Embed Size (px)
Citation preview
MEMORIA
DESCRIPTIVA
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
POTABLE POR FILTRACION RAPIDA
235 LPS
GENERALIDADES
Se ha diseñado una Planta de Tratamiento de Agua Potable, la cual es básica
para fuentes superficiales donde la calidad del agua cruda no cumple con las
mínimas condiciones para el consumo humano.
El caudal de diseño de esta planta es de 235 lps, lo cual corresponde al total o
parte de la demanda de agua de la población a la cual vamos a abastecer.
La Planta de Tratamiento de Agua Potable es de tecnología Apropiada para
países en desarrollo y con poca capacidad económica, pues su sistema es
hidráulico en todas sus unidades, lo que disminuye notablemente el gasto de
energía que si es requerido por las Unidades Patentadas para el Tratamiento
de Agua
Esta planta se ha diseñado para una población donde se tenga un clima
templado, pues en varios cálculos usamos como temperatura del agua 20º C.
Los materiales considerados, para la construcción son de fácil obtención en el
mercado peruano, lo que facilita aún más la construcción y operación de la
planta.
Según las dimensiones de las unidades de tratamiento como de los edificios de
almacenamiento, se requiere de un terreno de área mínima de 1000 m2, esto
sin considerar la construcción de oficinas administrativas.
ALMACENAMIENTO Y DOSIFICACION
OBJETIVO
Diseñar las instalaciones de Recepción y Almacenamiento y a su vez el
sistema de Dosificación de las sustancias químicas empleadas en la operación
de una planta de tratamiento de agua, cuyo caudal de diseño es de 235 lps.
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE RECEPCIÓN Y ALMACENAMIENTO.
Estas instalaciones se diseñaron para la manipulación de Sulfato de
Aluminio, cuya presentación es de forma sólida y en sacos de 50 Kg. cada uno.
Recepción
Esta instalación fue diseñada con la finalidad de una correcta recepción de la
sustancia química, asegurando en todo momento la conservación de sus
propiedades.
Esta conformada por una estructura de concreto al nivel del almacén, cuya
altura es de 1.6m del nivel de pista. La altura considerada, fue con el objetivo
de que la estructura coincida con el nivel de la plataforma, de los camiones que
transportan este material a la planta.
Consta por un lado de escaleras que permiten el acceso de los operarios a las
instalaciones de almacenamiento y dosificación, y por otro lado una rampa,
cuya finalidad es el transporte adecuado de la sustancia química hacia el
almacenamiento, esto en caso de que el camión que transporta el producto no
contara con una plataforma al mismo nivel de la estructura de recepción.
Almacenamiento.
La capacidad del almacén fue diseñada para abastecer la planta en un periodo
de 3 meses ó 90 días, y considerando una manipulación manual de la
sustancia química.
Para el almacenamiento de sacos de sulfato de aluminio se tuvo en
consideración el uso de tarimas de madera de 0.20m de altura, las cuales se
emplearán para la disposición de sacos, estas cumplirán la función de aislador
de la humedad entre el piso y la sustancia química.
El área total de almacén es 20.7 m2 cuyas dimensiones son:
Largo: 5.8 m
Ancho: 12.93 m
Altura: 1.6m
Se consideró la siguiente distribución:
o Altura de las hileras 1.60m
o Distancia entre tarimas de 1.20m.
o Distancia entre pared e hileras de 1.20m y de 1.50m
o Espacio libre de 1.20m entre la parte superior de las hileras y el
techo.
o Posee una puerta de entrada al almacén de 2.00m
o Espesores de muro de 0.25m
DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DOSIFICACIÓN
La aplicación de las sustancias químicas se efectúa mediante los dosificadores
los cuales son capaces de liberar cantidades prefijadas de sustancia química
en una unidad de tiempo. En nuestra planta de tratamiento se diseñó un
dosificador de solución por gravedad de Orificio de Carga Constante.
Se seleccionó este tipo de dosificador ya que con ello se reducen los costos de
operación y mantenimiento y tiene un funcionamiento hidráulico que depende
de la carga de agua por encima del orificio.
El principal motivo de utilizar este tipo de dosificador es que carece de mano de
obra calificada para su operación, y lo más importante es que no es un sistema
mecanizado, que es un sistema más complicado.
UNIDAD DE MEZCLA DE COAGULANTE
OBJETIVOS:
Diseñar una unidad de mezcla rápida, para un caudal de 235 lps con la
finalidad de producir un gradiente de velocidad y tiempo de mezcla óptimos y
que además cumpla con las condiciones hidráulicas requeridas como el
número de Froude de 4.5 a 9.
Además diseñar un modelo de difusor adecuado, tal que permita una
homogeneidad de la mezcla.
UNIDAD DE MEZCLA RÁPIDA:
La unidad de mezcla rápida escogida es un Canal rectangular con cambio de
pendiente, de tal manera que se produzca un Resalto Hidráulico, y que genere
una mezcla homogénea.
Esta estructura tiene un ancho de 0.85 m y una longitud total de 2.10 m. Esta
longitud está dividida en 2 sectores bien definidos:
La primera zona es una estructura que mide 2,40 m en donde se produce un
cambio de pendiente, la cual tiene una altura inicial de 0.073 m y va
disminuyendo a razón de un ángulo de 17º. Esta estructura se ha diseñado de
tal manera que al inicio haya una altura de agua igual a 0.08 m y al final una
altura de 0.47 m.
La segunda zona es el lugar donde se genera el Resalto Hidráulico, que
también tiene un ancho de 0.85 m y una longitud total de 2.40 m, una altura de
agua al inicio del resalto igual a 0.08m y al final de 0.47m.
En cuanto a los resultados hidráulicos que se han obtenido, se puede
mencionar que con el caudal de diseño la gradiente de velocidad es 1293 s-1 y
el tiempo de mezcla es igual a 2.37 s.
Toda esta estructura tiene una base de espesor igual a 0.1 m, y cuenta con
unos muros de espesor de 0.20m. La altura está determinada dejando un borde
libre de 0.50m por encima del nivel de agua.
DIFUSOR
Se ha previsto un difusor constituido por un tubo perforado. Este tubo es de 3”
de diámetro, y 9 orificios de 1/2”. Esta tubería está colocada al inicio del resalto
hidráulico con la finalidad de lograr una mejor dispersión de coagulante,
lográndose una eficiencia mayor.
UNIDAD DE FLOCULACIÓN
OBJETIVOS:
Diseñar una unidad de floculación, para un caudal de 235 lps con la finalidad
de producir un gradiente de velocidad y tiempo de retención óptimos.
Además diseñar un canal de interconexión entre las unidades de mezcla rápida
y floculador de tal manera que cumpla las condiciones hidráulicas para un
normal funcionamiento de las unidades.
DESCRIPCION DE LA UNIDAD DE FLOCULACION
La unidad de floculación será de flujo vertical, pues este tipo de floculador es
más conveniente para plantas de tratamiento de medianas a grandes (Q > 50
lps).
Para la determinación de las gradientes de velocidad y los tiempos de retención
en los compartimentos, se tomo la ecuación:
G9.5583 x T = 1016.8264
proveniente de los resultados de laboratorio.
De esta ecuación, podemos obtener los siguientes resultados:
Compartimento
Periodo de retención
(min) Gradiente de
velocidad (s–1) Parcial Total
1 3.9 3.9 69.5
2 4.92 8.82 46.69
3 8.08 16.9 22.06
Esta unida consta de tres compartimentos, de ancho variable entre ellos, pero
de la misma profundidad, siendo la longitud de todos ellos 8.90 m, lo que
coincide con la longitud del decantador, esto para darle una distribución
adecuada a nuestra planta de tratamiento.
La profundidad de la unidad de floculación es de 4.00 m y los anchos de cada
compartimento son: 1.50 m, 1.95 m y 3.20 m.
Las pantallas son de concreto prefabricado de 0.038m de espesor, siendo
estas removibles para realizar su mantenimiento de manera más fácil.
El fondo de la unidad es con pendiente, la cual es variable para cada
compartimento.
CRITERIOS DE DISEÑO
El rango de tiempo de retención en el que optimiza el proceso, es de 16.9
minutos.
