PROYECTO DE POTABILIZACION DEL AGUAPLANTAS DE TRATAMIENTO

Presentado por:JACKELINE YANDUNDANNY VELASCODEINER DELGADO NACAZA

UNIVERSIDAD DEL CAUCAFACULTAD DE INGENIERIA CIVILDEPARTAMENTO DE HIDRAULICAPOPAYAN 2012OBJETIVOSGENERAL Disear un retro mezclador, un floculador, un sedimentador y un filtro que satisfaga el caudal a tratar de agua para servicio pblico. Disear una planta de tratamiento con los parmetros establecidos por el ingeniero John Caldern cumpliendo los requerimientos de la norma RAS y el decreto 475 de 1998. Teniendo en cuenta en el diseo estndares de calidad y factores de economa, eficiencia y continuidad.

ESPECIFICOS Dimensionar un retro mezclador, floculador, un sedimentador y un filtro representarlo en planos en planta y perfil para la respectiva construccin. Desarrollar el proceso biolgico de separacin mediante la retencin de materia orgnica, por cernido y reduccin de bacterias en la etapa de filtracin del agua.

INTRODUCCION

El tratamiento de aguas naturales tiene como propsito el eliminar los microorganismos, sustancias qumicas, caracteres fsicos, y radiolgicos que sean nocivos para la salud humana, adems, de eliminar colores y sabores, que aunque no sean perjudiciales para los humanos, producen caractersticas organolpticas no deseables.Al ser el agua uno de los compuestos con mayor importancia para el ser humano, ste se ve obligado a quitarle a la madre naturaleza, una vez ms, uno de sus frutos ms valiosos, el lquido vida. Esta no puede ser utilizada de forma directa, y es por eso que dicha agua requerir de una serie de correcciones y tratamientos que eliminen aquellas partculas o sustancias perjudiciales para el hombre. De aqu, destacar la gran importancia que tiene la potabilidad del agua, ya que agua en mal estado o simplemente con sustancias nocivas para el hombre pero inherentes en ella, pueden provocar, como ya se ha visto en numerosas ocasiones, enfermedades tales como la difteria.Las fuentes ms de abastecimiento ms usadas son las llamas superficiales en las cuales se clasifican: Ros Arroyos Lagos LagunasEstas fuentes superficiales se consideran contaminadas y por consiguiente deben ser tratadas.En este informe de proyecto, se muestra los diferentes aspectos de clculo y anlisis necesarios para la construccin de la planta de tratamiento de agua potable, teniendo en cuenta todos los requisitos exigidos en la Norma RAS 2000 en cumplimiento del decreto 475 de 1998 para suministrarle a la comunidad un agua de buena calidad, con total cobertura y de manera continua y con ello disminuir el riesgo de enfermedades transmitidas por este medio.

CARACTERSTICAS PARA EL DISEORecolectados lo datos necesarios para el diseo de la planta de tratamiento se tienen los siguientes datos:CARACTERSTICAPARMETRO

Q diseo170 l/s

Temperatura mxima25 C

Temperatura mnima14 C

Mezcla rpidaMezclador Rpido mecnico de paletas

Mezcla lentaFloculador Mecnico

1 CmaraG1 = 55 seg-1

2 CmaraG2 = 40 seg-1

3 CmaraG3 = 30 seg-1

4 CmaraG3 = 20 seg-1

Tiempo total de mezcla20 minutos

DISEO DEL MEZCLADOR RAPIDO CON TURBINASAsumiendo segn AWWA: Tm=20 seg y G= 1000 seg-1.Volumen del tanque: =Q * Tm = 0,17 m3/seg * 20 seg =3,4 m3.Ancho del tanque: Dt = 1,5 m rea = (1,5)2 =2,25 m2.Profundidad til del agua: H=Borde libre: BL= 0,19 mProfundidad total del tanque: H+BL= 1,51 +0,19=1,70 mLocalizacin y dimetro del agitador:

Entonces, Relacin H/D= 1,51/0,50= 3, 02 chequea ya que la relacin debe estar entre 2,7 y 3,9.Relacin h/D =0,34/0,5=0,8 chequea ya que debe estar entre 0,75 y 1,3Ancho de la paleta: B=D/4=0,50/4=0,125 mAltura de la paleta: b=D/5=0,50/5=0,10 mAncho del extractor: Entonces W= 0,10*0,50= 0,05 mPotencia terica: Pt= *G2 * =0, 01175 gr/cm segPt=0,01175*10002*3,4= 399, 5 kgf m/ seg= 5,26 HpTomando una eficiencia de 0,85Potencia real: Pr= 5,26/0,85= 6,19 HpSe debe comprar un motor de una potencia superior 7 Hp.Velocidad de rotacin del agitador n:

=2,71 RPS= 163 RPM

Se debe acoplar un moto reductor para poder producir esta revolucin.

