Memoria Planta Tratamiento

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. PLANTA DE TRATAMIENTO ESTACIONES DE BOMBEO

SECTOR LA FRONTERA CARIPE MUNICIPIO CARIPE ESTADO MONAGAS

MEMORIA DESCRIPTIVA & CRITERIO DE CÁLCULO

PROPIETARIO:

ALCALDÍA CARIPE

PROYECTO:

Ing. RAIMUNDO PEREZ

C.I.V.

17.675

FECHA:

AGOSTO 2002

Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municip Lechería.Municipio io Urbaneja. Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. CONTENIDO INTRODUCCIÓN PLANTA DE TRATAMIENTO ESTACIONES DE BOMBEO

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ESTACIÓN DE BOMBEO DE EFLUENTES CRUDOS

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ESTACIÓN DE BOMBEO DE EFLUENTES TRATADOS

CASETA DE VIGILANCIA CASETA DE EQUIPOS ACOMETIDAS ELECTRICAS CÁLCULOS ESTRUCTURALES ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS CÓMPUTOS MÉTRICOS PLANOS


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. CONTENIDO INTRODUCCIÓN PLANTA DE TRATAMIENTO ESTACIONES DE BOMBEO

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ESTACIÓN DE BOMBEO DE EFLUENTES CRUDOS

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ESTACIÓN DE BOMBEO DE EFLUENTES TRATADOS

CASETA DE VIGILANCIA CASETA DE EQUIPOS ACOMETIDAS ELECTRICAS CÁLCULOS ESTRUCTURALES ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS CÓMPUTOS MÉTRICOS PLANOS


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. PLANTA DE TRATAMIENTO. Introducción. Objetivo. Finalidad. Descripción General del Proceso. Procedimiento de tratamiento seleccionado. Diagrama de flujo del proceso. Descripción de los elementos e lementos constitutivos. a) Unidad Unidad de desbas desbaste te manu manual. al. b) b) Compar Compartimi timient entoo de airea aireaci ción. ón. c) Compar Compartimi timient entoo de decanta decantación ción.. d) Compar Compartimi timient entoo de cloraci cloración. ón. e) Compa Comparti rtimi mient entoo de secad secado. o. Criterios de Cálculos Carga hidráulica de diseño. Características Físico- químicas del líquido a tratar. Sistemas de tratamiento. Tratamiento previo Volumen del tanque de aireación Tratamiento biológico aerobio Reactor biológico Digestor aerobio. Air –Prol Diseño sedimentador secundario. Sistema de cloración. Desinfección. Diseño de tanquilla de cloración. Requerimiento de cloro. Diseño del lecho de secado.


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Requerimiento mínimo de oxígeno. a) Reac Reactor tor biol biológi ógico. co. b) b) Diges Digestor tor aerób aeróbiico. Sistema Air-lift. Perdidas de carga del sistema. Potencia de Equipo. Características de difusores. SISTEMAS DE BOMBEO. ESTACIÓN DE BOMBEO DE LOS EFLUENTES DOMÉSTICOS. Gasto de Diseño. Tubería de Presión. Material. Selección del diámetro. Longitud. Línea de Presión. Altura estática de Bombeo. Perdidas dinámicas de energía. Geometría del Pozo Húmedo. Curva del Sistema. Equipo de Bombeo. Operación de Bombeo Capacidad de la taquilla de succión. Gasto de Bombeo. Potencia de los Equipos. Selección del equipo de bombeo. Número de unidades. Ciclo de operación de bombeo.


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Curva del Sistema e Intercepto con curva característica. Línea de impulsión. Velocidad de arrastre. Válvula de Expulsión de Aire. Sobre – Presión Golpe de Arrete. ESTACIÓN DE BOMBEO DEL EFLUENTE TRATADO. Gasto de Diseño. Tubería de Presión. Líneas de Presión. Altura estática. Perdidas dinámicas. Dimensión de la Tanquilla de Bombeo. Curva del Sistema. Equipo de Bombeo. ACOMETIDAS ELÉCTRICAS. Cálculo de los Conductores. Centro de Carga. CÁLCULOS ESTRUCTURALES. Datos del Proyecto. Solicitaciones del Análisis. Diseño de los Miembros.

Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. INGENIERÍA DE DETALLES DEL SISTEMA DE DISPOSICIÓN DE LOS AFLUENTES DOMÉSTICOS LA URBANIZACIÓN LA FRONTERA MEMORIA DESCRIPTIVA I.

INTRODUCCIÓN. Este documento contiene la memoria descriptiva y los criterios de cálculo de la Ingeniería de

detalles del sistema de tratamiento y disposición de las aguas negras residuales producidas por la urbanización La Frontera ubicada en el municipio Caripe del Estado Monagas. NORMAS Y REGLAMENTOS. Los criterios que han regido los diseños están contenidos en las normas y reglamentos siguientes: - Normas sanitarias para proyectos, construcciones, reparaciones, reformas y mantenimiento edificaciones -

Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 4044 Extraordinario del 8 de septiembre de 1988.

-

Normas e instrucciones para el Proyecto de Alcantarillado INOS 1989

-

Normas Sanitarias para proyecto, construcción, ampliación reforma y mantenimiento de instalaciones sanitarias para Desarrollos Urbanísticos Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 4103 Extraordinario de fecha 2 de junio de 1989

-

Estructuras de Concreto armado para edificios, Análisis y Diseño COVENIN 1753

-

Normas para la clasificación y el Control de Calidad de los Cuerpos de agua y vertidos Efluentes líquidos. Derecho Nº 883 publicado en la Gaceta Oficial Nº 5021 Extraordinario de fecha 13 de diciembre de 1995

-

Código Eléctrico Nacional

Criterios de Diseños: Los principales criterios de diseños han sido los siguientes: §

La velocidad mínima en los colectores funcionando a sección plena será de 0,60m/s


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. §

La velocidad máxima a sección plena en los colectores estará acorde con el tipo de material de los mismos: Vc £ 4,50 m/s para PVC, Vc £ 5m/s para concreto.

§

La pendiente mínima en los colectores estará determinada por la velocidad mínima a sección llena establecida; la velocidad máxima estará determinada por la velocidad máxima admisible a sección llena en función del material del colector.

§

En los colectores se utilizará tubería de PVC con junta mecánica. En los casos donde la profundidad de la rasante sea inferior a 1,10 m y se anticipe tráfico de vehículos, se protegerá la tubería mediante envoltura de concreto.

Materiales: Los materiales que han sido considerados para la ejecución del proyecto son, sin limitarse a ello los siguientes: §

Tubería de PVC con junta mecánica (anillo de goma) para los colectores

§

Tubería de hierro galvanizado tipo mediana en los sistemas de la planta de tratamiento y estación de bombas

§

Cilindros y conos prefabricados de concreto

§

Marcos y tapas de hierro fundido tipo pesado

§

Concreto preparado con cemento Pórtland tipo 1

§

Acero de refuerzo TENSIDOR

§

Acero estructural PS-25 ó ASTMA-36

FY = 4200 kg/cm2.