El rango de gradientes de velocidad recomendables para flocular se
encuentra entre 70 y 20s-1
La profundidad de la unidad es de 4 a 5 metros.
Ancho de cada compartimiento de floculador (b): este valor es el que
iteramos para la obtención de gradientes de velocidad que disminuyan
escalonadamente por cada compartimiento, cuidando de que la suma total
de anchos (b), sea igual al ancho total (B) del floculador.
Altura de Agua en la Unidad: (H), asumimos según el rango establecido: H
= 5.00m.(estamos usando pantallas de concreto prefabricadas)
Traslape entre pantallas: 2/3*H.
UNIDAD DE DECANTACION
OBJETIVOS:
Diseñar la unidad de decantación de placas con canal central de distribución de
agua floculada, la zona de recolección de agua decantada y el
dimensionamiento del colector múltiple con tolvas separadas.
UNIDAD DE DECANTACIÓN
La batería de decantación contara con cuatro unidades de similares
características y cada una de estas unidades a su vez contara con dos
módulos de placas paralelas, un canal central por donde se realiza la
distribución de agua floculada, tuberías de recolección de agua decantada a lo
largo de los módulos de decantación y un colector múltiple de tolvas
separadas. La repartición de agua floculada a cada una de estas unidades se
realizara a través de una canal de distribución que se encuentra ubicado a todo
lo ancho de la batería de decantación.
Zona de decantación de placas paralelas:
Esta zona está conformada por el espacio que ocupan las lonas de vinilo con
fibras de poliéster con dimensiones de 1.2x1.4 m. siendo un total de 52
unidades por módulo de decantador y espaciadas una distancia de 12 cm en el
plano horizontal. Estas lonas tienen un espesor de 0.060 cm. ubicados de
forma tal que tienen un ángulo de inclinación de 60º con respecto a la
horizontal. Cada decantador contara con dos módulos de decantación divididos
por un canal central.
Canal central de distribución de agua floculada:
Cada unidad de decantación contara con un canal central de distribución de
agua floculada con ancho constante y sección variable repartiendo
equitativamente el caudal. En nuestro caso este canal tendrá un ancho de
0.70m. y una sección variable de a lo largo de los 7 m. que corresponde a la
longitud de decantación; debido a esto la altura máxima es de 1.80 m. y una
altura mínima es de 0.70 m. Para la distribución uniforme de agua floculada se
ha diseñado orificios de 0.259m de área de orificio espaciadas a 60 cm. de
centro a centro siendo un total de 11 orificios a cada lado del canal. En este
caso la gradiente generada por lo orificios es de 11.9 s-1.
Canal de distribución de agua floculada:
Este canal tiene la función de distribuir el caudal de diseño a tratar en las
cuatro unidades de decantación; este será de ancho constante y altura variable
con la finalidad de repartir equitativamente el caudal a cada decantador. Se
encuentra ubicado a lo ancho de la batería de decantación, tiene un ancho de
1.0 m. Al inicio tendrá una altura de 2.64 m reduciéndose hasta llegar a 0.60 m
en la última compuerta. La entrada del agua floculada a cada una de las
unidades de decantación será por medio de compuertas, ubicadas en la parte
superior de este canal. La compuerta tendrá una altura de 0.45 m. y 0.550 m.
de ancho.
Zona de recolección de agua decantada:
Esta zona estará conformada por un canal que recolectará el agua decantada
por medio de tuberías perforadas que han sido diseñadas de acuerdo con la
tasa de recolección, siendo para nuestro caso 1.40 l/s. cuando todos los
decantadores están operando, y de 2.04 l/s. cuando una unidad se encuentra
en mantenimiento. Estas tuberías perforadas tendrán un diámetro de 1/2” y
longitud igual a 1.45 m., ubicadas a lo ancho de cada módulo de decantación
siendo un total de 18 tuberías por decantador, espaciadas 1.30 m a lo largo de
la longitud del decantador. Cada tubería tiene 18 orificios de 1/2” cada uno.
Colector múltiple de tolvas separadas:
Son un total de 3 tolvas por módulo de decantación. Estas tolvas tienen un
ángulo de inclinación de 60º por donde resbalan los lodos y desembocan por
unos orificios de descarga de 4” de diámetro. La distancia de eje a eje entre
cada orificio de descarga es de 2.33 m. La frecuencia de limpieza es de un día.
El tiempo de vaciado es de 4 segundos. Los lodos que se recolecten en las
tolvas serán eliminador por medio de un colector de 16” ubicado en la parte
inferior y que se conecta con las tolvas de cada módulo de decantación por
medio de los orificios antes descritos.
UNIDAD DE FILTRACION RÁPIDA
CAUDAL DE DISEÑO = 235 lps
Los datos de laboratorio que a continuación mencionamos son importantes
en la determinación del porcentaje de expansión tanto para la arena como
para la antracita, ya que gracias a los datos de la curva granulométrica de la
arena se puede determinar los datos de la antracita.
Tamaño efectivo de la arena D10 = 0.55mm
Coeficiente de uniformidad de la arena CU = 1.50
Coeficiente de uniformidad de la antracita CU = 1.60
Diámetro más fino de la capa más fina de arena d1 = 0.420mm
Diámetro más grueso de la capa más fina de arena d2 = 1.410mm
Peso específico de la arena ρs = 2650kg/m3
Con el valor de la velocidad ascensional de lavado asumido de 1 m/min, se
halló una expansión para la arena de 29.50% y para la antracita de 30.30%.
Procedemos a determinar las dimensiones de la unidad de filtración.
Para un caudal de 235 lps se ha diseñado 6 filtros, el área de cada filtro es
igual a 14.00m2, siendo el largo de 3.60m y el ancho de 3.90m.
Con esta información se procede a determinar la altura del medio filtrante
doble, teniendo altura de arena igual a 0.30m y de antracita de 0.50m,
sumando 0.80m de material filtrante, cada unidad de filtración tiene 13
viguetas de drenaje con 66 orificios de 1/2" cada una dando un total de 862
orificios que están espaciados a cada 0.10m
Por cada filtro tenemos 2 canaletas de lavado con un ancho de 0.51m que
recogen un caudal de 9.16 m3/min. y altura del falso fondo es de 0.40m.
El vertedero de control se halla a una altura de 2.89m
UNIDAD DE DESINFECCION
UNIDAD DE CLORACIÓN
Almacén de cloro
Nuestro sistema de cloración está diseñada para una dosis máxima de 30mg/l
y una dosis mínima de 6mg/l, tiene un periodo de almacenamiento de 90 días,
así se requieren 32892kg de cloro por lo que tenemos que utilizar 34 cilindros
de 75kg cada uno, ocupando un área total de 2.04 m2.
Estación de cloración
Está diseñada para un caudal de diseño de 235lps, la dosis máxima es de
30mg/l y una concentración de 1.5% obteniendo un caudal mínimo de agua
requerido para la operación del eyector de 0.14 lps. Seleccionamos la
capacidad del clorador a partir de los catálogos, siendo escogido el valor de
2000g/h.
La velocidad en la tubería de alimentación de agua es de 0.9m/s, el
diámetro es de 1/2" y la longitud es de 19.3 m.
Las pérdidas de carga a lo largo de la tubería son por fricción y cargas
menores siendo estos valores de 0.184 m y 0.0616 m respectivamente.
El tiempo de contacto es de 30 minutos y el volumen de tanque de
contacto de cloro de 297m3. Las dimensiones aproximadas de la
estación de cloración son:
Ancho de una cámara: b= 1.25m
Altura de agua: h= 2.60m
Longitud útil total de la cámara de contacto: Lt= 130.15m
Numero de cámaras de contacto: N= 4
Sistema de Emergencia para Cloración de Hiploclorito de Calcio
Tiene un tiempo de almacenamiento de 10 días, un caudal de dilución de
0.0091 lps. El volumen del tanque de cloración es aproximadamente 423m3, el
peso requerido del sistema de emergencia es de 39.40Kg/día.