INTERCONECCION ENTRE EL MEZCLADOR Y EL FLOCULADORColocando sobre la pared 10 orificios de 8 de dimetro

Perdida de carga en la pantalla

coeficiente de gasto C= 0,7

DISEO DEL FLOCULADOR MECANICO DE PALETAS CON EJE VERTICALDiseo de la primera cmara:Volumen de la cmara: = 30 m3.Dimensiones de la cmara Utilizando un tanque con una planta de L= 3,40 m Profundidad del agua: P=Relacin P/L = 4,41/3,4= 1,30; chequea ya que debe estar entre 1,30 y 1,50 Borde libre se puede tomar entre 0,15 y 0,25 metrosTomando un BL = 0,19 mProfundidad total del tanque H= P+BL= 4,41+0,19= 4,60 mDimensiones y posicin del agitador: Asumiendo D=2,8 m Se debe cumplir que la relacin D/L este entre 0,80 y 0,95, en este caso D/L=2,8/3,40= 0,82 por tanto cumple.Haciendo m=n=0.30 m, que corresponde a las localizaciones de los extremos de la paleta con respecto a la superficie del agua y el fondo del tanque respectivamente.Largo de la paleta (b): b=P 2* m = 4,41-2*0,3= 3,81 mAncho de la paleta: adoptando l=0,18 mDistribucin de paletasUtilizando 2 paletas localizadas sobre cada uno de los 2 brazos colocados entre si a 180Velocidad de rotacin Tomando n:5,6 RPMVelocidad de la paleta exteriorVpe= = Velocidad tangencial mxima de paleta intermediaLa paleta intermedia se localiza a 2/3 de D/2, esto es 2/3*(2.8/2)= 0,93 mVelocidad de la paleta intermediaVpi= La velocidad de la paleta intermedia debe estar entre 0,20 a 0,60, como en este caso da 0,55 esta chequeando.Gradiente de velocidad

Donde P=1,46 x 10-5 * cd * * Cd de acuerdo a b/l = 3,81/0,18= 21,18 para este valor cd es de 2,01El valor de k para este tipo de floculadores mecanicos es K=0,25 al considerar b.Remplazando en la ecuacin P = 1,46 x 10-5 * 2,01* 999,27 * 3,81 * 2 * = 16,56 kgf m /s

DISEO DE LAS ESTRUCTURAS DE PASO ENTRE CAMARAS DE FLOCULACIONPaso entre la cmara 1 y la cmara 2G1= 53,37 seg -1 y G2= 42,36 seg -1 Colocando 28 orificios de 6 de dimetro Gi= n *R -0,67 *V1,5Gi= 0,011* * =52 seg -1 Con estos datos se garantiza que el gradiente medio menor que en la primera cmara y mayor que en la segunda cmara.Paso entre la cmara 2 y la cmara 3G2 = 42,36 seg -1 y G3 = 32,59 seg -1 Gi= 0,011* * =41,10 seg -1 Se garantizar que Gi es menor que el gradiente medio en la cmara dos y mayor que el gradiente medio en la cmara 3Paso entre la cmara 3 y la cmara 4G3 = 32,59 seg -1 y G4 = 21,66 seg -1 Gi= 0,011* * =29,9 seg -1 Se garantiza que Gi es menor que el gradiente medio en la cmara 3 y mayor que el gradiente medio en la cmara 4.

