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LIFE11 ENV/ES/000569
Acción B9.
Informe técnico: Diseño del Sistema Hidráulico
para el Tratamiento y Reciclaje del Agua Residual
en las Instalaciones de Lavado de Vehículos
Hydraulic design report
LIFE+ MINAQUA
Proyecto de demostración de ahorro de agua en instalaciones de lavado
de vehículos mediante el uso de detergentes innovadores y tratamiento
natural de las aguas residuales
Demonstration project for water in car wash premises using innovative
detergents and soft treatment systems
Marzo, 2016
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
1.- INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 7
1.1.-OBJETIVOS .......................................................................................................................... 7
2.- DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE MONTFULLA Y DEL SISTEMA DE RECICLADO ....................... 8
2.1.- PUNTOS DE CONEXIÓN ..................................................................................................... 8
2.2.- OPERACIÓN ....................................................................................................................... 9
2.3.- CAUDALES DE TRATAMIENTO ......................................................................................... 10
2.4.- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE RECICLADO .................................................................... 12
3.- DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE MIRAMÓN .......................................................................... 15
3.1.- DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INSTALACIÓN.................................................................. 15
3.2.- PUNTOS DE CONEXIÓN ................................................................................................... 16
3.3.- OPERACIÓN ..................................................................................................................... 16
3.3.1.- BOMBEO PRINCIPAL ................................................................................................. 16
4.- DESCRIPCIÓN TÉCNICA DE LA LINEA DE AGUA DE LOS PILOTOS DE MONTFULLA ................ 18
4.1.- ABASTECIMIENTO A LAS PLANTAS PILOTO ..................................................................... 18
4.2.- CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN DIRECTA A LOS TRES PILOTOS ......................................... 19
4.3.- PILOTO ZONA HÚMEDA FLUJO SUBSUPERFICIAL VERTICAL (ZHFSSV) ............................ 19
4.4.- PILOTO INFILTRACIÓN – PERCOLACIÓN (IP) ................................................................... 21
4.5.- PILOTO ZONA HÚMEDA FLUJO SUB-SUPERFICIAL HORIZONTAL (ZHFSSH) .................... 22
5.- DESCRIPCIÓN TÉCNICA DE LA LINEA DE AGUA DEL PILOTO DE MIRAMÓN ........................... 24
5.1.-PILOTO ZONA HÚMEDA DE FLUJO SUB-SUPERFICIAL HORIZONTAL (ZHFSSH) .................... 24
6.- JUSTIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO ..................................................................... 26
6.1.- COEFICIENTE DE PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADOS EN MONTFULLA ......................... 27
6.1.1.- COEFICIENTE DE PÉRDIDA DE CARGA EN ELECTROVÁLVULA .................................. 27
6.1.2.- COEFICIENTE DE PÉRDIDA DE CARGA EN FILTRO DE MALLAS ................................. 29
6.1.3.- COEFICIENTE DE PÉRDIDA DE CARGA EN FILTRO DE ANILLAS ................................. 29
6.1.4.-BOMBEO DE ALIMENTACIÓN DE LAS PLANTAS PILOTO ........................................... 30
6.1.5.- BOMBEO DE ENTRADA A LA INFILTRACIÓN – PERCOLACIÓN (IP) ........................... 38
6.1.6- PÉRDIDA DE CARGA EN RED DE GOTEROS DE DISTRIBUCIÓN DE LA IP .................... 38
6.1.7.- BOMBEO DE ALIMENTACIÓN DE LA PLANTA PILOTO ZHFSSH ................................. 44
6.2.- COEFICIENTES DE PÉRDIDA DE CARGA LOCALIZADOS EN MIRAMON ............................ 46
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Protocolo experimental de operación de los piloto. ..................................................... 10
Tabla 2. Protocolo de cargas hidráulicas a aplicar en los distintos pilotos ................................. 10
Tabla 3. Protocolo de fraccionamiento de la carga hidráulica a aplicar en los distintos pilotos 11
Tabla 4. Especificaciones técnicas para las conexiones hidráulicas y eléctricas ......................... 13
Tabla 5. Características del piloto ZHFSSV .................................................................................. 20
Tabla 6. Características del piloto IP ........................................................................................... 22
Tabla 7. Características del piloto ZHFSSH .................................................................................. 23
Tabla 8. Resumen de las características del piloto ZHFSSH ........................................................ 25
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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Ubicación de las plantas piloto dentro de la instalación de lavado de vehículos de
Montfullà ....................................................................................................................................... 9
Ilustración 2. Esquema transversal de las plantas piloto ............................................................ 12
Ilustración 3. Diagrama del proceso de reciclaje con el depósito de acumulación y la línea de
reciclado ...................................................................................................................................... 12
Ilustración 4. Franja de tierra para la ubicación del nuevo depósito 3000L ............................... 14
Ilustración 5. Depósito semienterrado de 1800L (el círculo indica la zona dónde se juntan las
tuberías y donde se deberá conectar la nueva valvulería) ......................................................... 14
Ilustración 6. Punto donde está ubicada la planta piloto ........................................................... 15
Ilustración 7. Diagrama de proceso de la planta piloto .............................................................. 15
Ilustración 8. Bomba sumergida en el decantador ..................................................................... 17
Ilustración 9. Bomba Sumergida en el decantador ..................................................................... 18
Ilustración 10. Entrada principal al sistema de plantas piloto.1 Llave de paso; 2. Filtro de malla;
3. Electroválvula .......................................................................................................................... 19
Ilustración 11. Cubeto y boca de entrada ................................................................................... 20
Ilustración 12. Cubeta IP y sistema de goteo instalado .............................................................. 21
Ilustración 13. Sistema de filtros de anillas previo a la IP ........................................................... 21
Ilustración 14. ZHFSSH y arqueta de salida ................................................................................. 22
Ilustración 15. Cubeta ................................................................................................................. 24
Ilustración 16. Arqueta de Salida ................................................................................................ 24
Ilustración 17. Pérdidas de presión en electroválvulas Rainbird. ............................................... 27
..................................................................................................................................................... 28
Ilustración 18. Pérdidas de presión en filtro de mallas CEPEX .................................................... 29
Ilustración 19.Perdida de presión en filtro de Anillas 1 1/2". ..................................................... 30
Ilustración 20. Alternativas de bombeo. ..................................................................................... 38
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1.- INTRODUCCIÓN
El proyecto Life MinAqua “Proyecto de demostración de ahorro de agua en instalaciones de
lavado de vehículos mediante el uso de detergentes innovadores y tratamiento natural de las
aguas residuales”, es un proyecto que tiene como objetivo proveer la solución técnica y
ambiental que permita minimizar el consumo de agua de red en las instalaciones de lavado de
vehículos y reducir la carga contaminante generada.
Las acciones propuestas para alcanzar los objetivos del proyecto se han agrupado en cuatro
áreas de trabajo: condiciones de operación, detergentes, tratamiento del agua y reciclaje del
agua. En cuanto al tratamiento del agua, uno de los objetivos específicos es el de diseñar y
construir plantas piloto, basadas en procesos naturales de depuración, para demostrar que es
posible el proceso de recuperación de aguas procedentes de las instalaciones de lavado de
vehículos mediante tratamientos de bajo coste de operación y mantenimiento.
En los escenarios previstos el agua tratada por los pilotos se envió inicialmente a saneamiento
(sistema de alcantarillado). Sin embargo, al final del período de seguimiento, se realizó la
conexión del agua depurada con el equipo de lavado de vehículos de una de las instalaciones.
1.1.-OBJETIVOS
El presente documento tiene como objetivo diseñar el sistema hidráulico adecuado que
garantice una buena alimentación de las plantas piloto de tratamiento de aguas residuales en
ambas instalaciones (Montfullà y Miramón) y permita tanto llevar el agua residual desde las
instalaciones de lavado hasta las plantas piloto, como el agua tratada resultante hacia el sistema
de saneamiento en una primera fase y, de vuelta a las instalaciones para ser reutilizada (sistema
de reciclaje)en un asegunda fase. Se realizarán los cálculos para el diseño y dimensionamiento
de los elementos que constituyen el sistema hidráulico (bombas, válvulas, etc.) así como la
determinación de los caudales de operación.
En el caso de Montfullá se construirán 3 plantas piloto, respectivamente:
Zona Húmeda de Flujo Sub-Superficial Horizontal (ZHFSSH)
Infiltración – Percolación (IP)
Zona Húmeda de Flujo Sub-Superficial Vertical (ZHFSSV)
En el caso de Miramón, se instalará una única planta piloto, la correspondiente al sistema de
tratamiento denominado Zona Húmeda de Flujo Sub-Superficial Horizontal (ZHFSSH).
