Abastecimiento de agua alcantarillado I.
INTRODU INTR ODUCCIO CCION N Las actividades humanas dan lugar a la producción producción de una amplia gama de productos residuales, muchos de los cuales pasan al agua que actúa como vehículo de transporte y en consecuencia, ha de ser cuidadosamente cuidadosamente tratada antes de ser eliminada. Existe la necesidad de métodos para el tratamiento a bao costo de aguas residuales. Es importantísimo reali!ar un buen trabao considerando todas las posibles variables que puedan in"uir dentro del dise#o. •
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II. II .
III.
OBJET OBJ ETIVO IVOS S GENERAL: i. $ise#ar $ise#ar completa completament mente e la red red de alcant alcantarill arillado ado sanitar sanitario io ii. $ise#ar $ise#ar completa completament mente e la planta planta de de tratamien tratamiento to de aguas aguas residuales. ESPECIFICOS: i. $ise#a $ise#arr los los bu!on bu!ones es de de los los tramo tramos. s. ii. $ise#ar $ise#ar un cribado cribado,, un canal canal parshall, parshall, un desar desarenad enador, or, un separador de grasas, y las lagunas de estabili!ación. REVISION REVIS ION DE LITERA LITER ATURA Alcantarillado Sanitario
%e denomina alcantarillado &de alcantarilla, que procede del diminutivo hispano'(rabe al'q(n)ara, hispano'(rabe al'q(n)ara, *el puentecito+ o también red de alcantarillado, red de saneamiento o red de drenae al sistema de estructuras estructuras y y tuberías tuberías usado usado para la recogida y transporte de las aguas residuales y residuales y pluviales pluviales de de una población desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten al medio natural o se tratan tratan.. La red de alcantarillado se considera un servicio b(sico, sin embargo la cobertura de estas redes en las ciudades de países en desarrollo es ín-ma en relación con la cobertura de las redes de agua potable. potable . Esto genera importantes problemas sanitarios. $urante mucho tiempo, la preocupación de las autoridades municipales o departamentales estaba m(s ocupada en construir redes de agua potable, deando para un uturo inde-nido la construcción de las redes de alcantarillado. Actualmente Actualmente las redes de alcantarillado son un requisito para aprobar la construcción de nuevas urbani!aciones en la mayoría de las naciones.
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Abastecimiento de agua alcantarillado
:igura; Alcantarillado de 4arís 4arís.. Las redes de alcantarillado son estructuras hidr(ulicas que hidr(ulicas que uncionan a presión atmosérica, por gravedad. %ólo muy raramente, y por tramos breves, est(n constituidos por tuberías tuberías que que trabaan bao presión presión o o por vacío vacío.. 0ormalmente 0ormalmente est(n constituidas por canales canales de de sección circular, oval o compuesta, enterrados la mayoría de las veces bao las vías públicas. Sist!as d sana!into " drna#
Los alcantarillados pueden ormar sistemas de dos grandes tipos; •
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3edes unitarias; unitarias; las que se proyectan y construyen para recibir en un único conducto, me!cl(ndolas, me!cl(ndolas, tanto las aguas residuales &urbanas e industriales como las pluviales generadas en la cuenca o población drenada< y 3edes separativas; separativas; las que constan de dos canali!aciones totalmente independientes< independientes< una para transportar las aguas residuales domésticas, domésticas, comerciales comerciales e industriales hasta la estación depuradora< depuradora < y otra para conducir las aguas pluviales hasta el medio receptor.
Las redes de saneamiento surgieron en las ciudades europeas durante el siglo =1= en =1= en respuesta a los problemas sanitarios y epidemiológicos generados por la de-ciente evacuación de las aguas ecales. En aquel momento la mayoría de estas ciudades disponían ya de un sistema de cloacas cloacas destinadas destinadas a la evacuación de las aguas de lluvia, por lo que la conexión a éstas de las baantes de baantes de los edi-cios con-guró de origen redes de tipo unitario en la mayoría de los casos. $esde mediados del siglo == empe!aron == empe!aron a construirse redes separativas, tras la aparición de los primeros sistemas de depuración, y con base en los siguientes argumentos; •
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la separación reduce los costes de depuración y simpli-ca los procesos, puesto que el caudal tratado es menor y, lo que es incluso m(s importante, m(s constante< la separación reduce la carga contaminan contaminante te vertida vertida al medio receptor por los episodios de rebosamie rebosamiento nto del alcantarillad alcantarillado o unitario unitario..