Las dimensiones de este sistema son:
Altura = 2.6m
Ancho = 1.25m
Largo = 130.15m
MEMORIA DE
CÁLCULO
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
FILTRACION RAPIDA
235 LPS
ALMACENAMIENTO
DATOS PARA DISEÑO:
- Caudal de diseño de la PTA = 235 lps
- Coagulante: Sulfato de Aluminio Al2(SO4)3 18H20
- Modo de presentación: Sólido – Polvo (de 50Kg)
- Peso específico:964 Kg/m3
- Dosis Máxima de Coagulante: 30 mg/l
- Dosis Mínima de Coagulante: 5 mg/l
- Tiempo de almacenamiento (asumido): 90 días
PROCEDIMIENTOS PARA EL DISEÑO:
1. Cálculo de la Dosis Promedio (Dprom.)
Utilizando la siguiente ecuación:
Dprom = 2
minDmaxD
Dprom = 17.5mg/l
2. Cálculo del Volumen de Almacenamiento (V)
Se tiene la siguiente fórmula:
V= 1000x
TxQxD ALMPTAprom
Donde:
V: Volumen de Almacenamiento (m3)
Dprom: Dosis promedio (mg/l)
QPTA: Caudal de diseño de la PTA (m2/día)
TALM: Tiempo de almacenamiento (días)
: Peso específico del coagulante (kg/m3)
Entonces:
V = 1000964
90203045.17
x
xx
V = 33.2 m3
3. Cálculo del área neta de almacenamiento: (A):
Si: Altura neta de almacenamiento (H) = 1.60m
A = H
V
A = m
m
60.1
2.33 3
= 20.7 m2
4. Cálculo del largo de filas de los sacos (L):
Si: Número de Filas N = 3 y Ancho de las filas B= 1.20m
Utilizando la fórmula: L=2.13
7.20
xBxN
A
L= 5.80m
5. Cálculo de la Longitud Total del Almacen (aA)
Si: Distancia entre tarimas (d/) = 1.20m
Distancia entre Tarima y pared (d)= 1.20m
Entonces: aA = 1.20 x 3 + 1.20 x 2+ 1.20 x 2
aa = 8.40m
6. Cálculo del Ancho Total del Almacén (lA)
Si distancia entre Tarima y Pared (d) = 1.50m
Además se sabe que: Largo de filas de los sacos = 5.8m
Entonces: lA = 5.80 + 1.50 x 2
lA = 8.80m
7. Cálculo del Peso Total de coagulante requerido en un tiempo de 90
días(Ws)
Como el peso especifico del coagulante = 964 Kg/m3
Además tenemos: Volumen de Almacenamiento V = 33.2 m3
Entonces: Ws = 2.33964x
Ws = 31978.8 Kg
8. Cálculo de Número de sacos requeridos en un tiempo de 90 días
(NS)
Si los sacos contienen aproximadamente 50Kg de coagulante:
Entonces: NS = sacoKg
Kg
/50
8.31978 = 639,6 sacos 639.6 sacos
9. Cálculo del Número de sacos por fila: (Nsf)
Se tendrá que: NSf = fila
sa
fila
sa
N
Ns cos213
cos213
3
640
DOSIFICACION EN SOLUCION
DATOS PARA DISEÑO:
- Número de tanques de solución / 2 unidades
- Caudal de diseño de la PTA / 235 lps
- Dosis máxima de coagulante sulfato de aluminio: 30mg/l
- Dosis mínimo de coagulante sulfato de aluminio: 5mg/l
- Dosis promedio de coagulante sulfato de aluminio:17.5mg/l
- Modo de presentación: sólido – Polvo
- Peso específico : 964 Kg/m3
- Concentración de solución de coagulante (c):8.0%(80000mg/l)
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO:
1. Caudal promedio de solución (q)
Utilizamos la siguiente fórmula:
q= C
DpromxQ
q= 80000
20235 x = 0.51 lps
q= 0.059m3/día
2. Volumen de tanque de solución (V)
Se tiene:
V = q x To
Considerando To = 8h:
V = 5.076día
m3
x día1xhoras24
horas8
V = 1.69m3
3. Consumo promedio diario de coagulante (P)
Se sabe que: P = Q x D
Entonces:
P = 235seg
lx 17.5
l
mg x 86400
día
seg x
mg1000000
Kg1
P =406.08día
Kg
4. Consumo de coagulante por tanque de solución (Po)
Se sabe que: Po = P x 24
To
Entonces:
Po =406.08día
Kgx
horas24
horas8 x 1 dia
Po = 135.36 Kg
5. Caudal máximo y mínimo dosificado:
Se sabe que: Dmáx = 30 mg/l
Dmín = 5 mg/l
Entonces:
- Caudal máximo dosificado (qM):
qM = C
QxD max
qM = 80000
30235x = 0.088 lps
qM = 317.25l/hora
- Caudal mínimo dosificado (qm):
qm = C
minQxD
qm = 80000
5235x = 0.014 lps
qm = 52.88 l/hora
6. Rango del dosificador (R):
Se sabe que: R = qM – qm
R = 317.25 – 52.88
R = 264.38l/hora
UNIDAD DE MEZCLA DE COAGULANTE
DISEÑO DE UN MEZCLADOR TIPO CANAL RECTANGULAR CON CAMBIO
DE PENDIENTE
DATOS PARA DISEÑO
Peso específico del agua ( ) 1000 Kg/m3
Coeficiente de viscosidad absoluta () valor en función de la
temperatura.
Temperatura asumida: 20ºC
1. CÁLCULO DE CAUDAL UNITARIO (q)
B
Donde:
B: ancho de vertedero; se asume B = 0.85m
Q: Caudal (m3/s), Q = 0.235 m3/s
q = 0.276 m3/s/m
2. CALCULO DE LA PENDIENTE DEL PLANO INCLINADO
= Tan-1 (Eo / x)
Donde:
Eo: Altura de la caída del agua
X: Longitud del plano
Luego: Para un valor de Eo = 0.65 m y X = 2.10 m
= 17.20º
3. CALCULO DE FACTOR DE RESOLUCIÓN DE LA ECUACIÓN
Asumiendo un número de Froude comprendido entre 4.5 – 9 se halla la
relación de alturas antes y después del resalto:
1
12F
CosFCosK
33
8
3
2
1
2
2/3
1
2
11
CosxKxFx
d
da
KF
FCos
Donde:
K : Factor de Resolución de la ecuación : Factor de resolución de la ecuación
a : Relación de alturas antes y después del resalto.
Para un número de Froude = 5.0, se obtiene:
K = 4.40 = 65.03º
a = 6.75
4. ALTURA ANTES DEL RESALTO
32
1
2
1gF
qd
Reemplazando los valores obtenidos:
d1 = 0.07 m
5. PROFUNDIDAD ANTES DEL RESALTO
Cos
dh 1
1
Reemplazando los valores obtenidos tenemos:
h1 = 0.073 m
6. PROFUNDIDAD DESPUÉS DEL RESALTO
h2 = d2 = ad1
Reemplazando:
h2 = 0.47 m
7. LONGITUD DEL RESALTO
L = 6 (h2 - h1)
Reemplazando:
L = 2.40 m
8. PERDIDA DE CARGA
21
3
12
4 hxh
hhhp
Reemplazando:
hp = 0.46m
9. VOLUMEN DEL RESALTO
BxLx
hhV
2
21
Reemplazando:
V = 0.556m3
10. GRADIENTE DE VELOCIDAD
V
hpQxG
Para una ciudad con temperatura = 20ºC;
= 3114.64
Entonces: G = 1293 s-1
*Se observa que está en el rango 700< G < 1300 S-1
11. TIEMPO DE MEZCLA
Q
VT
segT 37.2
12. COMPROVACION DE NÚMERO DE FROUDE
1
1
gxh
VF
smd
qV /77.3
07.0
276.0
1
1
5.4073.081.9
77.3
xF
13. COMPROBACIÓN DE: Eo + h3 = h2 + hp
Q = 1.838 Bh31.5
Se obtiene: h3 = 0.28m
Luego:
Eo + h3 = h2 + hp
0.65 + 0.28 = 0.47 + 0.46
0.93 = 0.93
DISEÑO DEL DIFUSOR
DATOS DEL DISEÑO:
Caudal de dosificación = 235 lps
Coagulante: sulfato de aluminio Al2 (SO4)3 18H2O
Peso específico = 1000 Kg/m3
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO:
1. NUMERO DE ORIFICIOS (N)
B = 0.85 m
d = 0.10m (asumido)
d
BN
Reemplazando: N = 8.5 orificios
2. SECCION DE ORIFICIOS (Ao)
do = 1/2” 4
2doAo
Reemplazando: Ao = 0.00050 m2
3. CAUDAL PROMEDIO DE SOLUCION POR APLICAR (q`)
Q = 235 l/s
Dosis = 30 mg/Lt
C = 1% C
DQq ̀
Reemplazando: q` = 0.47 l/s
4. VELOCIDAD EN LOS ORIFICIOS (vo)
NAo
qvo
*
`
Reemplazando: vo = 0.436 m/s
5. VELOCIDAD EN LA TUBERIA (vt)
R = 0.244 R
vovt
Reemplazando: vt = 0.95 m/s
6. SECCION DE LA TUBERIA DIFUSORA (At)
vt
qAt
`
Reemplazando: At = 0.0044m2
7. DIAMETRO DE LA TUBERIA DIFUSORA (Dt)
AtDt
*4
Reemplazando: Dt = 1.0”
Diámetro comercial: Dt = 3”
Teniendo en cuenta que para garantizar una difusión homogénea se debe
cumplir lo siguiente:
42.0l
o
A
Axn
Donde:
n: indica el número de orificios
Ao: Área de orificios.