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2.- DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE MONTFULLA Y DEL SISTEMA
DE RECICLADO
2.1.- PUNTOS DE CONEXIÓN
Los tres pilotos de Montfullà están diseñados para tratar las aguas de las dos calidades adjutnas,
dependiendo esta del punto de conexión:
PUNTO 1 (ver ilustración 1). Primer decantador de la línea A (para la descripción completa de
las instalaciones y sistema de recogida y pre-tratamiento de aguas residuales ver informe
entregable de la acción A5):
Calidad 1 (alta carga contaminante). Se trata de agua de lavado de coches sin tratamiento (sin
decantación), con gran concentración de Sólidos en Suspensión (SS) y materia orgánica medida
como Demanda Química de Oxígeno (DQO). Los valores promedio para estos parámetros (según
los resultados de los muestreos efectuados durante la fase de caracterización del agua residual)
son de 413 mg/L de SS y 309 mg/L de DQO. Esta agua se captará directamente del primer
decantador de la línea A. La instalación de la bomba permite regular la profundidad a la que se
capta el agua. A mayor profundidad, mayor será la concentración de sólidos en suspensión y la
DQO. De esta forma, regulando la profundidad de captación del agua, podemos conseguir
alimentar las plantas piloto con agua con niveles de contaminación similares a los del agua
residual. El agua de calidad 1 permitirá el estudio del tratamiento de aguas de lavado de coches
exclusivamente con sistemas naturales sin ningún tipo de pre-tratamiento.
PUNTO 2. Segundo decantador de la línea A (ver ilustración 1):
Calidad 2 (baja carga contaminante). Se trata de agua de lavado de coches después de un pre-
tratamiento (decantación). El agua de calidad 2 tiene una menor concentración de sólidos en
suspensión y materia orgánica (DQO), con un promedio de 126 mg/L de SS y 180 mg/L de DQO
(según los resultados de los muestreos efectuados durante la fase de caracterización del agua
residual). Esta agua se captaría del segundo decantador de la línea A. La calidad 2 se
experimentaría si con el sistema natural sin ningún pre-tratamiento no se alcanzan los objetivos
de calidad deseados.
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2.2.- OPERACIÓN
Las tecnologías de ZHFSSH suelen funcionar en continuo por gravedad, así que se aplicará en el
piloto ZHFSSH una alimentación lo más parecida a un flujo continuo posible mediante una
bomba adecuada. Las tecnologías de ZHFSSV e IP funcionan en discontinuo para que sean
sistemas aerobios. Así pues, estas dos pilotos se alimentarán de manera discontinua (por
“batches”) mediante una bomba. En el caso de la IP al ser un sistema con arena fina y que puede
colmatarse, la alimentación será secuencial con 5 días de alimentación y 2 días de reposo que
se harán coincidir con el fin de semana.
Ilustración 1. Ubicación de las plantas piloto dentro de la instalación de lavado de vehículos de Montfullà
2
3
4
1789
5
6
10
11
(1) Recepción y oficina, (5) Área lavado interiores (aspiradores), (9) WC públicos(2) Tren de lavado, (6) Área cliente (outlet, vending), (10) Parking vehículos para entregar(3) Box de lavado, (7) Local técnico (filtros, productos) (11) Zona verde (reservada para (4) Puente de lavado, (8) Vestuarios, plantas piloto)
agua residual (A)
aguas negras
aguas pluviales cubiertaagua a tratamiento para reciclar
agua residual (B)
Punto 1 .
Calidad 1
Punto 2 .
Calidad 2
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2.3.- CAUDALES DE TRATAMIENTO
Los volúmenes de agua a aplicar en cada piloto (caudal) irán variando a lo largo del experimento.
Para cada piloto (ZHFSSH, ZHFSSV y IP) y cada calidad de agua (calidad 1 y calidad 2) se
experimentarán tres cargas hidráulicas (mínima - media - máxima) en dos periodos de
temperatura, más cálido y más frío (ver Tabla 1). La carga hidráulica es un parámetro hidráulico
que se utiliza en los sistemas extensivos, es igual al caudal diario dividido por superficie y se
suele expresar en m/día o cm/día.
ZHFSH ZHFSV(1) IP(1) Calidad 1 (12 meses)
CH 1 (4 meses)
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
CH 2 (4 meses)
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
CH 3 (4 meses)
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
Calidad 2 (12 meses)
CH 1 (4 meses)
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
CH 2 (4 meses)
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
CH 3 (4 meses)
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
2 meses periodo frio 2 meses periodo cálido
Tabla 1. Protocolo experimental de operación de los piloto.
Estas cargas hidráulicas, resumidas en la Tabla 2, se podrán modificar de acuerdo con los
resultados que se vayan obteniendo (disminuyéndola si hay indicios de colmatación o
rendimientos bajos; o aumentándola si los rendimientos son muy elevados).
CH1 (mínima)
CH2 (promedio)
CH3 (máxima)
ZHFSSH (m/día) 0,01 0,08 0,15
ZHFSSV (m/día) 0,05 0,20 0,40
IP (m/día) 0,05 0,20 0,40
Tabla 2. Protocolo de cargas hidráulicas a aplicar en los distintos pilotos
Para las ZHFSSV y la IP, para cada carga hidráulica se experimentará con dos modos de
operación. El primer mes se operará con un número bajo de aplicaciones (de 4 a 6) y el segundo
con un número más elevado (de 8 a 10). De este modo se estudiará el efecto del número de
aplicaciones en el funcionamiento de los pilotos, tanto desde el punto de vista hidráulico como
de rendimientos de depuración. El fraccionamiento de la carga hidráulica para estas plantas
piloto se detalla en la Tabla 3.
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ZHFSSV IP
Núm. “batchs” 4 – 6 8 – 10 4 – 6 8 – 10
CH1 (m/día) 0,013 - 0,008 0,006 - 0,005 0,013 - 0,008 0,006 - 0,005
CH2 (m/día) 0,050 - 0,033 0,025 - 0,020 0,050 - 0,033 0,025 - 0,020
CH3 (m/día) 0,100 - 0,067 0,050 - 0,040 0,100 - 0,067 0,050 - 0,040
Tabla 3. Protocolo de fraccionamiento de la carga hidráulica a aplicar en los distintos pilotos
El caudal instantáneo será, para todas las pilotos, 4,80 m3/h. La duración de los “batches” será
función de su número, del caudal instantáneo y del volumen tratado en cada fase y proceso.
Tal como se describe en la acción B6, en el proyecto se contemplan escenarios adicionales que
serán realizados o no dependiendo de los resultados obtenidos en el protocolo general
descrito previamente. Son los siguientes:
Escenario 1. Experimentación con agua residual sin ninguna adición de detergentes o
cultivos microbianos (corresponde con el escenario propuesto como protocolo general).
Escenario 2. Experimentación con agua residual “modificada” artificialmente añadiendo un
cultivo de microorganismos con las condiciones idénticas al escenario 1.
Escenario 3. Experimentación con agua residual “modificada” añadiendo materia
orgánica/nutrientes (este escenario a priori no se contempla actualmente ya que las
analíticas realizadas muestran una concentración de materia orgánica inicial suficiente para
el buen funcionamiento de los pilotos).
Adicionalmente a los tres escenarios descritos se contemplan las siguientes posibilidades:
Combinación de tecnologías en serie. Los 3 pilotos a priori operarán y serán monitoreados
en paralelo para poder comparar su eficiencia de depuración durante un periodo de 2 años.
Sin embargo en caso de no llegar a las calidades deseadas con un solo piloto, se trabajaría
en línea con la combinación ZHFSSH + IP.
Recirculación. En los escenarios previstos el agua tratada por los pilotos irá a saneamiento
(sistema de alcantarillado). Sin embargo, si los resultados y las instalaciones lo permiten, al
final del período de seguimiento se podría realizar la conexión del agua depurada por uno o
varios pilotos con el equipo de lavado de las instalaciones Se haría aplicando la tecnología o
combinación de tecnologías que mejores resultados haya proporcionado.
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2.4.- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE RECICLADO
Para realizar el reciclado del agua tratada y aprovechando al máximo las instalación existente,
se opta por canalizar todos las plantas piloto al depósito enterrado existente (ilustración 5).
