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CENTRAL HIDROÉLECTRICA HUITES

PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES DE CIUDAD OBREGÓN, SONORA.

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INGENIERÍA Y DESARROLLO

1997

CONTENIDO

CENTRAL HIDROELÉCTRICA HUITES

AntecedentesHidrologíaGeologíaEstructuras del proyectoEnfriamiento del concretoInyección de juntas de contracción entre monolitosInfraestructura de construcciónBeneficios de la obraImpacto de la obra en el medio ambienteDatos principales del proyecto

PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE CIUDAD OBREGON,SONORA.

IntroducciónAspectos generalesObjetivos y beneficios del tratamientoSistema de tratamiento de las aguas residualesDescripción de los componentes que integran el sistema de tratamientoDiseño del sistema de tratamientoArreglo de las plantas de tratamientoCaracterísticas de las unidades de procesoProyecto geotécnicoProyecto eléctrico.

PROYECTO HIDROELÉCTRICO HUITES

L vez en el mundo se ha suministrado concreto, desde la plantade fabricación hasta el sitio de colocación en la presa a 400 mde distancia, en tan solo 90 s; este logro y el haber colocado

,-i48,145 m’ en un solo mes, equivalente al 8.6% del volumentotal de 2,840,OOO m3, estableciendo un nuevo r&cord a nivelinternacional, son hechos que mantienen y acrecientan elperfil innovador de la ingeniería mexicana, al promoverconstantemente la línea de vanguardia en la optimación demétodos de construcción y crear satisfactores para el biencomún y el progreso sostenido del hombre.

1. ANTECEDENTES

La boquilla de Huites, sobre el río Fuerte, fue objeto deexploraciones y estudios durante más de cinco décadas. En1941, la entonces Secretaría de Recursos Hidrául icos instalóuna estación climatológica y de aforo. A partir de entonces, serealizaron diversos estudios de geología, geotecnia,hidrología, hidrometría, topografía, etc.

En el río Fuerte se presentan periódicamente avenidasocasionadas por tormentas y deshielos con origen en las‘equipatas” de invierno o por el efecto de tormentas tropicalesy ciclones durante el verano y otoño.

En diciembre de 1990 una avenida extraordinaria de 11,720m”/s invadió una área cultivable de 50,000 hectáreasprovocando cuantiosas perdidas económicas y afectando amás de 40,000 personas, en su vivienda, producción einfraestructura agrícola.

Para evitar estas pérdidas y con la factibilidad de extender lasuperficie de riego e incrementar la generación de energíaeléctrica, la Comisión Nacional del Agua decidió laconstrucción del proyecto Huites, para lo cual convocó auna l ici tación internacional.

La empresa Ingenieros Civiles Asociados, S. A., de C. V.,en asociación con otras tres empresas: Grupo Mexicano deDesarrollo, Compañía Brasileña de Proyectos y Obras y LaNacional Compañía Constructora, const i tuyeron el ConsorcioMexicano Constructor de Huítes, S.A. de C.V. quiencontrató y construyó las obras civiles del proyecto.

2. HIDROLOGíA

La cuenca del río Fuerte abarca una superficie total de 33,590km’ y recorre los estados de Chihuahua, Sinaloa y Sonora.Tiene un escurrimiento medio anual de 3,771 millones demetros cúbicos en la boquilla de Huítes. El período deavenidas de verano,desde fines de junio hasta mediados deoctubre, registra gastos menores de 800 m3/s y máximos delorden de 7,000 m3/s que generalmente ocurren al final delperíodo.

Se tiene también un período de avenidas de invierno desdemediados de diciembre hasta principios de mano. En esteperíodo se registran gastos mtiimos instantáneos del ordende 8,000 m3/s con un máximo histórico de 14,500 mVs el día4 de marzo de 1980.

En el estiaje que comprende desde mediados de marzohasta finales de junio se presentan eventualmente gastosmínimos de 20 mYs.

Con los análisis hidrológicos efectuados se definid unaestructura vertedora con capacidad para regular avenidasordinarias con períodos de retorno de hasta 70 aflos y gastopico de 15,000 m3/s, a un gasto de control de 7,000 mYs.Con la estructura seleccionada y su política de operaciónasociadaJa avenida máxima probable con período de retornode 10,000 años y gasto pico de 30,000 m3/s, se regula a22,445 mVs.

CENTRAL HIDROELÉCTRICA HUITES

3. GEOLOGíA

El Proyecto Huites se localiza en la porción norte del estadode Sinaloa, cerca de los límites de los estados de Chihuahuay Sonora. Particularmente en la zona del proyecto, semanifiesta un pilar estructural compuesto en su base por elgranito Cretácico-Cenozoíco Temprano (granito de biotita yhornoblenda). Hacía la parte media, una serie de rocasmetavolcánicas del CretBcico (corneanas silicíficadas)deformadas y arrastradas por el emplazamiento tectónico dela unidad granítica, se coronan con un paquete de rocasvolcánicas del Terciario (ígnimbritas, tobas vitrocrístalinas,cristalinas, líticas, píroconsolídadas y vitreolíticas), conjuntoque presenta la ínstrusión de diques ácidos y básicos delCenozoíco Tardío.

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‘iLa presa Huites representa la modernidad de la nueva

ingeniería de construcción de presas de concreto. Por primera


4. ESTRUCTURAS DEL PROYECTO

4.1 Obra de contención

Comprende una cortina de sección tipo gravedad de concretoconvencional de 166 m de altura, una cortina de arco bóvedaapoyada en la ladera derecha y el contrafuerte, estructura queliga y rigidiza ambas cortinas. La suma de las longitudes en lacorona es de 426 m.

4.1.7 Cortina de gravedad

Es de concreto convencional, de sección gravedad, con unalongitud de 195.90 m, con 8 m de ancho en la corona, unparamento aguas arriba vertical en la parte superior einclinado 0.1 :l en la inferior y un talud 0.751 en elparamento aguas abajo. El cuerpo de la cortina se desplantaa la cota 126 msnm en la zona del cauce del río. La base dedesplante de la sección transversal es de un ancho de129.50 m y la altura de la secci6n de desplante a la coronaesde166m.

