Memoria de Cálculo PTAP
September 7, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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18-11-2018
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
MELANIE Z. GRANADOS CASTAÑEDA UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA
INTRODUCCIÓN La filtración consiste en la remoción de partículas suspendidas y coloidales presentes en una suspensión acuosa que escurre a través de un medio poroso. En general, la filtración es la operación final de clarificación que se realiza en una planta de tratamiento de agua y, por consiguiente, es la responsable principal de la producción de agua de calidad (Arboleda, 2000); así mismo 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 (Arboleda, 2000). La finalidad de los filtros en una planta de tratamiento de filtración es la separación de las partículas y los microorganismos que no han sido removidos en el proceso de sedimentación. Se hace referencia en esta lección a los filtros rápidos descendentes, de medio doble de arena y antracita y de tasa declinante (Arboleda, 2000).
PARÁMETROS DE DISEÑO DISEÑO Filtros con igual área filtrante.
El caudal de la planta debe ser mayor al flujo para el lavado de un filtro.
Deben diseñarse como mínimo cuatro unidades para que trabajen con una carga superficial a una velocidad de ascenso no menor m enor de 0.60 m/min.
El sistema puede conducir el agua filtrada a cualquier filtro, en cualquier momento, con el caudal máximo requerido para el lavado.
Las unidades puedan aislarse en caso de reparación, sin impedir la circulación de flujo de lavado entre los demás filtros que están en operación. o peración.
El caudal máximo del filtro debe ser 20 al 35 % mayor que el caudal medio de filtración. filtraci ón.
El caudal mínimo del filtro debe ser 20 al 35 % menor que el caudal medio de filtración.
Tasa del filtración para lechos de antracita sobre arena y profundidad estándar, la tasa máxima es de 350 m3/ (m2.día).
Velocidad de lavado del filtro 1 m/min.
La separación entre canaletas debe ser menor o igual a 2.0 m, y la separación de la canaleta con la pared del filtro menor o igual a 1.0 m.
FILTRO DE ALTA TASA, A GRAVEDAD, DESCENDENTE, DE TASA DECLINANTE, AUTOLAVANTE Y DE LECHO DUAL. FILTRACIÓN. FILTRACIÓN.
= 214 /
× í = 18489,6 í
= 214 / ×
N. Número de filtros, N.
=0.044∗ √ /í =0,044∗√ =0,044∗ 1 18489, 8489, 6 √ =5,9≈6
Dónde: : Número de filtros. : Caudal de la planta, m3/día.
Para el diseño se asumirán 9 filtros. DETERMINACIÓN DE CAUDALES MEDIO, MÍNIMO Y MÁXIMO. Caudal medio, Qmed.
=
Dónde: : Caudal medio. : Caudal de la planta, m3/día. : Número de filtros.
, / = =2054,4
Qmin. Caudal mínimo, Qmin.
=0,65∗ =0,65∗2054, 4 =1335,4
Dónde: : Caudal mínimo. : Caudal medio.
Caudal máximo, Qmáx.
á=1,35∗ á
Dónde: : Caudal máximo. máximo. : Caudal medio.
á=2773, 4 4 á=1,35∗2054,
Tasa de filtración. De acuerdo con la resolución 0330 del 8 de junio del 2017, sugiere que para lechos de antracita sobre arena y profundidad estándar “la tasa de filtración está entre 180 y 350 m3 / (m2/día)”. Teniendo en cuenta la calidad del agua y los recursos de operación, se escogió una tasa filtrante de 260 m3/m2/día.
Área del lecho filtrante,
.
= Dónde:
= ,/// = 7,90 = ∗ = = , = 2,6
: Área del lecho filtrante (área del filtro). : Caudal medio. : Tasa de filtración.
Dimensiones del filtro.
Dónde: : Área del lecho filtrante (área del filtro). : Largo del filtro. : Ancho del filtro. * *El largo del filtro será asumido de 3 metros.
Despejando
, se obtiene:
Diámetro de arena y antracita.
