2012 Universidad del Magdalena DILCIO SILVA
[D i señ o de un u n a Pl an antt a de ] Tratamiento Se presenta el diseño detallado de una planta de tratamiento, con todas sus condiciones hidráulicas.
Diseño de una Planta de Tratamiento
PLANTAS DE TRATAMIENTOS. Diseño de Canaleta de Parshall, diseño de Floculadores y Sedimentadores Sedimentadores Qp=507 lps = 0.507 m^3
Alumno: SILVA DILCIO GUSTAVO
Docente: Ing. ÁLVARO CASTILLO
IX SEMESTRE
UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA FACULTA DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL SANTA MARTA D.T.C.H 2012
Dilcio Gustavo Silva
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Diseño de una Planta de Tratamiento
DISEÑO DE LA CANALETA PARSHALL El diseño y dimensionamiento que se va a utilizar es el propuesto por Acevedo Nietto, quien propone hallar una canaleta iniciando con un ancho de garganta que se presenta en la siguiente tabla y luego chequear los parámetros hidráulicos que establece el RAS 2000.
Canaleta Parshall.
Fuente: Teoría y práctica de la purificación del agua. Jorge arboleda Valencia
Fuente:http://www.fao.org/docrep/T0848S/t0848s18.gif
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[cm] Dimensión
W
A
B
Canaleta # 7,6 46,6 45,7 1 Canaleta # 15,2 62,1 61 2 Canaleta # 22,9 88 86,4 3 Canaleta # 30,5 137,2 134,4 4 Canaleta # 45,7 144,9 142 5 Canaleta # 61 152,5 149,6 6 Canaleta # 91,5 167,7 164,5 7 Canaleta # 122 183 179,5 8 Canaleta # 152,5 198,3 194,1 9 Canaleta # 183 213,5 209 10 Canaleta # 213,5 228,8 224 11 Canaleta # 244 244 239,2 12
C
[m]
D
E
F
K
N
17,8 25,9 38 15,2 30,5 2,5
5,7
39,4 40,3 46 30,5
G
61
n
k
1,547 0,176
7,6 11,4
1,58
0,381
38
57,5 61
61
45,7 7,6 22,9
1,53
0,535
61
84,5 92
61
91,5 7,6 22,9 1,522
0,69
76,2
103 92
61
91,5 7,6 22,9 1,538 1,054
91,5
121 92
61
91,5 7,6 22,9
122
157 92
61
91,5 7,6 22,9 1,566 2,182
152
194
92
61
91,5 7,6 22,9 1,578 2,935
183
230 92
61
91,5 7,6 22,9 1,587 3,728
214
267
92
61
91,5 7,6 22,9 1,595 4,515
244
303
92
61
91,5 7,6 22,9 1,601 5,306
275
340
92
61
91,5 7,6 22,9 1,606 6,101
1,55
1,426
Fuente: Teoría y práctica de la purificación del agua. Jorge arboleda Valencia.
PARÁMETROS DEL RAS 2000. Para cumplir los propósitos de la canaleta, es necesario definir los siguientes requisitos a verificar según el RAS.
1. La canaleta no debe trabajar ahogada, osea que la relación Hb/Ha no exceda los siguientes valores: Ancho De Garganta 7.5 (3”) a 22.9 (9”) 30.5 (1’) a 244 (8’) 305 (10’) a 1525 (50’)
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Máxima Sumergencia (Hb/Ha) 0.6 0.7 0.8
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2. Que la relación Ha/W esté entre 0,4 y 0,8. La razón para esta condición es la de que la turbulencia del resalto no penetra en profundidad dentro de la masa de agua, dejando una capa bajo el resalto en que el flujo se transporta con un mínimo de agitación, como se ha podido constatar en experimentos de laboratorio. Al bajar Ha el espesor de esta capa se minimiza. El concepto de gradiente de velocidad de Kamp no tiene aplicación en este caso. 3. Que el número de Froude esté comprendido entre estos dos rangos 1,7 a 2,5 ó 4,5 a 9. Debe evitarse números entre 2,5 y 4,5 que producen un resalto inestable el cual no permanece en su posición, sino que siempre está cambiando de sitio, lo que dificulta la aplicación de coagulantes. CONDICIONES HIDRÁULICAS 1. CONDICIONES DE ENTRADA Partiendo del dato de caudal conocido (0,620 m 3/s) se procede a obtener el valor en metros de la altura h a correspondiente al nivel del agua en la entrada de la canaleta, mediante la siguiente ecuación:
() Se debe cumplir:
El ancho de la canaleta en la sección de medida será:
Velocidad en la sección D´:
Energía específica:
2. CONDICIONES DE GARGANTA Velocidad antes del resalto:
(Resolver por V1 esta ecuación para el mayor valor y verificar que V 1≥2m/s).
