Memoria de Calculo Filtracion y Desinfeccion
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Descripción: planat de tratamento...
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PLANTAS DE TR ATAMIENTO ATAMIENTO AG UA POTABLE PTAP ME MOR IA D E C Á L C ULO UL O – FILTRO FILTRO A GR AVE DAD, DE ALTA TASA DE FLUJ FLUJ O DES CE NDENTE, NDENTE, DE TAS A DE CLINANTE, CLINANTE, AUTO AUTOLAVANTES LAVANTES Y DE LEC HO DUAL. DUAL. DESINFECCIÓN Rafael Andrés Salgado Díaz, José Fernando Navarro Otero Universidad del Magdalena, Facultad de Ingeniería, Ingeniería Ambiental Y Sanitaria Docente: Álvaro Castillo. 2016-2
FILTRACION Como las fuerzas que mantienen a las partículas removidas de la suspensión adheridas a las superficies de los granos del medio filtrante son activas para distancias relativamente pequeñas (algunos ángstroms), la filtración usualmente es considerada como el resultado de dos mecanismos distintos pero complementarios: transporte y adherencia. Inicialmente, las partículas por remover son transportadas de la suspensión a la superficie de los granos del medio filtrante. Ellas permanecen adheridas a los granos, siempre que resistan la acción de las fuerzas de cizallamiento debidas a las condiciones hidrodinámicas del escurrimiento. El transporte de partículas es un fenómeno físico e hidráulico, afectado principalmente por los parámetros que gobiernan la transferencia de masas. La adherencia entre partículas y granos es básicamente un fenómeno de acción superficial, que es influenciado por parámetros físicos y químicos. Los mecanismos que pueden realizar transporte son los siguientes: a) cernido; b) sedimentación; Luego que el agua ha sido sedimentada, esta llega al siguiente proceso de filtración, el cual es uno de los procesos más complejos de una PTAP, puesto que su correcta concepción depende de la interrelación que exista entre las características de la suspensión afluente y los rasgos del medio filtrante, para que predominen los mecanismos de filtración apropiados que darán como resultado la máxima eficiencia posible.
Existen varios tipos de filtración, entre ellos encontramos la filtración a gravedad, de alta tasa, de flujo descendente, de tasa declinante, autolavantes y de lecho dual, el cual fue escogido para este diseño. El procedimiento para el diseño de de los filtros se basa en los cálculos descritos a continuación. Qp=240L/s En el cual: Qp=Caudal de la planta.
1 = 245 ∗ 84600 ∗ 1 10003 = 21168 3/
Se procede a determinar el número de filtros a utilizar, utilizar, con la siguiente ecuación:
= 0,004 ∗√ ∗ √
En el cual: Nf=Numero de filtros. El número de filtros a utilizar es:
= 0,004 ∗ ∗ 21168 21168 3⁄ = 6,4016016 ≈ 6 Para este diseño se utilizaran 6 filtros. o
se determinan los caudales de cada filtro, mínimo, mínimo, medio y máximo. para saber cuánto caudal se va a utilizar en el lavado del filtro. Para hallar el caudal medio del filtro se utiliza la siguiente ecuación:
= = 21168 63/ = 3528 3/
En el cual: Qmf=Caudal medio del filtro.
Existen varios tipos de filtración, entre ellos encontramos la filtración a gravedad, de alta tasa, de flujo descendente, de tasa declinante, autolavantes y de lecho dual, el cual fue escogido para este diseño. El procedimiento para el diseño de de los filtros se basa en los cálculos descritos a continuación. Qp=240L/s En el cual: Qp=Caudal de la planta.
1 = 245 ∗ 84600 ∗ 1 10003 = 21168 3/
Se procede a determinar el número de filtros a utilizar, utilizar, con la siguiente ecuación:
= 0,004 ∗√ ∗ √
En el cual: Nf=Numero de filtros. El número de filtros a utilizar es:
= 0,004 ∗ ∗ 21168 21168 3⁄ = 6,4016016 ≈ 6 Para este diseño se utilizaran 6 filtros. o
se determinan los caudales de cada filtro, mínimo, mínimo, medio y máximo. para saber cuánto caudal se va a utilizar en el lavado del filtro. Para hallar el caudal medio del filtro se utiliza la siguiente ecuación:
= = 21168 63/ = 3528 3/
En el cual: Qmf=Caudal medio del filtro.
