4e5 Memoria de Calculo Sistema de Tratamiento de Efluente
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PISCICULTURA RO TOLTN
ANEXO 10
MEMORIA DE CLCULO Y DISEO SISTEMA DE
TRATAMIENTO DE EFLUENTE
Elaborado por Javier E. Rodrguez Snchez Ingeniero Ambiental
Revisado por Christian A. Herrera Crdenas Ing. Civil Industrial Ing. Ambiental
Aprobado por AGUA DULCE S.A. Titular proyecto Piscicultura Ro Toltn
ELABORADO POR:
ENERO 2012
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INGENIERIA Y CONSTRUCCIN AGUAS CLARAS LTDA.
Av. San Martn # 473 Temuco, Fono/Fax 045 - 736363
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NDICE
pg.
1 IDENTIFICACIN EMPRESA. 1
2 DESCRIPCIN DE LA MEMORIA DE CLCULO. 1
3 MEMORIA DE CLCULO EFLUENTE. 2
3.1 CUANTIFICACIN DE CAUDALES Y COMPOSICIONES, 2
3.2 ANLISIS LEGAL 5
3.3 SISTEMA DE SEDIMENTACIN 8
3.3.1 Diseo de sedimentador rectangular de flujo laminar 17
3.3.2 Diseo de sedimentador de alta tasa (tubos) 22
Anexo 1: Especificaciones tcnicas sedimentadores 28
Anexo 2: Fragmento del estudio realizado por Herrera (2003) 31
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1. IDENTIFICACIN EMPRESA.
Mandante : AGUA DULCE S.A.
R.U.T. : 76.664.610-7
Actividad Industrial : Piscicultura.
CIIU : 13041.
Nombre de la Piscicultura : Piscicultura Ro Toltn.
Ubicacin de la Piscicultura : Hijuela L parcela 80 Lote A y B Sector Coipe,
Comuna de Freire, IX Regin.
Telfono : 021969987 025845464
E Mail : [email protected]
2. DESCRIPCIN DE LA MEMORIA DE CLCULO.
Se realiza memoria de clculo para el diseo de los sistemas involucrados en el manejo de
residuos lquidos del proyecto Piscicultura Ro Toltn. A la vez, se estiman los parmetros
fisicoqumicos a la salida del sedimentador y se compara con la normativa vigente (D.S.
N90. Norma de Emisin para la Regulacin de Contaminantes Asociados a las Descargas
de Residuos Lquidos a Aguas Marinas y Continentales Superficiales).
De esta forma se cuantifican los flujos y concentraciones mediante balances de masa. Se
comprueba que la trayectoria de cada partcula o slido sedimentable tenga como destino
el fondo del sedimentador y que no ser arrastrada con el efluente hacia el ro. Se
emplean las planillas de produccin de la empresa como valores de entrada al clculo.
Adems se propone una mejora al sistema de tal forma de mejorar la extraccin de los
lodos del sistema mediante un sedimentador de alta tasa.
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3. MEMORIA DE CLCULO EFLUENTE.
La proyeccin de la piscicultura consiste en el cultivo de salmondeos a partir de ova
hasta el estadio de smolt. Segn el flujo de produccin proyectado, en el proceso
productivo se obtiene una mxima produccin al 2 ao de funcionamiento, con una
produccin de 3.090.000 toneladas al ao, la que se mantiene en los aos sucesivos.
En base a los datos de produccin y los respectivos flujos de alimento se realizan las
estimaciones necesarias para realizar el clculo del sistema de tratamiento del RIL, as
como la estimacin de las concentraciones esperadas del RIL tratado.
3.1. CUANTIFICACIN DE CAUDALES Y COMPOSICIONES.
El proyecto Piscicultura Toltn posee derechos de agua que corresponde a uso no
consuntivo por un caudal de 3 m/s provenientes del ro Toltn para una produccin
mxima, estimada al 2 ao y posteriores, de 3.090.000 Ton/ao. A continuacin se indica
el flujo de produccin proyectado hasta el 2 ao:
Tabla 3.1.1. Flujo de produccin Piscicultura Ro Toltn.
