Diseño de Plantas de Tratamiento

 

OPTIMIZACIÓN DEL FLOCULADOR TIPO ALABAMA EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE ACUANAMAY CON LA INCORPORACIÓN DE MALLAS EN CADA UNA DE SUS CÁMARAS

ERIKA JAZMIN CARREÑO CARVAJAL CRISTOPHER JOHAN MIGUEL CASTIBLANCO TORRES

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ DC. 2016   

 

OPTIMIZACIÓN DEL FLOCULADOR TIPO ALABAMA EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE ACUANAMAY CON LA INCORPORACIÓN DE MALLAS EN CADA UNA DE SUS CÁMARAS

ERIKA JAZMIN CARREÑO CARVAJAL CRISTOPHER JOHAN MIGUEL CASTIBLANCO TORRES

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil

Director JESUS ERNESTO TORRES INGENIERO CIVIL

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTA DC. 2016  

 

 

 

Nota de aceptación  ___________________________________________  __________________________________ _________  ___________________________________________  __________________________________ _________  ___________________________________________  __________________________________ _________

 __________________________________ Director de investigación Ing. Jesús Ernesto Torres

 __________________________________  Asesor Metodológico Ing. Felipe Santamaria

 __________________________________ Firma del jurado

Bogotá DC., Noviembre de 2016

 

 

 AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos:

 Al Ingeniero Jesús Ernesto Torres, Tutor del trabajo y al Ingeniero Felipe Santamaría, Asesor metodológico, personas sabias e inteligentes, quienes nos guiaron y nos dieron su tiempo, sus conocimientos y su amistad para llevar a cabalidad este proyecto.

Los grandes retos nos hacen más fuertes y solo se logran cuando se cuenta con un apoyo leal y confiable, como los es el de mi familia; mi hermano, mis padres y mi mayor motivación… Mis sobrinos Santiago y Luciana, sin ustedes no habría sido posible este logro. Solo me queda decir gracias a todas aquellas personas que hacen parte de este sueño hecho realidad, siempre los llevare en mi corazón y estaré eternamente agradecida. Con gratitud llevaré en alto el nombre de la Universidad Católica De Colombia ejerciendo mi profesión con dedicación, amor y pasión. Erika Jazmin Carreño Carvajal

 Agradezco a mis padres, especialmente a mi madre, por ser mi apoyo constante durante mis estudios universitarios. No ha sido fácil llegar a este punto, pero el acompañamiento de mi esposa y mi hija han sido de gran ayuda, día a día me llenaron de fuerzas para poder culminar con esta etapa de mi vida. Cristopher Johan Miguel Castiblanco

 

 

Contenido INTRODUCCIÓN…………………………………………… INTRODUCCIÓN……………… ……………………………………………………… …………………………...12 ...12 1.  ANTECEDENTES……………………  ANTECEDENTES………………………………………………… ………………………………………………13 …………………13  

2.

3.

4. 5.

1.1. FLOCULACIÓN POR MEDIOS POROSOS………………………… POROSOS…………………………..13 ..13   1.2. FLOCULACIÓN CON MALLAS O TELAS…………………… TELAS …………………………….15 ……….15   PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA……………………………………………..17 PROBLEMA……………………………………………..17   2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA………………… PROBLEMA……………………………………..17 …………………..17   2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA…………………………………….17 PROBLEMA…………………………………….17   OBJETIVOS…………………………………………………… OBJETIVOS…………………… ……………………………………………………..18 ……………………..18   3.1. OBJETIVOS GENERALES……………………………………………..1 GENERALES……………………………………………..18 8  3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS……………………………………………18 SPECIFICOS……………………………………………18   JUSTIFICACIÓN………………………………………………… JUSTIFICACIÓN…………………… ………………………………………………..19 …………………..19   DELIMITACIÓN………………………………….............. DELIMITACIÓN………………………………… .......................... ......................... ........................20 ...........20 5.1. ESPACIO………………………………………………………………….20   ESPACIO………………………………………………………………….20

5.2. TIEMPO…………………………………………………………………...20   TIEMPO…………………………………………………………………...20 5.3. CONTENIDO……………………………………………………………..20   CONTENIDO……………………………………………………………..20 5.4. ALCANCE………………………………………………………………...20   ALCANCE………………………………………………………………...20 6. MARCO REFERENCIAL REFERENCIAL…………………………………………………………… ……………………………………………………………21 21 6.1. MARCO TEÓRICO……………………………………………………… TEÓRICO………………………………………………………21 21 6.2. MARCO CONCEPTUAL……………………………………………….. CONCEPTUAL………………………………………………...30 .30 6.3. MARCO LEGAL………………………………………………………… LEGAL………………………………………………………….33 .33 7. METODOLOGÍA…………………………………………………………………… METODOLOGÍA…………………………………………………………………… ..34 7.1. TIPO DE ESTUDIOS…………………………………………………… ESTUDIOS…………………………………………………….34 .34 7.2. FUENTES DE INFORMACIÓN INFORMACIÓN……………………………………… ………………………………………...34 ...34 8. UBICACIÓN DEL PROYECTO…………………………………………………… PROYECTO…………………………………………………….36 .36 9. DESCRIPCIONES DESCRIPCIONES………………………………………………………………… …………………………………………………………………..37 ..37 9.1. DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA PLANTA………………………………………. ……………………………………….37 37 9.2. DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES ACTIVIDADES…………………………… ……………………………...39 ...39 10. RESULTADOS Y A ANÁLISIS NÁLISIS………………………………………………………. ………………………………………………………..42 .42 11. ANÁLISIS DE ARTÍCULOS……………………………………………………… ARTÍCULOS………………………………………………………...50 ...50 12. CONCLUSIONES……………………………………………………………………57 CONCLUSIONES……………………………………………………………………57   13. RECOMENDACIONES……………………………………………………………. RECOMENDACIONES……………………………………………………………. ..58 14. ANEXOS……………………………………………………………………………... ANEXOS……………………………………………………………………………... 59 15. BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………… BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………… 63

