PARAMETROS DE DISEÑO DE LA PLANTA - … Tecnico-Legal/SECCION 6.2... · La planta de tratamiento está compuesta por las siguientes unidades: un foso con rejas de 100mm de espaciado,

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SAN ANTONIO DE ARECO - MUNICIPIO - Web: www.areco.gob.ar Lavalle 363 – S.A de Areco Tel: 02326-457028 - Email: [email protected] Pág. 1

FECHA: Septiembre 2017

DOC. Nº: PD-24 (B-012-01-IN-M-L-1946-R01)

Obra: Planta de Tratamiento de Efluentes Cloacales

Ciudad: San Antonio de Areco

MEMORIA DE CÁLCULO DEL PROYECTO

Se adoptó un proceso de depuración de los efluentes mediante lodos activados. En

este, los lodos son estabilizados a partir de su mezcla con una corriente de aire, en una etapa

de aireación extendida. Los lodos producidos son luego espesados y deshidratados en dos

decanter.

PARAMETROS DE DISEÑO DE LA PLANTA

Para el diseño de la planta se tuvo en cuenta la población futura estimada y el tamaño

del terreno disponible. Respecto de esto, la población futura estimada que aportará a la planta

es de 40000 habitantes equivalentes por lo que la planta fue diseñada considerando el aporte

de los mismos. Los siguientes datos fueron utilizados para el diseño global de cada una de las

etapas del proceso.

Datos para el cálculo:

- Población = 40000 hab-eq.

- Dotación = 0,290 m3/hab/d

- Caudal Cloacal (Qc) = 483,33 m3/h

- Infiltracion = 24%

- Caudal medio (Qm) = 599,33 m3/h

- Factor de pico tiempo seco = 1,72

- Caudal pico tiempo seco (Qpts) = 945,28 m3/h

- Aporte de DBO = 60g/hab/d

- Aporte de DQO = 90g/hab/d

- Aporte de MES = 60g/hab/d

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mailto:[email protected]

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- Aporte de NTK = 10g/hab/d

Estos parámetros para el diseño de las etapas de tratamiento son valores recomendados para

este tipo de efluente (tomados de Metcalf & Eddy, 19951). En cuanto a las cargas de DBO,

DQO, MES, NTK, se tomaron los valores recomendados por personal del ENOHSa en las

reuniones. Con estos valores, las cámaras de aireación disminuyeron su volumen respecto a la

revisión original de este documento.

Con respecto al vuelco del efluente tratado, esta operación se hará a través de un conducto al

río Areco. Por ello, los parámetros de vuelco considerados para el diseño son aquellos

reglamentados en la resolución 336/03 de la ADA.

Componentes de la planta de tratamiento

La planta de tratamiento está compuesta por las siguientes unidades: un foso con rejas de

100mm de espaciado, seguidas de una cámara de rejas finas y bombeo, cámaras de aireación

extendida (reactor biológico aeróbico), una cámara de reparto y distribución del efluente,

clarificadores (sedimentadores secundarios) y una cámara de contacto para la desinfección

final con hipoclorito de sodio. Con respecto a los lodos, estos son espesados y almacenados

para su posterior deshidratación en equipos decanter. Para ello, la planta cuenta con una

cámara de lodos que colecta los lodos provenientes de los clarificadores y los envía al

espesador. Una vez espesados, se bombean al almacenador y de allí a los decanter para su

deshidratación.

Forman parte del proyecto el diseño la obra de descarga del efluente, las dependencias para el

alojamiento de los equipos dosificadores de la solución de hipoclorito de sodio y de polímero

para la deshidratación, la dependencia para alojar los soplantes de aire para las cámaras de

aireación, las cañerías, accesorios y bombas necesarias y un laboratorio para análisis de rutina.

Además, se ha tenido en cuenta la alimentación de energía eléctrica a planta, sistema de

canalizaciones para la conducción de los desagües, caminos internos, iluminación exterior y

otros.

1 Metcalf & Eddy. Ingeniería de aguas residuales: Tratamiento, vertido y reutilización. 1995.



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Diseño de Equipos:

1.- Cámara de Ingreso:

Caudal pico tiempo seco = 945,28 m3/h

Factor de Seguridad = 35%

Caudal de Diseño = 1276 m3/h

Tiempo de Retención = 30s

Volumen Cámara de Ingreso = 10,64m3

Altura = 3m

Ancho Cámara de Ingreso = 2m

Largo de Cámara de Ingreso = 2m

Cota de ingreso (invertido de cañería) = + 15,9 m

Diámetro de caño de afluente: 400mm (existente) y 600mm (nuevo). Sumado a esto se

diseñó una entrada bridada de 600mm por si se requiere instalar otro caño más en el

futuro.

Para poder aislar la planta de la red cloacal, se dispondrá de una compuerta en el caño de

salida de la cámara. Por esta razón, la cámara de ingreso debe contener una derivación de

emergencia de planta, que operará en forma automática de acuerdo al caudal de afluente.