Mes Fecha jul-12 ago-12 sep-12 oct-12 nov-12 dic-12 ene-13 feb-13 mar-13 abr-13 may-13 jun-13
AO 0
1 399 1 764 3 569 6 195 12 506 18 391 12 612 18 572 21 675 9 354
Numero Final 11014 706 10176 471 9700 000 21591 176 20452 941 19500 000 28738 235 24430 000 18500 000 27738 235 23540 000 16500 000
Mortalidad Numero Mes 750 000 838 235 300 000 1050 000 1138 235 600 000 1350 000 1438 235 600 000 1350 000 1438 235 600 000
75 84 138 521 1 481 4 009 10 384 23 235 8 139 15 877 26 357 6 419
2 203 2 035 6 996 23 609 66 509 173 589 430 620 640 568 366 524 639 317 718 231 215 516
5 995 17 010 51 681 128 581 306 076 252 139 237 740 324 990 94 898 110 199
8200 000 9200 000
0.233 0.295 0.596 1.032 1.372 2.166 1.428 1.979 2.481 1.023
Mes Fecha jul-13 ago-13 sep-13 oct-13 nov-13 dic-13 ene-14 feb-14 mar-14 abr-14 may-14 jun-14
AO 1
11 562 15 054 17 212 5 738 10 075 17 272 24 224 18 391 12 612 18 572 21 675 9 354
29 29 - 32 32 - 26 26 - 26 26 -
Numero Final 26914 706 25476 471 22675 000 29091 176 27652 941 26400 000 33028 235 24430 000 18500 000 27738 235 23540 000 16500 000
Mortalidad Numero Mes 1350 000 1438 235 900 000 1350 000 1438 235 900 000 1650 000 1438 235 600 000 1350 000 1438 235 600 000
10 765 16 472 24 440 4 557 8 847 17 182 33 563 23 235 8 139 15 877 26 357 6 419
331 944 478 107 531 036 154 731 294 220 561 306 852 455 640 568 366 524 639 317 718 231 215 516
137 070 175 596 63 558 86 128 167 588 320 588 347 018 252 139 237 740 324 990 94 898 110 199
- - - 6900 000 - - - 6600 000 8200 000 - - 9200 000
1.232 1.675 2.011 0.957 1.246 2.140 2.544 2.166 1.428 1.979 2.481 1.023
Volumen Estanques (m3)
Mortalidad Biomasa (kg)
Biomasa (kg)
Alimento mes (kg)
Cosecha Smolts (n)
Caudal (m3/seg)
Volumen Estanques (m3)
Incubadores Comphatch (n)
Mortalidad Biomasa (kg)
Biomasa (kg)
Alimento mes (kg)
Cosecha Smolts (n)
Caudal (m3/seg)
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Para disear el sistema de sedimentacin y para estimar la calidad de efluente final se
debe simular el escenario con mxima produccin para obtener el caso ms crtico desde
un punto de vista ambiental. Por lo anterior es necesario analizar el ao en el que se
cumplir con la mxima produccin de la piscicultura para determinar el mximo
suministro de alimento mensual. A continuacin se presenta el plan de produccin para el
2 ao y siguientes.
Tabla 3.1.2. Flujo de produccin para el 2 ao y sucesivos.
Mes Fecha jul-13 ago-13 sep-13 oct-13 nov-13 dic-13 ene-14 feb-14 mar-14 abr-14 may-14 jun-14
AO 1
11 562 15 054 17 212 5 738 10 075 17 272 24 224 18 391 12 612 18 572 21 675 9 354
29 29 - 32 32 - 26 26 - 26 26 -
Numero Final 26914 706 25476 471 22675 000 29091 176 27652 941 26400 000 33028 235 24430 000 18500 000 27738 235 23540 000 16500 000
Mortalidad Numero Mes 1350 000 1438 235 900 000 1350 000 1438 235 900 000 1650 000 1438 235 600 000 1350 000 1438 235 600 000
10 765 16 472 24 440 4 557 8 847 17 182 33 563 23 235 8 139 15 877 26 357 6 419
331 944 478 107 531 036 154 731 294 220 561 306 852 455 640 568 366 524 639 317 718 231 215 516
137 070 175 596 63 558 86 128 167 588 320 588 347 018 252 139 237 740 324 990 94 898 110 199
- - - 6900 000 - - - 6600 000 8200 000 - - 9200 000
1.232 1.675 2.011 0.957 1.246 2.140 2.544 2.166 1.428 1.979 2.481 1.023
Volumen Estanques (m3)
Incubadores Comphatch (n)
Mortalidad Biomasa (kg)
Biomasa (kg)
Alimento mes (kg)
Cosecha Smolts (n)
Caudal (m3/seg)
Observando tabla 3.1.2, el alimento mximo suministrado corresponde al mes de Enero
2014 con un total de 347 Ton/mes de alimento y con un caudal promedio de agua fresca
(agua proveniente directamente del ro Toltn, el cual es el mismo caudal que ser
restituido en el RIL) correspondiente a 2.54 m/s, datos que sern utilizados como base
de clculo para el diseo del sistema de tratamiento.