6

 

LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Proceso de cálculo cá lculo de un floculador de medio poroso…………………....14 poroso…………………....14 Tabla 2. Proceso de cálculo de un floculador de medio poroso (Continuación)…15  (Continuación)…15  Tabla 3. Dimensionamiento de una malla para floculación………………………… f loculación…………………………16 16   Tabla 4. Dimensionamiento de una malla para un canal de mezcla rápida………16  rápida………16  Tabla 5. Tipos de sedimentación………………… sedimentación……………………………………………… ……………………………………31 ………31  

7

 

LISTA DE FIGURAS Pág. Ilustración 1. Clasificación de los coloides……………………………………………23 coloides ……………………………………………23   Ilustración 2. Coagulación – Coagulación – Floculación  Floculación……………………………………………. ……………………………………………..25 .25 Ilustración 3. Floculador tipo Alabama…………………………...……………………26 Alabama…………………………...……………………26   Ilustración 4. Coagulación – Coagulación – Floculación  Floculación…………………………………………… ……………………………………………..30 ..30 Ilustración 5. Curva dosificación de Sulfato tipo B Vs Turbiedad…………………..38 Turbiedad …………………..38

8

 

GLOSARIO

AGLUTINACIÓN: Es un agregado de células o partículas debido a una formación entrelazada. El fundamento de la aglutinación es una reacción de partículas o células recubiertas de antígeno o anticuerpo. 1  AGUA: Líquido transparente, incoloro, inodoro e insípido en estado puro, cuyas moléculas están formadas por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, y que constituye el componente más abundante de la superficie terrestre y el mayoritario de todos los organismos vivos. 2 COAGULACIÓN: Proceso de desestabilización química de las partículas coloidales que se producen al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados, por medio de la adición de los coagulantes químicos y la aplicación de la energía al mezclado. 3  COAGULANTE: Sustancia que, al introducirse en el agua, induce el agrupamiento de las partículas para la fácil eliminación. 4 COLOIDES: Sistema físico químico formado por dos o más fases, principalmente estas son: una continua, normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas; por lo general sólidas. La fase dispersa es la que se halla en menor proporción. 5

 __________________________ 1

 AGLUTINAR. [En línea]. Día de acceso 15 de Julio de 2016. http://inmunomesa.blogspot.com.co/2012/03/def http://inmunomesa.b logspot.com.co/2012/03/definicion-la-aglutinacion-es-un-de.html?m=1 inicion-la-aglutinacion-es-un-de.html?m=1   2 

Disponible.

RAE. AGUA. [En línea]. Día de acceso 15 de Julio de 2016. Disponible.  Disponible.  http://dle.rae.es/?id=9WMDA0f. http://dle.rae.es/?id=9WMDA0f.  

3

COAGULACIÓN. [En línea]. Día de acceso 15 de Julio de 2016. http://www.sedapal.com.pe/c/document_library/get_file?uuid=2792d3e3-59b7-4b9e-ae5556209841d9b8&groupId=10154.   56209841d9b8&groupId=10154.

Disponible.

4

COAGULANTE. [En línea]. Día de acceso 15 de Julio de 2016. Disponible. https://www.koshland-sciencemuseum.org/water/html/es/glossary.html#gloss161.  5

COLOIDES. [En línea]. Día de acceso https://es.scribd.com/doc/223905279/Coloides-pdf

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Julio

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2016.

Disponible.

 

FLOCULACIÓN: La aglomeración (aglutinación) de partículas suspendidas en agua para formar partículas de mayor tamaño (flóculos) que se pueden eliminar por medio de sedimentación o flotación. 6 FLOCULADOR: Existen dos tipos de floculador, el floculador mecánico que realiza su funcionamiento por medio de equipos mecánicas; paletas, turbinas, entre otros, y el floculador hidráulico que trabaja por disipación de energía hidráulica, diferencia de nivel o pérdida de cargas. 7  POTABILIZACIÓN: Proceso que permite que el agua pueda ser bebida por el ser humano sin que se presente un riesgo para la salud. 8  TURBIDEZ: Es una medida del grado en el cual el agua pierde su transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión; mide la claridad del agua. 9

 ______________________________ 6

FLOCULACIÓN. [En línea]. Día de acceso 15 de Julio de 2016. Disponible. https://www.koshland-scienceDisponible.  https://www.koshland-sciencemuseum.org/water/html/es/glossary.html#gloss161.  museum.org/water/html/es/glossary.html#gloss161.  7

FLOCULADOR. [En línea]. Día de acceso 15 de Julio de http://www.aguasdetumbes.com/pdf/mof/CO%20-%20POT.12%20Floculador%20%20Operacion%20Control%20y%20Matto.pdf.

2016.

Disponible.

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2016.

Disponible.

POTABILIZACIÓN. [En línea]. http://definicion.de/potabilizacion/.   http://definicion.de/potabilizacion/.

Día

de

acceso

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TURBIDEZ. [En línea]. Día de acceso 15 de http://academic.uprm.edu/gonzalezc/HTMLobj-859/maguaturbidez.pdf. 

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de

Julio Julio

de de

2016.

Disponible.