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Abastecimiento de agua alcantarillado %iendo correctos los argumentos anteriores, existen también una serie de inconvenientes del alcantarillado separativo que desde -nales de los a#os 9??@ est(n reduciendo su uso, incluso en redes de nueva implantación &la separación de redes unitarias existentes pronto se vio como económica y técnicamente inviable; •
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debe existir un estricto control de vertidos para evitar que se acometan caudales residuales a la red de pluviales &que irían directamente al medio natural sin depurar y viceversa. Esto redunda en una explotación m(s complea y costosa de la red. El coste de instalación es, evidentemente, muy superior, en un rango de entre 9, y > veces la red unitaria equivalente. Las aguas pluviales urbanas no son aguas limpias, si no que est(n uertemente polucionadas, por lo que su vertido directo al cauce puede generar una contaminación apreciable. La separación completa implica redes interiores separativas en los edi-cios, con duplicación de las baantes. En este rente los problemas de control y los sobrecostes de instalación son aún mayores que en el viario. La red de residuales de una red separativa no se bene-cia de la auto limpie!a de los conductos en tiempo de lluvia, por lo que puede llegar a ser necesaria la descarga de caudales de agua limpia por la red, anulando sus ventaas de ahorro y e-ciencia.
Co!$onnts d %na rd d alcantarillado
4laca de registro de un po!o de alcantarilla. Los componentes principales de una red de alcantarillado, descritos en el sentido de circulación del agua, son; •
las acometidas, que son el conunto de elementos que permiten incorporar a la red las aguas vertidas por un edi-cio o predio. A su ve! se componen usualmente de;
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B
Abastecimiento de agua alcantarillado o
o
o
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una arqueta de arranque, situada ya en el interior de la propiedad particular, y que separa la red de saneamiento privada del alcantarillado público< un alba#al, conducción enterrada entre esa arqueta de arranque y la red de la calle< y un entronque, entre el alba#al y la red de la vía, constituido por una arqueta, po!o u otra solución técnica.
las alcantarillas &en ocasiones también llamadas *colectores terciarios+, conductos enterrados en las vías públicas, de peque#a sección, que transportan el caudal de acometidas e imbornales hasta un colector< los colectores &o *colectores secundarios+, que son las tuberías de mayor sección, recuentemente visitables, que recogen las aguas de las alcantarillas las conducen a los colectores principales. %e sitúan enterrados, en las vías públicas. los colectores principales, que son los mayores colectores de la población y reúnen grandes caudales, hasta aportarlos a su destino -nal o aliviarlos antes de su incorporación a un emisario. los emisarios interceptores o simplemente interceptores, que son conducciones que transportan las aguas reunidas por los colectores hasta la depuradora o su vertido al medio natural, pero con su caudal ya regulado por la existencia de un aliviadero de tormentas.
Aguas abao, y ya uera de lo que convencionalmente se considera red de alcantarillado, se situaría la estación depuradora y el vertido -nal de las aguas tratadas; •
mediante un emisario, llevadas a un río o arroyo.
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vertidas al mar en proximidad de la costa<
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vertidas al mar mediante un emisario submarino, llev(ndolas a varias centenas de metros de la costa< reutili!adas para riego y otros menesteres apropiados.
5tros elementos complementarios En todas las redes de alcantarillado existen, adem(s otros elementos menores; •
Las cunetas, rigolas y caces, que recogen y concentran las aguas pluviales de las vías y de los terrenos colindantes<
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C
Abastecimiento de agua alcantarillado •
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los imbornales o tragantes, que son las estructuras destinadas a recolectar el agua pluvial y de baldeo del viario< los po!os de inspección, que son c(maras verticales que permiten el acceso a las alcantarillas y colectores, para acilitar su mantenimiento.
D en un cierto número de ocasiones son necesarias otras estructuras m(s importantes; •
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estaciones de bombeo; como la red de alcantarillado trabaa por gravedad, para uncionar correctamente las tuberías deben tener una cierta pendiente, calculada para garanti!ar al agua una velocidad mínima que no permita la sedimentación de los materiales sólidos transportados. En ciudades con topograía plana, los colectores pueden llegar a tener proundidades superiores a C ' m, lo que hace diícil y costosa su construcción y complicado su mantenimiento. En estos casos puede ser conveniente intercalar en la red estaciones de bombeo, que permiten elevar el agua servida a una cota próxima a la cota de la vía. Líneas de impulsión; 6ubería en presión que se inicia en una estación de bombeo y se concluye en otro colector o en la estación de tratamiento. $epósitos de retención o también po!os o tanques de retención; estructuras de almacenamiento que se utili!an en ciertos casos donde es necesario laminar las avenidas producidas por grandes tormentas, allí donde no son raras &depósitos, tanques o po!os de laminación, o arcas de expansión< y donde es necesario retener un cierto volumen inicial de las lluvias para reducir la contaminación del medio receptor & depósitos, tanques o po!os de tormentas.
3E$ $E AL8A06A31LLA$5 %A016A315 El término alcantarillado hace reerencia de la recolección, tratamiento de residuos líquidos. Las obras de alcantarillado u obras de aguas de desecho incluyen todas las estructuras ísicas requeridas para la recolección, tratamiento y disposición. El agua de desecho, puede ser de-nido como agua negra, agua servida o agua residual, recayendo en esta ultima la generalidad de textos. El agua residual es el residuo líquido transportado por una alcantarilla, el cual puede incluir descargas domesticas e industriales, así como también aguas de lluvia, in-ltración y "uo de entrada.