Segn Aguayo (2003), podemos asumir el 10% del alimento suministrado como alimento
no consumido y el 13% y 12% del alimento consumido como flujo msico de fecas y orina
respectivamente, es decir, podemos suponer en este caso que el 23% del alimento
suministrado se convierte en material particulado que fluye en el RIL hacia el sistema de
tratamiento. Por otro lado, existen datos del FEI (FINNISH ENVIRONMENT INSTITUTE:
Instituto Finlands de Ambiente) del ao 2003, que estiman la cantidad de contaminantes
generados en funcin de cada kg de alimento suministrado en una piscicultura de trucha
y/o salmn de la siguiente forma:
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Fig 3.1.1. Cantidades de contaminantes por cada kg de
alimento suministrado. Instituto del Ambiente Finlands (2003).
Debido a que las estimaciones realizadas por el FEI para el parmetro de slidos
suspendidos (SS) son mayores que las estimadas por Aguayo (2003), y a que se presenta
una estimacin directa de los principales parmetros que deben ser controlados en la
industria acucola en la fase de pisciculturas (DBO, N, P y SS), se adopt esta metodologa
para estimar las cargas contaminantes de la piscicultura.
De esta forma, las cargas de contaminantes se calcularon como se indica a continuacin:
mx = F * lfa
Donde:
mx : carga msica diaria del contaminante x (DBO, N, P, SS) (kg/d)
F : cantidad de alimento entregado por da (kg/d)
lfa : factor de conversin segn FEI (en kg/kg)
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3.2. ANLISIS LEGAL.
Para analizar tericamente si el establecimiento puede ser considerado o no fuente
emisora se cita parte de la Tabla Establecimiento Emisor del cuerpo legal DS N90.
Tabla 3.2.1. Fragmento tabla Establecimiento Emisor del cuerpo legal DS N90.
Contaminante Valor Caracterstico Carga contaminante media
diaria (equiv. 100 Hab/da) *
Slidos Sedimentables ** 6 ml/L 1h ---
Aceites y Grasas 60 mg/L 960 g/d
DBO5 250 mg O2/L 4000 g/d
Fsforo Total 10 mg/L 160 g/d
Nitrgeno total kjeldahl 50 mg/L 800 g/d
Comparando los valores de Tabla 14 con las cargas estimadas del RIL sin tratar,
deducimos lo siguiente:
Tabla 3.2.2. Comparacin de cargas de Ro Toltn con cuerpo legal.
Contaminante Carga contaminante media
diaria (equiv. 100
Hab/da)*
Carga terica efluente
final piscicultura (g/d)
DBO5 4 000 g/d 9 055 830
Fsforo Total 160 g/d 119 490
Nitrgeno total kjeldahl 800 g/d 951 700
* Valores obtenidos de Tabla 12 transformando cargas de kg/h a g/d.
Como conclusin a lo anterior, deducimos tericamente que la piscicultura Ro Toltn se
catalogara como establecimiento emisor.
En cuanto al cumplimiento de concentraciones en el efluente, se cita fragmento de Tabla
N 1 Limites mximos permitidos para la descarga de residuos lquidos a
cuerpos de agua fluviales del cuerpo legal DS N90.
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Tabla 3.2.3. Fragmento de Tabla N 1 del cuerpo legal DS N90.
CONTAMINANTES UNIDAD EXPRESION LIMITE MAXIMO
PERMITIDO
Aceites y Grasas mg/l A y G 20
DBO5 mg O2/l DBO5 35
Fsforo mg/l P 10
Nitrgeno Total Kjeldahl mg/l NKT 50
Slidos Suspendidos mg/l SST 35
Con la metodologa ya indicada, se calculan las concentraciones promedio mensuales para
los parmetros en los dos ciclos:
Tabla 3.2.4. Concentraciones estimadas RIL sin tratar.
jul-12 ago-12 sep-12 oct-12 nov-12 dic-12 ene-13 feb-13 mar-13 abr-13 may-13 jun-13
0.0 0.0 4.3 9.6 14.5 20.8 37.2 19.4 27.8 27.4 6.4 17.9
0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.2 3.9 2.0 2.9 2.9 0.7 1.9
0.0 0.0 0.1 0.1 0.2 0.3 0.5 0.3 0.4 0.4 0.1 0.2
0.0 0.0 3.0 6.7 10.0 14.4 25.8 13.5 19.3 19.0 4.4 12.5
jul-13 ago-13 sep-13 oct-13 nov-13 dic-13 ene-14 feb-14 mar-14 abr-14 may-14 jun-14
18.5 17.5 5.3 15.0 22.4 25.0 22.7 19.4 27.8 27.4 6.4 17.9
1.9 1.8 0.6 1.6 2.4 2.6 2.4 2.0 2.9 2.9 0.7 1.9
0.2 0.2 0.1 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.1 0.2
12.9 12.1 3.7 10.4 15.6 17.3 15.8 13.5 19.3 19.0 4.4 12.5
DBO promedio mensual (mg/l)
N promedio mensual (mg/l)
P promedio mensual (mg/l)
SST promedio mensual (mg/l)
DBO promedio mensual (mg/l)
N promedio mensual (mg/l)
P promedio mensual (mg/l)
SST promedio mensual (mg/l)
Como se observa en la tabla, los valores de concentracin no son sobrepasados durante el
segundo periodo, que es aquel que ser repetido cclicamente. Sin embargo, existe un
sobrepaso puntual para el parmetro DBO producido en el mes de enero 2013 (ao 0).
Como conclusin a lo anterior, deducimos tericamente que piscicultura Ro Toltn
cumplira con estndares establecido en DS N90 para el vertido a cuerpo fluvial, excepto
en el parmetro DBO5, estimado como DBO para el mes indicado y para el efluente sin
tratar.
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Segn Metcalf y Eddy (1998), para un sistema de sedimentacin se pueden estimar
algunos porcentajes de remocin de contaminantes en funcin de la remocin de los
slidos. A continuacin se presenta una tabla muy conservadora de estos porcentajes
estimados y slo para efectos de verificar el cumplimiento normativo al aplicar el sistema
de tratamiento de RILes propuesto.
Tabla 3.2.3. Porcentajes de remocin.
Con el sistema funcionando se estima que las concentraciones finales del efluente en el
punto de restitucin seran de:
Tabla 3.2.5. Concentraciones estimadas RIL tratado.
jul-12 ago-12 sep-12 oct-12 nov-12 dic-12 ene-13 feb-13 mar-13 abr-13 may-13 jun-13
0.0 0.0 3.0 6.7 10.1 14.5 26.0 13.6 19.4 19.2 4.5 12.6
0.0 0.0 0.3 0.7 1.1 1.5 2.7 1.4 2.0 2.0 0.5 1.3
0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.2 0.3 0.2 0.3 0.3 0.1 0.2
0.0 0.0 2.1 4.7 7.0 10.1 18.1 9.4 13.5 13.3 3.1 8.7
jul-13 ago-13 sep-13 oct-13 nov-13 dic-13 ene-14 feb-14 mar-14 abr-14 may-14 jun-14
13.0 12.2 3.7 10.5 15.7 17.5 15.9 13.6 19.4 19.2 4.5 12.6
1.4 1.3 0.4 1.1 1.6 1.8 1.7 1.4 2.0 2.0 0.5 1.3
0.2 0.2 0.0 0.1 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.1 0.2
9.0 8.5 2.6 7.3 10.9 12.1 11.1 9.4 13.5 13.3 3.1 8.7
DBO concentracin efluente mg(l)
N concentracin efluente mg(l)
P concentracin efluente mg(l)
SST concentracin efluente mg(l)
DBO concentracin efluente mg(l)
N concentracin efluente mg(l)
P concentracin efluente mg(l)
SST concentracin efluente mg(l)
De esta forma se corrobora el cumplimiento del DS 90 por parte de la Piscicultura Ro
Toltn.