At: Área lateral (sección de la tubería)
Si reemplazamos los datos asumidos obtenemos que la relación se cumple:
46.0244.000050.0
00013.05.8
x
UNIDAD DE FLOCULACIÓN
DIMENSIONAMIENTO DE FLOCULADOR DE PANTALLAS DE FLUJO
VERTICAL
DATOS:
Caudal de diseño : 235 lps
Tiempo total de floculación : 25 minutos
Ancho Util total del floculador : 6.650 metros
Longitud de la unidad : 8.90 metros
Espesor de las pantallas : 0.038 metros
Profundidad del floculador : 4.00 metros
PROCEDIMIENTOS:
1. CÁLCULO DEL VOLUMEN TOTAL DE LA UNIDAD (V)
V = Q*T*60
Donde:
Q: Caudal de diseño: 0.235 m3/s
T: Tiempo Total de Floculación: 25 min
Reemplazando:
V = 353 m3
2. CÁLCULO DEL ANCHO TOTAL DE LA UNIDAD (B)
B = v/(H*L)
Donde:
V = Volumen Total de la Unidad: 353 m3
H = Profundidad del floculador: 4 m
L = Longitud de la unidad: 8.90m
Reemplazando:
B = 9.9 m
3. CÁLCULO DEL TIEMPO DEL PRIMER CANAL (T1)
t1 = H*b1*L/(Q*60)
Donde:
t: Tiempo de retención en el caudal (min).
b: ancho del canal: 1.50 m, 1.95m, 3.20 m
L: Longitud de la unidad: 8.90 m
H: Profundidad del floculador: 4 m
Q: Caudal de diseño: 0.235 m3/seg.
Con los valores de “b” correspondientes a cada tramo tenemos:
t(1) = 3.79 min
t(2) = 4.92 min
t(3) = 8.08 min
4. CÁLCULO DEL NÚMERO DE CANALES POR COMPARTIMIENTO (m)
m = 0.045{((b*L*G)/Q)2*t}1/3 Donde:
b: ancho del canal: 1.50 m, 1.95m, 3.20 m
L: longitud de la unidad: 8.90m
G: gradiente de velocidad 69.5, 46.69, 22.06s-1.
Q: Caudal de diseño: 0.235 m3/seg.
T: tiempo de retención del canal: 3.79 min., 4.92 min., 8.08 min.
Si reemplazamos los valores, estos resultan:
m(1) = 16
m(2) = 16
m(3) = 16
5. CÁLCULO DEL ESPACIAMIENTO ENTRE PANTALLAS (a)
a = [L-e(m-1)]/m
Donde:
L: longitud de la unidad: 8.90 m
e: espesor de las pantallas 0.038 m
m: Número de compartimentos: 16; 16; 16.
Reemplazando se obtiene:
a(1) = 0.52 m
a(2) = 0.52 m
a(3) = 0.52 m
6. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD EN LOS CANALES (V1)
V1 = Q/(a*b)
Donde:
Q: Caudal de diseño: 0.235 m3/seg.
a: espaciamientos entre pantallas: 0.52 m, 0.52 m, 0.52 m
b: ancho del canal: 1.5 m, 1.95 m, 3.20m.
Reemplazando se obtiene:
V1(1) = 0.300 m/s
V1(2) = 0.232 m/s
V1(3) = 0.141 m/s
7. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD EN LOS PASAJES (V2)
V2 = (2/3)*V1
Donde:
V1: velocidad en los canales: 0.300m/s, 0.232 m/s, 0.141 m/s
Reemplazando se obtiene:
V2(1) = 0.201m/s
V2(2) = 0.155m/s
V2(3) = 0.094 m/s
8. CÁLCULO DE LA EXTENSIÓN TOTAL DEL CANAL (L)
L = 60*V1*t
Dónde:
V1: velocidad en los canales: 0.300 m/s, 0.232 m/s, 0.141 m/s
t: tiempo de retención del canal: 3.79 min.,4.92 min., 8.08 min.
Reemplazando los valores respectivos se obtiene:
L(1) = 68.40 m
L(2) = 68.43 m
L(3) = 68.35 m
9. CÁLCULO DEL RADIO HIDRÁULICO DEL COMPARTIMIENTO ENTRE
PANTALLAS (RH)
Rh = (a*b1)/(2*(a+b1))
Donde:
a: espaciamiento entre pantallas: 0.54 m, 0.48 m, 0.54 m.
b: ancho del canal: 0.90 m, 1.50 m, 2.10 m.
Reemplazando los valores respectivos se obtiene:
RH(1) = 0.19 m
RH(2) = 0.21 m
RH(3) = 0.22 m
10. CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE CARGA CONTINUA ENTRE LOS
CANALES (h1)
h1=[n*V1]/(Rh)2/3]2*L2
Donde:
n: coeficiente de la fórmula de Manning: 0.012
V1: velocidad en los canales: 0.34 m/s, 0.23 m/s, 0.14 m/s
R(H): radio hidráulico del compartimiento de pantallas: 0.169 m, 0.180 m, 0.215
m.
Reemplazando obtenemos:
h1(1) = 0.0093m
h1(2) = 0.0051m
h1(3) = 0.002m
11. CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE CARGA EN LAS VUELTAS (H2)
h2=[(m1+1)*V21+m1*V
22]/2g
Donde:
m: número de compartimientos: 16; 16; 16.
V1: velocidad en los canales: 0.300 m/s, 0.232 m/s, 0.141 m/s
V2: velocidad en los pasajes: 0.201 m/s, 0.155m/s, 0.094 m/s
g: gravedad 9.81m/s2
Reemplazando los dados obtenidos anteriormente se tiene:
h2(1) = 0.1114m
h2(2) = 0.0662m
h2(3) = 0.0244m
12. CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE CARGA TOTAL EN UN TRAMO (hf)
Hf = h1+h2
Donde:
h1: pérdida de carga en los canales: 0.009m, 0.0051 m, 0.002 m.
h2: pérdida de carga en las vueltas: 0.1114 m, 0.0662 m, 0.0244 m.
Reemplazando valores:
Hf(1) = 0.121 m
Hf(2) = 0.071 m
Hf(3) = 0.026 m
13. CÁLCULO DEL VOLUMEN DEL TRAMO DE FLOCULADOR (V)
V = H*b(L-e(m-1))
Donde:
H: profundidad del floculador: 4m
b: ancho del canal: 1.50 m, 1.95 m, 3.20 m.
L: longitud de la unidad: 8.9 m
e: espesor de las pantallas: 0.038 m
m: número de compartimientos: 16; 16; 16.