Para hallar el caudal máximo del filtro, se tiene que el caudal máximo del filtro debe ser menor o igual a 1,35 al caudal medio del filtro. Y mayor o igual de 1,20 del caudal medio del filtro. Para este diseño se escogió 1,3.
= 31,3 ∗ = 1,3∗ 3528 = 4586,4 3/
En el cual: Qmax= caudal máximo del filtro.
Para hallar el caudal mínimo del filtro, se tiene que el caudal mínimo del filtro debe ser menor o igual a 0,80 del caudal medio del filtro. Y mayor o igual a 0,65 del caudal medio del filtro. Para este diseño se escogió 0,70.
= 0,370 ∗ = 0,70 ∗3528 = 2469,6 3/
En el cual: Qmin: caudal minino del filtro.
o
Tasa de filtración.
Para este diseño se seleccionó un lecho profundo de arena, antracita y grava como medio de soporte, se escogió una tasa de filtración filtración de 160 m3/m2.dia. Valor que se encuentra dentro del rango descrito del RAS 2000 (120 – 600 m3/m2.dia) o
El área del filtro se halla halla con la siguiente siguiente ecuación:
En el cual: Af=área del filtro. Tf=Tasa de filtración.
=
El área del filtro fue:
3/ = 22,12 = 160 35283/2.
o
Para las dimensiones del filtro el ancho es asumido por el diseñador, para este diseño se escogió un ancho de 3,9 m. la longitud se halla mediante la ecuación.
=
En el cual: Lf=longitud del filtro. Anf=Ancho del fiitro. La longitud del filtro es:
= 23,2,91 2 = 5,65 o
Se determina la velocidad de filtración media, máxima y mínima, a través de la siguiente ecuación. o
Velocidad máxima.
⁄ = 84600 3 84600 4 586, 4 = 22,1 2 = 0,002453 / En el cual: Vfmax=velocidad de filtración máxima. o
Velocidad media.
= ⁄ 84600 3 84600 3 528 = 22,1 2 = 0,001887 /
En el cual: Vfm=velocidad de filtración media. o
Velocidad mínima.
= ⁄ 84600 3 84600 2 469, 6 = 22,1 2 = 0,001321 / En el cual: Vfmin=velocidad de filtración mínima.
CARACTERISTICAS DEL LECHO FILTRANTE.
Para este diseño se seleccionó un lecho profundo, lecho dual (antracita y arena) y como medio de soporte la grava. o
Lecho dual.
Para la arena se escogió una profundidad de 0,30m y para la antracita una profundidad de 0,50 m, parámetros que se encuentra dentro de los rangos especificados por el RAS. RAS 2000 ARENA 0.25m 0,60m ANTRACITA 0,20m 0,60m o
-
Medio de soporte.
La profundidad escogida para el medio de soporte (grava) es de 0,4m. o
Altura del lecho.
La altura del lecho filtrante es la sumatoria del lecho dual y el medio de soporte como lo indica la siguiente ecuación.
= + + = 0,30 + 0,50 + 0,40 = 1,20 En el cual: Hlf: altura del lecho filtrante. Ha= altura de la arena. Han=altura antracita. Hgr=altura de la grava. Altura del lecho filtrante es de 1,20 m. o
Área del lecho filtrante.
Se da mediante la siguiente ecuación:
= ∗ = 1,20 ∗ 5,65 = 6,80 2
En el cual: Alf= área del lecho filtrante. El área del lecho filtrante es 6,80 m2. o
Expansión del lecho filtrante.
Esta dada por la siguiente formula:
= 0,4 ∗ = 0,4 ∗ 1,20 = 0,48 En el cual: Elf= expansión del lecho filtrante. = Altura del lecho filtrante El 0,4 es un valor asumido por el diseñador, para minimizar los gastos.
Expansión del lecho filtrante 0,48m o
El factor de seguridad que se le dio a este diseño fue de 0,1 m.
o
Expansión total del lecho.
