Fuente: AZEVEDO NETTO Jose Mariano. Manual de Hidraulica. Sao Pablo: Ed Edgard Blucher LTDA, 688p
Figura 15. Perdidas de carga en canaletas
Fuente: AZEVEDO NETTO Jose Mariano. Manual de Hidraulica. Sao Pablo: Ed Edgard Blucher LTDA, 688p
𝑡 =
𝐺
𝑉 𝑃𝑅𝑂𝑀𝐸𝐷𝐼𝑂
𝐺 = √𝛿 ∗ ℎ𝑎
102
Tabla 62. Gradiente hidráulica canaleta Parshall
Velocidad Promedio Vm (m/s) 7,805251452 G' (cm) 2,03 hp (cm) 0,6 Tiempo de Recorrido t (s)= 0,260081307 Gradiente G (S^-1) 1045,684524 APTO
Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio”
Según las recomendaciones de diseño el gradiente hidráulico para la canaleta Parshall debe estar entre 1000 y 2000 para que tenga un funcionamiento óptimo por lo tanto se puede decir que el diseño es óptimo para la planta de tratamiento.
4.14 Paso 13. Mezcla Lenta (Floculador Horizontal)
En este tipo de floculadores, el agua se desplaza en sentido horizontal entre dos bafles consecutivos haciendo el giro al final de cada uno. Para utilizar un floculador de flujo horizontal, el tanque debe estar dividido por pantallas de concreto u otro material adecuado, dispuesto de forma que el agua haga un recorrido de ida y vuelta alrededor de las mismas. Debe dejarse suficiente espacio para la limpieza de los canales; si éstos son muy estrechos las pantallas deber ser removibles.
Esquema inicial de un floculador horizontal Figura 16. Floculador horizontal
Fuente: AZEVEDO NETTO Jose Mariano. Manual de Hidraulica. Sao Pablo: Ed Edgard Blucher LTDA, 688p
103
Para realizar el diseño apropiado del floculador es necesario tomar algunos valores iniciales con los cuales se realizan los respectivos cálculos con el fin de comprobar si el funcionamiento hidráulico del sistema es el apropiado.
Tabla 54. Daotos iniciales del floculador
DATOS INICIALES DEL FLOCULADOR
Caudal de Diseño Q 10,00826642 l/s 0,010008266 m3/s
Velocidad 1 v1 0,2 m/s
Tiempo de Retención t 30 Min
Borde Muros de Floculador b 30 Cm
Coeficiente de Concreto n 0,013 Ad
Ancho del Floculador B 4 M
Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio
Una vez tomados estos valores iniciales según laras2000 se procede a hacer el cálculo de la geometría del floculador
4.14.1 Calculo Geometría del Floculador
En esta etapa se calculan todos los elementos geométricos del floculador aplicando las siguientes ecuaciones consecutivas
volumen del tanque:
longitud de recorrido total del cuerpo de agua: ancho del canal:
ancho entre los pasos del canal: longitud del canal del floculador: número de canales:
numero de bafles:
104 Datos finales:
Tabla 63. Elementos geométricos del floculador
Geometría Cálculos
Volumen del Tanque vol 18,01487956 m3
Longitud de Recorrido Lr 360 m
Ancho del Canal a 0,050041332 m
Ancho del Paso Entre Canales e 0,075061998 m
Longitud de Canal Lc 3,924938002 m
Número de Canales N 92 #
Numero de Bafles Nf 91 #
Longitud del Floculador Lt 7,253761221 m
Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio
4.14.2 Calculo Hidráulica del Floculador
En esta etapa se calculan todos los elementos hidráulicos del floculador aplicando las siguientes ecuaciones consecutivas
Velocidad en las zonas de transición: radio hidráulico del canal:
perdidas por fricción en el floculador: perdidas por los cambios de dirección: gradiente hidráulico:
105 Datos finales:
Tabla 64. Elementos hidráulicos del floculador
Hidráulica Cálculos
Velocidad 2 v2 0,133333333 m/s
Radio Hidráulico Rh 0,024409914 m/m
Perdidas por Fricción hf 0,343685231 m
Perdidas Localizadas hm 0,267074414 m
Pérdidas totales hT 0,610759645 m
Gradiente G 54,05944169 s-1
Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio”
4.15 Paso 13. Sedimentador (Convencional)
Referencia del sedimentador
Para realizar el diseño apropiado del sedimentador se realiza el proceso parecido al floculador en donde se toman algunos valores iniciales con los cuales se realizan los respectivos cálculos con el fin de comprobar si el funcionamiento hidráulico del sistema es el apropiado.