De acuerdo con el Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico, o RAS 2000, en el título C, se recomienda que la arena gruesa esté entre el rango de 0,4 mm a 0,8 mm y que el diámetro de la antracita esté entre 0,8 mm a 2 mm.
0. 6 2 = ℎ ℎ = 0,5500 0,2525 = 0.7575 0.7575 0,4 = = 1,1515 ==0,40∗ℎ 0,3300 ℎ
Diámetro asumido de arena: Diámetro de antracita:
Altura del lecho filtrante, . Altura de la arena, ( Altura de la antracita, ( Altura de la grava, (
): la altura escogida fue de 0,25 m (25 cm). cm). ): la altura escogida fue de 0,50 m (50 cm). cm). ): la ): la altura del lecho de grava es de 0,40 m (40 cm). cm).
Por tanto, la altura del lecho filtrante es:
Y la altura total del lecho, incluyendo inclu yendo la grava es:
Expansión del lecho,
.
Velocidad de lavado,
.
De acuerdo con el Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico, o RAS 2000, en el título C, la velocidad de lavado se puede escoger dentro del rango de y ; la velocidad escogida fue de .
1,0 / = ∗ = 1 ∗ 7,9900 =7,90 =0,1316 =131,6 Caudal de lavado,
, , / /
.
Dónde:
: Caudal de lavado.
: Velocidad lavado. : Área delde lecho fil trante (área del filtro). filtrante
0,6 /
Número de canaletas de lavado, . Se escogieron 2 canaletas de lavado.
Caudal en cada canaleta,
=
.
Dónde: : Caudal en la canaleta. : Caudal de lavado. : Número de canaletas de lavado.
, = =0,0508 =50,8
Dimensiones de canaleta.
==02,40
El ancho de la canaleta ( ) es asumido. * El largo de la canaleta es igual al ancho del d el filtro. ** * **
Altura de la lámina de agua, .
ℎ = ∗ ⁄
Dónde: : Altura de la lámina de agua. : Caudal en la canaleta. : Ancho de la canaleta.
ℎ
∗, ⁄ ℎ = 25
ℎ = 0,25
15
Altura de la canaleta con borde libre, . El borde libre ( ) se asume de
ℎ =ℎ ℎℎ
Dónde: : atura de la canaleta con borde libre. : Altura de la lámina de agua. : Borde libre de la canaleta. ℎ = 40,2054400 15
.
Caudal de borde de la canaleta,
=
.
Dónde: : Caudal de borde de la canaleta. : Caudal de lavado.
4: número de bordes de las 2 canaletas.
= = 25 =0,025 Altura de la lámina de agua por encima de la canaleta,
ℎ = ,∗
.
Dónde: : Altura Altura de la lámina de agua por encima de la canaleta. canaleta. : Caudal de borde de la canaleta. : Largo de la canaleta.
ℎ , ℎ = ,∗ ℎ = 0,003636
Válvula de agua sucia. sucia. *Se asume el diámetro de la válvula comercial (
∅∅ == 12525,0,40 ∅ = 0,2540 2540
Área de la válvula,
.
= ∗∅ ∅ = ∗, =0,0507
Dónde: : Área de la válvula. : Diámetro de la válvula.
∅
).
Tirante de agua sucia en la cámara de recolección,
= ∗ ∗ ∗
.
Dónde: : Tirante de agua sucia en la cámara de recolección. : Caudal de lavado. : Constante de descarga. : Área de la válvula. : Gravedad.
, = ,∗, ∗ ∗, = 0,5500 = = 0,5500 0,1155 = 0,6655 0,0,675 0,15
Altura total,
.
Dónde: : Altura total. : Tirante de agua sucia en la cámara de recolección. : Borde libre de la canaleta.
sucia. Dimensiones de la cámara de agua sucia. Longitud: 3 . (La longitud es igual a la longitud del filtro). . (Valor asumido). Ancho: . (Valor resultado de la suma del tirante de agua más Altura: un borde de ).
Válvula de purga. purga.
