ATARJEA

UNIVESIDAD NACIONAL DE INGENIERIAEscuela de Ingeniería Industrial

PROCESOS INDUSTRIALES IProf. Ing Parra Osorio, Hernan

ALUMNO: SILVERA IRUPAILLA, JOEL

VISITA A LA PLANTA DE SEDAPAL- LA ATARJEA

1.- OBJETIVOS:· Conocer los Procesos de tratamiento del Agua, y su potabilizacion.

· Conocer la importancia de su uso sostenible para la vida humana.

2.- FUNDAMENTO TEÓRICO

Sedapal (Marco Legal)SEDAPAL es una empresa estatal de derecho privado,íntegramente de propiedad del Estado, constituida comoSociedad Anónima, a cargo del Ministerio de Vivienda,Construcción y Saneamiento, con autonomía técnica,administrativa, económica y financiera. Sus servicios sonde necesidad y utilidad pública y de preferente interéssocial.

Zona de Operación:

Provincias de Lima y Constitucional del Callao

2.1 El Agua

Su naturaleza se compone de tres átomos, dos de oxígeno queunidos entre si forman una molécula de agua, H2O, la unidadmínima en que ésta se puede encontrar. La forma en que estasmoléculas se unen entre sí determinará la forma en queencontramos el agua en nuestro entorno; como líquidos, enlluvias, ríos, océanos, camanchaca, etc., como sólidos entémpanos y nieves o como gas en las nubes.

2.2 Propiedades del Agua

A. Propiedades Físicas del Agua

· Estado físico: sólida, liquida y gaseosa· Color: incolora· Sabor: insípida· Olor: inodoro· Densidad: 1 g./c.c. a 4°C· Punto de congelación: 0°C· Punto de ebullición: 100°C· Presión critica: 217,5 atm.· Temperatura critica: 374°C

B. Propiedades Químicas del Agua

· Reacciona con los óxidos ácidos.· Reacciona con los óxidos básicos.· Reacciona con los metales.· Reacciona con los no metales.· Se une en las sales formando hidratos.

2.3 Ciclo Natural del Agua

La hidrología es la ciencia que estudia ladistribución del agua en la Tierra, sus reacciones físicas y químicas con otras sustanciasexistentes en la naturaleza, y su relación con la vida en el planeta. El movimiento continuo deagua entre la Tierra y la atmósfera se conoce como ciclo hidrológico.

2.4 Potabilización del Agua

A pesar de la definición química del agua como una sustancia constituida exclusivamente pordos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, en la naturaleza no se encuentra nunca en esegrado de pureza sino que está siempre impurificada con una serie de componentes inorgánicosy orgánicos.

2.4.1 Coloides

Los coloides son partículas de tamaño intermedioentre las moléculas y las partículas suspendidas quetarde o temprano decantan por efecto de lagravedad. Es decir el estado coloidal está entre lassoluciones y las suspensiones que terminanprecipitando.

Aunque las partículas coloidales son muypequeñas, son lo suficientemente grandes como

para dispersar la luz (efecto Tyndall) por lo que estas partículas comunican aspecto turbio uopaco al agua, a menos que estén muy diluidas. La mayoría de los coloides están cargadosnegativamente, por lo que en agua son estables debido a la repulsión electrostática entre estaspartículas invisibles. Esta repulsión sobrepasa las fuerzas de atracción de Van Der Waals, porlo que no se aglomeran y por lo tanto no precipitan.

2.4.2 CoagulaciónLa coagulación implica tres etapas: adición decoagulante, desestabilización de la partículacoloidal y formación de flóculos. La adiciónde sales coagulantes como las ya dichassulfato de aluminio, sulfato férrico o cloruroférrico, produce cationes poliméricos talescomo [Al13O4(OH)24]7+ y [Fe3(OH)4]5+ cuyascargas positivas neutralizan las cargasnegativas de los coloides, permitiendo que laspartículas se unan formando aglomeradospequeños denominados flóculos.

2.4.3 Floculación

La reunión de estos flóculos pequeños enconglomerados mayores (floculación) se realizacon ayuda de polímeros polielectrolíticos, quepermiten la decantación a velocidades altas desedimentación. Debido a que la coagulación y lainmediata etapa de floculación ocurren muyrápidamente, en la práctica poco se distinguen.

3. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

El río Rímac es un “torrente de montaña”, que nace en las cumbres de los Andes y que en elcorto recorrido de 125 Km. desciende de 5000 m. El proceso de tratamiento de las aguas delrío Rímac se inicia con:

3.1 La Captación

Las aguas llegan a lascompuertas radiales,llamadas tambiéncompuertas derepresamiento, queembalsan al agua y laobligan a entrar a laplanta.En la margen izquierdaestá la bocatoma 1 y sucapacidad de captaciónes de 15m3/seg. En lamargen derecha labocatoma 2 y sucapacidad de captaciónes de 20m3/seg.Luego pasa a lascompuertas decaptación y estas se regulan de acuerdo a las necesidades, porque hay un caudal de agua

permanente de ingreso a las bocatomas,aproximadamente entre 12m3/seg. y 15m3/seg., para luego hacerlos pasar por unasrejillas o cámaras de desbaste y todas losmateriales que tengan un diámetro mayorque esas separación de rejillas va a quedarretenidos. Las rejillas son de madera ytienen una separación de 5cm.

Si se tuviese más agua de la quenecesitamos, entonces las compuertas seregulan y permiten el paso del agua, aguasabajo. Y eso se ve en verano cuando el

caudal aumenta. Se producen 16m3/seg., 18m3/seg. aún cuando se captan menos caudal. Laproducción está sostenida pero no se tiene la capacidad de mantener por eso se tiene queracionar el agua en las noches cerrándolas.

3.2 Desarenadores

El agua captada en la margen izquierda esconducida por una tubería de 2.4m. dediámetro y 700m. de longitud entre labocatoma y el desarenador. En la margenderecha el agua captada pasa bajo el río porun sifón invertido, siendo conducido a losDesarenadores por una tubería de 3m. dediámetro y 430m. de longitud.

El agua entra en zigzag yestá chocando contratabiques, de la tuberíapasa a canal y seensancha, y esa acciónhace que cambie lasección, entoncesdisminuye la velocidad yentra a una pantalladeflectora, que se utilizapara estabilizar el flujo,es entonces que empiezala operación desedimentar las partículasque tienen peso; en estecaso serían las arenas,por eso se llamadesarenador. Losdesarenadores tienen unaprofundidad de hasta 8 m.

3.3 Precloración

El agua sobrenadante recibe una dotación decloro en cantidad suficiente, tiempo decontacto, temperatura y volumen; para irbajando la carga de bacterias y esalmacenada en el embalse regulador.

3.4 Embalses Reguladores

El objetivo de este estanque regulador es recibir las aguas desarenadas y tener un cierto caudalde respaldo para cuando se necesite dar agua sostenida a la población.

Por ejemplo; si serecibe 10 m3/seg. u 8m3/seg. pero senecesita consumir 15m3/seg. entonces secomienza a consumireste estanqueregulador al ritmoque se necesite enplantas, al ritmo de lademanda de lapoblación y de estemodo este nivelcomienza adescender. En lasnoches cuando seestá cerrando elsistema para poder

recuperar los niveles, el nivel del estanque comienza subir.

Se tiene dos estanques reguladores:El estanque regulador Nº 1 tiene una capacidad 500 000 m3 cuando está lleno y unaprofundidad de 8.5m.El estanque regulador Nº 2 tiene una capacidad de 1 200 000 m3 cuando está lleno y unaprofundidad de 9.5m.

3.5 Unidades de Tratamiento Convencional Planta Nº 1

El sulfato de cobreantiguamente se le aplicaba atoda la masa de agua paraeliminar las aguas, hoy día sele aplica a la superficie de10cm.

El tratamiento tradicional estratarla con alguicida, en estecaso el sulfato de cobre, perollega el momento que laespecie va a querersobreponerse y se va anecesitar dosis mayores paramatar las algas. Entonces sele aplica directamente una salinorgánica, en este caso ousamos sulfato de aluminio ousamos cloruro férrico, ambas hacen el mismo efecto. Hasta este punto el flujo es horizontal.

3.6 Decantación

Ahora se tiene una tubería con un caudal constante en posición horizontal ascendente. Al cualen la salida, se le amplia la salida, entonces al hacerle más grande la sección, la velocidaddisminuye.

Se observa que en estepunto se le agrega elcoagulante y entra unaunidad con un área deentrada, y se le enfrentacon un área mucho másgrande en la salida, hay uncambio de sección y estohace que toda la masa deagua al ingresar tiene uncaudal constante queempuja a la masa haciaarriba, pero como aquí leestamos agregando elcoagulante, está

reaccionando y formando el barro artificial que le llamamos FLOCK. Ese flock que tienepeso, 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. Por eso se forma una zona deinterfase llamada manto de lodos, por eso esta unidad se llama decantador de manto delodos.