Parámetros de Diseño: §

Población a servir. Se ha tomado en cuenta una población a servir de 2000 habitantes

§

Periodo de diseño. El periodo de diseño de una infraestructura de servicios está determinada a los planes de expansión de la urbanización la cual no aumentará debido al área totalmente construida, por tal razón se considera la población existente.

§

Trazado de colectores. Se realizó un trazado de un colector considerando la pendiente propia del terreno, a fin de obtener profundidades mínimas que eviten excavaciones excesivas. La infraestructura ha sido diseñada de forma de aprovechar al máximo las


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. instalaciones existentes dejando las facilidades necesarias en caso de requerirse una ampliación. §

Sistema de tratamiento. Este sistema está basado en un proceso de aeración prolongada con el cual se logra un efluente que cumple con los requisitos de la normativa vigente; además del proceso no requiere grandes extensiones de terreno para su implantación y presenta facilidades para su operación y simplicidad en las actividades de mantenimiento.

§

Sistema de disposición. Dada la calidad del efluente tratado éste puede ser utilizado para riego de áreas verdes; en todo caso el efluente tratado y desinfectado será descargado provisionalmente en escorrentias naturales tal como el río Caripe.

Diseño de los Sistemas de Tratamiento: Cada una de las redes de colectores conducen las aguas negras hasta una boca de visita y de allí a una tanquilla de debaste, la cual está dotada de una reja fija para retener los sólidos de gran tamaño, la separación libre entre los barrotes de la reja es de 4 cm. Desde esta tanquilla las aguas pasan a las fosas de las estaciones de bombeo, desde donde son enviadas hasta el reactor biológico dela planta de tratamiento. La estación de bombeo ha sido diseñada con el criterio de la instalación de dos equipos de iguales características con capacidad para manejar el gasto máximo estimado a ser tratado. El diseño de las fosas de las estaciones de bombeo y los equipos está basado en el caudal de bombeo y el máximo número de arranques para un equipo y un tiempo máximo de llenado de la fosa de 30 minutos, a caudal mínimo, a fin de evitar la septización de las aguas servidas. Se utilizó la fórmula

V = 900Qb/N y el número de arranques por hora adoptado para esta estación fue de 3

arranques por equipo. En todo caso se dotó a cada fosa de bombeo de una cámara para almacenar el volumen resultante cuando el caudal que llega a la fosa exceda al caudal de bombeo, esto atendiendo a que los caudales máximos esperados calculados para el diseño de los colectores, de acuerdo con las unidades de gasto que se espera transiten por ellos, es muy superior al gasto máximo calculado a partir del gasto medio diario.


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. El sistema de control automático de las estaciones de bombeo está dotado de: a. Un interruptor/regulador de nivel que detiene la bomba por bajo nivel y la pone en servicio cuando el nivel del líquido en la fosa alcanza la cota de diseño. b. Un interruptor regulador de nivel de protección que detiene la bomba por muy bajo nivel en el caso que el interruptor de regulación antes mencionado no haya detenido la bomba. c. Un interruptor de nivel que encenderá una luz de contingencia en el caso que el nivel suba sobre el nivel máximo de diseño. d. Un dispositivo alternador de arranque de las bombas por lo cual las bombas trabajan en forma alterna: es decir una vez que se detenga la bomba “A”, en el próximociclo entrará en funcionamiento la bomba “B”, en el ciclo siguiente arrancará la bomba “A” y así sucesivamente en ningún caso estarán en servicio las dos bombas a la vez. A objeto de regular el caudal a enviar a la planta de tratamiento, se instaló en la línea de bombeo una tubería de retorno con válvula de globo manual. Las aguas tratadas y desinfectadas serán dispuestas en una fosa para su bombeo al cauce natural del río Caripe.


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. PLANTA DE TRATAMIENTO INTRODUCCION GENERAL Objetivo: El presente trabajo consiste en dotar de un sistema de tratamiento de aguas residuales a un conjunto de viviendas residenciales ubicadas en el sector la frontera de la ciudad de Caripe, Municipio Caripe, del Estado Monagas. Finalidad: Esta planta depurará los líquidos residuales domésticos provenientes desarrollo citado con un gasto medio de 5,56 lps de forma tal que su efluente cumpla con los valores de control de calidad en lo relativo a los contenidos máximos de: a.- Salidas Suspendidas b.- Demanda bioquímica de oxigeno c.- Microorganismos patógenos. De forma tal de obtener: a.- Una eficiencia del 90% al 95% en función de la demanda bioquímica de oxígeno. b.- Escasa o ninguna acumulación de lodos. c.- Operación y mantenimiento relativamente fácil y sencillos. DESCRIPCION GENERAL DE PROCESO. Procedimiento del tratamiento seleccionado: E1 sistema de tratamiento seleccionado es el denominado lodos activados con estabilización total (aeración extendida). Dicho proceso consiste en una oxidación biológica de la materia orgánica, la cual se realiza en una unidad de reacción denominada aerador, en dicha unidad se hace pasar el líquido residual poniéndose en contacto éste con el lodo de alta concentración microbiana proveniente de un sedimentador. En la mencionada unidad de reacción se le proporciona aire al licor mezclado a través de los difusores, los cuales estarán conectados a compresores de aire, supliendo de ésta forma el Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. oxígeno requerido para estabilizar mediante un proceso biológico, gran parte de la materia orgánica, la cual se transforma casi por completo en dióxido de carbono agua y formas estables de nitrógeno. Del tanque de aeración los líquidos pasan a un sedimentador donde se sedimentará un alto porcentaje de las partículas en suspensión; los lodos sedimentados son recolectados en tolvas y retornan al aerador a través de una tubería de succión que se basa en la elevación del lodo por diferencia de presiones, inyectando aire. El objeto de esta recirculación es proporcionar la concentración microbiana requerida en el reactor. Después de la sedimentación se efectuará una desinfección con hipoclorito de calcio al 70% de cloro. La concentración de cloro residual en el efluente se mantendrá en 1 mg/ lt. a tal efecto la planta dispondrá de un operador permanente encargado de hacer comparaciones de cloro periódicas, Así como de la operación y mantenimiento del Sistema de Tratamiento. Aunque el Sistema de Tratamiento propuesto teóricamente no produce lodos en exceso, se dispondrá de un lecho de secado de lodos con el objeto de disponer los lodos provenientes del sedimentador en caso de purgas y limpieza. Todas las unidades del Sistema de Tratamiento se construirán en concreto armado y el mismo se cercará con malla tipo ciclón o albañilería de altura no menor de 2 mts. provista de puerta de acceso con candado, según se indica en los planos con el objeto de permitir el paso sólo a las personas encargadas de la operación y mantenimiento del sistema. Diagrama del Flujo del Proceso: (Q+R) Csa

AFLUENTE

SEDIMENTADOR

REACTOR

Q1 Cs1

Q1Cs2

DESINFECCIÓN

EFLUENTE TRATADO

DRENAJE RCsr

RECIRCULACIÓN DE LODOS

PURGAS DE LODOS

LECHO DE SECADO


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Descripción de los elementos constitutivos: Unidad de desbaste manual:

Las aguas negras producidas en las instalaciones son recolectadas por los colectores cloacales y conducidos hacia una tanquilla provista de una sistema de desbaste, constituido por una reja fija la cual retiene los sólidos de gran tamaño que pudieran obstruir las bombas sumergibles. La limpieza de la reja será realizada manualmente mediante el empleo de una rastra con la cual se extraerán los sólidos retenidos en la reja y que serán dispuestos en bolsas plásticas tipo fuerte y almacenadas en pipotes que serán recogidos por el sistema de recolección de basura que sirve al sector de la urbanización. De la tanquilla de desbaste pasan las aguas a la fosa de bombeo en la cual estarán instaladas dos (2) bombas sumergibles para aguas negras marcas Malmedi/80-401T, 700T con capacidad para manejar 4 lps contra una altura dinámica de 6,5 metros. Las bombas se accionan automáticamente por medio de interruptores de nivel (flotadores) instalados en la fosa y que envían señales al tablero de control TFCBA. Estas bombas elevan las aguas negras hasta el reactor biológico de la planta de tratamiento. Compartimiento de Aeración:

En esta unidad se lleva a cabo el proceso biológico en donde el líquido es aereado por medio de compresores rotativos de alta capacidad, de manera de mantener una flora bacteriana que realice la biodegradación de la materia orgánica por un proceso de oxidación endógena por el cual se obtiene la destrucción de las células por su propio metabolismo. Compartimiento de Decantación:

La función de esta unidad es la de sedimentar los sólidos suspendidos del reactor y son recolectados en el fondo en tolvas de donde son recirculados continuamente al reactor biológico para mantener la concentración de la biomasa. Esta recirculación de los lodos se lleva a cabo mediante bombas de tipo ''AIR-LIFT".


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Compartimiento de Clorinación:

Su función es permitir el contacto del cloro con el efluente del sedimentador, con el tiempo suficiente para que se produzca el proceso de desinfección. El

periodo de retención para su diseño

es de 30 minutos de1 gasto medio. Con. la finalidad de producir un flujo de pistón se ha provisto una serie de tabiques reguladores de flujo. Compartimiento de Secado:

Consiste en medios filtrantes porosos de grava y arena, su finalidad es reducir el contenido de humedad del lodo hasta niveles que permitan su fácil manipulación. El efluente tratado descargará las aguas drenadas a las riberas del río Caripe. CRITERIOS DE CÁLCULOS. En este punto consideramos los cálculos sanitarios e hidráulicos para el diseño de la planta de tratamiento. Carga Hidráulica de Diseño: El gasto a considerar será el proveniente de las dotaciones de agua de la urbanización. Para una población de 400 viviendas a razón de 5 hab/viv para una población de 2000 habitantes. Gasto unitario

=

240 litros/hab/día

Gasto de diseño =

240 litros/hab/día * 2000 hab. = 480.000 litros/día

Qmed

=

5,56 lps

Qmax

=

3 * 5,56 lps = 16,67 lps

Características Físico- Químicas del Líquido a ser Tratado: Demanda Bioquímica de Oxigeno, 5 d a 20ºC [Y] (mg/L)

200

[SST]

Sólidos Suspendidos Totales (mg/L)

300

[SD]

Sólidos Disueltos (mg/L)

300

[ST]

Sólidos Totales a 103ºC (mg/L)

600


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. [RTF]

Residuos Totales Volátiles (mg/L)

120

[STV]

Sólidos Totales Volátiles (mg/L)

480

[R]

Relación (STV/ST)

0.8

[T]

Temperatura Media (ºC)

30º

SISTEMA DE TRATAMIENTO. Tratamiento preliminar con cesta. Sistema Biológico de tratamiento (lodos activados, modalidad aeración extendida) Régimen hidráulico en el tanque de aereación (mezcla completa) Sedimentación secundaria, cloración y disposición de lodos en los lechos de secado Tratamiento previo:

Las aguas negras producidas en la urbanización son recolectadas por los colectores cloacales y conducidas hacia una tanquilla provista de un sistema de desbaste constituido por una reja fija la cual retiene los sólidos de gran tamaño que pudieran obstruir las bombas sumergibles. La limpieza de la reja será realizada manualmente mediante el empleo de una rastra, con la cual se extraerán los sólidos retenidos en la reja y que serán dispuestos en bolsas plásticas para ser recogidas por el sistema de recolector de basura que sirve a la urbanización. Tratamiento Biológico aerobio:

Reactor Biológico a) Carga orgánica del líquido crudo. (B)

La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) se asumirá para (5d, 20ºC) de (Y) = 200 mg/lit kg mg ö lit B æç ö÷ = Y æç Qm æç ö÷ * 10-6 ÷ è día ø è lit ø è día ø

æ kg ö ç mg ÷ è ø

B = 200 * 480.000 * 10-6 = 96 k/d


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. b) Contenido de sólidos en el reactor biológico (Sr)

Aplicando la expresión de Eckenfelder y D`Connors g = a`BΣ – b` Sr en la cual: g(k/d): Producción de lodos (SV) en la fase de respiración endógena de autoxidación microbiana, por síntesis y oxidación. a`(d -1): Coeficiente que representa las fracciones sintetizadas de DBO removida, usada en suministrar energía para el crecimiento de los microorganismos 0.35 £ a`£ 0.55 b1(d-1): Coeficiente que representa la tasa de autoxidación (rata de respiración) endógena) 0,01 £ b1 £ 0,12

S (%/100): Eficiencia del proceso en la remoción de DBO del sistema S = 0,90 asumiendo g = 0 debido a la producción nula de lados por la conversión casi totalmente del sustrato por unidad de biomasa en agua, dióxido de carbono y formas estables de nitrógeno (A reacción prolongada). a` B S = b`Sr Sr = ( a` / b` ) BS = ( 0,5 / 0,055 ) * 96 * 0,90 = 785,45 k c) Contenido de SSV en el reactor (Srv)

r = (SSV/ST) = (Srv/Sr) Srv = 0,8 * 785,45 = 628,36k d) Factor de carga aplicado al sistema (K).

Es la relación de DBO aplicada al sistema respecto al contenido de SSV del reactor.


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. K =

B 96,00 = = 0,153 d -1 Srv 628,36

Parámetro comprendido entre los rangos propuestos según Metcalf – Eddy para el diseño 0,05 £ k £ 0,15 e) La concentración de SSV en el reactor (csr)

Csr = r Csa Csr = 0,8 * 2500 = 2000mg/lit f) Volumen mínimo del reactor. Vr

Vr =

Y Qm k * Csr

Vr =

200 (mg/L) * 480.000 (l/d) = 320.000 lit 0,15(l / d) * 2000 (ms/d)

Vr = 320m3 En base al volumen del tanque de aereación tomaremos una relación ancho/profundidad de 2:1 h

=

profundidad útil = 3,00m

a

=

ancho útil = 6,00 m

L

=

(320,00 m3/ 3.0 * 6.0m2) = 17,78 @ 18m

L

=

longitud = 18m

Vu = b

=

volumen útil = 3*6*18 = 324 m3 Borde libre = 0,50 mt

g) El tiempo de retención hidráulico en el reactor

tr =

Vr 324.000 lit = = 0,675d = 16,2 Hr Qm 480.000 lit/d Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. h) Concentración de sólidos en el lodo de retorno.