= + + = 1,20 +0,48 + 0,10 = 1,78 En el cual: Etlf= expansión total del lecho filtrante. Fs= Factor de seguridad. La expansión total del lecho filtrante es 1,78m.
o
SISTEMA DE LAVADO. La velocidad del agua de lavado es de 1 m/s, valor asumido por el diseñador, ya que este el máximo valor.
o
El caudal del lavado, se determina mediante la siguiente ecuación:
= velocidad asumida = 1 m/s = área del lecho filtrante = caudal de lavado
= 60∗ 1 ∗ 6, 8 0 2 = 60 = 0,11 3/
El caudal de lavado es 0,11 m3/s o o
El número de canaletas que seleccionadas para este diseño es de 3. Seguidamente, se determina el caudal de cada canaleta, por medio de la ecuación:
En el cual:
= ∗ 1000 = 0,1133/ ∗ 1000 = 37,69 /
Qc=Caudal de la canaleta. Nc=Numero de canaletas. El caudal para cada canaleta es 37,69 L/s.
o
o
o
Dimensiones de la canaleta.
El ancho de la canaleta para este diseño es de 40 cm, el cual fue elegido por el diseñador. La longitud de la canaleta es igual al ancho del filtro con un valor de 3,9 m.
Altura de la lámina de agua está dada por la siguiente ecuación:
⁄ 73 ∗ =
En el cual:
⁄ 73 ∗37, 6 9 = 40 = 16,79
Hla=Altura de la lámina de agua. Ac=Ancho de la canaleta. Qc= caudal canaleta La altura de la lámina de agua es 16,79 cm El borde libre escogido por el diseñador es de 18 cm. o
Altura de la canaleta
La altura de la canaleta se determina con la siguiente formula:
En el cual: Hc=altura de la canaleta. Bl=borde libre.
= 100+ = 16,79 100+ 18 = 0,35
La altura de la canaleta es de 0,35m. o
Agua sobre el borde de la canaleta. La altura del agua sobre la canaleta es de 0,10 m.
VALVULA DE AGUA SUCIA
Esta válvula se utiliza para que el agua sucia generada por el lavado del filtro salga por ahí, también para hacer la purga y tomar muestras. o
El diámetro de la válvula en pulgadas escogido por el diseñador es de 10pg, lo cual se pasa a metros con la siguiente ecuación:
En el cual: Dm=diámetro en metro. Dpg=diámetro en pulgadas.
= 100∗2,54 = 10 100∗ 2,54 = 0,25
El diámetro de la válvula es de 0,25m o
El área de la válvula de agua sucia se halla con la siguiente ecuación.
En el cual: Av= Área de la válvula.
∗ = 4 ∗ 0, 2 5 = 4 = 0,05 2
El área de la válvula es 0,05m2. o
Para determinar el tirante de agua sucia, se utiliza la siguiente ecuación:
= , ,∗, / ∗ ∗,
= 0,64 ∗ ∗2∗1 = 0,62 m
En el cual: Tas=tirante de agua sucia. G=gravedad. Ql= Caudal de lavado. Av= área de lavado.
El tirante de agua sucia es 0,62 m.
El factor de seguridad asignado por el diseñador es de 0,1m. o
la altura de la válvula en la cámara, se determina mediante la siguiente formula:
Hvc = Tas+ Fs + Dm2 Hvc = 0,62+ 0,1+ 0,225 = 0,85
En el cual: Hvc=altura de la válvula en la cámara. Fs=factor de seguridad. La altura de la válvula en la cámara es 0.85m.
DISPOSITIVO DE DRENAJE (FALSO FONDO)
En este dispositivo pasa el agua filtrada y asciende el agua para el auto lavado. o
Dimensiones del falso fondo. La longitud es igual a la misma longitud del filtro, con un valor de 5,65m.