De los caños de afluente, uno proviene de la red unitaria existente y otro de la que está

siendo construida al momento del presente diseño. Por último, la cámara posee una

conexión más disponible, con una brida ciega y una compuerta. Esto es para no parar la

planta en el momento de realizar el empalme nuevo.

2.- Foso de Gruesos


Factor de Seguridad = 35%



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Caudal de Diseño = 1276 m3/h

Tiempo de Retención = 2min

Volumen Foso de Gruesos = 42,5m3

Altura = 6m

Radio = 1,5m

Capacidad de la Cuchara Bivalva = 1m3

3.- Rejas Gruesas – Limpieza Manual

Emplearemos una unidad de rejas gruesas. Adoptamos un valor máximo de atascamiento de

0,30 m.

Se realiza el cálculo de la pérdida de carga de la reja, a agua limpia, a los efectos de verificar

que la pérdida de carga en esa situación sea menor a los 0,30 m considerados como

atascamiento.

Las dimensiones de la reja serán:

Ancho: ba = 1,2 m

Inclinación: 90º

Adoptamos 11 barras (10 espacios) de 3/8” x 3”, con lo que el ancho neto de pasaje será:

bp = ba - (11 * 0,0127) = 1,09 m

La separación de las barras será, entonces:

sb = bp / 11 = 0,1 m

Caudales de diseño:

Los caudales de diseño son:

QC = 483,33m3/h = 0,134 m3/s

Qm = 599,33m3/h = 0,166 m3/s

Qpts = 945,28m3/h = 0,263 m3/s



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Cálculo:

Altura de aproximación:

Según parámetros de diseño, la velocidad de aproximación (Ua) deberá ser superior a

0,40m/s para QC y la velocidad media de pasaje Up, a través de los barrotes, no será superior a

1,2m/s para el Qpts. Iniciamos el cálculo adoptando una altura de aproximación:

ha = 0,25 m:

Verificación de la velocidad de pasaje:

Ua = Qc / (ba * ha) = 0,45 m/s (verifica)

Up = Qpts / (bp * ha) = 0,96 m/s (verifica)

Pérdida de carga para reja limpia:

La pérdida de carga (h) se calcula conforme a lo señalado en la norma de ENOHSA:

h = 1/0,7 . (Up2 - Ua

2)/ 2 . g = 0,052 m

Tirante a la salida de la reja gruesa:

hs = ha - Jrl = 0,198 m

Velocidad a la salida de la reja gruesa:

Us = Qpts / (ba * hs) = 1,11 m/s

4.- Rejas Finas – Limpieza Automática

Emplearemos una unidad de rejas finas que consta de tres canales, aunque para el cálculo,

consideraremos solamente dos, ya que el tercero opera como un canal de reserva. Adoptamos

un valor máximo de atascamiento de 0,30 m.

A los efectos de eludir los problemas que originaría un atascamiento excesivo, se dispondrá de

un by pass de las rejas finas, que consta de dotar al canal de reserva de ataguías hasta altura

determinada. De esta forma, si se produce un atascamiento y crece el nivel de agua en la

unidad, se vierte por sobre el nivel de las ataguías y continúa el tratamiento.



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Se realizará el cálculo de pérdida de carga a los efectos de verificar que la misma sea menor a

los 0,30 m considerados como atascamiento.

Las dimensiones de la reja serán:

Ancho: ba = 1m

Inclinación: 90°

Adoptamos 25 barras (34 espacios) de 3/8” x 3”, con lo que el ancho neto de pasaje será:

bp = ba - (25 * 0,01) = 0,75 m

La separación de las barras será, entonces:

sb = bp / 33 = 0,03 m

Caudales de diseño:

Los caudales de diseño son:

QC = 483,33m3/h = 0,134 m3/s

Qm = 599,33m3/h = 0,166 m3/s

Qpts = 945,28m3/h = 0,263 m3/s

Cálculo:

Altura de aproximación:

Según parámetros de diseño, la velocidad de aproximación deberá ser superior a 0,40

m/s para QC y la velocidad media de pasaje Up, a través de los barrotes, no será superior a

1,2 m/s para el Qpts. Iniciamos el cálculo adoptando una altura de aproximación:

ha = 0,33 m

Verificación de la velocidad de pasaje:

Ua = Qc / (ba * ha) = 0,40 m/s (verifica)

Up = Qpts / (bp * ha) = 1,19 m/s (verifica)

Pérdida de carga para reja limpia:

La pérdida de carga se calcula conforme a lo señalado en la norma de ENOHSA:



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Jrl = 1,43 (Up2 - Ua

2)/ 2 g = 0,064 m

Tirante a la salida de la reja fina:

hs = ha - Jrl = 0,266 m

Velocidad a la salida de la reja fina:

Us = Qpts / (ba * hs) = 0,99 m/s

5.- Cámara de Bombeo

El caudal máximo horario que ingresará a la estación de bombeo, luego de haber pasado por

las rejas, al final del período de diseño es:

Qpts = 1276 m3/h

A este caudal se lo multiplica por un factor del 10% con el objetivo de tener en cuenta el

caudal de fluido proveniente de los drenajes que se recirculan al foso de gruesos. Por esto, el

caudal a impulsar por los equipos de bombeo es:

Qb = 1276 m3/h . 1,1 = 1403,6 m3/h

Para bombear este caudal se colocarán tres electrobombas centrífugas, dos en funcionamiento

y la otra de reserva.