El acceso a la corona es por los caminos de las laderas demargen derecha y margen izquierda, que mediante túnelesde 245 m y 172 m de longitud respectivamente, cruzan elm8cizo rocoso.

41.2 Cortina de arco-bóveda

En la margen derecha cierra la boquilla una cortina de arco-bóveda de 108.50 m de arco que trabaja como junta dedilatacián y permite el trabajo satisfactorio de la presa degravedad. Es por así decirlo, una presa dentro de otra presa,lo que la hace de condiciones muy particulares.

La base de esta cortina se desplanta en la elevación 150 yllega hasta la 203 msnm. A partir de esta elevación, sedesplanta el arco de 90 m de altura, con una secciónvariable de 19 m en el desplante y 4 m en la parte superior;la corona , con ménsulas de concreto armado, da unasuperficie de rodamiento de 8 m de ancho.

4.7.3 Estructura de atraque

El cuerpo de esta estructura es de dos pirámides truncadas yperpendiculares entre sí, denominadas contrafuerte principal,perpendicular al eje de la presa de gravedad y el otrocontrafuerte lateral. El primero tiene el talud aguas arriba de0.065:1 y aguas abajo de 0.751; el segundo tiene un taludexterior de 0.4:1, La estructura se desplanta a la elevación150 msnm y en sus mayores dimensiones la base es de 125m por 44 m de ancho.

Localizada en el punto que convergen la presa de gravedady la cortina de arco, la función de esta estructura es resistirlos sismos , así como el empuje de la estructura vertedora,que se produce por el tipo de geometría de su desplante yque por medio de la cortina de gravedad transmite hastaésta; adem&s,soporta los empujes de coceo de la cortinade arco en el sentido perpendicular.

4.2 Desagüe de fondo

Con el fin de garantizar el suministro de líquido aguas abajode la presa Huítes, ante el eventual paro de la centralhidroektrica, se construyó a través de la cortina degravedad un desagüe de fondo, que lo conforma una tuberíade acero de 4.50 m de diámetro y de 100 m de longitud,controlada por dos compuertas rectangulares del tiporodante instaladas aguas abajo, una de 3.00x 4.30 m pararegulación y otra de 3.00 x4.50 m de cierre de emergencia.La capacidad de descarga máxima es de 596 m%

4.3 Obra de toma

La obra de toma para generacibn de energía eléctrica estáalojada en la base de la cortina de arco,con dos bocatomascon el umbral en la elevación 190 msnm y de sección 6.30x7.80 m, protegidas con dos rejillas metálicas semicircularesde 18.30 m de altura.

En la corona de la cortina de arco se cuenta con una grúapórtico para el manejo de las compuertas auxiliares y selocalizan las casetas oleodinámicas, que controlan laoperación de los servomotores ubicados en la cámara demantenimiento a la elevación 277.25 msnm que accionanlas compuertas de servicio de 120 t.

4.4 Tuberías a presión

Después de las compuertas de las bocatomas se encuentrala transición de 19 m que conecta con la tubería a presión.Para cada grupo turbogenerador se diseñó una tubería apresión de 7.80 m de diámetro interior; estas inician en unpequeño tramo horizontal que después de una curva verticalcambia a una inclinación de 53O y termina en otra curva paraingresar horizontalmente a la casa de m&quinas. Laslongitudes son de 153 y 162 m para las unidades 1 y 2respectivamente; el desnivel que existe entre el inicio y finalde ésta es de 46.9 m y el peso total es de 1,721 t. Lastuberías fueron arropadas en concreto reforzado con apoyoen la roca en toda su longitud.

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hiciroel&trica

Se ubica en la margen derecha y se tiene acceso por mediode un túnel de sección portal de 185 m de largo. Es del tipoexterior y con la playa de montaje en caverna; susdimensiones principales son: 32 m de ancho, 53 m delongitud y 42 m de altura.

Está equipada con dos turbogeneradores Francis de ejevertical de 211 MW cada uno, que se complementan con elequipo de control y dos grúas viajeras de 350/30 t cada una. Las turbinas Francis están diseñadas para un gasto de 235metros cúbicos por segundo para una carga de 97 m yoperan con un factor de planta de 0.25. La generaciónmedia anual es de 911 GWh y la línea será interconectadacon el sector noreste de la red nacional. En la descarga setienen dos compuertas de desfogue de 6.60x6.25 m porcada dueto de salida, operadas con una grúa pórtico ubicadaen la misma estructura de la casa de máquinas.

4.6 Obras de control y excedencias

La obra de control y excedencias se localiza en la margenizquierda de la boquilla y está integrada por una crestavertedora tipo Creager a la elevación 258.00 msnmcontrolada por cuatro compuertas radiales de 15.50 m deancho por 21 .O m de altura; tiene capacidad para descargar22,445 m%, a través de dos canales de 36 m de anchocada uno de sección rectangular y 205 m de superficiecilíndrica con radio de 176 m y termina en una estructuradeflectora. Para su construcción fue necesario excavar910,000 m3 y colocar 241,250 m3 de concreto.

5. ENFRIAMIENTO DEL CONCRETO

El control necesario en los concretos masivos de la presarequirió de procedimientos especiales que incluyen eldiseño de la mezcla de concreto, el tamaño de losmonolitos, el control de la temperatura del concreto antes dela colocación mediante la aplicación de hielo en escamas enla mezcla y el enfriamiento de los agregados pétreosregándolos con agua fría en tanto viajan sobre la bandatransportadora y, después del colado, la aplicación desistemas de posenfr iamiento.

El posenfriamiento se requiere para evitar que el calor dehidratación del concreto que se desarrolla durante elfraguado pueda crear tensiones excesivas y provocarfisuras. Por otro lado, la necesidad de sellar las juntas decontracción con anticipación a la terminación de la obrarequiere de un análisis detallado del desarrollo de lastemperaturas de cada colado durante la construcción de lacortina y el primer llenado del embalse.

