diseÑo de un sistema de alcantarillado y ptar

DISEÑO DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO Y PTAR

PRESENTADO A:

ING. DANIEL ANTONIO AGUDELO QUIGUA

M.Sc. EN INGENIERÍA SANITARIA

PRESENTADO POR:

SUBGRUPO Nº 5

HÉCTOR CAMILO HIGUERA FLÓREZ. CÓD. 214378

JORGE ANDRÉS VARGAS BONFANTE. CÓD. 214452

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE BOGOTÁ

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLA

PROGRAMA CURRICULAR DE INGENIERÍA CIVIL

ALCANTARILLADOS – GRUPO 03

BOGOTÁ D.C.

2010

07 – 06 / 2010 DISEÑO DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO Y PTAR

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Página 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE BOGOTÁ

07 – 06 / 2010

B O G O T Á D . C .

PRESENTADO A: ING. DANIEL ANTONIO AGUDELO QUIGUA

M.Sc. EN INGENIERÍA SANITARIA

PRESENTADO POR: HÉCTOR CAMILO HIGUERA FLÓREZ. CÓD. 214378 JORGE ANDRÉS VARGAS BONFANTE. CÓD. 214452

SUBGRUPO Nº 5

DISEÑO DE UN SISTEMA DE ALCANTARILLADO Y PTAR

En el presente documento se encuentran recopilados los cálculos del diseño de una red de alcantarillado, y de una

planta de tratamiento de agua residual



TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 4

OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 5

OBJETIVO GENERAL .................................................................................................................... 5

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................................. 5

1. RED DE ALCANTARILLADO ...................................................................................................... 6

1.1. Indicar la distribución de la recolección para obtener mínimas profundidades ................ 6

1.2. Población futura ............................................................................................................. 7

1.3. Dotación unitaria ............................................................................................................ 7

1.4. Factor de retorno ........................................................................................................... 7

1.5. Carteras de nivel y transito ............................................................................................. 7

1.6. Formulas ........................................................................................................................ 7

1.7. Materiales ...................................................................................................................... 8

1.8. Factor de rugosidad ........................................................................................................ 8

1.9. Factor de mayoración ..................................................................................................... 8

1.10. Caudal por infiltración................................................................................................. 9

1.11. Caudal por conexiones erradas ................................................................................... 9

1.12. Área total.................................................................................................................... 9

1.13. Densidad poblacional de saturación ...........................................................................10

1.14. Caudal unitario y medio de aguas negras ...................................................................10

1.15. Caudal unitario máximo de aguas negras ...................................................................10

1.16. Curvas de nivel...........................................................................................................11

1.17. Diseño de alcantarillado .............................................................................................11

1.18. Diseño de alcantarillado (Tablas)................................................................................17

2. PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL .....................................................................22

2.1. Tratamiento preliminar ..................................................................................................22

2.1.1. Rejillas ...................................................................................................................22

2.1.2. Canaleta Parshall ...................................................................................................25

2.2. Tratamiento primario ....................................................................................................36

2.2.1. Sedimentador primario ..........................................................................................37

2.3. Tratamiento secundario .................................................................................................39



2.3.1. Filtros percoladores ...............................................................................................40

2.3.2. Sedimentador intermedio ......................................................................................44

2.3.3. Sedimentador secundario ......................................................................................46

3. TRATAMIENTO DE LODOS......................................................................................................49

3.1. Pretratamiento ..............................................................................................................49

3.1.1. Almacenamiento ....................................................................................................49

3.2. Espesamiento ................................................................................................................50

3.2.1. Espesamiento por gravedad ...................................................................................51

3.3. Deshidratación ..............................................................................................................53

3.3.1. Lecho de secado ....................................................................................................53

CONCLUSIONES .............................................................................................................................55

BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................................................56

ANEXOS ........................................................................................................................................57



INTRODUCCIÓN

Una red de alcantarillado es un sistema de estructuras y tuberías usadas para la recolección y transporte de aguas residuales y/o pluviales de una población desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten al medio natural o son llevadas a un lugar de tratamiento.

Las redes de alcantarillado son estructuras hidráulicas que Las redes de alcantarillado son estructuras hidráulicas que funcionan a presión atmosférica, por gravedad. Sólo muy raramente, y por tramos breves, están constituidos por tuberías que trabajan bajo presión o por vacío. Normalmente están constituidas por canales de sección circular, oval o compuesta, enterrados la mayoría de las veces bajo las vías públicas.

Los alcantarillados pueden formar sistemas de dos grandes tipos:

Redes unitarias: las que se proyectan y construyen para recibir en un único conducto, mezclándolas, tanto las aguas residuales (urbanas e industriales) como las pluviales generadas en la cuenca o población drenada.

Redes separativas: las que constan de dos canalizaciones totalmente independientes; una para transportar las aguas residuales domésticas, comerciales e industriales hasta la estación depuradora; y otra para conducir las aguas pluviales hasta el medio receptor.

http://es.wikipedia.org/wiki/Obra_hidr%C3%A1ulica

http://es.wikipedia.org/wiki/Tuber%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo

http://es.wikipedia.org/wiki/Canal_%28hidr%C3%A1ulica%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Aguas_negras



OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Diseñar una red de recolección de aguas sanitarias y su respectiva planta de tratamiento de agua potable.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar el diseño de una red de alcantarillado, para un municipio colombiano, verificando que se cumplan los parámetros vistos en clase.

Realizar el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales, con el fin de realizar una entrega al medio de una agua con una menor cantidad de materia orgánica, con lo cual es mucho más fácil para el medio ambiente terminar de purificar esta agua, e incluirla nuevamente dentro de su ciclo biológico



1. RED DE ALCANTARILLADO

Se denomina alcantarillado o también red de alcantarillado, red de saneamiento o red de drenaje al sistema de estructuras y tuberías usado para la recogida y transporte de lasaguas residuales y pluviales de una población desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten al medio natural o se tratan.

La red de alcantarillado se considera un servicio básico, sin embargo la cobertura de estas redes en las ciudades de países en desarrollo es ínfima en relación con la cobertura de las redes de agua potable. Esto genera importantes problemas sanitarios. Durante mucho tiempo, la preocupación de las autoridades municipales o departamentales estaba más ocupada en construir redes de agua potable, dejando para un futuro indefinido la construcción de las redes de alcantarillado. Actualmente las redes de alcantarillado son un requisito para aprobar la construcción de nuevas urbanizaciones en la mayoría de las naciones.

Las redes de alcantarillado son estructuras hidráulicas que funcionan a presión atmosférica, por gravedad. Sólo muy raramente, y por tramos breves, están constituidos por tuberías que trabajan bajo presión o por vacío. Normalmente están constituidas por canales de sección circular, oval o compuesta, enterrados la mayoría de las veces bajo las vías públicas.

1.1. Indicar la distribución de la recolección para obtener mínimas profundidades

La distribución de la recolección para obtener las mínimas profundidades se puede observar en la siguiente figura:



1.2. Población futura

La población futura de saturación es de 3.400 hab

1.3. Dotación unitaria

La dotación unitaria total es de 250 L/hab*dia

1.4. Factor de retorno

Factor de retorno que utilizamos es 0.8, lo que significa que hay un retorno de 80% con respecto al agua que llega del sistema de agua potable.

1.5. Carteras de nivel y transito

Las Carteras de nivel y transito corresponden a los datos suministrados por el profesor y a los cuales hacemos referencia se muestran en la siguiente figura:

El plano completo de la cartera de nivel se presenta en los anexos, al final del informe.