Reemplazando se obtiene:
V(1) = 50.64m3
V(2) = 65.84m3
V(3) = 108.04m3
14. CÁLCULO DE LA COMPROBACIÓN DE LA GRADIENTE DE
VELOCIDAD EN LOS CANALES
G1 = (γ*q*hf/(V*μ))0.5
Donde:
γ = 1000 Kg/m3
μ = 0.000117Kg.s/m2
Hf : pérdida de carga total en el tramo: 0.121 m, 0.071 m, 0.026 m.
Q : Caudal de diseño: 0.235 m3/seg.
Reemplazando se obtiene:
G1(1) = 69.49 s-1
G1(2) = 46.69 s-1
G1(3) = 22.06 s-1
15. CÁLCULO DE LA COMPROBACIÓN DEL GRADIENTE DE
VELOCIDAD TOTAL EN EL CANAL VERTICAL (G2)
G2 = (γ/μ)1/2*(1/2g) 1/2*(f/4Rh) 1/2*V13/2
Donde:
γ = 1000 Kg/m3
μ = 0.000117Kg.s/m2
f : Coeficiente de Darcy – Weisbach: 0.03
R(H): radio hidráulico del compartimiento de pantallas: 0.19 m, 0.21 m, 0.22 m.
RH(1) = 0.19 m
RH(2) = 0.21 m
RH(3) = 0.22 m
V1: velocidad en los canales: 0.301 m/s, 0.232 m/s, 0.141 m/s
Reemplazando datos se obtiene:
G2(1) = 69.49s-1
G2(2) = 46.69s-1
G2(3) = 22.06s-1
CALCULO DEL CANAL DE TRANSICION DEL CANAL DE MEZCLA RAPIDA
AL FLOCULADOR
DATOS:
Caudal de diseño : 0.235 m3/s Ancho del canal : 0.85 m Altura después del resalto : 0.47 m
DIMENSIONES DEL CANAL
A = B x h
B = 0.85 m h = 0.47 m (altura después del resalto) A = 0.319 m2
CÁLCULO DEL RADIO HIDRÁULICO:
Perímetro mojado
mP
BhP
m
m
68.110.129.02
2
Radio hidráulico
mP
AR
m
H 190.068.1
319.0
Velocidad
mA
QV 502.0
319.0
160.0
Comprobando la gradiente en el canal
5.1
1
5.05.0
42
1V
R
f
gG
H
Donde: γ = 1000 Kg/m3
μ = 0.000117Kg.s/m2
g = 9.81m/s2
f = 0.03
Rh = 0.190 m
V = 0.502 m/s
Reemplazando
G = 46.60 s-1 Dimensiones del canal de interconexión
Ancho del canal : 1.20m
Longitud del canal : 2.00 m
UNIDAD DE DECANTACION
PARÁMETROS DE DISEÑO
Caudal de Diseño 235 lps
Temperatura Asumida 15 ºC
Viscosidad del Agua 0.01 cm2/s
Relacion
2920
Numero de unidades 4 unid
ZONA DE DECANTACIÓN:
1. Distancia perpendicular entre placas ( d )
Separación entre placas horizontales ( e ) 0.12 m
Espesor de las placas – vinilo ( e´) 0.06 cm
60 º
– e' = 10.3 cm
2. Longitud util de las placas (lu)
Longitud del módulo de placas 1.20 m
lu = l –
3. Longitud relativa de las placas ( L )
L = lu/d = 11
4. Factor de calculo ( f )
Modulo de eficiencia de las placas ( s ) 1
51.5
cos
s
Lsensenf
5. Area superficial de la unidad ( As )
Caudal de diseño del decantador ( Q ) 0.059 m3/s
Velocidad de sedimentación ( VS) * 3.550E-04 m/s
(*) El dato de velocidad de sedimentación asumido corresponde al que se obtuvo en el laboratorio : “Parámetros de Decantación – Velocidad Optima de Sedimentación”, del curso Tratamiento de Aguas I
s
sVf
QA
= 30.04 m2
6. Número de canales formados por las placas ( N )
Ancho total de la Zona de decantación ( B ) 4.80 m
canalesdB
senAN s 52
7. Longitud Total del decantador ( LT )
sen
e1NdNcoslL
'
T= 7.0 m
8. Velocidad media del flujo ( V0 )
senA
QV
s
0 = 0.2 cm/s
9. Radio hidráulico del módulo de placas ( RH )
Ancho del modulo de placas ( b ) 2.40 m
db2
dbRH
= 4.95 m
10. Numero de Reynolds ( NR )
0H
R
VR4N = 392.51 < 500
11. Velocidad Longitudinal Máxima ( V0' )
s
5.0
R'
0 V8
NV
= 0.00311 m/s = 0.313 cm/s > V0 = 0.2 cm/s
ZONA DE ENTRADA
1. Caudal de diseño ( Q )
Caudal de operación ( Q ) 0.059 m3/s
0885.05.1¨ QQ
2. Area total de orificios ( AT )
Velocidad lateral en los orificios ( VL ) 0.259 m/s
2'
259.0 mV
QA
L
T
3. Número de orificios en el canal lateral ( N )
Longitud del canal ( LT ) 7 m
Separación entre orificios (a ) 0.60 m
orificiosa
DLN 12
1
)2(
4. Area de cada orificio ( AL )
202.0 mN
AA T
L
5. Diámetro de cada Orificio ( d )
adaspummA
d L lg61596.04
50.0
6. Caudal por orificio (q0)
smN
Qq C /0033.0 3
0
7. Sección en el extremo final del canal ( AF )
Altura minima del canal ( h ) 0.70 m
Ancho de canal ( B ) 0.70 m
249.0 mhBAF
8. Caudal al final del canal ( QF )
smqQF /0065.02 3
0
9. Velocidad en el extremo final del canal ( VF )
sm
F
F
FA
QV 0067.0
10. Sección inicial del canal ( AC )
Altura máxima del canal ( H ) 1.80 m
226.1 mHBAC
11. Velocidad en el inicio del canal ( VF )
sm
C
C
CA
QV 0311.0
12. Coeficiente de pérdida de carga total en el primer orificio del canal (0)
Coeficiente ( ) 0.7
Coeficiente ( ) 1.67
7708.11
2
0
L
C
V
V
13. Coeficiente de pérdida de carga total en el último orificio del canal (u)
7033.11
2
L
C
uV
V
14. Velocidad real en el primer orificio
Para el cálculo de las velocidades reales en cada uno de los orificios del
canal central se utiliza las siguientes relaciones:
C
CC
A
QV 311.0
1
1
1
L
C
L
A
Q
V
15. Calculo del error entre las velocidades reales del primer y último
orificio
Para este calculo ver Cuadro: Comprobación de la desviación del
caudal en el canal de distribución a los decantadores
%88.1%1
21
L
LL
V
VV
16. Radio Hidráulico entre orificios ( RH )
mpud
RH 04.0lg14
17. Gradiente de velocidad en los orificios ( G )
Coeficiente ( f ) 0.015
150.1
50.050.0
9.1142
1
sV
R
f
gG L
H
< 20 s-1
CANAL DE REPARTICIÓN DEL AGUA FLOCULADA
1. Caudal de ingreso a cada decantador ( q )
Caudal de diseño ( Q ) 0.235 m3/s
Nº de decantadores ( N ) 4 und
sm
N
3
0587.0
2. Sección final del canal de agua floculada( AF )
Ancho del canal ( B ) 0.85 m
Altura mínima ( h ) 0.60 m
251.0 mhBAF
3. Velocidad en la sección final del canal ( VF )
sm
F
FA
qV 1649.0
4. Sección inicial del canal ( AI )
249.0 mV
QA
F
I
5. Altura inicial del canal ( H )
mB
AH I 70.0
6. Área de la sección útil de la compuerta
Velocidad en los laterales ( VL ) 0.28 m/s
220.0 mV
qA
L
L
7. Ancho de la compuerta (b )
Altura de la compuerta ( h ) 0.35 m
mh
Ab L 5.0
8. Coeficiente de pérdida de carga en las compuertas (β1 )
Coeficiente ( ) 0.7
Coeficiente ( ) 1.67
848.11
2
0
L
C
V
V
9. Velocidad real en las compuertas
Para el cálculo de las velocidades reales en las compuertas se utiliza las
siguientes relaciones:
C
CC
A
QV sm
A
QV
L
CL /28.0
111
sm
A
QV
L
CL /28.0
112
10. Calculo del error entre las velocidades reales de la primer y última
compuerta
Para este cálculo ver Cuadro: Comprobación de la desviación del
caudal en el canal de distribución de agua floculada.
