AUTOR:ELIZALDE MOSQUERA MARLON MARCELO
TEMA:DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE EN EL SITIO LA
FLORIDA CON PRESENCIA DE TURBIEDAD Y COLIFORMES
TRABAJO PRÁCTICO DEL EXAMEN COMPLEXIVO PREVIO A LA OBTENCIÓN DELTÍTULO DE INGENIERO CIVIL
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
MACHALA - EL ORO
Yo, ELIZALDE MOSQUERA MARLON MARCELO, con C.I. 0703698910, estudiante dela carrera de INGENIERÍA CIVIL de la UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVILde la UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA, en calidad de Autor del siguientetrabajo de titulación DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAPOTABLE EN EL SITIO LA FLORIDA CON PRESENCIA DE TURBIEDAD YCOLIFORMES
CESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR
Declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no hasido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional. Enconsecuencia, asumo la responsabilidad de la originalidad del mismo y el cuidadoal remitirme a las fuentes bibliográficas respectivas para fundamentar el contenidoexpuesto, asumiendo la responsabilidad frente a cualquier reclamo o demandapor parte de terceros de manera EXCLUSIVA.
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a.
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b.
Machala, 25 de noviembre de 2015
ELIZALDE MOSQUERA MARLON MARCELOC.I. 0703698910
MACHALA - OCTUBRE - 2015
MACHALA, OCTUBRE DE 2015
CERTIFICACION.
ING.
FREDY LEONARDO AGUIRRE MORALES.
DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACION.
Certifica:
Haber dirigido y revisado el proyecto de titulación previo a la obtención del Título de Ingeniero Civil,
titulado “DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE EN ELSITIO "LA
FLORIDA" CON PRESENCIA DE TURBIEDAD Y COLIFORMES” realizado por el profesional en
formación: Marlon Marcelo Elizalde Mosquera con C.I. 0703698910 tema que cumple con las
características exigidas por la reglamentación de la carrera de ingeniería civil, por lo que autorizo
su presentación a la titulación.
----------------------------------------------------------- AUTOR:
MARLON MARCELO ELIZALDE MOSQUERA C.I. 0703698910
EMAIL: MARLONELIZALDE1983MAIL.COM
C.I. 0701788283
EMAIL: [email protected]
DEDICATORIA
Este trabajo, fruto del último esfuerzo que sembró en mí.
Mi Padre que antes de irse de este mundo me ayudo a
terminar de estudiar. Te lo agradezco mucho.
Y a mis hermanas y mi hermano muchas gracias por
darme la mano.
Aunque toda la vida me ayudaste en el último tramo no lo
pudiste hacer gracias a ti también Mama
AGRADECIMIENTOS
Gracias señor por tenerme con vida y que se pueda ver
reflejado todo lo que has hecho en mí.
Además Agradezco a los docentes de la Universidad
Técnica de Machala especialmente a los de la Facultad
de Ingeniería Civil que supieron impartir sus
conocimientos en este humilde servidor. MUCHAS
GRACIAS
RESUMEN
La población “LA FLORIDA” se encuentra ubicada en la Región Costa de la Provincia de El Oro, cuenta con una población de 400 habitantes y según el último censo tiene un crecimiento del 2% anual; Los inconvenientes de este poblado es que no cuenta con agua para el consumo humano y el río más cercano no tiene la garantía de ser agua segura, en la época de lluvia el agua se torna turbia y con presencia de sólidos suspendidos como son los coliformes fecales por 5 horas que es el tiempo donde los sólidos son más frecuentes en la trayectoria del agua, el siguiente trabajo se lleva con la finalidad de diseñar una planta de tratamiento de agua potable según el CÓDIGO DE PRACTICA PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE, DISPOSICIÓN DE EXCRETAS Y RESIDUOS LÍQUIDOS EN EL ÁREA RURAL con este código priorizamos la calidad del agua que sea segura, estéticamente aceptable y económica, con lo que se lleva a estudiar cada parte de las etapas de la planta y que su costo no sea muy elevado para que se haga realidad y que los pobladores puedan contar con agua de buena calidad y que sea rentable para la población, entre las características que va a tener la planta es que va a trabajar a gravedad, su mantenimiento va a ser sencillo y lo menos costoso y que el abastecimiento de agua no deje de seguir trabajando esperando que la población siga las instrucciones para que la planta no deje de operar.
PALABRAS CLAVES:
CODIGO, POTABLE, DESINFECCION, COLIFORMES, DRENES
SUMMARY
The population "Florida" is located in the coastal region of the Province of El Oro, it has a population of 400 inhabitants and according to the last census has increased by 2% per year; The disadvantages of this town is that no water for human consumption and the nearest river has no guarantee of being safe water in the rainy season the water becomes cloudy and the presence of suspended solids such as fecal coliform 5 hours which is the time where the solids are more frequent in the path of the water, the next work is for the purpose of designing a treatment plant for drinking water according to the code of practice for system design WATER SUPPLY DRINKING, disposal of excreta and liquid waste in rural areas with this code prioritize water quality that is safe, aesthetically acceptable and economically, so it takes study each of the stages of the plant and its cost is not very high to make it happen and that people can have good water quality and to be profitable for the population, among the features that will be the plant is going to work to gravity, its maintenance will be simple and least expensive and the water no longer continue working population expecting follow the instructions for the plant no longer operate.