 

RESUMEN

El presente trabajo se realizó con la finalidad de buscar la optimización de un Floculador tipo Alabama por medio de la incorporación de mallas. Para ello, realizamos la práctica en la Planta de Tratamiento Acuanamay, ubicada en Namay - Cundinamarca. Inicialmente se había planteado entregar un modelo a escala de un floculador tipo Alabama, se consideró conveniente hacer más real y más práctico hacerlo en una planta existente; para así obtener resultados confiables. Se midieron Unidades de Turbiedad sin las mallas, para determinar si el uso de ellas optimiza o no el funcionamiento del floculador. Después de haber realizado el proceso anteriormente mencionado se procedió a incorporar las mallas en cada una de las cámaras, para esto se utilizaron cinco (5) mallas de diferentes tipos para determinar cuál de ellas brindaba mejores resultados. Nuevamente se tomaron muestras paras ser llevadas al Laboratorio De Plantas de Tratamiento de  Agua de la Universidad Católica de conTurbiedad el acompañamiento de la Potable Laboratorista Wendy se tomaron las Colombia Unidadesy de del Agua después de haber incorporado las mallas en el Floculador. Finalmente se determinó que el funcionamiento de todas las mallas no es el mismo; y por tanto, no brindan los mismos beneficios para el Floculador. La malla que brinda un óptimo rendimiento en cuanto a reducir Unidades de Turbiedad en el Floculador tipo Alabama de la Planta Acuanamay es la malla Icapool azul; ya que, su porcentaje de optimización fue del de l 14.64%, siendo el más alto.

11

 

INTRODUCCIÓN

La floculación es la agitación lenta con el fin de aumentar la posibilidad de contacto entre partículas, después de la adición de productos químicos. Un mayor contacto entre partículas favorece la formación de flóculos; sin embargo, si la agitación fuese demasiado fuerte, los esfuerzos cortantes que se producen romperán el flóculo en las partículas más pequeñas. La agitación debe controlarse con mucho cuidado de modo que los flóculos sean del tamaño adecuado y se depositen rápidamente. Las características esenciales a tener en cuenta en toda floculación son: La forma de producir agitación, el gradiente de velocidad y el tiempo de detención. Los floculadores se clasifican de acuerdo a la energía utilizada para producir la agitación en mecánicos e hidráulicos. Los floculadores hidráulicos, según el sentido del flujo se clasifican en: de flujo horizontal, de flujo vertical y de flujo helicoidal. Los floculadores mecánicos, según el sentido del movimiento, se clasifican en reciprocantes y rotatorios. 9 El floculador tipo Alabama, está constituido por compartimentos ligados entre sí por la parte inferior a través de curvas de 90° volteadas hacia arriba. El flujo es ascendente y descendente en el interior del mismo compartimento. Las boquillas permiten ajustar la velocidad a las condiciones de cálculo o de operación. Estas unidades son muy vulnerables a las variaciones de caudal. Fácilmente se pueden generar espacios muertos y cortocircuitos. 10 En el presente informe se hace referencia a un floculador tipo Alabama con malla. En primerapero instancia, se pensaba realizar un a escaladecidimos de un floculador  Alabama, por cuestión de práctica y modelo de economía, cambiartipo la situación a algo más real. En la Planta de Tratamiento de Agua Potable de Namay se incorporaron diferentes tipos de mallas; esto con el fin de optimizar el rendimiento del floculador y observar los cambios.

 _____________________________   10

Tesis de la Uson. [En línea] Bogotá [Citado: 13, Mayo, 2016] Disponible en internet: URL >.. 11

  Manual II: Diseño de Plantas de Tecnología apropiada. [En línea] Bogotá [citado: 13, Mayo, 2016] Disponible en internet: URL .

12

 

1. ANTECEDENTES

Este tipo de floculador fue propuesto inicialmente por Riddick en 1969. Este tipo de floculadores no han sido muy utilizados ya que no existe un adecuado soporte científico que permita su desarrollo. En 1982 Snell y Arboleda presentaron los conceptos básicos sobre el funcionamiento de este tipo de floculadores y desde allí se siguieron realizando diversas investigaciones. 11

1.1.

FLOCULACIÓN CON MEDIOS POROSOS

Se ensayó hacerlo por medio poroso, el cual dejaba que el agua pasara por espacios y poros de una materia granulada. De acuerdo a la teoría de Harris y Kaufman explica una gran eficiencia en este sistema, el material granulado que se puede utilizar son las piedras, bolas de plástico o cualquier otro tipo de material similar no putrescible. Las investigaciones realizadas por la CEPIS / OPS arroja que hasta el momento solo se permiten diseñar solo con piedras de ½ pulgada a ¾ de pulgada diámetro medio de 15.9 mm, con diámetros mayores no garantiza el rango de gradientes para velocidad de floculación.   Recomiendan escalonar los gradientes de velocidad, m manteniendo anteniendo el tamaño del material constante.   El tiempo de retención debe ser de 5 a 10 min minutos. utos.   Solo se permite diseñar para caudales de 10 a 15 L/s.

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 _______________________________   12

FLOCULACIÓN CON MALLAS. Disponible. Teoría y práctica de la purificación purificación del agua – agua  – Jorge  Jorge Arboleda Valencia.

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Cálculos para un floculador por medio poroso. 

Tabla 1. Proceso de cálculo de un floculador de medio poroso. Fuente: Manual II: Diseño de Plantas de Tecnología apropiada.

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Continuación  – Cálculos para un floculador por medio poroso. 

Tabla 2. Proceso de cálculo de un floculador de medio poroso (Continuación) Fuente: Manual II: Diseño de Plantas de Tecnología apropiada.  

1.2.

FLOCULACION POR MALLAS O TELAS

Las telas o mallas intercaladas que oponen resistencia al flujo. Las posibilidades de empleo son para optimizar plantas existentes.