%00.0%1
21
L
LL
V
VV
11. Perdida de carga en las compuertas ( hf )
mg
Vh L
f 006.02
2
12. Radio hidráulico en las compuertas laterales( RH )
ba2
baRH
= 0.12 m
13. Gradiente de velocidad en las compuertas ( G )
Coeficiente ( f ) 0.015
150.1
50.050.0
76.1342
1
sV
R
f
gG L
H
ZONA DE LODOS – COLECTOR MÚLTIPLE DE TOLVAS SEPARADAS
1. Longitud de la base de la tolva ( l )
Longitud del decantador ( LT ) 7 m
Nº de tolvas por modulo ( N) 3 und
mN
Ll T 33.2
2. Sección Máxima de la tolva ( A )
Ancho del modulo de decantación ( b ) 2.40 m
259.5. mNlbA
3. Capacidad de la tolva de almacenamiento de lodos ( VT )
3
31 28.11 mNHAVT
4. Frecuencia de descarga ( F )
Caudal de Lodos producidos( QL ) 0.0587 l/s
dia
Q
VF
L
T 812.24.86
5. Diámetro de los orificios de descarga ( d )
Velocidad de arrastre ( Va ) 1 m/s
Carga Hidráulica ( H ) 4.81 m
Separación entre orificios de descarga ( X ) 2.33 m
lg615.0
162.15.0
puM
V
H
xd
a
6. Diámetro de la tubería de descarga ( D )
Relación de velocidades ( R ) 0.4
lg411.0 pu
N
R
dD
7. Sección del colector ( AC )
22
40.04
mD
AC
8. Caudal de descarga de lodo ( Q )
Coeficiente de descarga ( CD ) 0.65
smHgACQ CD /17.12 3
9. Tiempo de Vaciado ( T )
sQ
VT T 09.17
ZONA DE RECOLECCION DE AGUA DECANTADA
1. Caudal en cada unidad ( Q )
Caudal de cada decantador ( Q ) 29.37 m3/s
Número de decantadores ( N ) 4 unid
2. Longitud de la tubería de recolección ( LV )
Tasa de diseño de la tubería ( q ) 1.4 l/s/m
mq
QLV 98.20
3. Número de tubos en cada unidad ( N1 )
Ancho total por módulo en una unidad ( b ) : 2.40m
unidb
LN V 9
21 Cada módulo contará con 9 unid. de 2.40m
4. Caudal correspondiente a cada tubería ( qV )
lpsN
QqV 04.2
2 1
5. Diámetro de la tubería ( D )
mmqD V 7.14240.0
6. Distancia del extremo del decantador a la tubería ( X )
Longitud total del decantador ( LT ) 7 m
Distancia entre tuberias ( d ) 1.30 m
m
dNLX T 70.0
2
11
7. Diámetro del orificio ( D0 )
Relación de velocidades ( R ) ½”
Número de orificios ( n ) 18 orificios
Diámetro del orificio ( Фo ) 1/2 pulg
Diámetro de tub. de recolección ( Ф ) 4 pulg
Entonces : 15.0A
An 0
15.01406.0
UNIDAD DE FILTRACION RÁPIDA
FILTROS RÁPIDOS DE TASA DECLINANTE Y LAVADO MUTUO DATOS:
Área de cada filtro (AF)
Caudal de diseño (QD) = 0,235 m3/s
Velocidad de lavado ascensional (VA) = 1 m/min
AF= 14.10 m2
Datos Cantidad Unidad Criterios Cálculos Resultados Unidad
Caudal de diseño
Q= 0.235 m3/s AF=Q*60/VA 14.10 Área de cada Filtro
m2
Velocidad de Filtración Promedio
VF= 2.4 m3/m2/d AT=Q*86400/VF 86.4 Área Total de Filtros
m2
N=AT/AF 6 Numero de Filtros
Unidad
Longitud Decantador
L= 12.63 m B=AF/b 3.9 B (múltiplo de 30 cm)
m
Velocidad Ascencional de Lavado
VA= 1 m/min 3.6 Ancho de cada filtro
m
Área total de los filtros (AT)
Velocidad de filtración promedio (VF) = 2.4 m3/m2/d
AT= 0.097 m2
Número de filtros (N)
N= 6
A
D
V
QAF
F
D
V
QAT
AF
ATN
Tamaño efectivo de la arena (D10)= 0,56 mm.
D90antracita :diámetro grueso
D90antracita = 1,78 mm.
D10antracita :diámetro efectivo
D10antracita = 0,84 mm.
D60antracita = 1,34 mm.
Coeficiente de Uniformidad de la arena y de la antracita (Cu)
D60arena = 0,83 mm. Cu arena = 1.51
D10arena = 0.55 mm. Cu antracita = 1.60
diámetro equivalente de la capa mas fina (De)
diámetro mas fino de la capa de arena(d1) = 0,42 mm.
diámetro mas grueso de la capa de arena(d2) = 0,50 mm.
De = 0,458 mm.
Número de Galileo para la capa mas fina de la arena (Ga)
arenaantracita DD 1090 *3
2
90
10
antracitaantracita
DD
antracitaantracita DD 1060 *5.1
5.1uC
10
60
D
DC u
21 *ddDe
2
3
*
)(**
ug
pppDG asae
a
peso específico del agua (Pa) = 1000 kg/m3
peso específico de la arena (Ps) = 2650 kg/m3
viscosidad para 20ºc (u) = 0,000111 kg-s/m2
aceleración de la gravedad (g)= 9,81 m/s2
Ga = 1905.29
Número de Reynolds modificado (Re)
μ = 1,004E-06 m2/s
Re = 11.29
Coeficiente de esferecidad (Ce) = 0,8 del ábaco i = 0,68
fracción del lecho filtrante que ocupa = 0,0382 0,136
la capa 1 o capa más fina (Xi)
CUADRO 1: CALCULO DE LA EXPANSION DE LA ARENA (Ce=0.80)
di min di max De Xi Ga Re ei Xi/(1-ei)
1.41 1.68 1.539 0.0445 49769.30 22.501 0.43 0.07866
1.19 1.41 1.295 0.0739 29670.04 18.938 0.47 0.13998
1.00 1.19 1.091 0.1000 17721.05 15.948 0.51 0.20489
0.84 1.00 0.917 0.1625 10509.64 13.399 0.55 0.36468
0.71 0.84 0.772 0.2799 6287.46 11.290 0.60 0.69582
0.59 0.71 0.647 0.1891 3701.13 9.462 0.64 0.53038
0.50 0.59 0.543 0.1102 2187.27 7.941 0.69 0.35452
0.42 0.50 0.458 0.0402 1313.71 6.700 0.73 0.15043
CUADRO 2 : CALCULO DE LA EXPANSION DE LA ANTRACITA(Ce=0.70) di min di max De Xi Ga Re ei Xi/(1-ei)
2 2.36 2.172556 0.000 42419.74 31.763 0.527510 0.00000
1.68 2.00 1.83303 0.143 25477.92 26.799 0.568099 0.33209
1.41 1.68 1.539091 0.195 15081.61 22.501 0.611524 0.50000
1.19 1.41 1.295338 0.187 8990.92 18.938 0.655481 0.55118
1.00 1.19 1.090871 0.166 5370.01 15.948 0.699675 0.55400
0.84 1.00 0.916515 0.211 3184.74 13.399 0.743999 0.81192
0.71 0.84 0.772269 0.098 1905.29 11.290 0.786130 0.46429
eA
e
DVR
*
i
X i
1
Del cuadro 1 se obtiene :
e = 0,55
2,2343
e : porosidad expandida media
de la capa de arena
Del cuadro 2 se obtiene :
e´ = 0,581
2,3894
e´ : porosidad expandida media
de la capa de antracita
Porcentaje de expansión promedio de la arena (E)
Porosidad de la arena limpia (e0) = 0,42 E = 29.50%
Porcentaje de expansión promedio de la antracita (E´)
Porosidad de la antracita limpia (e´0) = 0,45 E´ = 30.30%
Altura del lecho filtrante expandido (Le) L`:espesor de la antracita
L: espesor de la arena
L= 0,3 m.