Además de canalizar, se introduce un sistema de válvulas para decidir con que reactor trabajar
en cada momento, permitiendo trabajar con todos a la vez. Desde este depósito se realiza el
bombeo al depósito de acumulación de 3000 L (Ilustración 3) El depósito de acumulación se
diseña con el volumen suficiente para acumular el agua tratada en un día y alimentar la planta
de lavado de vehículo. Este sistema está regulado por un control de boyas.
Ilustración 2. Esquema transversal de las plantas piloto
Ilustración 3. Diagrama del proceso de reciclaje con el depósito de acumulación y la línea de reciclado
A continuación se muestran las características técnicas de los equipos instalados:
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Cant. Uds. Descripción INSTALACIONES MECÁNICAS
Depósito 1.800 L 6 Ud VÁLVULA BOLA SOLDAR PE PVC-U/EPDM 1 ½ ’’ 1 Ud Bomba Centrífuga 1000 l/h 1 Ud VALVULA ANTI-RETORNO BOLA ENCOLAR H PVCU/EPDM 2 Ud T 1 ½ ’’ PE 6 m Tubo PE Diámetro 1 ½ ’’ 6 Ud Codo PE Diámetro 1 ½ ’’ 1 PA Implantación bomba
Interconexión depósito 1.800L a depósito 3.000L
1 Ud VALVULA BOLA SOLDAR PE PVC-U/EPDM 1 ½ ’’ 1 Ud T 1 ½ ’’ PE
20 m Tubo PE Diámetro 1 ½ ’’ 6 Ud Codo PE Diámetro 1 ½ ’’ 1 Ud Suministro e Implantación depósito Cilíndrico 3.000 L 1 PA Agujero en tierra para colocación de valvulería en conducciones
existentes Entradas a depósito 3.000 L
1 Ud VALVULA BOLA SOLDAR PE PVC-U/EPDM 2" 2 Ud T 1 ½ ’’ PE 6 m Tubo PE Diámetro 1 ½ ’’ 4 Ud Codo PE Diámetro 1 ½ ’’
Trasvase de Depósito 3.000 L a Recuperador
2 Ud VALVULA BOLA SOLDAR PE PVC-U/EPDM 1 ½ ’’ 1 Ud Bomba Centrífuga 1000 l/h 1 Ud VALVULA ANTI-RETORNO BOLA ENCOLAR H PVCU/EPDM 1 Ud T 1 ½ ’’ PE
30 m Tubo PE Diámetro 1 ½ ’’ 12 Ud Codo PE Diámetro 1 ½ ’’
1 PA Implantación Bomba
INSTALACIONES ELÉCTRICAS
Acometida Eléctrica 60 m Manguera L/H 4 x 2,5 mm2
1 PA Material conducción
Cuadro de Potencia y Control 1 PA Diseño y Suministro Cuadro de Potencia Y Control
Instalación Eléctrica Potencia y Control
30 m Manguera L/H 4 x 2,5 mm2 Alimentación Bombas 4 Ud Niveles Máxima y Mínima
150 m Manguera L/H 3x1 mm2 Nivel máximos y mínimos Tabla 4. Especificaciones técnicas para las conexiones hidráulicas y eléctricas
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Ilustración 4. Franja de tierra para la ubicación del nuevo depósito 3000L
Ilustración 5. Depósito semienterrado de 1800L (el círculo indica la zona dónde se juntan las tuberías y donde se deberá conectar la nueva valvulería)
• Distancia franja de tierra (desde la pared hasta el hormigón): 2,75 m
• Distancia entre arqueta S-ZHH y arqueta S-IP = 2,76 m
• Distancia que queda entre depósito y los pies del cartel = 91 cm
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3.- DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE MIRAMÓN
3.1.- DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INSTALACIÓN
A continuación se puede observar la ubicación de la planta piloto de Miramón y el diagrama
de proceso.
Ilustración 6. Punto donde está ubicada la planta piloto
Ilustración 7. Diagrama de proceso de la planta piloto
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3.2.- PUNTOS DE CONEXIÓN
El piloto podrá tratar agua desde el decantador uno y decantador 2 de las instalaciones de
lavado. Consecuentemente habrá dos puntos de conexión:
PUNTO 1. Primer decantador
Calidad 1. Se trata de agua de lavado de coches y mascotas sin casi pre-tratamiento (con una
concentración de Sólidos en Suspensión (SS) de entorno 40 mg/L y materia orgánica medida
como Demanda Química de Oxígeno (DQO) de 100 mg/L. Esta agua se captará directamente del
primer decantador del sistema de pre-tratamiento de aguas residuales de la Estación de Servicio,
en el punto lo más cerca posible a la entrada al decantador. De todos modos, al no poderse
ubicar la bomba directamente en la arqueta de entrada, siempre se producirá una decantación.
Se intentará durante el estudio ubicar la bomba a una altura tal que pueda coger la mayor
cantidad de sólidos y materia orgánica posible.
PUNTO 2. Segundo decantador
Calidad 2. Se trata de agua de lavado de coches y mascotas después de un primer decantador.
Los análisis realizados en la fase de caracterización del agua mostraron que la calidad es similar
a la del primer punto (decantador 1). Aun así, se dejará todo preparado para poder trasladar la
bomba al segundo de decantador por si fuera necesario.
3.3.- OPERACIÓN
Para una correcta operación Se ha procedido a la instalación de un sistema de bombeo dentro
del decantador 1 para una primera fase y se ha dejado las conexiones preparadas para captar
del decantador 2 en una segunda fase. En esta segunda fase se procedería a mover la bomba
sumergida de un decantador a otro.
3.3.1.- BOMBEO PRINCIPAL
Se ha procedido a instalar una bomba marca Conforto tipo Vórtex serie VRX, modelo 50/32M,
específica para aguas fecales e industriales fabricada en hierro fundido y acero inoxidable AISI
420 (Foto 1). La bomba proporciona un caudal/hora variable entre 12,3 m3 a 1 m de altura y 1,2
m3, siendo una media a 3,5 m de altura de 8,5 m3/h. La bomba es capaz de bombear agua con
alta cantidad de sólidos en suspensión ya que tiene un sistema triturador.
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Ilustración 8. Bomba sumergida en el decantador
La bomba se instala inicialmente a unos 50 cm de la superficie del primer decantador (dentro
la columna de agua).
Al ser un caudal muy grande, se ha procedido a instalar un retorno regulado por una válvula, y
también una válvula al inicio de la tubería de alimentación para poder regular (disminuir) el
caudal instantáneo de la bomba. A continuación se describen las pruebas realizadas para
medir el caudal real de llegada a la entrada del piloto de ZHFSSH cambiando el grado de
abertura del retorno y de la alimentación.
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4.- DESCRIPCIÓN TÉCNICA DE LA LINEA DE AGUA DE LOS PILOTOS
DE MONTFULLA
4.1.- ABASTECIMIENTO A LAS PLANTAS PILOTO
Un sistema de bombeo dentro de los decantadores permite la impulsión del agua a los pilotos.
La bomba se ubica en el decantador 1 y existen conexiones preparadas para captar del
decantador 2 en una segunda fase (en caso que fuera necesaria una decantación previa). La
bomba instalada es de tipo sumergible, marca SACI, modelo HT 65/2 C. 502 y salida de 2”
(Ilustración 2). La bomba proporciona un caudal instantáneo de 4,80 m3/h.
Ilustración 9. Bomba Sumergida en el decantador
Desde la bomba parte una tubería de 1 ½’’ de PE para la alimentación de los pilotos. Con este
diámetro, la velocidad del agua en la conducción será de 1,17 m/s. Se considera que para evitar
sedimentaciones en la tubería, la velocidad del agua debe mayor a 0,50 m/s. Este factor es
especialmente importante en este caso, debido a la gran cantidad de sólidos que transporta el
agua a tratar y el pequeño diámetro de las conducciones.
La tubería conduce el agua a tratar hasta una llave de paso que permite cerrar la entrada al
circuito. Un filtro de malla de 2” permite retener los sólidos de gran tamaño presentes en el
agua a tratar (Ilustración 3). A continuación se instala una electroválvula que permite ser
activada manualmente o de forma automática mediante un programador.
La tubería principal de alimentación a los pilotos se bifurca en dos. Mediante una llave que cierra
el circuito directo a los pilotos el agua se puede redirigir a una tubería de PVC 1” que pasa por
un filtro de 1” y finalmente a un sistema de dosificación que permite inyectar la mezcla líquida
de microorganismos a la tubería de alimentación en experimentos puntuales.