KEYWORDS:
CODE, DRINKING, DISINFECTION, COLIFORMS, DRAINS
INTRODUCCION
Hoy en día cada es más complicado encontrar agua superficiales como subterráneas con altos estándares de calidad, en diferentes partes del mundo el agua tiene que ser tratada con tratamientos de alto costo, por eso antes de contaminar el agua hay que realizar una evaluación de los poblados que existen en las cercanías de los ríos y así educar a la gente para que no contaminen el agua que a futuro para ellos mismo va a servir.
Según Kristensen(1), durante décadas los seres humanos han alterado las aguas europeas de la superficie para permitir que la agricultura y la urbanización, la producción de energía y la protección contra inundaciones. Estas actividades resultan en daños a la morfología y la hidrología de los cuerpos de agua, en otras palabras a su hidromorfología. También resultan en hábitats alterados, con impactos significativamente graves sobre la situación de los medios acuáticos. Las alteraciones hidromorfológicas o hábitat son los cambios en el régimen natural de caudales y la estructura de las aguas superficiales por las modificaciones de: estructuras bancarias, sedimentos / composición del hábitat, de caudal, gradiente y la pendiente. La degradación hidromorfológica de zonas ribereñas y las llanuras de inundación también reducir su retención natural de contaminantes y por lo tanto puede aumentar la vulnerabilidad de las aguas europeas a la contaminación. La consecuencia de estas presiones puede afectar la fauna y la flora ecológicas acuáticas y por lo tanto puede afectar significativamente el estado de las aguas
Según Arturo González H, et al (2), en México las condiciones de los ríos y arroyos pueden variar su calidad, durante la época de lluvia se incrementa la turbiedad y sustancias orgánicas e inorgánicas debido al lavado que existen cuando llueve llevando también al arrastre de suelos, en cambio en lagos y embalses cuando llueve la calidad del agua es gradual y menos drástico como en ríos y arroyos. La alternativa del tratamiento de agua en dicho sector que tenga turbiedad microorganismos y materia orgánica, es la tecnología llamada filtración en múltiples etapas, él está compuesto por filtración gruesa en gravas como pretratamiento y la filtración lenta en arena como tratamiento principal. Este tipo de proyectos es de bajo costo, lo que lleva hacer eficiente, sencilla y muy fácil de operar y son aplicadas a comunidades pequeñas. Lo que dice Zuñiga (3), la gran mayoría de los sistemas de abastecimientos de agua potable son captadas de agua superficiales para su tratamiento, la inexistencia de sistemas de tratamiento de las aguas residuales hace que el problema de la contaminación de los recursos hídricos, siendo indispensable tomando acciones directas y concretas para preservarlos. Sin embargo este recurso no es aprovechado como se debería, debido a que no se tiene una buena infraestructura apta para aprovechar estos recursos Para diferentes países tienen otras maneras de cómo tratar el agua sea por contaminación de coliformes, hierro, turbiedad del agua u otras componentes.
Lo que comenta Pico (4), el tipo de filtro descendente remueve parámetros como color, turbiedad y algunos cloriformes mientras que el filtro ascendente no tiene la misma eficacia, el filtro descendente maneja parámetros de 54% y para filtros ascendentes un 18% con esto se lleva a que el filtro descendente es más eficiente que el ascendente Según Martínez (5), cuando el agua llega a la etapa de filtración, que todavía contienen materias en suspensión no separadas, a raves de un lecho filtrante que permite el paso del líquido pero no el de las partículas sólidas, las cuales quedan retenidas en el medio filtrante. Los medios filtrantes más utilizados son la arena y el carbón activo granular. Con este material a parte de retener las partículas sólidas, se produce la eliminación por absorción de sustancias orgánicas, evitando la existencia de olores y sabores en el agua filtrada. Lo que dice Estrada (6) Cuando se obtiene el 95% de retención de las partículas en los primeros 10-15 cm del medio filtrante, lo que con un espesor mayor se dará por cuestiones de seguridad, la capa de arena sílice será de 30cm de alto, lo cual da un factor de seguridad, y lo que queda son 20cm para la grava, la cual tiene por objeto distribuir uniformemente el fluido y prevenir que la arena pase a través del sistema de recolección. El carbón activado funciona de la misma manera que el filtro de arena, la que la diferencia son el medio filtrante y lo que filtra que son los excesos de cloro, sabores, olores y demás químicos orgánicos. Según Álvarez (7), los filtros de arena son usados desde comienzos del siglo xix cuando en 1826, James Simpson construyó un filtro lento de arena que utilizaba agua del rio Thames, luego del brote del cólera en 1854 en Londres, demostró que aquellas personas que utilizaban el agua de estos filtros lentos de arena no habían sido infectadas por la epidemia. De ahí en adelante los filtros lentos de arena crecieron y se difundió por toda Europa y eventualmente llego hasta los Estados Unidos. La sencillez de los filtros lentos de arena, en combinación con su ya demostrada capacidad de producir agua potable segura para el consumo humano hizo que sean usados en comunidades rurales pequeñas. En regiones tropicales al ver sólidos en suspensión se necesita que tengan un tratamiento previo ya que si no realizaban aquello los filtros lentos de arena no filtraban agua suficiente y se taponaba con ello por eso de los filtros gruesos descendentes. Los filtros de arena son medios filtrantes que consisten de arena y piedra de diferentes tamaños.
Objetivo General.