1.6. Formulas

Las formulas a utilizar son:

Manning



Darcy-Weisbach

Hazen Williams

Sin embargo los cálculos están realizados con la fórmula de Manning

1.7. Materiales

El material a utilizar será el PVC, y en caso de que el factor de Pomeroy sea mayor a 10.000, será necesario utilizar una tubería de fibra de vidrio

1.8. Factor de rugosidad

Para el PVC, tenemos un factor de rugosidad dado por:

1.9. Factor de mayoración

Los factores demayoración son:

BABBITT



G.M FAIR y J.C. GEYER

FLÓREZ

W.G. HARMAN

1.10. Caudal por infiltración

Todos los conductos van a ser nuevos, y las juntas son de caucho, y suponemos que el suelo tiene una infiltración media, con lo cual tendríamos

1.11. Caudal por conexiones erradas

Tomaremos un valor de:

1.12. Área total

El área total corresponde a:

A = 136,693.15 m2=13.693 ha



1.13. Densidad poblacional de saturación

La densidad de población de saturación es: 3400 hab/Ha

1.14. Caudal unitario y medio de aguas negras

El caudal unitario viene dado por:

1.15. Caudal unitario máximo de aguas negras

BABBITT

G.M FAIR y J.C. GEYER

FLÓREZ



W.G. HARMAN

Elegimos uno solo de los caudales máximo el cual corresponde a

1.16. Curvas de nivel

Las curvas de nivel se muestran en la siguiente figura:

El plano detallado de las curvas de nivel se presenta en los anexos, al final del informe.

1.17. Diseño de alcantarillado

Ejemplo de cálculos para la KR 1 entre calles 1 y 2

El área es de 0.16483521 Ha

EL área tributario corresponde a 0.16483521 Ha, por ser un colector inicial



El caudal máximo de aguas negras está dado por:

El caudal de infiltración

EL caudal por conexiones erradas es:

El caudal total está dado por la suma de los tres caudales anteriores

De acuerdo con la información topográfica tenemos

Calculamos la diferencia de cotas

Hallamos la pendiente



Para el diseño de la alcantarilla comenzamos suponiendo un diámetro de 8” que sea suficiente para transportar los 0,57 l/s, que debe transportar este tramo, tratando tener la misma pendiente del terreno es decir,0,67%,y para estas condiciones calculamos el caudal y la velocidad a flujo lleno de la siguiente manera

Con el diámetro que hemos supuesto calculamos la pendiente mínima ( Smin ) para una velocidad mínima de 0,6 m/s , también el caudal mínimo(Qmin)

Con la relación de q/Qmin entramos al grafico de t/T=1,y leemos el valor de (s/ Smin ), luego debemos multiplicar esta relación por la pendiente mínima y comparamos.

Y comparamos s contra S, de la siguiente manera

Si S≥s dejamos S, como pendiente

Si S<s, cambiamos la pendiente por S=s



Para este ejemplo de cálculo la relación de s/ Smin=6, y

Como S<s debemos cambiar la pendiente, y dejar s como pendiente definitiva, que corresponde a 0,0011478.

Calculamos la velocidad y el caudal flujo lleno

Calculamos la relación (q/Q)

En la grafica de (q/Q) y (v/V), entramos con el valor de (q/Q), y determinamos la relación (v/V),y la relación (d/D),a partir de esta calculamos el ángulo central.

Con una relación (q/Q)=0,012067, determinamos el valor de (v/V)=0,28 y (d/D)=0,07, el ángulo lo obtenemos a partir de la formula

Calculamos la relación (P/b), dada por la formula



Se calcula el factor de Pomeroy con el fin de conocer la probabilidad de que se presente generación de H2S,Tomamos una DBO=250 mg/l y t=12 °c

Con lo cual es muy poco probable que se genere H2S.

La velocidad en el tramo esta dado por

Calculo de la cota clave superior

Asumimos una profundidad mínima de cada pozo de 1 metro,

Calculo de la clave inferior

Cota de la batea superior

Cota de la batea inferior



Profundidad media

Ancho de la zanja

El ancho de la zanja depende del diámetro del conducto, para este caso corresponde a 0,7 m

Volumen de excavación

El pozo de inspección promedio, se muestra en la siguiente figura:

El plano detallado de los pozos de inspección se presenta en los anexos, al final del informe.



1.18. Diseño de alcantarillado (Tablas)

Los cálculos para las demás alcantarillas se encuentran en las siguientes tablas:

Ubicación y topografía:

SITUACIÓN DEL COLECTOR

ÁREA TRIBUTARIA CAUDAL MÁXIMO

DE AGUAS NEGRAS

CAUDAL DE INFILTRACIÓN

CONEXIONES ERRADAS

CAUDAL TOTAL

COTA DE LA RASANTE

LONG. (L)

PENDIENTE DE LA

RASANTE INC. TOTAL SUP. INF. DIF.

CALLE

Nº. POZO

(a) (A) (CRs) (CRi) (ΔCR)

(qan) (qi) (qe) (q) (Sr)

DE A Ha Ha L/s L/s L/s L/s m m m m %

K1x Cl1-Cl2 1 2 0,164835 0,164835 0,321264 0,089 0,164835 0,575099 50 49,4 0,6 89 0,67%

K1x Cl2-Cl3 2 3 0,170989 0,335824 0,654521 0,09 0,335824 1,080346 49,4 48,8 0,6 90 0,67%

K1x Cl3-Cl4 3 4 0,172710 0,508534 0,991134 0,091 0,508534 1,590668 48,8 48,2 0,6 91 0,66%

K1x Cl4-Cl5 4 5 0,168573 0,677107 1,319682 0,09 0,677107 2,086789 48,2 47,6 0,6 90 0,67%

K1x Cl5-Cl6 5 6 0,163730 0,840837 1,638792 0,089 0,840837 2,568630 47,6 47 0,6 89 0,67%

Cl1xK1-K2 1 7 0,164465 0,164465 0,320542 0,074 0,164465 0,559007 50 49,5 0,5 74 0,68%

Cl2xK1-K2 2 8 0,334750 0,334750 0,652429 0,075 0,334750 1,062179 49,4 48,9 0,5 75 0,67%

Cl3xK1-K2 3 9 0,344101 0,344101 0,670652 0,076 0,344101 1,090753 48,8 48,3 0,5 76 0,66%

Cl4xK1-K2 4 10 0,338859 0,338859 0,660436 0,075 0,338859 1,074295 48,2 47,7 0,5 75 0,67%

Cl5xK1-K2 5 11 0,329997 0,329997 0,643164 0,074 0,329997 1,047161 47,6 47,1 0,5 74 0,68%

Cl6xK1-K2 6 12 0,165570 1,006407 1,961488 0,075 1,006407 3,042895 47 46,5 0,5 75 0,67%

K2x Cl1-Cl2 7 8 0,337937 0,502772 0,979904 0,09 0,502772 1,572676 49,5 48,9 0,6 90 0,67%

K2x Cl2-Cl3 8 9 0,333526 1,171049 2,282375 0,091 1,171049 3,544424 48,9 48,3 0,6 91 0,66%

K2x Cl3-Cl4 9 10 0,337482 1,852632 3,610780 0,09 1,852632 5,553413 48,3 47,7 0,6 90 0,67%

K2x Cl4-Cl5 10 11 0,329658 2,521149 4,913720 0,089 2,521149 7,523869 47,7 47,1 0,6 89 0,67%

K2x Cl5-Cl6 11 12 0,335248 3,186394 6,210282 0,09 3,186394 9,486675 47,1 46,5 0,6 90 0,67%

Cl1xK2-K3 7 13 0,168737 0,168737 0,328867 0,075 0,168737 0,572604 49,5 49 0,5 75 0,67%

Cl2xK2-K3 8 14 0,343704 0,343704 0,669879 0,076 0,343704 1,089583 48,9 48,4 0,5 76 0,66%

Cl3xK2-K3 9 15 0,335692 0,335692 0,654264 0,075 0,335692 1,064956 48,3 47,8 0,5 75 0,67%

Cl4xK2-K3 10 16 0,328942 0,328942 0,641108 0,074 0,328942 1,044050 47,7 47,2 0,5 74 0,68%

Cl5xK2-K3 11 17 0,338647 0,338647 0,660024 0,075 0,338647 1,073671 47,1 46,6 0,5 75 0,67%

Cl6xK2-K3 12 18 0,171050 4,363851 8,505145 0,076 4,363851 12,944996 46,5 46 0,5 76 0,66%

K3x Cl1-Cl2 13 14 0,345249 0,513986 1,001758 0,091 0,513986 1,606743 49 48,4 0,6 91 0,66%