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Ilustración 10. Entrada principal al sistema de plantas piloto.1 Llave de paso; 2. Filtro de malla; 3. Electroválvula
4.2.- CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN DIRECTA A LOS TRES PILOTOS
La tubería principal de PE de 1 ½’’ permite la aplicación del agua a los pilotos mediante la
ramificación en 3 puntos:
1. Entrada sistema Zona Húmeda Flujo Sub-Superficial Vertical (ZHFSSV)
2. Entrada sistema Infiltración – Percolación (IP)
3. Entrada sistema Zona Húmeda Flujo Sub-Superficial Horizontal (ZHFSSH)
En cada una de estas ramificaciones se ubica una llave de paso y electroválvula
4.3.- PILOTO ZONA HÚMEDA FLUJO SUBSUPERFICIAL VERTICAL (ZHFSSV)
Después de la llave de paso y la electroválvula el agua accede al piloto de ZHFSSV. El piloto está
formado por un una cubeta que contiene el material de filtración y drenaje (Ilustración 4). El
agua es aplicada en superficie de forma discontinua a través de un sistema de distribución
(Ilustración 4). El agua percola a través de la ZHFSSV y es recogida por un sistema de drenaje
conectado a tubería que vierte el agua a una arqueta y desde allí, por gravedad a alcantarillado.
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Ilustración 11. Cubeto y boca de entrada
ZONA HÚMEDA FLUJO SUBSUPERFICIAL VERTICAL (ZHFSSV)
Funcionamiento Discontinuo por lotes o batches
Agua a tratar Calidad 1 y 2 (ver apartado 2.1)
Alimentación Captación directa mediante bomba SACI HT65/2C. 502 de salida de 2’’.
Distribución Tuberías aéreas de PVC 50 con 6 salidas y 6 grifos de aplicación
Estructura de
salida
Tubería PVC 1 ½ de con grifo de latón de 1” para la toma de muestras,
sifón para colocación de caudalímetro y desagüe hacia alcantarillado
Carga hidráulica Oscilará entre 0,01 – 0,04 m/día
Tabla 5. Características del piloto ZHFSSV
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4.4.- PILOTO INFILTRACIÓN – PERCOLACIÓN (IP)
La línea del piloto IP está formado por un sistema de filtro de anillas, un depósito de
almacenamiento con un sistema de bombeo, y una cubeta que contiene el material de filtración
y drenaje (Ilustración 14).
Ilustración 12. Cubeta IP y sistema de goteo instalado
Ilustración 13. Sistema de filtros de anillas previo a la IP
El agua procedente del punto de captación pasa (tras la llave de paso y la electroválvula) a través
de 2 filtros de anillas (ver Ilustración 6) y se dirige a un depósito de almacenamiento de 1800 L.
Desde el depósito, una bomba sumergida impulsa el agua a tratar a través de un sistema de
goteo. El agua percola a través de la IP y es recogida por un sistema de drenaje conectado a la
tubería de salida que vierte por gravedad al alcantarillado (arqueta de saneamiento). En la Tabla
5 se muestran las características del sistema.
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INFILTRACIÓN – PERCOLACIÓN (IP)
Funcionamiento Secuencial (periodos de alimentación y reposo) y discontinuo (por
“batches”)
Agua a tratar Calidad 1 y 2 (ver apartado 2.1)
Pre-tratamiento Batería de 4 (2+2reserva) filtros de anillas de 1 ½’’ de 120 mesh en
paralelo
Modo de
alimentación
Alimentación por bomba sumergida ESPA Modelo Acuaria 07N desde
depósito. La bomba se activa a través de programador a batería.
A partir de una tubería alimentación PE 1”se distribuyen 7 líneas con
goteros autocompensados termosellados. Goteros enterrados a 10 cm
y separados 0,4 m entre líneas y 0,3 m entre emisores.
Caudal de la red de goteros: 105 emisores x 2,3 l/h = 241,5 litros / hora
Estructura de
salida
Tubería PVC 1 ½ de con grifo de latón de 1” para la toma de muestras,
sifón para colocación de caudalímetro y desagüe hacia alcantarillado
Carga hidráulica Oscilará entre 0,01 – 0,4 m/día
Tabla 6. Características del piloto IP
4.5.- PILOTO ZONA HÚMEDA FLUJO SUB-SUPERFICIAL HORIZONTAL (ZHFSSH)
La línea del piloto ZHFSSH está formado por un depósito de almacenamiento que recibe el
agua (después de una llave de paso y electroválvula) desde el decantador mediante la bomba
principal. Desde este depósito se impulsa el agua de manera casi continua mediante una
bomba peristáltica marca BOYSE que va dosificándola por impulsos al piloto (Ilustración 7).
Ilustración 14. ZHFSSH y arqueta de salida
El agua se aplica de forma sub-superficial en un extremo de la cubeta. Avanza a través de la
ZHFSSH y es recogida en el extremo opuesto mediante una tubería de salida. El sistema de salida
consta de un grifo para la toma de muestras y de una arqueta de salida con un tubo elevado que
permite la regulación del nivel del agua en el interior del filtro. Desde la arqueta el agua es
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dirigida a un depósito de acumulación desde el que puede verterse a alcantarillado por gravedad
o dirigirse al sistema IP mediante bombeo (antes o después del filtro de anillas).
ZONA HÚMEDA FLUJO SUBSUPERFICIAL HORIZONTAL (ZHFSSH)
Funcionamiento Continuo
Agua a tratar Calidad 1 y 2 (ver apartado 2.1)
Modo de
alimentación
Mediante bomba peristáltica BOYSER ubicada en depósito (se llena
desde la bomba principal situada en el decantador). El caudal de
entrada se regula mediante la variación de la frecuencia de impulsos
de la bomba.
Estructura de
salida
Dispone de:
- Grifo para la toma de muestras
- Sifón para la posible colocación de caudalímetro
- Arqueta de salida. Desde la arqueta una tubería de PE 1” lleva el agua
tratada a depósito de acumulación. Desde este depósito el agua puede
ir a alcantarillado mediante una tubería de PE 1” o puede ser
impulsada al sistema IP mediante una bomba sumergida ESPA Modelo
Acuaria 07N con programador autónomo de batería.
Carga hidráulica Oscilará entre 0,01 – 0,1 m/día aprox.
Tabla 7. Características del piloto ZHFSSH (Montfullà)
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Ilustración 16. Arqueta de Salida
Ilustración 15. Cubeta
5.- DESCRIPCIÓN TÉCNICA DE LA LINEA DE AGUA DEL PILOTO DE
MIRAMÓN
5.1.-PILOTO ZONA HÚMEDA DE FLUJO SUB-SUPERFICIAL
HORIZONTAL (ZHFSSH)
El agua se aplica de forma sub-superficial en un extremo de la cubeta como se ha indicado en el
apartado anterior. El agua avanza a través de la ZHFSSH (ilustración 15) y es recogida en el
extremo opuesto al punto de aplicación del agua mediante una tubería de salida. Este sistema
de salida consta de un grifo para la toma de muestras y una arqueta de salida con un tubo
elevado que permite la regulación del nivel del agua en el interior del filtro (ilustración 16).
Desde la arqueta, el agua es dirigida a un depósito decantador de vertido.
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ZONA HÚMEDA FLUJO SUBSUPERFICIAL HORIZONTAL (ZHFSSH)
Funcionamiento Continuo
Agua a tratar Decantador 1 y 2 (ver apartado 1.2)
Modo de
alimentación
Directa desde bomba sumergida en decantador a ZHFSSH. El caudal de entrada al ZHFSSH se regula mediante válvula de retorno de PVC de 1 ¼ ” y llave de salida de 1” de PVC, ambas situadas en arqueta enterrada frente decantador. Dispone de un grifo de latón de 1” para toma de muestras y otro igual para el cierre de entrada a la cubeta.
Cubeta Acero 4 mm con tratamiento anti-óxido y dos capas de pintura. Compartimentos interiores de 2 x 0,6 m cada 0,6 m generando apertura alterna de 0,30 m.
Dimensiones El piloto tiene una superficie total de 10,58 m2 - Largo total piloto: 4,6 m - Ancho total piloto: 2,3 m - Alto: 0,6 m
Material filtrante Zonas de entrada y salida (grava silícea 25-40 mm en 1 y 0,50 m respectivamente) Zona filtrante (grava silícea 10-18 mm)
Vegetación Phragmites australis
Toma muestras Dos piezometros de Ø 90 mm. Grifos 1” latón en entrada y en salida Estructura de
salida
Dispone de:
- Grifo para la toma de muestras - Arqueta cuadrada de 60x60x100 cm con tapa con sifón de salida regulable en altura. Desde la arqueta de salida y por gravedad, una tubería de PE 1” colocada en superficie, lleva el agua tratada al depósito decantador de vertido
Carga hidráulica Oscilará entre 0,02 – 0,16 m/día aprox.
