Diseño PTAR

DISEÑO PLANTA DE TRATAMIENTO AGUAS RESIDUAL

A continuación se presenta la propuesta de diseño de las unidades de tratamiento primario para una planta de tratamiento de agua residual, para tratar el agua que se descarga sobre la quebrada Cameguadua del municipio de Chinchina.

1. CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS DEL MUNICIPIO DE CHINCHINA 1.1.

Población proyectada 2030

Para realizar la caracterización de las aguas residuales y determinar el caudal de diseño se requiere determina inicialmente la población proyectada para el periodo de diseño el cual se estableció para el año 2030, La población se estableció según el estudio de factibilidad y diseño para el saneamiento básico de las aguas residuales del municipio de Chinchina realizado en el 2005, en el cual se tuvo en cuenta los planes de desarrollo y ordenamiento territorial, las tendencias poblacionales y la información censal. Los resultados de la población proyectada se resumen en la tabla 1. Tabla 1. Calculo Población Proyectada DESCRIPCIÓN VALOR UNIDADES Población 2005 68.460 Habitantes Densidad a 2005 375 ha/ha Área casco urbano 1.823.525 m2 Perímetro urbano 2.382 mm/año Población 2030 118.688 hab Densidad a 2030 651 ha/ha

1.2.

Calculo caudales de diseño

El volumen de aguas residuales aportadas a un sistema de recolección y evacuación esta integrado por las aguas residuales domésticas, industriales, comerciales e institucionales. Este se calculo con base a la información histórica de consumos, mediciones y evaluaciones realizadas por Empocaldas y reportadas en el estudio anteriormente mencionado. A partir de este estudio se determinó:   Teniendo en cuenta que cerca del 87 % del agua residual que se produce en la ciudad de Chinchina, se descarga sobre la quebrada Cameguada se obtiene:

Los diferentes parámetros necesarios para determinar el caudal de diseño y los caudales máximo y pico fueron tomados del estudio de Saneamiento básico del municipio de Chinichina. El área aferente se tomo de dicho estudio, sumando solo las zonas que vierten las aguas residuales del municipio sobre esta quebrada. Los resultados obtenidos de caudal medio, máximo y pico esperados en la planta de tratamiento de aguas residuales de Cameguadua se encuentran reportados en la tabla 2.

Tabla 2. Resultados Qmedio-Q máximo – Q pico. Parametro Población real proyectada 2030 Dotación neta de agua potable Coeficiente de retorno APC_ARD Caudal de ARD Factor para caudal máximo horario de ARD1 Caudal máximo de ARD Caudal de ARI comerciales e institucionales Factor para caudal máximo de ARI_C e_I1 Caudal máximo de ARI_C_e_ I Inflitración1 Área aferente1 Caudal de infiltración Qmd (tiempo seco) Qmd Qmd Qmax (tiempo seco) Qmax Qmax Factor de caudal pico (dilución) 1 Caudal pico (tiempo lluvioso) Qpico Población equivalente I_C_e_I1 Población equivalente total

1.3.

Características fisicoquímicas agua residual

                                                             1

 Tomado Estudio Saneamiento básico 2005. Empocaldas 

Valor Unidades 118.688,00 hab 160,95 L/hab.d 0,85 136,81 L/hab.d 16.237.408,56 L/d 2,00 32.474.817,12 L/d 2.125.440,00 L/d 1,47 3.128.278,40 L/d 0,30 L/s-Ha 159,57 Ha 4.136.054,40 L/d 22.498.902,96 L/d 22.498,90 m3/d 0,26 m3/s 39.739.149,92 L/d 39.739,15 m3/d 0,46 m3/s 3,00 67.496.708,88 L/d 0,78 m3/s 20.000,00 hab 138.688,00 Hab