K3x Cl2-Cl3 14 15 0,337533 1,195222 2,329489 0,09 1,195222 3,614711 48,4 47,8 0,6 90 0,67%

K3x Cl3-Cl4 15 16 0,329782 1,860697 3,626498 0,089 1,860697 5,576195 47,8 47,2 0,6 89 0,67%

K3x Cl4-Cl5 16 17 0,337643 2,527281 4,925672 0,09 2,527281 7,542953 47,2 46,6 0,6 90 0,67%

K3x Cl5-Cl6 17 18 0,345423 3,211352 6,258924 0,091 3,211352 9,561276 46,6 46 0,6 91 0,66%

Cl1xK3-K4 13 19 0,173064 0,173064 0,337303 0,076 0,173064 0,586367 49 48,5 0,5 76 0,66%

Cl2xK3-K4 14 20 0,339417 0,339417 0,661524 0,075 0,339417 1,075940 48,4 47,9 0,5 75 0,67%



Alcantarilla:

Cl3xK3-K4 15 21 0,330742 0,330742 0,644617 0,074 0,330742 1,049359 47,8 47,3 0,5 74 0,68%

Cl4xK3-K4 16 22 0,337543 0,337543 0,657870 0,075 0,337543 1,070413 47,2 46,7 0,5 75 0,67%

Cl5xK3-K4 17 23 0,344996 0,344996 0,672398 0,076 0,344996 1,093394 46,6 46,1 0,5 76 0,66%

Cl6xK3-K4 18 24 0,171945 7,747147 15,099190 0,075 7,747147 22,921337 46 45,5 0,5 75 0,67%

K4x Cl1-Cl2 19 20 0,337508 0,510573 0,995106 0,09 0,510573 1,595679 48,5 47,9 0,6 90 0,67%

K4x Cl2-Cl3 20 21 0,340758 1,190747 2,320766 0,089 1,190747 3,600514 47,9 47,3 0,6 89 0,67%

K4x Cl3-Cl4 21 22 0,337433 1,858922 3,623040 0,09 1,858922 5,571962 47,3 46,7 0,6 90 0,67%

K4x Cl4-Cl5 22 23 0,345408 2,541873 4,954111 0,091 2,541873 7,586984 46,7 46,1 0,6 91 0,66%

K4x Cl5-Cl6 23 24 0,339748 3,226617 6,288677 0,09 3,226617 9,605294 46,1 45,5 0,6 90 0,67%

Cl1xK4-K5 19 25 0,168927 0,168927 0,329239 0,075 0,168927 0,573166 48,5 48 0,5 75 0,67%

Cl2xK4-K5 20 26 0,501127 0,501127 0,976697 0,074 0,501127 1,551824 47,9 47,4 0,5 74 0,68%

Cl3xK4-K5 21 27 0,339254 0,339254 0,661206 0,075 0,339254 1,075460 47,3 46,8 0,5 75 0,67%

Cl4xK4-K5 22 28 0,343320 0,343320 0,669131 0,076 0,343320 1,088451 46,7 46,2 0,5 76 0,66%

Cl5xK4-K5 23 29 0,336397 0,336397 0,655637 0,075 0,336397 1,067034 46,1 45,6 0,5 75 0,67%

Cl6xK4-K5 24 30 0,167807 11,141572 21,714923 0,074 11,141572 32,930495 45,5 45 0,5 74 0,68%

K5x Cl1-Cl2 25 26 0,164823 0,333750 0,650479 0,089 0,333750 1,073229 48 47,4 0,6 89 0,67%

K5x Cl2-Cl3 26 27 0,166710 1,001587 1,952093 0,09 1,001587 3,043680 47,4 46,8 0,6 90 0,67%

K5x Cl3-Cl4 27 28 0,172723 1,513564 2,949936 0,091 1,513564 4,554500 46,8 46,2 0,6 91 0,66%

K5x Cl4-Cl5 28 29 0,168911 2,025795 3,948274 0,09 2,025795 6,064068 46,2 45,6 0,6 90 0,67%

K5x Cl5-Cl6 29 30 0,165943 2,528134 4,927333 0,089 2,528134 7,544467 45,6 45 0,6 89 0,67%

TOTAL 13,669705 TOTAL 40,645

ALCANTARILLA

DIÁMETRO PENDIENTE CAUDAL LLENO

VEL. LLENO

REL. (q/Q) REL. (v/V)

REL. (d/D)

ANGULO REL. (P/b)

FACTOR DE POMEROY

VELOCIDAD EFECTIVA

Nº. DE POZO (D) (S) CENTRAL

(Q) (V) (θr) (Z) (v)

plg m % L/s m/s radianes (mg*s^1/3/l^4/3) m/s DE A

8 0,2032 1,15% 47,655443 1,469520 0,012068 0,28 0,07 1,071053 0,076426 407,582971 0,411466 1 2

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,029746 0,34 0,11 1,352261 0,496151 633,342370 0,380781 2 3

8 0,2032 0,66% 36,118884 1,113775 0,044040 0,38 0,13 1,475452 0,289310 488,502121 0,423234 3 4

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,057457 0,41 0,15 1,590798 0,056390 414,998106 0,459178 4 5

8 0,2032 0,67% 36,522460 1,126220 0,070330 0,51 0,21 1,904135 0,301869 458,620441 0,574372 5 6

8 0,2032 1,15% 47,655443 1,469520 0,011730 0,32 0,8 4,428595 0,019717 572,046203 0,470246 1 7

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,029246 0,32 0,9 4,996183 0,022244 487,648049 0,358383 2 8

8 0,2032 0,66% 36,079258 1,112553 0,030232 0,34 0,11 1,352261 0,496151 635,516451 0,378268 3 9

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,029579 0,34 0,11 1,352261 0,496151 634,529100 0,380781 4 10

8 0,2032 0,68% 36,563565 1,127487 0,028639 0,34 0,11 1,352261 0,496151 635,682379 0,383346 5 11



8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,083782 0,53 0,23 2,000718 0,191855 462,937407 0,593571 6 12

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,043302 0,33 0,12 1,414966 0,019154 411,794435 0,369582 7 8

8 0,2032 0,66% 36,118884 1,113775 0,098132 0,53 0,33 2,447759 0,059250 431,750459 0,590301 8 9

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,152907 0,61 0,29 2,274702 0,083516 250,950087 0,683167 9 10

8 0,2032 0,67% 36,522460 1,126220 0,206007 0,66 0,34 2,490134 0,055201 226,859963 0,743305 10 11

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,261204 0,6 0,33 2,447759 0,059250 309,250610 0,671967 11 12

8 0,2032 1,15% 47,655443 1,469520 0,012016 0,32 0,8 4,428595 0,019717 567,481843 0,470246 7 13

8 0,2032 0,67% 36,396086 1,122323 0,029937 0,34 0,11 1,352261 0,496151 630,209786 0,381590 8 14

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,029322 0,34 0,11 1,352261 0,496151 636,378537 0,380781 9 15

8 0,2032 0,68% 36,563565 1,127487 0,028554 0,33 0,1 1,287002 0,280774 435,336560 0,372071 10 16

8 0,2032 0,67% 36,396086 1,122323 0,029500 0,34 0,11 1,352261 0,496151 633,307704 0,381590 11 17

8 0,2032 0,66% 36,079258 1,112553 0,358793 0,73 0,47 3,021521 0,029955 214,931684 0,812164 12 18

8 0,2032 0,66% 36,118884 1,113775 0,044485 0,42 0,16 1,646067 0,003670 465,105741 0,467785 13 14

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,099527 0,53 0,33 2,447759 0,059250 426,570403 0,593571 14 15

8 0,2032 0,67% 36,522460 1,126220 0,152679 0,54 0,24 2,047891 0,160036 253,900517 0,608159 15 16

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,207686 0,61 0,28 2,230395 0,092788 329,386402 0,683167 16 17

8 0,2032 0,66% 36,118884 1,113775 0,264717 0,62 0,33 2,447759 0,059250 310,153059 0,690540 17 18

8 0,2032 1,15% 47,655443 1,469520 0,012304 0,32 0,8 4,428595 0,019717 563,006713 0,470246 13 19