DISEO DEL CANAL DE SECCION RETANGULAR PARA CONDUCIR EL EFLUENTE DEL FLOCULADOR MECANICOEl gradiente medio de la ultima cmara es de 21,66 seg -1, dado que en un canal de seccin rectangular la optima es aquella cuya base es el doble de la altura y por consiguiente el gradiente se hace minimo siendo h: altura y 2h : base, es necesario encontrar el valor de h para el cual el gradiente medio es menor o iguala a 21,66 seg -1,Reemplazando en la ecuacin del gradiente se despeja el valor de hGi= n *R -0,67 *V1,5Gi = 21,66 seg -1 =0.013* Entonces h=0,48 m y b= 0,96 m; tomando h de 0,50 m y b de 1 m por facilidad en la construccin, se tiene que el gradiente medio de velocidad es de 19,02 seg -1 garantizando que es menor que el de la cmara nmero 4 del floculador mecnico.

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DISEO DEL SEDIMENTADORDiseo del sistema de sedimentacin acelerado de flujo ascendente utilizando para ello placas planas paralelas de asbesto cemento de 2.4m o 1.2m * 0.06 inclinados a 60 grados con la horizontal y espaciados entre si 0.05m.QD=170 L/seg. T mnima promedio entre el mes ms fri del ao = 14 CVsc = 35 m3/m2 * da DiseoPorcentaje de aumento de acuerdo con la tabla es 5%170 l/s * 1.95 = 331.5 l/s 332 l/s3 unidades de sedimentacin cada una para 111 l/sVelocidad del agua a travs de las placas Vo

Numero de Reynolds

134< 500134 < 250 Se garantiza flujo laminar OK

Numero de placas de asbesto cemento (AC)Nmero de canales = nmero de placas= N

a= longitud de la placa en el sentido normal al flujo

En la construccin se pediran unas 295 placas ya que en el transporte se pueden averiar algunas.

Longitud ocupada por las placas

e = separacin entre placasTolva de los lodos

Volumen mnimo para lodos (volumen tolva= Vt)

Debe ser el 50% de Vc

Canal de entrada

Se utiliza un canal sumergido con orificios en el fondo a travs de los cuales el gradiente medio de velocidad debe ser menor o igual a 15 sg-1

x= 60 losetas (nmero de losas)a`=0.50m (largo de la loseta)b=0.05m (espacio entre losetas)

Gi= 1 seg-1 < 15 sg-1 chequeaAncho de la loseta (C)

X-1= nmero de orificios = 49orificios

C=0,45 mCanaletas para recoleccin de agua

(Altura del agua dentro de la canaleta)

Si se utilizan 8 canaletas principales de 2*40 m y se tiene un caudal por canaleta de:

Caudal por metro de vertedero (RV, rgimen vertiente)

RV= 2,89 L/s, este valor garantiza que no hay arrastre de floc.

RV debe estar entre (1.67-3.30) chequea

Suponiendo b=30 cm= 0.30 mAltura de agua en la canaleta

BL=11 (borde libre) Las dimensiones de la canaleta son:

Ancho=0.30 m

Altura total=11+9 = 20 cmTubera para descarga de lodos

De la boca del tubo a al fondo mnimo 20 cm

La altura del tubo es aproximadamente 2/3 de la altura del tringulo.

Adoptando 17 tubos cada uno de 4Caudal del tubo

Para = 4 y C= 0.80

4.57= es la altura del sedimentador menos el borde libre

q=0,05 m3/seg

3 m/s chequea

Caudal mximo al comenzar la evacuacin de lodos

m3/seg

Canal de descarga de lodos

Se asume

Valor mximo para que trabaje a descarga libre, se puede trabajar con valores ms bajos hasta 0.45m, nunca por encima. Aplicando la ecuacin de manning se obtiene:

Considerando

n=0.013B=1.10 mh=0.48 < 0.56m, s=1% Caudal mximo de lodos para garantizar que el canal trabaje a descarga libre.

DISEO DEL FILTRO RPIDO CON FLUJO ASCENDENTE

A continuacin se muestra el diseo de un filtro rpido con flujo ascendente tasa de filtracin constante y medio filtrante constituido por arena, utilizando para el falso fondo mdulos de Eternit consistentes en placas perforadas de 0.61 m x 0.61 m, temperatura mxima esperada del agua durante el mes ms caluroso del ao 20C.NMERO DE UNIDADESSegn Morris y Walllace,

N= nmero de unidades

C= capacidad de la planta en miles de

N= 5,4 se adoptan 5 unidades

Tomando para cada unidad y para el falso fondo:

8 placas a lo largo:

6 placas a lo ancho:

ChequeaREA SUPERFICIAL DEL FILTRO

TASA MEDIA DE FILTRACIN CUANDO SE LAVA EL FILTRO

Debe estar comprendida entre (120 a 290)

TASA NORMAL DE FILTRACIN

VELOCIDAD DE FILTRACIN

Se trabaja con situacin crtica, 1 filtro en lavado.