Parámetros recomendados por la Cepis para pa ra la implementación de mallas.   El proceso utilizando mallas de nailon, las que son atravesadas por el flujo y se produce el gradiente de velocidad.   La velocidad óptima en cm/s es de 2(e), teniendo que (e) es el espaciamiento entre mallas.   El espaciamiento de los hilos (e) deje ser de 5 a 15 cm.   El grosor de los hilos debe ser de 1.5 a 4 mm los hilos más delgados de 1. 1.5 5 mm se tienen a romper.

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15

 

Criterios de dimensionamiento para mallas.

Tabla 3. Dimensionamiento de una malla para floculación Fuente: Manual II: Diseño de Plantas de Tecnología apropiada.

Continuación  – Criterios de dimensionamiento para mallas.

Tabla 4. Dimensionamiento de una malla para un canal de mezcla rápida  12 Fuente: Manual II: Diseño de Plantas de Tecnología apropiada.

 ____________________________________ 13   Manual II: Diseño de Plantas de Tecnología apropiada. [En línea] Bogotá [citado: 13, Mayo, 2016]

Disponible

en

internet:

  16

URL

 

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

2.1.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Mejoramiento del floculador tipo Alabama incorporando mallas de diferentes tipos, en la Planta de Tratamiento de Agua Potable de Namay (Acuanamay).

2.2.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Se puede mejorar la eficiencia de un floculador tipo Alabama por medio de la incorporación de mallas en cada una de sus cámaras?

17

 

3. OBJETIVOS

3.1.

GENERAL

Determinar la eficiencia del floculador tipo Alabama de la Planta de Acuanamay, para conocer los beneficios o desventajas que genera la incorporación de las mallas en cada cámara.

3.2.

ESPECÍFICOS.   Determinar caudal de la planta, dimensiones del Floculador y vverificar erificar con Reglamentación RAS 2000.   Realizar análisis de ca calidad lidad de agua con floculador Alabama convencional y floculador Alabama con mallas   Realizar Diagnostico de caudal de diseño y resultados de eficiencia con o sin mallas en el floculador Alabama.

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18

 

4. JUSTIFICACIÓN

La importancia del presente trabajo, es realizar un estudio para optimizar el rendimiento de las plantas convencionales, se realizó la incorporación de mallas en el floculador; de este modo, podrá retener materiales gruesos en las captaciones antes de que pasen a la planta de tratamiento. El uso de un floculador ttipo ipo Alabama con mallas, brinda el beneficio beneficio de utilizar la floculación, remplazando o sustituyendo las paletas de un floculador mecánico. Esto brindara una operación con menor velocidad incrementando su vida útil según el Manual II: Diseño de plantas de tecnología apropiada. Con el uso de las mallas estaremos proporcionando un dispositivo de floculación eficiente de bajo costo.

19

 

5. DELIMITACIÓN

5.1. ESPACIO La comparación de la eficiencia del floculador tipo Alabama con malla y sin malla se realizó en la Planta de Tratamiento Acuanamay, (Namay – (Namay  – Cundinamarca).  Cundinamarca). 5.2.

TIEMPO

Este trabajo de investigación se llevó a cabo en un periodo de cuatro (4) meses, que comprende desde el mes de Julio hasta el mes de Noviembre, en relación al segundo periodo académico del 2016.

5.3.

CONTENIDO

Es importante conocer el contenido establecido en este proyecto. Para esto, se registrara el seguimiento de las actividades realizadas por los autores de este, se adjuntaran todos los datos necesarios, como registros fotográficos, pruebas de laboratorio y resultados obtenidos. Finalmente se harán las observaciones pertinentes en el proceso que se llevó a cabo.

5.4.

ALCANCE

El mejoramiento a los floculadores de tipo Alabama se desarrolló una práctica en la Planta de Tratamiento Acuanamay, junto con las respectivas pruebas de laboratorio. Esto nos arrojó los resultados de eficiencia en cuanto al rendimiento de un floculador tipo Alabama incorporando diferentes tipos de mallas comparado con el rendimiento del mismo sin las mallas.

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6. MARCO REFERENCIAL

6.1. MARCO TEORICO Potabilización del agua. Para que el agua pueda ser apta para el consumo humano, requiere de un minucioso análisis químico, para ella se debe tratar el agua que obtenemos de los ríos, para luego pasar por todo un largo proceso en donde el agua sufre diversos cambios. Para potabilizar el agua, se tienen nueve pasos fundamentales: 1. Captación: Las aguas llegan a las compuertas radiales, también llamadas compuertas de represamiento, que embalsan al agua y la obligan a entrar a la planta. 2. Desarenado: El agua captada pasa bajo el río por un sifón invertido, siendo conducido a los desarenadores. Es entonces que inicia la operación de sedimentar las partículas que tienen peso; en este caso serían las arenas, es por esto que se llama desarenador. 3. Pre cloración:  El agua sobrenadante recibe una dotación de cloro en cantidad suficiente, tiempo de contacto, temperatura y volumen; para ir bajando la carga de bacterias y es almacenada en el embalse regulador. 4. Embalses reguladores:  El objetivo de este estanque regulador es recibir las aguas desarenadas y tener un cierto caudal de respaldo para cuando se necesite dar agua sostenida a la población. 5. Unidades de tratamiento convencional:  El sulfato de cobre antiguamente se le aplicaba a toda la masa de agua para eliminar las aguas, hoy en día se le aplica a la superficie de 10 cm. El tratamiento tradicional es tratarla con alguicida, claro está que llega un momento en el que la especie se va a querer sobreponer y es allí cuando se necesitará de dosis mayores para matar algas. Entonces se le aplica directamente una sal inorgánica. Hasta este punto es flujo horizontal. 6. Decantación:  Se tiene una tubería con un caudal constante en posición horizontal ascendente, en este punto se le agrega el coagulante, al agregarlo está reaccionando y formando el floc. Éste floc, que tiene peso, al bajar la velocidad del agua, comienza a descender y se produce una separación. El agua limpia sube y el lodo se queda en la parte inferior.

