planta de agua potable bien

FACULTAD DE CIENCIAS

INGENIERÍA QUÍMICA

INGENIERÍA DE PLANTAS

INTEGRANTES:

Karen Alvarado Jael Chacha Tanya Vega Amanda Vásconez

DOCENTE: Ing. Mónica Andrade

NIVEL: 10mo

DIMENSIONAMIENTO DE UNA PLANTA DE AGUA POTABLE


INTRODUCCIÓN

El tratamiento del agua nace como consecuencia del descubrimiento de que a través de ella

podía transmitirse el cólera, como lo demostró John

Snow, en Inglaterra, en 1800. El tratamiento de

aguas es el conjunto de operaciones unitarias de

tipo físico, químico o biológico cuya finalidad es la

eliminación o reducción de la contaminación o las

características no deseables de las aguas, bien sean

naturales, de abastecimiento, de proceso o

residuales; que sean nocivos para la salud humana.

El proceso de conversión de agua común en agua potable, se le denomina potabilización y

suelen ser procesos variados de acuerdo a la naturaleza del agua a tratar. Estos procesos

suelen consistir generalmente en Floculación, Filtración y Desinfección si el agua proviene

de manantiales naturales, aguas subterráneas, arroyos y lagos tanto naturales como

artificiales; en el caso de que se quiera tratar agua salada, el proceso a aplicar sería la

Ósmosis inversa o la Filtración.

Entonces se denomina agua potable al agua "bebible" en el sentido que puede ser

consumida por personas y animales sin riesgo de contraer enfermedades. El término se

aplica al agua que ha sido tratada para su consumo humano según unos estándares de

calidad determinados por las autoridades locales e internacionales.

DISEÑO DE PLANTA DE POTABILIZACIÓN DE AGUA

PROCESO DE POTABILIZACIÓN

CAPTACIÓN

DESBASTE

DESINFECCIÓN

AFINO CON CARBÓN ACTIVO

FLOCULACIÓN

DECANTACIÓN

FILTRACIÓN

COAGULACIÓN



Captación: El proceso comienza con la toma del agua cruda de su fuente natural y que se

lleva a cabo mediante unas rejas de captación, suficiente para que entre bastante caudal

pero no tierra ni grandes cuerpos en suspensión

Desbaste: El agua es circulada por unas rejillas, que impiden que los materiales grandes

suspendidos en el agua entren a la estación.

Coagulación: Consiste en hacer pasar el agua cruda y turbia rápidamente a través de un

canal donde se va mezclando con un coagulante, como el sulfato de aluminio, cloruro

férrico y sulfato férrico; con el objeto de que las partículas de impureza que se encuentran

en suspensión en el agua se unan entre sí, formando otras de mayor peso y tamaño, que

serán más fáciles de eliminar.

Floculación: Consiste en someter el agua en un agitación, mezcla o movimiento lento, que

ayuda a la unión de varias moléculas compuesta por los ingredientes químicos y las

partículas de impureza del agua (como los coágulos) con otras de mayores tamaños,

llamadas flóculos.

Decantación: Luego de la Coagulación y la Floculación, el líquido es conducido hacia los

estanques que Decantación, con la finalidad de permitir la precipitación o decantación de

las partículas de impurezas hacia el fondo del estanque, esa permanece acá por varias

horas. Luego, desde el fondo se extraen las impurezas y el agua purificada que queda en la

superficie es enviada a la siguiente etapa.

Filtración: En esta etapa el agua entra a un estanque para el proceso de clarificación, dentro

de dicho estanque hay capas internas de arena y piedras de distintos tamaños que actúan

como filtros, dentro de estas capas quedan retenidas la mayoría de partículas en

suspensión que no lograron ser eliminadas en etapas anteriores. El agua al llegar al fondo

del estanque, esta cristalina, y de ahí es enviada a la siguiente etapa.

Afino con Carbón Activo: Luego de la Filtración, el agua pasa por unas columnas que

contienen Carbón Activo, con el objetivo de disminuir la materia orgánica, el olor, el color y

el sabor presente, ya que se quedan retenidas en la superficie del adsorbente.

Desinfección: En este proceso ocurre la destrucción de los últimos microorganismos que

aún podrían encontrarse presentes en el agua y que no pudieron ser eliminados en

procesos anteriores. El agente químicos desinfectante más utilizado es el cloro residual, el

cual es introducido al agua a través de difusores y es la más aplicable, puesto que tiene

gran capacidad de oxidar sustancias inorgánicas.

Depósitos de Servicio: Finalmente, luego del proceso de Potabilización, el agua es

bombeada para su posterior almacenaje en los llamados depósitos de servicio, para luego

ser distribuidas.