o
El ancho al igual que la altura es asumida por el diseñador, se tomó un ancho de 0,40m y una altura de 0,40m. El número de viguetas a utilizar en el falso fondo, se determina con la ecuación:
= = 0,3,490 = 10 En el cual: Nv=número de viguetas. Av=ancho de las viguetas. El número de viguetas a utilizar son 10. o
Para calcular el diámetro de los orificios de cada vigueta se utiliza la siguiente ecuación:
= 1 ∗1002,54 = 1 ∗1002,54 = 0,025 En el cual: Dov=diámetro de orificios de viguetas. 1pg diámetro asumido para los orificios de cada vigueta. Se hace la conversión para pasarlos a metro. El diámetro de los orificios en las viguetas es de 0,025m. o
El área de los orificios está dado por la ecuación:
∗ = 4 ∗0, 0 25 = 4 = 0,0005 2
En el cual: Aov=área de orificios de viguetas. El área de los orificios es 0,0005m2. o o
La separación de cada orificio es de 0,15m, valor asumido. El número de orificios de todos los lados, para todas las viguetas se determina a través de la ecuación:
= + ∗ 2∗ 16 = 0, 5,156+5 0,025 ∗ 2 ∗16 = 1031 En el cual: Nov=número de orificios en las viguetas. So=separación entre orificios. = longitud del filtro Dov=diámetro de orificios de viguetas.
Lv
El número de orificios para el falso fondo es de 1031. o
El caudal del agua que pasara por cada orificio, se halla con la ecuación:
= 0,11 = 0,00011 3/ = 1031
En el cual: Qo=caudal del orificio. Ql= caudal de lavado. Nov= número de orificios de vigueta.
El caudal de agua para cada orificio es de 0,00011m3/s. o
La pérdida de energía en los orificios, se calcula mediante la ecuación:
= 0,64∗ ∗ 2 ∗1 0, 0 0011 = 0,64∗ 0,0005 ∗2∗ 19,81 = 0,01 En el cual: Po= perdidas en los orificios. Las pérdidas para los orificios son de 0,01m.
o o
COMUNICACIÓN ENTRE CAJA DE FILTRO Y CAMARA PROPIA La longitud de la pared que divide la caja del filtro y la cámara propia es de 5,65 m. En la parte inferior de la pared se encuentran unos orificios, los cuales van a permitir que pase el agua filtrada a la cámara propia.
Para calcular el diámetro de orificios:
= 6 ∗1002,54 = 6 ∗2,10054 = 0,15
En el cual: Dop=diámetro de orificios de la pared. 6 pulgada, diámetro asumido por el diseñador y se hace la conversión a metros. El diámetro de los orificios en las viguetas es de 0,15m. o
El área de los orificios está dado por la ecuación:
∗ = 4 ∗0, 1 5 = 4 = 0,018 2 En el cual: Aov=área de orificios de la pared. Dop=diámetro de orificios de la pared. El área de los orificios es 0,018m2. o
La separación de cada orificio es de 0,15m, valor asumido por el diseñador.
o
El número de orificios se determina a través de la ecuación:
= + = 0, 155,+650,15 = 19
En el cual: Nop=número de orificios en la pared. Sop=separación entre orificios en la pared. Dop=diámetro de orificios de la pared. El número de orificios de la pared de comunicación del filtro y la cámara propia es de 19. o
El caudal del agua que pasara por cada orificio, se halla con la ecuación:
= = 0,11193/ = 0,006 3/
En el cual: Qop=caudal del orificio de la pared. Nop=número de orificios en la pared. Ql= caudal de lavado
El caudal de agua para cada orificio es de 0,006m3/s. o
La pérdida de energía en los orificios, se calcula mediante la ecuación:
= 0,64 ∗ ∗2∗1 0. 0 06 = 0,64∗ 0,016 ∗ 2 ∗ 19,81 = 0,01 En el cual: Po= perdidas en los orificios de la pared de separación. Las pérdidas para los orificios son de 0,01m.
o
CAMARA PROPIA Dimensiones de la cámara propia
El largo de la cámara propia es el mismo valor que la longitud del filtro, con un valor de 5,65 m. El ancho de la cámara es asumido por el diseñador, Tiene un valor de 50 cm.
El tirante del agua en la cámara está dado por la ecuación:
⁄ 73 ∗ ∗ 1000 = ⁄ 73 ∗ 0, 1 1∗ 1000 = 50 = 30
En el cual: Tac=tirante de agua en la cámara. Acm=área de la cámara propia. Ql= caudal de lavado.
El tirante de agua en la cámara es de 30 cm, dándole un factor de seguridad de 15 cm. o
Para la altura de la cámara propia se tiene que :
= + = 30 + 15 = 45 En el cual: Hcp=Altura de la cámara propia. = factor de seguridad. Tac=tirante de agua en la cámara.