Tabla 8. Resumen de las características del piloto ZHFSSH (Miramón)
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6.- JUSTIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO
El objeto de este apartado es establecer las pérdidas de carga hidráulica que va a registrar a lo
largo del recorrido para poder así determinar las necesidades de bombeo de los distintos
procesos.
Al desplazarse el agua de un punto a otro de la conducción, la energía total va disminuyendo
debido a la fricción producida durante el movimiento (pérdidas continuas) o a pérdidas locales
provocadas por los distintos elementos que configuran el sistema, tales como codos, válvulas,
piezas de derivación, etc.
Normalmente, las pérdidas de carga continuas son más importantes que las localizadas,
pudiendo estas despreciarse cuando supongan menos del 5% de las totales, y en la práctica,
cuando la longitud entre elementos singulares sea mayor de mil veces el diámetro interior de la
tubería. Sin embargo, al tratarse de plantas piloto, con caudales de tratamiento pequeños (y por
lo tanto, velocidades reducidas) y tramos de conducción de pequeña longitud, las pérdidas de
carga continuas serán de pequeña magnitud, mientras que las pérdidas localizadas debidas a
elementos de pequeño diámetro, con coeficientes de pérdida de carga superiores a los
correspondientes a elementos de igual naturaleza de diámetros mayores, tenderán a ser
importantes.
Salvo casos excepcionales, las pérdidas de carga localizadas sólo se pueden determinar de forma
experimental. Estas pérdidas son debidas a la disipación de la energía motivada por las
turbulencias, por lo que pueden expresarse en función de la altura cinética, corregida por un
coeficiente empírico K. Este coeficiente es adimensional y depende del tipo de singularidad y de
la velocidad media en el interior de la conducción. En nuestros cálculos utilizaremos los valores
de K obtenidos a partir de la información técnica facilitada por los fabricantes de cada elemento
del sistema.
Para calcular la pérdida de carga continua en la tubería se utiliza la fórmula de Darcy - Weisbach:
∆𝐻 = 𝐼 ∙ 𝐿 = 𝑓
𝐷 ∙
𝑉2
2𝑔 ∙ 𝐿
El coeficiente de fricción f depende de la velocidad del agua en el conducto, su diámetro y el
material con el que está hecho. Se determina por medio de la fórmula de Colebrook:
1
√𝑓= −2 ∙ 𝑙𝑜𝑔 (
𝐾𝑎3,71 ∙ 𝐷
+2,51 ∙ 𝑣
𝑉 ∙ 𝐷 ∙ √𝑓)
Para hallar su valor, se procede por iteración, partiendo de un valor inicial f0 igual a:
1
√𝑓0= −2 ∙ 𝑙𝑜𝑔 (
𝐾𝑎3,71 ∙ 𝐷
)
Las pérdidas de carga localizadas se obtendrán a partir de la estimación de la disminución de la
componente cinética de la presión, tal y como acabamos de enunciar. Puede expresarse, por lo
tanto, de la siguiente manera:
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∆𝐻𝑚 =𝐾𝑚 ∙ 𝑉2
2𝑔
Una vez obtenidas las pérdidas de carga, se calcula la altura manométrica total que tendrá que
proporcionar la bomba al caudal considerado:
Altura manométrica bomba = Hi + Ha + H + Hm
Siendo:
Hi: Altura de impulsión
Ha: Altura de Aspiración
H: Pérdidas de carga continuas
Hm: Pérdidas de carga localizadas.
6.1.- COEFICIENTE DE PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADOS EN MONTFULLA
Para los coeficientes de pérdida de carga localizada de elementos tales como codos o
derivaciones hemos adoptado valores habituales de cálculo correspondientes a elementos de
pequeño diámetro. Para el resto de elementos, tales como los filtros o electroválvulas, se
estiman a partir de la información aportada por sus fabricantes. Estas estimaciones son la que
se recogen en este apartado.
6.1.1.- COEFICIENTE DE PÉRDIDA DE CARGA EN ELECTROVÁLVULA
A continuación se adjunta la tabla de pérdidas de presión (carga) de las electroválvulas RAINBIRD
utilizadas en la instalación de las plantas piloto de Montfullà (figura 8). Las pérdidas de carga se
facilitan en función del caudal y de la velocidad, parámetros relacionados entre sí a través de la
sección de la conducción. Adoptamos el valor correspondiente a la velocidad del agua a tratar
en la conducción (1,17 m/s).
Ilustración 17. Pérdidas de presión en electroválvulas Rainbird.
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H Km V
2.70 27.42 1.39
2.60 18.29 1.67
2.40 12.51 1.94
2.10 8.36 2.22
Km V (m/s)
37.48 1.17
y = 199,47e-1,429x
R² = 1
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
∆𝐻 =𝐾𝑚 ∙ 𝑉2
2𝑔
𝐾𝑚 =2𝑔 ∙ ∆𝐻
𝑉2
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6.1.2.- COEFICIENTE DE PÉRDIDA DE CARGA EN FILTRO DE MALLAS
Al igual que en el caso anterior, se adjunta la tabla de pérdidas de presión (carga) del filtro de
malla 2” utilizado en la instalación de las plantas piloto de Montfullà (figura 9). Las pérdidas de
carga se facilitan en función del caudal. A cada caudal y diámetro le corresponde una velocidad,
y con esa velocidad calculamos la pérdida de carga. Adoptamos el valor correspondiente a la
velocidad del agua a tratar en la conducción (1,17 m/s).
V = 1.17 m/s
∆H = 0.50 mca
Km = 7.17
6.1.3.- COEFICIENTE DE PÉRDIDA DE CARGA EN FILTRO DE ANILLAS
En el caso de los filtros de anillas, no disponemos de información técnica del fabricante. Se ha
utilizado la información de unos filtros muy similares, marca ARKAL, pero con paso de filtración
algo menor. Esto supones que las pérdidas de carga calculadas serán mayores, por lo que
estamos del lado de la seguridad. Se adjunta la tabla de pérdidas de presión (carga) del filtro de
anillas similar al utilizado en la instalación de las plantas piloto de Montfullà (figura 10). Las
pérdidas de carga se facilitan en función del caudal y el paso de filtración. A cada caudal y
diámetro le corresponde una velocidad, y con esa velocidad calculamos la pérdida de carga.
Adoptamos el valor correspondiente a la velocidad del agua a tratar en la conducción, en este
caso 2,08 m/s. Este valor se obtiene con el caudal que pasa por un filtro a través del diámetro
de la derivación, que es de 11/2”.
𝐾𝑚 =2𝑔 ∙ ∆𝐻
𝑉2
Ilustración 18. Pérdidas de presión en filtro de mallas CEPEX
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Figura 10. Pérdidas de presión en filtro de Anillas 11/2”
V = 2.08 m/s
∆H = 0.75 mca
Km = 3.44
6.1.4.-BOMBEO DE ALIMENTACIÓN DE LAS PLANTAS PILOTO
Tal y como se describe en 3.1, el sistema de bombeo instalado dentro de los decantadores
permite la impulsión del agua a las tres plantas piloto. La bomba se ubica, en principio, dentro
del decantador 1. La bomba instalada es de tipo sumergible, marca SACI, modelo HT 65/2 C. 502
y salida de 2”, y proporciona un caudal instantáneo de 4,80 m3/h. Deberá ser capaz de
suministrar el agua a tratar a las tres pilotos, por lo que para su dimensionamiento será
necesario comprobar que satisface las necesidades de bombeo en todos los casos.
Comprobamos a continuación las necesidades de bombeo para cada piloto:
𝐾𝑚 =2𝑔 ∙ ∆𝐻
𝑉2
Ilustración 19.Perdida de presión en filtro de Anillas 1 1/2".