L´= 0,5 m.
Le = 1.04 m. LT= 0,8
Caudal que recolecta cada canaleta (Qc)
# de canaletas de recolección de agua de lavado (N3) = 2
Qc = 9.1650 m3/min
Ancho de las canaletas de lavado (W)
W = 0,51 m.
i
X i
1
i
Xe
i
1
11
´1
´
i
X i
´1
´
11´
i
Xe
i
e
eeE
1
0
´1
´´´ 0
e
eeE
3
*3.1N
QQ D
c
23
0*5.82 h
QW c
´)1´*()1(* ELELLe
altura útil de las canaletas de = 0,3 m
lavado (h0)
Altura total de la canaleta de lavado más losa de fondo (H)
H = 0,64 m.
Distancia del borde de la canaleta de lavado a la superficie del medio filtrante estático (H4)
Hex = Le-LT = 1.17-0.90 = 0.27m
h1`= 0.15 (distancia de la base de canal de lavado a lecho expandido)
H4 = 0.97 m.
Altura del borde de la canaleta relativa al fondo del filtro (Hc)
Hc = 2,70 m
altura del falso fondo (H1) = 0,5 m
altura drenaje más la grava (H2) = 0,52 m
altura del lecho filtrante (H3) = 0,9 m
Pérdida de carga en la arena durante el lavado (hF)
densidad de la arena (ps) = 2,65 gr/cm3
densidad del agua (pa) = 1,00 gr/cm3 hF = 0,2871 m
espesor de la capa de arena (L) = 0,3 m
porosidad de la arena (e0) = 0,42
Pérdida de carga en la antracita durante el lavado (h´F)
densidad de la antracita (pant) = 1.70 gr/cm3
h´F = 0,1365 m
espesor de la capa de antracita (L´) = 0,5 m
porosidad de la antracita (e´0) = 0,45
10.0*5.1 0 hH
4321 HHHHHc
Lppeh asF *)(*)1( 0
1̀4 hHexHH
Pérdida de carga total en el lecho filtrante durante el lavado (hF1)
hF1 = 0,424 m
# de viguetas del drenaje N1
ancho de cada filtro (B) = 3.92 m.
ancho de cada vigueta (b) = 0,3 m. N1 = 13
# de orificios de cada vigueta en cada filtro N2
espaciamiento entre orificios (x) = 0,1 m N2 = 51.9
longitud de cada vigueta ( c ) = 0.33 m N2 = 62
# total de orificios en el drenaje de una unidad NT
NT = 862
Caudal de lavado por orificio (q0)
q0 = 2.72495E-04
Área de los orificios del drenaje (A0)
A0 = 0.000285000 m2.
diámetro de los orificios del drenaje (d0) = 0,01905 Pérdida de carga en los orificios del drenaje durante el retrolavado hF2
coeficiente de descarga de los orificios (cd) = 0,65 aceleración de la gravedad (g)= 9,81 m/s2
hF2 = 0,11 m. Sección transversal del falso fondo AFF
altura del falso fondo (H1) = 0,4 m.
AFF = 1.32 m2
Velocidad en el falso fondo durante el retrolavado VFF
b
BN 1
4
* 2
00
dA
x
cN
*22
21 * NNNT
T
D
N
Qq 0
2
0
2
02
)*(*2 Acg
qh
d
F
cHAFF *1
VFF = 0,178 m/s
Pérdida de carga en el falso fondo (hF3)
coeficiente de pérdida de carga = 1 hF3 =0.0016150m en el falso fondo (k) Pérdida de carga en la compuerta de salida durante el retrolavado hF4
velocidad en la compuerta = 1.50 m/s
de salida (Vc2)
hF4 = 0.1150 m. Altura de agua sobre las canaletas de recolección hF5
longitud de canaleta de = 3.3 m. lavado ( c )
hF5 = 0.05 m.
Pérdida de carga total durante el retrolavado hf lavado
hf lavado = 0.424 m.
Altura del vertedero que controla la hidráulica del lavado Hv
Hc= 2,70 m.
Hv = 3.400 m.
54321 hhhhhhFlavado
lavadoFcv hHH
AFF
QVFF D
g
Vkh c
F*2
* 2
24
32
3
5 )**2*84.1
*3.1(
CN
Qh D
F
g
VFFkhF
*2
* 2
3
CUADRO 3: CÁLCULO DE SUMATORIA (XI/(DI2) PARA CAPA DE ARENA
di min di max dmin*dmax(cm2) Xi Xi/dmin*dmax
1.41 1.68 0,0021 0.0445 0.018770052 1.19 1.41 0,0030 0.0739 0.0440208 1.00 1.19 0,0042 0.1000 0.084002101 0.84 1.00 0,0060 0.1625 0.193407738 0.71 0.84 0,0084 0.2799 0.469253018 0.59 0.71 0,0119 0.1891 0.451330867 0.50 0.59 0,0168 0.1102 0.373432203 0.42 0.50 0,0237 0.0402 0.19125
1.82547
CUADRO 4: CÁLCULO DE SUMATORIA (XI/(DI
2) PARA CAPA DE ANTRACITA
di min di max dmin*dmax(cm2) Xi Xi/dmin*dmax
2.00 2.36 0,0060 0.000 0.0000000
1.68 2.00 0,0084 0.143 0.0425000
1.41 1.68 0,0119 0.195 0.0823202
1.19 1.41 0,0168 0.187 0.1116872
1.00 1.19 0,0237 0.166 0.1396639
0.84 1.00 0,0334 0.211 0.2513095
0.71 0.84 0.772269383 0.098 0.163480885
79.09
PERDIDA DE CARGA EN EL MEDIO FILTRANTE Pérdida de carga inicial en la capa de arena en función de la velocidad de filtración Hf1
coeficiente de esfericidad (Ce) = 0,8
1.82547
viscosidad (v´) = 0,001 cm/s
Hf1 = 6.880E-04 VF m.
Pérdida de carga inicial en la capa de antracita en función de la velocidad de filtración Hf2
2
i
i
d
X
2
i
i
d
X
2
i
i
d
X
F
i
i
e
f VLd
x
ce
e
g
vH
***
1*
)1(*
*180223
0
2
0
´
1
coeficiente de esfericidad (Ce) = 0,7
79.09
viscosidad (v´) = 0,001 cm/s
Hf2 = 4.130E-04 VF m.
PERDIDA DE CARGA EN EL DRENAJE Caudal por orificio del drenaje durante el proceso de filtración en función de la velocidad de filtración q0
q0 = 1.740E-07 VF m3/s
Pérdida de carga inicial en función de la velocidad de filtración Hf3
Hf3 = 4.497E-08 VF2 m.
Sección de la compuerta de entrada Ac1
Velocidad en la compuerta de entrada (Vc1) = 0,83 m/s
Ac1 = 0.0477 M2
Diámetro de la compuerta de entrada (D) = 9.70 pulg.
Diámetro comercial = 12 pulg.
Área circular = 4/* 2DAc = 0.073 m2
Pérdida de carga en la compuerta de entrada
2
i
i
d
X
F
i
i
e
f VLd
x
ce
e
g
vH
´**
´
´*
´
1*
´
)´1(*
*180223
0
2
0´
2
T
FF
N
AVq
*86400
*0
gAc
qH
d
f***2 2
0
2
2
0
3
c
Dc
VN
QA
*
*3.11
g
VkH C
f*2
* 2
1
4
4*1CAD
Hf4 =
Pérdida de Carga en compuerta de Entrada más drenaje
1,85E-07
HF= 5.0215E-07
VF
2 VF
2
m. m
Donde:
Sección de la compuerta de salida Ac2
N : número de filtros
qc = 0,04 m3/s
Vc = 0.47 m/s
Ac2 = 0.0455 m2
Velocidad en la compuerta de salida en función de la velocidad de filtración Vc
Vc = 1,07E-03 VF m/s PERDIDA DE CARGA EN EL VERTEDERO DE CONTROL O SALIDA
longitud de cresta del vertedero = 1
a lo ancho (L)
hf7 = 0,20 m.