8 0,2032 0,77% 38,910506 1,199858 0,027652 0,33 0,1 1,287002 0,280774 404,996433 0,395953 14 20

8 0,2032 0,86% 41,270824 1,272642 0,025426 0,34 0,11 1,352261 0,496151 562,784329 0,432698 15 21

8 0,2032 0,91% 42,401741 1,307515 0,025245 0,34 0,11 1,352261 0,496151 544,158925 0,444555 16 22

8 0,2032 0,77% 38,910506 1,199858 0,028100 0,33 0,1 1,287002 0,280774 402,829862 0,395953 17 23

10 0,254 0,67% 65,850711 1,299582 0,348080 0,82 0,93 5,212132 0,024223 179,935531 1,065657 18 24

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,043935 0,33 0,12 1,414966 1,019039 409,806044 0,369582 19 20

8 0,2032 0,67% 36,522460 1,126220 0,098584 0,53 0,33 2,447759 0,059250 424,750771 0,596896 20 21

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,153417 0,61 0,29 2,274702 0,083516 250,671300 0,683167 21 22

8 0,2032 0,66% 36,118884 1,113775 0,210056 0,66 0,34 2,490134 0,055201 228,756919 0,735091 22 23

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,264470 0,71 0,38 2,656861 0,043415 314,844790 0,795161 23 24

8 0,2032 1,15% 47,655443 1,469520 0,012027 0,32 0,8 4,428595 0,019717 567,296261 0,470246 19 25

8 0,2032 0,68% 36,563565 1,127487 0,042442 0,41 0,14 1,533988 0,201540 451,929198 0,462270 20 26

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,029612 0,34 0,11 1,352261 0,496151 634,299937 0,380781 21 27

8 0,2032 0,66% 36,079258 1,112553 0,030168 0,33 0,1 1,287002 0,280774 435,097854 0,367142 22 28

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,029379 0,34 0,11 1,352261 0,496151 635,965312 0,380781 23 29

10 0,254 0,68% 66,294155 1,308333 0,496733 0,85 0,56 3,382172 0,023835 136,584620 1,112083 24 30

8 0,2032 0,77% 38,910506 1,199858 0,027582 0,33 0,1 1,287002 0,280774 405,337239 0,395953 25 26

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,083804 0,53 0,22 1,952821 0,236393 309,985916 0,593571 26 27

8 0,2032 0,66% 36,118884 1,113775 0,126097 0,54 0,23 2,000718 0,191855 406,946318 0,601438 27 28

8 0,2032 0,67% 36,318990 1,119945 0,166967 0,55 0,24 2,047891 0,160036 248,283461 0,615970 28 29

8 0,2032 0,67% 36,522460 1,126220 0,206571 0,61 0,28 2,230395 0,092788 327,529458 0,686994 29 30



Geometría:

COTA DE LA CLAVE COTA DE LA BATEA PROFUNDIDAD MEDIA

ANCHO DE ZANJA

VOLUMEN DE EXCAVACIÓN

No. DE Pozo

OBSERVACIONES SUPERIOR INFERIOR SUPERIOR INFERIOR

(CCs) (CCi) (CBs) (CBi) (h) (b) (Ve)

m m m m m m m3 DE A

49 48,4 48,7968 48,1968 1,2032 0,7 74,95936 1 2

48,4 47,8 48,1968 47,5968 1,2032 0,7 75,8016 2 3

47,8 47,2 47,5968 46,9968 1,2032 0,7 76,64384 3 4

47,2 46,6 46,9968 46,3968 1,2032 0,7 75,8016 4 5

46,6 46 46,3968 45,7968 1,2032 0,7 74,95936 5 6

49 48,5 48,7968 48,2968 1,2032 0,7 62,32576 1 7

48,4 47,9 48,1968 47,6968 1,2032 0,7 63,168 2 8

47,8 47,3 47,5968 47,0968 1,2032 0,7 64,01024 3 9

47,2 46,7 46,9968 46,4968 1,2032 0,7 63,168 4 10

46,6 46,1 46,3968 45,8968 1,2032 0,7 62,32576 5 11

46 45,5 45,7968 45,2968 1,2032 0,7 63,168 6 12

48,5 47,9 48,2968 47,6968 1,2032 0,7 75,8016 7 8

47,9 47,3 47,6968 47,0968 1,2032 0,7 76,64384 8 9

47,3 46,7 47,0968 46,4968 1,2032 0,7 75,8016 9 10

46,7 46,1 46,4968 45,8968 1,2032 0,7 74,95936 10 11

46,1 45,5 45,8968 45,2968 1,2032 0,7 75,8016 11 12

48,5 48 48,2968 47,7968 1,2032 0,7 63,168 7 13

47,9 47,4 47,6968 47,1968 1,2032 0,7 64,01024 8 14

47,3 46,8 47,0968 46,5968 1,2032 0,7 63,168 9 15

46,7 46,2 46,4968 45,9968 1,2032 0,7 62,32576 10 16

46,1 45,6 45,8968 45,3968 1,2032 0,7 63,168 11 17

45,5 45 45,2968 44,7968 1,2032 0,7 64,01024 12 18

48 47,4 47,7968 47,1968 1,2032 0,7 76,64384 13 14

47,4 46,8 47,1968 46,5968 1,2032 0,7 75,8016 14 15

46,8 46,2 46,5968 45,9968 1,2032 0,7 74,95936 15 16

46,2 45,6 45,9968 45,3968 1,2032 0,7 75,8016 16 17

45,6 45 45,3968 44,7968 1,2032 0,7 76,64384 17 18

48 47,5 47,7968 47,2968 1,2032 0,7 64,01024 13 19

47,4 46,9 47,1968 46,6968 1,2032 0,7 63,168 14 20

46,8 46,3 46,5968 46,0968 1,2032 0,7 62,32576 15 21

46,2 45,7 45,9968 45,4968 1,2032 0,7 63,168 16 22

45,6 45,1 45,3968 44,8968 1,2032 0,7 64,01024 17 23

45 44,5 44,746 44,246 1,254 0,7 65,835 18 24

47,5 46,9 47,2968 46,6968 1,2032 0,7 75,8016 19 20



46,9 46,3 46,6968 46,0968 1,2032 0,7 74,95936 20 21

46,3 45,7 46,0968 45,4968 1,2032 0,7 75,8016 21 22

45,7 45,1 45,4968 44,8968 1,2032 0,7 76,64384 22 23

45,1 44,5 44,8968 44,2968 1,2032 0,7 75,8016 23 24

47,5 47 47,2968 46,7968 1,2032 0,7 63,168 19 25

46,9 46,4 46,6968 46,1968 1,2032 0,7 62,32576 20 26

46,3 45,8 46,0968 45,5968 1,2032 0,7 63,168 21 27

45,7 45,2 45,4968 44,9968 1,2032 0,7 64,01024 22 28

45,1 44,6 44,8968 44,3968 1,2032 0,7 63,168 23 29

44,5 44 44,246 43,746 1,254 0,7 64,9572 24 30

47 46,4 46,7968 46,1968 1,2032 0,7 74,95936 25 26

46,4 45,8 46,1968 45,5968 1,2032 0,7 75,8016 26 27

45,8 45,2 45,5968 44,9968 1,2032 0,7 76,64384 27 28

45,2 44,6 44,9968 44,3968 1,2032 0,7 75,8016 28 29

44,6 44 44,3968 43,7968 1,2032 0,7 74,95936 29 30

Todos los planos de la red de alcantarillado se encuentran al final del documento, en los anexos.



2. PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL

El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos, químicos y biológicos presentes en el agua efluente del uso humano. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia (o efluente tratado) o reutilizable en el ambiente y un residuo sólido o fango (también llamado biosólido o lodo) convenientes para su disposición o reuso. Es muy común llamarlo depuración de aguas residuales para distinguirlo del tratamiento de aguas potables.

Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones y locales comerciales e industriales. Éstas pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual son generadas (por ejemplo: tanques sépticos u otros medios de depuración) o bien pueden ser recogidas y llevadas mediante una red de tuberías, y eventualmente bombas, a una planta de tratamiento municipal. Los esfuerzos para recolectar y tratar las aguas residuales domésticas de la descarga están típicamente sujetas a regulaciones y estándares locales, estatales y federales (regulaciones y controles). A menudo ciertos contaminantes de origen industrial presentes en las aguas residuales requieren procesos de tratamiento especializado.