El enfriamiento se realiza por medio de dos sistemasindependientes . El sistema 1 que utiliza como agua deenfriamiento el agua industrial cuya temperatura seconsidera igual a la temperatura del río. Esta etapa inicia elmismo dia del colado con la conexión del serpentín alsistema 1 y dura en forma continua 59 días o hasta que latemperatura media del colado respectivo haya alcanzado los24°C. El sistema 2 utiliza como agua de enfriamiento elagua refrigerada cuya temperatura al ingreso del serpentín

se asume sea de 6°C. Inicia al día siguiente, el sexagésimo,y dura hasta cuando la temperatura promedio del concretoalcance los 24°C; se considera adecuada una velocidad dedisminución de medio grado centígrado por día. Con estepaso, est& asociada la contracción final esperada delconcreto y permite llevar a cabo la inyección de las juntasen un tiempo prudente de acuerdo a los plazos de ejecuciónde la obra.

Como dato histórico, el posenfriamiento se llevó a cabo porprimera vez a principios de los aAos treinta en laconstrucción de la presa Hoover en EUA; en México fue en1942 en la presa La Angostura .

6. INYECCIÓN DE JUNTAS DE CONTRACCIÓNENTRE MONOLITOS

Cada junta de construcción longitudinal y transversal estadividida en varios campos de inyección, limitados porbandas de PVC horizontales y verticales. Una vez que losmonolitos que forman un campo han alcanzado latemperatura de proyecto de 24OC, se inicia el proceso deinyección, al utilizar las tuberías previamente ahogadas yconectadas a los nichos localizados en el interior degalerías, desde donde se realizan las actividades de: lavadode los circuitos de inyección, lavado del campo deinyección, saturacibn y limpieza del campo de inyección,preparación de la mezcla, aplicación de la mezcla en lasjuntas e inyección de serpentines.

7. INFRAESTRUCTURA DE CONSTRUCCIÓN

En una obra de este tipo son de trascendental relevancia lasinstalaciones que para las construcción resultan necesariaspara dar servicio a la obra, y que representan en algunoscasos, por su magnitud e importancia, un proyecto querequiere especial atención en forma paralela al proyectoejecutivo. A contínuacion se presentan las obras deinfraestructura que fue necesario instalar para la contrucciónde la presa Hui tes:

7. f Producción de concreto

La producción de concreto se llevó a cabo mediante cincoplantas dosificadoras automáticas,cuatro de 250 mYh cada

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4.5 Planta


una, y otra de ISO mYh, de manera que la capacidad totalnominal instalada de fabricación de concreto fue de 1,190m3/h.

La ubicaci6n de las plantas fue estratégica y en el áreapróxima a la presa, para descargar el concreto directamentede los trompos a un sistema de bandas automatizadas yque éstas lo transportaran y depositaran en el mismo frentede trabajo.

7.2 Procesamiento de agregados

El programa de construcción de la presa con los altosvolúmenes de concreto por colocar hasta de 250,000 m3por mes, requiri6 la aplicación de tecnología de punta en lafabrica&n, transporte y colocaci6n de concreto. El altoconsumo de agregados para los concretos de la obrarequirió de una infraestructura capaz de garantizar unaproducci6n oportuna de materiales pétreos y evitar asicualquier contratiempo en el avance de laxolocación de losconcretos por falta de suministro.

Bajo este razonamiento, se diserio un sistema deproducción de agregados que permitiera optimar elabastecimiento a las plantas qe fabricación de concretos. Elsistema principal fue controlado desde tina caseta deoperaci6n que con la asistencia de computadoras yunidades de video optimaron el proceso y se logró cumplircon las necesidades de la obra.

7.3 Transporte de concreto

El sistema utilizado para el transporte de concreto desde lasplantas de fabricación hasta los frentes de trabajo sepueden dividir básicamente en dos grupos:

7.3.1 Equipos fijos

Son los equipos que suministran el concreto por bandasdesde la planta dosificadora y lo colocan en su sitio a 400 mde distancia en solamente 90 s, hecho logrado por primeravez a nivel internacional.

Tres unidades Tower-Belt con capacidad para transportar400 m3/h , colocar el concreto hasta una altura de 160 m ycobertura para toda la presa de gravedad.

Adicionalmente se cuenta con una groa p6rtico sobre rielescon capacidad de 40 t y 40 m de radio para suministrarconcreto en la zona del vertedor por medio de bachas.

7.3.2 Equipos mbviles

Éstos pueden ser ubicados en los sitios requeridos. Al iniciodel desplante de las estructura y en los frentes de trabajo depoca altura se utilizaron equipos móviles tales como:

Dos Creter Crane con banda de 24” , capacidad de 120 mVhradio de 60 m y 33.5 m de altura.

Una unidad Creter Crane con banda de 18” , capacidad decolocación de 100 mYh, radio de alcance de 30 m y 18 mde altura.

Una unidad Super Swinger con banda de 18” , capacidad decolocación de 100 mVh, un radio de 30 m y 18 m de altura.

Cuatro unidades Swinger con sistema de bandas Port-O-Belt de 24”, 100 m31h de capacidad y radio de 19.8 m.

Una unidad Movible Stacker con banda de 18” que puedecolocar hasta 25 mV-i a una altura que va desde 5.49 mhasta 12.9 m, en un radio de 22.9 m y con giro hasta de180’.

Unidades Hi-Boy sobre camión : siete de 9 m3 cada una ,tres de 6 m3 y tres de 4.5 m3.

Trece ollas revolvedoras sobre camión de 7 m3.

Tres bachas de 5 m3 y dos de 3 m3.

Cinco bombas de concreto estacionarias serie 650, 2,000,4,000, 5,000 y 8,000 respectivamente y una unidadmontada sobre camión BPL-900.

8. BENEFICIOS DE LA OBRA

8.1 Agrícolas

Al integrarse al sistema Sinaloa- Fuerte-Mayo, la presaHuites permite la consolidación del riego de 70,OOOhaaumentando la productividad de esa zona. En las nuevasáreas que se abastecerán en la presa Huites se prevé unpatrón de cultivos que incluye trigo, maíz, frijol, garbanzo,soya, sorgo, cártamo, ajonjolí, papa y hortalizas.

La producción agrícola esperada es de 480,000 t por año .Además asegurará y mejorará el riego de 242,000 ha queson beneficiadas por el sistema de presas Miguel Hidalgo yJosefa Ortiz de Domínguez.