Fs
La altura en la cámara propia es de 45cm o 0,45 m.
o
CAMARA COMUN Dimensiones de la cámara común.
El largo de la cámara común es el valor de la longitud de cada filtro multiplicado por 3, debido a que en ese lado habrán 3 filtros, con un valor de 16,96 m. El ancho de la cámara es asumido, Tiene un valor de 60 cm. El tirante del agua en la cámara está dado por la ecuación:
⁄ 73 ∗ ∗ 1000 = ⁄ 73 ∗ 0, 1 1∗ 1000 = 60 = 27 En el cual: Tacc=tirante de agua en la cámara común. Acc=área de la cámara común. Ql= caudal de lavado. El tirante de agua en la cámara común es de 27 cm, dándole un factor de seguridad de 15 cm. o
Para la altura de la cámara común se tiene que :
= + = 27 + 15 = 42 En el cual: Hcc=Altura de la cámara común. Tacc=tirante de agua en la cámara común. = factor de seguridad
Fs
La altura en la cámara común es de 42cm o 0,42 m.
VALVULA QUE COMUNICA LAS CAMARAS PROPIA Y COMUN
El diámetro de la válvula en pulgada asumida por el diseñador es de 14 pg la cual se pasa a metros:
En el cual: Dm=diámetro en metro. Dpg=diámetro en pulgadas.
= 100∗2,54 = 14 100∗ 2,54 = 0,36
El diámetro de la válvula es de 0,36m o
El área de la válvula de comunicación del agua las cámaras propia y común:
En el cual: Av=Área de la válvula Dm=diámetro en metro.
∗ = 4 ∗ 0, 3 6 = 4 = 0,10 2
El área de la válvula es 0,10m2. o
Para determinar las pérdidas de la válvula se utiliza la siguiente ecuación:
= 0,64 ∗ ∗2∗1
0, 1 1 = 0,64 ∗0,10 ∗2 ∗ 19,82 = 0,16 En el cual: Pv=perdidas de la válvula. Las pérdidas de la válvula son de 0,16m.
o
o
DISPOSITIVO DE AGUA FILTRADA (VERTEDERO) El ancho del vertedero es asumido, se escogió un ancho de 0.50m. Para determinar el tirante de agua del vertedero cuando se está lavando el filtro, se utiliza la ecuación:
⁄ − 8 6400 = 1,838 ∗⁄ 21168 ( = 1,838∗⁄ 864000,5)0−⁄ 0, 11 = 0,27 En el cual: Tal=tirante del agua del vertedero lavando. Aval=Ancho del vertedero. Ql= caudal de lavado QP= caudal de la planta El tirante del vertedero del agua lavando es 0,27m
o
Para determinar el tirante de agua del vertedero o cota E cuando el filtro no lo están lavando, se utiliza la ecuación:
= 1,838⁄ 8∗0,640050⁄ 21168 = 1,838 ∗0,⁄ 86400 50⁄ = 0,41 En el cual: Aval=Ancho del vertedero Tasl=tirante del vertedero sin lavar. QP= caudal de la planta El tirante del vertedero sin lavar es 0,41 m. El factor de seguridad asignado por el diseñador es de 0,1m. o
La altura del vertedero es la suma del tirante de agua cuando el filtro no está lavando más el factor de seguridad:
= + = 0,41 + 0,1 = 0,51
En el cual: Hv=altura del vertedero. Tasl=tirante del vertedero sin lavar. = factor de seguridad. La altura del veredero es 0,51m. PERDIDAS DE ENERGIA DURANTE EL LAVADO
Fs
o
o
Las Perdidas entre la cámara común y la cámara propia son las mismas perdidas halladas en la Válvula que las comunica entre sí. Las pérdidas entre la comunicación de la caja del filtro y la cámara propia son las mismas pérdidas halladas en los orificios de la pared.
o
Las pérdidas de los orificios del falso fondo son las mismas halladas anteriormente.
o
Las pérdidas del lecho filtrante es la siguiente:
o
Para la arena se tiene que:
= 2,65− 1 ∗ 1− 0,4 ∗ = 2,65− 1 ∗ 1− 0,4 ∗ 0,3 = 0,29700
En el cual: Par=perdidas en arena.