Parmetro % remocin
DBO5 30NTK 10
PTOTAL 10
SST 50
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3.3. SISTEMA DE SEDIMENTACIN.
Anlisis de la situacin.
Dentro del proceso de cultivo de peces se generan 2 tipos de residuos clasificados segn
su estado fsico: aquellos que se encuentran diludos en el efluente y aquellos que se
encuentran en estado slido y son arrastrados por el fludo. Estos ltimos (residuos slidos
arrastrados) se componen fundamentalmente de alimento no consumido y fecas, para los
cuales se utilizan sistemas tanto gravitatorios (sedimentadores, hidrociclones, etc.) como
de filtracin (rotofiltros, filtros de arena, wetland, etc.) para su remocin.
Los equipos de sedimentacin son ampliamente usados en la industria acucola para el
tratamiento de los efluentes, debido bsicamente a la baja inversin que requiere su
construccin y a la baja mantencin en su operacin. Otros sistemas son tambin
utilizados pero, aunque resultan ms eficientes en la teora, debido a problemas en la
operacin de los mismos resultan sistemas poco fiables, a lo que se suma que son
comparativamente ms caros tanto en implementacin como en operacin debido a los
grandes caudales que se deben manejar en este tipo de operaciones, an cuando las
concentraciones de contaminantes son relativamente bajas. Estos motivos han definido
que la opcin para el tratamiento de efluentes de la Piscicultura Ro Toltn sea por medio
de sedimentacin. El tipo de sedimentador ms usado en la industria es el llamado
sedimentador rectangular de flujo laminar.
Para el diseo de este tipo de sedimentadores, la literatura especializada propone el uso
de la llamada tasa de carga superficial (overflow rate) que se define como el volumen del
flujo de agua por unidad de tiempo por rea de sedimentacin y se expresa comnmente
como [m/ (m da)]. Para efectos prcticos, la tasa de carga superficial se expresa como
velocidad (m/s), y realizando un anlisis dimensional de los parmetros involucrados, se
corrobora que la tasa de carga superficial es de igual magnitud que la velocidad de
sedimentacin de la partcula ms pequea a ser eliminada. Es decir, cualquier partcula
con una velocidad de sedimentacin mayor o igual a la tasa de carga superficial quedar
retenida en el sedimentador.
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El rea superficial del sedimentador (m) se calcula dividiendo el caudal a tratar (m/s)
por la velocidad de sedimentacin (m/s) de la partcula ms pequea a eliminar (la tasa de
carga). Los slidos generados en la acuicultura tienen diferentes velocidades de
sedimentacin en funcin del tamao de las partculas y su gravedad especfica. Las
partculas ms grandes se separan fcilmente y requieren menor rea de sedimentacin
en relacin con las partculas ms pequeas que tienen velocidades de sedimentacin ms
lentas.
En la literatura especializada no existe una tasa de carga superficial apropiada para todos
los sedimentadores para pisciculturas, ya que son varios los factores que determinan esta
tasa, incluyendo el tipo de sedimentador, las especies cultivadas, tipo de alimento
suministrado, velocidades de sedimentacin de las partculas, las normas locales de
calidad del agua, entre otros.
En estas condiciones es fundamental entonces conocer las caractersticas de las partculas
a ser removidas por el sistema de tratamiento, en especial la velocidad de sedimentacin
de la partcula considerada crtica (Vsc), que va a ser aquella partcula ms pequea que
por diseo ser retenida por el sedimentador.
Como se sabe que las partculas corresponden a alimento no consumido y fecas, se hizo
una revisin de la literatura para obtener valores referenciales de estos. Normalmente, las
tasas de sedimentacin para el alimento no consumido son similares y de simple
obtencin, sin embargo, es en la determinacin de las velocidades de sedimentacin de
las fecas donde se producen las mayores diferencias, debido fundamentalmente a la
especie estudiada, la talla del pez, la dieta suministrada, ambiente (agua dulce, estuario,
mar) y la metodologa utilizada tanto para la recoleccin de las fecas como para la
determinacin de las velocidades de sedimentacin.