Diseñar una planta de tratamiento de agua potable por medio del CÓDIGO DE PRACTICA PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE, DISPOSICIÓN DE EXCRETAS Y RESIDUOS LÍQUIDOS EN EL ÁREA RURAL y con esto mejorarles la vida a los habitantes de la Florida
Población actual El caudal de diseño para la Planta de Tratamiento de Agua Potable, del Sitio “La Florida”, que se encuentra ubicado en la Región Costa del Ecuador. La población actual es de 400 habitantes, según los datos de los Censos realizados por el INEC la tasa de crecimiento es del 2.0 % anual.
Periodo de diseño Para la elección del periodo de diseño de toda obra se tiene que tener en cuenta el intervalo del tiempo de cuando entra en funcionamiento y el tiempo de durabilidad de los materiales utilizados en la construcción. Todas las obras civiles de los sistemas de agua potables o disposición de residuos líquidos, se diseñaran para un periodo de 20 años.
Tipos de abastecimiento de agua De acuerdo con su origen, los suministros de agua se clasifican en tres categorías: 1.- Aguas superficiales
2.- Aguas subterráneas (8)
Tabla N° 1 Principales diferencias entre aguas superficiales y aguas subterráneas
CARACTERISTICA AGUA SUPERFICIAL AGUA SUBTERRANEA
Temperatura Variable según las estaciones Relativamente constante
Turbiedad, materias en suspensión.
Variables, a veces elevadas Bajas o nulas
Mineralización Variable en función de los
terrenos, precipitación, vertidos, etc.
Bajas o nulas
Hierro y manganeso Generalmente ausente excepto en el fondo de los cuerpos de
agua en estado de eutrofización Generalmente presentes.
Gas carbónico agresivo Generalmente ausente Normalmente ausente o muy
bajo
Amoniaco Presente sólo en aguas
contaminadas Presencia frecuente sin ser
índice de contaminación
Sulfuro de Hidrógeno Ausente Normalmente presente
Sílice Contenido moderado Contenido normalmente
elevado
Nitratos Muy bajos en general Contenido a veces elevado
Elementos vivos Bacterias, virus, plancton Ferrobacterias
Oxígeno disuelto Normalmente próximo a la
saturación Normalmente ausente o muy
bajo Autor: Barraque 1979 Manual técnico de agua
Aguas superficiales.- Estas aguas se encuentran en la superficie del suelo y se generan por las escorrentías de las precipitaciones como los ríos, lagos y lagunas Aguas subterráneas.- Estas aguas se las encuentras por debajo de la superficie del suelo y son una parte importante que se encuentran presentes en los continentes como acuíferos, pozos y manantiales. Para el abastecimiento de agua, se dispone de una fuente de agua de tipo superficial, durante el período de lluvia, ocurren cambios rápidos en la calidad del agua, básicamente asociados con el contenido de sólidos suspendidos, con una duración generalmente inferior a 5 horas.
Planta de tratamiento de agua potable
Tabla N° 2 Procesos de tratamiento sugeridos en función del tipo de fuente de abastecimiento.
FUENTE PROCESOS DE TRATAMIENTO
POZO SOMERO DESINFECCION
POZO PROFUNDO DISPOSICION DE HIERRO, CO2 Y DESINFECCION
VERTIENTES DESINFECCION
SUPERFICIALES PREFILTRACION, FILTRACION LENTA Y DESINFECCION.
Autor Código para el diseño de sistema de abastecimiento de AAPP, disposición de excretas y residual líquido en el área rural.
La planta topográficamente debe estar en un lugar donde actué solo con la gravedad del agua evitando altos costos por concepto de bombeo. Son tres los objetivos principales de una planta potabilizadora; proporcionar agua: 1. Segura para consumo humano
2. Estéticamente aceptable y
3. Económica. (9)
Según un estudio en la América Latina y el Caribe, las enfermedades diarreicas representan un grave problema de salud pública, encontrándose entre las primeras cinco causas de defunción en menores de un año, y en muchos casos son la primera causa en niños de uno a cuatro años (OPS/OMS, 1995). (10)
Lo que se quiere evitar es que la población no entre a las estadísticas si no que sea parte del cambio
Filtración La filtración del agua consiste en hacerla pasar por sustancias porosas que puedan retener o remover algunas de sus impurezas. Por lo general, se utiliza como medio poroso la arena soportada por capas de piedras, debajo de las cuales existe un sistema de drenaje. Con el paso del agua a través de un lecho de arena se produce lo siguiente: La remoción de materiales en suspensión y sustancias coloidales; La reducción de las bacterias presentes; La alteración de las características del agua, inclusive de sus características químicas. (11) Según la velocidad de filtración los filtros se dividen en:
Filtros Rápidos o americanos Filtros Lentos o británicos
Filtros gruesos
Grafico N° 2 Esquema del filtro grueso Autor Organismo Panamericano de la salud 2005
Grafico N° 1 Obra de captación
Los Filtros Gruesos permiten mejorar la eficiencia en remoción y la operación. En cada capa el agua pasa a través de un lecho de grava mejorando la calidad físico-química y bacteriológica del agua mediante procesos físicos, biológicos y químicos Los filtros pueden ser de flujo horizontal o vertical. Consiste en un compartimiento principal donde se ubica un lecho filtrante de grava. El tamaño de los granos de grava disminuye con la dirección del flujo. Para el caso de un filtro de flujo descendente se tiene un sistema de tuberías, ubicado en el fondo de la estructura, permite distribuir el flujo de agua en forma uniforme dentro del filtro. Conforme funciona el filtro, los espacios vacíos se van colmatando con las partículas retenidas del agua, por lo cual se requiere una limpieza controlada mediante las válvulas de apertura a la salida de la unidad Para el lecho de soporte se recomienda las siguientes características. La velocidad de filtración varía entre los 2.0 a 3.0 m/h dependiendo de la calidad del agua cruda. A mayor contaminación del agua afluente menor velocidad de filtración. “Los filtros más utilizados en potabilización de agua son los filtros rápidos en los que el agua ha sido pasada previamente por un proceso de coagulación-floculación. (12) Filtros lentos Los sistemas de filtración lenta en arena no tienen fase de coagulación y, usualmente, tampoco tienen un paso de sedimentación. Se induce el paso lento y descendente del agua a través de un lecho de arena de dos a cuatro pies (0,6 a 1,2 metros) de profundidad. Una capa biológicamente activa se forma a lo largo de la superficie superior del lecho de arena, atrapando así partículas pequeñas y degradando algunos contaminantes orgánicos.