En la parte central deldecantador de manto delodos, en toda la baseingresa el agua conreactivos químicos, eneste caso sería el sulfatode aluminio; el aguaingresa por la parteinferior, se reparte a labase y allí comienza laseparación. El manto delodo siempre se va

incrementando,periódicamente va siendoevacuado por losextractores de fangos(cámaras deconcentradores).

En la parte inferior hay una especie de colchón de nubes, el cual es el lodo que debajo está enmovimiento. Este colchón tienes mas o menos 1.5m. a 2m. de altura en la parte inferior, peroel agua al subir lentamente arrastra algunas partículas de flóculos (son débiles y pequeños).

Al salir el agua aparentemente está limpia, pero los sensores indican que tienen flóculos, esdecir, ligeramente turbia; y esta agua debe pasar por un filtro de arena para retirarlos. El aguadecantada pasa y atrapa a las partículas en la superficie, el agua inferior es colectada y va entránsito a reservorios.

3.7 Filtración

El agua sobrenadante en salida, algunosflóculos débiles son arrastrados yenturbian el agua de salida; entoncesesta debe pasar por un filtro de arenapara retirarlos.

Se realiza a través de filtros Aquazurcon una capa de arena de 1m. de espesory con granos alrededor de 1mm. dediámetro. El agua se infiltra a través dela capa de arena, que retiene partículasmas pequeñas que los poros entre losgranos de arena, produciendo unaimportante reducción de la turbiedad yen el contenido bacterial del agua.

En la parte inferior está la arena. Lasuperficie de la arena se colmata,aumenta la pérdida de carga y cuandoesto sucede un sensor indica elaumento. Cuando ya está encondiciones de ser lavado, el operadorinterrumpe el ingreso del agua, lo sellay le inyecta agua y aire encontracorriente, para que se desprendael ingreso del lodo a la arena y puedaser limpiado.

El agua ingresa a la superficie y lacapa de arena atrapa los flóculos en la

superficie, en la cámara en la parte inferior, el agua estásiendo colectada, está yendo a reservorios. Cuando secolmata la superficie de la arena, nos indica la pérdida decarga que aumentó, el operador lava y lo que hace es cerrardetrás, ingresa aire y le ingresa agua.

El mecanismo es como se indica. Tiene cerrado el agua delavado y le ingresa el aire, las partículas de arena sefriccionan y chocan unas contra otras y desprenden de lacubierta y el agua al entrar hace que se desplace.

3.7.1 Fase de Filtración

1) Arena de Filtro.2) Canal de agua filtrada, aire y agua de lavado.3) Válvula de evacuación de agua del lavado.

Todo el lecho de arena se purifica y es el agua aire, la cubierta y el lodo se desprenden pordesplazamiento del agua limpia. El agua turbia que bota el filtro pasa a las alcantarillas endonde va directamente a una planta de recuperación para no perder esta agua. Cuando ya sehizo la operación, el filtro se estabiliza y otra vez está en la condición de servicio. Para lavarun filtro usamos un promedio de 400 m3 de agua por cada filtro.

3.7.2 Fase de lavado

4) Orificio de entrada del agua debarrido.5) Canal en V.6) Canal de salida de las aguas dellavado.

Y esta agua no se pierde, por la escasezque se tiene, esta agua es reciclada y serecupera. Esta planta tiene 36 filtros.

3.8 Cloración

Después de esta filtraciónrecibe una cloración dedesinfección final, paradestruir todacontaminación que puedahaber quedado después detodos los procesosanteriores, y para dejar unresiduo de cloro disponiblecomo protección contraposibles contaminacionesen el transporte odistribución y pasa areservorios para ladistribución a las ciudades.

3.9 Depósitos de Regulación

Todo esto se hace con el ánimo de abastecer a los reservorios de cabecera, para que la cuidadde Lima esté abastecida de un modo sostenido y para que siempre haya agua en los estanques,para que la planta siempre funcione, para que los decantadores siempre estén activos yproduzcan el agua de calidad para estos reservorios.

Esto es trabajar en funcióndel cliente.

El cliente del río son losestanques.El cliente los estanques es laplanta.El cliente de la planta son losdecantadores.El cliente de losdecantadores son los filtros.El cliente de los filtros sonlos reservorios.El cliente de los reservoriosson las personas.