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Abastecimiento de agua alcantarillado El agua residual domestica o sanitaria es aquella que se origina en los dispositivos sanitarios de instalaciones residuales< comerciales, industriales e institucionales. Los residuos industriales comprenden las descargas liquidas industriales tales como; manuactura y procesamiento de alimentos. El agua de lluvia es el "uo derivado de eventos de precipitación el cual es introducido deliberadamente dentro de alcantarillas con el propósito de ser transportadas. La in-ltración es agua que entra a las alcantarillas desde el suelo a través de las untas. El "uo de entrada es el agua que entra a las alcantarillas desde la super-cie, durante eventos de precipitación, a través de -suras en el sistema, a través de conexiones de teado y drenae de sótanos. La alcantarilla es una tubería o conducto en general cerrado, que normalmente "uye a medio llenar, transportando aguas residuales. La alcantarilla 85FG0 sirve a todas las propiedades colindantes. La alcantarilla %A016A31A transporta aguas residuales sanitarias y es dise#ada para excluir aguas de lluvia, in-ltración y "uo de entrada, también pueden ser trasportadas en este tipo de alcantarillas residuos industriales, dependiendo de sus características. La alcantarilla 4L/21AL transporta agua de lluvia y cualquier otro residuo que pueda ser descargada en las calles o sobre la super-cie del suelo. La alcantarilla 85FH10A$A transporta tanto aguas residuales como agua de lluvia. •
La alcantarilla principal o alcantarilla maestra.
3ecoge el "uo de varias alcantarillas secundarias, pudiendo a llegar a conducir las aguas residuales en la condición de tubería llena. Las alcantarillas principales or!adas son alcantarillas presuri!adas que transportan aguas residuales de una estación de bombas a otra principal o a un punto de tratamiento o disposición. La alcantarilla interceptora se cru!a con otras alcantarillas para separar el "uo de tiempo seca el "uo de las aguas de lluvia que ellas pueden transportar. La alcantarilla de alivio es una alcantarilla que ha sido construida para llevar una porción del "uo en un sistema con capacidad inadecuada. La alcantarilla colectora -nal es una alcantarilla que transporta el residuo recogido en un punto de tratamiento o disposición. /012E3%1$A$ 4312A$A $EL 0536E 71ngeniería 8ivil
Abastecimiento de agua alcantarillado
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850%1$E3A8150E% IE0E3ALE%
La provisión de alcantarillado para un (rea urbana requiere un dise#o cuidadoso. Las alcantarillas deben ser adecuadas en tama#o y pendiente de modo que contengan el "uo m(ximo sin ser sobrecargadas y mantengan velocidades que impidan la deposición de sólidos. Antes de comen!ar el dise#o, se debe estimar el caudal y las variaciones del caudal. Adem(s se debe locali!ar cualquier estructura subterr(nea, incluyendo otros servicios que puedan intererir con la construcción. Las aguas residuales o negras una ve! que entran a las alcantarillas son responsabilidad de la comunidad. El peligro potencial para la salud y el ambiente, planteado por las aguas residuales crea tantas responsabilidades legales como -nancieras para la comunidad y hace de la construcción de algún sistema de alcantarillado un bene-cio mixto en muchos casos. •
%1%6EFA $E AL8A06A31LLA$5
Es el conunto de tuberías &que trabaan como canal, c(mara de inspección &po!o de visitas, planta de tratamiento, estaciones de bombeo y todas las instalaciones que sean necesarias para asegurar la conveniente evacuación de aguas negras. $icha red debe servir para toda vivienda construida así como para posibles !onas de expansión utura. Es importante de-nir las siguientes características de alcantarillado.
a Alcantarillado de %ervicio Local o %anitario. 8onormado por conexiones locales prediales estar( permitido unas tuberías de JK a 9K de di(metro, pero existe la posibilidad de emplear di(metros menores, siempre y cuando las consideraciones de dise#o lo permitan. b 8olectores. %on aquellas tuberías que reciben la descarga de (rea servidas por el alcantarillado del servicio local. c Emisores. /012E3%1$A$ 4312A$A $EL 0536E 71ngeniería 8ivil
Abastecimiento de agua alcantarillado %on las construidas por las líneas conductoras de las aguas negras hasta la instalación del tratamiento yMo hasta la disposición -nal •
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9 1ndependiente. En la canali!ación tanto de aguas negras como en la de aguas blancas &de lluvia, en orma independiente, es aconseable en; cuando existe de-ciencia económica, ciudades peque#as, topograía apropiada. > %istema combinado. Evacuación de las aguas de lluvia y aguas negras en orma conunta, es aconseable en; !onas a sanear cuando tiene una superioridad poblacional y no se tiene una supra densidad poblacional y no se tiene espacio para establecer redes independientes y cuando ambas deben ser impulsadas. B %istema separativo. La evacuación de aguas de lluvia &blancas y aguas negras en un mismo conducto, &cloaca, pero en orma independiente, recomendable en ciudades grandes. C %istema semi'combinado. 8onduce aguas servidas y parte de las aguas de lluvia &declarada proveniente de los domicilios.
