocidad (m/s) Filtración principal
VP =
=
= 0.245 m/s
Reemplazando:
= 0.000975 m § 0.001m Perdida por accesorios: Las pérdidas por los accesorios en operación normal se presentan en la siguiente tabla:
Tabla de pérdidas por accesorios en la filtración Tipo de Accesorio Reducción de 6 x 4 CODO 90 TEE PASO DIRECTO 1 TEE PASO DIRECTO 2 TEE PASO DIRECTO 3 TEE PASO DIRECTO 4 TEE PASO DIRECTO 5 TEE PASO DIRECTO 6 TEE PASO DIRECTO 7 TEE PASO DIRECTO 8 Válvula de compuerta Tee Válvula de Drenaje Acoples de entrada Tubería SALIDA Hf-acc total
Cantidad
K-m
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1.56 1.8 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 20.0 20.0
Área (m2) Q (m3/s)
Velocidad (/s)
0,0004 0,0044 0,0044 0,0044 0,0044 0,0044 0,0044 0,0044 0,0044 0,0044 0,0044 0.0044 3 0.2 0.018 0.0044 6.0 0.018 0.0044 50.0 0.018 0,0044
1 1
0.008 0.018 0.018 0.018 0.018 0.018 0.018 0.018 0.018 0.018 0.018 0.018
0.245 0.245 0.245 0.245 0.245 0.245 0.245 0.245 0.245 0.245 0.245 0.245 0.245 0.245 0.245
Pérdida (m) 0.005 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.061 0.061 0.002 0.018 0.153 0.31
Resumen de las pérdidas en la operación normal del filtro: Medio
hf - m
Por
medio filtrante
0.210
Por
orificio
0.017
Por
tubería lateral
0.010
Por
tubería principal
0.001
Por
accesorios
0.310
Total
0.548
Otras pérdidas
0.200
Total Pérdidas
0.7500
Se adopta una pérdida de 0.75 m. Conjunto de dispositivos para re ulación, control y rebose de flujo: Válvula ³Tee´ para controlar entrada de agua pretratada y regular velocidad de filtración. y
Dispositivo para drenar capa de agua sobrenadante, ³cuello de ganso´. Conexión para llenar lecho filtrante con agua limpia.
Válvula para drenar lecho filtrante. Válvula para desechar agua tratada. Válvula para suministrar agua tratada al depósito de agua limpia. Vertedero de entrada. Regla calibrado de flujo. Vertedero de salida. Vertedero de excesos. CUADRO DE RESUMEN DE LAS COTAS DE LOS COMPONENTES CAMARA DE ENTRADA COTAS
Corona Cota: 2856.16
56.16
Fondo
55.26
Nivel Agua Entrada N.A
55.87
Nivel Vertedero de Entrada
55.88
Nivel de Grava N.Gr
55.86
Nivel Vertedero Rebose Fondo Vertedero Rebose
55.90 55.55
CAMARA DE LAVADO FILTRO Cotas Corona Cámara C.C.
56.16
Fondo Cámara C.F.
54.75
CAMARA DE LAVADO DE GRAVA Corona Cámara
55.41
Fondo Cámara
54.41
FILTRO GRUESO ASCENDENTE F.G.A. ENTRADA Cotas: Corona Vertedero Entrada
54.76
Entrada C.F. (Viene F. G. Di.)
54.16
Nivel de Agua N.A. Vert.
54.66
Fondo Canal Vertedero
54.46
CAMARA REBOSE Cotda Corona C.C.
54.76
Cota de Fondo C.F.
54.06
Corona de Rebose
54.65
CAMARA ENTRADA FILTRO Cotas: Corona Camara C.C.
54.76
Fondo C.F Nivel Agua Máximo N.A Max.
53.96 54.66
Nivel Agua Mínimo N.A.
54.46
CAMARA FILTRANTE Cotas: Corona Cámara C.C
54.66
Fondo C.F.
53.16
Nivel de Grava Max. N.Gr. Max
54.31
Nivel de Agua Filtro N.A
54.46
Nivel de Agua Max. N.A. Max.
54.56
CAMARA DE SALIDA VERTEDERO Cota: Corona Cámara Vertedero
54.46
Fondo Cámara Vertedero
53.86
Nivel de Agua Vert. N.A.
54.28
Corona Vert, Salida
54.26
CAMARA LAVADO FILTRO F.G.A. Cota: Corona Cámara C.C
53.46
Cota Salida Agua
51.96
Fondo Cámara C.F.
51.76
COTAS VERTEDERO TRIANGULAR Cotas: Nivel Fondo de Canal
54.46
Nivel Corona de Canal
54.76
Nivel Altrua h sobre Vert. N.A. Altrua Inicial Vertedero
54.654
54.56
FILTRO LENTO DE ARENA ENTRADA Cotas: Corona Vertedero Entrada
52.19
Entrada C.F. (Viene F. G. A.)
51.49
Nivel de Agua N.A. Vert.
52.09
Fondo Canal Vertedero
51.89
CAMARA REBOSE Cota Corona C.C.
52.19
Cota de Fondo C.F.
51.39
Corona de Rebose
52.09
CAMARA ENTRADA FILTRO Cotas: Corona Camara C.C.
52.09
Fondo C.F
50.99
Nivel Agua Maximo N.A Max.
51.89
Nivel Agua Mínimo N.A. Min.
51.23
CAMARA FILTRANTE Cotas: Corona Cámara C.C
52.11
Fondo C.F.
49.81
Nivel Max. De Agua N.A. Max
51.89
Nivel Min. De Agua N.A. Min. Nivel Lecho de Arena N.Ar.
51.24 51.06
Nivel Lecho Arena Min, N.Ar Min
50.66
CAMARA DE LAVADO DEL FILTRO Cotas: Corona Cámara C.C
51.24
Fondo Cámara C.F.
49.76
CAMARA DE SALIDA Cota: Corona Cámara Vertedero
51.24
Fondo Cámara Vertedero
50.62
Nivel de Agua Vert.
51.09
Corona Vert, Salida
51.08
COTAS VERTEDERO TRIANGULAR Cotas: Nivel Fondo de Canal
51.89
Nivel Corona de Canal
52.19
Nivel Altrua h sobre Vert. N.A. Altrua Inicial Vertedero
52.084
51.99
Calculo de La Cámara de Lavado de Arena V= A*H A= Área de raspado del filtro H=
Altura de raspado
A= 8.40 x 6.30 § 53.0 m2 H=
0.02 m
V= 53 * 0.02= 1.06 m3 / 0.50= 2.12 m3
.b= 2*a .a= (A/2)1/2 = 1.10m .b= 3.0m .h= 0.60m Pendiente= 10%