21

 

Se forma una interface llamada manto de lodos, por eso esta unidad se llama ¨Decantador de manto de lodos¨. El manto de lodos siempre se va incrementando, periódicamente va siendo evacuado por los extractores de fangos. En la parte inferior hay una especie de colchón de nubes, el cual es el lodo que está debajo en movimiento. Al salir el agua aparentemente está limpia, pero los sensores indican que tiene flóculos; es decir, ligeramente turbia. 7. Filtración:  El agua se infiltra a través de la capa de arena, que retiene partículas más pequeñas que los poros entre los granos de arena, produciendo una importante reducción de la turbiedad y el contenido bacterial del agua. 8. Cloración:  Recibe una cloración de desinfección final, para destruir toda contaminación que pueda haber quedado después de todos los procesos anteriores. 9. Depósitos de regulación: El cliente del río son los estanques. El cliente de los estanques es la planta. El cliente de la planta son los decantadores. El cliente de los decantadores son los filtros. El cliente de14los filtros son los reservorios. El cliente de los reservorios es la población.  

 ________________________ 14

POTABILIZACIÓN DEL AGUA. [En línea Bogotá] [Citado: 13, Mayo, 2016] Disponible en internet

22

 

Los coloides, clasificación y propiedades. Sin pretender dar una clasificación completa de los sistemas coloidales podríamos dividirlos como se indica en la figura 1 en: moleculares y no moleculares (micelares); liofílicos y liofóbicos, diuturnos y caducos, orgánicos e inorgánicos.

Ilustración 1. Clasificación de los coloides. El término coloide significa originalmente ¨gelatinoso¨ y fue dado por Graham a las dispersiones de proteínas, al comprobar que no se comportaban como verdaderas soluciones.  Algunas de las propiedades más importantes de los colides son las siguientes: Propiedades cinéticas Movimiento browniano, difusión y presión osmótica. Propiedades ópticas

Efecto Tyndall-Faraday, coloración.

Propiedades de superficie (adsorción). Electrocinetismo.

23

 

Teoría de la coagulación del agua.   Impurezas del agua.

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El agua en su forma molecular pura no existe en la naturaleza, por cuanto contiene sustancias que pueden estar en suspensión o en solución verdadera según el tamaño de disgregación del material que acarrea. Por otra parte, de acuerdo con el tipo de impurezas presentes, el agua puede aparecer como turbia o coloreada, o ambas. La turbiedad, que no es más que la capacidad de un líquido de diseminar un haz luminoso, puede deberse a partículas de arcilla provenientes de la erosión de suelo, a algas o a crecimientos bacterianos. El color está constituido por sustancias químicas, la mayoría de las veces provenientes de la degradación de la materia orgánica, tales como hojas y plantas acuáticas con las cuales entra en contacto. El conocimiento de la naturaleza y característica de remoción. de estos contaminantes es básico para poder entender los procesos   Coagulación  – Floculación de las impurezas del agua.

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Se llama Coagulación  –   –  Floculación al proceso por el cual las partículas se aglutinan en pequeñas masas con peso específico superior al del agua llamadas floc. Dicho proceso se usa para:

a. Remoción de turbiedad orgánica o inorgánica que no puede sedimentar rápidamente. b. Remoción de color verdadero y aparente. c. Eliminación de bacterias, virus y organismos patógenos susceptibles de ser separados por coagulación. d. Destrucción de algas y plantación en general. e. Eliminación de sustancias productoras de sabor y olor en algunos casos y de precipitados químicos suspendidos o compuestos orgánicos en otros.    Coagulación



Comienza en el mismo instante en que se agregan los coagulantes al agua y dura solamente fracciones de segundos. Básicamente consiste en una serie de reacciones físicas y químicas entre los coagulantes, la superficie de las partículas, la alcalinidad del agua y el agua misma.

24

 

  Floculación.

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Es el fenómeno por el cual las partículas ya desestabilizadas chocan unas con otras para formar coágulos mayores. Tres mecanismos pueden actuar en el primer fenómeno: el de Adsorción Desestabilización basada en las fuerzas electrostáticas de atracción y repulsión. El del puente químico que establece una relación de dependencia entre las fuerzas químicas y la superficie de los coloides. Y el de sobresaturación de la concentración de coagulantes en el agua. En el segundo aspecto debe distinguirse entre: Floculación ortocinética y pericinética, o con escala de turbulencia por encima o por debajo de la micro escala de Kolmogoroff n. 

Ilustración 2. Coagulación – Coagulación – Floculación.  Floculación.

Floculador de flujo helicoidal Los floculadores de flujo helicoidal consisten en una serie de cámaras (más de seis y preferiblemente de ocho a doce) en las cuales el agua entra por el fondo de la esquina de la celda y sale por encima de la esquina opuesta, de forma que se induce un movimiento rotacional del agua que crea un vórtice amplio, cuyo centro se desplaza frecuentemente de un ligar a otro proporcionando así el desarrollo de vórtices menores. Este tipo de floculador es de unidad en estos casos en que se requiera bajo en gradiente de la velocidad, pero las turbiedades sean moderadas y no contengan partículas pesadas. La colocación de las aberturas en las cámaras debe hacerse en forma cuidadosa para que agua adquiera el movimiento rotatorio que se busca. La formación de vórtices está influida por las fuerzas de coriolis.