Para la concentración de sólidos volátiles en el lodo de retorno asumiremos los parámetros de diseño establecidos en las normas INOS y las recomendaciones de la WPCF (Manual Nº8) Cts = Concentración teórica de sólidos en el lodo recirculado para IVL(100m/l) = 10.000mg/l IVL = índice volumétrico de lodos = 120 Csa = concentración sólidos suspendidos aerador = 1.2 * 2500 = 3.000 mg/l 6

i) Csr = (100/IVL) * Cs = (10 /120) = 8.333,33 mg/lit

El porcentaje de retorno de lodos “%R” Qcs1 + Rcsr = (Q + R ) Csa RCsr = (Q + R ) Csa R (Csr - Csa) = Q Csa

b = (Csa /Csr) = Relación de concentraciones del lodo de retorno R (1 -b) = Qb

Q = 100

% R = [b / (1- b)] * 100

b = [3000 / (8.333,33)] =0,36

%R = [0,36 / (1-0,36)] * 100 = 56,25%

j. Eficiencia teórica del proceso ( E s)

εs

=

100 3

æ 96 * 10 ö ÷ 1 + 0,03 çç ÷ è 785,45 * 16,2 ø

0 ,56

= 91,49%

El gasto de retorno de lodos Qr = % (R/100) Qm = 0,5625 * 480.000 = 270.000 lit/d Qr = 3,13 lps


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Digestor aerobio. Air Prol: a) Incremento de lodos en el digestor [g] (kg/d)

g = a` * B * E - b`* Sr donde: g = acumulación de lodos por síntesis y oxidación (Kg solidos volátiles /día) a` b`

=

constante indicadora de las fracciones sintetizadas por día = 0.5

=

tasa de autoxidación por día = 0,055

E

=

eficiencia del proceso de base a DBO = 90%

S

=

(B/CA) *100 = contenido de sólidos en el digestor = 274,30 (k/d)

g

=

0,5 * 96 * 0,9 – 0,55 * 274,3

g

=

28,11 kg/d

b) DBO del lodo afluente al digestor (Bd)

Bd =

e * g * Y

r * SST

=

0,9 * 28,11 * 200 = 21.08 k/d 0,8 * 300

donde: r = relación S.S. volátiles / S.S. totales = 0,8 Bd = 21,08 k/d c) Sólidos en el digestor (Sd)

Para g = 0 correspondiente a un proceso de aireación prolongada: Sd = (a`* Bd * E / b`) Sd = 172,47 kg d) S.S. volátiles (S.S.V.) en el digestor [SVd] (kg)

SVd = Sd * r = 172,47 * 0,8 SVd = 137,98 Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. e) Concentración de S.S. en el digestor [Csd] (mg/L)

Csd = Crd * (R/ Qm + R) Donde: Rata de recirculación de lodos = 1:1 R = Qm Crd = S.S. del lodo de retorno del digestor (mg/l) Crd = 12000 mg/l Csd = 6000 mg/l f) Concentración de S.S.V. en el digestor (CVd)

Cvd = Csd * r Cvd = 4800 mg/l g) Factor de carga del sistema [k] (1/día)

K =

DBO del lodo alfuente al digestor Bd = S.S.V. en el digestor Svd

K =

21,08 = 0,15 137,98

h) Volumen mínimo del digestor [Vd] (L)

Bd * 1000000 21,08 * 10 6 = = 26.024,70 lit Vd = K * Csd * e 0,15 * 0,9 * 6000 Diseño de sedimentador secundario: Para el diseño del sedimentador asumiremos una rata de desbordamiento superficial de 20.000 lit/día/m2 (0,23 lit/seg/m2). Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Área sedimentador = (480.000(l/d) / 20.000 (l/d)/M2) = 24,00 M2 Escogeremos un sedimentador con las dimensiones siguientes: Profundidad:

3,00 mts

Ancho:

6,00 mts

Largo:

4,00 mts

Borde libre:

0,50 mts

Tendrá cuatro (4) tolvas con paredes inclinadas en más de 60º y la extracción de los lodos se hará por medio de bomba – “Air – Lift” Se colocará una pantalla de la entrada del clarificador, de asbesto – cemento y vertedero tipo diente de sierra de forma de permitir una mejor distribución de velocidades. Las tolvas de recolección de lodos tendrán una profundidad de 2,35 mts según se indica en los planos. Longitud del vertedero: 14,00 mts La rata de desbordamiento para el gasto medio será: Rata desbordami ento =

480.000 = 34.285 L/m/d 14,00 mt

El periodo de retención hidráulico: Para el gasto medio: Pr =

v 4,00 mt * 6,00 mt * 3,00 mt = = 0,15 día Q 480,00 m 3 /día

Pr = 0,15 día = 3,60 horas DESINFECCIÓN: (SISTEMA DE CLORACIÓN). La tanquilla de cloración recibirá el efluente del sedimentador del drenaje del lecho de secado y el efluente a la planta por la tubería de derivación para caso de emergencias. Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Diseño de tanquilla de cloración:

En la cámara de contacto de cloro se aplicará éste durante un periodo de 30 minutos

Vtc =

480.000 lts/día * 30 min = 10.000 lit 1.440 min/ día

Vtc = 10.000 lit = 10,0 m3 Se tomarán las dimensiones siguientes: Profundidad:

0,6 mts

Longitud:

6,00 mts

Ancho:

2,80 mts

Borde libre:

1,15 mts

Capacidad del estanque de solución 10.080 lit Tabiques de separación Asbesto-cemento e = 10 cm cada 0,625 mts. Requerimiento de cloro:

El tipo de dosificación será: Hipoclorador por goteo tipo S.A.S. El desinfectante será hipoclorito de calcio al 70%. Según “Water Pollution control Federation, manual of practice nº 4, chorination of wasterwarter, 1976” se sumirá una aplicación de cloro de 8 mg/lit. Cl2 /día (Q medio) = 480.000 lit/día * 8 mg /lit * 10-6 kg/mg Cl2 /día (Q medio) = 3,84 kg/día La cantidad de hipoclorito de calcio al 70% requerido diariamente (3,84 / 0,70) = 5,50 kg/día Diseño del Lecho de secado: El sistema se basa en la no producción de lodos en exceso. Producción de lodos = Y (So – Se) Q Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Donde: Y = Coeficiente de producción o crecimiento en masa de microorganismos /masa de substrato utilizado = 0,54 So: = Demanda bioquímica de oxígeno = 200 mg/lit. Se: = Demanda bioquímica de oxígeno del efluente = 20 mg/lit. Pl: = 0,54 * (200 – 20) mg/lit * 480.000 lit /día * 10-6 kg/mg = 46,66 kg/día Porcentaje de humedad: 98% Gravedad específica: 1,02 Volumen de lodos “Vl” V1 =

46,66 = 2287 lit/día 0,02 * 1,02

Altura de la torta de lodo = 0,20 mt 2287 l/d * 10 -3 m 3 /L Área superficia l = = 11,44 m 2 0,20 Se fijarán como dimensiones: Ancho:

2,00 mts

Longitud:

6,00 mts

Profundidad:

1,00 mts

El lecho de secado tendrá una capa de piedra picada de 0,30 mts graduada en forma ascendente de 1½” a ½” y una capa de arena de 0,30 mts en su parte superior. La capa de lodo será de 0,20 mts, y el borde libre de 0,20 mts. Pendiente del sub – drenaje = 1,5% Pendiente transversal

= 2%

Tubería sub – drenaje

= f 4” concreto con juntas abiertas.