8.2 Generación de energía eMctrica

La Central Hidroeléctrica Huites, con una capacidadinstalada de 422 MW, participará de manera importante en

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el suministro de energía eléctrica durante las “horas pico”.De acuerdo con los estudios hidrológicos y al considerar unfactor de planta de 0.25, se estima una generaci6n mediaanual de 911 GWh.

8.3 Control de avenldas

Al duplicar prácticamente la capacidad de control de lascrecientes del río Fuerte, disminuye el riesgo deinundaciones e implica la protección de 50,000 hacultivadas.

8.4 Activación económica de la zona

La generaci6n directa e indirecta de empleos durante la fasede construcción de las obras, se estiman en 10 millones dedías-hombre. La mayor parte de estos beneficioscorresponden al empleo de recursos de la región.

8.5 Transporte y beneficios adicionales

Los caminos y los puentes desarrollados para el acceso a laobra durante su construcci6n y los que fueron mejorados,aportan un beneficio adicional a las comunidades de lazona.

8.6 Reubicación de poblados

Para la reubicación de las familias de los 34 pobladosafectados, con una población en general de 1,350 personas,la Comisión Nacional del Agua construyó tres nuevos

poblados denominados “Nuevo Techobampo”, “Tahonitas” y“Colonia Huites”.

9. IMPACTO DE LA OBRA EN EL MEDIO AMBIENTE

Este rubro mereció especial atención para estimar losefectos de las obrassobre el entorno, con una proyecci6n de 10 afios, tiemposuficiente para que el proyecto haya sido terminado en sutotalidad y exista un período considerable en operacióncomo para suponer que las alteraciones a los componentesambientales ya han ocurrido por completo.

Si bien entre los impactos adversos probables que seprevén se encuentran los concernientes a la dispersión desólidos, erosión local y contaminación orgánica; también sevislumbran los impactos positivos en aspectos tales comoperíodos de lluvia, balance hídrico, cuerpo de agua,posibilidades de extracción de aguas subterráneas,recursos naturales, recarga de acuíferos y cambios en elnivel de vida de la población.

Para los impactos adversos se están aplicando medidas deprevención y mitigación que tienen como finalidad corregir oevitar los efectos desfavorables que se generen alambiente, como por ejemplo el fomento al desarrollo de laacuacultura, silvicultura y otras actividades económicas paralograr la adaptación a una nueva forma de vida, así como unprograma de reforestación, para disminuir la erosión y crearcorredores biológicos.

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12. DATOS PRINCIPALES DEL PROYECTO

Hidrología

Area de la cuenca del río FuerteArea de la cuenca hasta HuitesEscurrimiento medio anualAvenida máxima registradaAvenida máxima probablePeríodo de disefio

35,590 km226,020 km23,880 hm315,000 m’/s30,000 mYs10,000 aAos

Capacidad del vaso de almacenamiento

NAME elev. m tirea 95.73 km2 4,568 Mm3NAMO elev. m área 70.70 km2 2,908 Mm3NAMINO elev.215m área 21.93 km2 500 Mm3Capacidad para azolve 500 Mm3Capacidad útil para riego y generación 2,408 Mm3Capacidad para control de avenidas 1,660 MmS

Obra de Desvío

Gasto máximo de la avenidaGasto máximo de diseñoElevación ataguía aguas arribaElevación ataguía aguas abajoLongitud total del tajo

Elevación de entrada

15,000 m’/seg.8,500 m’lseg.

183.70 msnm171.50 msnm740 m

150 msnm

Pendiente Nula

Conductos a preskh

Digmetro de Tuberías a presión 2 x 7.80 mLongitud de tuberías a presión 153 m y 162 m

Grupo turbogenerador

Turbina Francis 2Gasto de diseño 235 mYsCarga neta de diseño 97 mPotencia por unidad 211 MWPotencia instalada total 422 MWFactor de planta 0.25

Subestacíón

Tipo encapsuladaDevanadoServicios

SF6230 kV.345113.8 kV

Obra de control y excedencias

Avenida máxima posible 30,000 m3/sGasto de diseño 22,445 mYsElevación de la cresta 258 msnmLongitud efectiva de cimacio 62 mCompuertas radiales 4 (15.5 m x 21 m)Canal de descarga 2(36mx205m)

PROYECTO PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.

PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DECIUDAD OBREGON, SONORA.

1. INTRODUCCIÓN

México, en los aiíos recientes, ha puesto especial atenciónen los problemas ambientales y como resultado, se haintensificado la construcción de plantas de tratamiento deaguas residuales, especialmente en las ciudadesmedianas y pequeñas. Tal es el caso del sistema detratamiento de aguas residuales de Ciudad Obregón, en elnorteño estado de Sonora, México, para cuyo diseño,construcción, operación y mantenimiento, se llevó a caboel concurso de dos plantas de tratamiento, bajo lamodalidad de inversión privada, con el fin de transformarlas aguas residuales en aguas aptas para el uso agrícolade la región y eliminar la contaminación que actualmenteocasionan las mismas.

Ubicación de Cd. Obregón en la República Mexicana.

El concurso fue asignado a la empresa SOLAQUA, S.A. deC.V., perteneciente a ICA CONCESIONARIAS, empresadel Grupo ICA, para operarla durante un periodo de 26años, incluyendo uno de construcción.

Planta sur:

ETAPA GASTO (Ips) PERIODO TRENESPrimera * 735 1 9 9 6 - 2003 4Segunda 1 1 0 0 2003 - 2012 6Tercera 1 4 7 0 2012 - 2015 8

2. ASPECTOS GENERALES

Ciudad Obregón tiene aproximadamente 250 milhabitantes asentados en una extensión de 45 km2. Lanueva planta de tratamiento, dar& servicio a las aguasprovenientes del alcantarillado norte y sur, que son las doszonas principales en las que se divide el alcantarillado dela ciudad, cuyo gasto será tratado por dos plantasindependientes, denominadas Planta Norte y Planta Sur,que en conjunto constituyen la nueva planta.