Tabla 65 datos iniciales del sedimentador
Datos iniciales del Sedimentador
Caudal de Diseño Q 10,00826642 l/s
0,010008266 m3/s
Carga superficial Cs 20 m/d
0,000231481 m/s
Altura útil sedimentador h 3,5 m
Numero de sedimentadores N 2 #
106
Una vez tomados estos valores iniciales según laras2000 se procede a hacer el cálculo de volumétrico del sedimentador
4.15.1 Calculo Volumétrico del Sedimentador
En esta etapa se calculan todos los elementos geométricos del floculador aplicando las siguientes ecuaciones consecutivas
Caudal por unidad de sedimentador: Área superficial:
Volumen del sedimentador: Base del sedimentador Largo del sedimentador
Datos finales:
Tabla 66. Elementos volumétricos del sedimentador
Cálculos volumétricos del sedimentador
Caudal unitario Qu 0,005004133 m3/s
Área superficial As 21,61785547 m
Volumen Vol 75,66249413 m3
Base B 2,324750281 m
Largo L 9,299001122 m
Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio
4.15.2 Calculo Canaletas de Salida del Sedimentador
En esta etapa se calcula la geometría de las canaletas de salida del sedimentador teniendo en cuenta según la rass2000 que la velocidad de desplazamiento en las canaletas no debe ser superior a 7 lps, tomando como valor inicial este caudal, el largo y el ancho del sedimentador se pueden calcular todos los elementos de las canaletas de salida.
107 Tiempo de retención del sedimentador: Velocidad de retención:
Caudal en el canal: Longitud del vertedero: Caudal real en el vertedero: Caudal lateral
Caudal frontal:
Tabla 67. Calculo de geometría de la canaleta de salida
Cálculos canaleta de salida del sedimentador
tiempo de retención T 4,2 h
velocidad de retención vh 0,06150133 cm /s
caudal canal Qu/lv 2,152546556 lps
caudal máximo en vertedero Q 7 lps
longitud del vertedero Lv 0,714876173 m
caudal real en el vertedero Qv 0,349334761 lps
caudal canaleta lateral qcl 2,096008564 lps
caudal canaleta frontal qcf 0,812116083 lps
altura lamina lateral hol 0,005073853 m
altura lamina frontal hof 0,001965907 m
Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio”
4.16 Paso 14 Filtración (Rápida)
Referencia de filtración
108
Para el proceso de diseño de filtración se debe de tener en cuenta los valores de carga superficial que se implementar al principio del desarrollo del ras 2000 para así implementar los cálculos de cada uno de los elementos geométricos del sistema de filtrado.
Según el ras 2000 los datos iniciales de esta etapa de diseño son los siguientes:
Tabla 68 datos iniciales para el sistema de filtrado
Datos de filtro Caudal de Diseño Q 10,00826642 l/s 0,010008266 m3/s tiempo de filtrado t 30 h 108000 s velocidad de lavado h 1,4 cm/s
tiempo de lavado tt 15 min
tasa de filtración Tf 235 m3/m2d
Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio” 4.16.2 Calculo del Sistema de Filtracion
Una vez tomados los valores iniciales e implementan los cálculos de la geometría del sistema de filtración para este sistema se implementan una serie de ecuaciones consecutivas para implementar el cálculo de la general del sistema de filtración.