PUNTOS A CONSIDERAR PARA LA POTABILIZACIÓN DEL AGUA

DEPÓSITOS DE SERVICIO



Para diseñar un Sistema de Tratamiento de Agua Potable debemos tomar en consideración

los siguientes puntos:

Sistema Actual a Diseñar: Dada la importancia que los datos relacionados con los servicios

sanitarios existentes, tendrán para los futuros diseños, es necesario presentar y describir en

la forma más detallada posible, las condiciones y características del sistema de agua potable

en servicio, para lo cual, deberá observarse las varias partes del sistema haciendo referencia

a los puntos que a continuación se indican:

Captaciones: (para cada uno de los sistemas)

Nombre de la fuente o del sitio

Origen del agua: río, quebrada, manantial, laguna, etc.

Situación de las fuentes con respecto a la población, distancia y diferencias de

elevación.

Caudal: aforo a la fecha, determinación a máximo estiaje (caudal mínimo) y en

crecientes en varias épocas del año.

Estado de las captaciones: estructuras, condiciones sanitarias, posible utilización,

etc.

Calidad del agua: en invierno, en verano y a la fecha. Se tomaran muestras de agua

para examen físico-químico completo.

En los casos que sean posibles se tomaran muestras para exámenes

bacteriológicos.

Aducciones

Longitudes y pendientes.

Diámetros y secciones.

Materiales empleados.

Pozos de revisión, válvulas de aire, de desagüe, etc.

Tratamiento: Debe describirse las unidades existentes indicando:

Tipo: sedimentadores, aeradores, filtros, etc.

Número y capacidad de cada una.

Tasas de trabajo.

Accesorios.

Estado de conservación y funcionamiento.

Reserva:

Capacidad.

Altura con respecto a la población.

Material de construcción.

Tipo de cubierta y bocas de visita.



Válvulas y accesorios.

Estado de conservación.

Registros de consumo (anual, diario, horario).8

Otros: Entre otros puntos importantes se puede tratar:

Red de distribución

Estaciones de bombeo

DISEÑO El diseño de la planta de tratamiento de agua potable se realizará desde el momento en que

el agua ingresa por tanto no necesitaremos realizar cálculos del sistema de captación ni de

aducción, sino desde el almacenamiento del agua cruda y su tratamiento de potabilización.

Considerando las características físico-químicas y microbiológicas del agua, para lograr

obtener un agua potable de calidad, con las características requeridas, y apta para su

consumo, se determina el siguiente proceso como mecanismo de tratamiento de

potabilización.

Sistema de almacenamiento: Se realizará el diseño de un tanque el cual nos ayudara a

almacenar el agua que posteriormente será tratada. El tanque tendrá una capacidad de

almacenamiento según la necesidad esta sea para tener, para abastecimiento normal de la

empresa, población etc. Además se debe tomar en cuenta el caudal que se tiene.

Diseño del tanque de almacenamiento

Volumen del tanque de almacenamiento

𝑉𝑇𝐴 = 𝑄 𝑥 𝑡𝑟

Donde:

𝑉𝑇𝐴: Volumen del tanque de almacenamiento (m3)

Q: caudal de diseño (m3/día)

Tr: tiempo de retención (día)

Altura del tanque

ℎ 𝑇𝐴 =𝑉𝑇𝐴

𝐴 𝑇𝐴

Donde:

𝑉𝑇𝐴: Volumen del tanque (m3)

𝐴 𝑇𝐴: Área del tanque (hay que asumir) (m2)

Dimensionamiento de la Bomba del Tanque de Almacenamiento

Diseño de la bomba



𝐷 = √4 𝑥 𝑄𝑖

𝑣 𝑥 𝜋

Donde:

D: diámetro (m)

V: velocidad (m/día)

Pérdidas por fricción H2 en tuberías impulsión.

𝑯𝟐 = 𝟏𝟎, 𝟔𝟕𝟒 (𝑸𝟏,𝟖𝟓𝟐

𝑪𝟒,𝟖𝟕𝟏𝒙𝑫𝟏,𝟖𝟓𝟐)𝑳

Donde:

L = Longitud de la tubería

C = Coeficiente Hazzen Williams (125)

D = Diámetro de la tubería

Pérdidas por accesorios

𝑯𝟑 = 𝟏𝟎, 𝟔𝟕𝟒 (𝑸𝟏,𝟖𝟓𝟐

𝑪𝟒,𝟖𝟕𝟏𝒙𝑫𝟏,𝟖𝟓𝟐)𝑯𝑨𝑪

Donde:

L = Longitud de la tubería

C = Coeficiente Hazzen Williams (125)

D = Diámetro de la tubería en impulsión.

