Memoria de Cálculo Canaleta Parshall y Cámara de Llegada
September 4, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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DISEÑO DE UNA PLANTA DE POTABILIZACIÓN PARA EL MUNICIPIO DE ARACATACA (MAGDALENA)
Presentado por: DEINER CACERES JIMENEZ JOSELIN CAMPO ANGARITA ANDREA CHARRIS MONTENEGRO
UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA PLANTAS DE POTABILIZACIÓN GRUPO 3 SANTA MARTA D.T.C.H. 2018 II 1
DISEÑO DE UNA PLANTA DE POTABILIZACIÓN PARA EL MUNICIPIO DE ARACATACA (MAGDALENA)
Presentado por: DEINER CACERES JIMENEZ JOSELIN CAMPO ANGARITA ANDREA CHARRIS MONTENEGRO
Presentado a: Ing. ALVARO CASTILLO MIRANDA
UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA PLANTAS DE POTABILIZACIÓN GRUPO 3 SANTA MARTA D.T.C.H. 2018 II 2
TABLA DE CONTENIDO
1. PRESENTACIÓN ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1 PERIODO DE DISEÑO
.........................................................................................................7
1.2 DOTACIÓN NETA MÁXIMA .................................................. Error! Bookmark not defined. 1.3 CAUDALES DE DISEÑO ....................................................... Error! Bookmark not defined. 2. DISEÑO ........................................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.1 PARÁMETROS DE DISEÑO INICIALES ...........................................................................7 2.2 COAGULACIÓN
.....................................................................................................................7
2.2.1 Canaleta Parshall
............................................................................................................8
.............. .................. ................. ................. .................. ...... 16 2.3 CANAL DE ACERCAMIENTO ................
2.4 CÁMARA DE LEGADA ............... .................. ................. .................. .................. ................. 17 BIBLIOGRAFÍA ................. ............... .................. ................. .................. ................. ................. .................. ...... 20
3
LISTA DE TABLAS pág. Tabla 1. Dotación neta máxima.
7
Tabla 2. Caudales de diseño.
7
Tabla 3. Valores de k y n para la ecuación 5.
10
Tabla 4. Dimensiones estandarizadas de la canaleta Parshall en centímetros (cm).
11
4
LISTA DE ILUSTRACIONES pág. Ilustración 1. Localización geográfica del municipio Aracataca.
6
Ilustración 2. Dimensiones de la Canaleta Parshall.
9
Ilustración 3. Ancho del canal en el punto de medición del caudal.
10
Ilustración 4. Distancia entre la proyección horizontal de la cámara y el punto más bajo de la canaleta Parshall.
12
Ilustración 5. Distancia entre la proyección horizontal de la cámara y el punto inferior de la salida de la canaleta Parshall.
14
Ilustración 6. Ancho de la sección divergente de la canaleta Parshall.
15
5
INTRODUCCION Sabemos que el agua es de vital importancia para el ser humano, ya que al ser considerado el solvente universal, ayuda a eliminar las sustancias que resultan de los procesos bioquímicos producidos en el organismo. Sin embargo, la calidad del agua para consumo humano es un factor determinante en las condiciones de la salud de las poblaciones; sus características pueden favorecer tanto la prevención como la trans transmisión misión de agentes que causan enfermedades]. Debido al aumento de la conta contaminación minación hídrica y su influencia en lla a calidad de agua para consumo humano, fue necesario diseñar un proceso de tratamiento con el fin de eliminar eliminar las materias en suspensión y en disolución que deterioran las características físicas, químicas y organolépticas; así como la eliminación de bacterias y otros microorganismos para lograr suministrar un agua con una calidad sanitaria garantizada. El proceso está constituido por varias operaciones unitarias: la Coagulación es la operación que permite la Aglutinación de las partículas suspendidas y coloidales presentes en el agua mediante la adición de un agente coagulante. La Floculación es una operación unitaria que busca la Aglutinación de partículas, inducida por una agitación lenta de la suspensión coagulada. La Sedimentación es una operación unitaria que tiene como objetivo decantar por gravedad los sóli sólidos dos suspendidos. La Fil Filtración tración que es el proceso que busca remover las partículas suspendidas y coloidales del agua al hacerlas pasar a través de un medio poroso y la Desinfección permite la eliminación o destrucción de los organismos patógenos presentes en el agua. D Dado ado que Colombia cuenta con una oferta hídrica seis veces superior a la oferta mundial, y tres veces mayor que la latinoamericana, el número de PTAP a nivel nacional es de aproximadamente 1180 [DANE, 2014]. Por lo anterior, el objetivo de este estudio fue diseñar una planta de tratamiento de agua potable.