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Altura antes del salto hidráulico:
Numero de Froude:
(Comprobar que esté entre 1,7 y 2,5 ó 4,5 y 9)
4. CONDICIONES DE SALIDA Altura después del resalto:
Velocidad después del resalto:
Sumergencia:
De acuerdo con la primera condición hidráulica se determinó que las dimensiones de la canaleta número 7 son las apropiadas para el diseño de la canaleta Parshall.
Luego, las dimensiones de la canaleta serán: [cm] Dimensión Canaleta # 7
W
A
B
C
[m]
D
E
F
G
K
N
n
k
91,5 167,7 164,5 122 157 92 61 91,5 7,6 22,9 1,566 2,182
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Condiciones de entrada: El ancho de la canaleta en la sección de medida será:
Velocidad en la sección D´:
Energía específica:
Condiciones de garganta: Velocidad antes del resalto:
√
Resolviendo la ecuación cúbica tenemos: Altura antes del resalto hidráulico:
Numero de Froude:
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Condiciones de salida: Altura después del resalto:
Velocidad después del resalto:
Sumergencia:
DOSIFICACIÓN
Generalidades. La coagulación consiste en neutralizar la carga, generalmente electronegativa, de los coloides presentes en el agua, quedando estos en condiciones de formar flóculos. Este proceso se consigue introduciendo en el agua un producto químico denominado coagulante, pero antes de entrar en el estudio de los coagulantes y de su forma de desestabilizar las suspensiones coloidales, es necesario considerar los factores que determinan que las partículas permanezcan en suspensión, así como también aquellos que producen la floculación. Por estabilidad se entiende la propiedad inherente de las
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partículas coloidales a permanecer en dispersión durante mucho tiempo, mientras que por inestabilidad se expresa la tendencia de dichas partículas a flocularse siempre que entren en contacto entre sí. Para una buena coagulación, se debe adicionar al agua una dosis óptima de coagulante y se le debe mezclar adecuadamente con ella. Esta variará dependiendo de la naturaleza de agua cruda y de su composición general, por lo que no es posible calcularla matemáticamente. Un experimento de laboratorio llamado “la prueba de jarras” es
usado generalmente para la determinación periódica de la dosis óptima. La elección del coagulante se efectuará después de un estudio del agua en laboratorio, mediante la técnica de ensayos de floculación. En esta elección deben tenerse en cuenta, entre otros factores: 1 La naturaleza y calidad del agua bruta. La variación de la calidad del agua bruta (diarias o estacionales, influencia de la temperatura, etc.). Destino del agua tratada. Tratamiento previsto después de la coagulación. Grado de pureza del reactivo .