Profundidad del lecho filtrante: 0.70 m, estos varan entre ( 0.60 y 0.90)CARACTERSTICAS DEL LECHO FILTRANTE

XiDpi (mm)Dpi (cm2)Xi/dpi2

1%1.5450.02380.42

40%1.060.011235.71

45%0.6050.00366122.95

12%0.4250.001866.67

2%0.3250.0010519.05

Prdidas en la arena durante la filtracin

Segn Dixon

Reemplazando los valores se obtiene:

LECHO DE GRAVA O DE SOSTN

Clculo del espesor de cada capa de grava adoptado segn el dimetro utilizando la siguiente expresin:

d (pulg)d (mm)L (cm)L adoptado (cm)

12.710.3310

19.0512.5013

125.413.8414

1 38.115.8916

Total = 53

Perdidas en el lecho de grava durante la filtracinSegn Dixon,

FALSO FONDO Considerando el falso fondo patentado con placas perforadas de eternit cada una con 16 orificios de dimetro = 1 se tiene: placas: 6 x 8 = 48 Numero de orificios por placa = 16 Nmero total de orificios = 48 x 16 = 768 Dimetro de orificios = 1 = 2.54 cm rea de los orificios = = 5.07 cm2 Caudal por filtro:

Caudal por orificio:

Prdidas durante la filtracin en el falso fondo Numero de

Despejando se obtiene:

PERDIDAS EN LA COMPUERTA DE ACCESORIOS HASTA EL VERTEDERO DE CONTROL

Lmina de agua sobre la cresta del vertedero

Tomando para L = 1.0 cm, Q = 0.045 se obtiene que

PERDIDAS TOTALES DURANTE LA FILTRACIN

LAVADO DE LOS FILTROSCanaletas de lavado Numero de canaletas proyectadas: 4 canaletas Ancho de las canaletas: 40 cm Ancho del filtro: 4.88 cm Espesor de paredes de canaletas: 10 cmConsiderando 4 canaletas y 5 espacios, el recorrido mximo horizontal ser: (4 x 40) + (8 x 10) = 240 cmEspacio libre488 240 = 248 cmEl recorrido mximo horizontal del agua:

Tasa de lavado par arena:

Caudal recolectado por cada canaleta

Para una canaleta de seccin rectangular el tirante ho

rea til canaleta

Como se trata de una seccin compuesta se tiene:rea seccin rectangular: 10 x 40 = 400 cm2rea seccin rectangular: 560 400 = 160 cm2Altura de la seccin triangular:

Altura total de la canaleta: B.L = 4 cmAH lamina del agua = 8 + 10 = 18 cmEspesor fondo canaleta = 10 cmAH total = 32 cm

Expansin del lecho de arena

Li (cm)di (cm)

0.01 x 70 = 0.700.1545

0.40 x 70 = 28.00.1060

0.45 x 70 = 31.50.0605

0.12 x 70 = 8.40.0425

0.02 x 70 = 1.40.0325

CALCULO DE ASENTAMIENTO HIDRULICOTermino del dimetro segn Fair

Termino de la velocidad

Velocidad de lavado (VL)

251 diVaiEi (cm)

38.778.5021.500.15

26.607.017.717.76

15.185.012.6512.51

10.662.56.326.54

8.152.05.061.39

28.35

Porcentaje de expansin

ALTURA DEL LECHO EXPANDIDO

Dejando una diferencia entre el fondo exterior de la canaleta y el lecho expandido de 6.0 cm y el fondo exterior de la canaleta es de 5 cm

ALTURA DE LA CANALETA POR ENCIMA DEL NIVEL SUPERIOR DEL LECHO DE GRAVA DE SOSTN:

TANQUE PARA LAVADO DE LOS FILTROS

Capacidad del tanque