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  Floculador tipo Alabama

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El floculador Alabama está constituido por compartimentos ligados entre sí por la parte inferior a través de curvas de 90° volteadas hacia arriba. El flujo es ascendente y descendente en el interior del mismo compartimento. Las boquillas permiten la Estas velocidad a lasson condiciones de cálculo de operación (Ilustraciónajustar 3  –   –  5). unidades muy vulnerables a laso variaciones de caudal. Fácilmente se pueden generar espacios muertos y cortocircuitos.

Ilustración 3. Floculador tipo Alabama.   Floculador de mallas o telas. Las telas intercaladas en un canal oponen una resistencia localizada al flujo y tienden a uniformarlo, reducen la incidencia de cortocircuitos y actúan como elementos de compartimentalización. Sus posibilidades de empleo están principalmente orientadas a la ampliación y optimización de unidades de mezcla rápida y floculación en plantas existentes. 

Parámetros de diseño. Las telas intercaladas en un canal oponen una resistencia localizada al flujo y tienden a uniformarlo, reducen la incidencia de cortocircuitos y actúan como elementos de compartimentalización. Sus posibilidades de empleo están principalmente orientadas a la ampliación y optimización de unidades de mezcla rápida y floculación en plantas existentes. doble le del espac espaciamiento iamiento (e) entre   La velocidad óptima en cm/s es igual al dob los hilos de nylon (V = 2e).   El espaciamiento entre hilos (e) recomendado es de 5 a 15 cm.   El grosor de hilos (d) más adecuado es de 1,5 a 4 mm. 

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  Hilos más delgados (d £ 1 mm) tienden a romper el flóculo rápidamente. 26

 

  Se recomiendan velocidades del flujo del orden de 2 a 5 cm/s para evitar la   sedimentación excesiva de los flóculos.   Cuando las mallas se emplean en canales de mezcla rápida, los parámetros de

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diseño

recomendados son

los siguientes:

1. Velocidades de flujo (V) de 1,0 a 1,5 m/s. 2. Diámetro de los hilos (d) de 1 a 3 mm. 3. Espaciamiento entre hilos (e) de 1 a 3 cm. Criterios de dimensionamiento. El criterio para determinar el gradiente de velocidad en mallas está dado por la siguiente expresión:

Donde la pérdida de carga (h) está dada por la expresión:

h = K V2 / 2 g Donde Ves la velocidad media de aproximación (Q/A) y K el coeficiente Pérdida de carga, una función de la porosidad (ɛ) de la malla: K = 0.55 [1 - ɛ2] / ɛ2 Esta expresión es válida para altos valores de (ɛ (ɛ) y Re £ 500. sus  características está dada por:   La porosidad (ɛ) de la malla en función de sus características



ɛ =  = (1 n*d)2 Dónde: d = diámetro de los hilos n = número de hilos por cada metro de ancho de canal.

  El volumen (∀) en el que se da el proceso se considera como:

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∀ = 4 A e

27

de

 

Dónde:  A = área de la malla atravesada por el flujo Por lo que la expresión específica para calcular el gradiente de velocidad en función de las características de las mallas es la siguiente:

Para temperaturas de 20 °C la ecuación 18 se transforma en: En unidades del sistema métrico. 15

  Tipos de mallas utilizadas en el Floculador Tipo Alabama en la Planta de

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Tratamiento Acuanamay. Malla tipo 1: Tela galvanizada MESH 40 CAL. Su principal característica, es ser una malla muy tupida, tiene sus hilos más delgados; estos fueron utilizados para el ensayo, D=0.24 mm, L= 0.39, y s% = 38.7 en donde L es la distancia entre hilos, D diámetro del alambre y S porcentaje de área útil. 

Malla tipo 2: Tela galvanizada MESH 60 CAL.   Se caracteriza por tener D D=0.16 =0.16 mm, L=0.26 y s%=38.3. 

Malla tipo 3: Malla anti- insectos (BLANCA).  Este tipo de malla ya es un tipo de malla plástica que tiene todos sus cuadros regulares un calibre de hilo aproximado de 2 mm y distancia entre h hilos ilos de 3 mm , esta es la malla más económica utilizada en el proyecto.

 __________________________________ 15

MARCO TEORICO. Bogotá [Citado: 13, Mayo, 2016] Disponible.   Teoría y práctica de la purificación del agua – agua  – Jorge  Jorge Arboleda.  Arboleda. 

28

 

Malla tipo 4: Malla tejida antiafidos 10/20 cr cristal. istal. (Agujeros no simétricos e hilos de diferentes diámetros).  Este tipo de malla tiene una característica que la hace diferente a las otras mallas utilizadas. Esta no es simétrica en los agujeros, los poros son totalmente diferentes, ni su distancia entre hilos ni el diámetro de los hilos son simétricos.  

Malla tipo 5: Malla Icapool azul. Esta malla es utilizada en el encerramiento de piscinas. Esta tiene un hilo aproximado de 4 mm y una distancia entre hilos de 7 mm. 

29

 

6.2.

MARCO CONCEPTUAL

  Coagulación



Comienza en el mismo instante en que se agregan los coagulantes al agua y dura solamente fracciones de segundos. Básicamente consiste en una serie de reacciones físicas y químicas entre los coagulantes, la superficie de las partículas, la alcalinidad del agua y el agua misma.   Floculación



Es el fenómeno por el cual las partículas ya desestabilizadas chocan unas con otras para formar coágulos mayores.

Tres mecanismos pueden actuar en el primer fenómeno: el de Adsorción desestabilización basada en las fuerzas electrostáticas de atracción y repulsión. El del puente químico que establece una relación de dependencia entre las fuerzas químicas y la superficie de los coloides. Y el de sobresaturación de la concentración de coagulantes en el agua. En el segundo aspecto debe distinguirse entre: Floculación ortocinética y pericinética, o con escala de turbulencia por encima o por debajo de la micro escala de Kolmogoroff n.