En el mbito local, y dentro del marco de la presentacin de una declaracin de impacto
ambiental al SEIA, se propuso por Herrera el ao 2003 una metodologa que permita
determinar las velocidades de sedimentacin para efluente de piscicultura, en la cual se
determinaron las velocidades de sedimentacin de distintos tamaos de alimento, usados
ampliamente en el pas, mediante el uso de modelos matemticos y verificados con
pruebas realizadas en laboratorio (Universidad Catlica de Temuco, Laboratorio de
Ecotoxicologa), datos que han servido de base para mltiples proyectos posteriores.
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En este estudio se reprodujeron las condiciones de humedad del alimento no consumido,
asumiendo 1 hora como el tiempo que transcurre entre que el alimento es suministrado en
los estanques y la llegada de ste al sistema de tratamiento, por lo que se hidrat el
alimento durante similar periodo de tiempo. A continuacin se presenta un cuadro
resumen con los valores obtenidos (el estudio completo se adjunta al final de este
documento):
Tabla 3.3.1. Velocidades de sedimentacin indicados por Herrera, 2003.
Sustancia Velocidad Modelo
(cm/s)
Velocidad
Experimental
(cm/s)
Fecas 1.1666 0.8349
Starter 00 0.5923 0.857
Starter 0 1.0466 1.685
Pellet 2mm Caso 1 1.0307 3.411
Crumble 3 1.3649 1.5672
Crumble 4 1.9029 2.0333
Alimento 5mm 3.1575 7.129
Alimento 4mm 3.4507 6.876
Alimento 8mm 6.4558 9.359
Para efecto de utilizar estos valores de velocidades de sedimentacin, obtenidos y
verificados en el estudio al que se hace referencia, no existe ningn motivo por el que
puedan ser invalidados para casos similares como las del presente estudio, sin embargo,
los valores de velocidad de sedimentacin de las fecas supone una situacin totalmente
distinta por los motivos descritos anteriormente (especie, talla, dieta, etc.). Es por esto
que se realiza un anlisis ms profundo de los datos disponibles.
En este punto, existe variada literatura especializada en las que se indica las velocidades
de sedimentacin de las fecas provenientes de peces en cultivo intensivo, sin embargo, las
velocidades de sedimentacin publicadas no siempre indican datos como la especie y
mucho menos la talla de los peces estudiados, informando valores de tasas de
sedimentacin muy variadas (entre 0.7 y 6 cm/s). Sin embargo, el Centro de Estudios
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Costeros y Acuicultura de la Universidad de Nueva Brunswick de Canad public en la
revista Aquaculture Research (2008) una revisin de los estudios sobre las propiedades
biofsicas de las fecas de salmondeos. En esta revisin se pueden encontrar algunos
estudios que poseen similares caractersticas a las condiciones de operacin de la
piscicultura Ro Toltn en cuanto a especie y talla (salmondeos en el estadio de smolt con
un peso final promedio de 100 g). A continuacin se reproduce en forma parcial la
informacin resumida que contiene el citado documento:
Figura 3.3.1. Tasas de sedimentacin en la literatura (extrado de Aquaculture Research,
p. 1-17, 2003).
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De esta informacin, son relevantes los estudios realizados por Panchang et al. (1993,
1997), Elberizon & Kelly (1998), Wong & Piedrahita (2000) y Ogunkoya et al. (2006), los
cuales presentan resultados de estudios realizados en especies y tallas similares a los del
proyecto en estudio.