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a 8audal de dise#o Las aguas residuales que orman el caudal de dise#o para el alcantarillado son las siguientes; •
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Aguas residuales domesticas; &viviendas, comercio público según el 3.0.8, se considera el J@N del caudal m(ximo horario Aguas de in-ltración; las normas del 3.0.8, estipulan considerar por aguas de in-ltración del subsuelo a la red de desagOe las siguientes cantidades. >@ @@@ Lts. M día M Pm. de colector o emisor &caso de 8%0 BJ@ Lts. M día M bu!ón
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Abastecimiento de agua alcantarillado b 8onducción &6ubería •
Ti$os;
6ubería de 8oncreto %imple 0ormali!ado &8.%.0. %on bastante durables y se pueden construir en situ por lo que son bastante económicos, para su colocación se usa unta con anillo de goma. 6ubería de Asbesto 8emento; %on de poco peso y se abrican de longitudes mayores a las anteriores, son bastantes lisos para evitar acumular sólidos. 6ubería de 4.2.8 %on costosas pero bastantes livianas, adem(s por su car(cter de deormables puede surir asentamientos dierenciales< sin que se rompa, se abrican de dierente resistencia al trabao, no se deben colocar expuestas a los rayos solares. 6ubería de Q$4E %on m(s costosas y tienen casi las mismas ortale!as que las de 428 pero adicionalmente pueden estar expuestas a los rayos solares sin tener problema alguno. c 2elocidad. Fínima; @.@ mMseg. F(xima; B mMseg. d 4endientes Fínima; Es considerada para la condición de tubo lleno y la velocidad mínima, teniendo presente el tipo de material de la tubería. $ebido a que en los primeros tramos se tiene caudal peque#o &no existe mayor número de conexiones domiciliares, se previene colocando una pendiente mínima del 9N en los primeros trescientos metros de tramo inicial, pudiendo ser ésta en el inicio de una calle o en alguna parte de la misma, cuando amerite hacerla. F(xima; 2alor variable que genera una velocidad no mayor de B mMseg. 8uando no es posible lograr como m(ximo dicha velocidad se tendr( que /012E3%1$A$ 4312A$A $EL 0536E 71ngeniería 8ivil
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Abastecimiento de agua alcantarillado dise#ar bu!ones de caída. La característica de los bu!ones de caída es que, la distancia entre bu!ones pudiera tener varios tramos, los que deben tener la misma pendiente.
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8AL8/L5 Q1$3R/L185
4ara obtener un buen calculo hidr(ulico, se debe seguir los siguientes pasos; a Esquema de la red. 8onsiste en tra!ar las tuberías por las calles que han de contar con el servicio de alcantarillado. 8ada tramo de tubería estar( limitado por bu!ones de suspensión y el sentido de escurrimiento de las aguas estar( limitado por las condiciones topogr(-cas del terreno. b Rreas o longitudes servidas. En el esquema de la red se establecen tramos de la tubería, seguir( el sentido de la circulación del agua, seguidamente se determinaran las (reas de in"uencia &actual y utura< para cada tramo de dicha tubería, también se puede determinar en orma indierente todo tipo de tubería y luego se suman conormando una longitud total de tubería. c Iastos por tramos. /na ve! determinado el (rea de in"uencia &actual y utura< se determina el 0S de personas en las respectivas (reas y también el /012E3%1$A$ 4312A$A $EL 0536E 71ngeniería 8ivil
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Abastecimiento de agua alcantarillado caudal por cada tramo, teniendo en cuenta que dicho canal ser( el de uso domestico, in-ltración y escurrimiento pluvial. Luego multiplicando el actor de gasto &T total domestico M población utura< por el 0S de habitantes de cada tramo, se obtiene el gasto por !ona comercial, !ona publica, !ona industria< si al hubiese, tramo a tramo logrando así el caudal real por tramo. Así mismo si empleamos el principio de longitud total, en orma relativa aproximada, también podemos lograr el gasto real por tramo, multiplicando el actor de gasto &T totalM longitud total de tubería por la longitud de cada tramo. d $imensiones de la tubería. 4ara el c(lculo de di(metro de las tuberías se aplica el criterio de que la tubería unciona con un tirante del N de su di(metro, en consecuencia para dicho calculo se deber( aplicar la ormula de Fanning< para canales.