Ilustración 4. Coagulación – Coagulación – Floculación  Floculación 30

 

  Sedimentación



Consiste en la separación de solidos suspendidos en el líquido por asentamiento gravitacional. La velocidad de asentamiento de las partículas está determinada por su tamaño, forma y densidad, así como la naturaleza del líquido a través del cual se asientan. Tipo de

Características de los

Sedimentación. Tipo 1

Descripción del proceso.

sólidos en suspensión. Partículas discretas y aisladas No hay interacción entre las en soluciones diluidas.

partículas y entre las partículas y el resto del fluido.

Tipo 2

Partículas aglomérables en Las partículas se aglomeran soluciones

relativamente agrupándose en partículas de

diluidas. mayor tamaño. Soluciones de concentración Las partículas interfieren entre

Tipo 3

intermedia.

sí en si descenso manteniendo posiciones estables.

Tipo 4

Soluciones

de

alta Se forma una estructura entre

concentración.

las

partículas

que

va

modificándose lentamente con el tiempo Tabla 5. Tipos de sedimentación. Fuente: Tomado del libro Teoría y práctica de la purificación del agua, 3ra Ed. Jorge Arboleda, Mc Graw Hill-Interamericana, Colombia.

CONCEPTOS

BASICOS

SOBRE

QUIMICA

DEL

AGUA

 Antes de entrar a estudiar el fenómeno de la coagulación  – floculación  – floculación del agua, es indispensable explicar algunos conceptos básicos, sin cuyo conocimiento no sería posible entender los procesos que se describirán posteriormente. Inicialmente se dará un repaso a puntos importantes como lo son:  

31

 

1. La estructura química y propiedades del agua. 2. La naturaleza de las dispersiones coloidales. 3. Las impurezas del agua.

Estructura química y propiedades del agua.   Composición química del agua



Fueron Cavendish y Lavoisier en 1780 los primeros en demostrar que el agua estaba compuesta de Oxigeno e Hidrogeno. Posteriormente Humboldt y Gay-Lus  – sac,  – sac, en 1805, determinaron que la relación volumétrica entre H y O era de 2 a I. Por último, Dumas en 1842 comprobó que la relación al peso entre estos elementos era de aproximadamente de 2 a 16. Fue así como quedo establecido que la molécula de agua estaba constituida por H2O. La simplicidad de este concepto tan ampliamente conocido es, sin embargo, solo aparente, pues en realidad la estructura molecular del agua es extraordinariamente compleja, y aun no bien comprendida.   Densidad



Es la masa de la unidad de volumen. En el agua es máxima a 4°C y disminuye a partir de allí con la temperatura, lo que hace que la densidad del hielo sea inferior a la del agua líquida y, por tanto, flote en ella. Esta aparente anomalía se debe a la forma de la estructura molecular del agua.   Viscosidad 



Es la resistencia al cambio de forma. Existen dos sistemas de referirse a ella: el absoluto que se expresa en g masa/cm/s, lo cual se llama poises y el cinemático que se expresa en cm2/s, lo cual se llama Stokes. En el agua la viscosidad disminuye regularmente con la temperatura. La viscosidad cambia más rápidamente que la densidad y por eso afecta notablemente todos los procesos de tratamiento del agua. 16

 ______________________________ 16

MARCO CONCEPTUAL. Bogotá [Citado: 13, Mayo, 2016]   Teoría y práctica de la purificación del agua  –  –  

Jorge Arboleda.

32

 

6.3. MARCO LEGAL INCLUIR POTABILIZACION DE AGUA

Normatividad Reglamento

NORMATIVIDAD

ACTUAL

DE

Descripción. Fecha de publicación. Contiene las normas técnicas para Modificación de

técnico del sector el diseño, construcción, operación resolución

1096

de

de agua potable y y mantenimiento de los sistemas Noviembre de 2000. saneamiento

de agua potable y saneamiento

básico (Ras 2000). básico. Ley

general Tener

ambiental

conciencia

de sostenible

Colombia.

de

del

los

uso Publicada en el año

recursos 1993.

naturales y la protección de las zonas urbanas y rurales.

Constitución

Se eleva a norma constitucional la Versión publicada en

Nacional.

consideración, conservación

y 1991.

manejo de

los

recursos

naturales y el medio ambiente. (Se sabe que el ciudadano tiene derecho

a

consumir

agua

debidamente tratada). Decreto 1775

El objeto es corroborar y establecer un sistema para la

Publicada en Mayo 9 de 2007.

buena salud y buen consumo de las poblaciones. Decreto 2115

Se encuentran los instrumentos Publicada en Junio de básicos para el buen uso de un 2007. sistema de agua potable.

Fuente: Los autores. 33

 

7. METODOLOGÍA

En este punto se dará a conocer el trabajo que se realizó a lo largo de cuatro (4) meses paraun poder llegar a la culminación de estetipo proyecto. Inicialmente pensamos en realizar modelo a escala de un floculador Alabama, pero llegamos a la determinación, que sería mucho más real y más práctico hacerlo en campo. Conseguimos una planta de tratamiento (Acuanamay) con floculador tipo  Alabama; allí realizamos los estudios pertinentes para determinar qué tan conveniente es utilizar mallas en este tipo de floculadores, el objetivo fue saber si con la incorporación de estas mallas se lograba tener optimización en el funcionamiento del floculador.

7.1.

