TABLA DE CONTENIDO

4. METODOLOGIA DE DISEÑO ................................................................. 3

4.1. Estimación de la población ............................................................................. 3

4.2. El Método Aritmético: .................................................................................... 3

4.3. El Método Geométrico:................................................................................... 3

4.4. El Método exponencial .................................................................................... 4

4.5. Proyección de la población del municipio de la Mesa Cundinamarca ....... 5

4.6. Ajuste por población flotante y población migratoria ................................. 5

4.7. Estimación del caudal de diseño .................................................................... 5

4.8. Caudal de diseño ............................................................................................. 5

4.9. Caudal máximo horario (QMH) .................................................................... 6

4.10. Caudal medio diario (QMD) ...................................................................... 6

4.11. Caudal Domésticas (Qd) ............................................................................. 6

4.12. Industrial (QI) ............................................................................................. 7

4.13. Comerciales (QC) ........................................................................................ 7

4.14. Institucionales (QIN) ................................................................................... 7

4.15. Factor de mayoración (F) ........................................................................... 8

4.16. Conexiones erradas (QCE) ....................................................................... 10

4.17. Caudal de Infiltración (QINF) ................................................................. 10

4.18. Aportes por infiltración en redes de sistemas de recolección y

evacuación de aguas residuales ................................................................................ 11

4.19. Cálculos diseño de las rejillas ................................................................... 12

4.20. Perdida de carga ........................................................................................ 12

2

4.21. Calculo del Desarenador........................................................................... 13

4.22. Canaleta Parshall ...................................................................................... 17

4.23. Sedimentador primario ............................................................................ 18

4.24. Velocidad terminal .................................................................................... 18

4.25. Área del sedimentador .............................................................................. 18

4.26. Lodos activados ......................................................................................... 19

4.27. Remoción .................................................................................................... 19

4.28. Volumen del tanque .................................................................................. 19

4.29. Tiempo de retención θ............................................................................... 20

4.30. Recirculación de lodos .............................................................................. 20

4.31. Caudal de lodos recirculados ................................................................... 21

4.32. Cantidad de lodos en exceso ..................................................................... 21

4.33. Necesidades de oxigeno ............................................................................. 22

3

4. METODOLOGIA DE DISEÑO

4.1. Estimación de la población

Se recolectaron los datos demográficos de la población, en especial los

censos que se encuentran en la base de datos del DANE y los censos

disponibles de suscriptores del acueducto y otros servicios públicos del

Municipio de la Mesa.

Para esto se siguieron los pasos estipulados por el RAS.

4.2. El Método Aritmético:

Supone un crecimiento vegetativo balanceado por la mortalidad y la

emigración. La ecuación para calcular la población proyectada es la

siguiente:

Pf = Puc + Pus- Pis x (Tf-Tuc)

Tuc-Tci

Donde, Pf es la población (hab) correspondiente al año para el que se quiere

proyectar la población, Puc es la población (hab) correspondiente al último

año censado con información, Pci es la población (hab) correspondiente al

censo inicial con información, Tuc es el año correspondiente al último año

censado con información, Tci es el año correspondiente al censo inicial con

información y Tf es el año al cual se quiere proyectar la información.

4.3. El Método Geométrico:

Es útil en poblaciones que muestren una importante actividad económica,

que genera un apreciable desarrollo y que poseen importantes áreas de

4

expansión las cuales pueden ser dotadas de servicios públicos sin mayores

dificultades. La ecuación que se emplea es:

Donde r es la tasa de crecimiento anual en forma decimal y las demás

variables se definen igual que para el método anterior. La tasa de

crecimiento anual se calcula de la siguiente manera:

4.4. El Método exponencial

La utilización de este método requiere conocer por lo menos tres censos

para poder determinar el promedio de la tasa de crecimiento de la población.