Tabla N° 3 Granulometría del lecho filtrante lento.
Criterios de Diseño Valores Recomendados
Altura de la arena (m)
Inicial 1.00
Mínima 0,50
Diámetro efectivo (mm) 0,15-0,35
Coeficiente de uniformidad
Aceptable < 3
Deseable 1,8 - 2,0
Altura del lecho de soporte, incluye drenaje (m)
0,1 - 0,3
Autor Organismo Panamericano de la salud 2005
Drenes Drenaje subterráneo.- El drenaje subterráneo tiene por objeto disminuir las presiones de poro o impedir que estas aumenten. La cantidad de agua recolectada por un sistema de subdrenaje depende de la permeabilidad de los suelos o rocas y de los gradientes hidráulicos. Cuando se instala un dren generalmente, el nivel piezométrico se disminuye al igual que el gradiente hidráulico, lo cual disminuye el caudal inicial recolectado por los drenes.
Drenes en espina de pez.- Para la captación de un conjunto localizado de manantiales, se utiliza una red, generalmente arborescente o con forma de espina de pez, constituida por zanjas drenantes que confluyen a una principal que funciona como emisario y que, normalmente, alojará tubería drenante y colector en su interior. Los entronques deberán definirse en el proyecto, mediante piezas especiales entre tuberías, transiciones entre zanjas, arquetas, etc. El trazado de esta red se determinará de acuerdo con la ubicación de los manantiales que hubieran de captarse en cada caso. Subdrenes interceptores.- Los subdrenes interceptores son zanjas excavadas a mano o con retroexcavadora, rellenas de material filtrante y elementos de captación y transporte del agua. La profundidad máxima de estas zanjas es de aproximadamente seis metros.
Los hay de diversas formas así: Con material de filtro y tubo colector. Con material grueso permeable sin tubo Con geotextil como filtro, material grueso y tubo colector. Con geotextil, material grueso y sin tubo. Tubo colector con capa gruesa de geotextil a su derredor. Dren sintético con geomalla, geotextil y tubo colector
El tipo de dren interceptor a emplear dependerá de:
Disponibilidad de materiales en la región y costos. Necesidad de captación y caudal del dren.
Desinfección Para desinfectar el agua existen varias formas como:
Generación de ácido hipocloroso mediante proceso de hidrólisis (sin aditivos) Luz ultravioleta Fotocatálisis Radiación electrónica Rayos gamma Sonido Calor
De todos estos por ser el más económico es usado el ácido hipocloroso o llamado cloro, este compuesto será usado para la última etapa de la planta que es la desinfección donde se podrá eliminar El cloro es una opción de tratamiento de bajo costo que se utiliza para mejorar el sabor y la claridad del agua a la vez que se eliminan muchos microorganismos como bacterias y virus. Sin embargo, el proceso tiene sus limitaciones. Giardia y Criptosporidium son usualmente resistentes al cloro a menos que éste se use en dosis más elevadas que aquéllas preferidas usualmente para el tratamiento. La presencia de estos parásitos puede requerir el tratamiento previo del agua fuente.