2.1. Tratamiento preliminar

Consiste básicamente en una etapa preliminar como lo es la medición del caudal y posteriormente se procede a retirar materiales flotantes o pesados que comúnmente vienen en las aguas residuales y que disminuyen la eficiencia del tratamiento tales como plásticos, papeles, arenas y demás sólidos no orgánicos, que solo ocasionan daños al proceso. Los residuos que realmente interesan para el proceso son los de tipo orgánico. Los tratamientos preliminares que diseñaremos son:

• Rejillas de limpieza manual • Canaleta Parshall

2.1.1. Rejillas

El tratamiento preliminar se realiza por medio de rejillas manuales (rejas, mallas o cribas), y tiene como objeto retener y separar los cuerpos voluminosos flotantes y en suspensión, que arrastra consigo el agua residual. La instalación de estas rejillas es indispensable en cualquier depuradora. De esta forma se consigue:



• Eludir posteriores depósitos. • Evitar obstrucciones en canales, tuberías y conducciones en general. • Interceptar las materias que por sus excesivas dimensiones podrían dificultar el

funcionamiento de las unidades posteriores. • Aumentar la eficiencia de los tratamientos posteriores.

Diseño de rejillas

Para nuestro caso, se van a diseñar rejilla con barras circulares de las siguientes características:

b=0,002m; Θ=45°, Q=40,65L/s;

V=0.6 m/s; d=0,00381m.

Primero comprobamos la perdida de carga de la siguiente forma:

Calcular la profundidad del canal tomando B=0,4m:



Ahora se calcula la longitud sumergida de la rejilla, de la forma:

Se calcula la longitud total de la rejilla:

Con la longitud de la rejilla de 1m, se encuentra que el ángulo θ=44,43º, por lo tanto se recalculan los valores de altura y longitud de la forma:

Por último se halla el número de barras y el espaciamiento, mediante la siguiente ecuación:

De la cual, encontramos los siguientes valores:



Por lo tanto las dimensiones de la rejilla son:

CARACTERÍSTICA VALORES

Ancho de barras - W (m) 0,0381

Profundidad de Barras - I (m) 0,05

Espaciamiento - e (m) 0,0245

Angulo de Inclinación - Θ (º) 44,43

Velocidad de Aproximación - V(m/s) 0,6

Perdidas de Energía Máxima - H (m) 0,053

El plano completo de la rejilla se presenta en los anexos, al final del informe.

2.1.2. Canaleta Parshall

La canaleta Parshall es un elemento primario de flujo con una amplia gama de aplicaciones para medir el flujo en canales abiertos. Puede ser usado para medir el flujo en ríos, canales de irrigación y/o de desagüe, salidas de alcantarillas, aguas residuales, vertidos de fábricas, etc. La medida del flujo está basada en la asunción de que el flujo critico se produce estrechando la anchura de la garganta de la canaleta y levantando la base.

Ventajas Canaleta

• Baja inversión • Más resistente que cualquier metal • Dimensiones estables • Es una canaleta prefabricada, se tiene seguridad en sus dimensiones, moldeada en

una sola pieza. • Construcción resistente • Resistente a la corrosión • Su fabricación en fibra de vidrio, permite soportar el ataque químico de líquidos

corrosivos. • Fácil instalación • Ligera y resistente; puede ser instalado en líneas de concreto • Superficie lisa • Esta característica minimiza la acumulación de suciedad. • Durable • Y más exacta que el concreto. • Indicador de nivel



• Opcionalmente se suministra una regleta, la cual se localiza dentro del canal, para una indicación rápida de flujo

• Selección del tamaño de garganta apropiado.

Diseño de la canaleta Parshall

El caudal para el diseño, construcción y operación de la planta de tratamiento de agua residual, que se obtuvo del análisis de la red de alcantarillado es de:

Si se asume una temperatura media de 20 ºC, se tiene que:

Los valores se tomaron de la siguiente tabla:



Si asumimos que el tiempo de retención es:

& que el volumen útil esta dado por la siguiente ecuación:

Para determinar la velocidad de ascenso se tiene el siguiente rango:

En nuestro caso escogemos la siguiente velocidad de ascenso, debido a que no se posee un caudal muy grande:

Después se determina el área superficial mediante:



Posteriormente se halla la profundidad útil de la forma:

Ahora, se dimensiona la cámara de aquietamiento mediante la siguiente relación:

Y mediante la siguiente tabla se tomaran los valores para la medida de la canaleta Parshall:

Por lo tanto se escogen las siguientes medidas:

Para corroborar que estos valores son aptos, se utilizara la siguiente expresión:



Para comprobar que la Va no se sale del rango tenemos:

Este valor se encuentra entre 0,04m/s < Va < 0,1 m/s, por lo tanto los valores de l y b son correctos.

Diseño de la canaleta Parshall modificada y el canal del resalto

Primero se transforma el caudal a unidades del sistema Ingles de la forma:

Si tomamos este valor, y entramos en la Tabla anterior, se tiene que el ancho de garganta es:

Después ingresamos este valor en la ecuación de la canaleta Parshall, la cual es:



Si reemplazamos W en la ecuación, podemos hallar un valor para el ancho del canal en la zona del resalto, el cual por facilidad se da en medida constructiva y en de:

Ahora bien, basados en la siguiente figura, se escoge un Número de Froude dependiendo el tipo de resalto que queramos tener en la canaleta:

Para nuestro caso queremos un resalto estable, ya que el fuerte es muy inestable, por esta razón el número de Froude se fija en:

Posteriormente se calcula la altura de la lámina de agua en la sección s1 antes del resalto, mediante la siguiente expresión:

Si se reemplazan los valores ya calculados, se tiene:



En el punto s1 la velocidad media del agua viene dada por:

La altura de la lámina de agua en la sección s2, después del resalto viene dada por la siguiente expresión:

En el punto s2 la velocidad media del agua es:



Para encontrar la longitud del resalto se utiliza la siguiente grafica:

De la grafica, con un FR = 6, se obtuvo que:

Para calcular la velocidad media en el resalto, el mejor método es el promedio hidráulico, por lo tanto, la expresión es:

Para calcular el tiempo de duración del resalto, se debe tener en cuenta que:



En este caso, también se utilizara el método aritmético, razón por la cual se tiene:

El tiempo de duración del resalto es de 0,89, razón por la cual el diseño si cumple.Posteriormente se debe calcular la longitud del canal, teniendo en cuenta que debe ser una medida constructiva, por lo tanto:

Se calcula la pérdida de energía en el resalto, la cual está dada por:

El gradiente es de:



Razón por la cual, el gradiente si cumple las especificaciones.Se debe asumir una medida constructiva para el grosor del vertedero. Por tal motivo, escogimos 0,05 m para dicha dimensión.Ahora se debe determinar la altura del vertedero, mediante la siguiente grafica:

Al establecer la relación de X/Y2, tenemos que:

Por lo tanto, si entramos a la grafica con FR = 6, y la relación X/Y2 = 0,0, se tiene que:

Entonces, despejando h se tiene que:

Ahora se debe calcular el caudal sobre el vertedero, y comprobar que es igual al de diseño. En caso de no cumplir, se debe cambiar todo el diseño del vertedero.Mediante la fórmula de Francis, se tiene que:



Razón por la cual, las dimensiones del vertedero si cumplen.Se debe calcular la longitud de la cresta del vertedero de la forma:

La pendiente del ángulo de inclinación se obtiene mediante:

De los cuales, N y F se obtienen de la tabla 1 y son:

Por lo tanto:

La altura de la rampa seria:



Para terminar, se calcula la longitud de la rampa, por lo que:

Las dimensiones de la canaleta Parshall quedarían de la forma:

Dimensión Medida (m)

X 3,20

h 0,11

b 0,40

m 0,42

hr 0,30

Lr 0,70

El plano completo de la Canaleta Parshall se presenta en los anexos, al final del informe.