HAC: Perdidas por accesorios

Cálculo de la altura total de bombeo

𝑨𝑫𝑻 = 𝑯𝟏 + 𝑯𝟐 + 𝑯𝟑 + 𝑷𝑬𝑸𝑼𝑰𝑷𝑶

Donde:

ADT: Cálculo de la altura total de bombeo

PEQUIPO: Presión a la que trabajan los equipos (desionizador y descationizador)

Calculo de flujo másico

𝑾 = 𝝆 × 𝑸

Donde:

𝜌: Densidad del agua (kg/m3)

W: flujo másico (kg/s)

Q: caudal (m3/s)

Cálculo de la potencia de la bomba



𝑯𝒑 =𝑾 × 𝑨𝑫𝑻

𝟕𝟓 × 𝟎, 𝟕𝟓

Dónde:

Hp: Potencia de la bomba

Desionizador “Intercambiador de Cationes y Aniones”: Este equipo consta de dos tanques

gemelos, que nos van a ayudar a eliminar, los cationes y los aniones presentes en el agua y

que son responsables de la elevada dureza y alcalinidad en la misma. Este equipo será una

secuencia primero el agua ingresara al tanque para intercambio de cationes y

posteriormente al intercambio de aniones. Se consultara las mejores resinas de intercambio

y su regeneración, el retrolavado para la regeneración de la resina se lo hará manualmente

el tiempo de regeneración es de 30 a 60 segundos, en el intercambiador de cationes se lo

hará cada 200m3 es decir cada 4 meses y en el intercambiador de aniones se lo hará cada

100m3 es decir cada 2 meses. Se recomienda utilizar las siguientes resinas: en el

intercambiador de cationes la resina acido fuerte tipo gel KW-8, y en el intercambiador de

aniones la resina base fuerte tipo gel AW-4. Como el agua no posee turbiedad, el agua

pasara directamente a la etapa de desinfección. Se trabajara con el mismo caudal.

DISEÑO DEL INTERCAMBIADOR DE CATIONES

Volumen de resina necesaria

𝑽𝒓𝒆𝒔𝒊𝒏𝒂 = 𝑮𝑷𝑮 𝒙 𝒍𝒃 𝒅𝒆 𝒔𝒂𝒍

DISEÑO DEL TANQUE DE INTERCAMBIADORES DE CATIONES

Volumen del Tanque

𝑽𝑻𝑪 = 𝑽𝒓𝒆𝒔𝒊𝒏𝒂 × 𝑬

Dónde:

𝑽𝑻𝑪 = Volumen del tanque intercambiador de cationes

𝑽𝒓𝒆𝒔𝒊𝒏𝒂 = Volumen de la resina necesaria

𝑬= Expansión de la resina al retrolavarla

Altura del tanque asumida



Área del tanque

𝑨𝑻𝑪 =𝑽𝑻𝑨𝑵𝑸𝑼𝑬

𝒉𝑻𝑨𝑵𝑸𝑼𝑬

Dónde:

𝑨𝑻𝑪= área del tanque intercambiador de cationes

Diámetro

𝐷1 = √4𝐴𝑟𝑐

𝜋

Altura de los difusores

ℎ𝑑1 =𝑉𝑅𝐸𝑆𝐼𝑁𝐴 × 𝐼

𝐴𝑟𝑐

Altura de los difusores

ℎ𝑑1 =𝑉𝑅𝐸𝑆𝐼𝑁𝐴 × 𝐼

𝐴𝑟𝑐

Diseño mecánico del tanque

Espesor de las tapas torio-esféricas

𝐸𝑡 =0.885 × 𝑃 × 𝐷1

𝑆 𝐸 − 0.1𝑃+ 0.625

P= presión máxima

E= factor de soldadura

Di= Diámetro interno

S= Resistencia del material

Cálculo de Radio

𝑟 =𝐷1

16

Espesor del falso fondo

𝑭𝒇 = 𝟏𝟎−𝟐 × 𝒂 × (𝟎. 𝟓𝟏𝟒𝑷)𝟏/𝟐



Dónde:

a=r

P= (1 psi/pie × r)

Deflexión del falso fondo

∆=𝑃′ × 𝑟4

32 × 𝐸𝑚 × 𝐹𝑓3

Dónde:

∆=Deflexión

R= radio

P’= (1psi/pie×D1)

Em=Módulo de elasticidad

Fm=Espesor comercial del falso fondo

Espesor del envolvente

𝑬𝒆 =𝑃 × 𝐷𝑖/2

𝑆𝐸𝑠 − 0.6𝑃

Dónde:

P= Presión máxima

Es= factor de soldadura



DISEÑO DEL INTERCAMBIADOR DE ANIONES

DISEÑO DEL TANQUE INTERCAMBIADOR DE ANIONES

Volumen del Tanque

𝑉𝑇𝐴 = 𝑉𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 × 𝐸

Dónde:

𝑉𝑇𝐴= Volumen del tanque intercambiador de aniones

𝑉𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎= Volumen de la resina necesaria

𝐸= Expansión de la resina al retrolavarla

Altura del tanque asumida

Área del tanque



𝑨𝑻𝑪 =𝑽𝑻𝑨𝑵𝑸𝑼𝑬

𝒉𝑻𝑨𝑵𝑸𝑼𝑬

Dónde:

𝑨𝑻𝑪= área del tanque intercambiador de cationes

Diámetro

𝐷1 = √4𝐴𝑟𝑐

𝜋

Diseño mecánico del tanque

Espesor de las tapas torio-esféricas

𝐸𝑡 =0.885 × 𝑃 × 𝐷1

𝑆 𝐸 − 0.1𝑃+ 0.625

P= presión máxima

E= factor de soldadura



Cálculo del Radio

𝑟 =𝐷1

16

Espesor del falso fondo

𝑭𝒇 = 𝟏𝟎−𝟐 × 𝒂 × (𝟎. 𝟓𝟏𝟒𝑷)𝟏/𝟐

Dónde:

a=r

P= (1 psi/pie × r)

Deflexión del falso fondo

∆=𝑃′ × 𝑟4

32 × 𝐸𝑚 × 𝐹𝑓3



Dónde:

∆=Deflexión

R= radio

P’= (1psi/pie×D1)

Em=Módulo de elasticidad

Fm=Espesor comercial del falso fondo

Espesor del envolvente

𝑬𝒆 =𝑃 × 𝐷𝑖/2

𝑆𝐸𝑠 − 0.6𝑃

Dónde:

P= Presión máxima

Es= factor de soldadura



Desinfección: Se lo hará con hipoclorito en un tanque de cloración se trabajara con el mismo caudal. Se considera como dosis necesaria 1,5 mg/L para que la desinfección sea eficaz, la solución será al 5%.

DISEÑO DEL TANQUE DE CLORACIÓN

Dosificación

Cálculo del peso de hipoclorito

𝑷𝑪𝒍 = 𝑄 × 𝑑

Dónde:

𝑃𝐶𝑙 : Peso del cloro en g/h

𝑄: Caudal de diseño en m3/h

𝑑: Dosis de cloro necesario en g/m3

Cálculo del peso del producto comercial

𝑷𝑪 =𝑃 × 100

𝑟

Dónde:



𝑃𝐶 : Peso del producto comercial g/h

𝑟: Porcentaje de cloro activo q contiene el producto comercial

Cálculo de la demanda horaria de la solución

𝒒𝒔 =𝑷𝑪 × 100

𝑪𝒔

Dónde:

𝑃𝐶 : Peso del producto comercial Kg/h

𝑞𝑠: Demanda horaria de la solución en l/h

𝐶𝑠: Concentración de la solución

Cálculo del volumen de la solución

𝑽𝒔 = 𝑞𝑠 × 𝑡 Dónde:

𝑡 : Tiempo de retención.

DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE DE CONTACTO PARA LA MEZCLA DE CLORO

Cálculo del volumen del tanque de hipoclorador

𝑽𝑯𝑪𝒍 = 𝑄 × 𝑡𝑟 × 𝑓𝑠

Dónde:

𝑉𝐻𝐶𝑙: Volumen del tanque hipoclorador de almacenamiento en m3

𝑄 : Caudal de diseño en m3/día

𝑡𝑟 : Tiempo de retención en días

𝑓 : Factor de Seguridad 10%

Asumimos un área

Área del tanque

𝑨𝑻𝑪 = 2 𝑚2

Dónde:

𝑨𝑻𝑪 ∶ Área del tanque Hipoclorador de almacenamiento

Altura del tanque



𝒉𝑻𝑪 =𝑉𝑇𝐴𝑁𝑄𝑈𝐸

𝐴𝑇𝐴𝑁𝑄𝑈𝐸

Dónde:

ℎ 𝑇𝐶 : Altura del tanque Hipoclorador de almacenamiento

DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA PROPUESTO PARA LA POTABILIZACIÓN DEL AGUA



DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA PROPUESTO PARA LA POTABILIZACIÓN DEL AGUA

TANQUE DE

ALMACENAMIENTO TANQUE DE CLORACIÓN

DESIONIZADOR

Caudal

Salida

INTERCAMBIADOR CATIONES

INTERCAMBIADOR

ANIONES

planta de agua potable bien

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