Para la caracterización del agua residual que ingresa a la planta de tratamiento de Cameguadua, dado que no se encontró datos fisicoquímicos de monitoreos sobre los descargas a esta quebrada, se tomo los valores de aporte percápita de diferentes parámetros reportados en el estudio de factibilidad para la recuperación y mantenimiento de la calidad de la cuenca del río Chinchina - fase I, seleccionando los valores reportados del municipio de Villamaria como parámetros validos para Chinchina, dada la cercanía y características de los municipios (ver tabla 3). Tabla 3. Aporte percapita parámetros fisicoquímicos tomados para el diseño Aporte percapita T k, bottle 21ºC2 bCOD/UBOD sCODe ALK3 APC_COD APC_BOD APC_TSS APC_TKN APC_NH4_N APC_TP

Valor Unidades % soluble 21,00 ºC 0,35 1/d 1,18 30,00 mg/L 100,00 mgCaCO3/L 190,20 g/hab-d 38,18 96,20 g/hab-d 40,56 78,60 g/hab-d 76,13 14,40 g/hab-d 74,00 9,60 g/hab-d 100 2,80 g/hab-d 72,00

% Soluble % Soluble % es VSS % Soluble % Soluble % Soluble

La k, fue tomada según lo sugerido por Jairo A. Romero R (Tratamiento de Aguas Residuales. Teoría y Principios de Diseño) (Tabla 1,16), realizando la respectiva corrección por temperatura a una temperatura media de 21 ºC, al igual que la alcalinidad, esta se tomo como 100, ya que es el valor recomendado como típico para aguas residuales domesticas. La fracción soluble de cada parámetro, fue tomada similar al ejemplo de diseño realizado en la asignatura de Plantas II, de la especialización en Ingeniería ambiental y sanitaria de la Universidad Nacional. Los resultados de la caracterización se presentan en la tabla 4. Tabla 4. Aporte percapita parámetros fisicoquímicos tomados para el diseño Parámetro COD sCOD pCOD BOD sBOD pBOD TSS VSS iTSS TKN sTKN pTKN NH4_N ON sON

Valor 1172,433058 447,6818389 724,7512192 592,9971618 240,5196488 352,477513 484,5070366 368,8455168 115,6615198 88,76464793 65,68583947 23,07880846 59,17643195 29,58821598 6,509407515

Unidades mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L

Parámetro TP sTP pTP kbottle UBOD bCOD nbCOD nbsCOD bsCOD rbsCOD nbpCOD bpCOD bpCOD/pCOD bVSS/VSS bVSS

                                                             2 3

 Tabla 1.16 Tto de Aguas Residuales. Teoría y Principios de Diseño. Jairo A. Romero R.   Tabla 1.16 Tto de Aguas Residuales. Teoría y Principios de Diseño. Jairo A. Romero R. 

Valor Unidades 17,25979265 mg/L 12,42705071 mg/L 4,832741943 mg/L 0,3696 mg/L 717,7178172 mg/L 846,9070243 mg/L 325,5260337 mg/L 30 mg/L 417,6818389 mg/L 417,6818389 mg/L 295,5260337 mg/L 429,2251855 mg/L 0,592237963 mg/L 0,592237963 mg/L 218,4443174 mg/L

pON

23,07880846

mg/L

nbVSS

150,4011994

mg/L

Nota: La fracción de COD soluble no biodegradable se asumió en 30 mg/L ya que este parámetro debe ser determinado experimentalmente. 2. DISEÑO REJA 2.1.

Marco conceptual:

Las operaciones físicas o tratamiento primario se emplean para la separación de sólidos de gran tamaño, sólidos suspendidos y flotantes, grasas, y compuestos orgánicos voltaicos. Las operaciones y procesos unitarios que se analizaran a detalle serán: rejas, desarenadores y sedimentación primaria. El primer paso en el tratamiento del agua residual consiste en la separación de los sólidos gruesos. El procedimiento más habitual se basa en hacer pasar el agua residual bruta a través de rejas de barras Los materiales retenidos en las rejas se conocen con el nombre de residuos o basuras. Cuanto menos es la abertura libre del tamiz, mayor será la cantidad de residuos eliminada. A pesar de que no existe ninguna definición que permita identificar los materiales separables mediante rejas, y de que no existe ningún método reconocido para la medición de la cantidad de residuos eliminada, éstos presentan ciertas propiedades comunes.