6
Se planteó el diseño de una cámara cámar a de llegada y un canal de acercamiento; acercamiento ; para el proceso de coagulación se escogió la Canaleta Cana leta Parshall que cumplía con la mayoría de los criterios establecidos en la Resolución 0330 del 2017 y la guía técnica RAS.
1.1 P E R IO IODO DO DE DIS E Ñ O La Resolución 0330 del 2017 en su Artículo 40 establece que, para todos los componentes de los sistemas de acueducto, alcantarillado y aseo, se adopta como período de diseño 25 años. DISEÑO
PARÁMETROS DE DISEÑO INICIALES Caudal de Diseño
), expresado en m3/s.
=0,=172/ 1 × 1000 172 / = 26 °
(1)
Temperatura de Diseño ( ), que es la temperatura promedio del agua, expresado en °C. Asumí que:
(3)
COAGULACIÓN Para que en el proceso de coagulación la mezcla del coagulante sea homogénea se seleccionó una canaleta Parshall con una garganta de 1,5´ la cual cumple con los siguientes parámetros establecidos en la Resolución 0330 del 2017 y la guía técnica RAS: . . La velocidad en la garganta , que debe ser mayor a El número de Froude , que se encuentra entre y 0 y . La sumergencia . La velocidad mínima en el efluente de la canaleta Parshall , que debe aproximarse a .
0,75 m/s
2 m/s 1,7 2,5 4,5 9
7
1 s 1000 2000 −
El tiempo de retención , que debe ser menor a . El gradiente medio de velocidad , que se encuentra entre
y
.
2.2.1 Canaleta Parshall La Canaleta Parshall es la forma más común de producir un resalto hidráulico. Consiste en un segmento de canal con cambio rápido de pendientes y constricción en el punto llamado Garganta. Al comienzo de ella el agua pasa por la profundidad crítica (NF=1) y debido al cambio de pendiente se acelera hasta crear un régimen supercrítico que se convierte en un salto hidráulico al encontrar la pendiente negativa de la sección G de salida en la que el régimen es subcrítico. Este salto es el que se usa para la mezcla rápida. (Arboleda-Valencia, 2000) Las dimensiones de una Canaleta Parshall se encuentran estandarizadas y sólo se requiere solicitar al fabricante la canaleta de acuerdo con el cumplimiento de unos parámetros establecidos por el nuevo RAS (Ley 0330 de 2017). De acuerdo con los cálculos realizados se cuenta con la siguiente tabla para los datos correspondientes al diseño.
Garganta (W)
1,5'
n
1,538
k
1,054
W (m)
0,457
A
1,372
B
1,344
C
0,61
D
0,845
E
0,915
F
0,610
G
0,915
K
0,076
N
0,229 8
Se determinan las condiciones de flujo aguas arriba (canal convergente):
Altura de la lámina de agua en la garganta
ℎ = ⁄
), expresado en m. (4)
Donde: = caudal de diseño, expresado en m3/s. = constante tomada de la Tabla 3. = constante tomada de la Tabla 3.
0, 3 04 ⁄, ℎ ℎ= =1,0,0,05454445445
Tabla 3. Valores de k y n para la ecuación 5.
W 3” 6” 9” 1´ 1,5´ 2´ 3´ 4´ 5´ 6´ 7´ 8´ Fuente. Edmundo Pedroza, 2001. 2001.
K 0,176 0,381 0,535 0,69 1,054 1,426 2,182 2,935 3,728 4,515 5,306 6,101
n 1,547 1,58 1,53 1,522 1,538 1,55 1,566 1,578 1,587 1,595 1,601 1,606
!
Ancho del ccanal anal en el punto d de e medición del caudal ( ), ), expresada en m.
Donde:
! = 23 + 9
(5)
= ancho en la entrada de la canaleta Parshall (sección convergente) ver Ilustración 3, tomada de la Tabla 4, m. = ancho de la garganta de la canaleta Parshall, m.
Ilustración Ilustra ción 3. Ancho del canal en el punto de medición del caudal.
Fuente. Diseño propio, 2018.
! = 23 11,,0!260, = 0,0,83683465757 +0,457
Tabla 4. Dimensiones estandarizadas de la canaleta Parshall en centímetros (cm).
W 3” 6” 9” 1´ 1,5´
A 46,6 61,0 88,0 137,2 144,9
B 45,7 61,0 86,4 134,4 142,0
C 17,8 39,4 38,0 61,0 76,2
D 25,9 40,3 57,5 84,5 102,6
E 45,7 61,0 76,3 91,5 91,5
F 15,2 30,5 30,5 61,0 61,0
G 30,5 61,0 45,7 91,5 91,5
K 2,5 7,6 7,6 7,6 7,6
N 5,7 11,4 11,4 22,9 22,9
2´ 3´ 4´ 5´ 6´ 7´ 8´
152,5 167,7 183,0 198,3 213,5 228,8 244,0
149,6 164,5 179,5 194,1 209,0 224,0 239,2
91,5 122,0 152,5 183,0 213,5 244,0 274,5
120,7 157,2 193,8 230,3 266,7 303,0 340,0
91,5 91,5 91,5 91,5 91,5 91,5 91,5
61,0 61,0 61,0 61,0 61,0 61,0 61,0
91,5 91,5 91,5 91,5 91,5 91,5 91,5
7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6
22,9 22,9 22,9 22,9 22,9 22,9 22,9
Fuente.
http://www.bvsde.paho.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/manualII/ma2_cap2.pdf. http://www.bvsde.paho.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/manualII/ma2_cap2.pdf. Velocidad de flujo en el punto de medición d de e caudal ( ), expresada en m/s.
10
= ! × ℎ = 0,304 =0,0,8836×0, 15/ 445 = 2 ℎ +
(6)
), expresada en m.
Energía especifica en el punto de aforo (
(7)
Donde: = aceleración de la gravedad, m/s 2. = distancia entre la proyección horizontal de la cámara y el punto más bajo de la canaleta Parshall ver Ilustración 3, tomada de la Tabla 4, m.
Ilustración 4. Distancia entre la proyección horizontal de la cámara y el punto más
bajo de la canaleta Parshall.
Fuente. Diseño propio, 2018. 2018.
0, 8 15 2 29 = 2×9,8=10,0,×0,708704845+0,
Se determinan las condiciones de flujo f lujo en la garganta de la canaleta Parshall:
11
=
Si se desprecian las pérdidas de energía por fricción entre el punto de aforo y la garganta, . Se tiene que:
Entonces:
= ℎ + ℎ = 22 + 2 = 0× 8 1 2×9, 8 1× ×0,708+ 2×0,30,04×9, 457 = 0
Donde:
= velocidad de flujo en la garganta de la canaleta Parshall, m/s.
Se resuelve por Newton Rhapson, escogiendo el valor más alto que solucione la ecuación.
=3,112 /
Se determina la altura del agua en la garganta, antes del resalto:
Altura más baja del agua en la garganta ( ), expresada en m.
ℎ = × ℎ= 0,=40,0,57×3, ℎ 0, 213 2 3 1 04 3 1 12 = × ℎ = √ 9,9,83,1×0,112213 =2,150
(8)
Número de Froude ( ).
12
(9)
Sumergencia ( ), expresada en m.
= ℎℎ ==0, 0,2130, 0,404534229 ℎ = ℎ2 1+8 1 +8 1 1+8×2,150 1 ℎ = 0,2213 1+8×2, ℎ = 0,0, 551 5 5 1 ℎ = ℎ ++
(10)
Altura más alta del agua en la garganta ( ), expresada en m.
(11)
Altura del agua en la salida de la canaleta, en donde el ancho es C ( ), expresada en m.
(12)
Donde: = distancia entre la proyección horizontal de la cámara y el punto inferior de salida de la canaleta Parshall, m. Ilustración 5. Distancia entre la proyección horizontal de la cámara y el punto
inferior de la salida de la canaleta Parshall.
13
Fuente. Diseño propio, 2018. 2018.
= 0,0,398 ℎ =0,5ℎ51+0, 32929+0, 8 076 = ×ℎ
Velocidad en la salida de la canaleta Parshall ( ), expresada en m/s.