1. CAPTACIÓNEl agua llega a las compuertas yse filtra por rejillas.

2. DESARENADOEn los desarenadores se asientala arena y partículas pesadas.

3. PRECLORACIÓNSe le da una dosis decloro al agua.

4. EMBALSES REGULADORESAprovisionan agua y regulan elcaudal de abastecimiento.

6. DECANTACIÓNSe agregan coagulantes y se formael manto de lodos.

7. FILTRACIÓNSe reduce la turbiedad y elcontenido bacterial del agua.

5. TRATAMIENTOSe usa sulfato de cobrecomo alguicida.

Sistema de recuperación deagua de lavado de filtros.

4. DIAGRAMA DE PROCESOS DEL TRATAMIENTO DE AGUA

8. CLORACIÓNÚltima dosis de cloro para eltransporte del agua.

9. RESERVORIOSAlmacenes de aguapara la ciudad.

Ciudad de Lima

ESQUEMA:

ESQUEMA DE LA PLANTA

(VISTA LONGITUDINAL)

ESQUEMA DE LA PLANTA

(VISTA TRANSVERSAL)

Universidad Nacional de Ingeniería

Curso: Procesos Industriales I

4.- EQUIPOS INDUSTRIALES USADOS

Se cuenta con los siguientes equipos:

Barraje Móvil – Bocatoma.-- El volumen de agua necesario para el tratamiento dentro de las unidades de las plantas

es conducido a través de las bocatomas o tomas de agua, las Plantas de tratamiento deagua tienen 2 bocatomas.

Bocatoma 1 margen izquierda.-- Caudal de Diseño : 15 m3/s- Orificios de Captación- Cantidad : 3 cada uno de 1.1. m. x 5 m.

Rejillas de Protección.- Para retención de troncos, ramas y otros cuerpos flotantes.- Número de rejas : 4- Número de barras por reja : 43- Ángulo de inclinación : 45 grados- Dimensiones de barra : 0.020 m. x 0.076 m.- Separación entre barras : 0.05 m.

Compuertas de Captación.-- Cantidad : 4 unidades- Dimensiones : 1.6 m. x 2.50 m.- Tubería de Conducción : 92 pulgadas de diámetro y 750 m. de longitud aproximado.

Bocatoma 2 margen derecho.-- Caudal de Diseño : 20 m3/s- Orificios de Captación- Cantidad : 3 cada uno de 1.1. m. x 5 m.

Rejillas de Protección.- Para retención de troncos, ramas y otros cuerpos flotantes.- Número de rejas : 3- Número de barras por reja : 96- Ángulo de inclinación : 45 grados- Dimensiones de barra : 0.013 m. x 0.076 m.- Separación entre barras : 0.04 m.

Compuertas de Captación.-- Cantidad : 6 unidades- Dimensiones : 1.524 m. x 1.828 m.

Sifón invertido.- 3 m. de diámetro y 85 m. de longitud

Tubería de Conducción.- 3 m. de diámetro y 438 m. de longitud

Desarenador.-- El agua proveniente de la captación ingresa a las unidades de Desarenación a fin de

retener la arena; estos están diseñados para eliminar la partícula crítica de 0,02 mm. dediámetro.

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Curso: Procesos Industriales I

- Estas unidades son en total 24 dispuestos:- Número de Baterías : 2 (uno para cada captación)- Número de Desarenadores : 12 por cada batería

Canal de Distribución.-- Longitud Total : 98.6 m.- Angulo de inclinación : 15 grados a los extremos de los desarenadores

Pantalla deflectora con orificios.-- Dimensiones por orificio : 0.11 m x 0.125 m.- Dimensiones de cada desarenador:- Ancho : 8 m.- Largo : 35 m.- Profundidad : 6.70 m. máximo y 5.70 m. mínimo- Angulo : 50 grados talud transversal y 47 grados taludes horizontales

Zona de Desarenación.-- Carga disponible para sedimentación : 1.20 m.

Zona de acumulación de arena.-- Volumen aproximado de 800 m3

Zona de recolección de agua.-- Orificios rectangulares- Cantidad : 4- Dimensiones : 1.40 m x 0.45 m.

Embalses Reguladores.-- Las plantas de la Atarjea cuentan con dos reservorios de almacenamiento de agua

pretratada, la función básica de estas unidades es de REGULACIÓN DE AGUAHACIA LAS PLANTAS, sin embargo también cumplen con otras funciones, por eltiempo de retención:

- Sirven de cámara de contacto entre el agua y el cloro adicionado.- Eliminación de las partículas remanentes provenientes de los desarenadores.