2.2. Tratamiento primario

Entre las operaciones que se utilizan en los tratamientos primarios de aguas servidas están: la filtración, la sedimentación, la flotación, la separación de aceites y la neutralización.

El tratamiento primario de las aguas servidas es un proceso mecánico que utiliza cribas para separar los desechos de mayor tamaño como palos, piedras y trapos. Las aguas del alcantarilladlo llegan a la cámara de dispersión en donde se encuentran las cribas, de donde pasan las aguas al tanque de sedimentación, de donde los sedimentos pasan a un tanque digestor y luego al lecho secador, para luego ser utilizados como fertilizante en las tierras de cultivo o a un relleno sanitario o son arrojados al mar.

Del tanque de sedimentación el agua es conducida a un tanque de desinfección con cloro (para matarle las bacterias) y una vez que cumpla con los límites de depuración sea arrojada a un lago, un río o al mar.



2.2.1. Sedimentador primario

Consiste en utilizar las fuerzas de gravedad para separar una partícula de densidad superior con densidad superior a la del líquido hasta una superficie o zona de almacenamiento. Para que pueda haber una separación efectiva se precisa, además, que la fuerza de gravedad tenga un valor suficientemente elevada con relación a sus efectos antagonistas: efectos de turbulencia, rozamiento, repulsión electrostática, corrientes de convección, etc... Para facilitar la comprensión de los fenómenos que intervienen deben distinguirse los efectos relacionados con el movimiento de la partícula y los relacionados con el movimiento del líquido.

Diseño del Sedimentador primario

Se tiene el siguiente caudal de diseño:

SE calcula la profundidad útil:

Se calculan las tasas máximas:

Se calcula el área superficial:

dia

mQ

33513ˆ

0.3ˆ

max;5.4max

30m;HQ

Q

ms

Lqv

m

mdia

m

dia

m

Aq

Q 26,97

2336

33513ˆ

ˆ

ˆ

m

mdia

m

dia

m

Apq

Q21,117

2390

333513ˆ

maxˆmax

ˆmax

mmAD

DA

21,1221,1174 2

1

4 2

1

4

2



Se verifica el diámetro mínimo y definitivo:

Se recalculan todos los parámetros:

Se vuelve a calcular el volumen útil:

Se calcula el tiempo de retención medio

LvDL minminminA

D4 2

1

mDmDm

dia

s

ms

L

m

L

dia

m

qv

QDD

qv

QL

L

Qqv

0.1563,8min87.57

864005.4

10322500

864005.4

31030.3

33513

max

maxminmin

max

maxmin

min

maxmax

mD

A 272,1764

2

mdia

m

mdia

m

m

dia

m

q2

3

2

3

2

3

3688,1972,176

3513

ˆ

mdia

m

mdia

m

m

dia

m

q2

390

2

364,59

272,176

0.33

3513

ˆmax

sm

L

sm

L

dia

sm

m

L

dia

m

Lv

Qqv 50.459,2

8640012,47

31030.3

33513

max

mmDH

HAV 314,5304

)0.15 2(0.3

4

2

horasthorasdias

dia

m

m

Q

Vt 5.26.3151.0

3513

14.5303

3



Y se recalcula la altura, de la forma:

Por lo tanto las dimensiones del Sedimentador primario son:


H 2,10

t 2,5 horas

D 15,0

Lv 47,12

El plano completo del Sedimentador primario se presenta en los anexos, al final del informe.

2.3. Tratamiento secundario

Entre las operaciones que se utilizan en el tratamiento secundario de las aguas contaminadas están: proceso de lodos activados, aireación u oxidación total, filtración por goteo y tratamiento anaeróbico.

El tratamiento secundario de aguas servidas es un proceso biológico que utiliza bacterias aerobias como un primer paso para remover hasta cerca del 90 % de los desechos biodegradables que requieren oxígeno. Después de la sedimentación, el agua pasa a un tanque de aireación en donde se lleva a cabo el proceso de degradación de la materia orgánica y posteriormente pasa a un segundo tanque de sedimentación, de ahí al tanque de desinfección por cloro y después se descarga para su reutilización.

El tratamiento secundario más común es el de los lodos activados. Las aguas residuales que provienen del tratamiento primario pasan a un tanque de aireación en donde se hace burbujear aire o en algunos casos oxígeno, desde el fondo del tanque para favorecer el rápido crecimiento de las bacterias y otros microorganismos. Las bacterias utilizan el oxígeno para descomponer los desechos orgánicos de estas aguas. Los sólidos en suspensión y las bacterias forman una especie de lodo conocido como lodo activado, el cual se deja sedimentar y luego es llevado a un tanque digestor aeróbico para que sea degradado. Finalmente el lodo activado es utilizado como fertilizante en los campos de cultivo, incinerado o llevado a un relleno sanitario.

mA

tQHHAtQVht 10.2

71,176

24

5.23513

)5.2(



Otras plantas de tratamiento de aguas utilizan un dispositivo llamado filtro percolador en lugar del proceso de lodos activados. En este método, las aguas a tratar a las que les han sido eliminados los sólidos grandes, son rociadas sobre un lecho de piedras de aproximadamente 1.80 metros de profundidad. A medida que el agua se filtra entre las piedras entra en contacto con las bacterias que descomponen a los contaminantes orgánicos. A su vez, las bacterias son consumidas por otros organismos presentes en el filtro.

Del tanque de aireación o del filtro percolador se hace pasar el agua a otro tanque para que sedimenten los lodos activados. El lodo sedimentado en este tanque se pasa de nuevo al tanque de aireación mezclándolo con las aguas negras que se están recibiendo o se separa, se trata y luego se tira o se entierra.

2.3.1. Filtros percoladores

El filtro percolador es un relleno cubierto de limo biológico a través del cual se percola el agua residual. Normalmente el agua residual se distribuye en forma de pulverización uniforme sobre el lecho de relleno mediante un distribuidor rotativo del flujo. El agua residual percola en forma descendente a través del relleno y el efluente se recoge en el fondo.

El espesor de la subcapa aerobia es función del caudal de agua residual aplicado y de su DBO. Cuanto mayor sea la DBO del afluente menor será el espesor de la subcapa aerobia, ya que se presenta un consumo más rápido de oxígeno. Por otra parte, los caudales elevados favorecen el mantenimiento de una subcapa aerobia más espesa debido al oxígeno disuelto suministrado con el afluente pulverizado. Para las cargas hidráulicas normalmente empleadas en los filtros percoladores, el caudal del agua residual a través del lecho del filtro se sitúa en la región laminar. El proceso biológico aerobio que tiene lugar en la subcapa aerobia es típico. El sustrato se oxida parcialmente para proporcionar la energía necesaria al proceso biológico. Otra parte del sustrato se utiliza para sintetizar nuevo material de constitución del limo.

Diseño de los filtros percoladores

Primero se calcula la eficiencia requerida por el sistema:

8889.0

180

20180

1

L

mgL

mg

L

mg

E



Después se calculan las eficiencias de cada uno de los filtros, de la forma:

Se calcula el factor de recirculación:

Se calcula la carga orgánica afluente al primer filtro:

Se calcula el volumen del filtro de la primera etapa:

Se calcula el área superficial del filtro en la primera etapa:

Se calcula el diámetro del filtro de la primera etapa, de la forma:

Se deben recalcular los valores de altura y área de la forma:

)11(21 EEEE

3

2210122

121 EEEEEEE

08.2

0.21.012

0.2121 FF

dia

Kg

g

Kg

m

g

dia

mDBOQ afl 360

100011802000

3

3

mdia

Kg

E

F

WV 365.135

167.0

1

443.0

2

08.2

360

11

1

443.0

2

1

11

mm

m

H

VA 282.67

0.2

365.135

1

1

mDmmA

D 1029.982.6744

2 2

1

2

1

mm

A 254.784

)10( 2

1



Se calcula la carga hidráulica volumétrica y superficial de la forma:

Se calcula la carga orgánica superficial y volumétrica:

Se calcula el volumen del filtro de la segunda etapa:

Calcular la carga orgánica superficial y volumétrica de la forma:

mm

m

A

VH 73.1

254.78

365.135

1

11

mdia

m

m

dia

m

A

QRCHS

2

339.76

254.78

320000.21

1

11

mdia

m

m

dia

m

V

QRCHV

3

323.44

365.135

320000.21

1

11

mdia

KgDBO

gm

Kgm

g

dia

m

A

QafluenteDBOCOS

258.4

103254.78

13

1803

2000

1

)(

mdia

KgDBO

gm

Kgm

g

dia

m

V

QafluenteDBOCOV

365.2

103365.135

13

1803

2000

1

)(

mdia

Kg

E

FE

WV 394.406

167.0

1

443.0

2

08.2)67.01(

360

12

1

443.0

2

)11( 2

12

mdia

KgDBO

gm

Kgm

g

dia

m

A

QafluenteDBOCOS

232

3

3

1

58.41054.78

11802000)(

mdia

KgDBO

gm

Kgm

g

dia

m

V

QafluenteDBOCOV

333

3

3

1

65.21065.135

11802000)(



Se calcula el volumen del filtro para la segunda etapa:

Se calcula el área superficial del segundo filtro:

Calcular el diámetro de la segunda etapa:

Se recalcula el área y la altura de la forma:

Calcular la carga hidráulicasuperficial y volumétrica:

mdia

Kg

E

FE

WV 394.406

167.0

1

443.0

2

08.2)67.01(

360

12

1

443.0

2

)11( 2

12

mdia

m

m

dia

m

V

QRCHV

3

3

3

3

2

2 74.1494.406

20000.211

mm

m

H

VA 2

3

47.2030.2

94.406

mDmmAD 1710.16

247.2074 2

1

4 2

1

mm

A 298.2264

17 2

1

mm

m

A

VH 79.1

298.226

394.406

mdia

m

m

dia

m

A

QRCHS

2

3

2

3

2

2 43.2698.226

20000.211



Se calcula la carga orgánica superficial y volumétrica:

Por último se calcula el volumen total de los dos filtros:

Bajos estas condiciones tenemos que las dimensiones de los dos filtros son:

Filtro 1 Filtro 2

D (m) 10,0 17,0

H (m) 1,75 1,79

Los planos completos de los filtros, se presentan en los anexos, al final del informe.

2.3.2. Sedimentador intermedio

La sedimentación es una operación unitaria dentro de los procesos de tratamiento de aguas que tiene como finalidad el remover los sólidos suspendidos que el agua pueda contener.Los sólidos en suspensión sedimentables son aquellos que por acción de la gravedad se separan del seno del líquido y son arrastrados hacia el fondo del tanque sedimentador, donde pueden ser separados del agua a la cual se desea darle tratamiento para remoción de dichas partículas.

Los sólidos sedimentables son aquellos que tienen una densidad mayor a la del líquido donde se encuentran (generalmente agua) y su remoción del agua o líquido a tratar es deseable por razones estéticas y de calidad bacteriológica del agua que se pretende consumir.

mdia

KgDBO

gm

Kgm

g

dia

m

A

EQafluenteDBOCOS

232

3

3

2

1 53.01098.226

)67.01(11802000)1()(

mdia

KgDBO

gm

Kgm

g

dia

m

V

EQafluenteDBOCOV

333

3

3

2

1 29.01094.406

)67.01(11802000)1()(

mmmVVVT333

21 59.54259.40665.135



Aún y cuando teóricamente deben separarse todas las partículas más densas que el líquido que contiene dichos sólidos, la eficiencia del proceso de remoción es generalmente baja ya que en el proceso de separación están involucrados otros factores como corrientes de turbulencia y de desestabilización de la cama de lodos, etc.

Diseño del Sedimentador intermedio

Tenemos que:

Calcular el área con caudal y tasa máximos:

Calcular el diámetro

Verificar le diámetro:

Calcular la longitud del vertedero:

Calcular tasa lineal del vertedero:

s

l

dia

mQ 65,403513

3

m

mdia

m

dia

m

A2

2

3

3

max 48,263

40

)3(3513

mmAD 32,1850.56244 2

2

1

2

1

mDm

dia

s

ms

lm

l

dia

m

q

QD

V

2045.19

400.862

100033513

min

3

3

max

maxmin

mmDLVERTEDERO 83,6220

ms

l

sm

m

l

dia

m

qVERTEDERO 94,28640095.131

1000375003

3



Calcular tasa máxima del vertedero:

Escoger profundidad útil:

Calcular volumen útil:

Calcular el tiempo de retención:

Las dimensiones de los sedimentadores son:

D (m) 18,32 L (m) 62,83

H (m) 2,0

El plano del sedimentador se presenta en los anexos, al final del informe.

2.3.3. Sedimentador secundario

El sedimentador secundario se coloca para que el tratamiento de agua residual sea óptimo. En general, consiste en lo mismo que el sedimentador primario.

Diseño del Sedimentador secundario

Se tiene:

s

l

dia

mQ 65,403513

3

mdia

m

m

dia

m

q2

3

2

3

12.20

4

)42(

33513

max

mH 2

mmmDH

V 322

80004

)20(2

4

horasdias

dia

m

m

Q

Vt 5,52277.0

7500

88.27703

3



Calcular el área con caudal y tasa media:

Calcular el caudal máximo afluente

Calcular el área con caudal y tasa máxima:

Calcular el flujo máximo de sólidos:

Calcular el área con caudal y tasa de sólidos:

Se escoge la mayor área, que en este caso es:

Se calcula el diámetro del sedimentador:

m

mdia

m

dia

m

A 2

2

3

3

38.146

24

3513ˆ

dia

m

dia

mQQ

3540.10

3000.103)21(max

m

mdia

m

dia

m

A2

2

3

3

max 7,175

60

000.30

dia

Kg

m

Kg

dia

mCsQQS 10540

33

3000.30maxmax

m

mdia

Kgdia

Kg

AS2

2

max 02,43

245

000.90

mA 27,175



Verificar el diámetro para el vertedero:

Calcular el volumen útil:

Calcular el tiempo de retención:

Y por último se calcula la longitud, de la forma:

Las dimensiones de los sedimentadores son:

D (m) 18,32 L (m) 47,12

H (m) 4,0

El plano del sedimentador se presenta en los anexos, al final del informe

m

dia

s

s

lm

l

dia

m

q

QDD

q

QL

VV

56.24

400.8656.4

1000000.303

3

max

maxminmin

max

maxmin

mmmDH

HAV 322

86,7064

)26(4

4

horasdias

dia

m

m

Q

Vt 90,42012.0

3513

86,7063

3

mmDLVERTEDERO 12,4726



3. TRATAMIENTO DE LODOS

Los principales constituyentes del agua residual eliminados en las plantas de tratamientoincluyen basuras, arena, espumas y lodo. El lodo extraído y producido en las operaciones yprocesos de tratamiento de las aguas residuales generalmente suele ser un líquido o líquido – semisólidocon gran contenido en sólidos entre el 0.25 y el 12 % en peso. El lodo es, pormucho, el constituyente de mayor volumen eliminado en los tratamientos. Su tratamiento yevacuación es, probablemente, el problema más complejo al que se enfrentan los ingenierossanitarios. El lodo está formado principalmente por las sustancias responsables del carácterdesagradable de las aguas residuales no tratadas. La fracción del lodo a evacuar, generada enel tratamiento biológico del agua residual, está compuesta principalmente de materia orgánica,y sólo una pequeña parte del lodo está compuesta por materia sólida.

Los lodos separados en el sedimentador primario y aquellos producidos en el tratamientobiológico deben ser estabilizados, espesados y desinfectados antes de ser retirados del sitio detratamiento. A continuación se analizarán procesos que se utilizan para reducir el contenidode agua y materia orgánica del lodo, y se utilizan además para acondicionar el fango para sureutilización o evacuación final.