$onde; 2U velocidad &mM seg. AU (rea hidr(ulica &m> 3h U radio hidr(ulico &m %U pendiente hidr(ulica &mMm n U coe-ciente de rugosidad &depende del tipo del material de la tubería Los elementos hidr(ulicos, para una sección< donde; D U @. d y tubería 428, es;
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$1RFE635% F101F5%;
En muchas ciudades, el di(metro mínimo permisible de la alcantarilla es de JK y en grandes ciudades y (reas metropolitanas el di(metro mínimo es de 9@K %egún el 3.0.8.< los di(metros mínimos son; '$i(metro de JK; para colectores. '$i(metro de K; para las conexiones domiciliarias. %egún el tipo de suelo< los di(metros mínimos son; /012E3%1$A$ 4312A$A $EL 0536E 71ngeniería 8ivil
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Abastecimiento de agua alcantarillado '6opograía accidentada; sierra; K '8osta y topograía plana; JK •
8AL8/L5 $E LA 2EL581$A$ FE$1A
4ara calcular esta velocidad se tiene que anali!ar el caudal y las velocidades para las condiciones de tubo lleno, a -n de comprobar que para las pendientes de cada tramo, el valor de la velocidad sea siempre mayor que el mínimo de @. mMseg.< que establece el 3.0.8< para esto se utili!a (bacos y nomogramas, que resuelven la ormula de Fanning para las condiciones de escurrimientos dadas. %iendo nuestro obetivo determinar la velocidad media real, nos basamos en el método de los elementos hidr(ulicos proporcionales de la sección circular, para el uso de este método se tiene que tener el respectivo nomograma o como va ha ser para nuestro caso aduntamos una tabla que sale del mismo &ver Anexos, y debe seguirse el siguiente procedimiento; •
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4ara el dise#o de las tuberías se determina el (rea de in"uencia del tramo colector. 8onociendo la densidad y el (rea de in"uencia se puede predeterminar cual es en ese tramo el colector. $espués de determinar cu(l puede ser la pendiente m(s conveniente a utili!ar de cada tramo, se procede a determinar el caudal a tubo lleno que circula por el tramo en an(lisis con la pendiente establecida empleando la ormula de Fanning y la ecuación de continuidad. T U 2 V A< conociendo el caudal a tubo lleno se procede a determinar el coe-ciente.
8omo se conoce el valor de la velocidad a tubo lleno, éste se lo multiplica por el cociente y se tiene el valor de la velocidad parcial &llamada también velocidad real. •
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Abastecimiento de agua alcantarillado Las c(maras de inspección o bu!ones, como también se la denomina< est(n destinadas a la entrada de un hombre que puede inspeccionar o limpiar los conductos de la alcantarilla, también se utili!a para eectos de salvar uertes depresiones topogr(-cas &bu!ones de caída. BUZONES
a. /bicación; su ubicación es estratégica, así tenemos; En todo inicio de un tramo de una tubería. En todo cambio de pendiente. En todo cambio de dirección. En todo cambio de di(metro. En todo cruce de intercesión de tuberías. En todo cambio de material de las tuberías. En todo lugar que sea necesario por ra!ones de inspección y limpie!a. b. %eparación entre bu!ones; depender( de los di(metros de los colectores; J@ metros para colectores de K de di(metro. 9@@ metros para colectores de JK de di(metro. 9>@ metros para colectores de 9@K de di(metro o m(s. c. $imensiones de los bu!ones; Los bu!ones tendr(n una proundidad mínima de 9.>@m. El di(metro interior ser( de 9.>@m, cuando se usa tubería menor o igual a B>K y di(metro de 9.J@m, cuando se usa tuberías de hasta CJK de di(metro. El bu!ón a construirse a mas de B metros de proundidad ser( de 8S armado. En los bu!ones de m(s de > m. de proundidad podr(n aceptarse tuberías que no lleguen al nivel del ondo< siempre y cuando su cota de llegada sea de @ cm. o menos sobre el ondo del bu!ón. 8uando la caída sea mayor al límite interior &@ cm. se emplearan dispositivos especiales. El ondo de un bu!ón ser( de concreto< en donde se construir(n las medias ca#as o canaletas que permitir(n la circulación del desagOe, directamente entre la llegada y la salida de bu!ones. Las canaletas ser(n de igual que los colectores que convengan al bu!ón, su sucesión ser( semicircular en su parte inerior y luego las paredes laterales ser(n verticales hasta llegar e la altura del di(metro de la tubería. En los cambios de di(metro las tuberías en los bu!ones deber(n coincidir en la clave. 8uando el cambio sea de menor a mayor di(metro y en sus ondos, cuando sea el menor di(metro &caso excepcional. d. /bicación de tuberías; /012E3%1$A$ 4312A$A $EL 0536E 71ngeniería 8ivil
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Abastecimiento de agua alcantarillado 0os determina la posesión y proundidad de las tuberías que conorman la red de alcantarillado, el 3.0.8< determina las siguientes normas; El alcantarillado de servicio local se proyectar( a una proundidad que tenga un relleno mínimo de un metro sobre clave &parte superior de la tubería y que drene m(s de la >MB parte de la calle. Así mismo cuando se tenga una calle mayor a >@ metros de ancho, se tra!a dos redes de servicio.
:1I/3A 0>; Esquema de una red de alcantarillado convencional
PLANTA DE TRATA&IENTO DE AGUAS RESIDUALES Dis'o d la(%na d sta)ili*aci+n ,.