RESULTADOS
Para poblaciones pequeñas la población futura se la acoge según el método
geométrico ya que es el que más se utiliza aquí en el Ecuador Según los niveles de servicio para sistemas de abastecimiento de agua
disposición de excretas y residuos se va a trabaja con llb en clima cálido por ser nuestro proyecto en la costa y con un 20% de crecimiento por cada año de vida útil de la planta
Se calcula el caudal diario que es de 1,24lt/seg FILTRO GRUESO DINAMICO
Para el cálculo del filtro grueso dinámico se utiliza un coeficiente de 1,10 por el caudal diario y se calcula el caudal de la planta
Para el filtro se considera 2 unidades en paralelo y se adopta una velocidad de 2,5m/h según los parámetros establecidos que son entre 2 y 3 m/h
El área del filtro será 1,21m2 Las dimensiones del filtro serán 2 metros de largo por 0,60 metro de ancho La velocidad del lavado del filtro será de 0,16m/seg y está entre los
parámetros que es de 0,15 – 0,30 m/seg Con este caudal se calcula la altura de la planta que será 0,21 pero la
dimensión calculada no es funcional se asume 0,60m Se calcula la carga sobre el vertedero el cual nos dice que es de 7,2mm La velocidad de entrada será de 0,16m/seg Para el cálculo del drenaje se recopila la relación que existe entre el área de
orificio y el área del lecho lavado, relación área del tubo lateral y la suma de las áreas de los orificios y la relación entre el área de la tubería principal y la suma de las áreas de las tuberías laterales
Diámetros de las tuberías Con esto nos lleva a que tenemos 4 laterales, las laterales son de 50cm, la
separación entre orificio es de 2,08 cm, separación entre laterales es de 0,5m, 25 orificios de 10mm FILTRO LENTO DESCENDENTE
Con el caudal diseñado y según las normas INEN trabajamos con la tasa de filtración de 2 a 5 m3/m2/dia
El caudal de diseño es de 1,36lit./seg Según las normas de 0,1 a 0,2 m/h, trabajamos con 0,15m/h Proyectamos para dos unidades por cuestión de garantizar operación segura
y continua y dando opciones al momento de la limpieza Para dimensionar el filtro lo calculamos en forma circular y tenemos un área
de 21,22m2 y tenemos un diámetro de 5,2m el cual optamos por 5,5m Luego llevamos a calcular el drenaje del filtro lento Y diseñamos lecho de soporte el cual va ser de 30cm, y va a estar contenido
por grava de mayor a menor diámetro para después de esto colocar la capa de arena y la altura total va a ser de 2,50m DESINFECCIÓN
Y por último se calcula la cantidad de hipoclorito de calcio para la etapa de desinfección y con esto eliminamos cualquier tipo de bacteria o parasito que se encontrara en el agua
CONCLUSIONES
Una planta de tratamiento tiene como fin es dar agua segura pero realizando un buen estudio del agua como también la forma y el lugar donde va a ir colocada la planta.
Se debe de trabajar a gravedad para minimizar el costo Los filtros ascendentes son menos eficaces que los filtros gruesos dinámicos
aquellos llevan a retener más sólidos y coliformes fecales
Este tipo de plantas deben ser altamente tecnificadas, diseñadas para consumir un mínimo de energía.
Pueden operar de manera completamente automática para minimizar las horas hombre de dedicación al control del sistema de tratamiento
Para tratar los sólidos suspendidos en exceso se diseñó dos filtros para cada etapa y así nunca se detenga el proceso del filtrado de agua
Se debe limpiar periódicamente cada filtro para que trabaje en óptimas condiciones
Bibliografía
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ANEXOS
MÉTODO GEOMETRICO
Calculo de población futura Pf= población futura Pf=? Pa= población actual Pa= 400 r= índice anual de crecimiento r= 2% n= número de periodo n=20
(
)
Pf= 594.38 Pf= 595
Niveles de servicio para sistemas de abastecimiento de agua disposición de excretas y residuos líquidos. TABLA 5.2
Nivel de servicios Clima frio Clima cálido
llb 75 100
llb 20%
Marcador de consumo Caudal medio diario F= factor de fuga Pf= población futura D= dotación de H2O F= 20% Pf= 595 D= 100
Caudal máximo diario QMD= KMD * Qm QMD= 0.99* 1.25 QMD= 1,24 Lt/seg
CALCULO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
5.4.1 la capacidad de planta de potabilización será 1.10 veces el caudal máximo diario. Q. planta= 1.10* QMD Q. planta= 1.10* 1,24 Q. planta= 1,36 Lt/seg DISEÑO DE FILTRO GRUESO DINAMICO Caudal de diseño. QMD + 10% = 1,36*10% = 1,46 Lt/ seg
llp ap Conexión domiciliaria con más de un grifo por casa.
drl Sistema de alcantarillado sanitario
Qm=
Qm=0.99 lt/seg
Caudal de cada filtro
Caudal de diseño (Qd)
Velocidad de filtración (Vf)
Q tratamiento =1,36
Para el presente estudio se considera diseñar 2 unidades en paralelo.
Q diseño tratamiento = 0,68
Velocidad de filtración no debe exceder de 2 a 3 m/h Se adopta un valor de 2,50m/h
Área superficial del filtro (As).
Dimensiones del filtro As = b* L Dónde: b = ancho del FGDi = 0.60 m. Ancho asumido para la unidad. 0,60m L = longitud del FGDi (m)
L=
L=
= 2,02m ADOPTANDO = 2,0m
Las dimensiones del filtro son: L = 2,00 m B = 0,60 m
VELOCIDAD DE LAVADO DEL FILTRO
√
Dentro de norma entre 0.15 - 0.30 m/seg. ES ACEPTABLE
CAMARA DE ENTRADA
La S.S.A. indica que el diseño de la estructura de entrada considere algunas condiciones: (12).
Controlar, regular y medir el flujo de agua hacia el FGDi. Distribución uniforme del líquido sobre la superficie del FGDi. Disipar la energía y con esto evitar la resuspensión de material sedimentado. Permitir el drenaje rápido de la capa de agua sobrenadante, en caso de limpieza, u
operación del filtro a tasa declinante. El caudal de diseño para esta estructura será el correspondiente a la planta de tratamiento.
El caudal de diseño para esta estructura será el correspondiente. El volumen de esta unidad para un tiempo de retención (t) es de 2 minutos.