Ahora bien, para determinar el volumen de la cámara de aspiración aplicaremos el criterio

señalado en las Normas del ENOHSa. En el mismo se señala que:

Qb1 = Qb2 = Qb/2, de donde tendremos que:

Qb1 = Qb2 = 1403,6 m3/h/2 = 701,8 m3/h

Con estos valores, considerando que las bombas deben arrancar hasta cuatro veces por hora y

aplicando las expresiones planteadas en las Normas antes mencionadas tenemos que:

V1 = (0,25 . 1403,6)/(4 . 2) = 43,86 m3

V2 = 0,40 . V1 = 17,55 m3

El volumen mínimo de la cámara de bombeo es:



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VT = 61,41 m3

Cañería de impulsión:

Determinación del diámetro

El caudal que impulsarán las electrobombas vale:

Qb = 1403,6 m3/h = 0,39 m3/s

Si adoptamos una velocidad V = 1,5 m/s, el diámetro resultante es

D = (4 . 0,26 / π)˄1/2 = 0,58 m

Por lo que se adopta una cañería de 0,6m de diámetro.

Cálculo de la altura manométrica

La altura manométrica está conformada por la suma de la altura geométrica más la altura por

pérdidas de carga debido a la fricción y las singularidades. Por ello a continuación se describe

cada uno de los sumandos mencionados:

b1) altura geométrica (Hg): esta es la que resulta de la diferencia existente entre la cota tomada

al nivel de la succión de las bombas en la cámara de aspiración y la cota del nivel superior de la

cañería de impulsión:

Hg = 20,7 m

b2) pérdidas de carga en la cañería: las pérdidas de carga en la cañería de impulsión están

dadas por las de fricción y las debidas a singularidades. Las pérdidas de carga por

singularidades las determinaremos por medio del método correspondiente a las longitudes

equivalentes, las cuales resultan.

Ampliación Gradual 250 x 300 mm: K = 1

Cañería (D = 300 mm): L/D = 13/0,3; f = 0,015

Curva a 90° (D = 300 mm): K = 0,243

Cañería (D = 300 mm): L/D = 2/0,3; f = 0,015



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Válvula de retención (D = 300 mm): K = 2

Válvula esclusa (D = 300mm): Longitud equivalente L = 2,07 m

Curva a 45° (D = 300mm): k = 0,15

Cañería (D = 300 mm): L/D = 5/0,3; f = 0,015

4 Curva a 90° (D = 600 mm): K = 0,21

Válvula esclusa (D = 600mm): Longitud equivalente L = 2,07 m


Válvula doble brida (D = 600 mm): L/D = 40; f = 0,015

Expansión: K = 1

----------------------

Longitud equivalente total = 8,33 m

b3) altura manométrica:

Hm = 20,7 + 8,33 = 29,03 m

En Resumen:

Cantidad de bombas = 2 + 1

Tipo de bomba = centrífuga en cámara húmeda

Modelo Bomba = Flygt N 3301

Caudal de bombeo (cada bomba) = 702m3/h – Altura 29,03 mca

Altura máxima de operación = 4m

Altura mínima de operación = 1m (para mantener las bombas de elevación sumergidas)

Altura de la cámara = 14m



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Ancho de la cámara = 8m

Largo de la Cámara = 6,5m

Bomba Nº1: Operativa

Bomba Nº2: Operativa

Bomba Nº3: Stand by

Operación de la cámara de bombeo: Al llegar a los 3m de altura se prende una bomba (1)

de elevación, variando su velocidad en función de la cantidad de líquido que ingrese. De

seguir aumentando el caudal, al llegar a los 4m se enciende la segunda bomba (2) de

elevación variando su velocidad de acuerdo al caudal alimentado. Para lograr esta

operación, las dos bombas se encuentran dotadas con variadores de velocidad.

Cuando la altura de líquido alcanza nuevamente los 4m, se apaga la bomba (2). Por último,

la bomba (1) se apaga cuando el nivel de la cámara alcanza 1 m de altura.