Introd%cci+n
/na laguna de estabili!ación es una estructura simple para embalsar aguas residuales con el obeto de meorar sus características sanitarias. Las lagunas de estabili!ación se construyen de poca proundidad &> a C m y con períodos de retención relativamente grandes &por lo general de varios días. 8uando las aguas residuales son descargadas en lagunas de estabili!ación se reali!ar(n en las mismas, en orma espont(nea, un proceso conocido como autodepuración o estabili!ación natural, en el que ocurren enómenos de tipo ísico, químico, bioquímico y biológico. Este proceso se lleva a cabo en casi todas las aguas estancadas con alto contenido de materia org(nica putrescible o biodegradable. Los par(metros m(s utili!ados para evaluar el comportamiento de las lagunas de estabili!ación de aguas residuales y la calidad de sus eluentes son la demanda bioquímica de oxígeno &$H5 que caracteri!a la carga org(nica< y el número m(s probable de coliormes ecales &0F4 8:M9@@ml, que caracteri!a la contaminación microbiológica. Adem(s tienen importancia los sólidos totales sedimentables, en suspensión y disueltos. /012E3%1$A$ 4312A$A $EL 0536E 71ngeniería 8ivil
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Abastecimiento de agua alcantarillado
Las lagunas que reciben agua residual cruda son lagunas $ri!arias . Las lagunas que reciben el e"uente de una primaria se llaman sc%ndarias< y así sucesivamente las lagunas de estabili!ación se pueden llamar trciarias- c%atrnarias- %intnarias , etc. A las lagunas de grado m(s all( del segundo también se les suele llamar lagunas de acabado, maduración o pulimento. %iempre se deben construir por lo menos dos lagunas primarias &En paralelo con el obeto de que una se mantenga en operación mientras se hace la limpie!a de los lodos de la otra. El proceso que se lleva a cabo en las lagunas acultativas es dierente del que ocurre en las lagunas anaerobias. %in embargo, ambos son útiles y eectivos en la estabili!ación de la materia org(nica y en la reducción de los organismos patógenos originalmente presentes en las aguas residuales. La estabili!ación de la materia org(nica se llevar( a cabo a través de la acción de organismos aerobios cuando hay oxígeno disuelto< éstos últimos aprovechan el oxígeno originalmente presente en las moléculas de la materia org(nica que est(n degradando. Existen algunos organismos con capacidad de adaptación a ambos ambientes, los cuales reciben el nombre de acultativos. La estabili!ación de la materia org(nica presente en las aguas residuales se puede reali!ar en orma aeróbica o anaeróbica según haya o no la presencia de oxígeno disuelto en el agua.
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Abastecimiento de agua alcantarillado
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Proceso aerobio
El proceso aerobio se caracteri!a porque la descomposición de la materia org(nica se llevar( a cabo en una masa de agua que contiene oxígeno disuelto. En este proceso, en el que participan bacterias aerobias o acultativas, se originan compuestos inorg(nicos que sirven de nutrientes a las algas, las cuales a su ve! producen m(s oxígeno que acilita la actividad de las bacterias aerobias. Existe pues una simbiosis entre bacteria y algas que acilita la estabili!ación aerobia de la materia org(nica. El desdoblamiento de la materia org(nica se lleva a cabo con intervención de en!imas producidas por las bacterias en sus procesos vitales. A través de estos procesos bioquímicos en presencia de oxígeno disuelto las bacterias logran el desdoblamiento aerobio de la materia org(nica. El oxígeno consumido es parte de la demanda bioquímica de oxígeno &$H5. Las algas logran, a través de procesos inversos a los anteriores, en presencia de la lu! solar, utili!ar los compuestos inorg(nicos para sinteti!ar materia org(nica que incorporan a su protoplasma. A través de este proceso, conocido como otosíntesis, las algas generan gran cantidad de oxígeno disuelto. 8omo resultado -nal, en el estrado aerobio de una laguna acultativa se lleva a cabo la estabili!ación de la materia org(nica putrescible &muerta originalmente presente en las aguas residuales, la cual se transorma en materia org(nica &viva incorporada protoplasma de las algas. En las lagunas de estabili!ación el agua residual no se clariica como en las plantas de tratamiento convencional pero se estabili!a, pues las algas son materia org(nica viva que no eerce $H5. •
Proceso anaerobio
Las reacciones anaerobias son m(s lentas y los productos pueden originar malos olores. Las condiciones anaerobias se establecen cuando el consumo de oxígeno disuelto es mayor que la incorporación del mismo a la masa de agua por la otosíntesis de las algas y el oxígeno disuelto y que la laguna se torne de color gris oscuro. El desdoblamiento de la materia org(nica sucede en un orma m(s lenta y se generan malos olores por la producción de suluro de hidrógeno. En la etapa -nal del proceso anaerobio se presentan las cinéticas conocidas como acetogénica y metanogénica. •
Procesos en las lagunas de estabilización facultativas
Las capas de la laguna acultativa &aerobia y anaerobia no son constantes, estas interactúan entre si, dependen de la radiación solar. $urante el día la capa aerobia es la que predomina en la laguna y durante la /012E3%1$A$ 4312A$A $EL 0536E 71ngeniería 8ivil