*Se asume el diámetro de la válvula (
∅ = 25,0088
∅
).
FALSO FONDO, . ): (longitud del filtro). (longitud filtro). Longitud de viguetas, ( (Valor asumido). (Valor asumido). Altura de viguetas: ): Ancho de viguetas, ( (Valor asumido). (Valor asumido). ): Diámetro de los orificios en viguetas, ( . ): Espacio entre orificios en viguetas, (
0,01905
3 . 0, 20 .0,20 .
∅ = 1,905 = 12 = 0,1122 .
Área de orificios en viguetas,
= ∗∅
.
Dónde: : Área de orificios en viguetas. : Diámetro de los orificios en viguetas.
∅ == 0,∗,0002 0028585
Número de orificios en viguetas,
=
.
Dónde: : Número de orificios en viguetas. : Longitud de viguetas. : Espacio entre orificios en viguetas.
= , = 25 = ∗ 2 =25∗2=50
Número de orificios totales por vigueta,
Dónde: : Número de orificios totales por vigueta. : Número de orificios en viguetas.
Número de viguetas,
=
.
Dónde: : Número de viguetas. : Longitud de viguetas. : Ancho de viguetas.
= , = 10 = ∗
Número total de orificios,
.
Dónde: : Número total de orificios. : Número de orificios en viguetas. : Número de viguetas.
=500
.
Caudal por orificios,
=
.
Dónde: : Caudal por orificios. : Caudal de lavado. : Número total de orificios.
= , =2,03∗10− =0,203 = ∗ ∗ ∗ = ,∗ ∗ ,∗, ∗, = 0,006363 ∅ 615= 15,15= ,0,241155= = 0, 1524 1 5 24 3 0,70 = ∅ + ∅ = ,+, =9,92≈10
Pérdidas en orificios de viguetas,
.
Dónde: : Pérdidas en orificios de viguetas. : Caudal por orificios. : Constante de descarga. : Área de orificios en viguetas. : Gravedad.
PROPIA. CONEXIÓN ENTRE ZONA DEL FILTRO Y CÁMARA PROPIA. ): Diámetro de orificios, ( ): . Espacio entre orificios, ( ): Longitud de cámara propia, ( . ): . Ancho de cámara propia, (
Número de orificios en cámara propia,
Dónde: : Número de orificios en cámara propia. : Longitud de cámara propia. : Diámetro de orificios. : Espacio entre orificios.
.
.
Área de orificios,
= ∅
∗∅
.
Dónde: : Área de orificios. : Diámetro de orificios.
== ∗, 0,00182 182
Caudal en orificios,
=
.
Dónde: : Caudal en orificios. : Caudal de lavado. : Número de orificios en cámara propia.
,
=0, = 010
Pérdidas en cámara propia,
= (∗) ∗ ∗
.
Dónde: : Pérdidas en cámara propia. : Caudal en orificios. : Constante de descarga. : Área de orificios. : Gravedad.
= ,,∗, ∗ ∗, = 0,003838 12 = 3030,,48 = 0,3048 3048
Válvula entre cámara propia y cámara común, ( .
∅−
):
Área de la válvula entre cámara propia y cámara común,
− = ∅−
∗∅
−
Dónde: : Área de la válvula entre cámara propia y cámara común. : Válvula entre cámara propia y cámara común.
− ∗, − = 729 − = 0,00729
Pérdidas en la válvula de lavado,
) ∗ = (∗ ∗
.
Dónde: : Pérdidas durante el lavado. : Caudal de lavado. : Constante de descarga. : Área de la válvula entre cámara propia y cámara común. común. : Gravedad.
− = , ∗ ,∗, ∗, = 0,2244
LAVADA. VERTEDERO DE RECOLECCIÓN DE AGUA LAVADA.
Caudal sobre el borde del vertedero,
=
.
Dónde: : Caudal sobre el borde del vertedero. : Caudal de lavado. 2: número de bordes de las 2 canaletas.
= , =0.025
PÉRDIDAS DE LAVADO. LAVADO.