Sin embargo, estos datos de velocidad de sedimentacin no son suficientes para
determinar la velocidad crtica de sedimentacin (Vsc) con el cual generar una base de
diseo para el sedimentador, ya que debemos considerar una eficiencia mnima (85%)
que slo lo puede estimar un clculo considerando las fracciones sedimentadas de los
slidos generados dependiendo de sus respectivas curvas de velocidades de
sedimentacin. Generar estas curvas para el alimento no consumido no es complejo, pero
para las fecas no existen datos de curvas de sedimentacin para salmones, slo el trabajo
de Wong & Piedrahita (2000) quienes generaron curvas de sedimentacin (en base a
masa) para fecas de trucha de 110 g. Esta informacion ser utilizada, a falta de mejor
informacin, para ponderar las velocidades de sedimentacin de los slidos sedimentados,
en funcin de la masa, tanto de fecas como de alimento no consumido, este ltimo
utilizando los valores indicados por Herrera (2003). Como se indic, para la etapa de
diseo la remocin estimada de slidos debe ser no menor al 85%.
En el estudio de Wong & Piedrahita (2000) se estableci una funcin no lineal que permite
determinar la eficiencia de remocin de un sedimentador en funcin de los valores de
velocidades de sedimentacin de las fecas de la siguiente manera:
y= a+b
(1+(xc)d
) Ecuacin (1)
Donde y es la fraccin de la masa con velocidad de sedimentacin menor o igual a x, por
su parte x corresponde a la velocidad de sedimentacin y los parmetros a, b, c y d
corresponden a: a= 0.0508, b=11.1030, c=407.4861, y d= 0.5394 con un r2=0.95.
La grfica de esta funcin se muestra a continuacin:
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En el caso del alimento, se tienen las velocidades de sedimentacin indicadas por Herrera
(2003), las cuales se ilustran a continuacin:
0 1 2 3 4 5 6 7
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Velocidad de sedimentacin Vs (cm/s)
Fra
cci
n m
s
ica
(y)
co
n v
el. d
e s
ed
ime
nta
ci
n
me
no
r o
ig
ua
l a
Vs
Starter 00
Starter 0
Pellet 2mm Caso 1
Crumble 3
Crumble 4
Alimento 5mm
Alimento 4mm
Alimento 8mm
0
1
2
3
4
5
6
7
Ve
locid
ad
de
se
dim
en
taci
n V
s (
cm
/s)
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Para simplificar el anlisis con respecto al alimento, se analiz la distribucin espacial de
las distintas reas productivas, las cuales se distribuyen de la siguiente forma:
Segn el tipo de estanque de cada rea asumieron 3 tipos de alimento representativos en
funcin de los tamaos de estanque de cada sala, de la siguiente manera:
rea Tipo de estanque
(Volumen)
Tipo alimento
representativo
Velocidad de
sedimentacin (cm/s)
Incubacin y 1
alimentacin 18.8 m Starter 0 1.0466
Alevinaje 50 m Crumble 4 1.9029
Smoltificacin 310 m Alimento 4 mm 3.4507
Sistema de tratamiento
de RILes
rea de
Incubacin y
1 Alimentacin
rea de
Smoltificacin
rea de
Alevinaje
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Si analizamos la entrega de alimento en funcin del tipo, tenemos el siguiente grfico que
muestra la fraccin de cada tipo de alimento en funcin del total de alimento entregado
para los meses correspondientes al segundo ao productivo, que es el escenario que se
reproducir durante el funcionamiento de la piscicultura:
Con esta informacin podemos deducir que el peor escenario para la operacin de
remocin de slidos ocurrir cuando exista la mayor fraccin de alimento entregado del
tamao ms pequeo (con menor velocidad de sedimentacin), y este escenario ocurre al
4 mes del ao 2 de operacin, en el que el alimento ms pequeo ocupa casi el 20%
(19.3) de la fraccin total, y el alimento mediano ocupa el 80% (80.7) restante, no
existiendo aporte del alimento con tamao ms grande. Si ponderamos las velocidades de
sedimentacin en funcin de las fracciones msicas de estos alimentos tenemos que la
velocidad de sedimentacin ponderada (Vsp) corresponde a:
Vsp = 1.0466 cm/s * 0.197 + 1.9029 cm/s * 0.803
Vsp = 1.7342 cm/s
jul 13
ago 13
sep 13
oct 13
nov 13
dic 13
ene 14
feb 14
mar 14
abr 14
may 14
jun 14
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Starter 0
Crumble 4
Alimento 4 mm
2 ao productivo y siguientes
Po
rce
nta
je e
n fu
nci
n d
e a
lim
en
to to
tal (%
)
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Segn el FEI, el 57% y el 43% de los slidos generados en la piscicultura corresponden a
alimento no consumido y fecas respectivamente. Con esta distribucin, y asumiendo un
30% del alimento entregado como slidos contaminantes transportados por el efluente,
podemos determinar que el 17% y el 13% del alimento entregado corresponden a
alimento no consumido y fecas respectivamente.