Carga hidráulica disponible para el proceso HT
HT =
0.0000005471197 VF^2+0.001101 VF+0.25
c
cc
V
qA
*5.12
N
Qq D
c
2*86400
*
c
FFc
A
VAV
FT HH
32
7 )*84.1
(L
Qh D
f
UNIDAD DE DESINFECCION
CALCULO DE ALMACENAMIENTO DE CLORO
1. Datos básicos de diseño :
Caudal Q = 235 lps
Dosis Máxima DM = 30 mg/lt
Dosis Mínima Dm = 6 mg/lt
Presentación del cloro Cilindro de 75 Kg.
2 Dosis promedio (D) :
De la relación : 2
minmax DDD
D = 18 mg/lt
3. Peso de cloro (W) :
Consideraciones :
Caudal Q = 235 lps
Tiempo de almacenamiento T = 90 días
De la relación : TQDW W = 32892 Kg
4. Número de cilindros (N) :
Consideraciones :
a. Peso del cilindro P = 75Kg
De la relación : P
WN N = 34 cilindros
5. Área de ocupada por cilindros (AT) :
Consideraciones :
Area neta ocupada por cilindro AC = 0.06 m2
Factor de área ocupada f = 1.25
De la relación : CT ANfA AT = 3.16 m2
CALCULO DE ESTACIÓN DE CLORACIÓN
1. Datos básicos de diseño:
Caudal Q = 235 lps
Dosis Máxima DM = 30 mg/lt
Concentración C = 1.5 mg/lt
N° de cilindros 3 unidades
Desinfectante Cloro Gas
2. Caudal mínimo de agua para eyector (q) :
De la relación: C
DQq
q = 2.03E-04 lps
3. Capacidad requerida del equipo (W) :
De la relación: DMQW W = 180 mg/s
W = 648 g/hr
4. Capacidad máxima y mínima del clorador:
Consideraciones:
Del CATALOGO
Entonces:
Capacidad máxima
WMax. = 1400 g/h = 388.89 mg/s
Capacidad mínima
20MaxW
MínW WMín. = 19.44 mg/s
5. Área de tubería de alimentación de agua (A) :
Consideraciones:
Velocidad de transito V = 1.10
m/s
De la relación : V
qA A 5.2E+00 m2
6. Diámetro de tubería de alimentación ( ) :
Consideraciones:
Velocidad de transito V = 0.9 m/s
De la relación: 5.0
A4
= 2.579 m
Aprox. = 101 1/2 pul
g. Equiv. = ½”pul
7. Pérdida de carga por fricción ( Ho ) :
Consideraciones:
Longitud de tubería de alimentación L = 27.0 m
Coeficiente de fricción f = 0.03
De la relación:
g2
LVfHo
2
Ho = 4.00 m
8. Pérdida de cargas menores ( Hm ) :
Consideraciones:
Coef. total de pérdida de carga por acces. = 8.70
9 Codos KCodo = 0.40
4 Tee KTee = 0.25
2 Válvulas de Compuerta KV = 0.30
1 Filtro Yee KF = 3.50
De la relación: g2
VKHm
2
Hm = 0.54 m
9. Carga dinámica total ( H ) :
Consideraciones:
Presión requerida por eyector h = 30 m
De la relación: HmHohH H = 34.54 m
10. Potencia de la bomba ( P ) :
Consideraciones:
Peso específico del agua = 1000 kg/m3
Eficiencia E = 85 %
De la relación: E
HqP
75
P = 0.0766 HP
Pcomercial= 0.50 HP
11. Volumen de tanque de contacto cloro ( VTC ) :
Consideraciones:
Tiempo de contacto t = 30 min.
De la relación: tQVTC VTC = 297 m3
12. Dimensionamiento de cámara de contacto :
Longitud de cámara de contacto
Consideraciones:
Ancho por cámara b = 2.50 m
Altura h = 2.50 m
De la relación: bh
VL TC
T LT = 47.52 m
13. Número de cámaras de contacto
Consideraciones:
Longitud de batería de filtro L = 12.80 m
De la relación: L
LN T N = 4 cámaras
CALCULO DE ALMACENAMIENTO DE HIPOCLORITO CALCIO
1. Datos básicos de diseño :
Caudal Q = 235 lps
Dosis Máxima DM = 4.3 mg/lt
Dosis Mínima Dm = 1.4 mg/lt
2. Dosis promedio (D) :
De la relación: 2
minmax DDD
D = 2.85 mg/l
3. Peso de hipoclorito de calcio (w) :
Consideraciones:
Caudal Q = 235 lps
Tiempo de almacenamiento T = 10 días
De la relación: TQDW W = 669.75 Kg
4. Número de tambores (N) :
Consideraciones:
Peso del tambor P = 50 Kg
De la relación: P
WN N = 13.4 tambores
5. Área de ocupada por tambores (AT) :
Consideraciones:
Área neta ocupada por tambor AC = 0.16 m2
Factor de área ocupada f = 1.30
De la relación : CT ANfA AT = 1.87 m2
SISTEMA DE EMERGENCIA PARA CLORACIÓN CON HIPOCLORITO DE
CALCIO
1. Caudal de dilución (q) :
Consideraciones:
Concentración: C = 5 %
De la relación: C
DQq
q = 0.0134 lps
q = 1.161 l/día
2. Volumen de Tanque de Solución (V) :
Consideraciones:
Tiempo de almac. del dosificación To = 12 hr
De la relación: ToqV V = 0.6968 m3.
3. Consumo de reactivo (P)
De la relación: DQP
P = 67.21 kg/día
4. Consumo por tanque de solución (Po)
De la relación: 24
PToPo Po = 33.61 kg
5. Caudal máximo de dosificación (qMáx)
De la relación: C
DQq M
Máx qMáx = 0.0134 lps
qMáx = 1.161 l/día
6. Caudal mínimo de dosificación (qMín)
De la relación: C
DQq m
Mín qMín = 0.235 lps
qMín = 235 l/día
7. Dimensionamiento
Consideraciones:
Sección cuadra, L = 0.70 m A = 0.50 m2
De la relación: A
Vh h = 1.39m
DISEÑO DE SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE CLORO
1. Consideraciones :
Caudal mínimo del eyector q = 0.0002014 lps
Diámetro del difusor = 1/2 pulg.
Número de orificios n = 10
Diámetro del orificio o = 5 mm
cumple mayor a 3 mm
2. Espaciamiento :
Siendo: Ancho de compartimiento de B = 1.25 m
cámara de contacto
De la relación: 1n
nBe
se obtiene e = 0.12m
Se observa que guarda la recomendación de ser menor a 10 cm, por lo
cual validamos el cálculo.
3. Comprobación :
Área del difusor AC = 0.002027 m2
Área del orificio Ao = 0.000032 m2
De la relación: 42.0A
Aon
C
se obtiene 0.16 < 0.42 correcto.
Se observa que el valor obtenido es inferior al 0.42, recomendado para
garantizar una dosificación uniforme
DISEÑO DE SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE HIPOCLORITO
1. Consideraciones :
Diámetro del difusor = 0.051m.
Número de orificios n = 24
Diámetro del orificio o = 0.064m.
cumple mayor a 3 mm
2. Espaciamiento :
Siendo: Ancho de compartimiento de B = 1.25 m
cámara de contacto
De la relación: 1n
nBe
se obtiene e = 0.12m
3. Comprobación :
Área del difusor AC = 0.002027 m2
Área del orificio Ao = 0.000032 m2
De la relación: 42.0A
Aon
C
se obtiene 0.016 < 0.42 correcto.
Se observa que el valor obtenido es inferior al 0.42, recomendado para
garantizar una dosificación uniforme