6.- Desarenador - Desengrasador

Dimensiones del equipo


Factor de seguridad = 35%

Caudal de diseño x canal = 1276 m3/h

Tiempo de Retención = 7 minutos

Volumen del sistema desarenador - desengrasador = 300 m3

Adoptaremos una unidad con dos canales en funcionamiento, cada uno de ellos capaz de

procesar el caudal pico. De esta forma, si se deben realizar tareas de limpieza y/o

mantenimiento, no hay necesidad de parar la operación de la planta.

Las unidades serán de canal rectangular, regulados por un vertedero, que se empleará,

además, como aforador de entrada a la planta de tratamiento.

Volumen de cada canal = 150 m3



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Cada canal del desarenador - desengrasador es capaz de procesar el caudal pico tiempo

seco, de manera que se puede sacar de circulación alguno de los dos para mantenimiento

y seguir operando la planta dentro de los parámetros de vuelco.

De acuerdo a los parámetros de diseño estipulados en Metcalf & Eddy2, se adopta para el

diseño una altura:

H = 3,4m

La relación ancho (b) – profundidad (H) del canal debe encontrarse entre 1:1 y 1:5, siendo

un valor bajo lo más recomendable. Entonces:

b = 4,3 m

La relación longitud (L) – ancho (b) del canal debe encontrarse entre 3:1 y 5:1, por lo que:

L = 14m

De acuerdo a esto, el volumen de cada canal (VC) es:

VC = 205 m3

Material depositado

De acuerdo a los parámetros de diseño antes mencionados, la cantidad de arena depositada es

de 15m3/106m3 efluente. Considerando el caudal de diseño se tiene un volumen de arena total

de:

Va = 1276 m3/h . 1,5 . 10-5 m3/m3 = 0,019 m3/h . 24h/1d = 0,46 m3/d

Si se considera una densidad estimada de arena de 2,65 kg/l, el caudal de arena diario en base

másica es:

Ma = 0,46 m3/d . 2650 kg/m3 = 1217 kg/d

Si se extrae arena a una concentración de 10 g/l hacia el hidrociclón, el caudal a procesar será

de:

Qa = 1217 kg/d . 1 m3/10 kg = 121,7 m3/d

Como las bombas de extracción de arena se diseñaron para trabajar en tres ciclos por hora

(funcionan 5 minutos, descansan 15 minutos), el caudal que deben bombear será:

Qb = 121,7 m3/d . 1d/24h . 60min/15min = 20,3 m3/h

2 Ingeniería de aguas residuales: Tratamiento, Vertido y Reutilización. Mc Graw Hill, 3ra edición, 1995.



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Cálculo del vertedero:

Se empleará un vertedero tipo rectangular (ver Figura 1). El caudal de diseño corresponde al

caudal pico tiempo seco con un factor de seguridad del 35%:

Qpts = 1276 m3/h

Figura 1: Vertedero rectangular

El cálculo de la altura por sobre el vertedero se realizó según la siguiente ecuación, en

la cual g corresponde a la aceleración de la gravedad, b y H son el ancho y la altura del

canal respectivamente:

𝑄𝑃𝑇𝑆 = (0,405 +0,027

ℎ) . [1 + 0,55. (

ℎ

ℎ + 𝐻)

2

] . 𝑏. ℎ√2. 𝑔. ℎ



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La altura por sobre el vertedero (h) resulta:

h = 0,124 m

Caudal de aire necesario:

Se planteó utilizar 30 difusores de membrana gruesa en cada canal del desarenador, en

base a la densidad de difusores recomendada. El caudal de diseño de cada difusor de

membrana es de 10Nm3/h.

N° de difusores = Qaire / Qdiseño por difusor

Qaire = 60 difusores . 10Nm3/h = 600Nm3 O2/h

Si se tiene en cuenta que se requieren además 8312Nm3/h para la cámara de aireación

extendida, eso hace un total de 8912Nm3/h. Por lo que se recomienda la utilización de un

sistema de 2 + 1 soplantes para cubrir la demanda total de aire. Los soplantes deben ser tipo

Repicky R5.

En resumen:

Cantidad de canales: 2

Largo de cada desarenador 14 m

Ancho de cada canal: 4,3 m

Altura: 3,4 m

Tirante para Qpts: 0,124 m

NOTA: Las unidades de pretratamiento del efluente se diseñaron con un factor de

seguridad del 35% respecto del caudal pico debido a la existencia de la derivación de

emergencia de planta en el desarenador. De esta forma, en caso de que a la planta llegue

un caudal mayor al que la misma puede tratar por completo (situación de emergencia), se

podrá realizar un tratamiento adecuado a una fracción del mismo (máxima capacidad de

planta) y, además, se pretratará el excedente y se lo conducirá al cuerpo receptor por

medio de la derivación antes mencionada.