Por su parte, el ensayo de la prueba de jarras comienza con la colocación de una serie de muestras de agua en un agitador múltiple especial, para posteriormente dosificarlas con una escala de coagulantes, por ejemplo: 10, 20, 30, 40, 50 mg/l, para luego agitar fuertemente por aproximadamente un minuto. Luego se continúa con una agitación suave, después de la cual se permite a l as muestras desestabilizarse y asentarse durante 30 a 60 minutos. Finalmente, se examina el color y la turbiedad de las muestras y se anota la dosis de coagulante que proporciona una clarificación satisfactoria del agua. 2 El tratamiento de coagulación óptimo de un agua cruda tiene por objeto lograr un equilibrio muy complejo en el que están implicadas muchas variables. Entre ellas merecen destacarse: pH. Sales disueltas (composición química del agua). Naturaleza de la turbiedad. Tipo de coagulante. Temperatura. De lo anterior se ha observado que el pH es la variable independiente más importante de entre las muchas a considerar en el proceso de coagulación, así mismo, se ha establecido que existe al menos una escala de pH para un agua dada dentro de la cual se registra una 1
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4080004/contenido/Capitulo_8/Pages/Proceso_tratamiento_aguas(b)_continuacion.htm
2
http://www.bvsde.ops-oms.org/bvsacd/scan/020867/020867-14.pdf
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buena coagulación - floculación en el tiempo más corto. La amplitud de la escala del pH está influenciada por: El tipo de coagulante empleado. La composición química del agua. La dosis del coagulante. Para el cálculo del dosificador se debe tener en cuenta los siguientes factores según el RAS. En la selección del tipo de dosificador se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:
1. La precisión requerida, la confiabilidad para aplicar siempre la dosis predeterminada, el tipo de producto por dosificar y el rango de caudal de trabajo. 2. Factores técnicos y económicos. 3. Los dosificadores deben tener una capacidad para dosificar por lo menos, la dosis que cubra las condiciones más desfavorables del agua por tratar. 4. Deben conseguirse en el mercado las piezas de repuestos para el tipo de dosificador seleccionado. 5. Para los niveles bajo y medio de complejidad deben preferirse los dosificadores con control manual; para los niveles medio alto y alto de complejidad el control puede ser automático, pero debe estar diseñado para permitir su manejo manual en caso de daño o emergencia y tener por lo menos dos unidades de dosificación Cálcul o y selección del dosificador .
Inicialmente se debe conocer el dato del caudal de la planta y la dosis optima, de este modo en este caso el caudal mencionado corresponde a 620 l/s y la dosis a aplicar seleccionada es de 70mg/l, cuyo valor fue seleccionado teniendo en cuenta que no se contaba con el resultado de la prueba de jarras y bajo el criterio de que las dosis usadas comúnmente van de 10 a 100mg/l, siendo 70 la que mejor se podría ajustar a las condiciones críticas de cambio de turbiedad del río en los diferentes meses del año, además sabiendo de que no con una mayor dosis se llega a dar unos resultados bajos en turbiedad. . El resto de parámetros se calculan a continuación, hasta finalizar con la selección del dosificador a utilizar.
1. Cantidad de producto a utilizar por unidad de tiempo:
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2. La cantidad de soluto en Kg se obtiene mediante la siguiente expresión: Donde: TJORNADA corresponde al tiempo del turno a emplear. En este caso se considera un funcionamiento de la planta las 24 horas, con 3 turnos de 8 horas cada uno. Esto se hace teniendo en cuenta que entre menor sea la duración del vaciado del tanque, menor será su volumen y la cantidad de soluto y solución a colocar. Entonces:
El total de kg a emplear por turno es de 1168,128 kg
3. El cálculo de la cantidad de solución a colocar se hace de acuerdo a la concentración. De este modo, se tiene que usualmente las concentraciones empleadas van desde un 6 a un 14%, dependiendo de lo diluida que se quiera la solución. Se escoge usar una concentración del 12% buscando bajo volumen de solución. Entonces: Con una concentración del 12%: Se emplean 12Kg de soluto en 100l de solución; por lo que el volumen final de solución para el soluto calculado será:
Este valor indica que se requiere un tanque con un volumen mayor al de la solución, lo cual descarta inmediatamente la propuesta de un dosificador en húmedo, ya que el tanque sería demasiado grande, por tal motivo llevaría consigo un alto costo. Finalmente, se propone utilizar un dosificador en seco gravimétrico (De balanza y cinta) que expulse una cantidad de producto de 0 a 5 Kg/min, lo cual sería ajustado en sitio a la cantidad necesaria ya calculada de 2,6Kg/min.
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Diseño de una Planta de Tratamiento
FLOCULADOR DE ALABAMA. Generalidades. En la serie de procesos de una planta de tratamiento de filtración rápida, la coagulación es generalmente seguida por la floculación, que se define como el proceso de unir partículas coaguladas y desestabilizadas para formar mayores masas o flóculos, de modo de posibilitar su separación por sedimentación (ó flotación) y/o filtración del agua tratada. Es sin duda, el proceso más utilizado para la remoción de sustancias que producen color y turbiedad en el agua. La formación de los flóculos depende de la permanencia y de la cantidad de energía aplicada (gradiente de velocidad) en los floculadores. La energía aplicada para la floculación puede ser entregada, como en la mezcla rápida, por medios hidráulicos y mecánicos. La diferencia se caracteriza por la intensidad del gradiente que en la floculación es mucho menor. En el presente trabajo se llevara a cabo el diseño del floculador hidráulico Alabama. F loculador de Alabama. En este tipo de floculador cada cámara lleva un codo que
impulsa el agua hacia arriba y la vuelve a tomar en el fondo. Los codos se colocan en forma alternada: el anterior en el lado derecho de la cámara y el que le sigue en el lado izquierdo para evitar cortos circuitos. Deben realizarse un mínimo de nueve cámaras, en el presente diseño se asumirá un total de doce cámaras. Cabe resaltar que según el RAS la velocidad de los codos debe estar , para evitar que el floc se rompa. En el comprendida extremo de los codos se coloca una platina de orificio que pueda ser cambiado por otra a voluntad a fin de modificar el gradiente. El gradiente de velocidad debe estar entre de acuerdo con lo obtenido en la prueba de jarras y el tiempo de detención entre , el cual debe determinarse de acuerdo con las pérdidas hidráulicas.
Caudal
de
di señ o.
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Se
trabajará
con
un
caudal
de
diseño
de
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Diseño de una Planta de Tratamiento Diseñ o de flocul ador de Al abama.
Figura # 1. Floculador de Alabama.
Fuente: http://www.frbb.utn.edu.ar/carreras/materias/ing_sanitaria/ENOHSa%20Floculacion
A continuación se realizarán los cálculos para determinar el diseño del floculador de Alabama.
Caudal de la planta (Q p) 3
/seg Q p= 507 l/seg; Q p= 0.507 m
Calculo del caudal de floculador, Q f
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Diseño de una Planta de Tratamiento
caudal de la planta, N f = número de floculadores, se asumieron 6 floculadores. Reemplazando en la ecuación tenemos:
Donde: Qp =
⁄
Calculo del volumen del floculador (V f )
Donde: TRH= tiempo de retención hidráulico Según el RAS 2000 el TRH debe estar entre 20 y 40 minutos (asumido 35 minutos 60seg =2100seg).
⁄ Se asumió 12 cámaras para cada floculador como se indicó con anterioridad.
Calculo de volumen de la cámara (V c).
Donde: Nc= número de cámaras, reemplazando en la ecuación nos da:
Calculo del el área de la cámara (A c).
Donde: Pc= profundidad de la cámara, Se asumió una profundidad de 3 m
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Diseño de una Planta de Tratamiento
Calculo de la longitud de la cámara (L c).
Como las cámaras se van a asumir cuadradas, la longitud de esta será:
√
Como , Por tanto y , se asumirá un borde libre de 0,134m para efectos del diseño y para manejar medidas aceptables por parte del constructor.
Calculo de la longitud total del floculador, l t
[ ] Hay un total de 13 muros y se diseñarán con un espesor de 15 cm
[ ]
Determinación del ancho del floculador, A
floculador
[ ] Se tienen 7 muros de 15 cm de espesor
[ ]
Calculo de gradiente de velocidad en la última cámara del floculador (G 12).
Donde:
g= gravedad hft= sumatoria de las pérdidas = viscosidad del agua a 25°C (8.97*10 -7 m2/seg.) TRHc= tiempo de retención hidráulico en la cámara Nc= número de cámaras
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Primero se hace necesario calcular el tiempo de retención hidráulico en la cámara.
Calculo del TRH c
Se asumió un tiempo de retención hidráulico (THR) de 35 min, con el fin de que las partículas duren desestabilizadas un tiempo considerable y puedan formar floc.
Para hallar el h ft se asume el diámetro del codo.
Donde: Acodo = Área del codo
, reemplazando se obtiene que el área del codo es:
Luego se calcularán las pérdidas en el codo como se indica a continuación.
Calculo de pérdidas (h 1)
( ) Donde:
(0,65)
Reemplazando en la ecuación nos queda:
( ) Dilcio Gustavo Silva
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Calculo de pérdidas (h2).
Donde: K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo Calculo de la velocidad del codo
⁄ ⁄
, reemplazando los datos correspondientes en la ecuación nos queda:
Al reemplazar los datos en la ecuación (h 2) se obtiene:
Calculo de pérdidas (h 3)
( )
Donde:
(0,8)
Reemplazando en la ecuación nos queda:
() Dilcio Gustavo Silva
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Sumatoria de pérdidas (h ft)
Pérdidas totales en las 12 cámaras:
Reemplazando los valores para calcular el gradiente de velocidad en el paso entre cámaras nos queda que :
⁄ ⁄ El gradiente de velocidad calculado es aceptado ya que según el RAS este no debe ser menor que y como su cálculo fue en la última cámara se procederá a colocar platinas en los codos que se encuentran en las cámaras anteriores con el fin de aumentar las pérdidas a la salida del codo y de esta manera aumentar el gradiente, a sabiendas que este no debe sobrepasar un gradiente de velocidad de en la primera cámara.
Cálculo de las Platinas. En el proceso de floculación se debe hacer que el grado de agitación vaya disminuyendo a medida que se va pasando de una cámara hacia otra, esto es en sentido del flujo, para que el floc no se rompa, para lo cual se utilizara platinas para colocarlas en la salida de los codos de cada cámara.
1er Juego de platinas.
Para el primer juego de platinas se utilizará un diámetro de
Calculo de la perdida (
( ) Dilcio Gustavo Silva
)
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Donde:
( ) (0,65)
Reemplazando en la ecuación nos queda:
Calculo de la perdida (
)
Donde:
K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo Calculo de la velocidad del codo
⁄ ⁄ Se calculo (h2)
( ) Calculo de la perdida (
.
Para el área de la platina tenemos:
Dilcio Gustavo Silva
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( ) Calculo de gradiente de velocidad del floculador
⁄ ⁄
2do Juego de platinas.
Para este segundo juego de platinas, utilizaremos un diámetro de
Calculo de la perdida ( )
Donde:
(0,65)
.
Reemplazando los datos respectivos en la ecuación queda:
( ) Dilcio Gustavo Silva
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Donde:
K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo Calculo de la velocidad del codo
⁄ ⁄ Se calculo (h2)
( ) Calculo de la perdida (
).
Para el área de la platina tenemos:
()
Dilcio Gustavo Silva
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Cálculo de gradiente de velocidad del floculador
⁄ ⁄
3er Juego de platinas.
Se utilizará un diámetro de
Calculo de la perdida (
)
( ) Donde:
(0,65)
Reemplazando en la ecuación se tiene que:
( ) Calculo de la perdida (
)
Donde:
K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo Calculo de la velocidad del codo
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Diseño de una Planta de Tratamiento
⁄ ⁄ Se calculo (h2)
( ) Calculo de la perdida (
).
Para el área de la platina tenemos:
() Calculo de gradiente de velocidad del floculador
⁄ ⁄
Dilcio Gustavo Silva
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Diseño de una Planta de Tratamiento
4to Juego de platinas.
Para este juego de platinas, utilizaremos un diámetro de
Calculo de la perdida (
)
( ) Donde:
(0,65)
Reemplazando en la ecuación nos queda:
( ) Calculo de la perdida (
)
Donde:
K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo Calculo de la velocidad del codo
⁄ ⁄ Se calculo (h2)
Dilcio Gustavo Silva
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Diseño de una Planta de Tratamiento
( ) Calculo de la perdida (
).
Para el área de la platina tenemos:
() Cálculo de gradiente de velocidad del floculador
⁄ ⁄
5to Juego de platinas.
Para este quinto juego, se escogió un diámetro de
Calcul o de la perdida ( )
( )
Donde:
Dilcio Gustavo Silva
(0,65)
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Diseño de una Planta de Tratamiento
Reemplazando en la ecuación nos queda:
( ) Calculo de la perdida (
)
Donde:
K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo Calculo de la velocidad del codo
⁄ ⁄ Se calculo (h2)
( ) Calculo de la perdida (
).
Para el área de la platina tenemos:
Dilcio Gustavo Silva
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Diseño de una Planta de Tratamiento
()
Calculo de gradiente de velocidad del floculador
⁄ ⁄
6 to Juego de platinas.