Se recomienda su aplicación a poblaciones que muestren apreciable

desarrollo y poseen abundantes áreas de expansión. La ecuación empleada

por este método es la siguiente:

Donde k es la tasa de crecimiento de la población la cual se calcula como el

promedio de las tasas calculadas para cada par de censos, así:

5

Donde Pcp es la población del censo posterior, Pca es la población del censo

anterior, Tcp es el año correspondiente al censo posterior, Tca es el año

correspondiente al censo anterior y Ln el logaritmo natural o neperiano

4.5. Proyección de la población del municipio de la Mesa

Cundinamarca

La proyección de población se realizó a 25 años recomendado por el RAS

para un nivel de complejidad medio alto, como es el caso del Municipio de La

Mesa Cundinamarca.

4.6. Ajuste por población flotante y población migratoria

El cálculo de la población considerara actividades turísticas, laborales,

industriales y/o comerciales que representen la población flotante. Se estimo

que la población flotante equivalía a un 10% de la población total del

municipio de la Mesa Cundinamarca.

4.7. Estimación del caudal de diseño

4.8. Caudal de diseño

El caudal de diseño es la suma de los caudales máximo horario, caudal de

infiltración y el caudal de conexiones erradas.

QD = QMH + QIn + QCE

6

4.9. Caudal máximo horario (QMH)

El caudal máximo horario es la base para establecer el caudal de diseño. El

caudal máximo horario del día máximo se estima a partir del caudal final

medio diario, mediante el uso del factor de mayoración, F.

QMH = F x QMD

4.10. Caudal medio diario (QMD)

Este es la sumatoria del caudal domestico, industrial, comercial e

institucional.

4.11. Caudal Domésticas (Qd)

El aporte doméstico (Qd) está dado por la expresión

Qd = DxPxC

86400

Donde:

Qd = Caudal de aguas residuales en m3 /seg

P = Es la proyección de población al periodo de diseño en hab

C = Es el coeficiente de retorno estipulado por el RAS.

D = Es la dotación en l/hab.dia.

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4.12. Industrial (QI)

Este caudal no se toma en cuenta ya que en el Municipio de La Mesa no hay

industrias.

4.13. Comerciales (QC)

Para zonas netamente comerciales, el caudal de aguas residuales QC debe

estar justificado con un estudio detallado, basado en consumos diarios por

persona, densidades de población en estas áreas y coeficientes de retorno

mayores que los de consumo doméstico. Para zonas mixtas comerciales y

residenciales pueden ponderarse los caudales medios con base en la

concentración comercial relativa a la residencial, utilizando como base los

siguientes valores que sirven para cualquier nivel de complejidad 0.4 - 0.5

l/seg*Ha.

Qc = Ax2

Donde:

Qc = Caudal comercial en, l/seg.

A = El área que ocupa el comercio en; Ha.

2 = Coeficiente de retorno que da el RAS-2000 en la tabla D.3.3 en, l/sesHa.

4.14. Institucionales (QIN)

El consumo de agua de las diferentes instituciones varía de acuerdo con el

tipo y tamaño de las mismas, dentro de las cuales pueden mencionarse

escuelas, colegios y universidades, hospitales, hoteles, cárceles, etc. Sin

embargo, para pequeñas instituciones ubicadas en zonas residenciales, los

8

aportes de aguas residuales pueden estimarse a partir de los valores por

unidad de área institucional, los valores están comprendidos entre 0.4 – 0.5

L/segxhainst, para cualquier nivel de complejidad.

QIN = A x 0.2

Donde:

Qin = Caudal institucional en, l/seg.

A = Es el área que ocupa las instituciones en, Ha.

0.2 = Coeficiente de retorno que da el Ras-2000 en la tabla D.3.4 en, l/seg x

Ha.

4.15. Factor de mayoración (F)

El factor de mayoración para estimar el caudal máximo horario, con base en

el caudal medio diario, tiene en cuenta las variaciones en el consumo de

agua por parte de la población. El valor del factor disminuye en la medida en

que el número de habitantes considerado aumenta, pues el uso del agua se

hace cada vez más heterogéneo y la red de colectores puede contribuir cada

vez más a amortiguar los flujos. La variación del factor de mayoración debe

ser estimada a partir de mediciones de campo. Sin embargo, esto no es

factible en muchos casos, por lo cual es necesario estimarlo con base en

relaciones aproximadas como las de. RAS-2.000, / Sistemas de Recolección

y Evacuación de Aguas Residuales y Pluviales Harmon y Babbit, válidas para

poblaciones de 1 000 a 1 000 000 habitantes, y la de Flores, en las cuales se

estima F en función del número de habitantes.