T= 2,00 min T= 120,00 seg
V = ( Qtratamiento ) * t
V = 0,0816 El volumen además está representado por la siguiente relación:
V = b * l * h Dónde:
b = ancho de la cámara de entrada (m) = 0.60 m h = profundidad de la cámara de entrada (m) l = longitud de la cámara de entrada = 0.60 m
h =
h =
h = 0,21 m h = 0.60 m. Dimensión asumida, debido a que la dimensión calculada no es funcional
h= 0,60 m
CARGA SOBRE EL VERTEDERO DE PARED ANCHA EN CAMARA DE ENTRADA La carga sobre el vertedero de entrada al FGDI se calcula mediante la siguiente expresión:
Vertedero de pared ancha a la entrada de la cámara de filtración.
Qd = m * b * h
Dónde:
Qd = caudal de entrada al FGDi = 0,00068
m = coeficiente del vertedero de pared ancha = 1,84 Condición: d > 3h b = ancho del vertedero (m)= 0,60 m hV = carga sobre el vertedero (m)
h v = 0,0072m
h v = 0,72 cm 7,2mm VELOCIDAD DE ENTRADA DEL AGUA
V=
V= 0,16
SISTEMA DE DRENAJE DEL F.G.Di.
El sistema múltiple de recolección-drenaje, consiste en un conducto principal, con laterales normalmente espaciados a intervalos regulares, por medio de los cuales se pretende una adecuada recolección del flujo (filtración o lavado) y garantizar así, al menos desde el punto de vista hidráulico, el mejor comportamiento del FGDi. Pueden ser diseñados dos tipos de múltiples: unos que distribuyen el flujo (múltiples difusores) y otros que lo recolectan (múltiples recolectores), este último corresponde al FGDi (recolecta el agua filtrada y drena el agua de lavado del filtro). A continuación se presentan algunas recomendaciones dadas por FAIR et al. (1981), sobre criterios de diseño de múltiples usados para la recolección de agua filtrada, y que también sirven para la distribución de agua de lavado en los filtros rápidos: Relación del área del orificio y el área del lecho lavado: entre (1.5 y 5.0) x 10 - 03 a 1.0. Relación del área del tubo lateral a la suma de las áreas de los orificios: (2.0 a 4.0) a 1.0. Relación entre el área de la tubería principal a la suma de las áreas de las tuberías laterales: entre (1.5 a 3.0) a 1.0. Diámetro de los orificios: entre 1/4” y 3/4” (de 6.35 mm a 19.05 mm). Espaciamiento entre los orificios: de 3 a 12” (de 7.6 a 30.5 cm). Espaciamiento entre laterales: aproximadamente igual al de los orificios.
El caudal total de lavado de la unidad, según la ecuación de continuidad es QL = AS * VL Dónde: L= 2,00m B= 0,60 m QL = caudal de lavado o limpieza (m3/seg) AS = área superficial del filtro = L * b = As= 1,2 m2
VL = velocidad de lavado del filtro = 20,00
Si suponemos un conducto principal de largo 2,00 metros y se instala 4 laterales, el espaciamiento entre ellas es 0.50 m, y el caudal en cada lateral será:
L= 2.00m
ancho libre= 0,5m
dB= 1,50m
Δd (m)= 0,50m
(
)
Dónde:
nL = número de laterales = 4,00 u
qL = caudal laterales (lit/seg) 6,67 l
qL = Caudal de cada lateral = 1,67
El diámetro de los orificios del sistema de drenaje considerado es: d0 = 2/5” (10 mm). de los orificios se puede calcularse con base en la siguiente ecuación:
24
= = A0 xdox
Dónde: 0,0001×0,7854 = orificio del área = A0
279m 0,0000 = orificio del área = A0
El caudal que circula a través de los orificios está dado por la siguiente expresión: Q0 = A0 * V0 Dónde: V0 = velocidad del agua a través de los orificios = 3.0 m/seg Q0 = caudal a través de los orificios m3/seg
Qo = 0,000079
Qo = 0,00024
El número de orificios del sistema de drenaje del filtro grueso dinámico será:
N=
N= Numero de orificios =
N = Numero de orificios = 28 Asumimos 100 orificios Numero de orificios por cada lateral.
.n=
n = número de orificios por cada lateral
n =
n = 25,00 orificios Verificación de la relación R0:
R0= ∑
∑
Dónde:
Ro =
Ro = 0,0009 0.0015≤Ro≤0.005
CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LOS LATERALES
Número de laterales asumidos = 4,00 Laterales
Longitud de lateral = 50,00 cm
Separación entre orificios = 2,08 cm
Separación entre Laterales = 0,50 m
Número de orificios por lateral = 25 Orificios
Diámetro del orificio = 10,00 mm
Área del orificio = 7,900E-05 m2
SON 4 Laterales a partir del colector principal con 25 orificios en cada lateral.