Para este cuarto juego, utilizaremos un diámetro de
Calculo de la perdida ( )
( ) Donde:
(0,65)
Reemplazando en la ecuación nos queda:
( )
Dilcio Gustavo Silva
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Diseño de una Planta de Tratamiento
Calculo de la perdida (
)
Donde:
K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo Calculo de la velocidad del codo
⁄ ⁄ Se calculo (h2)
( ) Calculo de la perdida (
)
Para el área de la platina tenemos:
()
Dilcio Gustavo Silva
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Calculo de gradiente de velocidad del floculador
⁄ ⁄ 7°. Juego de platinas. En este juego de platinas, utilizaremos un diámetro de
Calculo de la perdida (
)
( ) ( ) Donde:
(0,65)
Reemplazando en la ecuación nos queda:
Calculo de la perdida (
)
Donde:
K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo Calculo de la velocidad del codo
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⁄ ⁄ Se calculo (h2)
( ) Calculo de la perdida (
)
Para el área de la platina tenemos:
() Calculo de gradiente de velocidad del floculador
⁄ ⁄
8. Juego de platinas.
Para este juego, utilizaremos un diámetro de
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Diseño de una Planta de Tratamiento
Calculo de la perdida (
)
( ) Donde:
(0,65)
Reemplazando en la ecuación nos queda:
( ) Calculo de la perdida (
)
Donde:
K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo Calculo de la velocidad del codo
⁄ ⁄ Se calculo (h2)
Dilcio Gustavo Silva
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Diseño de una Planta de Tratamiento
( ) Calculo de la perdida (
).
Para el área de la platina tenemos:
() Calculo de gradiente de velocidad del floculador
⁄ ⁄
9°. Juego de platinas.
Para este noveno juego, utilizaremos un diámetro de
Calculo de la perdida (
).
( ) Donde:
Dilcio Gustavo Silva
(0,65)
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Diseño de una Planta de Tratamiento
Reemplazando en la ecuación nos queda:
( ) Calculo de la perdida (
)
Donde:
K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo Calculo de la velocidad del codo
⁄ ⁄ Se calculo (h2)
( ) Calculo de la perdida (
).
Para el área de la platina tenemos:
() Dilcio Gustavo Silva
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Diseño de una Planta de Tratamiento
Calculo de gradiente de velocidad del floculador
⁄ ⁄
10° Juego de platinas.
En este juego de platinas se utilizará un diámetro de
Calculo de la perdida ( )
( ) Donde:
(0,65)
Reemplazando en la ecuación nos queda:
( ) Calculo de la perdida (
)
Donde:
K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo
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Diseño de una Planta de Tratamiento
Calculo de la velocidad del codo
⁄ ⁄ Se calculo (h2)
( ) Calculo de la perdida (
).
Para el área de la platina tenemos:
() Calculo de gradiente de velocidad del floculador
⁄ ⁄ Dilcio Gustavo Silva
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Diseño de una Planta de Tratamiento
11° Juego de platinas.
Por último, se utilizará un diámetro de
Calculo de la perdida (
)
( ) Donde:
(0,65)
Reemplazando en la ecuación nos queda:
( ) Calculo de la perdida (
)
Donde:
K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo Calculo de la velocidad del codo
⁄ ⁄ Se calculo (h2)
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Diseño de una Planta de Tratamiento
( ) Calculo de la perdida (
)
Para el área de la platina tenemos:
() Calculo de gradiente de velocidad del floculador
⁄ ⁄
Para el último juego de platinas se utilizará D=14” = 0.35 m
( ) Donde:
(0,65)
Reemplazando en la ecuación nos queda:
( ) Dilcio Gustavo Silva
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Diseño de una Planta de Tratamiento
Calculo de la perdida (
)
Donde:
K= coeficiente adimensional (0.9) V codo = velocidad del codo Calculo de la velocidad del codo
⁄ ⁄ Se calculo (h2)
( ) Calculo de la perdida (
)
Para el área de la platina tenemos:
()
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Diseño de una Planta de Tratamiento
Calculo de gradiente de velocidad del floculador
⁄ ⁄
Calculo de Zona de evacuación del agua sucia. Cálculo del área de salida.
Donde: S = Área del orificio A = Área superficial de la cámara hs = Altura de la lámina de agua te = Tiempo de evacuación de una cámara (se escoge 15 minutos)
√ √
Diámetro del orificio:
Redondeando este número se escoge un diámetro del orificio de:
Se recalcula S como sigue:
Se recalcula el tiempo de evacuación de una cámara:
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Diseño de una Planta de Tratamiento
El tiempo total de desagüe de un floculador se obtiene multiplicando el valor del tiempo de desagüe por el respectivo número de cámaras (12), obteniendo un tiempo de lavado de aproximadamente 3.02 horas. Diseño Del Box Coulvert Para el diseño del box coulvert se tiene en cuenta las pérdidas para un gradiente promedio de , las cuales se calculan como sigue a continuación:
⁄ Para la pendiente m:
Donde: hf = Corresponde a las pérdidas totales en el floculador = h fc x (# de cámaras) Lt = Longitud total del floculador (Incluye ancho de muros).