En marzo de 1992, diciembre de 1994 y agosto de 1995 sereal izaron campanas de aforo y muestreo, cuyosresultados sirvieron para definir la capacidad de lasplantas y el tipo de tratamiento.

El objetivo fundamental del proyecto, es el tratamiento delas aguas residuales aportadas al sistema de alcantarilladosanitario de Ciudad Obreg6n, para convertirlas en aguasaptas para su uso en el riego agrícola.

Actualmente las aguas de desecho se vierten a loscuerpos receptores sin ningún tratamiento previo,contaminando asi los mantos acuíferos de la región, por loque se hace inminente el tratar estas aguas para evitar lacontaminación de los acuíferos y reutilizarlas.

La capacidad de las plantas es de 850 Ips y 735 Ips comogasto medio para la norte y la sur respectivamente, y concapacidad máxima horaria de 1275 Ips y ll OO Ips.

La vida útil del proyecto propone tres etapas decrecimiento a futuro: en la primera etapa, se tratarti ungasto de 850 Ips en la Planta Norte y 735 Ips en la PlantaSur, conformadas por cuatro trenes de lagunas. En lasetapas posteriores se requerirá incrementar el número detrenes de lagunas, tal como se muestra en la tabla 1, deacuerdo con las proyecciones del flujo de aguas residualesa tratar en el futuro. Las etapas futuras no forman parte delalcance del contrato actual, y la realización de las mismasserá negociada con el Organismo Operador del sistema deagua del Municipio de Cajeme, al que pertenece CiudadObregón.

Planta norte:

ETAPA GASTO (Ips) PERIODO TRENESPrimera * 850 1995 - 2002 4Segunda 1 2 7 5 2002 - 2012 6Tercera 700 2012-2015 8

* En dos fases: fase 1 de 3 trenes y fase 2 de 4 trenes al quinto añoTABLA No 1. Características de las plantas por etapa

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PROYECTO PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PLANTA GENERAL DE DESARROLLO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES NORTEbcoT5. EN umos SIN twuA


La superficie mínima requerida para cada planta es de25ha para la primera etapa, 10 ha para la segunda y 10 hapara la tercera, ocupando un total de 45 ha.

La calidad media de las aguas residuales consideradapara el proyecto fue la siguiente:

PARÁMETRO PLANTA PLANTANORTE SUR

P H 7.03 7.05DQO 298 325DB05 154 158SST 94 131s s v 70 97NTK 20 19NH3 15 1 5

P-PO4 15 19Grasas y aceites 42 55

SAAM 10 12

La concentración se expresa en mg/l, con exepción del PHque se da en unidades.

Vista aérea de la Planta Sur

Vista aérea de la Planta Norte

3. OBJETIVOS Y BENEFICIOS DELTRATAMIENTO

Dentro de los principales objetivos y beneficios que seobtendrán con la construcci6n de las nuevas plantas,destacan los siguientes:

0 Eliminación de la contaminacibn del medio ambientepor las aguas residuales, las cuales actualmente, sonarrojadas a canales colectores sin tratamiento alguno,produciendo malos olores, mal aspecto visual,contaminación del manto freatico, riesgo de infeccionesa personas que viven cerca de los canales,contaminación de aguas de mar y afectación de la floray fauna de la región.

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Factibilidad de utilizar el agua residual ya tratada queactualmente se desecha en actividades agrícolas,apoyando la economía de la región.

Factibilidad de realizar proyectos de granjas piscícolascon el agua tratada, mejorando la economía de laregión con nuevos empleos y producción de alimentos.

Ahorro económico del Ayuntamiento al evitar multas ysanciones, por lo que podrá utilizar tales recursos enotros proyectos para beneficio de la comunidad.

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Generación de empleos en la región..

Desarrollo de una empresa productiva permanente, conlos beneficios implícitos que se generan para laeconomía estatal por el cumplimiento de SUSobligaciones fiscales.

l Cumplimiento de las normas de calidad de aguasresiduales que establece la Comisión Nacional delAgua, y que son:

P HDQODB05SSTNTKP-PO4Grasas y aceites

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SISTEMA DE TRATAMIENTO DE LAS AGUASRESIDUALES4 .

Las aguas residuales las componen principalmente aguasnegras domésticas con una concentración entre d6bil ymedia. Aparentemente la baja concentración se debe a ladotación media de agua potable en Ciudad Obregón, quees del orden de 340 litros por habitante y por día.La primera alternativa estudiada para el tratamiento de lasaguas residuales de este proyecto, fue el empleo de unsistema biológico anaerobio / aerobio, consistente en unalaguna anaerobia, una laguna facultativa, una laguna desedimentación y desinfección con rayos ultravioleta. Enla etapa anaerobia se consideró el ~aprovechamiento

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delgas generado para emplearlo como fuente de energía enla operación de algunos motores de la planta.


El estudio concluyó que debido a la baja concentración delas aguas residuales dom&icas, el proceso anaerobio noera fundamental pues la generación de gas metano seríalimitada.

Por otra parte, se hizo un anéilisis económico a valorpresente de los costos de amortización y de operaciónpara la desinfección de las aguas, considerando elsistema de cloración, del cual hay una ampl iaexperiencia en México, comparhndolo con el sistema dedesinfección por rayos ultravioleta que se empieza aaplicar en la actualidad para el tratamiento de aguasresiduales y que desde un principio fue considerado en laalternativa que se describe.

El resultado de la comparación de ambos métodos,muestra que a valor presente, para este proyecto, es máseconómico desinfectar con cloro que con rayos ultravioleta.

De esta manera se seleccionó la segunda alternativa quese complement6 con el empleo de un tratamiento biológicoaerobio que es eficiente y econ6mico en este proyectopara aguas residuales domésticas.

Al tomar en cuenta la calidad del agua residual cruda y losrequisitos a cumplir en la descarga a cuerpos de aguasuperficial, se propuso un sistema a base de lagunasaereadas, factible de construir dado que se contaba conterrenos con amplia superf ic ie, u n a topograf íasensiblemente plana y un suelo impermeable.

5. DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES QUEINTEGRAN EL SISTEMA DE TRATAMIENTO

El agua recibida en el influente, pasa por un proceso deprefrafamiento en el que se realiza el cribado grueso,desarenado y desgrasado; posteriormente, recibe untratamiento biol6gico que consta de una laguna aereadacompletamente mezclada y una laguna aeyeada facultativaoperando en serie; de ahí, el agua pasa a una laguna desedimentación, de la cual se distribuye a un tanque parasu desinfección mediante gas cloro en solución. Másadelante, se abundar& sobre los procesos mencionadosdel sistema de tratamiento.

La descarga de las aguas tratadas en ambas plantas, sehará a un canal aledafio a los terrenos donde seencuentran ubicadas.

6. DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO

Para el diseño de sistemas de tratamiento biológicomediante lagunas aereadas, se consideraron, entre otros,varios modelos teóricos como los de Eckenfelder, McKinney, Metcalf y Eddy.

Para el proyecto de Ciudad Obregón se seleccionó elmodelo de Eckenfelder, debido a que representa lasventajas de que plantea la operación en serie de unalaguna aereada completamente mezclada y una o variaslagunas aereadas facultativas, con base en una cinética deprimer orden del proceso biológico.

El diseño se optimizó en la relación de los parámetros“tiempo total de residencia hidráulico” y “potencia totalinstalada para transferencia de oxigeno”, con el objeto desatisfacer la eficiencia requerida del proceso biológico encuanto a remoción de materia orgánica, minimizando loscostos de capital y de energía.

En lo que respecta a los resultados de calidad del aguatratada que pudieran esperarse bajo varias condiciones decalidad y variaciones de flujo del agua cruda, se hizo unanálisis de sensibilidad para el sistema de tratamientopropuesto. El resultado de este análisis, para la primeraetapa de operación, indica que mientras los valores deconcentración de la demanda bioquímica de oxigeno(DBO) no sean mayores de 200 mgll y los canales nosobrepasen 1275 Ips y 1100 Ips para las plantas norte ysur, respectivamente, la calidad del agua tratada cumplirácon los requerimientos normativos.

1 4

IEstructura para la instalación de bombas tornillo [

7. ARREGLO DE LAS PLANTAS DETRATAMIENTO

En la primera etapa de construcción se establecieron tresmódulos de lagunas, operando cada uno con tresunidades en serie: una aereada mezclada, una aereadafacultativa y una de sedimentación, con la capacidadseñalada para un periodo de cinco años a partir de mayode 1997.

El Pretratamiento lo forman dos canales con rejillas para elcribado de la materia gruesa que arrastre el agua residualy un sistema de impulsión mediante bombas de tomil lopara elevar el agua a niveles que permitan elfuncionamiento hidrául ico de las plantas por gravedad. Enla primera etapa de construcción, se dejó una zona para eldesarenado y desgrasado que se instalará en la segundaetapa de operación de las plantas.

La medici6n de caudales se hará por medio de un saltohidráulico que se genera en un canal Parshall, con señalultrasónica para registrar los flujos.

El agua pretratada se recibe en un tanque de donde sedistribuye a los tres módulos lagunares.


El efluente de las lagunas de sedimentación se conduce aun tanque de contacto donde se aplica la solución decloro. Parte del agua sedimentada se almacena paraemplearla en la solución del desinfectante.

Múltiple distribuidor de aguas pretratadas

8. CARACTERíSTICAS DE LAS UNIDADES DEPROCESO

Lagunas aereadas completamente mezcladas

Por laguna:

Parámetro P.Norte PSur

Tiempo de retención,d ía 1Volumen hidráulico,m 3 24 778

Largo, m 213.43Ancho , m 4 4Tirante de agua, m 3

Taludes 151Requerimientos deoxigeno, kgld 1523

Temperatura media,grado C

Verano 35.2Invierno 16.4

Oxígeno disueltomínimo, mg/l 1 .5

Sistema de aereación:Aereadores superf iciales t ipo aspiraciónNúmero 1 8Potencia unitaria, HP 7.5Energía aplicada,HP/1 000 m3 5.45

1

21 674188.73

4 43

1.5:1

1457

35.516.1

1 .5

1 87 .5

6.23

Lagunas aereadas facultativasPor laguna:

Patimetro P. Norte P. Sur

Tiempo deretención, día.Volumenhidráulico, m3

Largo,mAncho , mTirante de agua, m

TaludesRequerimientosde oxígeno, kgldiaTemperatura media,grado C

VeranoInvierno

Oxígeno disueltomínimo, mg/l

.42

10 36781.45

443 .5

1.5:l

5 8 8

.3

6 30052.13

4 43 .5

1.5:1

309

36.114.7

1 .0

36.11 5

1 . 0

Sistema de aereación:Aereadores superficialestipo aspiraciónNúmeroPotencia unitaria, HPEnergía aplicada,HP/1 000 m3

95

4.34

55

3.97

Lagunas de sedimentaciónPor laguna:

Parámetro P. Norte P. Sur

Tiempo de retención, día. .53 .52Volumen hidráulico, m3 12901 11056

Largo, m 160.25 140.36Ancho , m 4 4 4 4Tirante de agua, m 2.0 2 .0

Taludes 1.5 : 1 1.5: 1

DESINFECCIÓNConcepto P. Norte P. Sur

Dosificacibn de cloroNúmero de cloradoresCapacidad unitaria,kgldDosis de cloro, mg/l

2 2

9 0 0 90015 - 8 5 - 8

Bombas para la solución de cloroNúmero 2Capacidad unitaria, IpsPresión, kglcm2 2412Motor, HP i0

Tanque de contactoNúmero 1Volumen hidráulico,m 3 1586Tiempo de contacto agasto medio, min.

Almacenamiento de cloro C

1 5

21 0

4 .21 0

1

1586


Interconexiones hidráulicas en lagunas

9. PROYECTO GEOTÉCNICO

9.1 Exploración del subsuelo

Para determinar las propiedades del subsuelo en lasplantas de tratamiento, se realizó la exploración geotécnicaconsistente en sondeos mixtos de 12, 15 y 18m deprofundidad, alternando sondeos de penetración estándarcon obtención de muestras alteradas y tubo Shelby de 4para las inalteradas. Las muestras obtenidas fueronsometidas a ensayes para su clasificación SUCS, en cadauno de los diversos materiales encontrados.