Caudal unitario del sistema de filtración: Área superficial:
Longitud del filtro: Volumen de filtración: Caudal de lavado: Volumen de lavado: Porcentaje de lavado:
109 Tabla 69 sistema de filtración
Cálculos
numero de filtros N 2 #
caudal unitario Qu 0,005004133 m3/s
área superficial As 2 m2
longitud del filtro L 1,5 m
volumen de filtración Volf 540,4463867 m3
caudal de lavado Ql 0,028 m3/s
volumen de lavado volL 25,2 m3
porcentaje de lavado Pl 4,66281219 %
Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio” 4.16.3 Hidráulica de Lavados
Para que los filtros funcionen adecuadamente es necesario realizar el cálculo de las pérdidas de energía en el sistema de lavado, la hidráulica de lavado depende estrictamente del tipo de material que se implemente en el sistema de filtración, debido a que en el momento de construcción se puede implementar cualquier tipo de material se recomienda un tipo de materiales para que los filtros funcionen adecuadamente, por lo tanto algunos valores que dependen del tipo de material fueron tomados de acuerdo a las condiciones ideales de funcionamiento.
Tabla 70 hidráulica de lavado del sistema de filtración
Perdidas por Material Filtrante
altura de arena h1 0,4 m
altura de antracita h2 0,5 m
altura de la grava h3 0,3 m
Coeficiente del orificio α 0,6 N/A
Relación orificios/Área total β 0,63 N/A
F f 0,0012 N/A
relación de vacíos de la arena e1 0,48 N/A
relación de vacíos de la antracita e2 0,55 N/A
Perdidas del lecho filtrante h1 0,34 m
Perdidas medio soporte grava h2 0,08 m
Perdida falso fondo h3 0,38 m
Sistema distribución de agua h4 4,24E-04 m
pérdidas totales Ht 0,81 m
110 4.16.4 Canaletas de Salida del Sistema
Por último, se calculan las canaletas de salida de los filtros, el sistema de cálculo se implementa de acuerdo al cálculo de ecuación de vertederos simples.
Tabla 71 canaletas de salida de los filtros
Canaletas
ancho de canal A 0,4 m3/s
número de canales N 2 #
caudal unitario canal Qu 0,014 m3/s
altura de la lámina de agua h0 0,086532031 m
Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio” 4.17 Paso 15 Cloracion
Para los niveles bajo y medio de complejidad del sistema, los dispositivos de dosificación deben ser sencillos y en lo posible funcionar a gravedad. Debe controlarse el nivel de turbiedad del agua, debido a que los microorganismos pueden encapsularse dentro de las partículas haciendo más lenta la acción del desinfectante. Se recomienda tener una turbiedad menor de 1 UNT para la optimización del proceso. Debe desinfectarse el agua a un pH inferior a 7.5. Valores de pH superiores a 7.5 retardan las reacciones entre el cloro y el amoniaco. La dosis óptima sería la que produzca un residual de cloro libre de mínimo 0.2 ppm al extremo de la red.
La popularidad del cloro como desinfectante se debe a las razones siguientes: Existe disponible como gas, liquido o en forma granular.
Es relativamente barato.
Es fácil de aplica, por cuanto es relativamente de solubilidad alta: cerca de 7000 mg/L a 20˚C y presión atmosférica.
En concentraciones insaboras e inocuas para consumo humano deja un residual en solución, el cual provee protección sanitaria en el sistema de distribución.
Es un agente oxidante poderoso.
111 4.18 Paso 16 Solidos Totales
En la cuantificación de los niveles de impureza los sólidos suspendidos se describen como las partículas en suspensión presentes en una muestra de agua. En el caso de este proyecto se toma 250 mL de agua contaminada, las partículas más pequeñas se refieren a solidos disueltos y las partículas más grandes son los sólidos en suspensión. Es importante tener ambas concentraciones luego de esto se debe hallar los sólidos de suspensión totales (TSS).
En el laboratorio se tomó una muestra de 50 mL, se secó la muestra en un horno durante una hora a una temperatura de 104 C˚ se pesó, este procedimiento se realizó 5 veces hasta obtener un peso promedio de TSS.
Cálculos del TSS: