El presente informe da a conocer la visita a una de las obras de hidráulica gracias a la cual el hombre puede hacer uso del agua para el consumo sin preocupación de alguna enfermedad o contaminación; se trata la planta de tratamiento de agua, en esta ocasión se ha visitado la planta de tratamiento de la ciudad de Jaén. Este tipo de estructuras están localizadas entre las instalaciones de captación de agua (embalses y pozos) y los depósitos y canalizaciones que la distribuirán por los hogares. Tienen como misión la eliminación de tres tipos principales de sustancias indeseables en el agua destinada al consumo humano:
Materia mineral.
Materiales orgánicos: fenoles, hidrocarburos, detergentes, residuos de pesticidas, etc.
Contaminantes biológicos: microorganismos, como bacterias, protozoos, virus, etc.
Para el diseño y cálculo de cada uno de los procesos de tratamiento de aguas para la ciudad de Jaén, se ha tenido en cuenta siempre que se cumpla con las Normas Técnicas del Reglamento Nacional de Edificaciones – RNE, en especial la Norma OS.020 – Plantas de tratamiento de agua para consumo humano.
En este informe se dara a conocer en primer lugar, fundamentos teoricos que se debe conocer para el mejor entendimiento de este tipo de estructuras hidráulicas, luego se dara una descripción general de nuestra visita de practica a la planta de tratamiento de la ciudad de Jaén, y finalmente finaliza con algunas conclusiones.
Visita de práctica a la planta de tratamiento de la ciudad de Jaén
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Conocer las diferentes estructuras hidráulicas utilizadas en la planta de tratamiento. Conocer que es una estación de tratamiento de agua potable. Conocer el método que se usa para el tratamiento de agua potable. Conocer las proporciones de sustancias que se utilizan para potabilizar el agua en la planta de tratamiento de Jaén.
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PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE. Es un Conjunto de estructuras en las cuales se trata el agua con el fin de remover totalmente los contaminantes microbiológicos presentes en el agua cruda y parcialmente los físicos y químicos de manera que se vuelva apta para el consumo humano. Existen diferentes tecnologías para potabilizar el agua.
TIPOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA Según el tipo de procesos procesos que las conforman:
Plantas de filtración rápida : Estas plantas se denominan así porque los filtros que las integran operan con velocidades altas. De acuerdo con la calidad del agua por tratar, se presentan dos soluciones dentro de este tipo de plantas: plantas de filtración rápida completa y plantas de filtración directa.
Plantas de filtración lenta: Una planta de filtración lenta puede estar constituida solo por filtros lentos, pero dependiendo de la calidad del agua, puede comprender los procesos de desarenado, presedimentación, sedimentación, filtración gruesa o filtración en grava y filtración lenta
Según la tecnología usada en el proyecto:
Plantas convencionales antiguas: Este tipo de sistema es el más antiguo en nuestro medio. Se ha venido utilizando desde principios del siglo pasado (1910 –1920). Se caracteriza por la gran extensión que ocupan las unidades donde se producen los procesos de tratamiento. Plantas convencionales de tecnología apropiada: Esta tecnología se empezó a desarrollar en la década de 1970 y se ha ido perfeccionando. Las unidades, ocupan una extensión que constituye el 25% ó 30% del área que ocupa un sistema convencional antiguo de la misma capacidad. Plantas de tecnología importada: Esta tecnología es importada de los países desarrollados y se caracteriza por considerar gran cantidad de equipos que pueden reducir los procesos del tratamiento haciendo de 2 a 3 procesos en uno solo.
SEDIMENTADOR.
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Estructura que cumple con las mismas funciones que el desarenador, sólo que en ésta estructura se albergarán a partículas más pequeñas que las tratadas en el desarenador; son de iguales características.
DESARENADOR. El desarenador tiene por objeto separar del agua cruda: El arena y partículas en suspensión gruesa con el fin de evitar se produzcan depósitos en las obras de conducción, proteger las bombas de la abrasión, y evitar sobrecargas en los procesos posteriores de tratamiento. Esta unidad se puede dividir en cuatro partes o zonas con fines descriptivos:
Zona de Entrada.- Consiste en una transición que une el canal o tubería de llegada de la captación. Tiene como función el conseguir una distribución más uniforme de las líneas de flujo dentro de la unidad, uniformizando a su vez la velocidad.
Zona de Desarenación.- La parte principal de la unidad consiste en un canal en el cual se realizan el proceso de depósito de partículas con pendiente en el fondo para facilitar la limpieza.
Zona de salida .- Conformada por un vertedero de rebose diseñado para mantener una velocidad que no altere el reposo de la arena sedimentada.
Zona de depósito y eliminación de la arena sedimentada .- constituida por una tolva con pendiente de 10% para impulsar el deslizamiento de la arena hacia un canal de 0.10m de alto por 0.30m de ancho, que facilita su salida a través de la compuerta de igual sección hacia la caja de desagüe.
Para el análisis en la planta de pre tratamiento se tendrá en cuenta el diámetro de la partícula para lo cual se analizara de la siguiente manera.
CRITERIOS DE DISEÑO:
(
)
-
Donde: Vs: Velocidad de sedimentación. g: Aceleración de la gravedad. s: Gravedad especifica o densidad relativa. Cd: Coeficiente de arrastre. d: Diámetro de la partícula.
Para: (FLUJO LAMINAR)
;
Se utilizara para cálculo del SEDIMENTADOR.
………………………..…… STOKES
Donde: Vs: Velocidad de sedimentación. D: Diámetro de la partícula.
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: Viscosidad cinemática.
Para: (FLUJO EN TRANSICIÓN)
;
Se utilizara para cálculo del DESARENADOR.
√ ⁄ ⁄ ……………. ALLEN Cd
Para: (FLUJO TURBULENTO)
;
Se utilizara para cálculo del DESRIPIADOR.
……………………. NEWTON Cd
MEZCLA RAPIDA Generalmente se compone de una caseta de dimensiones estándar: 1.00 x 1.00 x 1.20 m. a donde llegan las tuberías de conducción del caudal a tratar; al igual que el Aforador Parshall, aprovechará la turbulencia del agua para realizar la mezcla del floculador y el agua cruda. La dosificación del floculante cualquiera que sea el utilizado, sa sea Sulfato de Aluminio o Sulfato de Fierro está en función de la turbidez y del caudal a tratar. En algunos casos sólo será necesario aplicar Sulfato de Cobre para matar matar las algas y los microorganismos que el agua lleva consigo; esto se realiza en épocas de verano donde las aguas no llevan material en suspensión excesivo. El análisis de la turbidez se realiza por el método de jarras y haciendo uso de los Turbidímetros.
Tipos De Mezcladores. 1.
MEZCLADORES HIDRÁULICOS.- La mezcla hidráulica puede hacerse de varia formas, algunas plantas por ejemplo utilizan la conducción del agua, haciendo que esta salga a gran velocidad en la cámara de mezcla produciendo una fuerte turbulencia, los coagulantes deben inyectarse directamente en el tubo de conducción unos metros antes de llegar al tanque, en ángulo de 45° a 90°. Una forma sencilla de mezcla consiste en aprovechar la turbulencia producida por el medidor venturi o la canaleta parshall, adicionando el coagulante justo en el salto hidráulico, esto produce una mezcla completa.
CANAL PARSHALL, cumple doble finalidad de medir el caudal y efectuar la mezclarápidatiene un tiempo de retención de 1-2 segundos con la ventaja de que hidráulicamente es más estable, no hay cortos circuitos, no se requiere de energía eléctrica, pero por otro lado su principal desventaja es que todo el gradiente depende del gasto. Por lo tanto no podemos modificarlo.
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2.
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MEZCLADORES MECÁNICOS O RETROMEZCLADORES.- Se usan para hacer una mezcla instantánea. Aquí el agua es retenida en una cámara especial en donde se aplican los coagulantes, mientras se agita con una turbina, paleta giratoria o cualquier otro método que cree turbulencia. Ventajas: Flexibilidad de operación, nos permite controlar la energía disipada y el gradiente de velocidad. Requiere poco espacio.
Desventajas: Consumo de energía eléctrica. Requiere mayor cuidado en la operación.
LA FLOCULACIÓN Proceso de unir partículas coaguladas y desestabilizadas para formar mayores masas o flóculos, de modo de posibilitar su separación por sedimentación (ó flotación) y/o filtración del agua tratada. Es sin duda, el proceso más utilizado para la remoción de sustancias que producen color y turbiedad en el agua. La coagulación se refiere al proceso de desestabilización de las partículas suspendidas de modo que se reduzcan las fuerzas de separación entre ellas. En el caso de Floculadores el agua y el elemento químico reaccionan y las partículas de limo y arcilla se agrupan para decantarse después en el decantador. Los choques entre las partículas para promover su aglutinación se deben principalmente a:
Colisiones causadas por el movimiento de las moléculas por el movimiento o Browniano, debido a la energía térmica. Colisiones causadas por el movimiento del agua.
Tipos de floculadores. Hidráulicos.- Estos pueden ser de flujo horizontal o vertical. a) Floculadores hidráulicos de flujo horizontal.- En ellos el agua circula con un movimiento de vaivén. Son más recomendables para pequeños caudales , las pantallas pueden ser de madera o de lámina asbesto-cemento.
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b) Floculadores hidráulicos de flujo vertical.- La corriente de agua sube y baja sucesivamente a través de las pantallas. Pueden aplicarse a caudales mayores , pueden ser más profundos ( de 4 m o mayores). Las unidades de flujo vertical son una solución recomendable para plantas de capacidad mayor de 50 litros por segundo.
c) Floculadores mecánicos.- Los floculadores mecánicos utilizan energía de una fuente externa, normalmente un motor eléctrico acoplado a un intercambiador de velocidades, haciendo posible de esta manera la modificación de la intensidad de agitación. Los floculadores mecánicos pueden ser de paletas o turbinas. Los floculadores mecánicos de paletas a su vez pueden ser de paletas verticales y horizontales.
d) Floculación en Manto de Lodos Desde hace mucho se ha observado que el lodo recién coagulado tiene la propiedad de precipitar partículas en suspensión. Normalmente estas unidades reúnen en un único tanque la floculación y la decantación en flujo vertical. Pueden ser cuadrados, rectangulares o circulares en planta, con el fondo de las paredes verticales o inclinadas. Esa turbulencia es gradualmente disipada en el manto de lodos, cuya tendencia es sedimentar en el sentido contrario al flujo del agua, causando aglutinación de flóculos por contacto entre ellos. Con el aporte de nuevas partículas traídas por el agua cruda y del coagulante aplicado para desestabilizarlas, el manto tiende a expandirse vertiendo hacia el concentrador, desde donde es drenado periódicamente a través de una válvula accionada manualmente o por temporizador, a fin de mantener la concentración óptima del manto de lodos y su estabilidad.
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e) Floculación en medio poroso (floculadores de piedras) Los floculadores de piedra son una alternativa de proyecto simple y barata para pequeñas estaciones de tratamiento. El problema que se verificó en algunas instalaciones consistió en la acumulación de sólidos en los poros, inclusive en arena fina y arcillas, de difícil limpieza
DECANTACION Los decantadores son estructuras encargadas de retener en su fondo los flóculos formados al añadirle al agua elementos químicos para formar los flóculos. Tienen las sgtes partes:
Zona de Entrada.- Permitirá la distribución uniforme del flujo dentro del decantador. esta zona comprende un vertedero y la cortina de distribución que puede ser una pantalla de orificios. Zona de Salida.- Conformada por una estructura rectangular con volumen y por consiguiente con longitudes adecuadas para le sedimentación de los flóculos. Zona de Salida.- Constituida por un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la finalidad de recolectar al afluente sin perturbar la sedimentación de las partículas. Zona de Recolección de Lodos.- Zona conformada por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados, una tubería y una válvula para una limpieza periódica.
Para esta zona se pueden presentar 2 soluciones: - Sedimentador convencional de forma regular y flujo horizontal, muy recomendado por su simplicidad. - Sedimentador laminar de flujo horizontal, cuya ventaja sobre el anterior es la de contar con mayor área de sedimentación por m2 de superficie, con lo que se consigue disminuir el tamaño de la unidad.
LA FILTRACIÓN Es una técnica, una técnica, proceso proceso tecnológico u operación u operación unitaria de separación, por separación, por la cual se hace pasar el líquido, el líquido, a a través de un medio poroso o medio filtrante que puede formar parte de un dispositivo denominado filtro, donde se retiene de la mayor parte de aguade.
Medios filtrantes a) Arena,.El tipo de arena a usar, su tamaño efectivo., el espesor de la capa de arena deberá ser de 1/3 del espesor total del lecho.
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b) Antracita,-La granulometría deberá seleccionarse de acuerdo al tamaño efectivo de la arena, de tal forma que no se produzca un grado de intermezcla mayor de 3. Para que esto se cumpla, el tamaño correspondiente al D90 de la antracita debe ser el triple del tamaño efectivo de la arena El espesor deberá ser 2/3 de la altura total del lecho filtrante, puede variar entre 0,50 y 1,0 m. Los filtros son las últimas estructuras que dan un Tratamiento Físico al agua; estos filtros pueden ser clasificados en:
a. Filtros Rápidos.- Por lo general éste tipo de filtros necesitan de energía para su funcionamiento. b. Filtros Lentos.- Este tipo de filtros contiene como lecho filtrante a cualquier material estable; en Plantas de Tratamiento de Agua Potable es usual tener como material granular a la arena, por ser más barata, inerte y durable. Un filtro lento consta básicamente de: -
Un tanque que contiene un volumen de agua.
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Un lecho de arena.
-
Una capa soporte.
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Dispositivos de control y regulación del filtro.
c. Filtro Lento Modificado.- Esta estructura consta de un vertedero a la salida del afluente; tiene la función de establecer una altura mínima de agua sobre sobre él lecho filtrante. A medida que la colmataci6n aumenta en el lecho filtrante, la pérdida de carga se aumenta y consecuentemente la altura del agua sobre la arena hasta llegar a un nivel máximo, regulado por un vertedero de rebose que mantiene el caudal de entrada y la sección de la unidad constante.
DESINFECCION La desinfección en una Planta de Tratamiento es ya un proceso químico que se le da al agua haciéndola que sea capaz de ser consumida por los pobladores de una determinada ciudad. La desinfección es un proceso selectivo: no destruye todos los organismos presentes en el agua y no siempre elimina todos los organismos patógenos. Por eso requiere procesos previos que los eliminen mediante la coagulación, sedimentación y filtración. La desinfección se realiza con rapidez con: - Cal clorada (Ca 0 Cl2) - Hipoclorito de Sodio (Na 0 Cl) Los compuestos clorados aplicados al agua pueden ser dosificados y aplicados mediante: - Bombas desinfectadoras. - Hidroinyectores. - Equipos de montaje local (Hipoclorador de Sifón, Frasco de Mariote).
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Factores que influyen en la desinfección
Los microorganismos presentes y su comportamiento La naturaleza y concentración del agente desinfectante La temperatura del agua. La naturaleza y calidad del agua. El Ph El tiempo de contacto
Formas De Desinfección a) Sedimentación natural,- La sedimentación natural es un proceso por el cual se realiza la decantación de partículas en suspensión por la acción de la gravedad. La decantación natural del material fino, como limo y arcillas, ayuda a la remoción de las bacterias. b) Coagulación –floculación –sedimentación c) La filtración d) El calor,-Debido a la gran sensibilidad de los microorganismos a las temperaturas altas, la ebullición del agua es muy efectiva para su eliminación. e) La luz y los rayos ultravioleta,- La luz ultravioleta (longitud de onda correspondiente a la máxima acción microbicida = 254 nm) mata las bacterias. f) Agentes químicos
DESINFECCIÓN CON CLORO El cloro en forma líquida, gaseosa o de hipoclorito es el principal producto químico para destruir las bacterias en los suministros de agua, indudablemente es el método de desinfección más generalizado por las múltiples ventajas que ofrece: efectivo, económico y de fácil control. La dosis de cloro agregada el agua depende de la cantidad de impureza por eliminar y el residuo deseado de cloro en el agua. Una dosis de uno o dos mg/Lt. Suele ser suficiente para destruir todas las bacterias y dejar un residuo adecuado. En las corrientes de afluente de las plantas de tratamiento de agua, se mantiene un residuo de cloro de 0.1 ó 0.2 ppm. Con un factor de seguridad en agua mientras se envía al consumidor.