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7.- Tratamiento biológico aeróbico

El caudal que se empleará para el diseño de las cámaras de aireación es el caudal medio, esto

de acuerdo a la normas de ENOHSa. La etapa de tratamiento biológico se realizará en dos

cámaras idénticas. El caudal a tratar en las mismas es:

Qm = 600 m3/h

Debido a que la etapa de tratamiento biológico se divide en dos cámaras, el caudal que

ingresará a cada una de ellas será:

Qmc = 300 m3/h

La carga orgánica diaria que ingresará a las cámaras será:

La= 167 gDBO5/m3 . 600 m3/h . 24h/1d . 1kg/1000g = 2404,8 kg DBO5/d

Volumen de las cámaras de aireación extendida

Para el cálculo se considera que la carga másica es de:

Cm = 0,066 kg DBO5/d/kg SSLM

Además, la concentración de SSLM es de:

X = 4 kg SSLM/m3

Por lo que la carga volumétrica será de:

CV = Cm . X = 0,264 kg DBO5/d/m3

Entonces, el volumen de las cámaras de aireación es de:

V = La/CV = 2404,8 kg DBO5/d /0,264 kg DBO5/d/m3 = 9109,1 m3

Se adopta un tirante h = 6 m y un largo de cada cámara de 80 m (limitado por las dimensiones

del terreno), por lo que el ancho de cada cámara será de 10 m.

Potencia de los equipos a instalar

Cantidad de oxígeno necesaria



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Oxígeno necesario para síntesis

DO1 = a' . E1 . La = 0,7 . 0,97 . 2404,8 = 1632,86 Kg O2 / d

a' = 0,7 Kg O2 d/Kg DBO5 d (adoptado)

E1 = 0,97 (eficiencia en remoción)

La = 2404,8 Kg DBO5/d

Oxígeno requerido para respiración endógena

DO2 = b’ . X . V = 0,07 . 4 . 9109,1 = 2550,55 Kg O2 / d

b' = 0,07 Kg O2/Kg SSLM d (adoptado)

X = 4 Kg SSLM / m3

V = 9109,1 m3

Oxígeno requerido para nitrificación

DO3 = c' . Nk . Pob . E2 = 4,5 . 0,010 . 40000 . 0,90 = 1620 Kg O2/d

c' = 4,5 Kg O2/Kg Nk

Nk = 10 gN/d/hab (aporte de N2 nitrificable por persona)

Población = 40000 (habitantes para atender con un módulo)

E2 = 0,90 (rendimiento de la nitrificación)

Por lo tanto la demanda total de oxígeno, incrementándola un 25 % para atender las

variaciones que pudieran ocurrir:

DOmedia = 1,25 (1632,86 + 2550,55 + 1620) = 5803,41 Kg O2/d = 241,81 Kg O2/h

Tomando el dato suministrado por el fabricante, CO = 1,15 Kg O2/Kwh, tenemos que la

potencia necesaria a instalar es de:

P = DOmedia/CO = 382,1/1,15 = 210,27 Kwh



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8.- Cámara de reparto y distribución antes de clarificadores

Se diseñó teniendo en cuenta un tiempo de permanencia de 5 minutos

Caudal = 1320 m3/h

Volumen de la cámara = 106 m3

Altura de la cámara = 3,5 m

Radio de la cámara = 3 m

9.- Clarificadores

Teniendo presente que se construirán cuatro clarificadores, por cada uno de ellos pasará un

cuarto del total de caudal de diseño. El área superficial de cada uno se calcula en función de la

carga de sólidos y la carga hidráulica, adoptando el mayor valor resultante.

Los caudales a tener en cuenta son:

Qc = Qc + QR = 483,33 m3/h + 483,33 m3/h . 1,2 = 1063,33 m3/h

Qm = Qm + QR= 600 m3/h + 600 m3/h . 1,2 = 1320 m3/h

Recordando que son cuatro los clarificadores, el diseño de cada uno responderá a lo siguiente:

a) Para el caudal medio (Qc)

A1 = (Qmc/4) . X / Css med = (1063,33/4) . 3/5 = 159,5 m2

X = 3 Kg SSLM/m3

Css med = 5 Kg SS/h.m2 (carga másica media)

b) Para el caudal medio (Qm):

A2 = Qm/4 . X / Css max = (1320/4) . 3/7,5 = 132 m2

Css max = 7,5 Kg SS/h.m2 (carga másica máxima)



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Tomando la premisa establecida al inicio de este cálculo, la superficie que tendrá cada uno de

los sedimentadores vale A = 159,5 m2. Adoptamos sedimentadores secundarios con limpieza

mecánica, el diámetro resulta:

D = (4 . 188,6 / Π)^ (1/2) = 14,25 m Adoptamos D = 15m

Luego, el perímetro del vertedero de salida vale:

Pvs = 15 m . Π = 47,12 m

La carga hidráulica unitaria máxima sobre el vertedero de salida, para el caudal medio, es igual

a:

qv = (600 m3/h/4) . (24h/1 d) / 47,12 m = 76,40 m3/d . m < 290 m3/d · m (satisface)

En tanto la carga hidráulica superficial del sedimentador, para el caudal señalado

precedentemente, es:

CHs = (600 m3/h/4) . (24 h/1 d) / 176,7 m2 = 20,37 m3/m2 . d < 30 m3/m2 d (satisface)

Siguiendo las Normas del ENOHSa fijamos una profundidad, a la altura de la pared perimetral,

de 3,6 m con lo que el volumen del sedimentador es de:

V = 176,7 m2 . 3,6 m = 636,2 m3

Permanencia mín. = 636,2 m3 / (600 m3/h/4) = 4,24 horas > 1,50 horas (satisface)

Se debe tener en cuenta aquí que, como la recirculación en el proyecto está prevista que sea

del 120%, el caudal que llega a cada clarificador es de 330 m3/h. Esto hace que el tiempo de

permanencia real en cada equipo sea de 1,93h > 1,5 h (satisface).

La salida del líquido, luego del proceso de sedimentación, se realizará por desborde por sobre

una serie de vertederos perimetrales triangulares. Ahora como cada vertedero es triangular

poseerá las siguientes características:



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Ángulo al centro del vertedero θ = 90º

Longitud superior de cada vertedero b = 110 mm

Separación superior entre vertederos s = 98 mm

Caudal de diseño total Q = 0,042 m3/s

Para poder calcular el caudal de diseño q de cada vertedero, se debe determinar primero su

número; cuestión que se realiza de la siguiente forma:

Perímetro P = π. D = 3,14 . 13,28 m = 41,72 m

Nº de vertederos Nv = P/ (b + s) = 41,72 m/ (0,11 + 0,098) m = 200 vertederos

Caudal para cada vertedero Qv = Q/Nv = 0,042 m3/s / 200 = 0,00021 m3/s

Se utilizará, para el cálculo de la carga sobre la cresta de cada vertedero, la ecuación de

Barnes.

Qv = 1,337. H2,48

Despejando y reemplazando valores obtenemos:

H = 0,029 m

La descarga de los vertederos será receptada por un canal perimetral con pendiente hacia la

salida del sedimentador. Debido a la forma de anular del mismo, conviene dividirlo en dos

canaletas de forma semicircular, de manera tal que el punto más elevado del fondo sea común

a ambas. Esto determina que el caudal de cálculo de las mismas se la mitad del gasto saliente

del sedimentador.



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Canaleta Perimetral

Punto más elevado de la canaleta

Salida del flujo

Cada canaleta presenta las siguientes características:

Perímetro en el centro de la canaleta P = π . D = 3,14 . 14,3 m = 44,9 m

Longitud L = P/2 = 22,46 m

Caudal para cada canaleta q = Q/2 = 0,042 m3/s / 2= 0,021 m3/s

Ancho de canaleta b = 0,7 m

Pendiente proyectada Sf = 0,005 m/m

Con base en la pendiente dada se calcula el tirante máximo en la canaleta, el que se produce a

la salida de la misma.

Se aplicará la ecuación Manning para canales:

q = (1/n).A. R2/3 . Sf1/2

Sabiendo que:

Coeficiente de fricción de Manning n = 0,013 (Hº liso)

Área de la sección normal al flujo A = 0,7 . y

Radio hidráulico R = A / (0,7 +2 . y)



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Iterando, se obtiene el tirante del líquido a la salida:

y = 0,046 m

La velocidad del flujo a la salida es:

v = Q / (b . y) = 0,021 / (0,7 . 0,046) = 0,65 m/s

Luego, el desnivel proyectado es:

ΔH = Sf . L = 0,005 . 22,46 = 0,11 m

En resumen:

Volumen de clarificación = 2544,8 m3

Cantidad de clarificadores = 4

Volumen de cada clarificador = 636,2 m3

Altura de cada unidad = 3,6m

Radio de cada clarificador = 7,5 m

Superficie de cada clarificador = 176,7 m2

Clarificador de tipo diametral

10.- Cámara de contacto (Laberinto de desinfección)

De acuerdo a las Normas del E.N.O.H.Sa, el tiempo de residencia mínimo en la cámara de

contacto es de 15 minutos y el caudal, para determinar su volumen Qpts.

Vcc = 0,25 h . 1276 m3/h = 319 m3

Por lo tanto si tomamos una altura del líquido H = 1,9 m, la superficie de la cámara será:

S = 319 / 1,9 = 167,9 m2

Adoptamos un ancho de canal A = 1,90 m, por lo tanto el largo del mismo vale

L = 167,9 m2 1,90 m = 88,37 m



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La relación L/A = 88,37 m 1,90 m = 46,5 > 40 (satisface)

Con estos valores tenemos que la velocidad de circulación del líquido en el interior de la

cámara de contacto es:

Veloc. = 0,35 m3/s (1,90 x 1,90) = 0,098 m/s > 0,075 m/s (satisface)

Para realizar la desinfección se inyectará hipoclorito de sodio al 8 % en la cañería de ingreso a

la cámara de cloración, inmediatamente antes del resalto del aforador de caudal, y en una

cantidad de 6 mg/l de cloro activo.

Ahora bien, para para determinar la capacidad de almacenamiento que deberá poseer la sala

de cloración tendremos en cuenta el Qpts que circulará en ese momento, el consumo de

hipoclorito tendrá un valor de:

𝐶𝑚𝑎𝑥 =

6 𝑚𝑔𝑙

. 1276000 𝑙/ℎ

100000 𝑚𝑔/𝑙=

76,56 𝑙

ℎ=

1837,44 𝑙

𝑑

Para tener un almacenamiento de al menos 14 días corridos, el volumen será de:

𝑉𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐 =1837,44 𝑙

𝑑. 14 𝑑 = 25724 𝑙 = 25,7 𝑚3

Luego en la sala de cloración se colocarán dos tanques 30 m3 cada uno.

Se instalarán dos bombas dosificadoras de cloro, una en funcionamiento y otra en reserva.

Para la selección de estas, se tiene en cuenta los caudales mínimos y máximos (76,56 l/h) a

tratar. Por lo tanto tendremos:

𝐶𝑚𝑖𝑛 =

6 𝑚𝑔𝑙

. 483333 𝑙/ℎ

100000 𝑚𝑔/𝑙=

29 𝑙

ℎ=

696 𝑙

𝑑

El rango de dosaje de los equipos a instalar estará comprendido entre 20 y 80 l/h, con lo cual

se cubrirán las necesidades para los caudales mínimos, medios y máximos.

11.- Cámara de lodos



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El caudal a extraer ha sido determinado cuando se calcularon los concentradores de barro, o

sea

q = 720,50 m3/día = 0,0084 m3/s

A los fines de seleccionar el equipo de bombeo diremos que se van a instalar tres

electrobombas, dos en funcionamiento y otra de reserva. Estos equipos de bombeo que

instalaremos deberán extraer el caudal correspondiente a necesario para efectuar la

recirculación de lodos al tratamiento aeróbico y la purga de los mismos. Resulta conveniente

aclarar que, si bien los equipos de bombeo podrán extraer un caudal mayor al necesario, esto

no es un inconveniente ya que durante las tareas de operación se pueden regular los horarios

de parada y arranque de tal manera que al final del día el caudal extraído sea correctamente el

necesario. Es más, esta operación se deberá ir ajustando durante las distintas épocas del año.

Se diseñó la cámara teniendo en cuenta un tiempo de permanencia de 10 minutos

Caudal máximo de ingreso a cámara = 972 m3/h

Volumen de la cámara = 151,2 m3

Altura de la cámara = 6 m

Ancho de la cámara = 3,6 m

Largo de la cámara = 7 m

Cañería de impulsión:

Determinación del diámetro

El caudal que impulsarán las electrobombas vale:

Qb = 600 m3/h * 1.2 (120% de recirculación) = 720 m3/h = 0,2 m3/s

Si adoptamos una velocidad V = 1,5 m/s, el diámetro resultante es

D = (4 . 0,13 / π)˄1/2 = 0,41 m

Por lo que se adopta una cañería de 0,5m de diámetro.



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Cálculo de la altura manométrica

La altura manométrica está conformada por la suma de la altura geométrica más la altura por

pérdidas de carga debido a la fricción y las singularidades. Por ello a continuación se describe

cada uno de los sumandos mencionados:

b1) altura geométrica (Hg): esta es la que resulta de la diferencia existente entre la cota tomada

al nivel de la succión de las bombas en la cámara de aspiración y la cota del nivel superior de la

cañería de impulsión:

Hg = 10 m

b2) pérdidas de carga en la cañería: las pérdidas de carga en la cañería de impulsión están

dadas por las de fricción y las debidas a singularidades. Las pérdidas de carga por

singularidades las determinaremos por medio del método correspondiente a las longitudes

equivalentes:.


Cañería (D = 300mm): L/D = 3/0,3; f = 0,016

Curva a 90° (D = 300 m): K = 0,243

Cañería (D = 300mm): L/D = 2/0,3; f = 0,016

Válvula de retención (D = 300 mm): K = 2

Válvula esclusa (D = 300): Longitud equivalente L = 2,07m

Curva 45° (D = 300mm): K = 0,15

Cañería (D = 500mm): L/D = 120/0,5; f = 0,0155

Válvula esclusa (D = 500) = Longitud equivalente L = 3,45m

Curva 90° (D = 500mm): K = 0,21 (13 unidades)

Válvula cuchilla (D = 500) * 2 unidades: Longitud equivalente L = 0,72m

Expansión: K = 1



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Longitud equivalente total = 7,02 m

b3) altura manométrica:

Hm = 10 + 7,02 = 17,02 m

En Resumen:

Cantidad de bombas = 2 + 1

Tipo de bomba = centrífuga en cámara húmeda

Modelo Bomba = Flygt N 3171

Caudal de bombeo (cada bomba) = 360m3/h – Altura 17 mca.