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Abastecimiento de agua alcantarillado noche la capa anaerobia. Las algas tienen un rol sumamente importante en el proceso biológico de las lagunas de estabili!ación, pues son los organismos responsable de la producción de oxígeno molecular, elemento vital para las bacterias que participan en la oxidación bioquímica de la materia org(nica. La presencia de las algas en niveles adecuados, asegura el uncionamiento de la ase aerobia de las lagunas, cuando se pierde el equilibrio ecológico se corre con el riesgo de producir el predominio de la ase anaerobia, que trae como consecuencia una reducción de la eiciencia del sistema. En las lagunas primarias acultativas predominan las algas lageladas, &Euglena, 4yrobotrys, 8hlamydomonas, en lagunas secundarias se incrementa el número de géneros y la densidad de algas, predominan las algas verdes &8hlorella, %cenedesmmus. En lagunas terciarias se presenta un mayor número de géneros de algas, entre las cuales predominan las algas verdes &8hlorella, %cenedesmus, AnWistrodesmus, Ficroactiniums. En muchos casos, se ha observado la predominancia de algas verdes'a!ules &3ao, 9?J@, /hlman 9?9. La predominancia de géneros varía según la temperatura estacional. El !ooplacWton de las lagunas de estabili!ación est( conormado por cuatro Irupos Fayores< ciliados, rotíeros, copédodos, y cladoceros. 5casionalmente se presentan amebas de vida libre, ostracodos, (caros, turbelarios, larvas y pupas de dípteros. La mayoría de individuos de estos grupos sólo est(n en las lagunas de estabili!ación durante algún estadio evolutivo, raramente tienen importancia cualitativa. Los rotíeros predominan durante los meses de verano, dentro de este grupo, el género Hrachionus se presenta con mayor recuencia, siendo el m(s resistente aún en condiciones extremas. 8uando el número de rotíeros se incrementa a niveles superiores a los normales se observa un eecto negativo en la calidad del agua, ocasionando un aumento de los niveles de amonio, ortoosato soluble, nitratos, y nitritos. Asimismo, la presencia de un gran número de estos organismos, que consumen algas, disminuye la cantidad de oxígeno disuelto en el agua a niveles de riesgo. Los géneros predominantes de cladoceros son Foína y $aphnia y en los ciliados son 4leuronema y 2orticella.
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:actores determinantes en el tratamiento biológico
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T!$rat%ra: A mayor temperatura, mayor ser( el crecimiento de microorganismos y viceversa.
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P/: A ph en un rango bao, es decir (cido, va traer como consecuencia que los microorganismos no sobrevivan.
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Abastecimiento de agua alcantarillado -
Coordinaci+n !icroor(anis!os0!atria or(1nica: %e tiene que cuidar el exceso de carga &$H5, porque originaría un mal uncionamiento de la laguna.
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In/i)idors: Prsncia de metales pesados, sulatos, pesticidas, etc., ocasionan un decrecimiento de bacterias.
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N%trints: 4rincipales nutrientes son el nitrógeno y el ósoro. 8uidar que no estén en exceso porque puede producir la eutro-!ación.
2.
D3nicions -
Aro)io: 8ondición en la cual hay presencia de oxigeno.
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A4l%nt: Líquido que llega a una unidad o lugar determinado, por eemplo el agua que llega a una laguna de estabili!ación.
A(%as sr5idas: 6odas las aguas de alcantarilla, ya sean de origen doméstico -
&Aguas de las casas habitación, edi-cios comerciales, etc. o industrial, una ve! que han sido utili!adas por el hombre. -
Anaro)io: 8ondición en la cual no hay presencia de oxígeno. Bactrias: Irupo de organismos unicelulares con cromosoma bacteriano único, división binaria y que intervienen en los procesos de estabili!ación de la materia org(nica.
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Car(a s%$r3cial; 8antidad de carga que se le puede aplicar a un (rea.
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Ca%dal: 2olumen de agua que pasa por un punto dado por unidad de tiempo. %e expresa normalmente en lMseg o m BMseg.
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Coli4or!s: Hacterias gram positivas no esporuladas de orma alargada capaces de ermentar lactosa con producicon de gas a BX@.Y8 &coliormes totales. D!anda )io%6!ica d o76(no 8D.B.O.9: 8antidad de oxígeno utili!ado en la oxidación bioquímica de la sustancia org(nica, en un tiempo y a una temperatura especi-cada. $epende enteramente de la disponibilidad de materia utili!able como alimento biológico y de la cantidad de oxígeno utili!ado por los microorganismos durante la oxidación.
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E3cincia: 3elación entre la capacidad real y la teórica total de la unidad o equipo. /sualmente se expresa en N.
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E4l%nt: L6%ido que sale de una unidad o lugar determinado, por eemplo agua que sale de una laguna de estabili!ación.
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Abastecimiento de agua alcantarillado
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In4iltraci+n: Eecto de penetración o iniltración del agua en el suelo.
Lodos: %ólidos que se encuentran en el ondo de la laguna de estabili!ación. -
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Nata: %ustancia espesa que se orma sobre el agua almacenada en la laguna de estabili!ación, y compuesto por residuos grasos y otro tipo de desechos org(nicos e inorg(nicos "otantes. Priodo d rtnci+n: Ti!$o teórico que tarda una partícula que entra a una unidad en salir de ella. Equivale al volumen de la unidad dividido por el caudal, y se expresa en unidades de tiempo. $: 8oncentración de iones hidrógeno. •
Considracions tnr n c%nta
El ingeniero responsable del proyecto, deber( tener en claro las ventaas y desventaas que tiene el emplear las lagunas de estabili!ación para el tratamiento de las aguas residuales domésticas de una población, antes de decidir emplear estas unidades de tratamiento. •
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Ventajas
4ueden recibiry retenergrandes cantidades de agua residual, soportando sobrecargas hidr(ulicas y org(nicas con mayor lexibilidad, comparativamente con otros tratamientos.
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:ormación de biomasa m(s eectiva y variada que en los procesos de tratamiento con tanque séptico y tanque imhoZ.
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0o requieren de instalaciones complementarias para la producción de oxígeno. El mismo se produce en orma natural dentro del sistema.
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$ebido a los tiempos de retención prolongados y a los mecanismos del proceso, son sistemas altamente eicaces para la remoción de bacterias, virus y par(sitos, comparativamente con otros tratamientos.
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En las lagunas no hay necesidad de desinección con cloro. Aquí la desinección es natural.
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Fínimo mantenimiento.
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0o requiere de personal cali-cado.
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Abastecimiento de agua alcantarillado 3.2
Desventajas
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3equieren de grandes (reas de terreno para su implantación.
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Es un sistema sensible a las condiciones clim(ticas.
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4uede producir vectores.
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0o permite modi-caciones en las condiciones de proceso.
8onocido las ventaas y desventaas de las lagunas de estabili!ación, quedar( a criterio del ingeniero encargado del proyecto si es conveniente emplear esta unidad en la localidad donde se desea tratar las aguas residuales de uso doméstico.
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Abastecimiento de agua alcantarillado
IV. DISE;O < CALCULOS
V.
CONCLUSIONES < RECO&ENDACIONES • •
%e logró dise#ar la red de alcantarillado para nuestra ciudad. %e tuvo que emplear bu!ones intermedios para poder satisacer las condiciones topogr(-cas y de velocidades.
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Abastecimiento de agua alcantarillado •
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%e recomienda empe!ar el an(lisis para el c(lculo hidr(ulico considerando los di(metros mínimos e incrementados en unción del caudal y la pendiente. 8uando la velocidad es menor de @.mMseg. se recomienda hacer limpie!a de los primeros bu!ones. Es de suma importancia y sumo cuidado chequear que la tubería de descarga de un bu!ón sea inerior o igual a las que llegan a él. %e dise#o una laguna de estabili!ación, el cribado, la canaleta parshall y el desarenador 5btuvimos los siguientes resultados;
RESUMEN DE DIMENSIONES Inclinación de Taludes (Z1) Z1 = 4
Borde Libre (BL) BL = 0.50 m
Dimensiones del Ese!o de "#ua L = 213 m W = 112 m Dimensiones de $oronación L = 217 m W = 116 m
Dimensiones del %ondo L = 193 m W = 92 m
"rea Uni&aria de $oronación ("uc) Auc = 25108.320 m² Auc = 2.51 Ha "rea To&al de $oronación Atc = Auc x 2 "&c ' *+ ,a
"rea To&al de Tra&amien&o Att = 1.15 Atc "&& ' -- ,a
Re.uerimien&o del Terreno (R&)
Att Rt = 0.000591 Rt Pob. =
Ha/hab
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>>
Abastecimiento de agua alcantarillado R& ' /1 m02ab ESTRU$TUR" DE S"LID" DE L" L"3UN"
4er&edero $ircular de 5ared Del#ada en 5lan&a
Q=Cx Lx h
1.42
Paa ! = 40.58 L/"
L = 2.04 m
# = 0.65 m
$ = 1.522
2 ' **6- m #/5 =
0.13 m
h %" m%&' (u% #/5. )u *a+' %" ,-+'
VI.
BILBIOGRAFIA Iuías para el $ise#o de tecnologías de alcantarillado [ 8E41% %eparata del curso abastecimiento de agua y alcantarillado [ 1ng. Iaspar Fénde! 3eglamento 0acional de Edi-caciones %aneamiento Ecológico, Línea de Alcantarilladlo [ $/3A$3E0 • •
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Abastecimiento de agua alcantarillado
VII. ANE=OS
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Abastecimiento de agua alcantarillado
VIII. PLANOS
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