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Requerimiento mínimo de oxígeno (RO2): El requerimiento de oxígeno necesario será el calculado para el reactor biológico por oxigenación y para el digestor aerobio del licor mezclado. a) Reactor biológico RO2 = Q * B * E + b * Vr * Csa * E 1 RO2 = 0,5 * 96 (k/d) * 0,9 +0,1 (1/d) * 324000 lit * 3000 * 10-6(k/lit) * 0,8 RO2 =120,96 (Kg /d) O2

120,96 * 103 gr (O 2 ) /d lit(aire) = 84646,60 Rà = 1,429 gr (O 2 )/lit (aire) d

Rà =

84646,6 lit (02) /d lit(aire) = 403.271 0,2099 lit (02)/lit (aire) d

Rà = 403,27

mt 3 (aire) d

403,27m 3 (aire) R(aire) = * 35,287 ft 3 / m 3 = 9,88 ft 3 / min 1,440 min Eficiencia de los difusores 6% R(aire) = (9,88/0,06) = 164/,7 ft3/min Verificamos el volumen requerido de aire para lodos activados con estabilización total se requiere de 75m3 a 112m3 de aire por cada kg DBO/día m3 kgDBO m 3aire 75 * 96 * 0,90 = = 158,8pcm kgDBO día día


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. m3 kgDBO m 3aire = 237,2pcm 112 * 96 * 0,90 = 9676,8 kgDBO día día 158,8pcm < 164,7pcm < 237,2 pcm con lo que queda verificado por estar comprendido entre estos valores. b) Digestor Aeróbico El requerimiento de aire para la mezcla se considera según Metcalf & Hedí m 3ire ARM = 0,02 = 3 * 324m 3 = 6,48m 3 / min m * min ARM = 228,7 pcm Tomaremos el requerimiento de aire por mezcla (228,7 pcm) por ser mayor al biológico (164,7pcm) Sistema Air Lift: Los requerimientos de aire para el sistema air lift se determinarán a partir de las siguiente expresión: Vs = 0,8

C * log 10

Ht [(Hs + 34)/34]

Vs = Volumen de aire en pie3, requerido para desplazar 1 galón de agua. Ht = Distancia entre la superficie de agua y el punto de descarga. C = f (Ht) = 245 para valores de Ht < 60 ft Hs = Distancia del nivel de agua al punto de entrada de aire (en pie)


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Requerimiento de aire para tubería de recirculación de lodos:

Ht = 0,60mts = 1,968 pie Hs = 2,50 mts = 8,202 pie

Vs = 0,8 *

1.968 = 0,086pie 3 /gal 245 log10 [ (8,202 + 34) / 34]

Qr = Caudal recirculación = 480.000 lit/día = 126.720 gal/día Qa = Caudal aire = 0,086 pie3/gal * 126.720gal/día * (1 día /1440min) = 7,568pcm Requerimiento de aire para desnatadores:

Ht = 0,08 mts = 0,2624 pie Hs = 0,10 mts = 0,328 pie Vs = 0,8 *

0,2624 245 log 10[(0,328 + 34) / 34]

Vs = 0,205 pie3/gal Se asumió que el gasto correspondiente a los desnatadores no excederán en ningún caso al 5% del gasto medio. Q desnatadores = 0,05 * 126.720 gal/día = 6336 gal/día Qaire = 0,205 pie 3 /gal * 6336 gal/día * 1día/1440 min = 0,902 pcm Requerimiento total de aire:

(225,70 + 7,568 + 0,902) pcm = 237pcm Qaire total = 237pcm


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. El diámetro de la acometida del sistema: Qa = caudal de aire para el sistema = 6,72 m3/min Va = velocidad = 400m /min (producirá un sobre-recalentamiento bajo) A partir de la ecuación de continuidad Q 8,42m 3 /min = = 0,0168 m 2 A = Va 400m/min 1/ 2

æ 4 * 0,0168 m 2 ö ÷ f = ç ç ÷ è ø

= 0,1416 m = 4,16 cm = 5,57"

π

Para los difusores se derivará la acometida en 3” y la acometida principal asumiremos un

Æ = 4” lo cual nos aumentaría las pérdidas de carga en muy poco. PRESIÓN REQUERIDA POR EL SISTEMA. P = P1 + P2 + P3 Donde:

P1 = presión debido a la columna de agua P2 = presión por fricción en las tuberías P3 = pérdida a la salida del difusor

El esquema de distribución de la tubería de aeración es el indicado en el esquema. 3,75 4 9,36

0,4

1

2 19

5 0 , 3

7,90 Æ3” 114 6

0,8

4”

Æ3” 123

3

1,20 1½

Æ½” 1,5 8,5

0,75 ½”

1,5 1,5 0,75 ½”

4m 237pcm

5

1”

m 0 9 , 1

Æ4” 6M Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

1”

3,75

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Las longitudes o equivalentes por piezas y accesorios incorporados al sistema de conducción de aire se determinaron según Fair Geye y Okun. Longitud equivalente para codos y tees. Le

=

(7,6 *D2/3,6 + D) = D (cm ))

Æ 4”

=

93,7 cm

Æ 3”

=

39,4 cm

Æ 1½”

=

14,9cm

Æ1”

=

80 cm

Le = cm

Cono 4” a 3” = 75 cm Cono y tee 3” a 1½”

=

45 cm

Cono 1½” a 1”

=

120 cm

Válvula compuerta

4”

(abierta)

Válvula Retención

4”

=

35 cm

Válvula alivio

4”

=

35 cm

Válvula compuerta

3”

=

(abierta) = 55 cm

Válvula compuerta

1½” =

=

78 cm

(1/4 cerrada) = 150 cm

PRESIÓN DEBIDO A LA COLUMNA DE AGUA: “P1”. Altura del agua sobre el difusor = 2,50 mt P1 = 2,50 mt * 3,28 pie/mt *