Con lo anterior pudo determinarse que el terreno en laplanta norte lo constituyen arcillas de alta plasticidad,susceptibles a expanderse ante cambios en el grado desaturación, tanto en la capa superficial como en el estratosubyacente hasta los 6 m, bajo el cual se encuentranarcillas de baja plasticidad, alcanzando los IOm. Bajoestas capas se encuentran arenas y gravas empacadas.

En el caso de la planta sur, aunque también existe unazona con material limo arcilloso de alta plasticidad, en lamayor parte del área de las lagunas de estabilización seencontró un material de menor plasticidad, clasificadocomo arcilla de baja plasticidad con presencia de grumosde carbonato de calcio, este material se localiza desde lasupetficie hasta una profundidad de 17m.

En ambas plantas el nivel freático se localizó entre los 2.50y 3.00m de profundidad.

Como se ha mencionado, se t iene un paquete arci l loso deespesor de cuando menos igual a la máxima profundidadde la exploración realizada. Las arcillas son del tipo CL oCH, muy cercanas a la “Línea B” de la carta de plasticidad,con alto porcentaje de carbonato de calcio.Con base en los resultados de los ensayes de laboratorio(odómetros), se concluyó que la arcilla ubicada hasta 3.00m de profundidad, es inestable ante la presencia de agua yresulta de alta expansibilidad.

9.2 Estabilización del suelo

Debido a la inconveniencia económica de remover lagruesa capa de material expansivo existente, así comotransportar los importantes volúmenes de materialnecesarios para la construcción de los bordos queconforman las lagunas, la opción más conveniente resultóla estabilización del suelo disponible del sitio.

Es práctica común la estabilización de suelos arcillososmediante e l mezclado de mater ia les de d is t in tacomposición química y granolumetríca, con objeto demodif icar el comportamiento mecánico del compuesto.

En el mezclado con arcillas expansivas donde se buscaalterar la composición química, se ha utilizado con éxito elcemento o cal, siendo esta última con la que se hanobtenido mejores resultados.

Tomando en cuenta los volúmenes de material necesariospara la construcción de los bordos, se decidió que laestabilización de las arcillas se realizara exclusivamentemezclando materiales de banco con granulometrías talesque permit ieran disminuir el potencial expansivo del sueloexistente.

En cambio, para la construcción del fondo de la lagunas,debido a la proximidad con el nivel de aguas freáticas y elriesgo de contaminación de esos mantos, se optó porutilizar cal hidratada para garantizar la estabilidad delfondo y minimizar la posibilidad de agrietamientos delmismo.

En la tabla 2 se presentan los resultados obtenidos en losensayes practicados al suelo existente en cada planta; y latabla 3, muestra los resultados obtenidos después deincorporar diferentes porcentajes de cal hidratada tipo Nsegún normas de la S. C. T.

GRANULOMETRIA

PCA-1 0. ll.9 00.1 9 8 . 0 3 8 . 5 19.5 C L 9 .20

PCA-2 0. 5 . 5 9 4 . 5 9 9 . 7 38.3 20.7 C L 8 . 80

PCA-3 0. 0 . 8 9 1 . 2 9 8 . 8 35.2 21.1 C L 7 .10

MEZCLA PCA-1,PCA-2, PCA-3. 9. ll.4 8 8 . 6 9 7 . 0 38.2 2 0 . 8 C L 8 . 9 1.520 2 0 . 9 13.9 12.3

9

Tabla No. 2. Ensayes de laboratorio efectuados a la arcilla en estado natural


TABLA No. 3 Estudio de Estabilización de la arcilla superficial con cal. Planta Norte de Tratamiento de Aguas Residuales

Tabla No. 4. Ensayes efectuados a las mezclas de prueba Arcilla-Bancos de material

De los resultados anteriores, se optó por utilizar una capaestabilizada con cal ai 4% respecto al peso seco del sueloy de 45 cm de espesor, tanto en la planta norte como en lasur.

En la tabla 4 se muestran los resultados para diferentesmezclas con material de diversos bancos de préstamopara ser utilizados en la construcción de los bordos.

De estos resultados se decidió utilizar en los bordos, unamezcla de 70% suelo y 30% arena limosa, mediante lacual se logró que la expansión fuera menor al 3%.

Por otra parte, se realizaron los análisis de estabilidad detaludes, considerando las características de la mezcla,definiéndose la sección de los bordos de 2.50 m de anchode corona v taludes con inclinación 1.51 horizontal Ivertical. .


9.3 Construcción de bordos

El terrapl& se fue conformando en capas de 30 cm deespesor, compactando el material al 95% con respecto a lapruéba Proctor SARH con la humedad 6ptima en la ramaseca. El equipo de compactación empleado fue una patade cabra vibratoria.

Para la protección de los taludes en la zona de oleaje, sediset una capa de concreto sobre dos capas de filtrocolocado a volteo. En la corona del talud se previó unbombeo del 2%.

Para reducir las tensiones en los diques más largos(mayores de 100 m), se disefió una pequeiia convexidaddel bordo hacia dentro de la laguna, en el sentidolongitudinal. En los cruces de duetos a través del cuerpodel terraplén se instalaron dentel lones.

9.4 Construcción de fondos de lagunas

Esta operación se llevó a cabo de acuerdo con elprocedimiento descrito a continuación:

En la preparatición de/ terreno natural, se realizi, una cajaen la terracería con 45 cm de profundidad, medidos a partirdel nivel que corresponde al fondo de la laguna,acumulando lateralmente el material removido para su usoposterior.

Tendido de/ material natural. En el cajón abierto se colocóuna primera capa de 15 cm del material acumulado.

Adicibn de cal hidratada. Se adicion6 el 2% de calhidratada, dosif icada con respecto al peso seco suelto delsuelo, para lo cual las bolsas de cal fueron colocadas amano en los puntos seleccionados, a fin de obtener unadistr ibución uniforme y formando pi las que poster iormentefueron niveladas y distribuidas con arados de disco.