Pérdidas en la arena,
.
2,0,6453
Porosidad de la arena, ( Densidad de la arena, (
= 0,2,651 2235351∗∗110,43 ∗ℎ∗ 2,651 10,43 0,2525
): ): ):
.
Pérdidas en la antracita,
.
1,0,55
Porosidad de la antracita, ( Densidad de la antracita, (
== 1,451 1,451 ∗ ℎ 1 ∗1 ∗ 10,5 10,5 ∗ 0, 5 50 0 = 0,111313 = ∗ ∗ℎ = ∗1 ∗ 0,4 = 0,113333
): ):
Pérdidas en la grava,
.
Pérdidas en el lavado,
.
Pérdidas en el lavado Pérdidas en la antracita
m 0,113
Pérdidas en la arena Pérdidas en la grava
0,235 0,133
Pérdidas en la válvula de lavado Pérdidas en orificios (viguetas)
0,241 0,063 0,038 0,82
Pérdidas en cámara propia Total, pérdidas FILTRADA. VERTEDERO DE AGUA FILTRADA.
0
Longitud vertedero de agua filtrada, Se asume longitud de 4
.
Altura lámina de agua cuando se lava,
.
ℎ = ( ℎ
− ,∗
)
Dónde: : Altura lámina de agua cuando se lava. : Caudal de la planta. planta. : Caudal de lavado. : Longitud vertedero de agua filtrada.
(, −, )
ℎ = ,∗, ℎ = 0,0055
Altura lámina de agua cuando se filtra,
∗ ) ℎ = ( ,á
.
Dónde: : Altura lámina de agua cuando se filtra. : Caudal de la planta. : Longitud vertedero de agua filtrada.
ℎ , ℎ = ℎ = 0,0008,08∗,
PÉRDIDAS DE CARGA CUANDO SE INICIA FILTRACIÓN. FILTRACIÓN.
Velocidad máxima de filtración,
= á
Dónde: : Velocidad máxima de filtración. : Caudal máximo. : Área del lecho filtrante. filtrante.
á
,í ,
=351 = í =0,0009∗ ∗ ℎ ℎ =0,0009∗351 í ∗ 0,5500 = 0,115757 =0,005∗ ∗ ℎ
Pérdidas en la antracita,
.
Dónde: : Pérdidas en la antracita. : Velocidad máxima de filtración. : Altura de la antracita.
Pérdidas en la arena,
.
Dónde: : Pérdidas en la arena. : Velocidad máxima de filtración. : Altura de la arena. arena.
ℎ =0,005∗351 í ∗ 0,2255 = 0,443838
.
. = ∗ ℎ ∗
Pérdidas en la grava,
Dónde: : Pérdidas en la grava. : Altura de la grava. : Velocidad máxima de filtración.
ℎ = ∗ 0,4040 ∗ 0,24 = 0,00325 325
Pérdidas en válvula de comunicación,
= (∗á) ∗ ∗
.
Dónde: : Pérdidas en válvula de comunicación. : Caudal máximo. máximo. : Constante de descarga. : Área de la válvula entre cámara propia y cámara común. común.
á − = ,,∗, ∗ ∗, = 0,001414 : Gravedad.
Pérdidas en orificios de falso fondo,
= ∗á∗ ∗ ∗ á , = ,∗,∗ ∗ ∗, =3,75∗10−
Dónde: : Pérdidas en orificios de falso fondo. : Caudal máximo. máximo. : Constante de descarga. : Área de orificios en viguetas. : Número total de orificios. : Gravedad.
.
Pérdidas en orificios de muro de separación,
= (∗á∗) ∗ ∗
.
Dónde: : Pérdidas en orificios de muro de separación. : Caudal máximo. máximo. : Constante de descarga. : Área de orificios. orificios. : Gravedad. : Número de orificios
á
, = ,∗,∗ ∗ ∗, = 0,00023 023
Pérdidas de carga totales al iniciar filtración. filtración.