Ha
= altura de la arena. o
Perdidas antracita:
= 1,51− 1 ∗ 1− 0,55 ∗ = 1,51 − 1 ∗ 1− 0,55 ∗ 0,50 = 0,114750
En el cual: Pan=perdidas en la antracita.
Han
= altura de agua de antracita.
o
Perdidas grava:
= 1/3 ∗ ∗ = 1/3 ∗ 1 ∗ 0,4 = 0,133333 En el cual: Pg=perdidas en la grava. Val=velocidad del agua de lavado. Las pérdidas son las siguientes: Perdidas Entre cámara común y propia
0,16131
Perdidas Entre comunicación de caja de filtro y cámara propia Orificios falso fondo ARENA ANTRACITA GRAVA PERDIDAS TOTALES
0,013679 0,0058243 0,297 0,11475 0,133333 0,7258963
VALVULA DE ENTRADA DE AGUA SEDIMENTADA
Esta válvula es necesaria para que el agua salida del sedimentador comience el proceso de filtración. o
El diámetro de la válvula en pulgadas asumido es de 12pg, se hace la conversión:
= 100∗2,54 = 12100∗2,54 = 0,3048
En el cual: Dm=diámetro en metro. Dpg=diámetro en pulgadas. El diámetro de la válvula es de 0,30480m o
El área de la válvula de agua sucia se halla con la siguiente ecuación.
∗ = 4 ∗0, 3 048 = 4 = 0,072956 2 En el cual: Av=Área de la válvula. Dm=diámetro en metro. El área de la válvula es 0,072956m2. Se determinan las pérdidas para cuando el filtro maneje un caudal máximo o un caudal mínimo. Para caudal máximo se tiene que: o
= 0,64 ∗ ∗2∗1 4586, 4 = 0,64 ∗0,072956 ∗2∗ 19,81 = 0,0658592 En el cual: PQmax=pérdidas para el caudal máximo. Área de la válvula.
=
Las pérdidas cuando el filtro maneja un caudal máximo es de
0,0658592
Para caudal mínimo se tiene que:
= 0,64∗ ∗ 2 ∗1 2469, 6 = 0,64∗ 0,072956 ∗2∗ 19,81 = 0,01910 En el cual: PQmin=pérdidas para el caudal mínimo. Las pérdidas cuando el filtro maneja un caudal mínimo es de
0,01910
PERDIDAS DE ENERGIA DURANTE LA FILTRACION
Estas pérdidas se generan durante el proceso de filtración. o
Perdidas entre la cámara común y la cámara propia:
4586, 4 /86400 = 0,64 ∗0,10 ∗ 2 ∗9,1 81 = 0,035549 En el cual: Pec=perdidas entre cámara. Avec=área de válvula entre cámaras.
.
.
o
pérdidas entre la comunicación de la caja del filtro y la cámara propia.
4586, 4 /86400/19 = 0,64∗ 0,018 ∗ 2 ∗9,1 81 = 0,003014 En el cual: Pcf=perdidas entre la comunicación de la caja y el filtro. Avec=área de los orificios de la pared de comunicación. o
Perdidas en los orificios del falso fondo.
0, 0 00111/1031 = 0,64∗ 0,0005 ∗2∗ 19,81 = 0,00000000547
En el cual: Pof=perdidas orificios del falso fondo. Qop=caudal de los orificios del falso fondo. Nof=número de orificios del falso fondo.
o
Las pérdidas del lecho filtrante es la siguiente: o
Para la arena:
= 0,005 ∗ ∗ = 0,005 ∗0,0024074 ∗0,3 = 0,000004
En el cual: Par=perdidas en arena. Vfmax=velocidad de filtración máxima. o
Para la antracita se tiene que:
= 0,0009 ∗ ∗ = 0,0009 ∗ 0,0024074 ∗0,5 = 0,000001
En el cual: Pan=perdidas en la antracita. o
Para la grava se tiene que:
= 1/3 ∗ ∗ = 1/3 ∗ 0,0024074 ∗ 0,4 = 0,000321 En el cual: Pg=perdidas en la grava. Perdidas Entre cámara común y propia
0,035549
Perdidas Entre comunicación de caja de filtro y cámara propia 0,003014 Orificios falso fondo 5,47E-09 ARENA 3,611E-06 ANTRACITA 0,000001 GRAVA 0,000321 PERDIDAS TOTALES 0,03888862
o
COTAS Para determinar el borde superior de las canaletas se utiliza la siguiente ecuación:
= 0,2+ + + + = 0,2 + 0,4 + 1,2 + 1,78 +0,35 = 3,93 En el cual: Bsc=borde superior de la canaleta. Hff=altura del falso fondo. Hlf=altura del lecho filtrante.