14,7 psi = 3,55 psi 33,91 pie Hg

PRESIÓN POR FRICCIÓN DEL AIRE. Se calculará a partir de la expresión de Darcy-Weisbach y según Fritsche

f L * T *Q2 P2 = * 38000 p * D 5 Siendo: f = Factor de fricción Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. f = (0,048 * D 0,027 / Q 0,148 ) L = Longitud de pies T = Temperatura en ºF Q = Gasto en pie3/min (pcm) p = Presión D = Diámetro en pulgadas Determinamos la temperatura a partir de la temperatura standard (520ºF) P1 = (3,55 + 14,7) = 18,25 psi T = 520 [Pi/14,7] 0,283 = 520 [18,25/14,7] 0,283 T = 552 ºF Tramo SM – 1 1–2 2–6 1–3 3–4 4–5 Difusor

Gasto 237 114 19 123 9 4,25 9,5

Longitud Equiv 42,85 10,17 5,91 12,63 7,87 10,50 9,19

Real 22,97 30,71 11,32 22,97 13,78 18,04 1,77

F Total 65,82 40,88 17,23 35,60 21,65 28,54 10,96

0,022 0,025 0,031 0,024 0,035 0,039 0,034

(Pulg) P2 (Psi) 4” 3” 1½ 3” 1½ 1” 1”

0,063* 0,044 0,020 0,042* 0,006* 0,016* 0,027 0,154

P2 = 0,154 Psi PERDIDA POR DIFUSORES: Se consideró una presión a la salida de los difusores de 0,25 psi, considerada adecuada para el tipo de difusores a utilizarse. P3 = 0,25 psi La presión requerida mínima en el sistema P = 3,55 + 0,16 + 0,25 = 3,96 psi P = 4 psi


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Características de los Equipos: Potencia del Compresor:

Se determina la potencia del compresor BHP a partir de la relación:

éæ P ö 0, 283 ù - 1ú BHP = 0,227 * Q êç ÷ êëè 14,7 ø úû éæ 14,7 + 4 ö 0,283 ù BHP = 0,227 * 237 êç - 1ú ÷ êëè 14,7 ø úû BHP = 3,80 HP Considerando una eficiencia del 70% HPmotor = (3,8/0,7) = 5,47 HP Se utilizarán dos motores trifásicos, marca Braun-Boveri de 10 HP 220 / 440 V; 60 Hz. Selección de equipo:

Se utilizarán dos compresores rotativos de desplazamiento positivo marca RoatsAFRotary Blowers modelos AF-67 ó similar cuyas características son: Velocidad requerida por el compresor = 1080 RPM Potencia de compresor

=

6,7 BHP

Potencia del motor

=

10

HP

Utilizaremos dos motores trifásicos con rotor en corto circuito, corriente 220/440 voltios, 60C ; 10 HP


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Características de los Difusores: Modelo tipo: Saneaven Clase:

Tubo poroso

Cantidad:

48

Porosidad:

100 micrones.

Se usarán 12 grupos de 4 difusores cada uno Caudal de aire del grupo

=

(228/12)

= 19 pcm

Caudal de aire del difusor

=

(19/4)

= 4,75 pcm

Separación difusor eje a eje =

0,36 mt

Longitud de difusor

0,60mt.

=


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. ESTACIÓN DE BOMBEO DE LOS EFLUENTES DOMÉSTICOS INTRODUCCIÓN. Consistirá en el diseño de la tanquilla (pozo húmedo) y del equipo de bombeo necesario para elevar las aguas residuales provenientes del sector urbanístico La Frontera la planta de tratamiento encargada de clarificarlas. Gastos de Diseño: El caudal de diseño corresponde a una dotación para 2000 habitantes y un gasto unitario de240 lts/Hab/día. Caudal medio = 480.000 lit/día Qm

= 5,56 lps

Qmh

= 300%

Qm

Qmin

= 20%

QmH = 3,34 lps

= 16,67 lps

Tubería de presión: En vista de las características del líquido a bombear y el orden de las sobre y sub-presiones que deben esperarse como consecuencia del régimen transitorio para la tubería de impulsión, se ha escogido esta tubería con las siguientes características: Material:

Tubería de policloruro de vinilo rígido, para la conducción de fluidos a presión con un coeficiente de rugosidad de C = 140 para mayor capacidad de transporte. Selección del Diámetro:

El diámetro de la tubería de impulsión se determinará a partir de las condiciones de caudal máximo y de velocidad económica.


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Factor de seguridad según Olakar Smolik: Fs

=

1/R = 1/0,80 = 1,25

Q

=

Fs * Qmáx = 1,25*16,68 = 20,85 lps

Para: Q

=

20,85 lps

C

=

140

f

=

200 mm(8”)

Ve

=

0,90m/s

Obtenemos:

Debido a que la altura a vencer es pequeña reduciremos el diámetro de la tubería, lo cual nos incrementaría una pequeña pérdida de carga. Elegimos un diámetro de:

f

=

150 mm

Ve

=

0,80m/s

(6”)

Longitud:

La longitud prevista de la tubería de impulsión hasta la descarga en el reactor biológico de la planta de tratamiento es aproximadamente de 20 mts Líneas de presión: Altura Estática de Bombeo:

Según las consideraciones impuestas en el diseño de los colectores que descargan en el pozo, la cota llegada estará fijada en 837,75. La cota de descarga en el reactor aeróbico está fijada en 841,6 por lo tanto la altura de bombeo será: He

= 3,75 mts.

En el plano PT-4 se indican las cotas del sistema.


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Presión Dinámica:

Para determinar las pérdidas de energía utilizaremos la ecuación de Williams & Hazen en su forma: J

=

a * L * Q1.85

Æ

=

150mm a = 0,(4)3280

C

=

140

J

=

0,(4)3280 * 20mt * 20,851.85

=

0,18 mt

Según Flanigan y Cadmik asumimos un 20% en las pérdidas debido a la acumulación de sólidos y grasas en las paredes. J = 0,18 * 1,25 = 0,23 mts La carga dinámica. Pérdida geométrica

3,75 mts

Pérdida en la succión 0,80 mts Pérdida dinámica

0,23 mts

Pérdida de energía

4,78 mts

Geometría del Pozo Húmedo: La determinación de la capacidad del pozo húmedo vendrá dada por el periodo de retención del líquido cloacal, el cual debe mantener condiciones aeróbicas de las aguas negras y evite la septización. Según las normas sanitarias se recomienda un tiempo de retención menor a 30 minutos, por lo tanto tomaremos en cuenta las variaciones flujo a fin de evitar los inconvenientes que resultan de tener equipos de bombeo con ciclos de arranques y paradas frecuentes. La capacidad máxima de la tanquilla será de acuerdo a las normas sanitarias. Gasto medio

=

5,56 lps

V

=

5,56 lps * 0,5h * 3600 S/hr = 10,0 m3


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Determinación del volumen útil del pozo:

El volumen del pozo de bombas tendrá que ser considerado como un volumen mínimo para funcionamiento satisfactorio en las condiciones más desfavorables, con respecto al número de arranques de las bombas los cuales tienen lugar cuando el caudal de entrada al pozo es igual a la mitad de la capacidad de bombeo, según (Análisis of Economic Sewage Lift-Station Design), determinaremos el volumen de pozo húmedo para una bomba funcionando. Vmin