2.2.

Diseño:

En este propuesta de diseño se usan rejas de limpieza mecánica ya que no solo reduce de manera considerable el trabajo manual necesario para la limpieza de las rejas, y la eliminación de basuras, sino también para evitar los reboses y desbordamientos que se producen por la obturación de aquellas. En la tabla 5 se presentan las consideraciones para el diseño de este sistema. Tabla 5. Parámetros de Diseño Reja INFORMACIÓN DE ENTRADA Q medio tiempo seco Q máximo tiempo seco Q pico t lluvioso

VALOR UNIDADES 0,26 m3/s 0,46 m3/s 0,78 m3/s

INFORMACIÓN RAS VALOR UNIDADES Canales con capacidad pico 2 Unidades Espaciamiento reja mecánica finos 3 cm Tipo barrotes (Circular ) β 1,79 Espesor barrotes finos 10 mm Espesor barrotes gruesos 10 mm Espaciamiento reja mecánica gruesos 7,5 cm Velocidad a través de la reja > V Q medio >= 0,4 m/s V Q max >= 0,6 m/s V Q pico >= 1,2 m/s Velocidad aproximación reja Mecánica 0,3 – 0,9 m/s

Angulo con la horizontal Factor de rugosidad maning

60 0,01

Grados

2.2.1. Pasos de Diseño 1.

Estimación del diámetro del emisario

Reemplazando Ec 2 en Ec 1 y despejando D se tiene

Como este diámetro no es comercial, se aproxima al comercial más cercano

2.

Calculo de QLL y VLL reales

3.

Establecer la profundidad de flujo d1 a Qpico

Mediante proceso iterativo se halla d1, primero se supone un valor de la relación de d1 sobre D, luego se calcula el área de flujo, el perímetro mojado, el radio hidráulico V1, esto se realiza hasta el Caudal hallado sea igual a Qpico, QMedio y QMaxímo, los resultados obtenidos se muestran a continuación.

Tabla 6. Determinación de la profundidad de flujo Parámetro Área Perímetro Mojado Radio Hidráulico V1 d1

4.

Qpico 0,459 1,7314 0,265 1,7007 0,6022

QMedio 0,201 1,1494 0,175 1,291 0,3161

QMaxímo 0,306 1,3868 0,22 1,5046 0,432

Calculo y selección del área de flujo que cumpla criterios de diseño

Para este cálculo suponemos d2, calculamos el área según criterios de diseño para la velocidad atreves de la reja a Qpico, QMedio y QMaxímo, Con cada área se calcula la velocidad para Qpico, QMedio y QMaxímo y se selecciona el área que cumpla los criterios de diseño. 

A Qpico

A QMedio

A QMaxímo

Tabla 7. Selección de área de diseño

VPico VMedia VMaxíma

Área (0,651m2) 1,2 0,707 0,4

Criterio Área (0,767m2) Criterio Cumple (= 0,4) Cumple (>= 0,6) 0,34 No Cumple (>= 0,6)

Área seleccionada 0,651m2 5.

Dimensionamiento del canal y la reja fina

Ahora iteraremos hasta convergencia el d2 supuesto en el paso anterior, para ello, utilizamos la ecuación de Bernoulli reemplazando los valores conocidos (Z1, Z2, V1, D1) y expresando las incógnitas en función de d2, iteramos hasta convergencia (d2 supuesto = d2 calculado), con este valor calculamos el numero de espacios libres, el ancho del canal,

el numero de barrotes y V2, que cumplan los criterios de diseño los valores se muestran en la siguiente tabla. Tabla 8. Criterios de diseño reja Parámetro B # espacios libres # espacios libres reales # barrotes Ancho canal W d2 V2

Valores 0,8905 29,7 30 29 1,181 0,7311 0,9052

Unidades m m m m/s

El V2 cumple con el criterio de diseño (0,3 – 0,9) Ver tabla 5 6.

Calculo de la perdida de carga hL atreves de la reja

7.