LONGITUD =
LATE
RA
LES
AN
CH
O
2,00 m
0,60 m
0,25 0,50 PRINCIPAL
Determinación de la relación R1 =
El Área de los orificios en cada lateral será = 25 * Ao = 0,001975 Relación para sistemas de drenaje recolectores
0,5 =
Area lateral = 0,00395
CALCULAMOS EL DIÁMETRO INTERIOR DEL TUBO LATERAL =
D int = 0,07092 m= 70,92 mm
POR TANTO SE ASUME TUBERÍA DE DIÁMETRO = 50 mm X 1,00 Mpa
DIÁMETRO INT = 47 mm
ÁREA = 0,0017
COMPROBAMOS:
Área orificios laterales = = 0,500 Área del tubo lateral = 0,0040
DISEÑO DEL FILTRO LENTO DESCENDENTE
CAUDAL DE DISEÑO = CMD + 10% = 1,36 lit/seg
NUMERO DE FILTROS = 2 (Recomendado)= 2 u
CAUDAL DE CADA FILTRO= 0,68 lit/seg
De acuerdo a las normas del INEN recomienda un mínimo de dos unidades para que cada uno trabaje al 65% del caudal:
TASA DE FILTRACION
Según las Normas de Diseño vigentes, la tasa de filtración debe estar comprendida entre:
0,1 ≈ 0,2 m/hora
Según la OMS, considera un valor más amplio , en virtud de no sobredimensionar las unidades de tratamiento, basándose en
el promedio de caudal del actual y futuro 2,40 ≈ 9,6 m3/m2/día
Tasa de filtración de 2 a 5 m3/m2 /día (adoptamos según normas del ex IEOS)
2 a 5 m3/m2/día
AREA SUPERFICIAL DEL FILTRO El área superficial total requerida por un filtro lento es el resultado de la relación entre el caudal de diseño y la velocidad de filtración.
Qdiseño = 1,36
Adoptamos 0.15 m/seg : la norma indica valores entre 0.1 ≈ 0.2 m/h.
Vf = 0,15
DENTRO DE NORMA DEBE ESTAR ENTRE 0,30 – 0,50
Se debe proyectar un mínimo de 2 unidades de F.L.A. operados en paralelo con el propósito de garantizar una operación segura y continua, posibilitando la limpieza del medio filtrante alternadamente.
Q diseño = 0,884
Q diseño = 0,000884
AREA SUPERFICIAL DEL FILTRO = 21,216
DIMENSIONES DEL FILTRO
El presente diseño adopta la forma cilíndrica o base circular. En este caso, es necesario únicamente determinar el diámetro de la unidad.
Ø = (
De donde:
As = Área superficial del filtro = 21,216 Ø = dimensiones de la unidad de FLA (m) = 5,2 m 5,5m Se adopta un valor de Ø= 5.50 m Diseño del sistema de drenaje y cámara de salida. Debido a que se adoptó dimensiones ligeramente mayores a las calculadas, la velocidad de filtración (Vf) tendrá un valor ligeramente al inicialmente adoptado.
Vf =
Q0= Ao * V0 Ao=
Dónde: Qo = caudal que atraviesa cada orificio (m3/seg) do = diámetro del orificio = 0.004 m. [ 2 mm ≤ d0 ≤ 4 mm ] Ao = área del orificio (m2)
Vo = velocidad en el orificio = 0,15
[ V0 ≤ 0.30 m/seg ]
Ao = (
)
Ao =
Qo =
n =
n = 468,98
n = 510 orificios
Considerando las pequeñas dimensiones de la unidad filtración, se asume una separación de 0.85 m entre laterales, teniendo por consiguiente un número de tres laterales. El cálculo de la longitud total de las laterales a instalarse en la unidad de filtración se expresa en la siguiente tabla:
En la siguiente tabla se muestra Cálculo de la longitud total de las laterales del sistema de drenaje recolector.
Lateral # Laterales
Cantidad Longitud de la lateral ( m ) Longitud parcial ( m )
1 2 * 2.00 2,0 4
2 2 * 2.30 2,3 4,6
3 2 * 2.00 2,0 4
Longitud total de laterales, Lt = 12,6
El número de orificios por metro lineal de lateral (N) se establece de la siguiente manera:
N=
N= 50,00
N= 50,00
Número de orificios en las laterales 1 y 3 se determina mediante la expresión: nL = N * L e = 0,04
e = 0,04 m Número de orificios en la lateral 2. nL = N * L
nl = 50
x 2,1
nl = 105,0
105,0 orificios
e = 2
e = 0,04 m e = 0,04 m Área total de los orificios ( At0 ). Ato = n * Ao
Ato = 0,006408864
Ato = 0,0064 Caudal real (Qr0.) en cada orificio.
Qr0 =
Qr0 =
La tubería de drenaje por la cual circulará mayor caudal de filtrado corresponde a la lateral 2, por consiguiente es necesario determinar el diámetro correspondiente para no exceder la velocidad recomendada.
Caudal en la lateral 2. qL = nL * Qro
qL = 0,000182
Área de la lateral 2.
Al =
Dónde:
AL = área de la lateral (m2)
VL = velocidad en la lateral = 0,1
[ VL ≤ 0.30 m/seg ]
Al=
Al= 0,00182 Diámetro de la lateral 2
dL =
dL = 0.04814 dL = 0,048m = 48 mm
Designación =50 mm = 2 pulgada Espesor nominal = 1.6 mm Diámetro interior nominal, dL = 28.8 mm Presión de trabajo = 12.75 Kg/cm2 = 1.25 Mpa = 129.13 m.c.a. La tubería de drenaje para las laterales 1, 2 y 3, corresponde a un diámetro de 1 pulgada.