Elf=expansión total del lecho filtrante. Hc=altura de la canaleta. El borde superior de la canaleta es de 3,93 m. o
Para determinar la altura del agua sobre la canaleta se utiliza la siguiente ecuación:
= + = 3,93 + 0,10 = 4,030 En el cual: Hsc= altura del agua sobre la canaleta. Asc=agua sobre la canaleta. La altura del agua sobre la canaleta es 4,030 m. o
Nivel del agua sobre el vertedero durante el lavado, se tiene que:
= + + 0,1 = 0,726 + 0,10 + 0,1 = 0,926 En el cual: Nvl=nivel del agua sobre el vertedero durante el lavado. Tpl=total de pérdidas durante el lavado. El Nivel del agua sobre el vertedero durante el lavado es de 0,926 m. o
nivel mínimo se tiene que:
= + = 0,41 + 0,039 = 0,453 En el cual: Nmin=nivel mínimo del agua. Tasl=tirante del agua sin lavar. Ptf=pérdidas totales en la filtración. El nivel mínimo del agua es de 0,435 m.
o
Tirante de agua de la Cámara agua sedimentada:
= + + = 0,453 + 0,039 + 0,0658591 = 0,557859 En el cual: Tas= Tirante de agua de la Cámara agua sedimentada. Pmxv=Perdidas de la válvula con el caudal máximo. Tirante de agua de la Cámara agua sedimentada es de 0,557859 m . o
nivel máximo se tiene que:
= − = 0,5578601 − 0,01910 = 0,538760 En el cual: Nmax=nivel máximo del agua. Pminv=pérdidas de la válvula con caudal mínimo. El nivel máximo del agua es de 0,538760 m. o
Nivel de la cámara propia:
= + = 0,035549 + 0,926 = 0,961549
En el cual: Ncp=nivel de la cámara propia. El nivel de la cámara propia es de 0,961549m.
o
VALVULA DE PURGA Y MUESTREO El diámetro de la válvula en pulgadas asumido es de 7pg, el cual se pasa a metros:
7=∗ 2,54100∗2,54 = 100 = 0,18
En el cual: Dm=diámetro en metro. Dpg=diámetro en pulgadas. El diámetro de la válvula es de 0,18m. o
El área de la válvula de agua sucia:
∗ = 4 ∗0, 1 8 = 4 = 0,0248 2
En el cual: Av=Área de la válvula. El área de la válvula es 0,0248m2.
DESINFECCIÓN Parte final del diseño de la Planta de Tratamiento de Agua Potable, requerida para su buen funcionamiento y así generar una calidad óptima del agua a tratar. Es obligatorio en todos los niveles de confiabilidad, desinfectar el agua sin importar el tipo de tratamiento previo que se haya realizado para su potabilización (RAS, 2000). Como sustancia desinfectante se utilizara Cloro Gaseoso y se realizaran las ecuaciones pertinentes para encontrar la dosis y dosificación del Hipoclorito de Calcio, en el caso que se requiera utilizar esta sustancia desinfectante.
TANQUE DE CONTACTO
o
CAUDAL DE LA PLANTA
El caudal de la planta se pasa a las dimensiones L/min, por medio de la siguiente ecuación:
= ∗60 = 245 / ∗ 60 = 14700,00 /
En el cual: = Caudal de la planta en L/min. Q= Caudal de la planta en L/seg.
El caudal de la planta entonces es 14700,00 L/min. o
o
El número de unidades utilizadas para el proceso de desinfección es asumida por el diseñador, pero debe ser mínimo 2 unidades. Para este diseño se seleccionaron 2 unidades. La dosis de Cloro gaseoso se encuentra en la tabla que está incluida en el RAS 2000, la cual teniendo el valor de la dosis del Cloro Gaseoso, la temperatura y el pH, se determina el valor de la constante K. La tabla es la siguiente:
Tabla 1. Valores de dosis, temperatura, pH y K en las condiciones de efectividad más baja. Para este diseño se asume la dosis de cloro gaseoso de 1,2 mg/L, una temperatura de 25 °C, un pH de 7,0 y se encuentra por medio de la tabla que el valor de K es de 25. o
el tiempo de contacto:
= = 1,2 25/ = 20,83
En el cual: t= Tiempo de contacto en minutos. D= dosis del cloro gaseoso en mg/L. El tiempo de contacto es de 20,83 Min.