Estanque Regulador N°1.-- Volumen Total : 500,000 m3- Volumen útil : 350,000 m3- Área superficial : 90,000 m2- Profundidad : 7,20 m. en la zona más profunda- Tiempo de retención : 8,33 hrs. para QT = 10 m3/s descarga

Estanque Regulador N°2.-- Volumen Total : 1,200,000 m3- Volumen útil : 850,000 m3- Área superficial : 180,000 m2- Profundidad : 8,50 m. en la zona más profunda- Tiempo de retención : 23,6 hrs. para QT = 10 m3/s descarga

Dosificación de Coagulantes.-

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Curso: Procesos Industriales I

- La floculación es el proceso mediante el cual las partículas coaguladas aumentan detamaño y peso en los floculadores, con los que son posibles ser separados en lossedimentadores; las características de estas unidades son las siguientes:

- No. de Floculadores : 4- Dimensiones unitarias- Ancho : 7,50 m.- Largo : 59,55 m.- Altura : 3,70 m.- No. de sedimentadores : 10- Dimensiones unitarias- Ancho : 40 m.- Largo : 60 m.- La coagulación, es el proceso mediante el cual se produce la desestabilización de las

partículas en suspensión por neutralización de carga al reaccionar con una sustanciaquímica de carga contraria.

Decantación.-- La recolección de agua es por la parte superior, es decir que el flujo es vertical, la

turbiedad de agua decantada establecida de 5 NTU, para los decantadores de lasplantas de la Atarjea.

SCADA.-

SEDAPAL viene implementando elsistema SCADA, para la automatizaciónde la Planta, comprendida dentro delproceso de modernización de laempresa, de manera que pueda contarcon tecnología de punta para lasupervisión y operar a control remoto através de un sistema de radio o de fibraóptica

Los niveles de exigencia y desupervisión que se cumplen actualmentepara ofrecer agua potable de calidad a laciudad de Lima, han posibilitado que SEDAPAL tenga la certificación ISO 9002 en la Gestiónde la Calidad para las Plantas de Tratamiento de Agua en La Atarjea.

La experiencia de SEDAPAL, es un ejemplo de cómo se ha ido modificando no sólo susaspectos técnicos y en tecnología, sino también en el manejo empresarial de la gestión de lacalidad.

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Curso: Procesos Industriales I

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

· Las industrias que están contaminando el río Rímac, sólo un 5% son de las minas, peroellos son responsables del 80% a 90% de contaminación de las aguas con metales.

· SEDAPAL le da un promedio estimado de 200 L. por persona, diarios. Para una familiade 5 personas habría 1000 L. diarios, es decir, 30 m3 al mes.

· El sulfato de cobre antiguamente se le aplicaba a toda la masa de agua para eliminar lasalgas, hoy día se le aplica a la superficie de 10cm.

· El m3 de agua producida en planta, a la salida del reservorio está en 20 céntimos.

· SEDAPAL cobra 1 sol / m3,, pero ahí se está asumiendo lo que cuesta extraer el aguasubterránea.

· La planta Nº 1 abastece los reservorios de todo Lima y el centro de Lima y la planta Nº 2abastece todo el cono sur, Villa el Salvador.

· Debería darse una concientización del uso racional del agua por la población, para que sepueda abastecer a más gente con la misma cantidad de agua que produce SEDAPAL.

· Se están tomando acciones para revaluar nuestras aguas subterráneas, como por ejemplo:Cada 200m. se ha construido una pantalla transversal, llamados hitos, que realmente es unmuro que atraviesa el cauce del río Rímac. El agua al transcurrir en la superficie fluyetambién hacia la parte inferior. Esa pantalla transversal, lo embalsa a las aguassubterráneas y lo fuerza a que enriquezca la napa, de los pozos que están circundantes y deeste modo se está dando una mayor utilidad al agua subterránea. Se ha llegado hasta elKm. 8 pero la esperanza es llegar has el Km. 40 del río Rímac.

· Se utilizan sensores de nivel y de presión en los embalses reguladores los cuales usan elsistema de rebose para facilitar el llenado de su capacidad total.

· Existe un control cerca de la bocatoma donde se calcula a partir de una muestra del agua,el valor de su pH que debe estar entre 6,5 y 9,5 ( sino es así se puede tratar con sustanciascomo cal ) y también se calcula la turbidez a través de un tubo de turbidez (NTU).

· En la superficie del agua en el embalse regulador se colocan barriles conteniendo CuSO4que tienen la función de eliminar algas que puedan formarse.

· Un sustituyente del cloro es el ozono que es mas barato pero que no conviene ya que nopermanece el tiempo suficiente en la composición del agua, es decir no llega a losconsumidores, siendo propenso a ser contaminado.