9

Formulas

F = 1 + 14_______ (HARMON)

(4 + P0.5)

F = 5 (BABBIT)

P0.2

F = 3.5 (FLORES)

P0.1

El factor de mayoración también puede ser dado en términos del caudal

medio diario como en las fórmulas de Los Angeles o la de Tchobanoglous.

F = 3.53 (ANGELES)

QMd0.0914

F = 3.70 (TCHOBANOGLOUS)

QMd0.0733

La fórmula de Los Angeles es válida para el rango de 2,8 a 28300 L/s,

mientras que la de Tchobanoglous es para el rango de 4 a 5000 L/s. Esta

última relación es adecuada cuando la contribución de aguas residuales de

procedencia comercial, industrial e institucional no representa más del 25%

del caudal total de aguas residuales.

En general el valor de F debe ser mayor o igual a 1,4.

10

4.16. Conexiones erradas (QCE)

Deben considerarse los aportes de aguas lluvias al sistema de alcantarillado

sanitario, provenientes de malas conexiones de bajantes de tejados y patios.

En la tabla se dan como guía valores máximos de los aportes por conexiones

erradas, en caso de que exista un sistema de recolección y evacuación de

aguas lluvias.

NIVEL DE COMPLEJIDAD APORTE EN L/seg*ha

Bajo - Medio 0.2

Medio alto - Alto 0.1

QCE = A x K2

Donde:

QCE = Caudal de conexiones erradas en, l/seg

A = Área de drenaje en, Ha

K2 = Es el valor que da el RAS-2000 en la tabla D.3.5 en, l/segHa

4.17. Caudal de Infiltración (QINF)

Es inevitable la infiltración de aguas subsuperficiales a las redes de sistemas

de alcantarillado sanitario, principalmente freáticas, a través de fisuras en los

colectores, en juntas ejecutadas deficientemente, en la unión de colectores

con pozos de inspección y demás estructuras, y en éstos cuando no son

completamente impermeables. Su estimación debe hacerse en lo posible a

partir de aforos en el sistema, en horas cuando el consumo de agua es

mínimo, y de consideraciones sobre la naturaleza y permeabilidad del suelo,

la topografía de la zona y su drenaje, la cantidad y distribución temporal de la

11

precipitación, la variación del nivel freático con respecto a las cotas clave de

los colectores, las dimensiones, estado y tipo de colectores, los tipos, número

y calidad constructiva de uniones y juntas, el número de pozos de inspección

y demás estructuras, y su calidad constructiva.

4.18. Aportes por infiltración en redes de sistemas de

recolección y evacuación de aguas residuales

Nivel de

complejidad

Infiltración alta (L

/ s× ha)

Infiltración

media

(L / s ×ha)

Infiltración

baja

(L / s ×ha)

Bajo y medio

0,15 - 0,4

0,1 - 0,3

0,05 - 0,2

Medio alto y alto

*

0,15 - 0,4

0,1 - 0,3

0,05 - 0,2

*

Puede ser definido por la empresa prestadora del servicio

QIF = A x K

Donde:

QIF = Caudal de infiltración en, l/seg

A = Es el área de drenaje en, Ha.

K = Es el valor que da el RAS-2000 en la tabla D.3.7 en, l/segHa

12

4.19. Cálculos diseño de las rejillas

Este es un pretratamiento que se realiza para remover los sólidos grandes

como plásticos, rocas, cadáveres de animales, entre oros.

Para que no entren a la planta de tratamiento.