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BOMBEO DEL DECANTADOR A LA ZONA HÚMEDA VERTICAL (ZHFSSV) PÉRDIDA DE CARGA CONTÍNUA Q Caudal 4,80 m3/hora
1,33 L/s
Fórmula de Darcy - Weisbach
H Pérdida de carga 2,62 mca
I Pérdida de carga unitaria 0,04 mca/m
L Longitud de la tubería 61,63 m
f Coeficiente de fricción de Darcy - Weisbach 0,0232 D Diámetro interior de la tubería 0,04 m
V velocidad del agua 1,17 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
Fórmula de Colebrook
Re Nº Reynolds 32.763 Ka Rugosidad equivalente 3,00E-03 mm
Viscosidad cinemática 1,36E-06 m2/s
PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS
Hm Pérdidas de carga localizadas 7,08 mca
Km Coeficiente de pérdida de carga 101,60 V velocidad del agua 1,17 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
∆𝐻 = 𝐼 ∙ 𝐿 = 𝑓
𝐷 ∙
𝑉2
2𝑔 ∙ 𝐿
1
√𝑓= −2 ∙ 𝑙𝑜𝑔 (
𝐾𝑎3,71 ∙ 𝐷
+2,51 ∙ 𝑣
𝑉 ∙ 𝐷 ∙ √𝑓)
∆𝐻 =𝐾𝑚 ∙ 𝑉2
2𝑔
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PÉRDIDAS LOCALIZADAS Elemento Unidades K Ktotal Codos 90⁰ 7 1,10 7,70 Codos 45⁰ 2 0,40 0,80
Carga 1 0,50 0,50 Descarga 6 1,00 6,00
T sentido recto 2 0,40 0,80 T sentido lateral 1 1,80 1,80 Electroválvula 2 37,50 75,00 Llaves de paso 9 0,20 1,80 Filtro mallas 2" 1 7,20 7,20
Total 101,60 Hm 7,08
DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA Li Longitud Impulsión 61,63 m
La Longitud Aspiración Bomba sumergible; 0 m
Di Diámetro Impulsión 38,10 mm
Da Diámetro Aspiración - mm
Hi Altura Impulsión 2,00 m
Ha Altura Aspiración Bomba sumergible; 0 m
Q Caudal 4,80 m3/h H Pérdida de carga 2,62 mca
Hm Pérdidas de carga localizadas 7,08 mca Altura manométrica bomba: Hi + Ha + H + Hm 11,70 mca
Altura de seguridad (5%) 0,59 mca ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL 12,30 mca
Q Caudal 4,80 m3/h
BOMBA ADOPTADA SACI HT65/2C,502
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BOMBEO DEL DECANTADOR AL DEPÓSITO DE LA INFILTRACIÓN - PERCOLACIÓN (IP)
PÉRDIDA DE CARGA CONTÍNUA
Q Caudal 4,80 m3/hora
1,33 L/s Fórmula de Darcy - Weisbach
H1 Pérdida de carga 2,53 mca
I1 Pérdida de carga unitaria 0,04 mca/m
L1 Longitud de la tubería 59,50 m
f Coeficiente de fricción de Darcy - Weisbach 0,0232
D1 Diámetro interior de la tubería 0,04 m
V velocidad del agua 1,17 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
H2 Pérdida de carga 1,60 mca
I2 Pérdida de carga unitaria 0,17 mca/m
L2 Longitud de la tubería 9,50 m
f Coeficiente de fricción de Darcy - Weisbach 0,0219
D2 Diámetro interior de la tubería 0,03 m
V velocidad del agua 2,08 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
Fórmula de Colebrook
Re Nº Reynolds 32.763
Re Nº Reynolds 43.684
Ka Rugosidad equivalente 3,00E-03 mm
Viscosidad cinemática 1,36E-06 m2/s
PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS
∆𝐻 = 𝐼 ∙ 𝐿 = 𝑓
𝐷 ∙
𝑉2
2𝑔 ∙ 𝐿
1
√𝑓= −2 ∙ 𝑙𝑜𝑔 (
𝐾𝑎3,71 ∙ 𝐷
+2,51 ∙ 𝑣
𝑉 ∙ 𝐷 ∙ √𝑓)
∆𝐻𝑚 =𝐾𝑚 ∙ 𝑉2
2𝑔
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Hm Pérdidas de carga localizadas 5,97 mca
Km1 Coeficiente de pérdida de carga 85,60
Km2 Coeficiente de pérdida de carga 33,90
V1 velocidad del agua 1,17 m/s
V2 velocidad del agua 2,08 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
PÉRDIDAS LOCALIZADAS DN 2"
Elemento Unidades K Ktotal Codos 90⁰ 5 1,10 5,50 Codos 45⁰ 2 0,40 0,80
Carga 1 0,50 0,50 T sentido recto 3 0,40 1,20
T sentido lateral 1 1,80 1,80 Electroválvula 2 37,50 75,00 Llaves de paso 4 0,20 0,80
Total 85,60 Hm 5,97
PÉRDIDAS LOCALIZADAS DN 11/2" Elemento Unidades K Ktotal Codos 90⁰ 7 1,10 7,70 Descarga 1 1,00 1,00
T sentido recto 4 0,40 1,60 T sentido lateral 8 1,80 14,40 Llaves de paso 8 0,20 1,60 Reducciones 2 0,30 0,60
Filtro anillas 11/2" 2 3,50 7,00 Total 33,90 Hm 7,47
DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA
Li1 Longitud Impulsión 59,50 m
Li2 Longitud Impulsión 9,50 m
La Longitud Aspiración Bomba sumergible; 0 m
Di1 Diámetro Impulsión 38,10 mm
Di2 Diámetro Impulsión 28,58 mm
Da Diámetro Aspiración - mm
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
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Hi1 Altura Impulsión 0,40 m
Hi2 Altura Impulsión 1,60 m
Ha Altura Aspiración Bomba sumergible; 0 m
Q Caudal 4,80 m3/h H Pérdida de carga 4,13 mca
Hm Pérdidas de carga localizadas 13,44 mca
Altura manométrica bomba: Hi + Ha + H + Hm 19,57 mca
Altura de seguridad (5%) 0,98 mca ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL 20,60 mca
Q Caudal 4,80 m3/h
BOMBA ADOPTADA SACI HT65/2C,502
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
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BOMBEO DEL DECANTADOR AL DEPÓSITO DE LA ZONA HÚMEDA HORIZONTAL (ZHFSSV)
PÉRDIDA DE CARGA CONTÍNUA
Q Caudal 4,80 m3/hora
1,33 L/s Fórmula de Darcy - Weisbach
H Pérdida de carga 3,55 mca
I Pérdida de carga unitaria 0,04 mca/m
L Longitud de la tubería 83,60 m
f Coeficiente de fricción de Darcy - Weisbach 0,0232 D Diámetro interior de la tubería 0,04 m
V velocidad del agua 1,17 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
Fórmula de Colebrook
Re Nº Reynolds 32.763
Ka Rugosidad equivalente 3,00E-03 mm
Viscosidad cinemática 1,36E-06 m2/s
PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS
Hm Pérdidas de carga localizadas 6,16 mca
Km Coeficiente de pérdida de carga 88,30 V velocidad del agua 1,17 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
PÉRDIDAS LOCALIZADAS Elemento Unidades K Ktotal Codos 90⁰ 8 1,10 8,80 Codos 45⁰ 2 0,40 0,80
Carga 1 0,50 0,50
∆𝐻 = 𝐼 ∙ 𝐿 = 𝑓
𝐷 ∙
𝑉2
2𝑔 ∙ 𝐿
1
√𝑓= −2 ∙ 𝑙𝑜𝑔 (
𝐾𝑎3,71 ∙ 𝐷
+2,51 ∙ 𝑣
𝑉 ∙ 𝐷 ∙ √𝑓)
∆𝐻 =𝐾𝑚 ∙ 𝑉2
2𝑔
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
P á g i n a 37 | 49
Descarga 1 1,00 1,00 T sentido recto 4 0,40 1,60
T sentido lateral 0 1,80 0,00 Electroválvula 2 37,50 75,00 Llaves de paso 3 0,20 0,60
Total 88,30 Hm 6,16
DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA Li Longitud Impulsión 83,60 m
La Longitud Aspiración Bomba sumergible; 0 m
Di Diámetro Impulsión 38,10 mm
Da Diámetro Aspiración - mm
Hi Altura Impulsión 2,00 m
Ha Altura Aspiración Bomba sumergible; 0 m
Q Caudal 4,80 m3/h H Pérdida de carga 3,55 mca
Hm Pérdidas de carga localizadas 6,16 mca
Altura manométrica bomba: Hi + Ha + H + Hm 11,71 mca
Altura de seguridad (5%) 0,59 mca ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL 12,30 mca
Q Caudal 4,80 m3/h
BOMBA ADOPTADA SACI HT65/2C,502
Tal y como puede observarse en los gráficos, la bomba es adecuada para el abastecimiento de
las tres plantas piloto. De hecho, si para la elección de la bomba se tuvieran en cuenta solamente
los condicionantes hidráulicos, una serie menor del mismo modelo habría sido apropiada. Sin
embargo se ha optado por esta bomba porque el modelo inmediatamente inferior hubiese
resultado algo ajustado para la alimentación de la IP y, porque tiene mayor capacidad de
trituración de sólidos, lo cual es aconsejable al tratarse de un agua con gran cantidad de sólidos.