El día martes 15 de octubre del presente año salimos de visita de práctica a la planta de tratamiento de la ciudad de Jaén. El objetivo principal que se tuvo en esta visita de práctica fue conocer el funcionamiento de este conjunto de estructuras que conforman la planta de tratamiento de nuestra ciudad; además cabe señalar la importancia que tiene esta obra hidráulica para nuestra ciudad. La planta de tratamiento de y su captación de la ciudad de Jaén está ubicada en la salida de Magllanal (camino puente de la corona. A continuación se dará a conocer las diferentes estructuras de esta planta, mediante una descripción:
Desarenador: Está compuesta de 02 desarenadores paralelos, que tiene por función dejar precipitar por gravedad las partículas más pesadas sin la presencia de insumos químicos.
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Tanques de Solución Aquí podemos apreciar dos tanques en los cuales se preparan las sustancias químicas como Sulfato de Aluminio y Policloruro de Aluminio en forma independiente, para luego utilizarlos por medio de una tubería, en caso que el agua llegue turbia.
Canaleta Parshall
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Es un canal donde se lleva a cabo mezcla en forma rápida y homogénea la solución floculante y el agua, mediante una turbulencia producida por el salto hidráulico, sirve para medir el caudal. Al lado izquierdo se muestra la imagen de tubos con agujeros, las sustancias químicas como el sulfato de aluminio llega por este tubo y caen por los agujeros hacia la canaleta parshall. En el lado derecho se muestra la canaleta parshall.
Floculadores En esta estructura el agua tiene un flujo vertical y horizontal debido a unos baffles dispuestos en forma vertical, tiene por finalidad la formación de flóculos, facilitados por las pequeñas turbulencias que se forman al pasar el agua por los baffles. Periodo de retención (27 minutos).
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Decantadores Son de flujo vertical consta de cuatro decantadores paralelos de flujo laminar ascendente a los cuales llega al agua a través de una canaleta de distribución, ingresa por la parte inferior y va saliendo hacia la superficie, cuenta con pantallas inclinadas en su interior, cumple con la finalidad de impedir que los floculos formados en los floculadores, salgan a la superficie siendo retenidos en el fondo del decantador , permitiendo la salida del agua clara hacia la superficie, la cual es recolectada por unas canaletas y conducida hacia una cámara que abastece de agua a los filtros.
Filtros Estructura formada por ocho filtros con un lecho filtrante de antracita y arena y como soporte una capa de grava. Tienen la capacidad de retener todas las partículas que puedan llegar a esta unidad. Tiempo de retención (8 minutos).
CAMARA DE CONTACTO Consta de un laberinto en forma horizontal y tiene por finalidad mezclar en forma homogénea el Cloro gaseoso utilizado en la desinfección y el agua para posteriormente ser enviada a los distintos reservorios de la ciudad. A esta unidad ingresa el Cloro Gaseoso de 99.8% de pureza en una concentración técnicamente calculada de acuerdo a los caudales procesados y a la necesidad de desinfección. Al final de esta unidad se toma las muestras para el control de calidad. Tiempo de retención (8 minutos).
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Caseta de clorinacion. En esta caseta podemos apreciar el cloro y la forma como se proporciona de manera controlada el cloro para el agua. La proporción de cloro para el agua es de 1.1 gramos por m3 (1000 litros)
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Los procesos de mezcla, coagulación, floculación y sedimentación son bastante eficientes en la remoción de la mayoría de las bacterias, protozoarios y virus que se encuentran en el agua, debido a que estos microorganismos son partículas coloidales y por ello se encuentran sometidos al mismo mecanismo de remoción de los demás coloides.
La planta de tratamiento es un conjunto de estructuras en las cuales se trata el agua agua de manera que se vuelva apta para el consumo humano, a través de una serie de secuencias, con el fin de remover totalmente los contaminantes microbiológicos presentes en el agua, hasta llevarlos a los límites aceptables estipulados por las normas.
Se ha logrado la planta de tratamiento de Jaén, las estructuras la componen, el tipo función de cada una de ellas, y la gran importancia que toma es tipo de obra hidráulica en nuestra población.
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