4.20. Perdida de carga

H = ß (W/b)4/3 Sen α hv

Donde:

H = Es la perdida de carga en, m

ß = Es el factor forma de las barras

W = Ancho máximo de la sección transversal de la barra

b = Espaciamiento entre barras

hv = Altura de energia

Área del canal de aproximación

QD = v x A

Donde:

QD = Caudal de diseño en, m3/seg

v = Velocidad de aproximación a la rejilla en, m/seg

A = Área del canal en, m2

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4.21. Calculo del Desarenador

Es un pretratamiento para eliminar las arenas que vienen con el agua

residual ya que el sistema de alcantarillado es combinado.

Velocidad de sedimentación (vs)

Se halla utilizando la ley de Stokes.

Según Stokes:

vs = g (rs – r) d2

m 18

Donde:

vs = velocidad de sedimentación en, cm/seg.

g = Aceleración de la gravedad en, cm/seg2

rs = Peso especifico de las partículas ha sedimentar

r = Peso especifico del fluido

d = Diámetro de la partícula ha sedimentar

m = Viscosidad cinemática del fluido en cm2/seg

Tiempo de sedimentación (T)

Es el tiempo que toma la partícula en sedimentarse en el fondo del tanque,

suponiendo una profundidad útil de sedimentación igual a 2 metros, ya que

es la recomendada en la tabla E.4.7 del RAS-2000.

T = H_

Vs

14

Donde:

T = Tiempo de sedimentación en, seg

H = Profundidad útil de sedimentación en, cm.

vs = Velocidad de sedimentación en, cm/seg.

Periodo de retención hidráulica (θ)

Es el periodo que debe retener el agua para sedimentar la partícula de

diámetro deseado, se propone una remoción del setenta por ciento de las

partículas.

θ = 2.30 x T

Donde:

θ = El tiempo de retención en, seg

T = Tiempo de sedimentación de las partículas en, seg

2.30 = Es el numero de Hazen para un desarenador grado uno y una

eficiencia del 70%

Volumen del tanque (V)

V = QD x θ

Donde:

V = Volumen del tanque en, m3

QD = Caudal de diseño en, m3/seg

θ = Tiempo de retención en, seg

15

Área superficial del tanque AS

AS =V_

H

Donde:

As = Área superficial en, m2

V = Volumen del tanque en m3

H = La profundidad en, m

Dimensiones del tanque

Para una relación largo: ancho 5:1 tenemos.

B = √ (As / 5)

Donde:

B = es el ancho en, m

As = Es el área superficial del tanque en, m2

Calculo de los elementos del desarenador

Vertedero de salida

Q = 1.83 x B x H1.5

Donde:

Q = Es caudal de diseño en, m3/seg

1.83 = Es una constante adimensional

B = Es el ancho del desarenador en, m

Hv = Es la carga sobre la cresta del vertedero en, m

16

Calculo de los elementos del desarenador

Vertedero de salida

Q = 1.83 x B x H1.5

Donde:

Q = Es caudal de diseño en, m3/seg

1.83 = Es una constante adimensional

B = Es el ancho del desarenador en, m

Hv = Es la carga sobre la cresta del vertedero en, m

PANTALLA DE SALIDA

Profundidad en, m H/2

Distancia al

vertedero de

salida en, m

15xHv

PANTALLA DE ENTRADA

Profundidad en, m H/2

Distancia al

vertedero de

salida en, m

L/4

ALMACENAMIENTO DE

LODOS

Profundidad

Máxima en, m

Distancia Punto

de salida a la

cámara de

aquietamiento en,

m

L/3

17

Distancia punto de

salida al vertedero

de salida en, m

2L/3

Pendiente

transversal.

0.4/B

Pendiente

longitudinal en,

2L/3

Pendiente

longitudinal en,

L/3

CAMARA DE

AQUITAMIENTO

Profundidad en, m

H/3

Ancho en, m B/3

Largo adoptado Le

4.22. Canaleta Parshall

Es un elemento que permite medir el caudal que entra en el tanque

sedimentador.

Calculo de la medida de carga

QD = k Hn

Donde:

QD = Caudal de diseño en, m3/seg

k = Constante tomada de la tabla 5.2 referencia (1)

Ha = Medida de carga

n = Constante tomada de la tabla 5.2 referencia (1)

18

Calculo de nivel da la garganta

Para que halla una condición de descarga libre la sumergencía debe ser del

70%.