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6.1.5.- BOMBEO DE ENTRADA A LA INFILTRACIÓN – PERCOLACIÓN (IP)
La infiltración - percolación puede tratar agua de dos procedencias distintas. La primera, el agua
residual procedente del decantador A, y que es conducida por la bomba principal
(anteriormente definida) hasta un depósito de almacenamiento de 1800 L. Desde el depósito,
una bomba sumergida impulsa el agua a tratar por la planta IP a través de un sistema de goteo.
La segunda, el agua procedente del depósito de acumulación del agua de salida de la ZHFSSH
que, en caso de contemplarse el estudio del tratamiento del agua residual por tecnologías en
serie, puede ser impulsada al sistema IP mediante una bomba sumergida.
Las necesidades de bombeo son similares, por lo que se adopta el mismo modelo de bomba en
los dos casos. Se dimensiona ambos casos (ilustración 20). Para el bombeo desde el depósito de
almacenamiento del agua tratada en el ZHFSSH al IP a través de los dos recorridos posibles
contemplados: directamente a los goteros, o bien haciendo pasar el agua a través de los filtros
de malla previos al IP.
Ilustración 200. Alternativas de bombeo.
Antes de proceder a la comprobación del bombeo, calculamos las pérdidas de carga producidas
en el sistema de goteo.
6.1.6- PÉRDIDA DE CARGA EN RED DE GOTEROS DE DISTRIBUCIÓN DE LA IP
A partir de una tubería alimentación de la planta piloto de Infiltración - Percolación (IP) se
distribuyen 7 líneas con goteros autocompensados y termosellados de 4,60 m cada línea. Estos
goteros están enterrados a 10 cm y separados 0,4 m entre líneas y 0,3 m entre emisores. Con
estos parámetros obtenemos un total de 107 emisores. El caudal total de la red de goteros será:
105 emisores x 2,3 l/hemisor = 241,5 litros / hora.
El tubo - gotero adoptado es el UNITECHLINE RW 16/120, fabricado por NETAFIM. Del fabricante
obtenemos los siguientes datos:
Tubería Di (mm) Dext (mm) Espesor
(mm) Pmax (bar)
16/120 14,20 16,60 1,20 4,00
Ha de asegurarse una presión de salida del gotero de 5 mca, por lo que el fabricante facilita
información sobre las longitudes máximas permitidas en función de la presión de entrada:
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Pi (mca) Pf (mca) P (mca) Lmax (m) I (mca/m)
15,00 5,00 -10,00 79,00 0,13
20,00 5,00 -15,00 90,00 0,17
30,00 5,00 -25,00 108,00 0,23
40,00 5,00 -35,00 120,00 0,29
En el caso de las piloto, las longitudes por línea son mucho menores, del orden de los cinco
metros.
La pérdida de carga por fricción en una tubería con salidas múltiples será menor que la pérdida
de carga en una tubería simple, sin salidas, debido a que el caudal circulante disminuye en toda
la longitud de la misma. Para calcularla, aplicaremos a la perdida de carga calculada como si de
una tubería simple se tratara, un factor que tiene en cuenta esta disminución del caudal
circulante.
PÉRDIDA DE CARGA EN RED DE GOTEROS Qgotero 2,30 L/hora
Lramal 4,60 m
Sgotero 0,30 m
N n⁰ goteros por ramal 15 ud
Q Caudal por linea de goteros 34,50 L/hora
0,06 L/s
PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERÍA SIMPLE Fórmula de Blasius (tuberías de PE en régimen turbulento)
H Pérdida de carga por ramal 0,004 mca
I Pérdida de carga unitaria 0,001 mca/m
L Longitud de la tubería 4,60 m
D Diámetro interior de la tubería 14,20 mm
V velocidad del agua 0,06 m/s
Factor de salidas múltiples de Christiansen
F factor de Christiansen 0,40 m exponente de Q en la fórmula de Blasius 1,75 N n⁰ goteros por ramal 15 ud
∆𝐻 = 𝐼 ∙ 𝐿 = 0,473 ∙ 𝑄1,75
𝐷4,75 ∙ 𝐿
𝐹 =1
𝑚 + 1+
1
2𝑁+√𝑚 − 1
6𝑁2
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
P á g i n a 40 | 49
PÉRDIDA DE CARGA CONTINUA EN RED DE GOTEROS
0,010 mca R n⁰ ramales 7 ud
PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS
Hm Pérdidas de carga localizadas 0,00 mca
Km Coeficiente de pérdida de carga 21,00 V velocidad del agua 0,06 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
PÉRDIDAS LOCALIZADAS
Elemento Unidades K Ktotal Descarga 7 1,00 7,00
T sentido lateral 7 1,80 12,60 Llaves de paso 7 0,20 1,40
Total 21,00
Hm 0,00
H Pérdida de carga continua 0,01 mca
Hm Pérdidas de carga localizadas 0,004 mca
HT Pérdida de carga total red de goteros 0,014 mca
Comprobamos a continuación las necesidades de bombeo para las dos alternativas planteadas:
BOMBEO DEPÓSITO DE SALIDA DE LA ZHFSSH A LA INFILTRACIÓN - PERCOLACIÓN (IP). Opción 1: paso a través de los filtros de malla. PÉRDIDA DE CARGA CONTÍNUA
Q Caudal 0,24 m3/hora
0,07 L/s Fórmula de Darcy - Weisbach
H Pérdida de carga 0,02 mca
∆𝐻 = 𝐼 ∙ 𝐹 ∙ 𝑅 ∙ 𝐿 = 0,473 ∙ 𝑄1,75
𝐷4,75 ∙ 𝐹 ∙ 𝑅 ∙ 𝐿 =
∆𝐻 =𝐾𝑚 ∙ 𝑉2
2𝑔
∆𝐻 = 𝐼 ∙ 𝐿 = 𝑓
𝐷 ∙
𝑉2
2𝑔 ∙ 𝐿
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
P á g i n a 41 | 49
I Pérdida de carga unitaria 0,001 mca/m
L Longitud de la tubería 20,00 m
f Coeficiente de fricción de Darcy - Weisbach 0,0482 D Diámetro interior de la tubería 0,03 m
V velocidad del agua 0,10 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
Fórmula de Colebrook
Re Nº Reynolds 2.198
Ka Rugosidad equivalente 3,00E-03 mm
Viscosidad cinemática 1,36E-06 m2/s
PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS
Hm Pérdidas de carga localizadas 0,019 mca
Km Coeficiente de pérdida de carga 33,30 V velocidad del agua 0,10 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
PÉRDIDAS LOCALIZADAS
Elemento Unidades K Ktotal Codos 90⁰ 13 1,10 14,30 Descarga 1 1,00 1,00
T sentido recto 5 0,40 2,00 T sentido lateral 4 1,80 7,20 Llaves de paso 9 0,20 1,80
Filtro anillas 11/2" 2 3,50 7,00 Total 33,30
Hm 0,019
1
√𝑓= −2 ∙ 𝑙𝑜𝑔 (
𝐾𝑎3,71 ∙ 𝐷
+2,51 ∙ 𝑣
𝑉 ∙ 𝐷 ∙ √𝑓)
∆𝐻 =𝐾𝑚 ∙ 𝑉2
2𝑔
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
P á g i n a 42 | 49
DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA Li Longitud Impulsión 20,00 m
La Longitud Aspiración - m
Di Diámetro Impulsión 28,58 mm
Da Diámetro Aspiración - mm
Hi Altura Impulsión 2,00 m
Ha Altura Aspiración - m
Q Caudal 0,24 m3/h H Pérdida de carga 0,02 mca
Hm Pérdidas de carga localizadas 0,02 mca
Altura manométrica bomba: Hi + Ha + H + Hm 2,04 mca
Altura de seguridad (5%) 0,10 mca ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL 2,20 mca
Q Caudal 0,24 m3/h
BOMBA ADOPTADA ESPA ACUARIA 07N