MATERIAL FILTRANTE
Altura del lecho de soporte. El lecho de soporte ubicado sobre el sistema de drenaje estará constituido por tres capas de grava de las siguientes características
Características del lecho de soporte del material filtrante FLA
Posición del lecho Espesor de la capa Diámetro (mm)
Superior contacto con la arena 0,1 1.00 -1.40 mm
Medio posición intermedia 0,1 4.00 - 5.6 mm
Inferior (junto a la sistema de drenaje 0,1 16.00 - 23.00 mm
La altura del lecho de soporte del material filtrante lento de arena es 0.30 m Altura de la capa d arena en el filtro lento Las características de la capa de arena El lecho filtrante será una capa de 1 m a 1,4 m de arena, apoyada sobre grava, con las características que se indican a continuación. La altura inicial de la capa de arena corresponde a 1 m. Alturas de la capa de agua sobre-nadante = 1.00 m Altura o borde libre = 0.20 m Altura total de la unidad de filtración = 2,50m
DESINFECCIÓN
Q = (1,36 l/s) x (86400 s/día) = 117504 l/día Cantidad necesaria de hipoclorito al día.
1 mg/l x (1 gr/1000 mg) x (1 Kg/1000 gr) = 1 x 10-6 Kg/l (1 x 10-6 Kg/l) x 117504 l/día = 0,117504 Kg/día
0,117504 Kg/día x (1000 gr/1 Kg) = 117,504 gr/día
70% de cloro activo
205 litros diariamente, 167,86 gr de hipoclorito de calcio al 70% el tanque de hipoclorito contiene 50Kg = 50000 gr para un tiempo de
50000gr/ (167.86 gr/día)= 298 días.
El tarro de hipoclorito deberá ser cambiado cada 42 semanas y media que equivale a cerca de 10 meses
IMPLANTACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
IMPLANTACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTOESCALA 1:50
CERRAMIENTO PERIMETRAL TUBO Y MALLA GALVANIZADA (Ver Plano 14)
L=
6.4
0 m
P
VC
P D
= 5
0 m
m
L=15 m D=110 m
m
Pue
rta
de
acc
eso
DE LOS FILTROS PVC 50 mm
PVC 50 mm
VIENE DEL SEDIMENTADOR EXISTENTEPVC Ø 50 mm
PV
C R
D
= 5
0 m
m
SA
LID
A A
L F
ILT
RO
No. 1
PVC R 11/2"
RESERVA 20 m3
PV
C E
/C D
= 5
0 m
m
PV
C E
/C D
= 5
0 m
m
PV
C E
/C D
= 5
0 m
m
FIL
TR
O G
RU
ES
O D
INA
MIC
O Vertedero
Triangular
30 grados
CLORACION
FIL
TR
O L
EN
TO
S
R1.70
R1.70
SA
LID
A A
L F
ILT
RO
No. 2
Salida agua filtrada
Desague Filtro No. 1
Desague Filtro No. 2
Desbo
rde
Desborde
TA
NQ
UE
DE
LA
VA
DO
DE
AR
EN
A
TUB. PVC 32 mm L=0.80 m
Desborde
PV
C P
D
= 5
0 m
m
PV
C E
/C D
= 5
0 m
m
10.94 7.12
.70
.90
2.00
.30.10
.10
.10 .10
.60
.85
2.47
1.84 .68
7.64
1.85
2.74
5.16
3.07 9.47 6.51
5.161.46
8.08
5.10
PV
C E
/C D
= 5
0 m
m
5.16
4.17
PVC D=110 mm - 32.91 % PVC D=110 mm - 25 %
PVC D
=110 mm
PVC D=110 mm6.02
2.85 .761.35
14.00
25.10
Tu
b. L
ava
do
Tu
b.
Re
bo
se
2.95
.51
PUERTA DE ACCESO
BY PASSEN CASO DE MANTENIMIENTODEL TANQUE DE RESERVA
SA
LID
A A
GU
A D
ES
INF
EC
TA
DA
BY PASS PVC D= 50 mm.EN CASO DE MANTENIMIENTODE LOS FILTROS LENTOS
A LA RED
AC
ER
A P
ER
IME
TR
AL
5.34
.60
.70
6.64
.10.66
.10
.60
.80
.80
.60
.802.03
CR1 CR2 CR4 P1PVC D=110 mm
32.91 %
Pared Hormigón
.95
e= 12 cms.
Pared Hormigón
e= 12 cms.
Pared Hormigón
e= 12 cms.
4.69
4.11
5.20
PVC P D = 50 mm
1.62
1.45
1.62
PVC D=110 mm
RE
PA
RT
IDO
R
PVC D
=110 mm
2.60
PV
C E
/C D
= 5
0 m
m
PVC P D = 50 mm
X X
CR3
4.28 .70 2.43
CR1-PF
4.43
PERFIL DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
PERFIL DE LA PLANTA DE TRATAMIENTOESCALA 1:50
TANQUE DISTRIBUIDOR A FILTROS
FILTROS LENTOS (Ferrocemento) TANQUE DE APLICACION DE CLORO
Perfil del terrenoproyectado
DIF
ER
EN
CIA
DE
ALT
UR
A E
NT
RE
LA E
NT
RA
DA
Y S
ALI
DA
5.51
CR1
CR2
CR3
P1
31.03 %
32.91 %
25.00 %
.40
1.00
1.00
.20
Hácia la red drenaje
Hácia la red drenaje
Hácia la red drenaje
Hácia la red drenajePared Hormigón e= 12 cms.
Pared Hormigón e= 12 cms.
.65
3.40
2.20
INTERIOR