12.- Espesador de lodos

Previo a la deshidratación, los lodos extraídos de los sedimentadores secundarios serán

concentrados para facilitar su manejo y reducir de tamaño las unidades posteriores.

El espesado será por gravedad, profundo y apto para lodos en exceso en sistemas de aireación

prolongada.

Consideraremos dos concentradores iguales. Para su diseño aplicaremos las expresiones

señaladas en las Normas del ENOHSa. Luego tendremos:

Aesp = Qs / Css (área de cada concentrador)

Qs = V.X/EL (masa de sólidos suspendidos que ingresa diariamente al concentrador)

V = volumen proporcional de la cámara de aireación (m3)

X = 4 Kg SSLM/m3

EL = 21 (edad del lodo)

Remplazando valores tenemos:



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Qs = 7500 . 4 / 21 = 1428,57 Kg SS/d

Css = 40 Kg SS/d.m2 (valor medio de carga superficial másica)

Aesp = 1457,14 / 40 = 35,71 m2

El volumen lo determinaremos mediante:

Vesp = ( Ef . V . X . t)/(EL . XE)

Donde:

Ef = 0,90 (eficiencia)

t = 5 días (con este valor satisfacemos el necesario para cuando los caudales puedan resultar

menores, ya que el mismo puede estar comprendido entre 5 y 10 días)

XE = 40 Kg SS/m3 (concentración media de sólidos suspendidos totales en el concentrador)

Remplazando tenemos:

Vesp = (0,90 . 7500 . 4 . 5)/(21 • 40) = 160,7 m3

Con estos valores las dimensiones de cada uno de los dos concentradores resultan:

D = (35,71 . 4 / Π)^1/2 = 6,74 m

H = 180,13 ÷ 30,02 = 4,5 m (a esta altura se le adiciona 0,75 m por seguridad)

13.- Almacenador de lodos

El almacenador de lodos consta de un tanque de sección circular cuyo diseño se realizó

teniendo en cuenta que trabaja 5 días por semana. Este equipo se encuentra distribuido en

dos compartimentos separados por un tabique, es decir que el volumen total de la unidad se

encuentra distribuido en estos.

Caudal de lodos alimentados = 2857 kg/d

Concentración de lodos alimentados = 40g/l

Caudal volumétrico de lodos alimentados = 71,43 m3/d

Caudal de lodos a extraer del almacenador en 5 días = 100 m3/d



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Tiempo de retención = 4 d

Volumen de almacenador = 400 m3

Se adopta una altura de almacenador (H) = 3,6 m

Radio del almacenador = 5,95 m (se adopta 6 m)

Deshidratación de lodos

Para la deshidratación de lodos se optó por utilizar centrifugas decanter. Se utilizan dos

decanter iguales y se diseña la operación para que las mismas trabajen 8 h/d:

Caudal alimentado a la etapa de centrífugación = 12,5 m3/h

Se debe seleccionar un modelo de decanter capaz de procesar una carga volumétrica de al

menos 8 m3/h, de manera que si uno de los decanter debe sacarse de servicio, el otro puede

cumplir con la deshidratación al cabo de 16 h/d.

Cantidad de centrífugas = 2 (Modelo Andritz D2LL o similar)

Dosificación de polímero

Se adopta una dosificación de polímero de 10kg/Tn MS. Entonces, la masa de polímero

necesaria es de:

m = 10 kg/Tn . 2,857 Tn/d = 28,57 kg/d

A una concentración de 2g/l, el caudal de polímero necesario es de:

Qpol = 14,3 l/d

Si se trabaja 8 h por día, el caudal de polímero a dosificar es:

Qpol = 14,3 m3/d . 1 d/8 h = 1,79 m3/h



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14.- Comentarios

El presente diseño fue realizado para cumplimentar los requerimientos legales de descarga a

un cuerpo de agua superficial. Por esta razón, se planteó una eliminación de la DBO del 97%

como uno de los parámetros de diseño.

Por otra parte, el diseño de las piletas de aireación fue pensado de forma que permita, en el

caso de ser necesario, generar una zona anóxica para llevar a cabo el proceso de

desnitrificación. Se logra debido al diseño realizado para las cañerías que conducen el aire

desde los soplantes hacia los difusores de membrana. Esto permite llevar a cabo un proceso de

desnitrificación en caso de que se detecte una acumulación de nitritos y nitratos en el sistema

durante la operación de planta. Una vez que dicha situación se encuentre estabilizada, se

puede continuar operando la planta de forma aeróbica.



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PARAMETROS DE DISEÑO DE LA PLANTA - … Tecnico-Legal/SECCION 6.2... · La planta de tratamiento está compuesta por las siguientes unidades: un foso con rejas de 100mm de espaciado,