3.1. Pretratamiento

El proceso de pretratamiento de lodos se hace para conseguir dos cosas principalmente, la primera es la estabilización para conseguir una degradación controlada de sustancias orgánicas y eliminación del olor, y la segunda es para lograra una reducción del volumen y el peso

3.1.1. Almacenamiento

Los tanques de digestión anaerobia pueden ser cilíndricos, rectangulares o con forma de huevo. La implantación de tanques ovalados ha ido creciendo en los últimos años en Estados Unidos y en México mientras que su uso es muy común en Europa. El objetivo del diseño de los tanques ovalados es eliminar la necesidad de limpiar los tanques. En la parte inferior del tanque, las paredes forman un cono de inclinación suficientemente pronunciada para evitar la acumulación de arenas. Otras ventajas de estos tanques son el mejor mezclado, mejor control de la capa de espumas, y las menores necesidades de superficies. Se pueden construir de acero o de hormigón armado.



Para determinar las dimensiones del tanque, se debe calcular el volumen de agua residual máximo, que se va a almacenar por día. El volumen de almacenamiento para el diseño de un tanque almacenador, se puede calcular tomando como referencia un 25% a 28% del caudal medio diario:

Donde:

Entonces, despejando valores y convirtiendo el resultado en metros cúbicos , tenemos que:

Por lo tanto las dimensiones del tanque serían:


Altura (H) 4,55

Diámetro (D) 16,0

3.2. Espesamiento

Mediante el espesamiento de los lodos se consigue una reducción del volumen de aproximadamente un 30 – 80 % antes de cualquier otro tratamiento. En plantas de tratamiento de menor tamaño, con alimentación regular de lodo, el espesamiento tiene lugar generalmente directamente en el tanque de almacenamiento de los lodos. El lodo es comprimido en la base del tanque mediante gravedad, mientras en la parte superior se produce una capa de agua que se extrae y recircula nuevamente.

En las plantas de tratamiento de mayor tamaño, existen tanques especiales de espesamiento de lodos. Estos tanques están equipados con rodillos de rotación vertical, que crea micro canales en el lodo para un mejor escurrido. La importancia de las maquinas de espesamiento tiene lugar en aquellos lodos no estabilizados, que pueden pudrirse durante el almacenamiento.



3.2.1. Espesamiento por gravedad

Se lleva a cabo en un tanque de diseño similar al de un tanque de sedimentación convencional. Generalmente se utilizan tanques circulares. El lodo diluido se conduce a una cámara de alimentación central. El lodo alimentado sedimenta y compacta, y el lodo espesado se extrae por la parte inferior del tanque. El lodo espesado que se recoge en el fondo del tanque se bombea a los digestores, mientras que el sobrenadante que se origina, se retorna al sedimentador primario. El espesado por gravedad resulta más efectivo en el tratamiento del lodo primario.

Se calcula de modo similar al cálculo del sedimentador primerio, por lo tanto se tiene el siguiente caudal de diseño:

SE calcula la profundidad útil:

Se calculan las tasas máximas:

Se calcula el área superficial:

dia

mQ

33513ˆ

0.3ˆ

max;5.4max

30m;HQ

Q

ms

Lqv

m

mdia

m

dia

m

Aq

Q 26,97

2336

33513ˆ

ˆ

ˆ

m

mdia

m

dia

m

Apq

Q21,117

2390

333513ˆ

maxˆmax

ˆmax

mmAD

DA

21,1221,1174 2

1

4 2

1

4

2



Se verifica el diámetro mínimo y definitivo:

Se recalculan todos los parámetros:

Se vuelve a calcular el volumen útil:

LvDL minminminA

D4 2

1

mDmDm

dia

s

ms

L

m

L

dia

m

qv

QDD

qv

QL

L

Qqv

0.1563,8min87.57

864005.4

10322500

864005.4

31030.3

33513

max

maxminmin

max

maxmin

min

maxmax

mD

A 272,1764

2

mdia

m

mdia

m

m

dia

m

q2

3

2

3

2

3

3688,1972,176

3513

ˆ

mdia

m

mdia

m

m

dia

m

q2

390

2

364,59

272,176

0.33

3513

ˆmax

sm

L

sm

L

dia

sm

m

L

dia

m

Lv

Qqv 50.459,2

8640012,47

31030.3

33513

max

mmDH

HAV 314,5304

)0.15 2(0.3

4

2



Por lo tanto las dimensiones del sistema de espesamiento por gravedad son:


H 3,0

D 15,0

Lv 47,12

El plano completo del espesadorse presenta en los anexos, al final del informe.

3.3. Deshidratación

Una mayor reducción de lodos es necesaria antes de la evacuación de los mismos. El líquido de los lodos tiene que drenarse consiguiendo un lodo seco y poroso. La deshidratación puede producirse de manera natural (mediante camas secas, secado solar), durante un largo periodo de tiempo. Más rápidamente, aunque en más pequeñas cantidades (y también más costoso) son las máquinas de proceso como las prensas (filtros de prensa) y centrifugación.

Para una buena deshidratación, el tamaño y firmeza de los aglomerados del lodo son un factor importante, de manera que el lodo permanezca poroso durante la compresión. Se suele utilizar floculantes para alcanzar mayores niveles de materia seca en las máquinas de deshidratación y deben ser especialmente coordinado con el lodo.

3.3.1. Lecho de secado

Las dimensiones del lecho de secado, es encontraron mediante la aplicación del software de aqualimpia, y las medidas encontradas fueron:

También se encontró el tiempo total que el lodo debe estar sometido a llenado y secado, y se encontró que:

Geometría de lecho de secado

Dimensión Medida

Longitud (L) 34,0 m

Ancho (A) 21,6 m

Alto (H) 3,20 m

Área (A) 734,4 m2

Profundidad del lodo (p) 0,203 m



Tiempo total (llenado + secado) 42,5 días

Y por último, encontramos los valores de aire requerido para esta operación, por lo que tenemos:



CONCLUSIONES

El acceso al agua potable y saneamiento en Colombia y la calidad de estos servicios ha aumentado significativamente durante la última década. Sin embargo, aún quedan desafíos importantes, incluso una cobertura insuficiente de los servicios, especialmente en zonas rurales y una calidad inadecuada de los servicios de agua y saneamiento. Por lo que se hace necesario hacer una concientización sobre estos, especialmente sobre el saneamiento, dado que la mayor parte de los municipios no ven viable económicamente tener una planta de tratamiento de aguas residuales, pero ambientalmente el costo es muy alto al verter las aguas residuales directamente sobre las fuentes de agua,lo cual no se convierte solamente en un problema medio ambiental, sino también de salud, con lo cual se contaminan e imposibilita que municipios ubicados en partes más bajas puedan aprovechar este recurso.

http://es.wikipedia.org/wiki/Colombia



BIBLIOGRAFÍA

Fair, G. Geyer, J. Okun, D. Purificación de aguas, tratamiento y remoción de aguas residuales. Tomo II. Editorial Limusa. México. 1979.

French. Hidráulica de canales abiertos McGraw-Hill. México.

Metcalf y Eddy. Ingeniería de aguas residuales. McGraw-Hill. Madrid, España. 1981.

Notas de Clase de Alcantarillados. Universidad Nacional de Colombia. 2011-I.

Pérez Parra, Jorge Arturo. Acueductos y alcantarillados. Universidad Nacional de Colombia, 2002.

Ramalho, Rubens. Tratamiento de aguas residuales. Editorial Reverté. Quebec, Canada. 1987.

Silva G, Luis. Diseño de acueductos y alcanatrillados. Editorial Iberoamericana. Bogotá d.c. 1994.

Ven Te Chow. Hidráulica de canales abiertos. Editorial McGraw-Hill. Interamericana s.a. Santa Fe de Bogotá, Colombia, 2004.



ANEXOS

A continuación se muestran los siguientes planos:

RED DE ALCANTARILLADO

DISEÑO DE POZOS DE INSPECCIÓN

REJILLAS

CANALETA PARSHALL

SEDIMENTADOR PRIMARIO

FILTRO 1ª ETAPA

SEDIMENTADOR INTERMEDIO

FILTRO 2ª ETAPA

SEDIMENTADOR SECUNDARIO

ALMACENAMIENTO DE LODOS

ESPESAMIENTO DE LODOS POR GRAVEDAD

LECHO DE SECADO DE LODOS

diseÑo de un sistema de alcantarillado y ptar

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