Hb = 0.7

Ha

4.23. Sedimentador primario

Es un tratamiento primario donde se espera remover el 30% de la DBO y del

nitrógeno total.

4.24. Velocidad terminal

Es la velocidad a la que las partículas van a decantarse al fondo del tanque,

esta velocidad se toma del titulo E.4.5.1.1 tanto para caudal medio como

para el caudal pico.

4.25. Área del sedimentador

QD = 0.09697 m3/seg x (86400seg/ 1día) = 8378.2 m3/día

A 1 = QD / vt

A2 = (QD x 2) / vt

Donde:

QD = Caudal de diseño en m3/día

vt = Velocidad terminal

2 = Relación entre la velocidad terminal pico y la velocidad terminal media.

19

A = Área del sedimentador.

4.26. Lodos activados

Es un proceso de tratamiento de las aguas residuales donde se busca

degradar la materia orgánica de un desecho en presencia de un cultivo de

microorganismos adaptados al sustrato. De ahí viene el nombre dado a la

biomasa presente en el licor mixto.

El tratamiento de lodos activados es del tipo de mezcla completa que es un

proceso que representa un esfuerzo por duplicar el régimen hidráulico de un

reactor que esta siendo totalmente agitado.

Para determinar su diseño se utilizan unos parámetros los cuales se darán a

continuación:

4.27. Remoción

Aquí se determina la cantidad de DBO que será removida durante el proceso

y para esto se utilizara:

Los resultados de los análisis de aguas para determinar la concentración de

la DBO5 en el afluente y la cantidad que será removida en el proceso y de

esta misma forma la eficiencia del proceso.

4.28. Volumen del tanque

Este volumen corresponde al tanque de aireación, y se determina así:

V = Y x (So – S) x θc x QD

20

1+ (Kd x θc) X

Donde:

V = Volumen del tanque en, m3

Y, Kd = Constantes biocineticas

So-S = Masa de DBO Removida

QD = Caudal de diseño en, m3/día

Θc = Tiempo medio de retención celular basado en el volumen del tanque

4.29. Tiempo de retención θ

Este es el periodo que debe durar el agua dentro del aireador para

suministrar el oxigeno necesario a los microorganismos y obtener un

crecimiento.

θ = V x 24

QD

Donde:

θ = Tiempo de retención en, horas

V = Volumen del tanque en, m3

QD = Caudal de diseño en, m3/día

4.30. Recirculación de lodos

Es la cantidad de lodo que se recircula al tanque de aireación para que halla

un buen alimento para los microorganismos.

21

La concentración de lodos en la línea de recirculación se considera igual al

1%.

4.31. Caudal de lodos recirculados

QLR = R x QD

Donde:

QLR = Caudal de lodos recirculado en, m3/día

R = Parámetro de diseño tomado de la tabla 8.1 de la referencia (3)

QD = Caudal de diseño en, m3/día

4.32. Cantidad de lodos en exceso

La purga de los sólidos en exceso se realizara desde el fondo del tanque del

sedimentador primario.

QW = V x X

θc x Xr

Donde:

QW = Caudal de lodos en exceso en m3/día

V = Volumen del tanque en, m3

X = Concentración de SSV en licor mezclado en, mg/l

Xr = Parámetro de diseño tomado de la tabla 8.1 referencia (3)

Generación de sólidos (Pt)

22

Pt = QD x Y x (So-S)

1+ (Kd x θc)

Donde:

Pt = Generación de sólidos en kg/día

Kd, θc, Y = Constantes biocineticas

(So-S) = Masa de DBO removida en kg/día

QD = Caudal de diseño en, m3/día

4.33. Necesidades de oxigeno

Para demanda carbonácea:

(O2) kg/día = DBO removida – DBO De los sólidos purgados.

Para nitrificación, según Arceivala.

(O2) kg/día = 4.33 x NTK oxidado