Calculo de d3 y V3

Para el cálculo d3, suponemos un valor de d3 y mediante la ecuación de Bernoulli reemplazando los valores conocidos (Z2, Z3, V2, D2) y expresando las incógnitas en función de d3, iteramos hasta convergencia (d3 supuesto = d3 calculado), con este valor calculamos V3, que cumpla los criterios de diseño.

  8.

Calculo de la perdida de carga hL50 a reja colmatada

Para el cálculo de la perdida de carga hL a reja colmatada, suponemos una colmatación del 50 %, esto quiere decir que el área de flujo se reduce a la mitad. De igual manera que el paso anterior, utilizaremos la ecuación de Bernoulli para hallar y , posteriormente reemplazando los valores conocidos (Z’2, Z3, V3, D3) y expresando las incógnitas en función de , iteramos hasta convergencia ( supuesto = calculado), con este valor calculamos y a reja colmatada

0,8899  0,7437 m/s 

=

= 1,9509 m/s 

9.

Calculo reja de gruesos

El canal ya está establecido, el espesor de barrotes gruesos es 0,01 m, el espaciamiento de barrotes gruesos es 0,075 m y el ancho canal W es 1,181 m, entonces el numero de barrotes de gruesos es:

10.

Estimación del volumen de residuos

  11.

Estructura de control para mantener la profundidad d3

Se propone para mantener el nivel d3, un vertedero proporcional.

Tabla 9. Resultados cálculos vertedero proporcional a diferentes condiciones flujo Hmax (m)4 L (m) LH ^(1/2) Flujo total (m3/s)  0,7812 0,4599 0,2604 0,05

H (m)  0,474 0,279 0,158 0,030

0,47 0,574 0,395

L (m) Depth en el canal (m) vel en el canal (m/s)  0,574 0,9000 1,061 0,748 0,429 0,908 0,994 0,308 0,716 2,269 0,180 0,235

Figura 1. Detalles de diseño del vertedero proporciona 12.

Perfil hidráulico de la Reja

Con los resultados obtenidos en el diseño de la reja, se construye el perfil hidráulico el cual se presenta en la figura 2.

                                                             44

 Ecuación pagina 205 Ejemplo diseño reja Qasim, S. R.  

Figura 2. Perfil hidráulico Reja para Q pico 3. DISEÑO DESARENADOR 3.1. Marco conceptual Un Desarenador es una estructura diseñada para retener la arena que traen las aguas servidas o las aguas superficiales a fin de evitar que ingresen, al canal de aducción, a la central hidroeléctrica o al proceso de tratamiento y lo obstaculicen creando serios problemas. Existen varios tipos de desarenadores, los principales son: 

Desarenador Longitudinal: Su funcionamiento se basa en la reducción de la velocidad del agua y de las turbulencias, permitiendo así que el material sólido transportado en suspensión se deposite en el fondo, de donde es retirado periódicamente. Normalmente se construyen dos estructuras paralelas, para permitir la limpieza de una de las estructuras mientras la otra está operando.



Desarenador de vórtice: Los desarenadores de vórtice consisten en un tanque cilíndrico al cual ingresa el agua a tratar en forma tangencial, creando un vórtice dentro del cilindro. Existen dos clases de desarenadores de vórtice. En el primero de éstos, el diseño permite que tanto la salida como la entrada del agua sea en forma tangencial. La turbina giratoria se emplea para producir una trayectoria toroidal de las partículas, logrando así que las arenas sedimenten en el fondo del pozo, de donde se extraen con una bomba de arenas o del tipo air lift. Las arenas extraídas de la unidad se pueden procesar posteriormente para remover material orgánico presente.

Figura 3. Esquema desarenador tipo vórtice En el segundo tipo de desarenadores se genera un vórtice libre por acción del flujo tangencial de entrada. El efluente sale por el centro de la parte superior de la unidad desde un cilindro rotatorio, llamado también “ojo” del fluido (Figura 3). Las fuerzas centrífuga y gravitacional, presentes dentro de este cilindro rotatorio, limitan la liberación de las partículas con densidad superior a la del agua. Las partículas de arenas se sedimentan por gravedad en la parte inferior de la unidad, mientras que las partículas orgánicas y demás partículas separadas de las arenas por acción de las fuerzas centrífugas, abandonan el desarenador con el efluente. Si se instalan más de dos unidades se deben proveer arreglos especiales para la división de caudal.

3.2. Diseño desarenador tipo vórtice En la propuesta de diseño de la planta de tratamiento de agua residual, para tratar las aguas provenientes del municipio de Chinchina y que se descargan a la quebrada Cameguadua, se propone como unidad para remover la arena, un desarenador tipo vórtice. Para el diseño de este tipo de desarenador se contemplaron los parámetros de diseño que se presentan en la tabla 10. Tabla 10. Consideraciones de diseño Características Desarenador % Humedad arena salida % material volátil Gravedad arena limpia Densidad global arena Tiempo de retención a Q medio (seg) Diámetro camara superior Diámetro camara inferior Altura Tasas de remoción

Valor considerado

1600 30

2,7

Rangos 13 - 65 % 1 - 56 % 1,3 - 2,7 kg/m3 20-30 seg 1,2 -7,2 m 0,9-1,8 2,7-4,8 m

malla 50 (0,3 mm) 95 malla 70 (0,21 mm) 85 malla 100 (0,15 mm) 65 Cantidad de arena 0,015 Tomado. Metcalf and Eddy. Ingeniería de aguas residuales



% % % 0,004-0,2 m3/103 m3 agua

Calculo del volumen del Desarenador

Se diseñan dos desarenadores de iguales dimensiones, para lavado y mantenimiento



Dimensiones Desarenador

Se fijo la altura y el diámetro de la cámara inferior, siguiendo las recomendaciones de diseño reportadas en la tabla 10.

Empleando la formula de volumen para un cono tronco se obtiene:

Donde:   Calculando por ensayo y error para un volumen de 7,81 m3 se determinó:



Tiempo de retención hidráulica

Para un Q medio se tiene un tiempo de retención de 30 segundos, sin embargo se debe calcular el TRH para el caso de Q picos.

En el caso de tener Q picos se deben operar los dos desarenadores a la vez con el fin de tener tiempos de retención entre los rangos recomendados (20-30 seg) 

Cantidad de arena

Para determinar la cantidad de arena obtenida en el desarenador se escogió el valor típico recomendado de 0,015 m3 arena/1000 m3 Agua (Ver tabla 10).

Los resultados de las dimensiones del desarenador se resumen en la tabla 11.

Tabla 11. Resultados diseño Desarenador tipo vórtice Dimensiones H 2,7 m D cámara superior 2,78 m D cámara inferior 0,9 m Volumen desarenador 7,8118 m3 Q pico 0,78 m3/s TRH a Q pico 20 s TRH A Q medio 30 s Cantidad de arena Arena 0,34 m3/d

4. DISEÑO ESTACIÓN DE BOMBEO

4.1.

Planteamiento del problema

Se requiere diseñar un equipo para bombear agua desde el desarenador hasta el sedimentador primario, para los caudales de diseño: Pico, medio y mínimo (ver tabla 2). Los niveles de referencia son: Cota de solera o de fondo de los pozos húmedo y seco: 0,00 m Cota de mínima elevación del agua en el pozo húmedo: 2,5 m Cota de máxima elevación del agua en el pozo húmedo: 3,5 m Cota de nivel de agua en el desarenador: 13 m Longitud conducción tubería: 105,3 m Se emplean bombas de pozo (pit) seco, de velocidad variable, cada una con campana de succión independiente desde el pozo húmedo. En la tabla 12, se presentan los resultados de las pérdidas menores en la conducción principal (desde la salida de la estación hasta el sedimentador primario) los accesorios son los mismos del ejemplo de diseño presentado en la clase de diseño de PTAR, de la especialización en ingeniería ambiental y sanitaria.

Tabla 12. Resultados cálculos estación de bombeo ITEM

ACCESORIO

D

CANTIDAD

K

1 2 3 5 6 7 4

codos 90º codos 45º codos 221/2º Ramal en Y Plug valve Salida Venturi Subtotal

0,92 0,92 0,92 0,92 0,92 0,92 0,92

2 2 2 1 1 1 1

0,3 0,2 0,15 1 1 1 0,14

Q asumido 0,253 m/s V Pérdida m/s (m)

0,381 0,381 0,381 0,381 0,381 0,381 1,522

0,004 0,003 0,002 0,007 0,007 0,007 0,017 0,0483

Q asumido 0,507 m/s V Pérdida m/s (m)

0,763 0,763 0,763 0,763 0,763 0,763 3,051

0,018 0,012 0,009 0,030 0,030 0,030 0,066 0,1939

Q asumido 0,761 m/s V Pérdida m/s (m)

1,145 1,145 1,145 1,145 1,145 1,145 4,579

0,040 0,027 0,020 0,067 0,067 0,067 0,150 0,4368

Q asumido 0,887 m/s V Pérdida m/s (m)

1,334 1,334 1,334 1,334 1,334 1,334 5,337

0,054 0,036 0,027 0,091 0,091 0,091 0,203 0,5935

Q asumido 1,013 m/s V Pérdida m/s (m)

1,524 1,524 1,524 1,524 1,524 1,524 6,095

0,071 0,047 0,036 0,118 0,118 0,118 0,265 0,7740

Q asumido 1,21 m/s V Pérdida m/s (m)

1,820 1,820 1,820 1,820 1,820 1,820 7,281

PÉRDIDAS MAYORES (TUBERÍA) Longitud de la conducción =105,30 m Valor de C 100 140 0,0264 0,0142

Valor de C 100 140 0,0957 0,0513

Valor de C 100 140 0,2028 0,1088

Valor de C 100 140 0,2693 0,1445

Valor de C 100 140 0,3443 0,1847

Valor de C 100 140 0,4783 0,2567

Valor de C 100 140 0,6397 0,5457

Valor de C 100 140 0,8627 0,7380

Valor de C 100 140 1,1183 0,9588

Valor de C 100 140 1,5827 1,3610

Pérdida en la conducción (Hazen-Williams) PERDIDA TOTAL Valor de C 100 140 0,0747 0,0625

Valor de C 100 140 0,2896 0,2452

0,101 0,068 0,051 0,169 0,169 0,169 0,378 1,1044

CABEZA DINÁMICA TOTAL Nivel mínimo Nivel máximo Nivel elevación Q medio

2,5 3,5 13 0,26

m m m m3/s

Tabla 13. Resultados cálculos cabeza dinámica Cabeza estática de descarga Niv. min Niv. max

Pérdida total Q

Cabeza dinámica total Niv. min pozo

Niv. max pozo

0,253 0,507 0,761 0,887 1,013 1,21 1,3 1,4

C=100 0,075 0,290 0,640 0,863 1,118 1,583 1,82096 2,10488

C=140 0,062 0,245 0,546 0,738 0,959 1,361 1,5678664 1,8145963

pozo 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5

pozo 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5

C=100 10,575 10,790 11,140 11,363 11,618 12,083 12,321 12,6049

C=140 10,562 10,745 11,046 11,238 11,459 11,861 12,0679 12,3146

C=100 9,575 9,790 10,140 10,363 10,618 11,083 11,320958 11,604878

C=140 9,562 9,745 10,046 10,238 10,459 10,861 11,0679 11,3146

1,5

2,40891

2,0791095

10,5

9,5

12,9089

12,5791

11,90891

11,5791

Bomba seleccionada 54 cm (211/4") de diámetro de impeller, velocidad variable Tabla 14. Determinación de pérdidas individuales de la bomba para la preparación de la curva modificada de la bomba

ITEM

Accesorio

D,(m)

No

K

1

entrada

0,81

1

0,04

Q asumido 0,15 V

0,291

Q asumido 0,2

Perdida

0,000

Q asumido 0,250 V

Pérdida

Q asumido 0,3 V

Pérdida

Q asumido 0,35

V

Pérdida

0,388

0,000

0,485 0,000

0,582 0,001

0,679 0,001

V

Pérdida

1,198 0,022

2

codo de 90

0,61

1

0,3

0,513

0,004

0,684

0,007

0,855 0,011

1,027 0,016

3

valv. comp.

0,61

1

0,19

0,513

0,003

0,684

0,005

0,855 0,007

1,027 0,010

1,198 0,014

4

reductor

0,355

2

0,25

1,515

0,059

2,021

0,104

2,526 0,163

3,031 0,234

3,536 0,319

5

valv. cheque

0,51

1

2,5

0,734

0,069

0,979

0,122

1,224 0,191

1,469 0,275

1,713 0,374

6

codo de 90

0,51

1

0,3

0,734

0,008

0,979

0,015

1,224 0,023

1,469 0,033

1,713 0,045

7

valv. comp.

0,51

1

0,19

0,734

0,005

0,979

0,009

1,224 0,015

1,469 0,021

1,713 0,028

Té

0,51

1

1,8

0,734

0,049 0,197

0,979

0,088 0,350

1,224 0,137 0,547

1,469 0,198 0,788

1,713 0,269 1,072

8 Total

Curva característica de la bomba (fabrica)

Pérdida individual

Curva modificada 1 bomba

Capacidad de bombeo en paralelo 2 bomba 3 bomba 4 bomba

Q

Altura total

0 0,15

20,73 18,77

0,000 0,197

20,726 18,577

0,000 0,300

0,000 0,450

0,000 0,600

0,2 0,250 0,3 0,35

17,87 16,96 16,20 15,14

0,350 0,547 0,788 1,072

17,515 16,410 15,412 14,068

0,400 0,500 0,600 0,700

0,600 0,750 0,900 1,050

0,800 1,000 1,200 1,400

En la figura 4 se presenta la curva característica de la bomba y las curvas de combinación de las bombas en paralelo mostrando las cabezas de operación y capacidad, con los cuales se decide la configuración de bombas adecuada para el desplazamiento del agua desde el desarenador hasta el sedimentador primario

Figura 4. Curva característica bomba, curva modificada y curva sistema A partir del análisis de la figura 4, se decidió emplear una configuración de 3 bombas en paralelo para el cual se garantiza en el caso eventual de un Q pico condiciones de operación normal, y una cabeza de elevación superior a los 10,5 metros. Tabla 15. Resumen de cabezas de operación de la bomba y capacidades Punto de  referencia 

Cabeza de  operación 

Capacidad  de operación

Observaciones 

A

11,0 m

1,26 m3/s

Capacidad máxima de la estación, con tres bombas en operación en paralelo

A'

11,0 m

0,42 m3/s

Proyección vertical desde el punto A' hasta la curva característica de la bomba

A''

12,8 m

0,42 m3/s

A cabeza estática máxima (nivel mínimo en el pozo de bombeo), C=100, una bomba en operación (curva modificada)

B

9,5 m

0,46 m3/s

Condición de operación de una bomba

Proyección vertical desde el punto B a la curva característica de la bomba

B'

11 m

0,46 m3/s

La línea B-B' representa las pérdidas en la estación (1.5 m)

Condición y descripción  A cabeza estática mínima (nivel máximo en el pozo de bombeo), C = 100, tres bombas en operación, funcionando en paralelo Proyección horizontal desde A hasta la curva característica individual modificada de la bomba

Condición de operación de cada bomba cuando cuatro bombas están dispuestas en paralelo La línea A'-A'' representa las pérdidas de la estación (1,8 m), esto es, las pérdidas en la tubería de succión y de descarga de cada bomba

Tabla 16.Resumen de cálculo de eficiencia, potencia de salida de la bomba, potencia de entrada y potencia del motor Condiciones de operación para una sola bomba

Nivel máximo del pozo húmedo (cabeza estática mínima, cuatro bombas en operación)

Nivel mínimo en el pozo húmedo (cabeza estática máxima, una bomba en operación)

Cabeza de operación de la bomba

12,8

m (punto A'')

11

m (punto B')

descarga de operación de la bomba

0,42

m3/s (punto A'')

0,46

m3/s (punto B')

Eficiencia de operación bomba

81,5

Potencia de salida (wáter Power)

52,74

kW

49,64

kW

Potencia de entrada (Brake Power)

64,71

kW

63,64

kW

Potencia de motor (Wire Power)

73,53

kW

72,32

kW

78

Potencia motor a proveer por unidad: 10-20% mayor que la calculada, y sobre catálogo de un fabricante. La eficiencia para la operación en este problema, es aceptable. Si no lo es, debe seleccionarse otra bomba u otro fabricante Cálculo del NPSH disponible

NPSH  H abs  H s  H L  H vp Tabla 17. Presiones del sistema Habs Habs Hs HL Hvp Hvp

26,91 26,51 1,25 1,440 55,32 0,751

Presión absoluta del lugar, en metros de columna de agua La presión absoluta se reduce en 0,4 m debido a condiciones climáticas Cabeza mínima de succión, m Pérdidas en la succión a 0,46 m3/s, calculadas según la tabla de abajo. Presión de vapor, mm de Hg, a la temperatura de operación estimada en 40ºC presión de vapor en m de agua

Tabla 18. Pérdidas en la succión Item  entrada Codo 90 Válv. comp. Reductor Cabeza de V

D  0,81 0,61 0,61 0,355 0,355

K  0,04 0,3 0,19 0,25 1

No.  1 1 1 1 1

Q  0,46 0,46 0,46 0,46 0,46

V  0,89268433 1,57401287 1,57401287 4,64741274 4,64741274 Total (m) 

Pérdida  0,00162464 0,03788252 0,02399226 0,27520955 1,10083818 1,440 

NPSH disp=25,569 m NPSH requerido en rango de bombeo normal según el fabricante (ver catálogo) es de 5,5 m (18 pies) NPSH disponible debería exceder al menos en 1 metro el NPSH exigido por el fabricante NPSH disponible es aceptable.

5. DISEÑO SEDIMENTADOR PRIMARIO 5.1.

Marco conceptual

El primer tratamiento importante que sufren las aguas residuales después de las precedentes fases preliminares es, generalmente, la sedimentación de los sólidos suspendidos en un tanque adecuado en el que se mantienen las aguas por un lapso de 0.5 a 3 horas o más, que es suficiente para permitir que el 40 a 65% de los sólidos finamente divididos, se pose en el fondo del tanque, del cual se extraen por medio de colectores mecánicos, en forma de lodos. La sedimentación primaria es una operación unitaria diseñada para concentrar y remover sólidos suspendidos orgánicos del agua residual. En la actualidad, los requerimientos de tratamiento a nivel secundario han otorgado a la sedimentación primaria un rol menor. No obstante, muchos de los procesos unitarios de tratamiento secundario son capaces de manejar los sólidos orgánicos sólo si se ha llevado a cabo una buena remoción de arena y escoria durante el pretratamiento. La sedimentación primaria puede llevarse a cabo en tanques rectangulares alargados o en tanques circulares. Los sedimentadores circulares los tanques circulares cuentan con un brazo desnatador que está unido a la rastra de lodos, como se muestra en las figura 2.

Figura 5. Tanque sedimentador primario de tipo circular, con alimentación por el borde.

A diferencia de los tanques rectangulares, cuyo flujo es horizontal, en los tanques circulares es de tipo radial. El agua a tratar se introduce por el centro o por la periferia del tanque, como se muestra en la Figura 3.

Figura 6. Corte sedimentador circular

5.2.

Diseño sedimentador circular

Para el diseño se consideran las siguientes recomendaciones, las cuales se encuentran reportadas en el RAS (Reglamento Técnico de Agua Potable y Saneamiento Básico) Tabla 19. Consideraciones de diseño sedimentador Información de diseño TD a Q medio