(13)
Donde: = ancho de la sección divergente de la canaleta Parshall tomada de la Tabla 4, m.
Ilustración Ilustra ción 6. Dimensiones estandarizadas de la zona divergente de la canaleta
Parshall.
14
= =0,1,1,762×0, 00100,03104/398
Fuente. Diseño propio, 2018. 2018.
Velocidad media del flujo en el resalto (
), expresada en m/s.
= =2,3,210121, 562/001
(14)
Tiempo de mezcla ( ), ), expresada en s.
=
(15)
Donde: = distancia desde la salida de la garganta hasta el final de la canaleta Parshall, m. ver ilustración 5.
==00,2,,490414564 ℎ = ℎ +ℎ ℎ =0,4ℎ45+0,= 0,0,123102760, 3 98 3
Perdidas de energía ( ), expresada en m.
(16)
15
= ××ℎ
Gradiente de velocidad medio ( ).
(17)
Donde: = peso específico, 9779,2 kg/(m 2*s2). = viscosidad absoluta o dinámica, 0,000871 kg/(m*s).
2 ×0, 1 23 = 0,9779, 0 00871×0, 4 44 =1763,289
2.3 CANAL DE ACERCAMIENTO Este canal conecta a la Cámara de Llegada con la Canaleta Parshall. Altura del borde libre de la cámara de llegada
ℎ = 0,0,055055 ℎ =ℎ+ℎ ℎ ℎ=0, =445+0, 0,0,5050 055 = 1,1,026026 = 1
, expresada en m, (asumida). (18)
, expresada en m.
Altura del canal de acercamiento
(19)
Ancho del canal de acercamiento de la Canaleta Parshall.
, expresado en m. Corresponde al ancho
, expresado en m, (asumida)
Longitud del canal de acercamiento
(20)
16
(21)
2.4 CÁMARA DE LEGADA Tiempo de retención
=20 =0,08 =×
), expresado en s (asumido). (22)
Velocidad Ascensional ( ), expresado en m/s (asumida).
Volumen útil para el aquietamiento del agua (
Donde:
==
(23) ), expresado en m3. (24)
caudal de diseño, expresado en m3/s. tiempo de retención, s.
= =0,63,04×20 08 = = 0,0,30048 = 3,8
Área superficial ( ), expresado en m2.
Donde:
=
velocidad ascensional, m/s.
(25)
Ancho de la cámara de llegada (
, que corresponde al ancho de la sección 17
=1,026
convergente de la canaleta Parshall ( ), expresado en m. (26)
= = 1,3,0268 = 3,150
Longitud de la cámara de llegada ( ), expresada en m.
(27)
ℎ = ℎ = 6,3,088 ℎ = 1,1,6060 ℎ = ℎ + ℎ ℎℎ=1, =620+0,,10 50
Altura útil de disipación de energía (
), expresada en m. (28)
, expresada en m.
Altura total de la cámara de llegada
(29)
Se determinan las dimensiones de los orificios en la salida de la cámara de llegada 18
con distribución uniforme:
Á
Área del orificio en la salida de la cámara de llegada (
Donde:
∅=
), expresada en m 2. (30)
Á = × ∅4 Á = 3,1416 × 0.0.1414 Á = 0.0.010010
diámetro del orificio en la salida de la cámara de llegada (asumido), m.
°
Numero de orificios en la cámara de distribución (
° = 21 1 ° ) × 2 ℎ = (×Á
Perdida de energía en la cámara de distribución (
Donde:
==
coeficiente de descarga.
). (31)
), expresada en m. (32)
ℎ = 0.6ℎ4×0.0. 213=040.0.02502101050× 2×9.1 81
19
BIBLIOGRAFÍA
DANE, Departamento administrativo de estadística. En http//:www.dane.gov.co/ (visitado 27 de febrero de 2018). Edmundo Pedroza. Serie Autodidactica de Medición Canal Parshall. Coordinación de Tecnología Hidráulica, Subdirección General de Administración del Agua. 2001. Resolución 0330 del 08 de junio de 2017. Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio. República de Colombia. Sitio web de la alcaldía. En http//: Aracataca –magdalena.gov.co Tabla de dimensiones estandarizadas de la Canaleta Parshall. http://www.bvsde.paho.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/manualII/ma2_cap2.pdf
20
En:
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