Se obtiene el caudal del orificio del desagüe
Se calcula la longitud del Box Coulvert partiendo de la ecuación de Manning: Donde: R = radio hidráulico n = coeficiente de rugosidad de Manning A = área superficial Para la cámara: y
()
Con esta longitud el box coulvert trabaja completamente lleno y sin presión, para lo cual se recurre a colocar una longitud mayor con el objetivo de que no trabaje lleno. Se diseña entonces una sección cuadrada de 70x70 cm.
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Diseño de una Planta de Tratamiento
SEDIMENTADOR DE ALTA TASA.
Fuente: http://www.aeration.com.ar/texto/equipos/seditubos/1.jpg
Cuando ya se ha realizado el proceso de la floculación, que se han formado los floc, el siguiente proceso será el de separar los sólidos (floc) del líquido, es decir, las partículas floculadas, del medio en el cual están suspendidas. Una manera de realizar esto, es con la sedimentación, donde se realiza la separación de los sólidos más densos que el agua, y que tiene una velocidad de caída tal que pueda llegar al fondo del tanque sedimentador en un determinado tiempo. Se define entonces "sedimentación" como el proceso natural por el cual las partículas más pesadas que el agua, que se encuentran en su seno en suspensión, son removidas por la acción de la gravedad. Y por sedimentador como el dispositivo usado para separar, por gravedad, las partículas en suspensión en una masa de agua.
Diseño de la zona de sedimentación. A continuación se efectuaran los cálculos correspondientes para el diseño del sedimentador.
La planta de tratamiento de agua, cuenta con un caudal de diseño
= 507 L/s
Donde:
= Caudal de la planta
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= Numero de sedimentadores.
Caudal del sedimentador (
⁄ ⁄
, reemplazando los valores obtenemos:
Placas de diseño para el sedimentador
Donde:
Carga Hidráulica Superficial, CHS
Consideraciones según RAS 2000 (placas profundas)
Se asumió una carga hidráulica superficial (CHS) de:
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Calculo del Área superficial del sedimentador, A S
⁄⁄
Cálculo de las dimensiones del área superficial de la Zona de Sedimentación
Se asumieron 3 hileras de placas profundas para cada uno de los sedimentadores.
Luego
, es:
, siendo
Calculo de la longitud del ancho superficial
Para una Bs=3.6 m y Ls=10m; la CHS decrece hasta 202.8. Lo cual es permitido.
Cálculo del número de placas
Cálculo de la zona muerta (x)
Principalmente Determinamos el ángulo de inclinación de las placas Según RAS 2000 hay intervalo entre
Se asumió θ = 57°
, reemplazando obtenemos que:
°
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Cálculo de la longitud efectiva de la hilera de placas (L)
Cálculo de la altura de las placas inclinadas (
)
°
Separación de placas más espesor de la placa (
Donde: E p= Espacio entre placas (0.05 m)
Separación horizontal entre placas
Donde
está representada por la siguiente expresión:
°
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Número de Placas
Calculo del caudal entre placas
⁄ ⁄
Cálculo del área entre placa
Cálculo de la velocidad entre placas
⁄
, reemplazando los respectivos valores nos da:
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Cálculo del tiempo de retención hidráulica (
Este tiempo está condicionado en el diseño de este tipo de sedimentadores, según RAS 2000 los intervalos son:
El tiempo de retención hidráulica se calculó de la siguiente manera:
Donde:
Reemplazando obtenemos que el tiempo de retención hidráulica es:
⁄
Calculo del Número de Reynolds
Según el RAS-2000 el Número de Reynolds puede ser:
y ojalá
Reynolds depende de: La velocidad entre placas
y separación entre placas y la
viscosidad cinemática, la cual depende de la temperatura de la zona Para una temperatura de
⁄ ⁄ , reemplazando nos queda:
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PLANOS 32 m
10 m
2 2 .6 5 m
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