Mezclado y humedecimiento inicial. Se efectuó unmezclado preliminar que además de permitir la distribuciónde la cal de manera uniforme y completa en el suelo,ayudara en la disgregación de la mezcla hasta obtenertamafios menores de 5 cm. Durante esta etapa se,agregóagua para elevar la humedad de la mezcla de suelo-calhasta un 5% arriba de la humedad óptima. El mezclado seefectuó con arado de disco.

Conformación. Después del mezclado se conformó ycompactó ligeramente la capa tratada hasta tener lasección deseada con lo que se lograron minimizar laspérdidas por evaporación y la carbonatación de la cal, asicomo prevenir un humedecimiento excesivo por probableslluvias. El equipo necesario para esta operación consistióen arado de disco y rodillos neumáticos pesados.

Curado inicial. El tiempo de curado inicial se realizó en 24horas, para que el agua y la cal rompieran los grumos dearcilla.

Mezclado final y disgregación. Transcurrido el curadoinicial, se agregó el 2% de cal restante y se efectuó un

nuevo mezclado y disgregación, hasta que todos losgrumos pasaran por la malla de 1” y cuando menos el 60%pasara la malla No. 4. El agua requerida para alcanzar lahumedad óptima, se agregó durante esta etapa.

Compactacibn. La mezcla suelo-cal fue compactada al95% de un peso volum&trico seco máximo con respecto ala Prueba Proctor. La compactación se inicíóinmediatamente después del mezclado final y fueefectuada en capas con espesor máximo de 15 cmutilizando rodillos pata de cabra, con objeto de que lasuperficie quedara rugosa y hubiera adherencia entre lascapas.

Curado final. El tiempo de curado minimo indispensablepara que la capa estabilizada adquiera las característicasdeseadas es de 24 horas. En esta etapa se realizaronriegos ligeros en forma periódica recompactando cuandofue necesario.

El proceso, desde la adición de cal hidratada, fue repetidopara la conformación de las otras dos capas hasta obtenerel espesor total de 45 cm.

9.5 Control de calidad de construcción

Debido a que la adecuada selección de los materialesresultó de fundamental importancia, se realizaron unnúmero importante de pruebas de Granulometría, Pesovolumétrico seco, Limites de consistencia, Limite secontracción l ineal, Humedad óptima, y Permeabil idad.

En la construcción del fondo de lagunas, para garantizar lacalidad de la mezcla entre la arcilla del sitio y la calhidratada, así como la colocación definitiva de la capa demejoramiento, se real izaron sistemáticamente ensayes decontrol de calidad entre los que destacan: Clotinometria,Saturación libre en molde porter y odómetro, Limites deconsistencia, L imi te de contracc ión l ineal , Pesovolumétr ico seco, Granulometría, y Compactación,mediante calas con el método de cono de arena.

En e l caso de los ter rap lenes para los bordos,conformados con la mezcla obtenida, se realizaron lasmismas pruebas anteriores, excepto la de clorinometría.

10. PROYECTO ELÉCTRICO

10.1 Acometida eléctrica y planta de emergencia

El sistema de acometida eléctrica para todo el conjunto sesuministró mediante una subestación eléctrica compactatipo intemperie en 13.2 kV, 3 fases, 3 hilos; localizadafrente al local del centro de control de motores (CCM). Dela subestación se deriv6 la alimentación eléctrica en 440Vpor medio de un transformador de 1250kVA, relación13.2kVl440V, protegido con u n interruptorelectromagnético del cual se alimentan los tableros decontrol, fuerza y alumbrado que dotan de energía aledificio general, cuartos de CCM, zona de pretratamiento,


lagunas y local de clora&n, los cuales están ubicados enel local del CCM.

El sistema de alimentación eléctrica para el servicio deemergencia serh suministrado por una planta generadorade combustión interna de 650kW, 440V - 254V, paraproporcionar la energía requerida por los sistemas dealumbrado y fuerza en el edificio general, el local de CCM,la zona de pretratamiento, lagunaje y local de cloraci6n.

10.2 Centros de control de Motores

Para el control y operacibn de las unidades motrices encada zona del conjunto se previó la instalación de dosCCM. El principal, que rige la operaci6n de las bombas enel pretratamiento y de los aereadores en las lagunas deaereación y facultat ivas, se instaló en una áreaespecíficamente diseñada dentro del edificio central.

El secundario se localizó en la zona de cloración y es elque permitirá la operación controlada de los equiposdosificadores de cloro y de las bombas de ayuda,requeridas para la mezcla con el agua extraída de laslagunas de sedimentación.

10.3 Sistema de alimentación elhtrica a la zonade lagunas y cloración

El sistema de alimentación eléctrica de fuerza a la zona delagunas, se realizó mediante bancos de duetos a través dedos Centros de Control de Motores (CCM) a una tensiónde 440V considerando la necesidad de combinar losmotores de los aereadores en todas las lagunas enservicio normal y normal-emergencia de manera que a lafalta de suministro de energía eléctrica por parte de lacompañía suministradora, continúen en operación elmínimo indispensable de motores, además de considerarun control remoto (arranque-paro) por motor, a la orilla delas lagunas.

El sistema de alumbrado exterior esta diseiiado a base deluminarias de vapor de sodio a alta presi6n instaladas enpostes de 7.0 metros de altura, alimentadas en sistemanormal y con un 30 % en sistema normal - emergencia.

El sistema de alimentaci6n eléctrica a local de cloraci6nfue proyectado considerando el control y alimentacióndesde un CCM; el cual est8 formado por un interruptormagnético - arrancador, para los motores, y un tablero dedistribucián con un transformador de SkVA, relación44OVll27V, que dota de energía tanto al sistema dealumbrado como al sistema de contactos.

También en este caso la fuerza, alumbrado y contactosest&n alimentados en sistema normal emergencia.

10.4 Supervisión de las instalaciones

Acorde a la normatividad vigente en este tipo deinstalaciones y como parte de la puesta en marcha delproceso de tratamiento, se realizar& la supervisi6n de lossistemas eléctricos con objeto de constatar los consumos,voltajes y caídas de tensión, a fin dsuministro de energía en las condicionesproyecto.

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central hidroÉlectrica huites plantas de tratamiento de...

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