BOMBEO DEPÓSITO DE SALIDA DE LA ZHFSSH A LA INFILTRACIÓN - PERCOLACIÓN (IP). Opción 2: Bombeo directo a IP PÉRDIDA DE CARGA CONTÍNUA
Q Caudal 0,24 m3/hora
0,07 L/s Fórmula de Darcy - Weisbach
H Pérdida de carga 0,01 mca
I Pérdida de carga unitaria 0,001 mca/m
L Longitud de la tubería 15,00 m
∆𝐻 = 𝐼 ∙ 𝐿 = 𝑓
𝐷 ∙
𝑉2
2𝑔 ∙ 𝐿
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
P á g i n a 43 | 49
f Coeficiente de fricción de Darcy - Weisbach 0,0482 D Diámetro interior de la tubería 0,03 m
V velocidad del agua 0,10 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
Fórmula de Colebrook
Re Nº Reynolds 2.198
Ka Rugosidad equivalente 3,00E-03 mm
Viscosidad cinemática 1,36E-06 m2/s
PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS
Hm Pérdidas de carga localizadas 0,007 mca
Km Coeficiente de pérdida de carga 12,90 V velocidad del agua 0,10 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
PÉRDIDAS LOCALIZADAS
Elemento Unidades K Ktotal Codos 90⁰ 9 1,10 9,90 Descarga 1 1,00 1,00
T sentido lateral 1 1,80 1,80 Llaves de paso 1 0,20 0,20
Total 12,90
Hm 0,007 DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA Li Longitud Impulsión 15,00 m
La Longitud Aspiración - m
Di Diámetro Impulsión 28,58 mm
Da Diámetro Aspiración - mm
Hi Altura Impulsión 2,50 m
Ha Altura Aspiración - m
Q Caudal 0,24 m3/h H Pérdida de carga continua 0,02 mca
1
√𝑓= −2 ∙ 𝑙𝑜𝑔 (
𝐾𝑎3,71 ∙ 𝐷
+2,51 ∙ 𝑣
𝑉 ∙ 𝐷 ∙ √𝑓)
∆𝐻 =𝐾𝑚 ∙ 𝑉2
2𝑔
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
P á g i n a 44 | 49
En conducción 0,014 mca
En red de goteros 0,010 mca
Hm Pérdidas de carga localizadas 0,01 mca
En conducción 0,007 mca
En red de goteros 0,004 mca
Pf Presión mínma salida goteros 5,00 mca
Altura manométrica bomba: Hi + Ha + H + Hm + Pf 7,54 mca
Altura de seguridad (5%) 0,38 mca ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL 8,00 mca
Q Caudal 0,24 m3/h
BOMBA ADOPTADA ESPA ACUARIA 07N
En cualquiera de los dos casos, la bomba elegida cubre sobradamente las necesidades de
presión de la red.
6.1.7.- BOMBEO DE ALIMENTACIÓN DE LA PLANTA PILOTO ZHFSSH
Para alimentar la piloto ZHFSSH se buscó un sistema que fuera lo más parecido posible a una
alimentación continua por gravedad. El sistema más adecuado fue instalar una bomba
peristáltica que presenta muy buenos resultados para rangos de pequeños caudales, como es el
caso. A continuación se incluye el dimensionamiento de la bomba:
BOMBEO DEPÓSITO DE ALMACENAMIENTO A LA ZONA HÚMEDA HORIZONTAL (ZHFSSH) PÉRDIDA DE CARGA CONTÍNUA
Q Caudal 0,07 m3/hora
1,12 L/min
0,02 L/s Fórmula de Darcy - Weisbach
∆𝐻 = 𝐼 ∙ 𝐿 = 𝑓
𝐷 ∙
𝑉2
2𝑔 ∙ 𝐿
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
P á g i n a 45 | 49
H Pérdida de carga 0,01 mca
I Pérdida de carga unitaria 0,005 mca/m
L Longitud de la tubería 3,00 m
f Coeficiente de fricción de Darcy - Weisbach 0,0562 D Diámetro interior de la tubería 0,013 m
V velocidad del agua 0,15 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
Fórmula de Colebrook
Re Nº Reynolds 1.372
Ka Rugosidad equivalente 3,00E-03 mm
Viscosidad cinemática 1,36E-06 m2/s
PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS
Hm Pérdidas de carga localizadas 0,01 mca
Km Coeficiente de pérdida de carga 5,20 V velocidad del agua 0,15 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
PÉRDIDAS LOCALIZADAS
Elemento Unidades K Ktotal Codos 90⁰ 3 1,10 3,30
Carga 1 0,50 0,50 Descarga 1 1,00 1,00
Llaves de paso 2 0,20 0,40 Total 5,20
Hm 0,01
DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA Li Longitud Impulsión 3,00 m
La Longitud Aspiración - m
Di Diámetro Impulsión 12,70 mm
Da Diámetro Aspiración - mm
1
√𝑓= −2 ∙ 𝑙𝑜𝑔 (
𝐾𝑎3,71 ∙ 𝐷
+2,51 ∙ 𝑣
𝑉 ∙ 𝐷 ∙ √𝑓)
∆𝐻 =𝐾𝑚 ∙ 𝑉2
2𝑔
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
P á g i n a 46 | 49
Hi Altura Impulsión 1,50 m
Ha Altura Aspiración - m
Q Caudal 0,07 m3/h H Pérdida de carga 0,01 mca
Hm Pérdidas de carga localizadas 0,01 mca
Altura manométrica bomba: Hi + Ha + H + Hm 1,52 mca
Altura de seguridad (5%) 0,08 mca ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL 1,60 mca
Q Caudal 0,07 m3/h
BOMBA ADOPTADA BOYSER DS-M
6.2.- COEFICIENTES DE PÉRDIDA DE CARGA LOCALIZADOS EN MIRAMON
Para alimentar la piloto ZHFSSH al igual que para Montfulla se buscó un sistema que fuera lo
más parecido posible a una alimentación continua por gravedad. El sistema más adecuado fue
instalar una bomba con un control de caudal que presenta muy buenos resultados para rangos
de pequeños caudale(variador de frecuencia). A continuación se incluye el dimensionamiento
de la bomba y los cálculos de bombeo para la planta de Miramon de zona de flujo horizontal.
BOMBEO DEPÓSITO DE ALMACENAMIENTO A LA ZONA HÚMEDA HORIZONTAL (ZHFSSH) PÉRDIDA DE CARGA CONTÍNUA
Q Caudal 0,07 m3/hora
1,12 L/min
0,02 L/s Fórmula de Darcy - Weisbach
H Pérdida de carga 0,01 mca
I Pérdida de carga unitaria 0,005 mca/m
L Longitud de la tubería 3,00 m
f Coeficiente de fricción de Darcy - Weisbach 0,0562 D Diámetro interior de la tubería 0,013 m
∆𝐻 = 𝐼 ∙ 𝐿 = 𝑓
𝐷 ∙
𝑉2
2𝑔 ∙ 𝐿
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
P á g i n a 47 | 49
V velocidad del agua 0,15 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
Fórmula de Colebrook
Re Nº Reynolds 1.372
Ka Rugosidad equivalente 3,00E-03 mm
Viscosidad cinemática 1,36E-06 m2/s
PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS
Hm Pérdidas de carga localizadas 0,01 mca
Km Coeficiente de pérdida de carga 5,20 V velocidad del agua 0,15 m/s
g aceleración de la gravedad 9,81 m/s2
PÉRDIDAS LOCALIZADAS
Elemento Unidades K Ktotal Codos 90⁰ 3 1,10 3,30
Carga 1 0,50 0,50 Descarga 1 1,00 1,00
Llaves de paso 2 0,20 0,40 Total 5,20
Hm 0,01 DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA Li Longitud Impulsión 3,00 m
La Longitud Aspiración - m
Di Diámetro Impulsión 12,70 mm
Da Diámetro Aspiración - mm
Hi Altura Impulsión 1,50 m
Ha Altura Aspiración - m
Q Caudal 0,07 m3/h
1
√𝑓= −2 ∙ 𝑙𝑜𝑔 (
𝐾𝑎3,71 ∙ 𝐷
+2,51 ∙ 𝑣
𝑉 ∙ 𝐷 ∙ √𝑓)
∆𝐻 =𝐾𝑚 ∙ 𝑉2
2𝑔
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
P á g i n a 48 | 49
H Pérdida de carga 0,01 mca
Hm Pérdidas de carga localizadas 0,01 mca
Altura manométrica bomba: Hi + Ha + H + Hm 1,52 mca
Altura de seguridad (5%) 0,08 mca ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL 1,60 mca
Q Caudal 0,07 m3/h
LIFE 11 ENV 569 MINAQUA
P á g i n a 49 | 49