=

Volumen mínimo del pozo

C

=

Capacidad para gasto máximo

Ns

=

Número de arranque de las bombas

Vmin = 900

C 1668 = 900 * = 2504 lit Ns 6

Vmin = 2,5 mt3 Para tal efecto se tomará una tanquilla de succión bajo las siguientes características: Nivel topográfico de terreno:

839,10

Entrada de borda:

837,75

Nivel inferior mínimo:

836,75

Altura total:

2,80mt

Las dimensiones útiles del pozo húmedo serán: Fosa cilíndrica. Diámetro:

108” (2,74mt)

Área:

5,90 mt2

Altura

0,80 mt

Volumen útil:

4,70 mt3


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Curva del Sistema: En la figura #1 se ha ploteado la curva del sistema para un diámetro de Æ 150mm entre el caudal y la presión dinámica. Equipo de Bombeo: Operación de bombeo:

Para la selección del equipo de bombeo se ha procurado que el ciclo de operación de cada unidad de bombeo no sea menor de 5 minutos y el tiempo máximo de retención de las aguas residuales en el pozo húmedo no mayor de 30 minutos, para cualquier combinación del gasto afluente y bombeo. Capacidad de Volumen Máximo en la Tanquilla de Succión:

Como resultado del análisis de diversos volúmenes para el pozo húmedo se ha escogido una capacidad neta es de 4700 litros, construido por un estanque de dimensiones indicada anteriormente. Alto

0,80 mts

Diámetro

108”

Volumen útil

4,70 m3

(2,74 mts)

Gasto medio de Bombeo:

E1 gasto medio de bombeo para un tiempo máximo de 5 minutos será: Q = (4700lit/300 seg) = 15,67 lps Potencia de los Equipos:

La potencia de los equipos es de:

Ph p =

Q * H * P 15,67 lps * 4,78mt = * 1,04 = 1, 46 HP 76E 76 * 0,70

Selección del equipo de bombeo:

Tomando en consideración los siguientes elementos: Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Gasto de bombeo

15,67 lps

Altura total de bombeo

4,78 mts

Costo de los equipos. Curva característica de la bomba. Se ha seleccionado una bomba Marca ABS-Pumpen sumergible para aguas residuales modelo AFP – 100 – 405 Motor corriente alterna trifásico: Potencia del motor

3HP 2,2 KW

Revoluciones del Motor

750 RPM

Tensión de operación

220 - 440 Volts.

Amperaje nominal

8,3 – 4,2 AMP

Paso libre del impulso

80 mm

Diámetro de la descarga

100 mm

Número de Unidades:

Se preverán dos unidades de bombeo; la cual cada una tendrá el 100% del gasto a bombear usando una para las necesidades del bombeo y la otra solo para casos de emergencia o reparaciones de la primera. Es aconsejable el uso alternado de ambas bombas. Ciclos de Operación de Bombeo:

Lo determinamos a partir de las siguientes relaciones: tb =

C Q -q

N =

60 tr + tb

tr

=

Tiempo de retención

Q

=

Gasto Bombeado

tb

=

Tiempo de Operación

q

=

Gasto afluente

n

=

Número de arranques por hora para el gasto máximo. Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. E1 tiempo de retención en el pozo húmedo se determinará mediante la expresión: tr = (C/q) tr : Tiempo de llenado C : Capacidad útil del pozo húmedo q : Gasto afluente promedio Para el gasto afluente promedio. tr =

4700 lit = 846 seg 5,56 lit/seg

Tiempo de retención: 14 min Para el gasto medio:

tb =

n =

4700 = 4,64 seg = 8 min 15,67 - 5,56

60 = 2,73 = 3 arranques/hora 14 + 8

para el gasto mínimo:

tb =

4700 = 382 seg = 6,37 min 15,67 - 3,34

n =

60 = 2,86 = 3 arranques/hora 14 + 7

Para cualquier gasto afluente se tendrá un máximo de tres (3) arranques por hora Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Línea de Impulsión: Velocidad de arrastre:

Es necesario mantener los colectores con velocidades de flujo que no permitan la sedimentación a lo largo de la tubería. Según Mc. Person la velocidad mínima de transporte vendrá dada por: Vmin = 1,35 D Vmin = 1,35 0,15 = 0,52 m/s

Vo =

4Q 4 * 0,016 = 2 3,14 * (0,15) πD

2

= 1,42 > 0,52

Válvulas de Expulsión de Aire:

Es necesario considerar la posibilidad de formación de bolsas de aire en algunos puntos de la línea de bombeo, ello reducirá el área neta de flujo, incrementaría las pérdidas de carga y consecuentemente la altura dinámica contra la cual trabajan las bombas. A fin de prevenir esta situación, es recomendable colocar ventosas automáticas en los puntos altos de la línea de bombeo, es decir en aquellos puntos donde puede producirse acumulaciones de aire por cambios de pendiente. Sobre presión - Golpe de ariete:

En algunos casos puede requerirse una estimación del efecto del exceso de presión, provocado por la onda de regresamiento, al interrumpirse el bombeo. Aun cuando por las características de una línea de bombeo de aguas servidas, la carga estática es muy pequeña, conviene verificar el espesor de la tubería para determinar su capacidad de resistencia al impacto por golpe de ariete. Este exceso da presión está dado por la formula: P = 0,0505 * (VL/T)


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Donde: P

=

Incremento de presión (Vg/Cm2)

V

=

Velocidad (m/s)

L

=

Longitud de la línea (mt)

T

=

Tiempo de cerrado de la válvula

P

=

0,0505 *

P

=

Hest + P = 4,55 + 5,74 = 10,29 mt

1,42 * 20 = 0,57 kg/cm 2 = 5,70 k/m 2 = 5,74 mt 2,5

Usaremos tubería clase 100 para una presión de trabajo de 7 kg/cm 2 Se deberán instalar válvulas con tiempos de cierre mayores a 2½ segundos a fin de evitar el golpe de ariete.


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. ESTACIÓN DE BOMBEO DE LAS AGUAS TRATADAS Consistirá en el diseño de la tanquilla y del equipo de bombeo necesario para descargar las aguas tratadas provenientes de la planta de tratamiento al cause del río Caripe. Gasto de Diseño: El caudal de diseño corresponderá al QmH proveniente de los sectores de aguas crudas: Qm

= 5,56 lps

QmH = 16,68 lps Tubería a Presión: La tubería será de (PVC) policloruro de vinilo rígido para la conducción de fluidos a presión, y tendrá una longitud aproximada desde el sitio de bombeo a la descarga de 200 mts. Coeficiente rugosidad C = 140 Para el caudal de diseño elegiremos un decámetro de 6” (150mm). Línea de Presión: Altura estática:

La cota de llegada a la tanquilla será al nivel 838,60 y la descarga al cauce del río Caripe será sobre un cabezal de descarga aproximadamente en la cota 839,40 por lo tanto He = 1,05 mt Presión dinámica:

Las pérdidas de energía por fricción utilizando la expresión de Williams-Hasen J = a * L * Q1,85 Para un Æ 150mm y C = 140 tendremos a = 0,(4) 3280 Lt = Lr + Le = 220 mts J = 0,(4) 3280 * 220 * (16,68)1,85 = 1,32 mt Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. La carga dinámica: Altura estática:

2,20

Pérdida succión:

0,80

Pérdida dinámica:

1,32 mt

Pérdida energía

2,12 mt

Dimensiones de la Tanquilla de Bombeo: Siendo el volumen mínimo de la tanquilla de succión Vt = 2,50 mt3 Las dimensiones útiles consideradas serán: Tanquilla cilíndrica: Diámetro:

90” (2,25mt)

Área:

3,97 m2

Alto

0,80 m

Volumen útil:

3,20 m3

Curva del Sistema: La curva del sistema se muestra en las hojas anexas al fabricante. Equipo de Bombeo: El gasto de bombeo para un tiempo no menor de cinco minutos

Q =

3.200 lit = 10,67 lps 300 seg

La potencia del motor de la bomba para una eficiencia PmHP =

QH 10,67 * 4,32 mt = = 0,95 HP 76E 76 * 0,70


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. para un gasto de bombeo de 10,67 lps a una altura de 2,12 mt seleccionaremos Bomba marca ABS-Pumpen sumergible modelo Robusta 800 T Motor corriente alterna trifásico Potencia motor

5HP - 3,7 KW

Velocidad

1750 RPM

Tensión de operación

220 – 440 volts

Amperaje nominal

6,9 – 35 Amp

Diámetro de la succión

150 mm (6”)

Diámetro de la descarga

100 mm (4”)

Se usarán dos unidades de bombeo cada una con el 100% del caudal a bombear, siendo la segunda para caso de emergencia o reparaciones de la primera. Se deberán usar alternando ambas bombas. El número de arranque por hora será: tr =

3.200 lit = 575,34 seg = 9,59 min 5,50 lps

tb =

3.200 = 626,22 = 10,44 min 10,67 - 5,50

N =

60 = 3 arra/h 9,59 + 10,44


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. ACOMETIDAS ELÉCTRICAS A partir de las cargas instaladas determinaremos los calibres de los cables y el banco de transformadores a ser utilizado: Las consideraciones preliminares serán: -

Voltaje de trabajo de los equipos: 220 V; 3Æ

-

Factor de potencia = 0,8

-

Reserva del valor potencia activa: 15% Reserva equipos 20% Reserva Banco transformadores Conocidos los HP de los equipos calculamos la corriente por (I =

746 HP ) para E f = 0,70 3 Eε f cosj

El calibre del cable lo determinamos por: Capacidad Térmica: Según la tabla 310 –16 del C.E.N. para un régimen de temperatura del conductor de 75ºC Caída Tensión: Según la tabla de capacidad de distribución Ampxmt (Am) sistema trifásicos, régimen temperatura y Dv = 2% y factor de corrección para sistemas distintos a 3 * 208/120V. Estación bombeo aguas crudas:

2 bombas de 5 HP uso alterno I

=

Am =

24,12 ; 3THW # 10 AWG : L = 21 mt 506


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Estación bombeo aguas tratadas:

2 bombas de 5 HP I

=

Am =

24,12 Amp; 3 THW # 10 AWG : L = 15 mt 361

Equipo de aeración:

I

=

Am =

70 Amp ; 3 THW # 8 AWG ; L = 4 mt 280

Vigilancia y control:

2 THW # 10 AWG + 1 T HW# 8 Centro de carga: Estará constituido por tres transformadores monofásicos, tipo de distribución refrigerados en aceite, alojados en poste. La relación de transformación será 13.800/240 – 120 V De acuerdo a la distribución de la carga: EB-1

7,35 KW

EB-2

7,35 KW

ESA

13,89 KW 29,5 KW 5,90KW 30,40 KW

Res 20% I

=

103.2 Amp

L

=

20 mt Am = 2.064

3

=

THW # 1/0 AWG + THW # 6 AWG

Breaker

principal 3 * 125 Amp.

Considerando una demanda del 100% debido a que la carga principal son los equipos de bombeo

KW =

35.410 W * 1 = 30,41 KW 1000

para un factor de potencia del 90% Avenida Paseo Colón Este, Resd. Venecia. Edif. El Turpial. 3er Piso # 37. Complejo el Morro. Lechería.Municipio Urbaneja. Edo. Anzoátegui. Telefonos: (0281) 2 678248 – (0414) 8073141

Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. KVA =

KW 35,4 = = 39,3 KVA FP 0,9

considerando los transformadores standard existentes en el mercado seleccionamos los transformadores monofásicos de capacidad 15 KVA. Grupo = (33,33/15) = 2,62 (3 transformadores)


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. CÁLCULO ESTRUCTURAL PLANTA DE TRATAMIENTO DATOS DE DISEÑO. Longitud interna del tanque

18,00 mt

Ancho interno del tanque

6,00 mt

Altura interna del tanque

3,50 mt

Altura del tanque encima del suelo

2,75 mt

Espesor del fondo

0,25 mt

Espesor de los muros (cm)

0,20 mt

Resistencia del concreto (fc)

250 kg/cm2

Resistencia del acero de refuerzo

4200kg/cm2

Peso específico del concreto armado

2500kg/m3

Peso específico del suelo

1800 kg/m3

Peso específico del agua cruda

1040 kg/mt3

Ángulo de fricción interna del suelo (Æ) 30º Resistencia a suelo (asumida)

1,50 kg/cm2

Solicitaciones de diseño: 1

0,2 0,5

2

2,75 3,0 Ew 0,75

3,5 Ew

Et

Et

WL 0,25

0,25

3

6,2 0,1

0,1

4


Oficina de Ingeniería Raimundo Pérez & Asociados, C.A. OFIRPA, C.A. Carga diseño losa de fondo: WLf = gc*ee = 2500 kg/m³* 0,25m = 625 kg/m² W pm = gc*em * 2H

( B + L) = B * L

W pm = 2500 kg/m³*0,20m* 2*3,5

( 6 + 18) = 6 *18

778 kg/m²

Wd= WLf + W pm = (625 + 778) kg/m² = 1403 kg/m² Wdm = 1,4*1403 = 1965 kg/m² Carga diseño los muros: Presión del empuje de tierra Et = gDH tg² (45 - Æ/2)º = 1800 * 0,75* tg² 30º = 450 kg/m² Wdm = 630 kg/m² Presión del agua en el fondo W pw = 1040 *3 = 3120 kg/m² Resultados del Análisis Progresiva

r=3

3120

3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0

Cortante V Vu 0 0 0 0 130 182 520 728 1170 1638 2080 2912 3224 4513 4444 6221

Momento Acero M Mu(int) As (is) As(I) 0 0 5,67 5,67 0 0 5,67 5,67 22 30 5,67 5,67 173 243 5,67 5,67 585 819 5,67 5,67 1387 1941 5,67 5,67 2706 3789 5,67 6,09 4621 6949 5,67 10,66

r=5


Memoria Planta Tratamiento

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