Pérdidas totales al iniciar filtración Perdidas en la antracita
M 0,157
Pérdidas en en la la grava arena Pérdidas Pérdidas en la comunicación (válvula) Pérdidas en orificios (falso fondo) Pérdidas en orificios, muro de separación Total, pérdidas
0,438 0,0325 0,0014 0,00375 0,0023 0,65
∅ 10 .25,4 ;0, ; 0,254
. Válvula de agua sedimentada, Se asume diámetro de
Área de la válvula de agua sedimentada,
∗∅ = Dónde: : Área de la válvula de agua sedimentada. ∅: Válvula de agua sedimentada = ∗, = 0,00506 506
.
1 á∧ = ( ∗ ) ∗ 2 ∗
Perdidas en la entrada del filtro,
.
Pérdidas en la entrada del filtro Qmáx. Qmín
0,0248 0,0119
Cd
0,64 0,0506 9,81
G
ALTURA TOTAL DEL FILTRO,
3,0x 6,9x
10−− 10
⁄
COTAS. COTAS.
COTA A, nivel del piso: 0m canaleta: COTA B, borde de la canaleta:
ó ℎ . 0,220m0m 0,30m 30m=2, 0,40m 4305mm 0,50m 50m 0,25m5m 0,30m 30m 0,15m5m 0,1m1m
COTA C, agua sobre el borde de las canaletas en lavado
á 0,0 362, 3 5=2,38 é é é ∗∗ é ó ó . 0,82 0,0822, 3 8=3, 2 9. á 3,29 ℎ . 29 0,05 05 = 3,2244 . á 3,242 ℎ . 4 0,1111 = 3,3355 . é ó. 35 0,650 650= = 3,. 9999 . é 3,3,99935 á á 9 0,030 030 == 4,0022 . é é 4,0202 0,0069 0069 = 4,0022 .. .
COTA D, agua sobre el vertedero en lavado:
COTA E, cresta del vertedero:
COTA F, superficie del agua sobre el vertedero: COTA G, cota mínima del agua en la caja del filtro:
COTA H, agua en la cámara de agua sedimentada: COTA I, cota del filtro con el caudal mínimo de filtración:
DESINFECCIÓN. Para la etapa de desinfección se utiliza un dosificador para cloro gaseoso. Con una dosis de 5mg/L y una concentración de 2 mg/L, mg/L, teniendo en cuenta la temperatura de 25ºC y PH de 7,5 y asumiendo una remoción de coliformes entre el 90 al 95% en los procesos previos de sedimentación y filtración y la turbiedad del agua filtrada está entre 1,0 y 2,0 UNT, se hace uso la tabla 14 de la Resolución 0330 de junio del 2017.
Tanque de contacto.
La planta de tratamiento contará con 2 tanques t anques de desinfección cada uno con el caudal de la planta, es decir 110 L/s. Tiempo de contacto, T .
= = = 1212,,5
Dónde: : Coeficiente de calidad de agua, mg*(min/L). : Concentración, mg/l.
Volumen del tanque de contacto, V .
=∗
Dónde: : Caudal de la planta, m3/s.
= 8282,12,,5 5∗60 ∗60 ∗0,110
Área del tanque de contacto, V .
= ℎ = 27,, 5
Dónde: : Altura del tanque de contacto, m.
Válvula de ingreso de agua.
Cada tanque debe contar con una válvula de 6 pulgadas de diámetro en el ingreso y otra en la salida, sali da, es decir 0,1524m. DOSIFICADOR PARA CLORO GASEOSO. Caudal = 110 l/s. l/s. Dosis = 5 mg/l. mg/l. = 2. Concentración = 2.
= ∗ = ∗ =275 =23,6 í
Dada la cantidad de producto que se necesita, se selecciona un dosificador para cloro gaseoso Advance 480 con capacidad máxima de 100 lb/día, ya que presenta las condiciones y características necesarias para la aplicación de este producto, que en este caso se trataría de 23,6 lb/día.
Imagen 1. Dosificador de cloro gaseoso Advance 480 (100 lb/día capacidad máxima)
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