TIPO DE ESTUDIO

Se realizó la visita de campo, la instalación de cinco tipos de mallas y la toma de muestras para medir las Unidades de Turbiedad de la Planta de Tratamiento  Acuanamay. La metodología del proyecto se especificara más adelante en el siguiente orden:

1. Indagación de Plantas de Tratamiento de Agua Potable para ver el tipo de floculador que manejan.  2. Solicitud de permisos para hacer las visitas pertinentes en la Planta de Tratamiento de Agua Potable Acuanamay.   3. Visita de campo a la planta en cuestión e instalación de mallas en cada una de sus cámaras.  4. Toma de muestras después de incorporadas las mallas en el floculador.  5. Comparación de Unidades de Turbiedad (NTU) del floculador con y sin mallas.  6. Determinación de cuál malla tiene mejores resultados en este tipo de floculadores.  7.2.

FUENTES DE INFORMACIÓN

Lo anterior, se sustenta con los medios de obtención de la información, de los cuales se enriquece la investigación obtenida para el proyecto, claramente la información es auténtica y verídica. La información debe ser de fuentes confiables y sustentadas con estudios reales. 34

 

Por otra parte, la mayoría de la información útil se obtuvo de libros de bibliotecas públicas y universitarias, para soportar la investigación de los elaboradores, así como también puede ser de gran ayuda para solucionar dudad de los lectores. También, la investigación será sustentada, por medio de artículos existentes en la vía internet, los cuales de páginas bibliotecarias en línea páginas nacionales queson contienes información institucional.   o, en su defecto, en

35

 

8. UBICACIÓN DEL PROYECTO

La Planta de Tratamiento Acuanamay se encuentra ubicada en la Vereda de Namay, en el Municipio de Albán – Albán  – Cundinamarca.  Cundinamarca. Albán se encuentra ubicado al Occidente del país en la región del Gualivá vía Bogotá Medellín. Limitado por el Norte con los Municipios de Villeta y Sasaima, por el Occidente con el Municipio de Guayabal de Síquima, por el Sur con el Municipio de Anolaima y por el Oriente con los Municipios de Sasaima y Facatativá. 17

Fuente: Google Maps 

 ___________________________ 17

UBICACIÓN DEL PROYECTO.   Bogotá [Citado: 13, Mayo, 2016]. Disponible en internet .

36

 

9. DESCRIPCIONES

9.1.

DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA

La toma de agua del acueducto de Namay es tomada tomada del Rio Dulce, es un acueducto veredal que suministra que atiende a las Veredas de Namay Alto y Namay Bajo; es decir, aproximadamente 1500 viviendas. La planta de potabilización para el acueducto de la vereda Namay, acueducto ¨Acuanamay¨, es un modelo hidráulico automático, maneja un caudal de 3.3 litros por segundo.

  Dosificación.



Se emplea en la planta sulfato de aluminio tipo B, Aquet como Alcalinizante y cloro granulado para su desinfección. Para ver las dosis es necesario ver las tablas suministradas por la persona encarga del Acueducto (Ver Anexo - A).   Mezcla rápida.



Es un canal rectangular, en cual cumple con un número de Froude que es entre 4.5 y 9, llo o que garantiza un resalto hidráulico est estable. able.   Mezcla lenta.



Floculador tipo tipo Alabama el cual consta de 6 cámaras cada una de dimensiones de 0.8 0.8 m de ancho por 0.8 de largo, tienen tiempos de retención de 2.5 a 3 min y un gradiente hidráulico que esta entre 60 y 25 s^-1. El paso se realiza por cuatro orificios que están ubicados en la parte superior e inferior de cada cámara.   Sedimentador.



Esta unidad es un sedimentador de alta taza el cual permite la separación de lodos formador por el floculador , hace que el floc se decante. Está formado por una cámara en las cuales hay laminas onduladas en forma de colmena a 60º en cual ayuda a que el floc se decante de una mejor forma .

37

 

  Filtración.



Se encontró un filtro que trabaja por lechos , este permite que los mircrofluculos que no se quedaron el sedimentación queden atrapados en este filtro este filtro contiene grava , gravilla , arena gruesa y arena fina. 18

Curva de dosificación de sulfato tipo B vs turbiedad. turbiedad.

Ilustración 5. Curva dosificación de Sulfato tipo B Vs Turbiedad. 19 

 _____________________ 18

DESCRIPCIÓN PLANTA ACUANAMAY. ACUANAMAY. Bogotá [Citado: 10, Octubre, 2016]. Disponible en: Instrucciones   operación y mantenimiento planta de tratamiento Acuanamay, Cundinamarca.

19 

CURVA DE DOSIFICACIÓN. Bogotá [Citado: 20, Octubre, 2016]. Disponible en: Instrucciones operación y

mantenimiento planta de tratamiento Acuanamay, Cundinamarca.

38

 

9.2.

DESCRIPCIÓN ACTIVIDADES

Las actividades realizadas en la investigación fueron las siguientes:

Reconocimiento del campo de trabajo (Planta de Tratamiento Acuanamay).  Análisis del estado en el que se encontraba el Floculador tipo Alabama. Medición de profundidades y alturas de cada cámara del floculador. Toma de muestras del Floculador Tipo Alabama Convencional.  Análisis de parámetros de turbiedad (NTU) del Floculador tipo Alabama convencional.   Evaluación de las mallas a utilizar en el proceso.   Instalación de las mallas en los pasos de cada cámara del floculador.   Toma de muestras del Floculador Tipo Alabama con el sistema de mallas ya

         

 



 

  

incorporado. de resultados por malla en cada cámara.    Análisis



39

 

REGISTRO FOTOGRÁFICO DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO ACUANAMAY

Dimen Dimension sionam amient ientoo de de la lass ccám ámar aras as del ffloc locula ulador dor..

Medici Medición ón de pro profun fundid didad ades es ddee las las cám cámar aras as del ffloc locula ulador dor..

Vista general del Floculador Floculador..

Fuente: Los autores.

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