DIMENSIONES
o
Para determinar el volumen, se emplea la fórmula:
14700 ∗ ∗20,83 = 306,20 3 = 1000 = 1000
En el cual: V= Volumen de las unidades de desinfección en m3. Qp= Caudal de la planta en L/min. T= tiempo de contacto en min. EL volumen es de 306,20 m3. o
o
o
El ancho del tanque es asumido. Para este diseño es de 5 m. EL largo del tanque es asumido, pero teniendo en cuenta que con esta dimensión variara la profundidad del tanque. Para este diseño el largo es de 15 m. el área del tanque:
= ∗ = 5 ∗15 = 75 2
En el cual: Ar= Área del tanque en m2. An= ancho del tanque en m. L= longitud del tanque en m.
El Área del tanque es de 75 m2. o
La altura del tanque:
ℎ = = 306,75220 3 = 4,09 .
En el cual: h= Altura del tanque en metros. V= volumen del tanque en m3. Ar= área del tanque en m2.
La altura del tanque es de 4,09 m.
o
o
DOSIFICACIÓN DE CLORO GASEOSO La pureza del cloro gaseoso para este diseño es de 1.
14700/ ∗ ∗1, 2 / 60 60 = = 1 = 294 /
La cantidad del cloro gaseoso es :
En el cual: Cc= Cantidad del cloro gaseoso en mg/s. Qp= Caudal de la planta en L/min. D= Dosis del cloro gaseoso en mg/L P= Pureza del Cloro gaseoso.
La cantidad de cloro gaseoso es de 294 mg/s. o
También se puede determinar la cantidad de cloro gaseoso teniendo en cuenta las unidades de medida que manejan los distintos dosificadores, ya sea por jornada de trabajo o por día Por medio de una conversión. Para este diseño la cantidad de cloro gaseoso se necesita expresar en Lb/día, puesto que el dosificador escogido expresa las cantidades en estas dimensiones. Entonces la cantidad de cloro gaseoso ya encontrado queda expresado en 56 Lb/día.
Figura 1. Dosificador de Cloro Gaseoso.
DOSIFICACIÓN DE HIPOCLORITO DE CALCIO
o
La pureza con la que se va a trabajar el Hipoclorito de Calcio es de 0,65.
o
La cantidad del cloro gaseoso:
14700 / ∗ = 60 = 60 0,65∗ 1,2 / = 452,30 /
En el cual: Cc= Cantidad del cloro gaseoso en mg/s. Qp= Caudal de la planta en L/min. D= Dosis del cloro gaseoso en mg/L P= Pureza del Hipoclorito de Calcio.
La cantidad de Hipoclorito de Calcio es de 452,30 mg/s. o
o
o
Al igual que con el cloro gaseoso, acá se trabajaran las unidades de medida dependiendo del dosificador que se escoja. Para este diseño se asume un dosificador que maneja unas unidades de medida de kg/h. la cantidad de Hipoclorito de Calcio necesaria es 1,63 Kg/h. Para conocer la cantidad necesaria en una jornada de trabajo normal, se multiplica el valor de la cantidad ya encontrado por 8 horas. La cantidad necesaria será 13,03 kg/8h. La cantidad de agua necesaria para diluir el Hipoclorito de calcio y que quede con las condiciones de pureza ya establecidas se puede encontrar con:
13, 0 3 ∗ 100 ∗ 100 8ℎ = = 0,65 = 2004,62
En el cual: Ca= Cantidad de agua necesaria en Litros. Ccj= Cantidad de Hipoclorito de Calcio en una jornada en Kg/8h. P= Pureza del Hipoclorito de Calcio. La cantidad de agua necesaria para diluir el Hipoclorito de Calcio es 2004,62 L. o
tanque con una capacidad máxima de 2500 Litros.
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