Luego, para determinar una velocidad de sedimentacin crtica (Vsc) que permita remover
el 85% de los slidos del efluente, hacemos el supuesto que la velocidad de
sedimentacin de las fecas es menor que la Vs del alimento (supuesto:las velocidades de
sedimentacin del alimento son significativamente superiores a las de las fecas), por lo
tanto, para cualquier velocidad de sedimentacin crtica escogida para sedimentar fecas,
asumimos que sedimenta el 100% del alimento no consumido. De esta forma, al
sedimentar la totalidad de alimento no consumido, en trminos globales sedimenta el 57%
de los slidos generados, por lo tanto, debemos determinar la velocidad de sedimentacin
de las fecas que permita completar el porcentaje restante para llegar a un 85% de
remocin global de slidos. En otras palabras, como el alimento no consumido sedimenta
100%, luego en masa corresponde a un 57%, debemos determinar la Vs para las fecas
que permita sedimentar el 28% restante para llegar a un 85% global, que en funcin de
las fecas corresponde a un 65.1%, es decir, la velocidad de sedimentacin crtica
corresponde aproximadamente a un 65% de la fraccin msica de las fecas. En la
ecuacin (1) encontramos que para esta fraccin (1-0.65=0.35) la velocidad de
sedimentacin es de 0.95 cm/s.
Como esta velocidad es mucho menor que la velocidad de sedimentacin de los 3 tipos de
alimento, el supuesto indicado inicialmente es vlido.
Con esto podemos resumir que para el diseo del sedimentador, la Vsc utilizada
corresponde a 0.95 cm/s.
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3.3.1 Diseo de sedimentador rectangular de flujo laminar.
Del anlisis de la informacin disponible, se obtuvo la siguiente base de clculo:
Parmetro Smbologa Valor Observaciones
Caudal de diseo Q 10 800 m3 / s Se asume el mximo otorgado por derechos de agua.
Velocidad de sedimentacin crtica
Vsc 0.95 cm / s Segn anlisis realizado.
- Determinacin de la superficie de sedimentacin (As):
As=
Q
Vsc
Donde As: rea superficial del sedimentador.
Q : Caudal de diseo.
Vsc: Velocidad de sedimentacin crtica.
Reemplazando los valores de diseo, se obtiene un As= 315.8 m.
- Determinacin de la longitud (L) y ancho (W) del sedimentador:
Segn el Aquaculture Engineering, del autor Odd-Ivar Lekang, las relaciones ancho/largo
que han presentado buenas eficiencias en la remocin de partculas para actividades
acucolas se encuentran en los rangos de 1:4 a 1:8, pero una relacin cercana a 1:3
supone una mejor economa de construccin. Por esto se emplea la relacin 1:4 para este
caso, luego las dimensiones del sedimentador son:
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rea superficial de sedimentacin As 315.8 m
Largo terico segn relacin L/W = 1:4 Lt 35.5
Ancho terico segn relacin L/W = 1:4 Wt 8.9
Largo proyectado, considerando 10% margen de seguridad (aprox)
L 40 m
Ancho proyectado, considerando 10% margen de seguridad (aprox)
W 10 m
- Determinacin de la profundidad (H) del sedimentador:
Segn el Aquaculture Engineering, los mejores resultados, para sedimentadores de
pisciculturas, se obtienen para profundidades en el rango de 1 a 1.5 m, por lo que se
considerar una profundidad total (Ht) de 1.8 m, con una profundidad efectiva (He) de 1.5
m y una zona de acumulacin de lodos (Hl) de 0.3 m.
- Revisin de relaciones recomendadas:
Dentro de las recomendaciones de diseo de sedimentadores se encuentra que las
dimensiones de estos deben cumplir las siguientes relaciones:
Tipo de relacin Valores
recomendado Valor real
largo(L) vs ancho(W): 3