EVALUACION DE LA PLANTA DE POTABILIZACION DE AGUA DEL...

EVALUACION DE LA PLANTA DE POTABILIZACION DE AGUA DEL MUNICIPIO

DE VILLAMARÍA

“AQUAMANA E.S.P.”

OSCAR ANDRES GARZON VARON

WILKINSON ROSAS OSORIO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE MANIZALES

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

INGENIERIA QUÍMICA

MANIZALES

2003

“EVALUACION DE LA PLANTA DE POTABILIZACION DE AGUA DEL MUNICIPIO

DE VILLAMARÍA

“AQUAMANA E.S.P.”

OSCAR ANDRES GARZON VARON

WILKINSON ROSAS OSORIO

Línea de Profundización:

Ing. Ambiental

Trabajo de grado para optar al titulo de Ingeniero Químico

MODALIDAD:

PASANTIA

DIRECTOR UNIVERSIDAD: ING. ADELA LONDOÑO CARVAJAL

DIRECTOR AD-HOC: ING. DIEGO HERNAN CORTES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE MANIZALES

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

INGENIERIA QUÍMICA

MANIZALES

2003

AQUAMANÁ E.S.P.

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 1

OBJETIVOS 2

Objetivo General 2

Objetivos Específicos 2

1. INFORMACIÓN BASICA 3

1.1. CARACTERÍSTICAS DEL MUNICIPIO DE VILLAMARÍA 3

1.1.1. Hidrografía 4

1.1.2. Demografía 4

1.1.3. Población, Dotación y demanda 5

1.1.4. Acueducto 7

1.1.5. Alcantarillado 7

1.1.6. Aseo 8

1.1.7 Educación 8

1.1.8. Salud 9

1.1.9. Cobertura de vacunación 9

1.1.10. Tasas de mortalidad y esperanzas de vida. 9

1.2. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA AQUAMANA E.S.P. 10

1.3. SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA A LA PLANTA 11

1.3.1. Sistema Chupaderos. 12

1.3.2. Sistema La Albania. 13

1.4. IDENTIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA PLANTA. 14

1.4.1. Coagulación. 14

1.4.2. Floculación. 15

1.4.3. Sedimentación. 16

1.4.4. Filtración. 17

1.4.5. Desinfección. 18

2. EVALUACIÓN DE CADA ETAPA DE POTABILIZACION EN LA

PLANTA 19

2.1 ABASTECIMIENTO 19

2.1.1. Bocatoma sistema La Albania 19

2.1.2. Bocatoma sistema Chupaderos. 19

2.1.3. Evaluación de los Desarenadores 19

2.1.3.1 Desarenador sistema la Albania. 19

2.1.3.2 Desarenador sistema Chupaderos. 21

2.2. COAGULACIÓN 22

2.2.1 Manejo y almacenamiento del Coagulante. 22

2.2.2. Calibración de los dosificadores de Coagulante. 22

2.2.2.1 Calibración Dosificador No 1 22

2.2.2.2 Calibración Dosificador No 2 23

2.2.3. Unidad de coagulación (Canaleta Parshall) 23

2.2.4. Determinación de los parámetros óptimos de Coagulación. 25

2.2.5. Perdida de carga en el agua efluente de la Canaleta

hasta la entrada a los floculadores 27

2.3. FLOCULACION 27

2.3.1. Floculadores 1 y 2 28

2.3.2. Floculadores 3 y 4 29

2.3.3. Resultados de la prueba con trazadores en los cuatro Floculadores. 31

2.3.4. Gradientes y tiempos óptimos de mezcla lenta hallados

experimentalmente (Prueba de Jarras). 35

2.4. SEDIMENTACIÓN 38

2.4.1. Clasificación y eficiencia de los sedimentadores según los registros de

turbiedad 39.

2.4.2. Calculo del volumen de los sedimentadores 42

2.4.2.1. Sedimentadores 1 y 2 42

2.4.2.2. Sedimentadores 3 y 4 43

2.4.3. Eficiencia según las velocidades de sedimentación en relación

con la remoción de turbiedad 44

2.4.4. Determinación de la velocidad critica de sedimentación teórica de

diseño en cada Sedimentador 45.

2.4.5. Resultados de la prueba con trazadores en los cuatro Sedimentadores 47.

2.5. FILTRACIÓN 50

2.5.1. Duración del lavado 51

2.5.2. Desplazamiento de la grava 53

2.5.3. Espesor de los lechos de arena y antracita 54

2.5.4. Granulometría del lecho filtrante 54

2.5.5. Bolas de lodo 56

2.5.6. Determinación del peso especifico 57

2.5.7. Porosidad 59

2.5.8. Eficiencia de los filtros según los registros de turbiedad del agua

afluente y efluente en cada unidad 60

2.6. DESINFECCION 62

2.6.1. Determinación del punto de quiebre al agua cruda que ingresa a la

planta 63

2.6.2. Relación concentración - tiempo 64

2.6.3. Cloro residual total y coliformes totales en la red de distribución. 65

2.7. CARACTERIZACION DEL AGUA QUE INGRESA Y SALE DE LA

PLANTA 66

3. EVALUACIÓN ADMINISTRATIVA. 68

3.1. Descripción de las instalaciones. 69

3.2. Higiene de trabajo 69

4. ANALISIS DE VULNERABILIDAD 70

5. CONCLUSIONES 71

6. RECOMENDACIONES 84

7. BIBLIOGRAFÍA 90

ANEXOS

LISTA DE TABLAS

Tabla 1: Proyecciones municipales de población en el periodo 1995 – 2005 4

según el DANE (14)

Tabla 2: Proyecciones de población para el periodo 2006 – 20015 5

Tabla 3: Caudales calculados para diferentes años 7

Tabla 4: Alumnos matriculados y docentes en los distintos niveles

de formación. 8

Tabla 5: Porcentajes de vacunación en menores de un año. 9

Tabla 6: Tasa de mortalidad infantil, materna, general y esperanza

de vida (8). 10

Tabla 7: Número de suscriptores y consumo por sectores en el año 2002. 11

Tabla 8: Parámetros calculados para diferentes caudales de operación del

desarenador sistema La Albania. 20

Tabla 9: Parámetros calculados para diferentes caudales de operación

del desarenador sistema Chupaderos. 21

Tabla 10: Comparación de las dimensiones físicas reales de la canaleta

Parshall con las especificadas en la teoría. 24

Tabla 11: Comparación de las pendientes reales de la canaleta Parshall

con las especificadas en la teoría. 24

Tabla 12: Valores de las principales laminas de agua y cálculos hidráulicos

para diferentes caudales de operación en la Canaleta Parshall. 24

Tabla 13: Resumen de los parámetros óptimos determinados en la

"Prueba de Jarras". 26

Tabla 14 : Perdidas de carga reales y teóricas entre la salida de la canaleta.

Parshall y la entrada a cada Floculador. 27

Tabla 15: Dimensiones Floculadores 1 y 2. 28

Tabla 16: Valores determinados para diferentes caudales de operación

en los floculadores 1 y 2. 29

Tabla 17: Dimensiones de los Floculadores 3 y 4. 30

Tabla 18: Valores determinados para diferentes caudales de operación

en los Floculadores 3 y 4. 31

Tabla 19: Datos de operación y valores encontrados en la prueba con

trazadores realizada a los cuatro Floculadores. 32

Tabla 20: Turbiedad residual del agua efluente de los floculadores a

diferentes tiempos. 34

Tabla 21: Fracción de turbiedad remanente en el agua efluente de los

floculadores con el tiempo. 34

Tabla 22: Clasificación de los sedimentadores según la turbiedad del

agua producida. 39

Tabla 23: Valores de turbiedad diaria promedio del agua efluente de

cada sedimentador registrados en Octubre de 2003. 40

Tabla 24: Análisis de frecuencias a los valores de turbiedad registrados

en Octubre de 2003. 41

Tabla 25: Clasificación de cada Sedimentador de acuerdo al análisis de

frecuencias. 41

Tabla 26: Dimensiones de los sedimentadores 1 y 2. 42

Tabla 27: Dimensiones Sedimentadores 3 y 4. 43

Tabla 28: Datos experimentales y remociones calculadas en la prueba

para determinar la eficiencia de los sedimentadores. 44

Tabla 29: Velocidades reales y teóricas de flujo en el Sedimentador 1 para

diferentes caudales. 45







Tabla 33: Datos de operación y valores encontrados en la prueba con

trazadores realizada a los cuatro Sedimentadores. 48

Tabla 34: Dimensiones de los Filtros de la planta de potabilización. 50

Tabla 35: Áreas superficiales reales de cada filtro. 51

Tabla 36: Turbiedad del agua de lavado a diferentes tiempos en cada filtro. 52

Tabla 37: Espesor de los lechos de arena y antracita en cada filtro. 54

Tabla 38: Porcentaje de arena y antracita del total de lecho filtrante en

cada unidad. 54

Tabla 39: Coeficiente de uniformidad de cada muestra de lecho. 55

Tabla 40: Porcentaje de lodos en el lecho de cada filtro. 56

Tabla 41: Clasificación dada por la O.M.S. (12) para el medio filtrante

de los filtros según el porcentaje de bolas de lodo. 56

Tabla 42: Clasificación del lecho de cada filtro de acuerdo a la tabla

anterior. 57

Tabla 43: Pesos específicos de cada material en los seis filtros. 57

Tabla 44: Relaciones de diámetros optimas entre la arena y la antracita. 58

Tabla 45: Porosidad del material de cada filtro determinada

Experimentalmente. 59

Tabla 46: Velocidad de filtración para diferentes caudales en cada filtro. 60

Tabla 47: Valores de turbiedad promedio diaria que entra y sale de cada

filtro durante Octubre de 2003. 61

Tabla 48: Análisis de las frecuencias de turbiedad en el agua efluente

de cada filtro en Octubre de 2003. 62

Tabla 49: Clasificación de los filtros según la calidad del agua producida

respecto al tiempo (12). 62

Tabla 50: Valores de cloro libre, combinado, residual y demanda de cloro

para diferentes dosis iniciales de Cloro. 63

Tabla 51: Resultados del muestreo realizado en la red de distribución. 66

Tabla 52: Caracterización del agua cruda y tratada el 16 de Junio del 2003. 67

LISTA DE GRAFICAS

Gráfica 1: Proyección municipal de población en el periodo 1995 – 2005 5

Gráfica 2: Turbiedad del agua cruda que ingresa a la planta en función

del tiempo (periodo Mayo 2002 a Mayo 2003). 25

Grafica 3: Concentración de Cloruros a la salida de cada Floculador en

función de la relación t/To. 33

Gráfica 4: Comparación de la eficiencia del flóculo formado en los 4

floculadores. 35

Gráfica 5: Turbiedad residual en función del tiempo de floculación para

diferentes gradientes

Turbiedad inicial 1 de 14 U.N.T.. 36


diferentes gradientes.

Turbiedad inicial 2 de 68 U.N.T. 36


diferentes gradientes.



diferentes gradientes


Grafica 9: Concentración de Cloruros a la salida de cada Sedimentador

en función de la relación t/To. 49

Gráfica 10: Logaritmo de la turbiedad del agua efluente del lavado de

cada filtro en función del tiempo. 53

Gráfica 11: Cloro residual total en función de la dosis aplicada. 64

UNIVERSIDAD BIBLIOTECA ALFONSO CALVAJAL ESCOBAR NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES

Resumen de Trabajo de Grado

CARRERA INGENIERIA QUÍMICA 1er Apellido: GARZON 2do Apellido: VARON Nombre: OSCAR ANDRES 1er Apellido: ROSAS 2do Apellido: OSORIO Nombre: WILKINSON TITULO DEL TRABAJO: EVALUACION DE LA PLANTA DE POTABILIZACION DE AGUA DEL MUNICIPIO DE VILLAMARÍA “AQUAMANA E.S.P.” NOMBRE DEL DIRECTOR DEL TRABAJO: Ing. GONZALO MORANTE G

RESUMEN DEL CONTENIDO En este documento se presentan los procedimientos seguidos y resultados obtenidos en la evaluación realizada a la planta de potabilización de agua de la empresa de acueducto del municipio de Villamaría (Caldas) desarrollando la metodología establecida por la Organización Mundial de la Salud (O.M.S.), la Organización Panamericana de la Salud (O.P.S.), el CEPIS y acogida por el Ministerio de Salud de Colombia en el año de 1989, para la Evaluación, Operación y Mantenimiento de plantas de tratamiento de aguas para consumo humano. El proceso de evaluación se desarrolló en tres etapas: en la primera se recopiló información referente al estado actual de la planta y población servida; la segunda consistió en la evaluación de la operación y mantenimiento de cada una de las etapas que constituyen el proceso de potabilización, un análisis de vulnerabilidad y de estructura administrativa; y por ultimo se plantean una serie de recomendaciones orientadas a la optimización de la planta.

ABSTRACT

In this document are presented the followed procedures and results obtained in the evaluation carried out to the plant that makes drinkable water of the aqueduct company of Villamaria municipality (Caldas) developing the methodology established by the Health World Organization (H.W.O), the Health Panamericana Organization(H.P.O), the CEPIS and reception by Health Ministry of Colombia in 1989, for Evaluation, Operation and Maintenance of water processing plants for human consumption. The evaluation process was developed in three phases: in the first one the referring information was compile to the present state of the plant and population served; the second consisted of the evaluation of the operation and maintenance of each one of the phases that constitute the process of makes water drinkable, an analysis of vulnerability and of administrative structure; and by least are presented a series of recommendations oriented to make better the plant. PALABRAS CLAVES: Planta potabilización de agua, Villamaría

1

INTRODUCCIÓN

Debido a la gran importancia que tiene el agua para la vida y conscientes de la

responsabilidad de la empresa prestadora del servicio en Villamaría de brindar agua

potable que cumpla con las normas establecidas por la legislación Colombiana,

surgió la necesidad de desarrollar una evaluación detallada de la operación y

administración de la planta de potabilización con el propósito de dar solución a los

problemas mas significativos presentes en la planta de tratamiento actualmente.

La evaluación se desarrolló siguiendo los criterios establecidos en los módulos

elaborados por la O.P.S. (12) y en el libro "Teoría y Practica de la purificación del

agua" de Jorge Arboleda (2), en los cuales se plantean aspectos tan importantes

como la gestión administrativa y operación de las unidades de captación,

conducción, coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección .

Al final del presente documento se presentan las conclusiones generales y

específicas y las recomendaciones pertinentes con el fin de que la empresa realice

las modificaciones del caso y así garantizar el correcto funcionamiento de la planta

de potabilización.

2

OBJETIVOS

Objetivo General

Enunciar los procedimientos seguidos y los resultados obtenidos en la evaluación de

la operación de la planta de potabilización de agua de la empresa de acueducto de

Villamaría (AQUAMANÀ E.S.P.), según la metodología planteada por la

Organización Panamericana de la Salud en los módulos de evaluación, operación y

mantenimiento de plantas de tratamiento de agua para el consumo humano y en el

libro "Teoría y practica de la purificación del agua " de Jorge Arboleda.

Objetivos Específicos

• Mostrar la información recopilada acerca de los aspectos más importantes del

estado actual de la planta de potabilización y la población beneficiada.

• Determinar la calidad del agua efluente de la planta de acuerdo a lo establecido

en la legislación Colombiana para agua potable (Decreto 475 de 1998).

• Reportar los resultados de la evaluación de cada una de las etapas que

constituyen el proceso de potabilización (Captación, Coagulación, Floculación,

Sedimentación, Filtración y Desinfección) efectuado en la planta de tratamiento

de la empresa de acueducto de Villamaría (Aquamaná E.S.P.).

• Comparar los criterios de diseño y parámetros de operación de la planta con lo

establecido en el RAS 2000.

• Analizar la estructura administrativa actual de la empresa de acueducto de

Villamaría y sus efectos sobre la operación de la planta de potabilización.

• Analizar la vulnerabilidad de la planta frente a perturbaciones externas que

puedan afectar su funcionamiento con base a estudios efectuados previamente.

• Identificar las fallas existentes en el proceso de potabilización encontradas

durante la evaluación y plantear soluciones realizables a corto, mediano y largo

plazo.

3

1. INFORMACIÓN BÁSICA

1.1. CARACTERÍSTICAS DEL MUNICIPIO DE VILLAMARIA

La información que se muestra a continuación fue tomada del libro "Estructura

Económica y Social del Departamento de Caldas" de la Gobernación de Caldas

Editado en Manizales en el año 2002 (8).

El casco urbano del municipio se encuentra ubicado en la región centro sur del

departamento a una distancia de 9 Km del centro de Manizales. Esta ubicado a 5° 3’

de latitud Norte, 75° 31’ de longitud oeste del meridiano de Grenwich, y a una altura

de 1920 m.s.n.m.

Tiene una superficie territorial de 457.8 Km2 de acuerdo con el IGAC (Instituto

Geográfico Agustín Codazzi), que equivale al 6.1% del territorio del departamento,

una temperatura promedio de 18 °C y un piso térmico que comprende desde el

páramo de las nieves perpetuas del nevado del Ruiz hasta el clima templado en la

región de Rió claro.

El municipio de Villamaría se encuentra Limitada por el norte con Manizales del cual

lo separa una distancia de 9 Km. , por el occidente con Chinchiná, por el sur con

Santa Rosa de Cabal (departamento de Risaralda) y por oriente con el

departamento del Tolima cobijando los municipios del Líbano , Villahermosa;

Casabianca y Herveo.

Administrativamente se encuentra dividido en una cabecera municipal con 43

barrios en área urbana y 39 veredas en el área rural.

4

1.1.1. Hidrografía

El municipio de Villamaría se encuentra ubicado en la cuenca del río Chinchiná

dividiéndose su red hídrica en dos grandes áreas, la del río Chinchiná, abastecida

por 13 micro cuencas y la del río claro que a su vez es tributario del de Chinchiná.

Cerca de 7.500 has. del municipio pertenecen al Parque Nacional Natural de los

Nevados que constituye una gran reserva de agua ya que de sus cumbres

desciende ríos y quebradas como los Cuervos, Chupaderos, Juntas, Molinos y

Nereidas que abastecen las zonas bajas de asentamientos humanos, áreas

agrícolas y otras como la quebrada California que surte el acueducto de Gallinazo,

el cual suministra el servicio de agua a una parte del área urbana de Manizales. El

municipio posee numerosas fuentes de aguas termales localizadas por encima de

los 2.500 m.s.n.m., evidenciando la intensa actividad volcánica regional.

1.1.2. Demografía

En la tabla 1 y gráfica 1 a continuación se muestra la proyección de población para

el periodo 1995 - 2005 en el municipio de Villamaría con base en el Censo de 1993

tomada del libro "Proyecciones Municipales de Población por Área 1995 - 2005"

Editado por el DANE (14) en el año 2000.

Tabla 1: Proyecciones municipales de población en el periodo 1995 - 2005 según el

DANE (14)

Año 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Cabecera 28233 28896 29573 30263 30964 31675 32394 33123 33861 34606 35355

Resto 11406 11569 11733 11898 12063 12227 12389 12551 12712 12871 13026

Total 39639 40465 41306 42161 43027 43902 44783 45674 46573 47477 48381

5

Gráfica 1: Proyección municipal de población en el periodo 1995 - 2005

Extrapolando la anterior gráfica (asumiendo linealidad) se obtiene la proyección para

el período 2006 - 2015. Los valores se relacionan en la siguiente tabla

Tabla 2: Proyecciones de población para el periodo 2006 - 20015

Año 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

No habitantes (total) 49199 50075 50950 51826 52702 53578 54454 55330 56205 57081

1.1.3. Población, Dotación y demanda

En la determinación del caudal que requiere la población para cada año según las

proyecciones poblacionales en el Municipio dadas, se utilizan los criterios

establecidos en los índices A, B y C del RAS 2000 (15)

Los Cálculos pertinentes para una población de 46573 habitantes estimada para el

2003 son los siguientes.

Proyeccion poblacional para el municipio de Villamaria Periodo 1995 - 2005

39000

40000

41000

42000

43000

44000

45000

46000

47000

48000

49000

1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006

Año

Hab

itant

es

6

La población en la zona urbana de Villamaría esta entre los 12500 y 60000 según la

proyección municipal para el año 2003 (ver tabla 1) por lo cual el nivel de

complejidad es medio alto (15).

La dotación mínima (cantidad mínima de agua para satisfacer las necesidades de

un habitante sin considerar perdidas en la red) es de 130 litros/habitante*día de

acuerdo al nivel de complejidad.

Asumiendo un porcentaje de perdidas técnicas de agua en la red de distribución del

15 % según registros de agua no contabilizada en la empresa, la dotación bruta

viene dada por:

15.01 −= minima

brutaD

D diahalitrosDbruta */94.152=

El Caudal Medio Diario (Qmd) se calcula para la población a partir de la dotación

bruta, así.

8640094.152*46573

86400*

== brutaDPoblacionmd

Q ./44.82 slitrosmdQ =

El Caudal Máximo Diario (QMD) que es el consumo máximo registrado durante 24

horas en un período de un año se calcula de la siguiente formula.

1*kmdMD QQ = Donde k1 es el coeficiente de consumo máximo diario

(igual a 1.2 según el nivel de complejidad) (15).

Por lo cual 2.1*44.82=MDQ slitrosQMD /93.98=

La planta de potabilización del municipio debe estar en capacidad de tratar 1 Caudal

Máximo Diario (QMD). En la siguiente tabla se relacionan los QMD calculados para

cada año de acuerdo a las proyecciones poblacionales del municipio en el período

2003 - 2015.

7

Tabla 3: Caudales calculados para diferentes años

Año 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

QMD (litros/s) 98.9 100.9 102.8 104.5 106.4 108.2 110.1 111.9 113.8 115.6 117.5 119.4 121.2

1.1.4. Acueducto

Este servicio es prestado desde 1988 por las empresas públicas de Villamaría,

entidad que cambio su razón social en septiembre de 1998 por AQUAMANA E.S.P.

Las aguas son captadas de las bocatomas de las quebradas Chupaderos y

Chupaderitos ( La Albania) y conducidas a la planta de tratamiento de la Florida,

construida en 1992 y que posee un sistema de tratamiento tipo convencional, para

posteriormente ser distribuida al área urbana del municipio con una cobertura del

100 % (6).

Según cifras de esta empresa, el total de metros cúbicos consumidos en el año

2000 ascendió a 1679.555, cifra ligeramente inferior al 0.4% del consumo en el año

1999 con un valor facturado mensual promedio de 140 millones de pesos. Por su

parte el número de usuarios al servicio de acueducto llego al año 2.000 a 6.981,

superior en un 4% frente al total del año 1999 (6).

1.1.5. Alcantarillado

El servicio de alcantarillado es prestado en la zona urbana por la empresa

AQUAMANA E.S.P.. Las aguas residuales domesticas e industriales son

recolectadas a través de una red de alcantarillado mixta para aguas lluvias y negras

que finalmente vierten al río Chinchiná y la quebrada la Diana estimándose una

cobertura para el año 2002 de 95% (6).

8

1.1.6. Aseo

La recolección de basuras y el aseo del municipio están a cargo de la empresa

AQUAMANA E.S.P. que viene atendiendo este servicio desde el año 1998. Cuenta

para estas labores con 2 vehículos debidamente acondicionados, en el año 2000, el

municipio alcanzó un total de 4.023 toneladas de residuos sólidos, los cuales son

depositados en el relleno sanitario de la Esmeralda ubicado en la ciudad de

Manizales (6).

1.1.7. Educación

La educación en el municipio es impartida en su mayoría por el sector público. La

siguiente tabla muestra el número de alumnos y profesores en los diferentes centros

educativos para diferentes años (8).

Tabla 4: Alumnos matriculados y docentes en los distintos niveles de formación.

Preescolar Primaria Secundaria

Años Alumnos Docentes Alumnos Docentes Alumnos Docentes

1995 366 12 4298 134 3043 152

1997 479 11 4177 179 3285 172

1999 570 11 4464 134 3619 160

2000 624 20 4647 140 3564 175

El número de alumnos matriculados en el 2003 totalizó 8835 de los cuales 1968

pertenecen a la zona rural y 6867 a la zona urbana y su distribución fue 624 en

preescolar, 4647en primaria y 3564 en secundaria. Respecto al personal docente

para el mismo año, se registraron 335 educadores de los cuales 20 orientaron la

educación preescolar, 140 la primaria y 175 la secundaria lo cual representa una

relación alumno docente de 31 estudiantes en preescolar, 33 en primaria y 20 en

secundaria.

9

1.1.8. Salud

El sistema de salud en el municipio está integrado por el Hospital San Antonio de

Villamaría que cuenta con un personal de planta de 8 médicos, 2 odontólogos, 1

enfermera rural y 19 auxiliares de enfermería (8).

1.1.9. Cobertura de vacunación

La vacunación en los niños menores de un año ha tenido un deterioro con el paso

del tiempo, pues se evidencia que los porcentajes de vacunación han descendido

del 100% en 1995 para la hepatitis B hasta 65.4% en al año 2000 (8).

Tabla 5: Porcentajes de vacunación en menores de un año.

Año

Polio D.P.T1 Hepatitis B B.C.G.2 Triple Viral

1995 77.3 75.3 100.0 49.1 100.0 1996 100.0 100.0 100.0 49.0 100.0 1997 79.9 79.9 91.8 53.0 100.0 1998 82.0 83.8 76.2 47.2 73.6 1999 88.2 88.2 86.0 78.3 63.9 2000 68.9 68.6 65.4 41.0 62.0

1 Se refiere a Difteria, Tosferina y Tetano 2 Se refiere a Tuberculosis.

1.1.10. Tasas de mortalidad y esperanzas de vida

En Villamaría la tasa de mortalidad infantil se incrementó de manera significativa

con respecto al período 1990 – 1995 (ver tabla No 6), situación que refleja un

deterioro de los controles preventivos de algunas patologías de la población infantil,

tales como atelectasia primaria del recién nacido, asfixia del nacimiento y síndrome

de dificultad respiratoria. Las causas de mortalidad detectadas para diferentes

edades fueron en orden infarto al miocardio, agresión con disparo y neumonía (8).

10

Tabla No 6: Tasa de mortalidad infantil, materna, general y esperanza de vida (8)

Años

Infantil1 Materna2 General2 Esperanza de vida

1995 2.3 - 3.6 79.0 1996 7.3 2.9 4.1 77.0 1997 7.2 - 4.8 73.7 1998 15.6 1.4 3.9 76.7 1999 16.0 1.5 4.7 74.2

1 Tasa por mil nacidos vivos 2 tasa por mil habitantes

1.2. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA AQUAMANA E.S.P.

La empresa fue creada mediante el acuerdo del Concejo Municipal el 10 de

Diciembre de 1986 bajo el nombre de Empresas Públicas de Villamaria. El 10 de

Septiembre de 1996 por acuerdo No 054 nace la empresa de Industria y Comercio

del orden municipal denominada “AQUAMANA E.S.P.” (6).

Actualmente la empresa cuenta con una nómina de aproximadamente 55

empleados organizados de acuerdo al nivel jerárquico que ocupa cada uno en la

organización (información tomada de la empresa).

AQUAMANA E.S.P. provee de agua potable a los sectores comercial, industrial,

oficial, a los estratos residenciales 1, 2, 3 y 4, y a 100 viviendas en la zona rural

pertenecientes todas al estrato socioeconómico bajo – bajo (6). La relación del

número de suscriptores y el consumo en m3 por sectores en el 2002 se muestra en

la tabla 7 (6).

11

Tabla No 7: Número de suscriptores y consumo por sectores en el año 2002

Estrato Resd. 1 Resd. 2 Resd. 3 Resd. 4 Comercial

1

Comercial

2

Industrial

3

Industrial

4

Oficial Total

No. Suscriptores 13.839 21.080 43.526 5.898 2.742 494 71 479 279 88.408

Consumo (m3) 260.273 372.362 754.861 103.406 48.834 7.760 1.790 21.344 32.491 160.12

Porcentaje de

Suscriptores

15.65 23.84 49.23 6.67 3.10 0.55 0.08 0.54 0.31 100

Porcentaje de

Consumo

16.23 23.22 47.09 6.45 3.04 0.48 0.11 1.33 2.02 100

La planta de potabilización cuenta con archivos que relacionan los valores de pH,

color, turbiedad, acidez, alcalinidad, cloro residual, cloruros, dureza total y cálcica,

hierro, magnesio, nitratos, sodio y sulfatos determinados en el agua cruda y tratada

cada hora durante todos los días del mes.

La empresa cuenta con un manual de funciones detallado y los procedimientos de

operación y mantenimiento de la planta están siendo sometidos a revisión.

En la actualidad los operarios de la planta de potabilización asisten a curso de

capacitación en el SENA dos días a la semana donde reciben fundamentos teóricos

de las etapas de potabilización del agua y destrezas en el manejo de equipos e

instrumental de laboratorio.

1.3. SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA A LA PLANTA

Para la siguiente estimación de los caudales confiables de las fuentes que

abastecen el acueducto del municipio y la proyección en el tiempo, se utilizaron las

conclusiones del estudio hidrológico realizado por el consorcio Hidrozan – Aquaterra

en 1991 para las Empresas Públicas de Manizales (10).

La cabecera del municipal de Villamaría se abastece de agua potable captada de

las quebradas Chupaderos y La Albania. A continuación se hace una descripción

general de las cuencas hidrográficas y estructuras utilizadas para la captación del

agua.

12

1.3.1. Sistema Chupaderos.

La cuenca que abastece este sistema cubre un área aproximada de 19.6 Km2,

garantizando un rendimiento hídrico en el 95 % del tiempo, de 240 litros/s. como

mínimo, y caudales máximos diarios que pueden variar de 186 litros/s. para un

tiempo de retorno de dos años, a 152 litros/s. para 25 años (13).

Captación y conducción del agua cruda

La unidad utilizada para la captación del agua cruda de la quebrada chupaderos es

una bocatoma lateral conformada por un vertedero de captación, rejilla de retención

(la cual se encuentra en mal estado), camara de derivación y línea de aducción. la

concesión de aguas para la quebrada sólo autoriza captar 180 litros/s por una

vigencia de 10 años, sin embargo, la bocatoma esta diseñada para un caudal de

hasta 240 litros/s.

La distancia entre la captación y el desarendor es de aproximadamente 350 metros

y la conducción en este tramo se hace mediante una tubería de PVC RDE 41 de 10

pulgadas de diámetro.

El desarenador construido es de tipo convencional constituido por zona de entrada,

cámara de aquietamiento, zona de sedimentación, cámara de salida y zona de

lodos.

La zona de sedimentación tiene 10.45 m de largo, 2.62 m de ancho y una

profundidad efectiva de 1.94 m. Hace falta protección en la zona de salida, pues

aunque esta provisto de trampa de flotantes, aguas a bajo de esta caen hojas y

otros elementos indeseables, también le hace falta el vertedero de excesos.

13

El agua efluente del desarenador es conducida a una camara de unión abierta a la

atmósfera, a una elevación de 2055 m.s.n.m. aproximadamente, por una tubería de

PVC RDE 41 de 12 pulgadas de diámetro de 2946 metros de longitud con una

capacidad de 120 litros/s. el cual corresponde al caudal medio anual de la quebrada

1.3.2. Sistema La Albania.

La cuenca que abastece este sistema cubre un área aproximada de 3.7 Km2,

garantizando un rendimiento hídrico en el 85% del tiempo, de 104 litros/s. como

mínimo, y caudales máximos diarios que pueden variar de 80 litros/s. para un

tiempo de retorno de dos años, a 65 litros/s. para 25 años (13).

La unidad utilizada para la captación del agua cruda de la quebrada Chupaderos es

una bocatoma sumergida conformada por un canal recolector, caja de salida,

vertedero de excesos, desagüe y muros laterales.

La unidad fue diseñada para captar un caudal de hasta 104 litros/s., pero la

concesión de aguas para la quebrada solo autoriza captar 33.92 litros/s por una

vigencia de 10 años.

La distancia entre la captación y el desarendor es de aproximadamente 400 m y la

conducción del agua se realiza mediante una tubería de PVC RDE 41 de 10


El desarenador construido es de tipo convencional constituido por zona de entrada,

camara de aquietamiento, zona de sedimentación, zona de lodos y camara de

salida. Las dimensiones de la zona de sedimentación efectiva son: Ancho 4.89 m,

largo 12.85 m y profundidad de 1.90 m.

El agua efluente del desarenador es conducida por una tubería de acero al carbón

clase 25 de 12 pulgadas de diámetro de 1116 metros de longitud con una capacidad

de 80 litros/s. el cual corresponde al caudal medio anual de la quebrada.

14

La conducción del agua cruda desde la cámara de unión (mezcla agua captada de

las dos quebradas) hasta la planta de tratamiento consiste de 1325 metros de

tubería de acero al carbón clase 25 de 12 pulgadas y 800 metros de tubería de

acero al carbón clase 25 de 10 pulgadas.

1.4. IDENTIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA PLANTA.

La planta de tratamiento de agua potable ubicada en el sector de la Florida es de

tipo convencional simplificado construida en 1988 con una capacidad de 120 litros/s.

En 1996 fue ampliada y optimizada con base en un estudio realizado por la firma

COOPENAC L.T.D.A. (10), (las memorias de cálculo de las modificaciones están en

la biblioteca de la empresa) para tratar un caudal de 180 litros/s y actualmente sólo

se utiliza el 70 % de su capacidad de potabilización, existiendo la posibilidad de que

la población aumente y se les pueda garantizar el servicio.

De acuerdo a las modificaciones realizadas en la planta, a los criterios establecidos

en el R.A.S. 2002 (15) sobre población, dotación y demanda, y las proyecciones

poblacionales del municipio, la planta esta en capacidad de abastecer de agua al

municipio hasta el año 2046, siempre y cuando el agua potable cumpla con las

especificaciones estipuladas en la legislación colombiana.

Las unidades que componen cada una de las etapas de potabilización en la planta

se describen a continuación.

1.4.1. Coagulación.

Es utilizado como coagulante Sulfato de Aluminio tipo B, que es adicionado en

solución al agua cuando esta pasa a través de una canaleta Parshall con un ancho

de garganta (W) de 0.229 metros (9 pulgadas).

15

1.4.2. Floculacion.

La planta de potabilización cuenta con cuatro unidades de floculacion (2 tipo

Alabama y 2 de vórtice).

Los floculadores 1 y 2 están constituidos cada uno por 8 cámaras en serie, de área

superficial cuadrada de lado 1.90 m y una profundidad aproximada de 2.00 m para

un volumen útil por unidad de 57.76 m3.

En el centro de cada cámara se encuentra un tabique de 1.5 m de altura a lo ancho

de la misma el cual funciona como vertedero ahogado obligando que el paso entre

cámaras se haga siempre por la parte inferior (se han dispuesto orificios de paso

que varían de 0.22 m x 0.22 m a 0.34 m x 0.34 m). El movimiento del agua en cada

cámara es ascendente al inicio y descendente al final.

El agua entra a cada unidad de floculación por la parte inferior de la primera cámara

mediante una compuerta lateral de 18 pulgadas de diámetro conectada a un canal

de 1 m de ancho y 2.74 m de profundidad que recibe la descarga de la canaleta

Parshall. La salida de la última cámara se hace mediante vertedero de descarga

libre a todo el ancho de la misma.

Las dos últimas unidades de floculación son de flujo helicoidal tipo “Cox” con seis

cámaras en serie de área superficial cuadrada de lado 1.45 m y profundidad de 5.1

m para un volumen útil en cada unidad de 64.33 metros. En el centro de cada

cámara se encuentra ubicado un tabique de separación de 0.2 m de espesor

El agua es alimentada a las unidades de floculación mediante tuberías de asbesto

cemento de 12 pulgadas de diámetro y el desagüe por medio de tuberías de 6

pulgadas.

16

1.4.3. Sedimentación.

Esta etapa de tratamiento esta constituida por cuatro sedimentadores de flujo

vertical de alta velocidad o acelerada con placas inclinadas. Las dos primeras

unidades están conformadas por placas planas de asbesto cemento de 2.4 m x 1.2

m y 1 cm de espesor, inclinadas a 60° con relación a la horizontal y con separación

libre de 7 cm.

Los tanques de sedimentación tiene 4.81 m de ancho, 8.27 m de longitud y 4.61 m

de profundidad y la zona donde se encuentran instaladas las placas, tiene una

longitud de 5.17, por lo cual el área total de sedimentación acelerada es de 49.63

m2.

Dos compuertas laterales de 14 pulgadas de diámetro permiten la entrada de agua

a las unidades, y la salida del agua decantada se hace mediante vertederos

rectangulares que descargan a dos canaletas longitudinales ubicadas a los lados de

los sedimentadores.

Las otras dos unidades de sedimentación tienen 4.8 m de ancho, 7.07 m de longitud

y 5.1 m de profundidad. Las placas inclinadas presentes en la zona efectiva de 5.57

m de longitud son de asbesto cemento de 2.4 m x 1.2 y 8 mm de espesor, inclinadas

60° y respecto a la horizontal y separadas 7 cm.

La profundidad total de los 4 sedimentadores se distribuye de arriba abajo, así:

Borde libre 0.42 m

Altura de agua sobre las placas 0.90 m

Espaciamiento vertical ocupado por las placas 1.04 m

Viga de soporte de placas 0.3 m

Tubería de distribución de agua floculada 0.42 m

Espacio libre por debajo del tubo de distribución

Del agua floculada 1.77 m

Sistema de recolección y purga de lodos 0.25 m

17

El agua que alimenta las dos ultimas unidades de sedimentación lo hace mediante

tubos centrales longitudinales de 16 pulgadas en cada hilera de placas provistos de

orificios de distribución de 0.1257 m2.

La recolección del agua sedimentada se hace por 4 hileras de tubos de acero al

carbón de 8 pulgadas de diámetro y longitud de 3.81 m, cada tubo esta provisto de

24 orificios de 1 pulgada de diámetro cada uno separados 0.16 m entre si.

La descarga de los tubos se hace a canales longitudinales de 0.4 m de ancho

ubicados a los lados del sedimentador.

1.4.4. Filtración.

Se cuenta con seis unidades de tasa variable declinante de auto lavado con el

caudal procesado por la planta. Cada filtro tiene un área superficial de 10.75 m2

(4.25 m x 2.53 m) y profundidad de 5.1 m (10).

Cada filtro esta constituido por (de abajo hacia arriba):

a. Sistema de drenaje tipo Leopold (bloques de arcilla vitrificada).

b. lecho de sostén constituido por 4 capas de grava gradada con la siguiente

granulometría y espesor:

- Capa inferior de espesor 5 cm y partículas de 0.5 a 0.75 pulgadas de

diámetro.

- Capa media - inferior de espesor 5 cm y partículas de 0.25 a 0.50


- Capa media - superior de espesor 5 cm y partículas de 0.125 a 0.25


- Capa superior de espesor 15 cm y partículas de 0.125 pulgadas a tamiz No

10 de diámetro.

18

c. lecho filtrante constituido por (10):

- Capa inferior de arena de espesor 0.25 m, tamaño efectivo de 0.5 mm y

coeficiente de uniformidad de 1.6 a 1.7 (datos aproximados).

- Capa superior de antracita de espesor 0.50 m, tamaño efectivo de 1.0 mm

y coeficiente de uniformidad de 1.35 a 1.40 (datos aproximados).

las siguientes son las alturas aproximadas (de abajo hacia arriba) para una

profundidad total de la caja del filtro de 5.10 m:

- Sistema de drenaje (fondo Leopold) 0.27 m

- Lecho de grava 0.30 m

- Lecho de arena 0.25 m

- Lecho de antracita 0.50 m

- Expansión del lecho filtrante durante el lavado 0.50 m.

- Altura del vertedero sobre el fondo del filtro 1.82 m

La admisión y descarga de agua a cada filtro se realiza por compuertas laterales de

12 pulgadas de diámetro y la salida de agua filtrada al canal de interconexión de

filtros mediante compuertas laterales de 14 pulgadas de diámetro, la cual se utiliza

también para la admisión del agua de lavado al filtro.

El canal de interconexión de filtros tiene un ancho de 1.0 m y esta dividido

transversalmente en dos compartimentos: un ducto inferior de 1.0 m de altura que

comunica las cámaras de salida de los filtros y un canal superior.

1.4.5. Desinfección.

Es utilizado cloro gaseoso almacenado en cilindros, el cual se controla

manualmente con la ayuda de rotámetros y se disuelve en una porción de agua

antes de ser adicionado al agua efluente de los filtros en una cámara con

profundidad de 4.20 m, ancho 1.0 m y largo de 19.0 m.

La dosis adicionada de cloro al agua efluente del proceso es de aproximadamente

1.0 a 1.5 mg/litro

19

2. EVALUACIÓN DE CADA ETAPA DE POTABILIZACION EN LA PLANTA

2.1 ABASTECIMIENTO

2.1.1. Bocatoma sistema La Albania

Esta unidad capta aproximadamente el 90 % del caudal de agua de la quebrada

afluente en este punto (determinación efectuada por diferencia de caudales)

ocasionando un impacto ambiental en la quebrada.

2.1.2. Bocatoma sistema Chupaderos.

La rejilla que obstaculiza el paso de elementos grandes a la aducción (piedras,

madera, etc) se encuentra en deficiente estado por falta de varillas y en su lugar se

encuentran troncos de madera cruzados entre los elementos originales.

2.1.3. Evaluación de los Desarenadores

Se realizó una comparación de las dimensiones reales y zonas que integran las

unidades utilizadas en la remoción de partículas discretas del agua captada de las

quebradas Chupaderos y La Albania (desarenadores) con los criterios teóricos

planteados en el libro “Acueductos Teoría y Diseño” de Corcho (4) (incluyendo

cálculos pertinentes) y las dimensiones especificadas en los planos de las unidades

archivados en la empresa.

2.1.3.1. Desarenador sistema la Albania.

§ Pantalla Deflectora

En la teoría se especifica que la velocidad de paso por los orificios no puede ser

mayor a 0.20 m/s. (4), por lo tanto (ver análisis en el anexo B).

20

Caudal limite ./94 slitros=

§ Zona de Sedimentación.

La relación largo/Ancho es L/b=12.85/4.89=2.62

Lo recomendado en la literatura es L/b>4 por lo cual en la zona de sedimentación

pueden existir corrientes cruzadas, puntos muertos (en los vértices del área

superficial) o cortos circuitos.

En la tabla 8 se relacionan los tiempos de retención, las velocidades críticas de

sedimentación, el diámetro de partículas que logran sedimentarse y el tipo de

material para diferentes caudales de operación de la unidad.


desarenador sistema La Albania.

Caudal (litros/s.)

Tiempo de retención

(seg)

Vel. Critica de sedimentación

(cm/s.)

Diámetro de partícula que remueve (cm)

Material

30 3874 0,0477 0.0012 Arena fina 40 2906 0,0636 0.0015 Arena fina 50 2324 0,0795 0.0018 Arena fina 60 1937 0,0954 0.0021 Arena fina 70 1660 0,1114 0.0025 Arena fina 80 1453 0,1273 0.0030 Arena fina 90 1291 0,1432 0.0040 Arena fina

§ Zona de lodos

Volumen Zona lodos = 20.40 m3.

Según criterio teórico, el volumen de la zona de lodos debe ser 0.2 veces el

volumen de la zona de sedimentación

Los análisis de los cálculos realizados (ver anexo B) se muestran en las

conclusiones (final del documento).

21

2.1.3.2. Desarenador sistema Chupaderos.


Caudal limite ./8.38 slitros= (ver cálculos y análisis en el anexo B)



La relación anterior puede aproximarse a 4 que es concordante a lo recomendado

en la literatura (L/b>4).

En la tabla 9 se relacionan los tiempos de retención, las velocidades críticas de

sedimentación y el diámetro de partículas que logran sedimentarse para diferentes

caudales de operación de la unidad.


desarenador sistema Chupaderos

Caudal (litros/s.)


(seg)

Vel. Critica de sedimentación (cm/s.)


50 1040 0,18 0.0043 60 867 0,22 0.0046 70 743 0,25 0.0049 80 650 0,29 0.0052 90 578 0,33 0.0057 100 520 0,36 0.0060 110 472 0,40 0.0065 120 433 0,44 0.0070 130 400 0,47 0.0073 140 371 0,51 0.0075 150 346 0,55 0.0077

22

§ Zona de lodos

Volumen Zona lodos = 7.83 m3.

Los análisis de los cálculos realizados (ver anexo B) se muestran en las

conclusiones (final del documento).

2.2. COAGULACIÓN

2.2.1. Manejo y almacenamiento del Coagulante.

Es utilizado Sulfato Aluminio tipo B como coagulante, el cual es comprado a la

empresa “Productos Químicos Panamericanos” en bultos, de 50 Kg cada uno,

almacenados en un cuarto con buena ventilación y protegido de la lluvia y el sol.

Cuando la reserva de sulfato llega a los 30 bultos los operarios de la planta

comunican a la empresa la necesidad de comprar mas coagulante con el fin de

mantener una buena cantidad del químico almacenada.

2.2.2. Calibración de los dosificadores de Coagulante.

2.2.2.1. Calibración Dosificador No 1

Los resultados obtenidos son los siguientes (ver tablas y comentarios en el anexo

C).

Volumen cámara de disolución = 24 litros

(en el momento de la medición fueron removidos 10 litros aprox. de sedimentos)

Caudal Promedio (que ingresa por la tubería) = 0.230 litros/seg.

Caudal Promedio (que ingresa por la Manguera) = 0.1416 litros/seg.

Caudal Promedio (que ingresa por la tubería y la manguera) = 0.3716 litros/seg.

23

Tiempo teórico de retención (tubería + manguera)= 24/0.3716 = 64.58 seg.

Tiempo teórico de retención (tubería)= 24/0.23 = 104.35 seg.

2.2.2.2. Calibración Dosificador No 2

Los resultados obtenidos son los siguientes (ver tablas y comentarios en el anexo

C).

Volumen cámara de disolución = 12.94 litros

Caudal Promedio (que ingresa por la Tubería) = 0.189 litros/seg.

Caudal Promedio (que ingresa por la manguera) = 0.1416 litros/seg.

Caudal Promedio (que ingresa por la tubería y la manguera) = 0.3309 litros/seg.

Tiempo teórico de retención (tubería + manguera)= 12.94/0.3309 = 39.10 seg.

Tiempo teórico de retención (tubería)= 12.94/0.189 = 68.46 seg.

En el Anexo C se muestran las graficas de masa de Sulfato dosificada y

concentración de la solución efluente en función de la apertura del regulador.

2.2.3. Unidad de coagulación (Canaleta Parshall)

La evaluación de esta unidad se realizó comparando los parámetros de diseño y

cálculos hidráulicos establecidos en el libro “Teoría y practica de la purificación del

agua”de Jorge Arboleda (2) con las dimensiones reales de la estructura y las

láminas de agua en diferentes puntos de la misma.

En la figura A3 del anexo A se muestra la vista superior y corte transversal de la

estructura real con sus dimensiones y láminas de agua en el recorrido del flujo.

En la siguientes tablas se compararan las dimensiones reales con las especificadas

en (2) para un ancho de garganta (W) de 0.229 metros (9 pulgadas)

24

Tabla 10: Comparación de las dimensiones físicas reales de la canaleta Parshall

con las especificadas en la teoría.

W (m) A (m) B (m) C (m) D (m) E (m) F (m) G (m) D’ (m) Arboleda 0.229 0.880 0.864 0.380 0.575 0.610 0.610 0.457 0.459 Canaleta de la planta 0.225 0.890 0.820 0.375 0.570 0.76 0.600 0.465 0.455

Tabla 11: Comparación de las pendientes reales de la canaleta Parshall con las

especificadas en la teoría.

Tramo 1 (vista

superior)

Tramo 2 (vista

superior)

Tramo 1 (vista lateral)

Tramo 2 (vista lateral)

Arboleda 5:1 6:1 4:1 2.67:1 Canaleta de la planta 4.75:1 6.16:1 4.11:1 2.8:1

Para la correcta operación de la canaleta esta debe cumplir con los siguientes

criterios (ver figura A3 del anexo A):

1. No debe trabajar ahogada, la relación hb/ha no exceda el valor de 0.6 (para un

ancho de garganta W = 0.229 metros).

2. Que la relación ha/W este entre 0.4 y 0.8

3. Que el número de Froude este comprendido entre 1.7 a 2.5 o 4.5 a 9.0

Los cálculos hidráulicos de la canaleta para determinar el No de Froude antes del

resalto se son los siguientes.

La velocidad en ho (Vo) hoD

QVo

'*=

La Energía en el punto (Eo) Nhog

VoEo ++=

*2

2

La velocidad antes del resalto (V1) W

gQEogVV

**2*2 1

31 −=−

La altura antes del resalto (h1) WV

Qh

*11 =

El número de Froude 1

1

* hg

VNFr =

98

Tabla 12: Valores de las principales laminas de agua y cálculos hidráulicos para diferentes caudales de operación

en la Canaleta Parshall.

Caudal

(m3/s)

ho

(m)

hb

(m)

ha

(m)

Vo (m/s) V1

(m/s)

h1

(m)

No Froude h2

(m)

Sumergencia Relación

hb/ha

Relación

ha/W

0.051 0.207 0.027 0.301 0,541 2,679 0,084 2,94 0,312 0,40 0,09 1,34

0.059 0.235 0.055 0.310 0,551 2,743 0,095 2,83 0,338 0,46 0,17 1,37

0.067 0.249 0.063 0.317 0,591 2,757 0,108 2,67 0,358 0,52 0,19 1,41

0.080 0.283 0.095 0.323 0,621 2,819 0,126 2,53 0,393 0,58 0,29 1,43

0.092 0.313 0.121 0.327 0,645 2,872 0,142 2,43 0,423 0,62 0,37 1,45

0.107 0.343 0.149 0.336 0,685 2,912 0,163 2,30 0,456 0,66 0,44 1,49

0.121 0.380 0.180 0.340 0,699 2,980 0,180 2,24 0,488 0,68 0,53 1,51

0.127 0.387 0.189 0.338 0,721 2,979 0,189 2,18 0,498 0,69 0,56 1,50

0.130 0.397 0.195 0.340 0,719 3,001 0,192 2,18 0,506 0,69 0,57 1,51

0.153 0.435 0.230 0.345 0,773 3,036 0,223 2,04 0,546 0,73 0,66 1,53

0.164 0.459 0.257 0.355 0,785 3,075 0,237 2,01 0,568 0,73 0,72 1,57

0.170 0.478 0.270 0.360 0,781 3,117 0,242 2,02 0,582 0,73 0,75 1,60

25

El valor de la lámina de agua aguas abajo h2 es:

( )1*81*2

212 −+= NFr

hh

En la tabla 12 (siguiente pagina) se muestran los valores de lámina de agua en

diferentes puntos y los cálculos hidráulicos para varios caudales (entre el intervalo

de operación de la planta) de la canaleta Parshall y en el anexo D se grafican las

relaciones hidráulicas en función los caudales observándose los valores de caudal

efectivos (ver conclusiones al final del documento).

2.2.4. Determinación de los parámetros óptimos de Coagulación

Fueron escogidas 4 turbiedades (14, 68, 400 y 1200 Unidades Nefelométricas de

Turbiedad U.N.T.) de acuerdo al análisis de frecuencias realizado a los registros

diarios de turbiedades en el periodo mayo del 2002 a Mayo del 2003 existentes en

la empresa (ver gráfica 2, los cálculos realizados y comentarios en el anexo E).

Gráfica 2 : Turbiedad del agua cruda que ingresa a la planta en función del

tiempo (período Mayo 2002 a Mayo 2003).

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450Dias

Tur

bied

ad (

F.T

.U.)

26

A cada una de las turbiedades se determinó la dosis óptima de coagulante,

concentración óptima, pH óptimo, tiempo y gradiente óptimo de mezcla lenta

(floculación) siguiendo los procedimientos establecidos en la literatura (ver en los

anexos F y H los procedimientos, tablas de resultados y comentarios).

El equipo utilizado fue el de "Prueba de jarras" existente en el laboratorio de la

planta, en el anexo G relacionan las partes que lo conforman y el resto de material

utilizado (3).

El agua cruda que ingresa a la planta se enturbio con sedimentos (Arcillas en su

mayoría) similares a los presentes en el fondo de las quebradas fuente hasta

obtener cada valor establecido.

El coagulante utilizado fue Sulfato de Aluminio tipo B (granulado) en solución al 10

% (100 gramos/litro) a partir de la cual se prepararon las soluciones utilizadas en

las pruebas.

En la siguiente tabla se resumen las dosis, concentraciones y pH óptimos

encontrados para cada turbiedad tratada, así:

Tabla 13: Resumen de los parámetros óptimos determinados en la "Prueba de

Jarras"

Turbiedad (U.N.T) Dosis óptima (mg/litro)

Concentración óptima (%)

PH óptimo

14 19 1 8.51 68 48 3 8.01 400 52 2 8.41 1200 102 3 7.55

27

2.2.5. Pérdida de carga en el agua efluente de la Canaleta hasta la entrada a los

floculadores.

Las ecuaciones utilizadas y los cálculos realizados para determinar la pérdida de

carga a través del canal de distribución y las líneas de tubería a los Floculadores se

muestran en el anexo I.

En la siguiente tabla se detallan los valores encontrados.

Tabla 14 : Pérdidas de carga reales y teóricas entre la salida de la canaleta Parshall

y la entrada a cada Floculador

Agua que ingresa a

cada Floculador

Caudal

(m3/s.)

Longitud total

(m)

hf teórica

(m)

hf real

(m)

Floculador 1 0.09 7.2 0.033 0.030

Floculador 2 0.12 3.5 0.021 0.020

Floculador 3 0.03 28.2 0.062 0.059

Floculador 4 0.03 32.2 0.072 0.068

Las perdidas de carga calculadas teóricamente y las reales son similares lo cual

corrobora las mediciones y cálculos.

2.3. FLOCULACIÓN

El rendimiento de las unidades de floculación se ve afectado por (2):

1. Tiempo de retención.

2. La geometría y distribución de la unidad.

3. La intensidad de la agitación aplicada.

4. Las características de la turbulencia.

La evaluación de estas unidades se fundamenta en la comparación de las

dimensiones reales con las indicadas en los planos existentes en la empresa,

28

cálculo de los volúmenes efectivos, cálculo de las perdidas de carga que sufre el

flujo de agua en su paso por cada unidad (estimación directa del gradiente

hidráulico), pruebas con trazadores y determinación experimental de los gradientes

y tiempos óptimos de mezcla lenta (prueba de Jarras).

2.3.1. Floculadores 1 y 2

Los floculadores 1 y 2 son de tipo hidráulico de flujo vertical con tabiques deflectores

en el centro de cada una de las 8 cámaras que los conforman las cuales se

comunican entre si mediante orificios cuadrados de 0.4 metros de lado ubicados en

el fondo y vértice de cada cámara. En la figura A4 del anexo A se muestra la vista

superior y corte transversal de las unidades junto con la altura y espesor de los

tabiques y dirección del flujo.

En la siguiente tabla se relacionan las dimensiones reales con las indicadas en los

planos existentes en los archivos de la empresa (ver figura A4 del anexo A).

Tabla 15: Dimensiones Floculadores 1 y 2

a b c D E F g H i Dimensiones en planos (metros) 1.9 0.25 8.30 0.90 8.30 0.10 2.35 1.50 0.4

Dimensiones reales (metros) 1.89 0.20 8.19 0.89 8.21 0.10 2.40 1.48 0.41

• Cálculo del Volumen efectivo aproximado.

Suponiendo que los Floculadores 1 y 2 tienen dimensiones completamente

similares, el volumen del primero es igual al segundo.

El volumen de cada cámara (8 en total) se calcula suponiendo un área transversal

completamente cuadrada de 1.9 metros de lado y una lámina de agua de 1.77

metros. Al volumen de cada cámara se le resta el volumen ocupado por el tabique

en el interior (la ultima cámara no tiene tabique).

Volumen cámaras = 8*(1.9*1.9*1.77) = 51.1176 m3

29

Volumen tabiques = 7*(0.1*1.9*1.5) = 1.995 m3

Volumen total aproximado del Floculador 1 = Floculador 2 = 49.122 m3

• Cálculo de la pérdida de carga en cada unidad.

La estimación puede hacerse de forma real y por ecuaciones indicadas en la

literatura. En el anexo J se presenta un modelo de cálculo para la pérdida de carga

que tiene el flujo a través de los floculadores.

En la tabla 16 se relacionan los tiempos de retención, pérdidas de carga y

gradientes teóricos y reales para diferentes caudales de operación.

Tabla 16: Valores determinados para diferentes caudales de operación en los

floculadores 1 y 2

Caudal

que

ingresa a

la planta

(litros/s)

Caudal

a cada

floc.

(l/s)

Tiempo

de

reten.

(to) en

seg.

Vel.

Prom.

(m/s)

h'

(m)

h''

(m)

h''´

(m)

htotal

Teórica

(m)

htotal

real (m)

Grad.

teórico

(s-1)

Grad.

real

(s-1)

60 15.0 3274 0,0092 0,00010 0,00573 0,00965 0,0154 0.030 6,59 9,17 70 17.5 2806 0,0108 0,00014 0,00780 0,01314 0,0210 0.036 8,30 10,85 80 20.0 2456 0,0123 0,00018 0,01019 0,01716 0,0275 0.041 10,15 12,38 90 22.5 2183 0,0139 0,00023 0,01289 0,02172 0,0348 0.046 12,11 13,91 100 25.0 1964 0,0154 0,00029 0,01592 0,02682 0,0430 0.051 14,18 15,44 110 27.5 1786 0,0170 0,00035 0,01926 0,03245 0,0520 0.056 16,36 16,96 120 30.0 1637 0,0185 0,00042 0,02292 0,03862 0,0619 0.060 18,64 18,34 130 32.5 1511 0,0201 0,00049 0,02690 0,04533 0,0727 0.066 21,02 20,02 140 35.0 1403 0,0216 0,00057 0,03120 0,05257 0,0843 0.070 23,49 21,40 150 37.5 1309 0,0232 0,00066 0,03582 0,06035 0,0968 0.074 26,05 22,77 160 40.0 1228 0,0247 0,00075 0,04076 0,06867 0,1101 0.079 28,70 24,30 170 42.5 1155 0,0263 0,00084 0,04601 0,07752 0,1243 0.083 31,43 25,67 180 45.0 1091 0,0278 0,00095 0,05158 0,08691 0,1394 0.088 34,24 34,24

2.3.2. Floculadores 3 y 4

Los floculadores 3 y 4 son de flujo helicoidal vertical con 6 cámaras cada uno. El

agua entra por la esquina inferior de cada cámara y sale por encima en la esquina

opuesta a la otra cámara a través de orificios rectangulares de 0.3 x 0.4 metros de

forma que se induce un movimiento rotacional del agua que crea un vórtice amplio.

El centro del vórtice mayor esta en constante desplazamiento lo que lleva a la

30

formación de vórtices menores. En la figura A5 del anexo A se muestra la vista

superior y el corte transversal de las unidades

Debido a que estos floculadores tienen dimensiones y formas estructurales casi

iguales, las especificaciones y cálculos que se muestran a continuación se harán

para una de estas dos unidades



Tabla 17: Dimensiones de los Floculadores 3 y 4

a b C d E F G Dimensiones en planos (metros) 1.48 0.30 0.20 4.81 5.10 0.25 9.92

Dimensiones reales (metros) 1.46 0.31 0.19 4.78 5.08 0.23 9.89

• Cálculo del Volumen efectivo aproximado.

Suponiendo que los floculadores 3 y 4 tienen dimensiones completamente similares,

el volumen del tercero es igual al cuarto. El volumen de cada cámara (6 en total) se

calcula suponiendo un área transversal completamente cuadrada de 1.46 metros de

lado y una lámina de agua de 4.06 metros.

Volumen cámaras = 6*(1.46*1.46*4.06) = 51.9257 m3

Volumen total aproximado del Floculador 3 = Floculador 4 = 51.9257 m3

• Cálculo de la pérdida de carga en cada unidad.

La estimación puede hacerse de forma real y por ecuaciones indicadas en la

literatura. En el anexo J se presenta un modelo del cálculo de la pérdida de carga

que tiene el flujo por su paso entre los floculadores y los comentarios

correspondientes.

31

En la tabla 18 a continuación se relacionan los tiempos de retención, pérdidas de

carga y gradientes teóricos y reales para diferentes caudales de operación.

Tabla 18: Valores determinados para diferentes caudales de operación en los

Floculadores 3 y 4 Caudal que

ingresa a la

planta

(litros/s)

Caudal a

cada

floculador

(litros/s)

Tiempo de

retención

(to) en

segundos

Velocidad

promedio

(m/s)

h'

(m)

h”

(m)

htotal

teórica

(m)

htotal

real (m)

Grad.

teórico

(s-1)

Grad.

real

(s-1)

50 12.5 4154 0,0058 0,00505 0,00292 0,008 0.032 4,31 8,64 60 15.0 3461 0,0070 0,00727 0,00421 0,012 0.035 5,67 9,90 70 17.5 2967 0,0082 0,00990 0,00573 0,016 0.038 7,15 11,14 80 20.0 2596 0,0093 0,01294 0,00749 0,020 0.040 8,73 12,22 90 22.5 2307 0,0105 0,01637 0,00948 0,026 0.043 10,42 13,44 100 25.0 2077 0,0117 0,02021 0,01170 0,032 0.045 12,21 14,49 110 27.5 1888 0,0129 0,02446 0,01416 0,039 0.048 14,09 15,70 120 30.0 1730 0,0140 0,02911 0,01686 0,046 0.050 16,05 16,74 130 32.5 1597 0,0152 0,03417 0,01978 0,054 0.055 18,10 18,28 140 35.0 1483 0,0164 0,03963 0,02295 0,063 0.059 20,23 19,64 150 37.5 1384 0,0175 0,04549 0,02634 0,072 0.064 22,43 21,18 160 40.0 1298 0,0187 0,05176 0,02997 0,081 0.069 24,71 22,71 170 42.5 1221 0,0199 0,05843 0,03384 0,092 0.073 27,07 24,08 180 45.0 1153 0,0211 0,06551 0,03793 0,103 0.078 29,49 25,62

2.3.3. Resultados de la prueba con trazadores en los cuatro Floculadores.

El procedimiento seguido en la prueba con trazadores para determinar el tipo de

flujo en cada unidad fue el indicado en el anexo K (método de Wolf Resnick)

En las tablas L1 a L4 y en las gráficas L1 a L4 (Log(1-F(t)) vs t/To) del anexo L se

relacionan los datos obtenidos experimentalmente, los cálculos efectuados y el

análisis de datos necesarios en la determinación del tipo de flujo a través de cada

floculador.

El resumen de los parámetros de operación y los resultados obtenidos se detallan

en la tabla 19

32

Tabla 19: Datos de operación y valores encontrados en la prueba con trazadores

realizada a los cuatro Floculadores. Floculador 1 2 3 4

Caudal de Operación (litros/s) 32.75 29.50 42.66 42.66

Tiempo de retención teórico (To) en minutos 25 27 20 20

Duración de la prueba (minutos) 62 69 51 51

Masa de NaCl adicionada (gramos) 4093 4000 4327 4376

Concentración de Cloruros inicial (mg/litro) 5 5 2.5 5

Ángulo línea recta (grados) 36 40 33 49

Período de retrazo (φ) 0.85 0.93 0.78 0.83

P 0.5873 0.6426 0.5392 0.6883

M 0.4473 0.4472 0.4466 0.2059

Fracción mezclada 0.6048 0.5173 0.3185 0.2585

Fracción a pistón 0.83 0.93 0.78 0.83

Análisis

Grafico de datos

Fracción muerta 0.44 0.44 0.44 0.20

En los cuatro floculadores hasta aquí analizados predomina el flujo pistón (evidencia

del tiempo de retraso, el cálculo de la fracción a pistón y la pendiente de la línea

recta en las gráficas anexas).

En la siguiente gráfica se observa el comportamiento de la concentración de

Cloruros en el agua efluente de la unidad en función del tiempo

33

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0,5 1 1,5 2 2,5

t/To

mg

de C

l/litr

o

Floculador 1 Floculador 2 Floculador 3 Floculador 4

Grafica 3: Concentración de Cloruros a la salida de cada Floculador en función de la

relación t/To

De la anterior gráfica se concluye que el flujo cumple con el tiempo de retención

aproximado calculado y no existen cortos circuitos acentuados en el total del

volumen efectivo, sin embargo, en los floculadores 2, 3 y 4 una vez transcurrido el

tiempo de retención, se observan perturbaciones en el flujo que sale de la unidad.

Para comparar el tipo de floc formado en cada uno de los floculadores, se tomo una

muestra de agua a la salida de cada unidad en un instante dado (la misma agua

coagulada) y se vertió en 4 beakers. Se dejo sedimentar el agua midiendo la

turbiedad residual a una misma altura a diferentes lapsos de tiempo en cada

muestra. En la tabla 20 se relacionan las turbiedades iniciales y residuales a

distintos lapsos de tiempo en el agua efluente de cada floculador.

34

Tabla 20: Turbiedad residual del agua efluente de los floculadores a diferentes

tiempos

Turbiedad inicial

(No) (0 minutos)

Turbiedad residual

(3 minutos)

Turbiedad residual

(9 minutos)

Turbiedad residual

(25 minutos)

Turbiedad residual

(45 minutos)

Agua Efluente

Floculador 1

188 54.0 30.0 24.4 23.5

Agua Efluente

Floculador 2

201 42.0 25.0 23.3 22.8

Agua Efluente

Floculador 3

193 36.0 24.8 22.7 22.6

Agua Efluente

Floculador 4

212 30.0 24.8 23.8 21.6

La eficiencia en la formación de flóculos se puede calcular con la formula:

NoNtEficiencia −= 1

Donde: Nt: Turbiedad residual

No: Turbiedad inicial

En la tabla 21 y gráfica 4 se muestra la eficiencia de los flóculos formado para cada

floculador a distintos lapsos de tiempo (de mayor a menor eficiencia: floculador 4, 3,

2, 1)

Tabla 21: Fracción de turbiedad remanente en el agua efluente de los floculadores

con el tiempo.

Eficiencia (1-Nt/No)

(3 minutos)


(9 minutos)


(25 minutos)


(45 minutos) Agua Efluente Floculador 1

0.7127 0.8404 0.8702 0.8750

Agua Efluente Floculador 2

0.7910 0.8756 0.8840 0.8865

Agua Efluente Floculador 3

0.8445 0.8715 0.8766 0.8880

Agua Efluente

Floculador 4

0.8585 0.8830 0.8877 0.8981

35

Gráfica 4: Comparación de la eficiencia del flóculo formado en los 4 floculadores.

2.3.4. Gradientes y tiempos óptimos de mezcla lenta hallados experimentalmente

(Prueba de Jarras)

En las siguientes graficas se muestran los mejores tiempos y gradientes para los

cuatro valores de turbiedad trabajados en la "Pueba de Jarras". El procedimiento

utilizado y las tablas de resultados se muestran en los anexos F y H.

Para las cuatro pruebas realizadas las mejores turbiedades residuales se dieron

para un tiempo de floculación entre 29 y 35 minutos (siendo 32 minutos el mas

notable) y un gradiente de agitación entre 16 y 25 s. (25 s el mas significativo).

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Tiempo de Sedimentación (minutos)

Efic

ienc

ia d

el F

locu

lo f

orm

ado

Floculador 1 Floculador 2 Floculador 3 Floculador 4

36

Gráfica 5: Turbiedad residual en función del tiempo de floculación para diferentes gradientes

Turbiedad inicial 1 de 14 U.N.T..

Gráfica 6: Turbiedad residual en función del tiempo de floculación para diferentes

gradientes. Turbiedad inicial 2 de 68 U.N.T.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

14 19 24 29 34 39

Tiempo de mezcla lenta (minutos)

Turb

ieda

d re

sidu

al (U

.N.T

.)

G = 7,75 (1/s) G = 16,92 (1/s) G = 25,38 (1/s) G = 35,25 (1/s) G = 42,12 (1/s)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

14 19 24 29 34 39


Tur

bied

ad re

sidu

al (U

.N.T

.)

G = 7,75 (1/s) G = 16,92 (1/s) G = 25,38 (1/s) G = 35,25 (1/s) G = 42,12 (1/s) G = 56,40 (1/s)

37





0

5

10

15

20

25

30

35

40

14 19 24 29 34 39


Turb

ieda

d re

sidu

al (U

.N.T

.)

G = 7,75 (1/s) G = 16,92 (1/s) G = 25,38 (1/s) G = 35,25 (1/s)G = 42,12 (1/s) G = 56,40 (1/s)

-1

1

3

5

7

9

11

13

15

14 19 24 29 34 39


Tur

bied

ad re

sidu

al (U

.N.T

.)

G = 7,75 (1/s) G = 16,92 (1/s) G = 25,38 (1/s) G = 35,25 (1/s) G = 42,12 (1/s) G = 56,40 (1/s)

38

2.4. SEDIMENTACIÓN

Los cuatro Sedimentadores de la planta de potabilización son de placas inclinadas

60 grados con respecto al eje horizontal en los cuales el flujo es vertical (el agua

entra en el fondo del tanque y asciende hasta las canaletas o tuberías de salida).

En las figuras A6 y A7 (ver anexo A) se muestra la vista superior y los cortes

transversal y longitudinal de las unidades.

En el Anexo M se muestra una revisión teórica de la sedimentación vertical de alta

rata y los sedimentadores de placas inclinadas. En el análisis de cada sedimentador

se calculará la velocidad crítica a partir de las dimensiones reales y datos de

operación mediante el criterio teórico expuesto en el anexo M.

La eficiencia de la operación de estas unidades debe realizarse a través del tiempo,

ya que los resultados obtenidos en las pruebas efectuadas en distintos períodos

pueden diferir notablemente.

Sin embargo, los registros de turbiedad del agua que entra y sale de las unidades y

los ensayos para relacionar las velocidades de sedimentación con la remoción de

turbiedad son los procedimientos mas utilizados para aproximar la eficiencia de

cada sistema. En el anexo M se muestra el criterio para definir la eficiencia de los

Sedimentadores.

39

2.4.1. Clasificación y eficiencia de los sedimentadores según los registros de

turbiedad.

Analizando los valores diarios (promedios) de la turbiedad del agua cruda que

ingresa a la planta y efluente de los decantadores, se pueden clasificar las unidades

de acuerdo a la siguiente tabla (criterios de la O.M.S. (12)).

Tabla 22: Clasificación de los sedimentadores según la turbiedad del agua

producida

Eficiencia Turbiedad agua sedimentada (U.N.T.)

Excelente < 5 Muy buena 5 – 10

Buena 10 – 15 Regular > 15

En los archivos de la planta faltan los registros de turbiedad de algunos meses, por

lo tanto, la clasificación se realizará con base en los registros del mes de octubre del

año 2003 relacionados en la tabla 23

40

Tabla 23: Valores de turbiedad diaria promedio del agua efluente de cada

sedimentador registrados en Octubre de 2003. Turbiedad U.N.T. Día

Agua curda que ingresa a la planta

Agua Efluente Sedimentador 1




1 18.6 3.19 2.76 1.83 1.95 2 51.4 2.87 1.98 1.87 1.76 3 15.3 2.31 1.82 2.16 1.90 4 8.15 3.48 3.39 2.70 2.66 5 52.0 2.49 2.28 2.32 2.11 6 264 3.27 3.38 3.17 3.62 7 37.4 6.43 6.28 6.04 6.12 8 126 2.91 3.30 2.56 2.68 9 86.9 3.40 3.60 6.10 6.43 10 154 3.49 4.10 3.99 4.02 11 53.7 3.57 3.20 3.77 3.37 12 29.6 2.81 2.78 2.62 2.60 13 28.7 2.43 2.46 2.48 1.97 14 25.2 4.84 2.51 3.24 3.84 15 30.4 2.84 2.56 4.24 4.12 16 281 4.68 4.11 4.56 4.10 17 15.5 1.15 2.44 2.27 2.18 18 10.6 2.41 2.70 2.36 2.54 19 14.6 1.97 1.89 2.15 1.36 20 17.4 5.32 2.55 3.46 3.30 21 50.3 7.20 6.30 3.20 2.56 22 26.8 8.90 12.8 9.32 8.28 23 13.6 3.97 3.85 3.56 3.60 24 11.5 2.38 3.40 3.20 3.46 25 11.8 2.46 2.79 2.93 3.42 26 41.2 2.30 2.45 2.56 2.40 27 308 2.42 3.26 4.32 4.34 28 51.2 3.87 3.66 3.49 3.51 29 284 2.48 4.71 4.36 4.38 30 254 2.93 2.98 2.57 2.53 31 183 2.09 2.21 2.07 2.01

A continuación se analizan las frecuencias de turbiedad del agua efluente de cada

sedimentador.

41

Tabla 24: Análisis de frecuencias a los valores de turbiedad registrados en Octubre

de 2003.

Rango de turbiedad 0 - 5 5 - 10 10 - 15

Parcial 27 4 0 Acumulada 27 31 31

Sedimentador 1

Porcentaje 87.10 100.00 100.00 Parcial 28 2 1

Acumulada 28 30 31

Sedimentador 2 Porcentaje 90.32 96.77 100.00

Parcial 28 3 0 Acumulada 28 31 31

Sedimentador 3

Porcentaje 90.32 100.00 100.00 Parcial 28 3 0

Acumulada 28 31 0

Frecuencias

Sedimentador 4

Porcentaje 90.32 100.00 100.00

Según la clasificación establecida por la O.M.S (12) la eficiencia en la operación de

cada sedimentador se relaciona a continuación.

Tabla 25: Clasificación de cada Sedimentador de acuerdo al análisis de frecuencias.

Eficiencia Excelente Muy Buena Buena

Sedimentador 1 87.10 % del tiempo 100 % del tiempo 100 % del tiempo Sedimentador 2 90.32% del tiempo 96.77% del tiempo 100% del tiempo Sedimentador 3 90.32% del tiempo 100% del tiempo 100% del tiempo Sedimentador 4 90.32% del tiempo 100% del tiempo 100% del tiempo

42

2.4.2. Cálculo del volumen de los sedimentadores

2.4.2.1. Sedimentadores 1 y 2



Tabla 26: Dimensiones de los sedimentadores 1 y 2

a B c d E f G h I J K l m N o p

Dimensiones en

planos (metros)

4.35 2.25 9.85 0.25 0.25 0.50 0.15 0.10 0.35 1.65 4.80 1.05 8.30 5.98 2.12 0.20

Dimensiones

reales (metros)

4.31 2.23 9.82 0.24 0.23 0.48 0.15 0.10 0.33 1.62 4.8 1.00 8.32 5.95 2.08 0.20

Suponiendo que los Sedimentadores 1 y 2 tienen dimensiones completamente

similares, el volumen del primero es igual al segundo.

El volumen total de la unidad se puede fragmentar en 2 zonas utilizando cortes

geométricos: cámara de entrada o aquietamiento y zona de sedimentación. En el

cálculo no se tiene en cuenta la zona de lodos.

§ Cámara de entrada.

Volumen = (1.52*2.80 + 2.12*1.0 + 0.6*1.0/2)*4.8 = 32.04 m3

§ Zona de sedimentación

Volumen = 0.4*4.5*6.4 + (5.93*1.0 + 0.6*1.0/2)*4.8 + (0.6*4.8 +

0.4*3.8)*5.93

= 67.516 m3

Volumen total Sedimentador 1 = Sedimentador 2 = 99.556 m3

43

2.4.2.2. Sedimentadores 3 y 4



Tabla 27: Dimensiones Sedimentadores 3 y 4 A b c d E f G h I j k l m n o p q r

Dimensiones

en planos

(metros)

5.10 2.28 9.92 0.30 0.25 0.90 0.10 0.40 0.40 0.10 1.20 3.80 5.80 1.45 1.00 2.80 0.20 5.70

Dimensiones

reales

(metros)

5.12 2.26 9.87 0.30 0.24 0.90 0.11 0.42 0.42 0.10 1.21 3.81 5.67 1.47 1.02 2.78 0.21 5.75

Suponiendo que los Sedimentadores 3 y 4 tienen dimensiones completamente

similares, el volumen del tercero es igual al cuarto.

El volumen total de la unidad se puede fragmentar en 2 zonas utilizando cortes

geométricos: cámara de entrada o aquietamiento y zona de sedimentación. En el

cálculo no se tiene en cuenta la zona de lodos.

§ Cámara de entrada

Volumen = (0.65*2.8 + 1.2*2.4 - 0.6*1.0/2)*4.8 = 21.12 m3

§ Zona de sedimentación

Volumen = (4.8 - 0.3)*1.6*6.3 + (5.8*1.0 + 0.6*1.0/2)*4.8 + (0.3*4.8 +

3.7*0.5)*5.8

= 77.002 m3

Volumen total Sedimentador 3 = Sedimentador 4 = 98.122 m3

44

2.4.3. Eficiencia según las velocidades de sedimentación en relación con la

remoción de turbiedad

En el anexo N se presenta el procedimiento utilizado y los resultados

experimentales obtenidos en la determinación de la eficiencia de la sedimentación

de acuerdo a criterios tomados del libro de Jorge Arboleda (2).

En la tabla 28 se registran los datos experimentales y la remociones calculadas en

el agua afluente a cada sedimentador.

Tabla 28: Datos experimentales y remociones calculadas en la prueba para

determinar la eficiencia de los sedimentadores.

Agua efluente Turbiedad de

entrada (No)

en U.N.T.

Turbiedad de

salida (Nt) en

U.N.T.

Fracción

remanente

(Nt/No)

Remoción

total (R)

Floculador 1 620 4.9 0.0083 0.9973

Floculador 1 320 9.2 0.0289 0.9955

Floculador 1 270 22.5 0.0833 0.9895

Floculador 1 245 26.5 0.1081 0.9960

Como se aprecia en la tabla anterior, todos los sedimentadores tienen remociones

mayores al 98% en su operación normal.

Cabe anotar que las pruebas de la eficiencia de cada sedimentación se realizaron

con diferentes datos de turbiedad de agua efluente de los floculadores, por lo

anterior, la turbiedad residual es mayor en unos registros mas que en otros.

45

2.4.4. Determinación de la velocidad crítica de sedimentación teórica de diseño en

cada Sedimentador.

En el anexo M se presentan las ecuaciones y el modelo teórico para el cálculo de

las velocidades críticas en cada sedimentador, las cuales dependen de las

dimensiones de las placas y el área superficial efectiva.

Las dimensiones de las placas presentes en todos los sedimentadores son: 2.44 m

de largo, 1.22 m de ancho y 0.008 m de espesor.

En las tablas 29 a 32 se relacionan la velocidad del flujo (vo) y la velocidad crítica de

sedimentación teórica (vsc) para diferentes caudales de operación en cada

sedimentador.


diferentes caudales.

Caudal de agua que ingresa a la planta (litros/s)

Velocidad de Flujo (vo) en m/s

Velocidad crítica de sedimentación teórica (vsc) en

cm/s 60 0,0008 0,0122 70 0,0009 0,0142 80 0,0011 0,0164 90 0,0012 0,0183 100 0,0014 0,0203 110 0,0015 0,0223 120 0,0016 0,0244 130 0,0018 0,0264 140 0,0019 0,0284 150 0,0021 0,0305 160 0,0022 0,0324 170 0,0024 0,0345 180 0,0025 0,0366

46





Velocidad crítica (vsc) en cm/s

60 0,0008 0,0122 70 0,0010 0,0142 80 0,0011 0,0163 90 0,0013 0,0183 100 0,0014 0,0203 110 0,0016 0,0223 120 0,0017 0,0244 130 0,0018 0,0264 140 0,0020 0,0284 150 0,0021 0,0305 160 0,0023 0,0325 170 0,0024 0,0345 180 0,0025 0,0366





Velocidad critica (vsc) en cm/s

60 0,0009 0,0097 70 0,0010 0,0113 80 0,0012 0,0129 90 0,0013 0,0145 100 0,0015 0,0162 110 0,0016 0,0178 120 0,0017 0,0194 130 0,0019 0,0210 140 0,0020 0,0226 150 0,0022 0,0242 160 0,0023 0,0259 170 0,0025 0,0275 180 0,0026 0,0291

47





Velocidad critica (vsc) en cm/s

60 0,0009 0,0098 70 0,0010 0,0115 80 0,0012 0,0131 90 0,0013 0,0147 100 0,0015 0,0164 110 0,0016 0,0180 120 0,0018 0,0197 130 0,0019 0,0213 140 0,0021 0,0229 150 0,0022 0,0246 160 0,0024 0,0262 170 0,0025 0,0278 180 0,0027 0,0295

2.4.5. Resultados de la prueba con trazadores en los cuatro Sedimentadores.

El procedimiento seguido en la prueba con trazadores para determinar el tipo de

flujo en cada unidad fue el indicado en el anexo K (método de Wolf Resnick) (12).

En las tablas L1 a L4 y en las gráficas L1 a L4 (Log(1-F(t)) vs t/To) del anexo L se

relacionan los datos obtenidos experimentalmente, los cálculos efectuados y el

análisis de datos necesarios en la determinación del tipo de flujo a través de cada

sedimentador.

El resumen de los parámetros de operación y los resultados obtenidos se detallan

en la siguiente tabla.

48

Tabla 33: Datos de operación y valores encontrados en la prueba con trazadores

realizada a los cuatro Sedimentadores Sedimentador 1 2 3 4

Caudal de Operación (litros/s) 30 30 40 30

Tiempo de retención teórico (To) en minutos 55 55 40 54

Duración de la prueba (minutos) 138 138 102 136

Masa de NaCl adicionada (gramos) 8297 5953 9150 9150

Concentración de Cloruros inicial (mg/litro) 5 5 5 5

Ángulo línea recta (grados) 20 19 13 20

Período de retrazo (φ) 0.48 0.46 0.27 0.43

P 0.2870 0.2674 0.1256 0.2650

M 0.1446 0.1960 0.8944 0.0060

Fracción mezclada 0.5585 0.5923 1.2800 0.4584

Fracción a pistón 0.2248 0.4731 0.300 0.43

Fracción muerta 0.1446 0.1960 0.8944 0.0060

Fracción de cortos circuitos

(A partir de la relación entre áreas).

0.68 0.67 0.77 0.62

Análisis

Gráfico de

datos

Fracción de cortos circuitos

(A partir del caudal y el tiempo de

retención).

0.67 0.64 0.79 0.73

En la siguiente gráfica se observa el comportamiento de la concentración de

Cloruros en el agua efluente de la unidad en función del tiempo

49

0

20

40

60

80

100

120

0 0,5 1 1,5 2 2,5

t/To

mg

de C

l/litr

o

Sedimentador 1 Sedimentador 2 Sedimentador 3 Sedimentador 4

Grafica 9 : Concentración de Cloruros a la salida de cada Sedimentador en función

de la relación t/To.

A diferencia de los floculadores, en los sedimentadores predomina el flujo

completamente mezclado en lugar del flujo pistón (análisis de la pendiente de la

línea recta de tendencia en las gráficas 10, 12, 14 y 16, fracciones de flujo

completamente mezclado y pistón).

La presencia de cortos circuitos en las cuatro unidades (los mas afectados son los

sedimentadores 1, 2 y 4) aceleran el flujo que ingresa provocando el aumento de la

velocidad lineal (rompimiento de flóculos) y reduciendo el tiempo de retención.

50

2.5. FILTRACIÓN

En la evaluación de las unidades de filtración se siguieron los criterios establecidos

en el libro "Teoría y Practica de la purificación del agua" de Arboleda (2) y en los

módulos de evaluación de plantas de potabilización de la O.M.S. y el CEPIS (12).

El agua efluente de los sedimentadores en la planta de potabilización se distribuye

en un canal e ingresa a 6 filtros rápidos de lecho mixto compuesto por arena y

antracita.

Cada filtro esta conformado por los siguientes elementos:

- Compuerta de entrada de agua sedimentada.

- Compuerta de salida de agua filtrada.

- Compuerta de secado.

- Compuerta de desagüe.

- Canal de recolección del agua efluente del lavado.

En las figuras A8, A9 y A10 (ver anexo A) se muestra la vista superior y cortes

transversal y longitudinal de las unidades. En la tabla 34 se realiza una comparación

de las dimensiones reales y las indicadas en planos para los diferentes filtros (ver

figuras A8, A9 y A10 del anexo A).

Tabla 34: Dimensiones de los Filtros de la planta de potabilización Filtros A b C D E f G H I j k M N

Dimensiones reales (m) 0.93 2.52 1.94 0.41 0.25 5.15 3.35 3.57 0.50 0.38 0.36 0.23 0.20 1 y 2 Dimensiones planos (m) 0.90 2.50 1.90 0.40 0.25 5.20 3.40 3.65 0.50 0.50 0.25 0.25 0.20 Dimensiones reales (m) 0.93 2.52 1.94 0.41 0.25 5.15 3.35 3.57 0.50 0.38 0.36 0.23 0.20 3 y 4 Dimensiones planos (m) 0.90 2.50 4.25 0.30 0.25 5.60 3.40 3.60 0.50 0.50 0.25 0.30 0.25 Dimensiones reales (m) 0.94 2.48 4.23 0.29 0.25 5.54 3.41 3.64 0.50 0.43 0.35 0.28 0.25 5 y 6 Dimensiones planos (m) 0.90 2.50 4.25 0.30 0.25 5.60 3.40 3.60 0.50 0.50 0.25 0.30 0.25

51

Tabla 35: Áreas superficiales reales de cada filtro Filtro 1 2 3 4 5 6

Área superficial (m2) 9.5 9.5 10.5 10.5 10.5 10.5 Debido a que las tuberías que transportan el agua que ingresa y sale de cada filtro

no cuentan con medidores piezométricos que indiquen la pérdida de carga, y a que

el mejor indicador de la eficiencia de estas unidades es la turbiedad del agua

producida, en la presente evaluación no se tuvieron en cuenta las pérdidas de carga

que sufre el flujo por su paso a través de cada lecho filtrante.

En estos filtros, la velocidad de filtración depende del estado de colmatación

individual de cada lecho filtrante, por lo cual, el flujo en cada unidad decrece con el

tiempo y el nivel de agua sobre cada lecho sufre leves fluctuaciones (se consideran

de rata declinante constante).

Los filtros mas sucios le transfieren a los mas limpios la carga hidráulica que estos

no están en capacidad de tratar, manteniendo un balance entre el caudal total

afluente y efluente.

Durante la operación de las unidades se puede observar que el nivel de agua sobre

el lecho filtrante es encuentra entre 1.40 y 1.80 metros, lo que concuerda con los

criterios planteados por la O.M.S (12).

2.5.1. Duración del lavado El lavado de los filtros se efectúa con un caudal menor o igual al de operación de la

planta, lo cual es insuficiente, ya que esta practica debe realizarse con el máximo

caudal posible para asegurar la fluidificación de las partículas del lecho.

52

El tiempo óptimo que debe durar el lavado se determina graficando en papel

semilogarítmico la turbiedad del agua efluente (desagüe) en función del tiempo de

lavado. Cuando la gráfica se comporte asintóticamente con respecto al eje vertical,

el punto donde se inicia la recta es el tiempo óptimo.

En la tabla 36 y en la gráfica 10 (mostradas a continuación) se relacionan los

valores de la turbiedad del agua efluente en cada tiempo durante el lavado de cada

filtro.

Tabla 36: Turbiedad del agua de lavado a diferentes tiempos en cada filtro

Turbiedades agua efluente del lavado (U.N.T.) Tiempo (minutos) Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4 Filtro 5 Filtro 6

1 444.0 430.0 545.0 455.0 545.0 670.0 2 435.0 175.0 241.0 396.0 283.0 373.0 3 125.0 90.1 113.0 263.0 198.0 133.0 4 46.5 43.5 72.8 210.0 70.5 50.8 5 20.5 19.5 63.8 205.0 51.5 20.2 6 14.2 7.4 54.5 67.3 29.3 17.6 7 12.4 6.5 22.1 28.2 18.1 10.2 9 11.5 6.1 29.3 13.3 15.3 9.1 11 9.7 5.9 16.2 11.3 14.0 8.2 13 8.5 6.1 12.8 10.2 13.5 8.2 15 8.2 5.9 12.5 10.4 13.2 8.5

53

Gráfica 10: Logaritmo de la turbiedad del agua efluente del lavado de cada filtro en

función del tiempo.

2.5.2. Desplazamiento de la grava El objetivo fue determinar los movimientos que pueden presentarse en la capa de

grava haciendo un sondeo del levantamiento topográfico de la forma como esta

colocada en el filtro. Estos movimientos pueden ser causados por deficiencias en el

sistema de drenaje, abertura rápida de válvulas o entrada de aire al lecho (2).

La diferencia de nivel entre la menor y mayor cota debe ser inferior a 5 cm, cuando

esta es mayor a 10 cm, se requiere reacomodar todo el lecho filtrante (criterio

establecido por la O.M.S.(12)).

El procedimiento utilizado, los valores registrados y los comentarios se muestra en

el anexo O.

0

1

2

3

4

5

6

7

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Tiempo de lavado (minutos)

Loga

ritm

o de

la T

urbi

edad

Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4 Filtro 5 Filtro 6

54

2.5.3. Espesor de los lechos de arena y antracita En la tabla 37 a continuación se relacionan los espesores de cada lecho para los

diferentes filtros, así.

Tabla 37: Espesor de los lechos de arena y antracita en cada filtro.

Filtro 1 2 3 4 5 6 Espesor lecho arena (metros) 0.36 0.38 0.30 0.33 0.39 0.20

Espesor lecho antracita (metros) 0.38 0.34 0.45 0.47 0.43 0.44 Lecho total 0.74 0.72 0.75 0.80 0.82 0.64

De acuerdo a criterios establecidos por la O.M.S. (12), el lecho de arena debe tener

un espesor comprendido entre 0.2 a 0.4 metros y el lecho de antracita de espesor

entre 0.3 a 0.55 m (aproximadamente este último debe comprender el 60% del lecho

filtrante total). Por lo anterior en la tabla a continuación se relacionan los porcentajes

de cada material respecto al total del lecho filtrante en cada filtro.

Tabla 38: Porcentaje de arena y antracita del total de lecho filtrante en cada unidad

Filtro 1 2 3 4 5 6 Porcentaje lecho de arena 48.65 52.77 40.00 41.25 47.56 31.25 Porcentaje lecho antracita 51.35 47.22 60.00 58.75 52.44 68.75

A medida que se aumenta la proporción de antracita y disminuye la de arena la

pérdida de carga decrece proporcionalmente por la mayor porosidad de la antracita,

pero es antieconómico hacer el lecho de antracita mayor al 60% del lecho total.

2.5.4. Granulometría del lecho filtrante

Es importante conocer la distribución de diámetros que tienen las partículas de

antracita y arena presentes en el lecho filtrante. En el anexo O se muestra el

procedimiento seguido en la prueba, las tablas y gráficas que relacionan los

porcentajes de masa acumulada que pasa por cada tamiz en función del diámetro

promedio de las partículas.

55

A continuación se presentan los coeficientes de uniformidad calculados a cada

muestra de material del lecho en los filtros, así

Tabla 39: Coeficiente de uniformidad de cada muestra de lecho

Filtro Material Diámetro promedio

(60 %) en mm Diámetro promedio

(10 %) en mm Coeficiente de

uniformidad (Cu)

Antracita 2.15 1.62 1.33 1 Arena 0.93 0.60 1.55

Antracita 1.30 0.87 1.49 2 Arena 0.79 0.62 1.27

Antracita 1.77 1.28 1.38 3 Arena 0.96 0.65 1.48

Antracita 2.39 1.79 1.34 4 Arena 1.03 0.66 1.56

Antracita 2.15 1.42 1.51 5 Arena 0.92 0.63 1.46

Antracita 1.80 1.23 1.46 6 Arena 1.13 0.78 1.45

Según criterios indicados en el libro de Arboleda (2) y por la O.M.S. (12), las

partículas de arena deben tener diámetros entre 0.45 y 0.60 mm y las partículas de

antracita diámetros entre 0.9 a 1.4 mm.

Aunque el coeficiente de uniformidad de la arena se encuentra casi siempre entre

1.5 y 1.7 este debe ser preferiblemente menor de 1.1

Por lo anterior, las partículas de arena con diámetros menores a 0.45 mm deben

removerse con un fuerte lavado del lecho para expulsarlas, ya que acortan las

carreras de filtración sin producir una mejor calidad del agua.

Las partículas de antracita con diámetros mayores a 1.7 mm no son convenientes

porque reducen la calidad del agua filtrada y elevan el coeficiente de uniformidad.

56

2.5.5. Bolas de lodo

El objetivo es medir la cantidad de bolas de lodos en el medio filtrante debidas a un

lavado deficiente.

El procedimiento se muestra en el anexo O y en la siguiente tabla se relacionan los

valores obtenidos y calculados.

Tabla 40: Porcentaje de lodos en el lecho de cada filtro Filtro Material Vol. Material

+ lodos (ml) Vol. Material

(ml) Diferencia de

volúmenes (ml) Porcentaje de lodos

Antracita 610 595 15 2.46 1 Arena 175 165 10 5.46

Antracita 360 320 40 11.11 2 Arena 130 125 5 3.85

Antracita 275 240 35 12.73 3 Arena 235 195 40 17.02

Antracita 320 300 20 6.25 4 Arena 125 113 12 9.26

Antracita 300 275 25 8.33 5 Arena 135 120 15 11.11

Antracita 480 400 80 16.67 6 Arena 280 250 30 10.71

Tabla 41: Clasificación dada por la O.M.S. (12) para el medio filtrante de los filtros

según el porcentaje de bolas de lodo.

Porcentaje (en volumen) de bolas de lodos

Condiciones del medio filtrante

0 - 0.1 Excelente 0.1 - 0.2 Muy bueno 0.2 - 0.5 Bueno 0.5 - 1.0 Regular 1.0 - 2.5 De regular a mal 2.5 - 5.0 Mal

7.5 Muy malo

57

Tabla 42: Clasificación del lecho de cada filtro de acuerdo a la tabla anterior.

Filtro Material Condiciones del lecho

Antracita Regular 1 Arena Mal

Antracita Muy malo 2 Arena Mal

Antracita Muy malo 3 Arena Muy malo

Antracita Mal 4 Arena Muy malo



2.5.6. Determinación del peso especifico

El procedimiento utilizado se detalla en el anexo O y a continuación se registran los

valores determinados para cada material

Tabla 43: Pesos específicos de cada material en los seis filtros.

Filtro Material Masa (g.) Volumen (ml) Peso Especifico (g./ml)

Antracita 19.67 14.5 1.356 1 Arena 22.60 8.7 2.598

Antracita 18.73 13.5 1.387 2 Arena 29.00 11.0 2.636

Antracita 17.48 13.0 1.345 3 Arena 22.57 8.5 2.655

Antracita 20.53 15.0 1.369 4 Arena 25.44 10.0 2.544

Antracita 21.25 15.5 1.371 5 Arena 24.30 9.5 2.558

Antracita 20.03 14.6 1.372 6 Arena 20.72 7.8 2.657

De acuerdo a lo establecido por la O.M.S. (12) y Arboleda (2) en su libro, el peso

específico de la antracita debe estar entre 1.40 y 1.55; y el de la arena entre 2..6 y

2.65

58

Si los granos de arena y antracita presentes en el lecho tienen la misma velocidad

de sedimentación, estos no pueden mezclarse sino que forman dos capas

claramente distinguibles (se estratifican). Lo anterior es válido para velocidades

bajas de lavado.

La siguiente ecuación para régimen laminar tomada de (2) se aplica para dos clases

de partículas con diferentes densidades y tamaños, pero igual velocidad de

sedimentación (masas iguales en el agua).

3/1

2

1

1

2

−

−=

agua

agua

dd

ρρ

ρρ

donde: d2: Diámetro de la partícula de menor densidad.

d1: Diámetro de la partícula de mayor densidad.

ρ2: Densidad de la partícula de mayor diámetro.

ρ1: Densidad de la partícula de menor diámetro.

ρagua: Densidad del agua.

Cuando la relación expresada en la ecuación anterior es igual a 1 no habrá

posibilidad alguna de mezcla entre granos de diferente densidad lo cual se

considera como desventaja, por el contrario entre mas grande sea la relación hay

mas posibilidad de que los granos pequeños penetren en los grandes y se mezclen

completamente sin importar la diferencia de densidades

En la tabla 44 a continuación se registran las relaciones de diámetros entre las

partículas de arena y antracita optimas según los pesos específicos hallados para el

material de cada filtro, así.

Tabla 44: Relaciones de diámetros óptimas entre la arena y la antracita

Filtro 1 2 3 4 5 6 Relación d2/d1 1.6413 1.6092 1.6777 1.6037 1.6056 1.6372

59

2.5.7. Porosidad

En el anexo O se presenta el procedimiento utilizado en la determinación de la

porosidad de los materiales.

En la tabla 45 a continuación se muestran los resultados registrados y los valores de

porosidad calculados

Tabla 45: Porosidad del material de cada filtro determinada experimentalmente

Filtro

Material Vol. Inicial de agua en la

probeta (ml)

Vo. Del lecho en el agua (ml)

Vol. De agua desplazado

(ml)

Vol. Lecho – Vol. Desplazado (ml)

Porosidad

Antracita 50 28.0 13.4 14.6 0.52 1 Arena 50 20.0 10.2 9.8 0.49

Antracita 50 26.0 13.5 12.5 0.48 2 Arena 50 21.0 11.0 10.0 0.48

Antracita 50 29.0 13.0 16.0 0.55 3 Arena 50 16.5 8.5 8.0 0.48

Antracita 50 30.0 15.0 15.0 0.50 4 Arena 50 19.0 10.0 9.0 0.47

Antracita 50 31.0 15.5 15.5 0.50 5 Arena 50 19.0 9.5 9.5 0.50

Antracita 50 28.0 14.0 14.0 0.50 6 Arena 50 17.0 8.8 8.2 0.48

La porosidad de la antracita debe variar entre 56 y 60 %. En la tabla a continuación se relacionan la aproximación de la rata de filtración (de

acuerdo a el área superficial y la porosidad de la antracita) en cada filtro para

diferentes caudales de operación, suponiendo que el caudal total que ingresa a la

planta se divide en 6.

60

Tabla 46: Velocidad de filtración para diferentes caudales en cada filtro

Caudal (litros/s) Rata de Filtración (m3/m2*d) Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4 Filtro 5 Filtro 6

70 204 221 175 192 192 192 80 233 253 199 219 219 219 90 262 284 224 247 247 247 100 291 316 249 274 274 274 110 321 347 274 302 302 302 120 350 379 299 329 329 329 130 379 411 324 357 357 357 140 408 442 349 384 384 384 150 437 474 374 411 411 411 160 466 505 399 439 439 439 170 496 537 424 466 466 466 180 525 568 449 494 494 494

La carga superficial no debe ser menor a 240 m/día según lo recomendado en la

literatura (libro de Jorge Arboleda (2)).

2.5.8. Eficiencia de los filtros según los registros de turbiedad del agua afluente y

efluente en cada unidad

En esta determinación, se toman los registros de turbiedad del mes de octubre de

2003 los cuales se muestran a continuación.

61

Tabla 47: Valores de turbiedad promedio diaria que entra y sale de cada filtro

durante Octubre de 2003.

Turbiedad del agua (U.N.T.) Día Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4 Filtro 5 Filtro 6

Aflu. Eflu. Aflu. Eflu. Aflu. Eflu. Aflu. Eflu. Aflu. Eflu. Aflu. Eflu.

1 3.19 0.83 3.19 0.58 2.76 2.17 2.76 0.75 1.83 0.64 1.95 0.54 2 2.87 0.61 2.87 0.32 1.98 1.56 1.98 0.65 1.87 0.68 1.76 0.66 3 2.31 0.60 2.31 0.82 1.82 1.17 1.82 0.48 2.16 0.61 1.90 0.52 4 3.48 0.84 3.48 0.75 3.39 3.40 3.39 0.71 2.70 0.57 2.66 0.84 5 2.49 1.41 2.49 0.39 2.28 0.49 2.28 0.25 2.32 0.72 2.11 0.38 6 3.27 1.27 3.27 1.24 3.38 1.44 3.38 0.81 3.17 0.83 3.62 0.46 7 6.43 1.03 6.43 0.70 6.28 1.68 6.28 0.74 6.04 0.87 6.12 1.14 8 2.91 0.63 2.91 0.67 3.30 1.83 3.30 0.46 2.56 0.56 2.68 0.42 9 3.40 1.02 3.40 0.45 3.60 3.10 3.60 0.50 6.10 0.53 6.43 0.92 10 3.49 0.72 3.49 0.41 4.10 2.30 4.10 0.75 3.99 0.86 4.02 0.93 11 3.57 0.90 3.57 0.42 3.20 1.25 3.20 0.70 3.77 0.45 3.37 0.40 12 2.81 0.82 2.81 0.45 2.78 0.89 2.78 0.62 2.62 0.69 2.60 0.97 13 2.43 0.44 2.43 0.26 2.46 1.59 2.46 0.42 2.48 0.23 1.97 0.40 14 4.84 0.70 4.84 0.60 2.51 1.70 2.51 0.93 3.24 0.54 3.84 0.56 15 2.84 0.94 2.84 0.70 2.56 2.20 2.56 0.75 4.24 0.56 4.12 0.82 16 4.68 0.91 4.68 0.56 4.11 2.30 4.11 2.67 4.56 0.45 4.10 0.27 17 1.15 0.66 1.15 0.58 2.44 2.16 2.44 0.59 2.27 0.71 2.18 1.31 18 2.41 1.22 2.41 1.46 2.70 0.90 2.70 0.87 2.36 0.58 2.54 0.76 19 1.97 0.98 1.97 0.87 1.89 1.70 1.89 0.82 2.15 0.79 1.36 0.81 20 5.32 0.92 5.32 0.60 2.55 1.02 2.55 0.50 3.46 0.70 3.30 1.20 21 7.20 1.04 7.20 0.70 6.30 1.70 6.30 0.94 3.20 0.66 2.56 0.80 22 8.90 0.68 8.90 0.84 12.8 2.90 12.8 0.96 9.32 0.86 8.28 0.68 23 3.97 0.99 3.97 0.90 3.85 2.38 3.85 1.15 3.56 1.10 3.60 1.05 24 2.38 0.91 2.38 0.98 3.40 3.28 3.40 1.19 3.20 1.41 3.46 1.07 25 2.46 1.84 2.46 1.33 2.79 1.97 2.79 1.49 2.93 2.57 3.42 1.16 26 2.30 0.94 2.30 0.90 2.45 2.17 2.45 0.96 2.56 0.99 2.40 0.96 27 2.42 0.93 2.42 1.34 3.26 3.86 3.26 1.09 4.32 0.85 4.34 1.27 28 3.87 2.04 3.87 1.46 3.66 3.29 3.66 1.42 3.49 2.08 3.51 0.98 29 2.48 2.12 2.48 0.77 4.71 2.66 4.71 1.13 4.36 1.24 4.38 0.49 30 2.93 1.39 2.93 1.36 2.98 2.41 2.98 1.37 2.57 1.29 2.53 1.36 31 2.09 1.03 2.09 1.12 2.21 2.32 2.21 1.13 2.07 1.04 2.01 1.03

62

Tabla 48: Análisis de las frecuencias de turbiedad en el agua efluente de cada filtro

en Octubre de 2003

Rangos de Turbiedad (U.N.T.) 0 - 0.5 0.5 - 1.0 1.0 - 2.0 2.0 - 3.0 3.0 - 4.0

Parcial 1 19 9 2 - Acumulada 1 20 29 31 -

Filtro

1 Porcentaje 3.22 64.51 93.54 100.00 - Parcial 7 17 7 - -

Acumulada 7 24 31 - - Filtro

2 Porcentaje 22.63 77.42 100.00 - - Parcial 1 2 12 11 5

Acumulada 1 3 15 26 31 Filtro

3 Porcentaje 3.22 9.67 48.38 83.87 100.00 Parcial 4 18 8 1 -

Acumulada 4 22 30 31 - Filtro

4 Porcentaje 12.90 70.96 96.77 100.00 Parcial 3 21 5 2 -

Acumulada 3 24 29 31 - Filtro

5 Porcentaje 7.67 67.74 93.55 100.00 - Parcial 7 16 8 - -

Acumulada 7 23 31 - -

Frecuencias

Filtro

6 Porcentaje 22.53 74.20 100.00 - - Tabla 49:Clasificación de los filtros según la calidad del agua producida respecto al

tiempo (12).

Turbiedad

(U.N.T.) Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4 Filtro 5 Filtro 6

Menor a 0.5 3.22 % del tiempo

22.60% del tiempo

3.22% del tiempo

12.9% del tiempo

7.67% del tiempo

22.58% del tiempo

Menor a 1.0 64.51% del tiempo

77.42% del tiempo

9.67% del tiempo

70.96% del tiempo

67.74% del tiempo

74.20% del tiempo

2.6. DESINFECCIÓN

Los planteamientos teóricos que sustentan las pruebas realizadas, los resultados

mostrados a continuación y los comentarios se presentan en el anexo P.

63

2.6.1. Determinación del punto de quiebre al agua cruda que ingresa a la planta

El 10 de Diciembre de 2003 a las 9:30 A.M. fueron tomadas 10 muestras de agua

cruda que ingresa a la planta (en balones aforados) y a cada una se adicionó una

cantidad dada de cloro (Hipoclorito de Sodio) para conseguir concentraciones

definidas. Transcurrido un tiempo de contacto de 1hora (tiempo aproximado que

tarda el agua en llegar desde la planta al punto mas alejado de la red) y utilizando el

método de la DPD se determinaron los valores de cloro libre, combinado y cloro

residual total que se registran en la tabla a continuación.

Tabla 50: Valores de cloro libre, combinado, residual y demanda de cloro para

diferentes dosis iniciales de Cloro.

Balón Dosis inicial de Cloro aplicada

(mg/litro)

Cloro libre (mg/litro)

Cloro Combinado

(mg/litro)

Cloro Residual total

(mg/litro)

Demanda de cloro (mg/litro)

1 1 0.0 0.3 0.3 0.7 2 2 0.0 0.8 0.8 1.2 3 3 0.0 1.3 1.3 1.7 4 4 0.2 0.6 0.8 3.2 5 5 1.0 0.5 1.5 3.5 6 6 2.0 0.4 2.4 3.6 7 7 2.5 0.2 2.7 4.3 8 8 3.7 0.2 3.9 4.1 9 9 4.4 0.1 4.5 4.5 10 10 5.0 0.1 5.1 4.9

En la gráfica se detalla el punto de quiebre obtenido para el agua cruda que ingresa

a la planta.

64

Gráfica 11: Cloro residual total en función de la dosis aplicada

El punto de quiebre se da en una adición de 4 mg/litro de cloro y una concentración

de cloro residual de 0.8 mg/litro.

Por la forma de la curva y de acuerdo a la figura X1.18 del libro de arboleda (2), el

nitrógeno amoniacal es mayor que el nitrógeno orgánico.

2.6.2. Relación concentración - tiempo

La eficiencia de la desinfección depende de la relación que existe entre el tiempo de

contacto (en la red de distribución) y la dosificación de cloro en la planta, la siguiente

expresión relaciona las anteriores variables.

KtC n =*

Donde C: Concentración del desinfectante (mg/litro).

K: Constante de la desinfección

t: Tiempo de contacto (minutos).

n: coeficiente de disolución (eficiencia bactericida del desinfectante.)

Punto de quiebre

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Cloro Aplicado (mg/litro)

Clo

ro re

sidu

al to

tal (

mg/

litro

)

65

En estudios realizados por algunos investigadores se encontró que n puede tomar el

valor de 0.86 y K depende del compuesto con que se busca clorar (cloro libre ) y los

microorganismos que se quieren eliminar.

El 10 de Diciembre de 2003 a las 2:30 P.M., asumiendo un tiempo de contacto en la

red de distribución de 1 hora (aproximado), pH del agua tratada de 7, temperatura

de 18 ªC cloración con cloro libre y destrucción de organismos coliformes, de la

figura XI.31 del libro de Arboleda (2) se tiene K= 12.5.

La concentración de cloro libre que debe exceder la dosis en el punto de quiebre es: 86.0/1/1

605.12

=

=

n

tK

C litromgC /1614.0=

la concentración de cloro que se debe adicionar como mínimo en el canal de

desinfección es la suma de la dosis adicionada en el punto de quiebre y el exceso

calculado, así:

Dosis de cloro requerida = Dosis en el punto de quiebre + exceso

= 4 mg/litro + 0.1614 = 4.1614 mg/litro (4.2 aprox.)

2.6.3. Cloro residual total y coliformes totales en la red de distribución.

Los valores de cloro residual y coliformes totales determinados en 4 puntos distintos

de la red de distribución de agua potable en el municipio los días 2 y 10 de

Diciembre de 2003 se relacionan en la tabla 53.

66

Tabla 51: Resultados del muestreo realizado en la red de distribución.

Dirección Fecha Hora Barrio Cloro residual (mg/litro)

Coliformes totales

Cra 6 No 15ª -02 Diciembre 2/2003

6:50 pm Altos de Monserrate < 0.1 -24 Horas de incubación

Cra 19 No 6ª-55 Diciembre 2/2003

7:15 pm La Floresta. (punto mas alejado de la red)

< 0.1 >100000 U.F.C.

Cra 4 No 9-03 Diciembre 2/2003

7:40 pm Centro de la ciudad < 0.1 -24 Horas de incubación

Cra 17ª No 6ª-0.1 Diciembre 2/2003

8:00 pm La Pradera < 0.1 >100000 U.F.C

Cra 6 No 15ª -02 Diciembre 10/2003

6:50 pm Altos de Monserrate 0.4 -24 Horas de incubación

Cra 19 No 6ª-55 Diciembre 10/2003

7:15 pm La Floresta. (punto mas alejado de la red)

0.6 -24 Horas de incubación

Cra 4 No 9-03 Diciembre 10/2003

7:40 pm Centro de la ciudad 0.7 -24 Horas de incubación

Cra 17ª No 6ª-0.1 Diciembre 10/2003

8:00 pm La Pradera 0.5 -24 Horas de incubación

2.7. CARACTERIZACION DEL AGUA QUE INGRESA Y SALE DE LA PLANTA

La Caracterización fue realizada en los laboratorios de la Empresa AGUAS DE

MANIZALES el 16 de Junio del 2003.

En la siguiente tabla se registran los valores encontrados en la caracterización de

los principales parámetros fisicoquímicos y organolépticos del agua cruda y tratada

en la planta al inicio de la evaluación.

67

Tabla 52:Caracterización del agua cruda y tratada el 16 de Junio del 2003.

Parámetro Junio 16/2003 Decreto 475 de 1998 para agua potable

Cruda Tratada Hora 10:00 am 10:00 am PH 7.23 7.55 6.5 – 9.0 Color verdadero (U.P.C.) 74 4 < 15 Olor y sabor Acep. Acep. Aceptable Turbiedad (U.N.T.) 69 1.2 < 15 Conductividad (minromhos/cm)

458 123 50 – 1000

Sólidos Totales (mg/l) 1460 125 < 500 Sustancias Flotantes Ausent. Ausent. Ausentes Detergentes (mg/l) 0.0572 0.0521 - Acidez (mg/l de CaCO3) 14.21 10.569 50 Alcalinidad (mg/l de CaCO3) 32.89 23.56 100 Dureza Total (mg/l de CaCO3) 89 57 160 Grasas y/o aceites (mg/l) 1.7 1.5 Cloro residual (mg/l) - 0.489 0.2 – 1.0 Fosfatos (mg/l) 0.352 0.265 0.2 Cloruros (mg/l) 7.69 7.58 250 Nitrógeno Amoniacal (mg/l) 0.326 0.334 Nitritos (mg/l) 0.00742 0.00754 0.1 Nitratos (mg/l) 0.256 0.223 10 Aluminio (mg/l) 0.52 0.41 0.2 Calcio (mg/l) 1.18 1.02 60 Cobre (mg/l) 0.01 0.01 1.0 Hierro (mg/l) 0.25 0.14 0.3 Magnesio (mg/l) 0.36 0.24 36 Manganeso (mg/l) 0.01 0.01 0.1 Mercurio (mg/l) 1.22 0.0008 0.001 Plomo (mg/l) 0.022 0.021 0.01 Zinc (mg/l) 0.08 0.08 5

68

3. EVALUACIÓN ADMINISTRATIVA

Se entiende por sistema el conjunto de elementos ordenados dentro de ciertos

patrones que interactúan para obtener objetivos y propósitos definidos.

La concepción de la planta de tratamiento de agua potable como sistema

administrativo y operacional es clave para la constitución de la misma como

organización y el análisis y formulación de soluciones a los problemas encontrados.

La administración de una planta de tratamiento de agua potable depende de la clase

de organizaciones que la hayan formado y del tamaño de la misma, es importante

que el personal que opera, mantiene y administra la planta sepa a quien puede

hacer llegar sus solicitudes.

La organización administrativa de la empresa AQUAMANA E.S.P. esta definida en

gran parte por el organigrama (que se detalla en la siguiente página) y las funciones

especiales, responsabilidades, requisitos mínimos para el nombramiento y

codificación de cada cargo por niveles jerárquicos según lo establecido en el Manual

de funciones de la empresa desarrollado por la junta directiva de AQUAMANA en

Junio de 1998 por disposiciones de la Ley 443 sancionada a la fecha.

Los cargos establecidos en el organigrama funcional de la empresa coinciden con

los discriminados en el Manual de funciones (7).

En la Tesorería de la empresa se encuentran las hojas de vida de los empleados

posesionados y en la división técnica las de los empleados temporales, en las

cuales se relacionan aspectos como:

• Nombre completo

• Edad.

• Sexo.

• Dirección

GERENCIA- Gerente (1)- Secretaria Ejecutiva (1)- Auxiliar (1)- Auxiliar de Servicios generales (1)

ASESORIAS-Contador (1)- Ingeniero de Sistemas (1)- Jefe de Control interno (1)- Bacteriólogo (1)- Abogado (Auditoria Externa) (1)

DIVISION DE SISTEMASDIVISION FINANCIERA Y

CONTABLE- Auxiliar Administrativo (1)

DIVISIÓN TECNICA Y DEPLANEACION

- Jefe de División técnica (1)

DEPARTAMENTO DE SERVICIOSPÚBLICOS.

- Profesional Universitario (1)

DEPARTAMENTO DE ATENCION AL CLIENTE- Secretaria de atencion al cliente (1)- Auxiliar Administrativo (1)- Operario – lector de contadores (1)

DEPARTAMENTO DE TESORERIA- Tesorero General (1)

SECCIÓN ACUEDUCTO- Jefe grupo Planta de tratamiento (1)- Operario de Planta (6)- Supernumerario de Planta (1)- Fontanero (1)- Auxiliar de Fontanero (1)- Ayudante practico de Fontanero (1)- Supervisor bocatoma (1)

SECCIÓN ALCANTARILLADO-Operario – Obrero (6)- Operario – Oficial (2)- Ayudante practico de cuadrilla (1)

SECCIÓN ASEO-Operario – barrendero (10)- Operario – Recolector de basura (4)- Conductor Volqueta (1)- Conductor Compactador (1)

CAJA- Auxiliar Administrativo (1)

JUNTA DIRECTIVA

ORGANIGRAMA FUNCIONAL AQUAMANA E.S.P.

AÑO 2003

Figura 2: Organigrama Funcional de AQUAMANA E.S.P.

69

• Estado civil

• Nivel Educativo.

• Experiencia laboral.

• Referencias personales.

• Otros.

El jefe de servicios públicos es el encargado de programar las jornadas laborales de

los operarios y obreros que trabajan en aseo, acueducto y alcantarillado; y los

turnos de los operarios de la planta son asignados por el jefe de la división técnica.

El personal administrativo que labora en las oficinas trabaja 9 horas diarias (8:00

a.m. a 12:30 m y 2:00 p.m. a 6:30 p.m.) de lunes a viernes.

3.1. Descripción de las instalaciones.

Las oficinas de AQUAMANA E.S.P. están ubicadas en el centro del municipio de

Villamaría (plaza principal) en una estructura de 1 piso ( de aproximadamente 90

m2).

El control de ingresos y salidas del personal que labora tanto en la planta como en

las oficinas y la atención a las solicitudes, inconvenientes y necesidades que se

presenten son responsabilidades del jefe inmediato del empleado.

El sulfato de aluminio tipo B es transportado desde el punto de compra hasta la

planta de potabilización por una volqueta de propiedad de AQUAMANA E.S.P. En la

planta, el coagulante es almacenado en un cuarto dispuesto para tal fin.

3.2. Higiene de trabajo

En las oficinas administrativas de la empresa en Villamaría el aseo de las

instalaciones es realizado por una auxiliar de servicios generales y en la planta de

tratamiento los operarios se encargan de mantener limpias las zonas verdes y las

instalaciones

70

4. ANALISIS DE VULNERABILIDAD

El análisis de vulnerabilidad realizado tuvo en cuenta la metodología planteada en

los módulos de evaluación, operación y mantenimiento de plantas de tratamiento de

agua para el consumo humano (12) y las Guías para la Elaboración del Análisis de

Vulnerabilidad de Sistemas de Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado

Sanitario elaboradas por la Organización Mundial de la Salud (O.M.S.)

En el anexo Q se presenta el análisis de vulnerabilidad realizado a la planta de

potabilización del Municipio de Villamaría.

71

5. CONCLUSIONES

5.1. MICROCUENCAS

Si bien es cierto que los cultivos forestales protegen las cuencas y disminuyen la

probabilidad de ocurrencia de procesos erosivos, además regulan el caudal de las

aguas, el método utilizado para cosechar la madera (Método intensivo), esta

ocasionando impactos negativos en las fuentes, como son: aceleración de la erosión

superficial, desprotección de la cuenca y posible contaminación por agroquímicos y

pesticidas que son arrastrado por las aguas de escorrentía a la fuente.

Esta actividad deberá ser controlada, llegando a acuerdos formales con los dueños

de los cultivos y con las entidades encargadas del control y vigilancia como

CORPOCALDAS.

5.2. BOCATOMA SISTEMA LA ALBANIA

• Esta estructura esta captando un caudal mayor al permitido por Corpocaldas

como se indica en la concesión de aguas (30 litros/s).

• Se esta captando la mayor parte del caudal de la quebrada en este punto y por

ello el impacto en la quebrada aguas abajo es notable.

5.3. BOCATOMA SISTEMA CHUPADEROS

• Presenta deficiencias estructurales por falta de mantenimiento (mal estado de

las rejillas retenedoras), sin embrago, su ubicación es la adecuada para la

captación del caudal de agua que se permite captar de acuerdo a la concesión

de aguas (180 litros/s).

72

• La ruta de acceso hasta este punto es muy peligrosa y por lo tanto las personas

encargadas del mantenimiento (Bocatomeros) tienen alto riesgo de accidentes.

• La lado superior de la rejilla retenedora de sólidos esta a nivel de la superficie

del agua de la quebrada, por ello cuando aumenta el caudal del afluente se

reduce la eficiencia en la retención.

5.4. DESARENADOR QUEBRADA LA ALBANIA

• Las dimensiones de largo y profundidad de la zona de sedimentación indicadas

en el plano del desarenador difieren notablemente con respecto a las

dimensiones reales (diferencias: largo 1.95 m; profundidad 0.28 m).

• Cuando el caudal captado de la quebrada es mayor a 94 litros/s. la velocidad del

agua a la entrada de la zona de sedimentación supera los 0.2 m/s (cálculo a

partir de los orificios de la pantalla deflectora) lo que altera la normal

decantación de las partículas.

• En la zona de sedimentación pueden existir corrientes cruzadas, puntos muertos

(En los vértices del área superficial) o cortos circuitos debido a que la relación

largo / ancho es de 2.62 (se recomiendan relaciones mayores a 4).

• Para caudales de operación de la unidad comprendidos entre 30 y 90 litros/s. los

diámetros de partículas removidas están entre 0.0012 y 0.0040 cm que

corresponden a arenas finas (partículas discretas).

• El volumen de la zona de lodos es aproximadamente inferior al 17 % del

volumen total de la zona de sedimentación. Lo recomendado en la literatura es

que el volumen sea aproximadamente del 20 %, por lo cual el volumen de la

zona de lodos es insuficiente.

73

5.5. DESARENADOR QUEBRADA CHUPADEROS

• Cuando el caudal de agua captado supera los 38.8 litros/s., la velocidad de

entrada a la zona de sedimentación sobrepasa el límite recomendado para la

correcta sedimentación de las partículas.

• La relación largo / ancho en la zona de sedimentación es de 3.98 la cual puede

aproximarse a la mínima recomendada en la literatura de 4. Por lo anterior se

concluye que la probabilidad de que existan en la zona corrientes cruzadas,

puntos muertos (En los vértices del área superficial) o cortos circuitos es mínima.

• Para caudales de operación de la unidad comprendidos entre 50 y 150 litros/s.

los diámetros de partículas removidas están entre 0.0043 y 0.0077 cm que

corresponden a arenas finas (partículas discretas).

• El volumen de la zona de lodos es aproximadamente el 15 % del volumen total

de la zona de sedimentación. Lo recomendado en la literatura es que el volumen

sea aproximadamente del 20 %, por lo cual el volumen de la zona de lodos es

insuficiente.

5.6. COAGULACIÓN

5.6.1. Dosificación de Coagulante

• La planta cuenta permanentemente con buena reserva de Sulfato de Aluminio

tipo B (coagulante) y por ello la probabilidad de que este se agote es baja.

• De los dos dosificadores existentes en la planta solo uno opera continuamente

en condiciones de eficiencia relativa debido a que no se consiguen tiempos

adecuados de disolución de coagulante en la cámara que tiene esta función.

(tiempo recomendado mínimo 3 minutos) según el criterio establecido por la

O.P.S. en los módulos de evaluación enunciados en este documento, lo que

74

indica que la mayor parte del Sulfato de Aluminio dosificado no alcanza la

disolución en el caudal afluente.

• El punto donde ocurre la mezcla del coagulante sólido y el agua afluente a la

cámara de disolución no es adecuado para conseguir buena disolución debido a

que la turbulencia provocada por la velocidad del agua no coincide con el punto

de aplicación del sólido.

• La compuerta que regula el paso de coagulante sólido no tiene escala

indicadora y tampoco opera en las condiciones necesarias. los operarios

calculan la dosificación por unidad de tiempo midiendo la masa de una descarga

y contando el numero de descargas por minuto.

• En los dosificadores no hay graficas que relacionen la dosificación por unidad de

tiempo y la concentración de la solución efluente respecto a la apertura del

regulador.

• En el momento de determinar el volumen de la cámara de disolución fueron

removidos sedimentos que alcanzaban del 40% al 50% del volumen total de la

unidad.

• Por el estado físico de los dosificadores en la actualidad, se recomienda realizar

un mantenimiento que incluya la parte mecánica de la unidad.

5.6.2. Canaleta Parshall.

• El punto de adición de coagulante es aceptable según criterio reportado en la

bibliografía (Arboleda).

• A excepción de la longitud de la garganta (longitud teórica es el doble de la real

aprox.) la mayoría de dimensiones y pendientes de la canaleta de la planta de

75

potabilización guardan concordancia con las establecidas en la literatura (ver

arboleda).

• La canaleta trabaja ahogada (relación hb/ha superior a 0.6) si el caudal de agua

cruda que ingresa a la planta es mayor a 140 litros/s.

• La relación ha/W esta fuera de los valores de 0.4 a 0.8 para todos los caudales

medidos lo cual indica que la turbulencia del resalto no penetra en la zona mas

profunda de la lÁmina de agua dejando esta con un mínimo de agitación (según

experiencias de laboratorio reportadas en la literatura). Reduciendo (ha) el

espesor de la capa de agua sin turbulencia disminuye.

• Para caudales inferiores a 80 litros/s. el número de Froude es mayor a 2.5 lo que

indica que el resalto es inestable (cambia de posición) complicando la adición de

coagulante.

5.6.3. Parámetros óptimos de Coagulación (“Prueba de jarras”)

• La dosis óptima encontrada en cada ensayo se incrementaba con la turbiedad

del agua tratada (entre 19 y 102 mg/litro de Sulfato de Aluminio).

• La concentración óptima de coagulante en cada una de los cuatro valores de

turbiedad analizados oscilo entre el 1 y el 3 %.

• El pH óptimo determinado en los ensayos osciló entre 7.5 y 8.5 (pH mayores a

los del agua cruda que ingresa a la planta).

5.7. FLOCULACIÓN

• La velocidad promedio de flujo de agua a través de las cámaras de los cuatro

floculadores de la planta es mucho menor a la recomendada en la literatura y

por ello se acumulan lodos en el fondo de las mismas.

76

• La máxima eficiencia respecto a la formación de flóculos es la del floculador 4 y

en su orden le siguen los floculadores 3, 2 y 1

5.7.1. Pruebas con trazadores para determinar las características de flujo.

• En los cuatro floculadores predomina el flujo pistón y el flujo cumple con el

tiempo de retención aproximado calculado. No existen cortos circuitos

acentuados en el total del volumen efectivo, sin embargo, en los floculadores 2,

3 y 4 una vez transcurrido el tiempo de retención, se observan perturbaciones en

el flujo que sale de la unidad.

5.7.2. Gradientes y tiempos óptimos de mezcla lenta (Prueba de Jarras)

• Los tiempos óptimos de mezcla lenta encontrado oscilan entre los 29 y 37

minutos que se consiguen en los floculadores con caudales de agua cruda que

ingresa a la planta entre 90 y 114 litros/s.

• Los gradientes óptimos de mezcla lenta encontrados en las pruebas de jarras

están entre 16 y 25 s-1 (25 s-1 es el mas significativo) correspondientes a

caudales entre 105 y 165 litros/s (caudal óptimo 165 litros/s).

5.8. SEDIMENTACIÓN

• La eficiencia de las unidades de sedimentación se determinó con base en el

análisis estadístico realizado a las turbiedades de agua sedimentada, de

acuerdo al agua que se produce y al agua cruda, por lo tanto los cuatro

sedimentadores se consideran excelentes en su función el 90% del tiempo y

de funcionamiento muy bueno el 100% del tiempo.

• Al realizar el análisis de las dimensiones de las unidades y determinar los

tiempos de retención, las velocidades de flujo y las velocidades críticas de

sedimentación, se encontró que estos parámetros son adecuados para

diferentes caudales de operación (60-180 L/seg), por lo tanto el diseño de las

77

unidades cumple con las necesidades de tiempos de retención para una

buena decantación de partículas floculentas, el caudal máximo de operación

de la planta es 180 L/seg.

• Al realizar el análisis de las condiciones hidráulicas de los sedimentadores,

se encontró la presencia de corto circuitos en las unidades 1, 2 y 4 esto con

lleva a un menor tiempo de retención en las unidades debido al aumento de

velocidad lineal y a la disminución de la eficiencia de las unidades, pero al

realizar el análisis de eficiencia para los datos del mes de octubre se

determinó que las unidades tienen una excelente eficiencia, se presume por

lo tanto que los sedimentadores operan bien en estas condiciones pero a

turbiedades menores a 284 N.T.U, turbiedad máxima reportada en octubre y

120 L/seg caudal promedio de operación de la planta.

• La presencia de corto circuitos en los sedimentadores 1 y 2 se debe

posiblemente a las estructuras de entrada y salida ya que lo recomendado

en la literatura en cuanto a estas estructuras es:

Estructura de entrada:

Debe repartir el flujo uniformemente por debajo de las placas del

sedimentador y la estructura de alimentación de las unidades 1 y 2 son dos

orificios que comunican la cámara de aquietamiento de los sedimentadores

con una canaleta de conducción de agua floculada por lo tanto la repartición

uniforme del flujo no es la más adecuada haciendo que las placas más

retiradas de la zona de alimentación no traten la misma cantidad de agua

que tratarán las placa más próximas a la zona de alimentación.

78

Estructura de salida:

Debe retirar el flujo uniformemente sobre toda el área por encima de las placas del

sedimentador y la estructura de salida de los sedimentadores son dos canaletas

laterales con vertederos los cuales recolectan más fácilmente las aguas vecinas a

los vertederos y causando que las masas de agua alejadas de estos tengan mayor

dificultad para ser evacuadas.

5.9. FILTRACIÓN

• Los filtros de la planta de potabilización no cuentan con medidores

piezometricos en las tuberías de entrada y salida de agua que permitan

conocer la caída de presión que sufre el flujo por su paso a través del medio

filtrante.

• la velocidad de filtración a través de cada lecho depende del estado de

colmatación individual de cada lecho filtrante, por ello, el flujo en cada unidad

decrece con el tiempo y el nivel de agua en sobre cada lecho sufre leves

fluctuaciones (se consideran de rata declinante constante).

• Los filtros mas sucios le transfieren a los mas limpios la carga hidráulica que

estos no están en capacidad de tratar, manteniendo un balance entre el

caudal total afluente y efluente.

• Durante la operación de las unidades se observa que el nivel de agua sobre

el lecho filtrante es encuentra entre 1.40 y 1.80 metros, lo que concuerda con

los criterios planteados por la O.M.S.

• El lavado de los filtros se efectúa con un caudal menor o igual al de

operación de la planta y el lecho filtrante de cada filtro no alcanza la

fluidificación requerida.

79

• En el lavado de los filtros se utiliza agua procedente del canal de

desinfección con un nivel de cloro residual de aproximadamente 1.0 mg/litro.

• El tiempo óptimo de lavado para los seis filtros oscila entre 10 y 12 minutos.

• Observando la topografía del lecho filtrante en cada filtro se concluye que la

máxima diferencia entre la máxima y minima cota la tiene el filtro 3 (12 cm);

los filtros 1 y 2 tienen diferencias menores a 3 cm y los filtros 4, 5 y 6 de 5.6,

9.0 y 6.5 cm respectivamente.

• Los filtros 3, 4, 5 y 6 pueden tener deficiencias en el sistema de drenaje o

haber sufrido irregulares entradas de aire en el lecho (observación de la

topografía).

• Las unidades de filtración tienen espesores de arena y antracita en el lecho

dentro de los rangos recomendados por la O.M.S.

• En el filtro 6 el porcentaje de antracita es mayor al recomendado por la

O.M.S. (60 %).

• Las partículas de arena presentes en el lecho de cada filtro tienen en su gran

mayoría (80–90%) diámetros entre 0.43 y 1.20 mm (análisis granulométrico

de muestras) y la O.M.S. recomienda diámetros entre 0.45 y 0.60 mm.

• Las partículas de antracita presentes en el lecho de cada filtro tienen en su

gran mayoría (80–90%) diámetros entre 1.20 y 2.58 mm (análisis

granulométrico de muestras) y la O.M.S. recomienda diámetros entre 0.90 y

1.40 mm.

• Los coeficientes de uniformidad de las partículas de arena y antracita de

todos los lechos están entre 1.27 y 1.56, lo recomendado es que tengan

valores inferiores a 1.1.

80

• Las partículas de antracita con diámetros mayores a 1.7 mm reducen la

calidad del agua filtrada y elevan el coeficiente de uniformidad.

• En todos los lechos filtrantes el porcentaje de bolas de lodo es bastante alto,

siendo los filtros 3, 5 y 6 los de peor estado.

• El peso específico de las partículas de arena en los lechos esta entre 2.54 y

2.65, según la teoría, este debe estar entre 2.60 y 2.65.

• El peso específico de las partículas de antracita en los lechos esta entre 1.34

y 1.37, según la teoría, este debe estar entre 1.40 y 1.55.

• En el momento de la toma de muestra de cada lecho claramente se

diferenciaba la estratificación de las partículas de arena y antracita.

• Los valores de la relación entre los diámetros de las partículas de arena y

antracita están entre 1.60 y 1.65 lo que indica que las partículas mas

pequeñas de arena penetran entre las de antracita aumentando la eficiencia

en la sedimentación.

• La porosidad de las partículas de antracita esta entre 0.48 y 0.55 y lo

recomendado en la literatura es que esta debe estar entre 0.56 y 0.60.

• A caudales de agua cruda que ingresa a la planta menores de 90 litros/s la

rata de filtración es menor a 240 m3/m2*d lo cual no es recomendado para

unidades de filtración con estas características.

• Según los registros de turbiedad del agua efluente de los filtros la mejor

eficiencia la tiene el filtro 2 y siguen en orden los filtros 6, 4, 5, 1 siendo la

peor la del filtro 3.

81

5.10. DESINFECCIÓN

• En algunos de los diferentes análisis de cloro residual en la red de

distribución se encontraron concentraciones menores a 0.1 mg/L, como esta

operación es sin lugar a duda la de mayor responsabilidad en un proceso de

potabilización de agua ya que una inadecuada dosificación de cloro tanto por

exceso como por defecto va a potenciar problemas de salud pública es

necesario que se tenga un mayor control de esta operación.

• Como la dosificación de cloro para la desinfección del agua depende de la

demanda de cloro y teniendo en cuenta que las características del agua

varían constantemente a lo largo del tiempo es necesario que se realice el

ensayo de punto de quiebre más frecuentemente para poder determinar

exactamente cual debe de ser la dosis a aplicar.

• Es necesario perfeccionar las técnicas de medición del cloro residual en la

red de distribución de una manera práctica y confiable ya que el método

utilizado actualmente (ortotolidina) no es el más adecuado para asegurar la

calidad del agua que la comunidad esta consumiendo y puede ser tóxico y

cancerigeno para el analista de laboratorio.

• Es necesario que los procesos anteriores a la desinfección estén operando

adecuadamente para poder entregar un agua de buena calidad a los

usuarios sin riesgos para la salud.

5.11. ADMINISTRACIÓN DE LA EMPRESA

• El personal administrativo que labora en las oficinas trabaja 9 horas diarias (8:00

a.m. a 12:30 m y 2:00 p.m. a 6:30 p.m.) de lunes a viernes.

82

• El control de ingresos y salidas del personal que labora tanto en la planta como

en las oficinas y la atención a las solicitudes, inconvenientes y necesidades que

se presenten son responsabilidades del jefe inmediato del empleado.

• El pago de las facturas de servicios públicos por parte de los usuarios se realiza

en las oficinas administrativas de la empresa.

• Las instalaciones administrativas de AQUAMANA son adecuadas en tamaño

para el personal que labora allí permanentemente, pero cuando ingresan

obreros, operarios y usuarios a realizar los pagos el espacio se ve reducido y el

desplazamiento por las oficinas se vuelve engorroso.

5.12. ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD

• La continua deforestación y el uso inadecuado de la tierra en cuanto a

pastoreo de ganado en alta pendiente y el cultivo intensivo de especies

maderables amenazan la calidad y cantidad de agua en las microcuencas se

observa la disminución de gran número de pequeños afluentes a causa de

los anteriores factores .

• El sistema de bocatoma y conducción hasta el desarenador de la quebrada

Chupaderos presenta grado de vulnerabilidad ante fenómenos de inundación

o avenidas torrenciales ya que la rejilla de entrada de la bocatoma se

colmata fácilmente disminuyendo el flujo de caudal hacia la planta de

tratamiento, la conducción hasta el desarenador va paralela a la quebrada

soportando los fuertes impactos ocasionados por las crecientes invernales y

acumulando los efectos de socavación que pueden generar el colapso de la

estructura además estas estructuras son vulnerables ante la ocurrencia de

una erupción volcánica ya que la quebrada nace cerca al Parque Natural de

los Nevados.

83

• La conducción de la quebrada chupaderos se ve amenazada en su parte

boscosa por la posibilidad de deslizamientos ya que esta zona es de alta

pendiente y la tubería presenta fugas que aumentan la humedad del terreno,

además la conducción forma parte de la vía que conduce al desarenador

absorbiendo por lo tanto los esfuerzos mecánicos causados por las personas

que transitan hacia el desarenador y generan el debilitamiento de la

estructura que podría romperse.

• La conducción de la quebrada la Albania y la quebrada Chupaderos después

de salir de la zona boscosa no presentan riesgo ya que el terreno es de baja

pendiente y se encuentra enterrada.

• La caja de unión de las conducciones de la Albania y Chupaderos puede ser

vulnerable a sabotajes ya que esta no se encuentra aislada por rejas y

cualquier individuo podría destaparla para adicionar alguna sustancia

extraña.

• La planta de tratamiento puede estar expuesta a fenómenos de vandalismo

ya que por lo general solo una persona permanece en las instalaciones y la

seguridad del lugar es poca. En cuanto a la parte estructural de la planta, se

observó que por el paso del tiempo y el deterioro normal del concreto

algunas paredes de los floculadores presentan fisuras, por lo tanto es

conveniente realizar pruebas estructurales especializadas para saber

realmente el estado de la planta y poder planificar el comportamiento de la

estructura ante un evento sísmico.

84

6. RECOMENDACIONES

6.1. MICROCUENCAS.

La empresa como prestadora de un servicio vital para el municipio esta en la

obligación de generar políticas que le permitan garantizar la prestación de un

servicio de excelente calidad y cantidad por lo tanto deberá gestionar la consecución

de recursos que le permitan comprar terrenos particulares que están en la zona de

influencia de las microcuencas. Emprender campañas de reforestación

encaminadas a la recuperación de las microcuencas.

6.2. BOCATOMAS.

Se debe modificar la estructura de la bocatoma del sistema La Albania con el fin de

evitar la captación de caudales mayores a 33 litros/s (limite concedido por

Corpocaldas).

Es necesario mejorar la reja de la bocatoma de la quebrada chupaderos ya que esta

se encuentra deteriorada, además se requiere que esta sea mas alta ya que cuando

el río se crece la reja queda sumergida y permite el paso de piedras y palos que

pueden taponar la conducción al desarenador.

La vía de acceso a la bocatoma del sistema Chupaderos debe estructurarse de

forma tal que permita el transito de personal sin riesgos de accidentes.

6.3. DESARENADORES.

Estas unidades no presentan ningún sistema de protección por lo tanto pueden

presentar peligro de ahogamiento si alguna persona llega a caer en la cámara de

sedimentación, por lo tanto sería recomendable instalar un sistema de rejas para

que solo pueda entrar personal autorizado de la empresa.

85

Procurar al máximo que el período transcurrido entre la limpieza de los

desarenadores no sea mayor a un mes, ya que el deposito de sedimentos en estas

unidades reduce el volumen efectivo de la zona de sedimentación.

6.4. CONDUCCIONES.

La conducción de la bocatoma de chupaderos hasta el desarenador es necesario

reforzarla ya que algunos trayectos están socavados y pueden ser arrastrados por el

río cuando este aumenta su caudal por efecto del invierno.

La conducción del desarenador de chupaderos hasta la salida del bosque presenta

en algunos sitios fugas de agua las cuales deben de eliminarse ya que esto puede

generar el ablandamiento del terreno circundante y provocar un deslizamiento

además que estos terrenos son inestables y de alta pendiente.

6.5. COAGULACION.

Realizar ensayos de “Pruebas de Jarras” en las que se determinen los parámetros

mas importantes cada vez que la turbiedad del agua cruda cambie de forma súbita.

6.5.1. Dosificadores de Sulfato de Aluminio.

Es indispensable realizar calibración y mantenimiento periódico a las unidades

dosificadoras, con el fin de evitar posibles averías y dosificaciones incorrectas. Las

compuertas de los dosificadores no están graduadas, es necesario construir las

escalas de dosificación para garantizar las dosificaciones exactas.

Retirar continuamente el sedimento que se deposita en la cámara de disolución ya

que este disminuye el tiempo de residencia necesario para la disolución del sulfato

de aluminio.

86

Retirar la manguera adicional que suministra agua al dosificador ya que esta

también disminuye el tiempo de residencia en la cámara de disolución y por lo tanto

el coagulante no se hidroliza adecuadamente.

El caudal de agua para la disolución del coagulante depende de la concentración

óptima calculada en el ensayo de jarras por lo tanto se recomienda realizar ensayos

de jarras completos para determinar los parámetros adecuados, esto conlleva a que

sea necesario utilizar simultáneamente los dos dosificadores para poder cumplir con

los requisitos de concentración óptima.

6.5.2. Canaleta Parshall.

Tratar de no alimentar un caudal a la planta mayor a 140 litros/s ya que la canaleta

trabaja ahogada (relación hb/ha superior a 0.6).

En lo posible no operar la canaleta en caudales inferiores a 80 litros/s. porque esto

genera inestabilidad en el resalto complicando la adición de coagulante.

Sin embrago, aumentando el ancho de garganta (W) o la pendiente en el mismo

punto se reduce las relaciones hb/ha y ha/W adquiriendo el resalto mayor estabilidad.

6.6. FLOCULACIÓN

Realizar reformas estructurales en las cámaras de los floculadores como aumentar

el espesor de las paredes (reduciendo el área superficial) para aumentar la

velocidad del flujo y así evitar depósitos de lodos en el fondo de las mismas.

Tratar de operar siempre la planta con caudales entre 100 y 135 litros/s., ya que con

estos, el tiempo de retención y el gradiente en las unidades oscila entre los valores

óptimos encontrados en pruebas experimentales.

87

6.7. SEDIMENTACIÓN

Realizar un estudio de tratamiento y estabilización de los lodos provenientes de los

sedimentadores ya que al realizar el lavado de estos todos los lodos son enviados al

río Chinchiná sin ningún tratamiento previo lo que ocasiona un impacto ambiental

negativo.

Realizar un seguimiento al volumen de lodos depositado en la zona de lodos para

evitar que estos superen la capacidad de estos puntos e influyan negativamente en

el proceso de sedimentación causando por lo tanto que los flóculos no tengan donde

sedimentarse y sean arrastrados hacia los filtros colmatándolos rápidamente.

Considerar la posibilidad de mejorar las estructuras de entrada y salida de los

sedimentadores 1 y 2 (instalando 2 tuberías adicionales para la alimentación del

agua en cada unidad) ya que esto influye negativamente en el comportamiento

hidráulico del flujo y por lo tanto en la disminución de la eficiencia de las unidades.

Estas estructuras deben asemejarse a las estructuras de entrada y salida de los

sedimentadores 3 y 4.

Diseñar y construir en los sedimentadores 1 y 2 estructuras para la repartición del

flujo en el area efectiva de sedimentación (parte inferior) y salida del agua de la

operación (parte superior) similares a las estructuras de los sedimentadores 3 y 4

con el fin de mejorar el comportamiento hidráulico de las unidades.

6.8. FILTRACIÓN

Procurar que el tiempo que transcurra entre lavados de cada filtro no sea mayor a

24 horas. Al momento de lavar cada filtro aumentar el caudal de agua cruda que

ingresa a la planta con el fin de asegurar la fluidificación del lecho. Procurar que el

tiempo de lavado de cada filtro sea de 10 a 12 minutos.

Según criterios profesionales establecidos en la literatura (2) y por experiencia

(técnicos de EMPOCALDAS) se aconseja extraer todo el lecho de arena y antracita

88

que reside en cada filtro cada cuatro o cinco años, tamizarlo escogiendo los

diámetros de partículas recomendados en la literatura (arena 0.45 a 0.60 mm y

antracita 0.90 a 1.40 mm) y revisar el estado del sistema de drenaje, en especial el

filtro 3 que es el de peores condiciones.

Adecuar procedimientos de lavado y mantenimiento que permitan remover las bolas

de lodos que residen en el lecho de cada unidad (en altos porcentajes), en especial

el filtro 3.

Procurar no operar la planta en caudales inferiores a 90 litros/s debido a que la rata

de filtración es menor a 240 m3/m2*d lo cual no es recomendado para unidades de

filtración con estas características.

6.9. DESINFECCIÓN

Se recomienda que las dosis aplicadas en la cloración deben estar por encima del

punto de quiebre por lo tanto se deberá realizar mínimo una vez al día el análisis de

punto de quiebre para poder asegurar un cloro residual en la red de distribución

como mínimo de 0.5 mg/L.

Debido al grado de peligrosidad a la salud pública que puede producir la inadecuada

operación de este proceso se recomienda tener un mayor control de esta operación

por parte del departamento técnico de la empresa.

Prestar mayor atención y concienciar a los operarios de la importancia en la

dosificación de cloro y al estado de operación de las pipas y tanque del gas.

Exigir a la persona que realiza las mediciones de cloro residual y Coliformes totales

en la red de distribución un método de análisis confiable y compromiso total en su

labor.

89

6.10. ADMINISTRACIÓN DE LA EMPRESA

Nombrar como Jefe de Planta a un profesional con el perfil necesario para la

vigilancia y control permanente de las operaciones que se realicen.

Procurar que el pago de la factura del servicio se realice en entidades bancarias por

comodidad del personal que labora en las instalaciones y del usuario.

Ampliar en un futuro las instalaciones administrativas de AQUAMANA con el fin de

contar con un mayor espacio y calidad laboral.

6.11. ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD.

El análisis de vulnerabilidad aquí planteado esta lejos de tener la contundencia que

se requiere ya que este es un trabajo interdisciplinario donde deben interactuar

profesionales de diferentes perfiles (Geólogos, Ing. Civiles, Topógrafos), el análisis

de vulnerabilidad es más una visión personal de los ejecutores del trabajo respecto

a ciertos factores que pueden llegar a afectar el adecuado funcionamiento del

sistema de tratamiento, por lo tanto la recomendación más importante es considerar

la posibilidad de realizar un minucioso estudio de vulnerabilidad del sistema ya que

por ser el sistema de acueducto una línea vital se requiere por ley estar preparado

para afrontar cualquier tipo de desastre sin interrumpir el servicio a los usuarios.

Sin embargo, se recomienda adecuar protecciones físicas en todo el sistema de

aducción (bocatomas, desarenadores, líneas de conducción y cámara de unión) con

el fin de evitar acciones vandálicas y de deterioro fisico.

90

7. BIBLIOGRAFIA

1. APHA. Standard Methods of Analisys of water and Wastewater. 1998

2. ARBOLEDA, Jorge. Teoría y practica de la purificación del agua. Editorial Mc

GrawHill. Bogotá. 2000.

3. CASAS, José. Coagulación - Floculación. Universidad Nacional de Colombia.

Bogotá. 1992.

4. CORCHO. Acueductos Teoría y diseño. Universidad de Medellín. Centro general

de investigaciones. Medellín.

5. CORPOCALDAS. Agenda para la gestión ambiental del municipio de Villamaría.

Manizales. 2001.

6. EMPRESAS PUBLICAS DE VILLAMARIA. AQUAMANA E.S.P. Estadísticas del

servicio de agua potable y población. Villamaría 1998.

7. EMPRESAS PUBLICAS DE VILLAMARIA. AQUAMANA E.S.P. Manual de

Funciones y Procedimientos institucionales. Villamaría 1998.

8. ESTRUCTURA ECONÓMICA Y SOCIAL DEL DEPARTAMENTO DE CALDAS

.Gobernación de Caldas. Manizales. 2002.

9. INGEOMINAS. Mapa Geológico Generalizado del Departamento de Caldas.

Manizales. 1993.

10. MEJORAS Y AMPLIACIONES DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE

VILLAMARIA. COOPENAC L.T.D.A. AQUAMANA E.S.P. Villamaria. 1996

91

11. ORDENAMIENTO AMBIENTAL DE LA CUENCA DE LA QUEBRADA LA

ALBANIA, MUNICIPIO DE VILLAMARÍA. FASE 1 DIAGNÓSTICO. AQUAMANA.

E.S.P.. 1996.

12. ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALUD. Módulos de evaluación, operación y

mantenimiento de plantas de tratamiento de agua para consumo humano.

Bogotá. Ministerio de Salud de Colombia. 1989.

13. PLAN MAESTRO DE ACUEDUCTO DISEÑO CONDUCCIÓN DE AGUA

CRUDA, CONDUCCIÓN AGUA TRATADA Y ESTUDIO DE LA RED DE

DISTRIBUCIÓN. AQUAMANA E.S.P. Villamaría. 1996.

14. PROYECCIONES MUNICIPALES DE POBLACIÓN POR ÁREA 1995 - 2005.

DANE. Manizales. 2000.

15. REGLAMENTO TÉCNICO DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO

(R.A.S.). Ministerio de Desarrollo. Bogotá. 2000.

EN INTERNET

16. www.cepis.ops-oms.org.com

ANEXOS

ANEXO A

PLANOS DE LAS UNIDADES DE LA PLANTA

Figura A1: Vista superior y cortes transversal y longitudinal del Desarenador Sistema La Albania

Figura 1: Distribución física de la Planta de Potabilización

Figura A2: Vista superior y corte longitudinal del Desarenador Sistema Chupaderos

Figura A3: Vista superior y corte longitudinal de la Canaleta Parshall

Figura A4 Vista superior y corte transversal de los floculadores 1 y 2

Figura A5: Vista superior y corte transversal de los floculadores 3 y 4

Figura A6: Vista superior y cortes transversal y longitudinal de los Sedimentadores 1 y 2

Figura A7: Vista superior y cortes transversal y longitudinal de los Sedimentadores 3 y 4

Figura A8: Vista superior y cortes transversal y longitudinal de los Filtros 1 y 2

Figura A9: Vista superior y cortes transversal y longitudinal de los Filtros 3 y 4

Figura A10: Vista superior y cortes transversal y longitudinal de los Filtros 5 y 6.

ANEXO B

RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DE LOS DESARENADORES

Desarenador sistema la Albania.

En la tabla B1 siguiente se relacionan las dimensiones reales de la unidad con las

especificadas en el plano existente en la empresa (ver figura A1 del anexo A).

Tabla B1: Dimensiones del desarenador sistema La Albania

a b c d e f g h i Dimensiones reales (metros)

4.9 12.85 2.22 1.51 1.16 0.35 1.15 2.25 1.90

Dimensiones plano (metros)

5.1 14.80 2.50 1.50 1.10 0.40 1.20 2.40 2.25


La pantalla deflectora real de la unidad cuenta con 24 orificios cuadrados de 0.14

metros de lado, por consiguiente.

Área cada orificio = 20196.014.0*14.0 m=

Área total de los orificios = 24704.024*0196.0 m=

Asumiendo un caudal de agua que ingresa al desarenador de 90 litros/s., la

velocidad lineal del agua en su paso por los orificios es:

Para 90 litros/s. Velocidad 23 4704.0/./090.0./ msmtotalAreaCaudal ==

Velocidad del agua en los orificios = 0.191 metros/s


mayor a 0.20 m/s. (4), por lo tanto

Caudal limite smmlimiteveltotalArea /20.0*4704.0.*. 2==

Caudal limite ./94 slitros=

Cuando el caudal captado de la quebrada es mayor a 94 litros/s. la velocidad del

agua a la entrada de la zona de sedimentación altera la normal decantación de las

partículas.


Las dimensiones efectivas de la zona son: Profundidad (i) 1.90 m, ancho (a) 4.90 y

largo (b) 12.85. (ver figura A1 del anexo A)


Lo recomendado en la literatura es L/b>4 por lo cual en la zona de sedimentación

pueden existir corrientes cruzadas, puntos muertos (en los vértices del área

superficial) o cortos circuitos.

El área superficial real de la Zona de Sedimentación 283.6285.12*89.4 m==

Y el volumen total real 324.11685.12*89.4*85.1 m==

Para un caudal de 90 litros/s. el tiempo de retención (t) en la zona.

.55.1291/90/116240 segslitroslitrost ==

La velocidad critica de sedimentación de partículas en la unidad.

smsegmtHV cs /00143.055.1291/85.1/.. === (0.14 cm/s)

La carga superficial (Vel. critica).

smmAreaQV cs //00143.083.62/09.0.sup/ 3.. ===

De la figura 4.4. del libro de Corcho (4) se tiene que el diámetro de las partículas

discretas (suponiendo esfericidad) de peso específico 2.5, en un régimen laminar a

una temperatura del agua de 10 °C que logran sedimentarse a la velocidad crítica

de diseño de la unidad es de Dp = 0.004 cm (0.00004 metros). De la tabla 5.1 del

mismo libro se tiene que las partículas con diámetro de 0.004 cm se clasifican como

arenas finas.

En la tabla B2 se relacionan los tiempos de retención, las velocidades críticas de

sedimentación, el diámetro de partículas que logran sedimentarse y el tipo de

material para diferentes caudales de operación de la unidad.

Tabla B2: Parámetros calculados para diferentes caudales de operación del

desarenador sistema La Albania.

Caudal (litros/s.)


(seg)

Vel. Critica de sedimentación

(cm/s.)


Material

30 3874 0,0477 0.0012 Arena fina 40 2906 0,0636 0.0015 Arena fina 50 2324 0,0795 0.0018 Arena fina 60 1937 0,0954 0.0021 Arena fina 70 1660 0,1114 0.0025 Arena fina 80 1453 0,1273 0.0030 Arena fina 90 1291 0,1432 0.0040 Arena fina

§ Zona de lodos

Para el cálculo del volumen se asumirá solo la doble pendiente en la longitud total

de la zona de sedimentación (ver figura A1 del anexo A).

Volumen Zona lodos = [ ] 89.4*2/42.6*65.0*2

= 20.40 m3.

Según criterio teórico, el volumen de la zona de lodos debe ser 0.2 veces el

volumen de la zona de sedimentación

Vol. Zona de lodos/Vol. Zona de sedimentación = 20.40/116.24. = 0.1754.

Desarenador sistema Chupaderos.

En la tabla B3 siguiente se relacionan las dimensiones reales de la unidad con las

especificadas en el plano existente en la empresa (ver figura A2 del anexo A).

Tabla B3: Dimensiones del desarenador sistema Chupaderos

a b c d e f g h Dimensiones reales (metros)

2.62 2.37 1.90 10.45 0.53 1.00 1.15 1.67

Dimensiones plano (metros)

2.65 2.45 2.05 10.85 0.50 0.95 1.20 1.75


La pantalla deflectora real de la unidad cuenta con 24 orificios circulares de 4

pulgadas de diámetro (0.1016 metros), por consiguiente.

Área cada orificio = 4

1016.0*1416.34

* 22

=Dπ = 0.0081 m2

Área total de los orificios = 21944.024*0081.0 m=

Asumiendo un caudal máximo de agua que ingresa al desarenador de 120 litros/s.

La velocidad lineal del agua en su paso por los orificios es:

Para 120 litros/s. Velocidad 23 1944.0/./120.0./ msmtotalAreaCaudal ==

Velocidad del agua en los orificios = 0.617 metros/s


mayor a 0.20 m/s. (4) por lo tanto

Caudal limite smmlimiteveltotalArea /20.0*1944.0.*. 2==

Caudal limite ./8.38 slitros=

Cuando el caudal captado de la quebrada es mayor a 38.8 litros/s. la velocidad del

agua a la entrada de la zona de sedimentación altera la normal decantación de las

partículas.


Las dimensiones efectivas de la zona son: Profundidad (c) 1.90 m, ancho (a) 2.62 y

largo (d) 10.45 (ver figura A2 del anexo A).


La relación anterior puede aproximarse a 4 que es concordante a lo recomendado

en la literatura (L/b>4).

El área superficial real de la Zona de Sedimentación 238.2745.10*62.2 m==

Y el volumen total real 302.5245.10*62.2*90.1 m==

Para un caudal de 120 litros/s. el tiempo de retención (t) en la zona es.

.5.433/120/52020 segslitroslitrost ==

la velocidad crítica de sedimentación de partículas en la unidad es.

smsegmtHV cs /0044.05.433/90.1/.. === (0.44 cm/s)

la carga superficial (vel. critica) es: smmAreaQV cs //0044.038.27/120.0.sup/ 3.. ===

De la figura 4.4. del libro de Corcho (4) se tiene que el diámetro de las partículas

discretas (suponiendo esfericidad) de peso específico 2.5, en un régimen laminar a

una temperatura del agua de 10 °C que logran sedimentarse a la velocidad crítica

de diseño de la unidad es de Dp = 0.007 cm (0.00007 metros). De la tabla 5.1 del

mismo libro se tiene las partículas con diámetro de 0.007 cm se clasifican como

arenas finas.

En la tabla B4 se relacionan los tiempos de retención, las velocidades críticas de

sedimentación y el diámetro de partículas que logran sedimentarse para diferentes

caudales de operación de la unidad.

Tabla B4: Parámetros calculados para diferentes caudales de operación del

desarenador sistema Chupaderos

Caudal (litros/s.)


(seg)

Vel. Critica de sedimentación (cm/s.)


50 1040 0,18 0.0043 60 867 0,22 0.0046 70 743 0,25 0.0049 80 650 0,29 0.0052 90 578 0,33 0.0057 100 520 0,36 0.0060 110 472 0,40 0.0065 120 433 0,44 0.0070 130 400 0,47 0.0073 140 371 0,51 0.0075 150 346 0,55 0.0077

§ Zona de lodos

Para el cálculo del volumen se asumirá solo la doble pendiente en la longitud total

de la zona de sedimentación (ver figura A2 del anexo A).

Volumen Zona lodos = [ ] 62.2*2/52.0*0.32/52.0*5.8 +

= 7.83 m3.

Según criterio teórico el volumen de la zona de lodos debe ser 0.2 veces el volumen

de la zona de sedimentación

Vol. Zona de lodos/Vol. Zona de sedimentación = 7.83/52.02 = 0.1505.

ANEXO C

PROCEDIMIENTO SEGUIDO Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA

CALIBRACIÓN DE LOS DOSIFICADORES

El procedimiento desarrollado fue el siguiente:

1. Se realizó una remoción de sedimentos presentes en la cámara de disolución

con el fin de determinar el volumen de la misma.

2. Utilizando una probeta de vidrio de 1000 ml, una manguera de polietileno (para

extraer el agua presente) y un cronómetro se determinó el volumen aproximado

de la cámara de disolución y el caudal de agua que ingresa a la misma.

Cuando el caudal de agua que ingresa a la cámara de disolución (tubería) de

cada dosificador es insuficiente (criterio de los operarios) se instala una

manguera de polietileno la cual aporta un caudal adicional determinado en la

calibración.

3. Se determinó el tiempo de retención teórico en la cámara de disolución por la

formula.

Tiempo de retención teórico (seg.) = Vol. Cámara (Lt)/Caudal (Lt/seg.)

4. La tolva del dosificador se lleno hasta ¾ de su altura total.

5. Se determinó el rango de dosificación (flexibilidad) de la unidad ubicando el

regulador en la máxima y mínima abertura (de acuerdo a la escala graduada

ubicada en el regulador).

Flexibilidad = Apertura máxima – Apertura mínima

6. Fueron escogidas 7 posiciones de dosificación de acuerdo a la flexibilidad de la

unidad adicionales a las aberturas máxima y mínima.

7. Con la ayuda de una bandeja plástica (cuyo peso de determinó al iniciar la

calibración) se recogieron 3 muestras de sulfato dosificado en cada posición del

regulador para un tiempo establecido. Los resultados se muestran en las tablas

C3 y C7.

8. Teniendo la masa dosificada por unidad de tiempo y el caudal de agua que

ingresa a la cámara de disolución se calcula la concentración de coagulante del

agua efluente de la cámara de disolución con la siguiente fórmula.

Concentración (mg/Lt) = masa dosificada (g./s)/caudal (Lt/s)*1000

Los valores anteriores se muestran en las tablas C4 y C8 .

9. Se construyeron gráficas de los valores promedio de masa de sulfato dosificado

y concentración del mismo (dependiendo del caudal en la cámara de disolución)

en función apertura del regulador con el fin de observar el comportamiento de

los parámetros

Tablas de resultados Dosificador 1

Tabla C1: Determinación del caudal de agua que ingresa a la cámara de disolución

(por la tubería) del dosificador 1.

Ensayo Volumen (litros)

Tiempo (seg.) Caudal (litros/seg)

1 3.48 15 0.232 2 3.44 15 0.229 3 3.45 15 0.230


(por la manguera) del dosificador 1.



1 2.104 15 0.140 2 2.119 15 0.141 3 2.160 15 0.144

Flexibilidad = 3.6 cm.

Masa de la bandeja = 57.5 g.

Tiempo de muestreo = 20 s.

Tabla C3: Masa de Sulfato de Aluminio dosificada en cada abertura del regulador

del dosificador 1

Masa dosificada de Sulfato (gramos) en 20 seg Abertura (cm) Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Promedio

0.0 (mínima) 4,4 4,5 5,1 4,66 0.5 42,3 43,7 44,6 43,53 1.0 91,6 91,1 94 92,23 1.5 149,1 154,9 154 152,66 2.0 185,5 200,5 204,5 196,83 2.5 253,6 256,8 252,5 254,30 3.0 306,8 302,5 310,7 306,66 3.5 369,4 372,4 371,5 371,10

3.6 (máxima) 382,3 382,5 380,5 381,76

Tabla C4: Masa de Sulfato de Aluminio dosificada por unidad de tiempo y

concentraciones de la solución efluente según el caudal de disolución

en el dosificador 1.

Abertura Masa dosific

ada (g./s.)

Caudal (lt/s.)

(Tubería)

Concentración

(mg/lt) (Tubería)

Caudal (lt/s.)

(Tubería + manguera)

Concentración (mg/lt)


0.0 (mínima)

0,233 0.23 1013 0.3716 627

0.5 2,1765 0.23 9463 0.3716 5857 1.0 4,6115 0.23 20050 0.3716 12410 1.5 7,633 0.23 33187 0.3716 20541 2.0 9,8415 0.23 42789 0.3716 26484 2.5 12,715 0.23 55282 0.3716 34217 3.0 15,333 0.23 66665 0.3716 41262 3.5 18,555 0.23 80673 0.3716 49932 3.6

(máxima) 19,088 0.23 82991 0.3716 51367

Tablas de resultados Dosificador 2


(por la tubería) del dosificador 2.



1 2.83 15 0.1886 2 2.84 15 0.1893 3 2.84 15 0.1893


(por la manguera) del dosificador 2



1 2.104 15 0.140 2 2.119 15 0.141 3 2.160 15 0.144

Flexibilidad = 9.75 cm.

Masa de la bandeja = 57.8 g.

Tiempo de muestreo = 20 seg.

Tabla C7: Masa de Sulfato de Aluminio dosificada en cada abertura del regulador

del dosificador 2

Masa dosificada de Sulfato (gramos) en 20 seg Abertura (cm) Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Promedio

0.25 (mínima) 26,3 27,8 24,4 26,16 1.75 105,7 106 106,2 105,96 3.25 191,1 190,2 190,6 190,63 4.75 284,5 282,2 283,5 283,40 6.25 341,6 344 341,9 342,50 7.75 390,2 392,1 387,6 389,96 9.25 439 448,8 445,8 444,53

10.0 (máxima) 458,8 456,7 446,2 453,90

Tabla C8: Masa de Sulfato de Aluminio dosificada por unidad de tiempo y

concentraciones de la solución efluente según el caudal de disolución

en el dosificador 2.

Abertura Masa dosificada (g./s.)

Caudal (lt/s.)

(Tubería)

Concentración

(mg/lt) (Tubería)

Caudal (lt/s.)


Concentración (mg/lt)


0.25 (mínima)

1,31 0.189 6931 0.3309 3959

1.75 5,29 0.189 27989 0.3309 15986 3.25 9,53 0.189 50423 0.3309 28800 4.75 14,17 0.189 74973 0.3309 42822 6.25 17,12 0.189 90582 0.3309 51737 7.75 19,49 0.189 103121 0.3309 58900 9.25 22,22 0.189 117566 0.3309 67150 10.0

(máxima) 22,69 0.189 120052 0.3309 68570

Gráfica C1: Masa de Sulfato de aluminio dosificado en función de la abertura del

regulador (Dosificador 1).

Gráfica C2: Masa de Sulfato de aluminio dosificado en función de la abertura del

regulador (Dosificador 2).

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 10 12

Abertura regulador (cm)

Mas

a de

sul

fato

dos

ifica

da (

g./s

.)

0

5

10

15

20

25

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Abertura (cm)

Mas

a de

Sul

fato

dos

ifica

da (g

./s.)

Gráfica C3: Concentración de Sulfato de Aluminio en la solución efluente del

dosificador 1 en función de la apertura del regulador (caudal tubería).


dosificador 1 en función de la apertura del regulador (caudal tubería +

manguera).

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Apertura regulador

Con

cent

raci

on (m

g/lit

ro)

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Apertura regulador

Con

cent

raci

on (

mg/

litro

)


dosificador 2 en función de la apertura del regulador (caudal tubería).


dosificador 2 en función de la apertura del regulador (caudal tubería +

manguera).

0

20000

40000

60000

80000

1 0 0 0 0 0

1 2 0 0 0 0

1 4 0 0 0 0

0 2 4 6 8 1 0 1 2

Apertura regulador

Con

cent

raci

on (

mg/

litro

)

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

0 2 4 6 8 10 12

Apertura regulador

Co

nce

ntr

acio

n (

mg

/lit

ro)

ANEXO D

GRÁFICAS DE LAS RELACIONES HIDRÁULICAS EN FUNCIÓN DE LOS

CAUDALES DE OPERACIÓN

(EVALUACIÓN CANALETA PARSHALL)

Gráfica D1 : Sumergencia (relación hb/ha) en función del caudal de

operación

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Caudal (litros/s)

Rel

acio

n hb

/ha

Gráfica D2: Número de Froude en función del caudal de operación.

Gráfica D1 : Relación ha/W en función del caudal de operación

Número de Froude en funcion del caudal de operacion

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Caudal (litros/s.)

No

Fro

ude

Relacion ha/W en funcion del caudal

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Caudal (litros/s.)

Rel

acio

n ha

/W

ANEXO E

FRECUENCIAS DE LOS VALORES DE TURBIEDAD DEL AGUA CRUDA

REGISTRADOS DIARIAMENTE EN EL PERÍODO MAYO 2002 – MAYO 2003

La amplitud del intervalo (i) se calcula con la fórmula.

)log(*332.31 nIntervalo

i+

= Donde Intervalo = dato máximo – dato mínimo +0.1

n = numero de datos (393)

reemplazando.

)393log(*332.311.061.11270

++−=i i = 131.5

Como el promedio arimétrico de los datos (X = 58.9) tiene una cifra decimal, a la

amplitud del intervalo (i) se le restan 0.1 unidades. Por consiguiente

i = 131.4

En la siguiente tabla se registran los diferentes intervalos posibles según la amplitud

calculada con sus respectivas frecuencias y marcas de clase (Xi).

Xi = (limite inferior + limite superior)/2 (cada intervalo)

Tabla E1: Análisis de frecuencias a los valores de turbiedad del agua cruda en un

año.

Intervalo (Turbiedad en NUT) Frecuencias Xi 1.61 – 133.01 348 67.31

133.02 – 264.42 28 198.72 264.43 – 395.83 3 330.13 395.84 – 527.24 6 461.54 527.25 – 658.65 1 592.95 658.66 – 790.06 0 724.36 790.07 – 921.47 3 855.77 921.48 – 1052.88 3 987.18 1052.89 – 1184.29 0 1118.59 1184.30 – 1315.70 1 1250.00

Debido a que el mayor número de valores se encuentran en el intervalo de turbiedad

de 1.61 – 133.01 se hará un fraccionamiento de este intervalo en varios subrangos,

así.

La amplitud del intervalo (i)

)348log(*332.3161.101.133

)log(*332.31 +−=

+=

nrango

i 87.13=i

Si la turbiedad del agua que ingresa a la planta esta entre 0 a 5 NUT, el agua

puede pasar directamente a la unidad de filtración rápida omitiendo las anteriores

etapas a esta, por ello, en la tabla de frecuencias se incluirá un rango entre 1.61 y

5.0 (rango excepción por la amplitud de intervalo calculada)

Tabla E2: Análisis de frecuencias (ampliación del intervalo) a los valores de

turbiedad del agua cruda en un año.

Intervalo (Turbiedad en NUT) Frecuencias Xi 1.61 – 5.00 154 3.30 5.10 – 15.48 82 10.29 15.49 – 29.36 40 22.42 29.37 – 43.24 23 36.30 43.25 – 57.12 12 50.18 57.13 – 71.00 15 64.06 71.01 – 84.88 10 77.94 84.89 – 98.76 9 91.82 98.77 – 112.64 1 105.70 112.65 – 126.52 2 119.58 126.53 – 140.40 1 133.46

Gráfica E1: Turbiedad del agua cruda que ingresa a la planta en función del

tiempo (período Mayo 2002 a Mayo 2003)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450Dias

Tur

bied

ad (

F.T

.U.)

ANEXO F

PROCEDIMIENTOS SEGUIDOS EN LA OBTENCIÓN DE LOS PRINCIPALES

PARÁMETROS ÓPTIMOS DE COAGULACIÓN (PRUEBA DE JARRAS).

Determinación de la dosis óptima de coagulante.

El propósito de esta experimentación fue encontrar la dosis óptima de coagulante

que produzca la mejor desestabilización de las partículas coloidales, permitiendo la

formación de un flóculo compacto y pesado bajo unas condiciones operacionales

establecidas.

Los pasos seguidos fueron:

1. Se determinó la temperatura, la turbiedad y pH al agua cruda (iniciales).

2. Se colocaron en cada uno de los vasos 1 litro de agua previamente agitada.

3. Fueron especificadas las dosis de coagulante para cada vaso e introducidas con

la ayuda de una jeringa.

4. Las paletas agitadoras se ubicaron dentro de los vasos.

5. El sistema de agitación se gradúo a 100 revoluciones por minuto (r.p.m.).

6. Durante la agitación, se inyectó el coagulante con la ayuda de las jeringas

cuidando que en todos los vasos fuera aplicado a la misma profundidad y al nivel

externo de la paleta agitadora.

7. Se redujo la velocidad de agitación a 30 r.p.m. una vez transcurridos 20

segundos (tiempo de mezcla rápida establecido) y se inicio el conteo del tiempo

de Floculación.

8. Se dejo flocular durante un tiempo de 15 minutos.

9. Terminado el tiempo de floculación, se suspendió la agitación y se extrajeron las

paletas de los vasos.

10. Se permitió la sedimentación del agua por un tiempo de 10 minutos.

11. Transcurrido el tiempo de sedimentación, se extrajo de cada beaker (a una

misma altura) un volumen dado de muestra para determinar la turbiedad

residual del agua.

12. Se registraron los resultados.

Determinación de la concentración óptima del coagulante.

Es importante conocer el comportamiento del agua ante la adición de diferentes

concentraciones de coagulante. El procedimiento seguido fue el siguiente.

1. Empleando la dosis óptima encontrada en la prueba anterior, se seleccionaron

las concentraciones del coagulante a utilizar y los volúmenes requeridos (de

acuerdo a la dosis óptima).

2. Los pasos seguidos fueron los mismos del procedimiento anterior (excepto la

escogencia de las dosis de coagulante).

3. Con los datos obtenidos se determinó la concentración óptima de coagulante.

Determinación del pH óptimo de coagulación.

En las reacciones entre el coagulante metálico y el agua están involucrados los

iones H+ y OH- por ello, las reacciones dependen del pH del agua.

El objetivo de este ensayo fue determinar el intervalo de pH óptimo que caracteriza

la muestra.

Una vez determinada la dosis y concentración óptima de coagulante se coloco la

misma cantidad de agua en las jarras y a cada una de ellas se adicionó solución de

cal al 1 % (10 gramos/litro) para aumentar el pH.

El procedimiento seguido fue el mismo indicado en la determinación de la dosis y

concentración óptima de coagulante (exceptuando la escogencia de los parámetros

hasta aquí encontrados).

Seguido a la sedimentación se toma una muestra de cada vaso y se determina la

turbiedad residual de cada una graficando estas en función del pH de cada vaso.

Determinación del tiempo y gradiente óptimo de mezcla lenta (Floculación).

La concentración del flóculo es inversamente proporcional al gradiente de velocidad

y al tiempo de floculación, por consiguiente al aumentar el gradiente de velocidad,

disminuye la concentración de floc por cuanto disminuye la concentración de agua

en el, se hace mas compacto y alcanza mayor velocidad de caída.

El procedimiento utilizado es el siguiente.

1. Utilizando la dosis y concentración óptima de coagulante encontrados se

adicionó a cada beaker (con agua cruda en la turbiedad establecida) el volumen

requerido agitando el sistema a 100 r.p.m. durante 20 segundos (mezcla rápida).

2. Se seleccionaron las velocidades de rotación de las paletas correspondientes 5

o 6 gradientes de agitación en la mezcla lenta (de acuerdo a la figura 3 libro

"Coagulación - Floculación" de Vicente Casas) y en cada uno de estos se dejó

flocular el agua por 15, 20, 25, 30, 35 y 40 minutos.

3. Terminado cada tiempo de floculación establecido para cada gradiente se

permitió la sedimentación del agua por 10 minutos y se midió la turbiedad

residual.

6. Se graficó la turbiedad residual en función de los tiempos de mezcla lenta para

cada gradiente.

Relación entre el gradiente de mezcla lenta y el volumen de los Beakers

Los gradientes de velocidad fueron obtenidos extrapolando los valores de la gráfica

de la figura 3 del libro de Casas con el número de revoluciones por minuto del

equipo en cada prueba.

Como la gráfica enunciada fue trazada para Beakers de 2000 ml y los utilizados en

las pruebas fueron de 1000 ml a continuación se deducirá una expresión que

relacione los gradientes para los dos volúmenes, así.

El gradiente de velocidad en floculadores mecánicos agitados por paletas (similitud

con el equipo de "Prueba de Jarras") viene dado por la expresión

µ

3** nFgG =

Donde µ

α ∑=

3** rAF

∑ 3** rAα : factor de forma de las paletas agitadoras

n: revoluciones por minuto (rpm).

g: gravedad.

µ: viscosidad.

Los gradientes para los dos volúmenes de Beakers son:

1

33

*

*****

1 V

nrAggG

µ

α ∑= para V1 = 2000 ml.

2

33

*

*****

2 V

nrAggG

µ

α ∑= para V2 = 1000 ml.

Sin variación en el tipo de paletas agitadoras, para un determinado número de

revoluciones y propiedades similares del agua.

)(**** 33

KconstantenrAg

=∑

µ

α

V1= 2*V2

Uniendo por la constante K se tiene:

2211 ** VGVG = 2221 **2* VGVG =

12 *2 GG =

ANEXO G

PARTES QUE CONFORMAN EL EQUIPO PARA LA “PRUEBA DE JARRAS”

• Un motor de velocidad variable que permite el movimiento de seis paletas

ubicadas sobre los ejes verticales.

• Un tacómetro que indica el número de revoluciones por minuto.

• Un sistema de iluminación ubicado en la parte inferior sobre el cual se colocan

los vasos de precipitados que permite una buena visualización del floc.

• Vasos de precipitados de 1000 ml.

• Jeringas y embudos que permiten la dosificación del coagulante de forma

simultanea.

• Un sistema de toma de muestras las cuales deben realizarse de forma

simultanea y a una misma profundidad.

Elementos adicionales al equipo de prueba de jarras :

• Turbidímetro.

• Cronómetro

• Termómetro.

• Medidor de pH.

• Sulfato de Aluminio tipo B (granulado).

• Cal (CaO).

• Vasos de precipitados, Erlenmeyer, Pipetas, buretas, probetas.

ANEXO H

RESULTADOS OBTENIDOS EN LA DETERMINACIÓN DE LOS PRINCIPALES

PARÁMETROS ÓPTIMOS DE COAGULACIÓN PARA CUATRO VALORES DE

TURBIEDAD

Tabla H1: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante Turbiedad 1: 14 U.N.T. Temperatura Inicial de 17 °C pH inicial: 7.27 Beaker Dosis de

Coagulante (mg/litro)

Volumen solución coagulante al 1 % (ml)

Turbiedad Residual

1 20 2 7.28 2 30 3 12.14 3 40 4 13.48 4 50 5 13.26 5 60 6 14.8 6 70 7 14.9

Tabla H2: Valores de turbiedad residual para menores dosis de coagulante Turbiedad 1: 14 U.N.T. Temperatura Inicial de 17 °C pH inicial: 7.27 Beaker Dosis de


Volumen solución coagulante al 0.5 % (ml)

Turbiedad Residual

1 5 1 10.44 2 10 2 6.10 3 15 3 4.98 4 20 4 2.88 5 25 5 4.99 6 30 6 7.48

Tabla H3: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante (Ampliación rango) Turbiedad 1: 14 U.N.T. Temperatura Inicial de 17 °C pH inicial: 7.27 Beaker Dosis de


Volumen solución coagulante al 0.5 % (ml)

Turbiedad Residual

1 15 3.0 2.70 2 17 3.4 2.16 3 19 3.8 1.40 4 21 4.2 1.83 5 23 4.6 1.85 6 25 5.0 1.92

La dosis óptima encontrada fue de 19 mg/litro de Sulfato de Aluminio Tabla H4: Valores de turbiedad residual para diferentes concentraciones de

coagulante Turbiedad 1 (14 U.N.T.) Dosis óptima: 19 mg/litro Temperatura Inicial de 17 °C pH inicial: 7.27 Beaker Concentración de

Coagulante (%) Volumen solución

(ml) Turbiedad Residual

1 0.1 19.00 2.28 2 0.5 3.80 3.12 3 1.0 1.90 2.08 4 2.0 0.95 2.44 5 3.0 0.63 2.10 6 4.0 0.47 2.15

La concentración óptima de coagulante encontrada fue de 1 % (10 gramos/litro)

Tabla H5: Valores de turbiedad residual para diferentes pH del agua cruda Turbiedad 1 (14 U.N.T.) Dosis óptima: 19 mg/litro Concentración óptima: 1% Temperatura Inicial : 17 °C Beaker PH Volumen solución de cal 1 % adicionado


1 7.08 0.0 0.58 2 7.78 0.2 0.55 3 8.16 0.6 0.45 4 8.51 1.0 0.44 5 8.84 1.5 7.67 6 9.04 2.8 7.80

Tabla H6: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante Turbiedad 2: 68 U.N.T. Temperatura Inicial de 17 °C pH inicial: 7.40 Beaker Dosis de Coagulante

(mg/litro) Volumen solución

coagulante al 0.5 % (ml) Turbiedad Residual

1 10 2 47.5 2 20 4 5.0 3 30 6 2.65 4 40 8 1.63 5 50 10 1.75

Tabla H7: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante (Ampliación intervalo) Turbiedad 2: 68 U.N.T. Temperatura Inicial de 17 °C pH inicial: 7.40 Beaker Dosis de Coagulante



1 40 8.0 2.35 2 42 8.4 1.70 3 44 8.8 1.70 4 46 9.2 1.60 5 48 9.6 1.35 6 50 10.0 1.42

La dosis óptima encontrada fue de 48 mg/litro de Sulfato de Aluminio

Tabla H8: Valores de turbiedad residual para diferentes concentraciones de coagulante

Turbiedad 2 (68 U.N.T.) Dosis óptima: 48 mg/litro Temperatura Inicial de 17 °C pH inicial: 7.40 Beaker Concentración de



1 10 0.48 2.70 2 5.0 0.96 2.14 3 3.0 1.60 1.41 4 1.0 4.80 1.80 5 0.1 48.0 1.55

La concentración óptima de coagulante encontrada fue de 3.0 % (30 gramos/litro) Tabla H9: Valores de turbiedad residual para diferentes pH del agua cruda Turbiedad 2 (68 U.N.T.) Dosis óptima: 48 mg/litro Concentración óptima: 3% Temperatura Inicial : 17 °C Beaker pH Volumen solución de cal 1 % adicionado


1 7.33 0.0 0.55 2 7.80 0.3 0.56 3 8.01 0.4 0.25 4 8.33 0.8 0.28 5 8.77 1.0 0.30 6 8.52 1.1 0.34




1 20 2 33.4 2 40 4 8.80 3 60 6 10.96 4 80 8 24.0 5 100 10 46.5 6 120 12 69.5

Tabla H11: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante (Ampliación intervalo) Turbiedad 3: 400 U.N.T. Temperatura Inicial de 16 °C pH inicial: 7.32 Beaker Dosis de Coagulante



1 40 4.0 8.57 2 44 4.4 7.25 3 48 4.8 8.64 4 52 5.2 6.80 5 56 5.6 8.86 6 60 6.0 10.72

La dosis óptima encontrada fue de 52 mg/litro de Sulfato de aluminio Tabla H12: Valores de turbiedad residual para diferentes concentraciones de

coagulante Turbiedad 3 (400 U.N.T.) Dosis óptima: 52 mg/litro Temperatura Inicial de 16 °C pH inicial: 7.32 Beaker Concentración de



1 0.1 52.0 7.97 2 0.5 10.4 9.03 3 1.0 5.2 6.06 4 2.0 2.6 5.95 5 3.0 1.7 6.81 6 4.0 1.3 8.33

La concentración óptima de coagulante encontrada fue de 2.0 % (20 gramos/litro).

Tabla H13: Valores de turbiedad residual para diferentes pH del agua cruda Turbiedad 3 (400 U.N.T.) Dosis óptima: 52 mg/litro Concentración óptima: 2% Temperatura Inicial : 16 °C Beaker pH Volumen solución de cal 1 % adicionado


1 7.26 0.0 7.72 2 7.65 0.5 7.42 3 8.11 1.0 6.02 4 8.41 1.7 4.48 5 8.77 3.2 4.58 6 9.15 4.0 5.33




1 20 2 645 2 40 4 230 3 60 6 32.1 4 80 8 7.09 5 100 10 5.46 6 120 12 11.2

Tabla H15: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante (Ampliación rango) Turbiedad 4: 1200 U.N.T. Temperatura Inicial de 16 °C pH inicial: 7.15 Beaker Dosis de Coagulante



1 90 4.5 9.12 2 94 4.7 6.52 3 98 4.9 8.38 4 102 5.1 6.25 5 106 5.3 7.50 6 110 5.5 10.12

La dosis óptima encontrada fue de 102 mg/litro de Sulfato de aluminio

Tabla H16: Valores de turbiedad residual para diferentes concentraciones de coagulante.

Turbiedad 4 (1200 U.N.T.) Dosis óptima: 102 mg/litro Temperatura Inicial de 16 °C pH inicial: 7.15 Beaker Concentración de



1 0.1 102.0 15.54 2 0.5 20.4 9.12 3 1.0 10.2 9.82 4 2.0 5.1 8.93 5 3.0 3.4 8.05 6 4.0 2.5 12.01

La concentración optima de coagulante encontrada fue de 3.0 % (30 gramos/litro) Tabla H17: Valores de turbiedad residual para diferentes pH del agua cruda Turbiedad 4 (1200 U.N.T.) Dosis óptima: 102 mg/litro Concentración óptima: 3% Temperatura Inicial: 16 °C Beaker pH Volumen solución de cal 1 % adicionado


1 7.15 0.0 19.80 2 7.83 1.0 14.20 3 7.55 0.7 9.80 4 8.20 1.6 34.00 5 8.57 3.8 12.08 6 8.91 7.0 11.90

Tabla H18: Valores de turbiedad residual para diferentes tiempos y gradientes Turbiedad 1 (14 U.N.T.) Dosis óptima: 19 mg/litro Concentración óptima: 1 % (10 g./litro) Volumen solución 1 % adicionado a cada beaker: 1.9 ml. Beaker Tiempo de

mezcla lenta

(minutos)

Gradiente 1: 7.75 s -1

15 r.p.m. (Turbiedad)











1 15 8.95 3.41 1.89 4.53 2.08 2.62 2 20 6.61 1.86 1.08 1.68 1.86 1.68 3 25 1.95 0.70 0.76 1.30 1.45 1.61 4 30 1.65 0.61 0.45 1.40 1.65 1.55 5 35 1.20 0.68 0.38 1.35 1.42 1.94 6 40 1.03 0.72 0.58 3.15 3.53 3.28

Tabla H19: Valores de turbiedad residual para diferentes tiempos y gradientes Turbiedad 2 (68 U.N.T.) Dosis óptima: 48 mg/litro Concentración óptima: 3 % (30 g./litro) Volumen solución 3 % adicionado a cada beaker: 1.6 ml. Beaker Tiempo de mezcla

lenta (minutos) Gradiente 1:

7.75 s -1










1 15 8.69 4.20 1.28 5.90 3.60 2 20 3.95 1.00 1.64 1.70 3.15 3 25 1.70 0.60 0.91 1.22 3.94 4 30 1.80 0.52 0.42 2.10 2.90 5 35 1.69 0.45 1.02 2.20 3.20 6 40 1.60 0.85 1.23 3.10 3.90


mezcla lenta

(minutos)













1 15 19.80 7.95 5.47 7.72 6.24 7.80 2 20 13.67 4.92 5.17 5.48 6.81 6.37 3 25 11.41 4.12 3.81 5.27 6.13 5.65 4 30 9.82 4.25 4.05 5.02 6.24 5.44 5 35 9.17 3.51 4.53 5.27 5.92 8.57 6 40 7.98 3.91 5.58 7.24 8.78 14.25


mezcla lenta

(minutos)













1 15 36.2 23.7 17.4 14.20 19.3 26.9 2 20 26.8 13.7 13.6 14.02 13.89 34.0 3 25 20.4 13.1 13.7 21.2 11.72 25.6 4 30 14.6 14.7 10.9 11.6 14.95 35.4 5 35 21.0 18.2 11.93 12.47 15.2 25.9 6 40 12.3 23.3 12.2 18.8 24.9 41.6

ANEXO I

PERDIDA DE CARGA EN EL AGUA EFLUENTE DE LA CANALETA PARSHALL

HASTA LA ENTRADA A LOS FLOCULADORES

El agua efluente de la Canaleta Parshall es conducida hasta los Floculadores a

través de un canal y 2 líneas de tubería de acero al carbón de 12 pulgadas (0.3048

metros).

El canal distribuye el agua hasta los floculadores 1, 2 y a dos líneas de tubería.

La ecuación a utilizar para el cálculo de la pérdida de carga a través del canal es la

expresión de Manning tomada de (4), así:

hf = L*((Q/A)*n*(1/Rh)2/3)

Donde hf: Pérdida de carga (m)

n: Coeficiente de rugosidad (0.01)

Q: Caudal (en m3/s).

A: Área transversal del canal (en m2).

Rh: Radio hidráulico igual a A/P (perímetro) en metros.

L: longitud del canal (m).

Para el cálculo de la pérdida de carga a través de la tubería se utiliza (4):

hf = f*(L/D)*(Q/A)2/2.

Donde hf: Pérdida de carga (m)

f: Factor de fricción (0.009 para tubería de acero al carbón)

Q: Caudal (en m3/s).

A: Área transversal del canal (en m2).

D: Diámetro de la tubería (m)

L: longitud de la tubería (m).

• Pérdida de carga en el agua que ingresa al Floculador2.

Solo se tiene en cuenta la pérdida de carga a través del canal.

Caudal = 0.120 m3/s.

Área Transversal de flujo = 1.02 m x 0.48 m = 0.4896 m2.

Perímetro 0.48 m + 0.48 m + 1.02 m = 1.98 m.

Radio hidráulico (Rh) = A/P = 0.4896/1.98 = 0.2472 m

Longitud = 3.50 m.

hf = L*((Q/A)*n*(1/Rh)2/3) = 3.50*((0.120/0.4896)*0.01*(1/0.2472) 2/3)

hf = 0.021 metros.

• Pérdida de carga en el agua que ingresa al Floculador 1.

Solo se tiene en cuenta la pérdida de carga a través del canal.


Área Transversal de flujo = 1.02 m x 0.48 m = 0.4896 m2.

Perímetro 0.48 m + 0.48 m + 1.02 m = 1.98 m.

Radio hidráulico (Rh) = A/P = 0.4896/1.98 = 0.2472 m

Longitud = 7.20 m.

hf = L*((Q/A)*n*(1/Rh)2/3) = 7.20*((0.090/0.4896)*0.01*(1/0.2472) 2/3)

hf = 0.033 metros.


Se tienen en cuenta las pérdidas de carga a través del canal y la tubería.


Área Transversal de flujo (canal) = 1.02 m x 0.48 m = 0.4896 m2.

Perímetro (canal)= 0.48 m + 0.48 m + 1.02 m = 1.98 m.

Radio hidráulico del canal (Rh) = A/P = 0.4896/1.98 = 0.2472 m

Longitud del canal = 8.20 m.

Longitud tubería = 20 m.

Diámetro tubería = 0.3048 m.

Área = π*D2/4 = 3.14*0.30482/4. = 0.0729 m2

Pérdida de carga a través del canal.

hf = L*((Q/A)*n*(1/Rh)2/3) = 8.20*((0.030/0.4896)*0.01*(1/0.2472) 2/3)

hf = 0.0125 metros.

Pérdida de carga a través de la tubería.

hf = f*(L/D)*(Q/A)2/2. = 0.009*(20/0.3048)*(0.030/0.0729)2/2

hf = 0.05 m

Pérdida de carga total (hf) = 0.0125 + 0.05 = 0.0625 m.


Se tienen en cuenta las pérdidas de carga a través del canal y la tubería.


Área Transversal de flujo (canal) = 1.02 m x 0.48 m = 0.4896 m2.

Perímetro (canal)= 0.48 m + 0.48 m + 1.02 m = 1.98 m.

Radio hidráulico del canal (Rh) = A/P = 0.4896/1.98 = 0.2472 m

Longitud del canal= 8.20 m.

Longitud tubería = 24 m.

Diámetro tubería = 0.3048 m.

Área = π*D2/4 = 3.14*0.30482/4. = 0.0729 m2

Pérdida de carga a través del canal.

hf = L*((Q/A)*n*(1/Rh)2/3) = 8.20*((0.030/0.4896)*0.01*(1/0.2472) 2/3)

hf = 0.0125 metros.

Pérdida de carga a través de la tubería.

hf = f*(L/D)*(Q/A)2/2. = 0.009*(20/0.3048)*(0.030/0.0729)2/2

hf = 0.06 m

Pérdida de carga total (hf) = 0.0125 + 0.06 = 0.0725 m.

ANEXO J

PÉRDIDAS DE CARGA REALES Y TEÓRICAS EN LOS FLOCULADORES

CALCULADAS A PARTIR DE EXPRESIONES ENCONTRADAS EN LA

LITERATURA.

Los criterios y las expresiones teóricas fueron tomadas del libro de Jorge Arboleda

(2), y los cálculos presentados a continuación se harán para un caudal de ingreso a

la planta de 120 litros/s. (caudal para cada floculador de 30 litros/s.).

Floculadores 1 y 2

Por la similitud de las dimensiones entre estos floculadores, la pérdida de carga

teórica en el primero se asumirá igual a la del segundo

El tiempo de retención se calcula dividiendo el volumen total efectivo de cada unidad

entre el caudal que ingresa a cada floculador.

Tiempo de retención (to) = 49.122/0.030 = 1637 segundos.

La diferencia en la altura de la lámina de agua entre la primera cámara y la última de

cada floculador es una estimación física de la perdida de carga que ha tenido el

agua en su paso por la unidad.

Para un caudal de entrada a la planta de 120 litros/s. (caudal en cada floculador 30

litros/s.) la diferencia de alturas fue de 0.06 metros correspondiente a la pérdida de

carga real en el sistema.

En teoría, la pérdida de carga producida en cada floculador es principalmente

debida a:

1. El cambio de dirección y turbulencia (h').

2. El paso por los orificios que comunican las cámaras (h'').

3. Fricción del flujo con la paredes de cada cámara (h”´)

Para estos floculadores de flujo vertical, puede asumirse que (h') es proporcional a

la carga de velocidad por el numero de tabiques (N) y a una constante (k) como se

detalla en la ecuación:

gv

Nkh*2

**'2

=

De estudios experimentales se tiene que le valor mas frecuente de k es 3.0 (2).

La velocidad promedio del flujo se calcula a partir del caudal de operación y el área

transversal entre el tabique y la pared de cada cámara (dimensiones reales), así:

Área transversal de flujo = 0.85 m * 1.9 m = 1.615 m2

Velocidad promedio (v) = 0.030/1.615 = 0.018 m/s.

En la literatura se recomienda que la velocidad promedio de flujo este entre 0.10 y

0.60 m/s., ya que velocidades mayores de 0.60 m/s pueden romper el floc y

velocidades menores de 0.10 m/s. permiten la sedimentación de lodos (2).

En conclusión, para un caudal de 120 litros/s. la velocidad promedio es insuficiente

lo que permite la formación de sedimentos.

Cada floculador cuenta con 8 tabiques (ver figura A4 del anexo A) para lo cual (h')

es:

8.9*2

018.0*8*0.3'2

=h metrosh 000396.0'=

La pérdida de carga para los pasos inferiores (orificios) viene dada por:

22

2

***2''

CdAgQ

h =

Donde Q: caudal (m3/s).

A: área orificio (m2).

Cd: 0.74 para los orificios.

g: Gravedad (9.8 m/s2).

El área de los orificios (Cuadrados de iguales dimensiones) es:

Área orificio = 0.4*0.4 = 0.16 m2.

La pérdida de carga por orificio será 22

2

74.0*16.0*8.9*2030.0'' =h metrosh 00327.0'' =

Para 7 orificios h'' (total) = 0.00327*7 = 0.02289 metros

La pérdida de carga por fricción se expresa:

gV

DhL

Ch*2

**'´'2

=

Donde C: Coeficiente de fricción (de 100 según la

rugosidad del concreto).

Dh: Diámetro hidráulico (Dh = 4*A/P).

A: Área transversal de flujo (m2).

P: Perímetro mojado (m)

V: Velocidad de flujo (m/s).

G: Gravedad (m/s2).

Multiplicando la lámina de agua en cada cámara por el numero de pasos que realiza

el flujo través del floculador se tiene la longitud del flujo (L), así:

L = No pasos * lámina de agua = 15*1.77 m = 26.55 m.

Con las dimensiones transversales de cada paso se tiene el área y perímetro:

Dimensiones transversales de cada paso = 1.85 m x 0.9 m.

Área transversal = 1.665 m2.

Perímetro = 1.85*2 + 0.9*2 = 5.5 m.

Dh = 4*A/P = 4*1.665/5.5 = 1.21 m.

La pérdida de carga por fricción será: 8.9*2

018.0*

21.155.26

*100'´'2

mh = mh 0362.0'´' =

La pérdida de carga total (htotal) = h' + h'' + h”´= 0.000396 + 0.02289 + 0.0362

= 0.0595 m

la pérdida de carga teórica es levemente menor a la real por lo que se puede

corroborar la aproximación de la medición.

El gradiente total de mezcla se calcula con la pérdida total de carga en el sistema,

así (2):

toghG total

**

υ=

Donde v: viscosidad del agua = 1.01 x 10-6 m2/s (T = 17 °C)

h: perdida de carga total (m).

g: gravedad (9.8 m/s2).

to: tiempo de retención (s)

Para el caudal tratado, el gradiente es:

1637*00000101.08.9*0595.0

=G 178.18 −= sG

Floculadores 3 y 4

Por la similitud de las dimensiones entre estos floculadores, la pérdida de carga

teórica en el primero se asumirá igual a la del segundo

El tiempo de retención se calcula dividiendo el volumen total efectivo de cada unidad

entre el caudal que ingresa a cada Floculador.

Tiempo de retención (to) = 51.9257/0.030 = 1730 segundos.

La diferencia en la altura de la lámina de agua entre la primera cámara y la última de

cada floculador es una estimación física de la pérdida de carga que ha tenido el

agua en su paso por la unidad.

Para un caudal de entrada a la planta de 120 litros/s. (caudal en cada floculador 30

litros/s.) la diferencia de alturas fue de 0.050 metros correspondiente a la pérdida de

carga real en el sistema.

En teoría, pérdida de carga producida en cada floculador es debida a el paso por los

orificios que comunican las cámaras (h') y a la fricción del flujo con las paredes de

cada cámara (h”).

En la literatura se recomienda que la velocidad promedio de flujo este entre 0.10 y

0.60 m/s., ya que velocidades mayores de 0.60 m/s. pueden romper el flóculo y

velocidades menores de 0.10 m/s. permiten la sedimentación de lodos.

Área transversal de flujo = 1.46 * 1.46 = 2.1316 m2

Velocidad promedio (v) = 0.030/2.1316 = 0.014 m/s.

En conclusión, para un caudal de 120 litros/s. la velocidad promedio es insuficiente

lo que permite la formación de sedimentos.

La pérdida de carga para los pasos inferiores (orificios) viene dada por:

22

2

***2''

CdAgQ

h =

Donde Q: caudal (m3/s).

A: área orificio (m2).

Cd: 0.74 para los orificios.


El área de los orificios (rectangulares de iguales dimensiones) es:

Área orificio = 0.3*0.4 = 0.12 m2.

La pérdida de carga será 22

2

74.0*12.0*8.9*2030.0'' =h metrosh 00582.0'' =

Para 5 orificios la pérdida de carga (h') = 0.00582*5 = 0.02912 m

La pérdida de carga por fricción se expresa:

gV

DhL

Ch*2

**''2

=

Donde C: Coeficiente de fricción (de 100 según la

rugosidad del concreto).

Dh: Diámetro hidráulico (Dh = 4*A/P).

A: Área transversal de flujo (m2).

P: Perímetro mojado (m)

V: Velocidad de flujo (m/s.).

G: Gravedad (m/s2).

Multiplicando la lámina de agua en cada cámara por el numero de pasos que realiza

el flujo través del floculador se tiene la longitud del flujo (L), así:

L = No pasos * lámina de agua = 6*4.06 m = 24.36 m.

Con las dimensiones transversales de cada paso se tiene el área y perímetro:

Dimensiones transversales de cada paso = 1.46 m x 1.46 m.

Área transversal = 2.1316 m2.

Perímetro = 1.46*2 + 1.46*2 = 5.84 m.

Dh = 4*A/P = 4*2.1316/5.84 = 1.46 m.

La pérdida de carga por fricción será: 8.9*2

014.0*

46.136.24

*100'´'2

mh = mh 0166.0'' =

La pérdida de carga total (htotal) = h' + h'' + = 0.02912 + 0.0166

= 0.046 m

la pérdida de carga teórica es levemente menor a la real por lo que se puede

corroborar la aproximación de la medición.

El gradiente total de mezcla se calcula con la pérdida total de carga en los orificios,

así:

toghG total

**

υ=

Donde v: viscosidad del agua = 1.01 x 10-6 m2/s (T = 17 °C)

h: perdida de carga total (m).


to: tiempo de retención (s)

Para el caudal tratado, el gradiente es:

1730*00000101.08.9*046.0

=G 106.16 −= sG

ANEXO K

METODOLOGÍA PARA DETERMINAR EL TIPO DE FLUJO EN FLOCULADORES

Y SEDIMENTADORES

(MÉTODO SIMPLIFICADO DE WOLF Y RESNICK)

A continuación se describe la metodología empleada para determinar el tipo de flujo

en sedimentadores y floculadores:

1. Se determinó el volumen efectivo de cada unidad.

2. Se midió el caudal tratado, verificando que el sensor medidor de caudal se

encontraba adecuadamente calibrado y el flujo de fluido fuera estable durante el

tiempo de realización del ensayo.

3. Se calculó el tiempo de retención teórico ( To ).

4. Se determinó la concentración de Cloruros en el agua cruda (mg/lt de Cl-).

5. Se calculó la cantidad de sustancia trazadora ( NaCl ), para dosificación

instantánea de acuerdo a la ecuación

10001

**P

cvw =

De donde W: masa de NaCl en gramos.

V: volumen de la unidad en m3.

C: concentración deseada en el volumen efectivo (mg/m3) de

Cl-.

P: pureza del trazador utilizado determinada

experimentalmente (mg de Cl-/mg de NaCl).

La dosificación se hizo rápidamente en el punto de mezcla previamente

seleccionado.

6. Se tomaron varias muestras y se determinó la concentración de trazador (como

ión cloruro) en el efluente de la unidad (C) evaluada para construir una gráfica

de C Vs t.

7. A cada concentración se le resto la concentración del agua cruda (determinada

experimentalmente).

8. Se Calculó la fracción de trazador a la salida del la unidad (F(t)) según la

fórmula.

∑

∑=

=

=

==ni

i

ji

i

Ci

CitF

1

1)( Donde J es el número de la muestra y n total de muestras

9. Con los datos de fracción a la salida de la unidad (F(t)) obtenidos anteriormente

se calcularon las fracciones ( 1-F(t)).

En una tabla como la siguiente se relacionan las concentraciones y cálculos

requeridos.

Tiempo (t) T/To C (mg/Lt) C-Cagua cruda ∑C-Cagua cruda F(t) 1-F(t)

10. En papel semilogaritmico se graficaron los valores de 1-F(t) y t/T0, de acuerdo al

modelo simplificado de Wolf Resnick (expuesto mas adelante), el cual se cumple

para cualquier tipo de flujo de diversas características ( flujo mezclado, flujo

pistón, espacio muerto, corto circuito, etc). A continuación se presentan las

ecuaciones global y simplificada del modelo de Wolf-Resnick.

El modelo enunciado sirve para predecir la presencia de espacios muertos, fracción

de la unidad en que predomina flujo pistón o flujo completamente mezclado y cortos

circuitos.

Los espacios muertos son las zonas de la unidad donde la velocidad de flujo tiende

a cero y el tiempo de retención a infinito, y los cortos circuitos son las zonas donde

la velocidad de flujo tiende a infinito y el tiempo de retención a cero.

El modelo simplificado de Wolf y Resnick utilizado para calcular las fracciones de

flujo pistón, mezcla completa y espacios muertos se representa por la función:

[ ])1()/(*)1(*)1(

)())(1( mPTot

mPeLog

tFLog −−−−

−=−

La pendiente de la línea recta ajustada es (p) = )1(*)1(

)(mP

eLog−−

−

αφαφTan

TanP

*434.0*+

= P

mφ

−= 1

Donde: φ = (t/To) = P(1-m) es el tiempo de retraso donde Log(1-F(t)) = 1

(fracción de flujo pistón)

(α) es el ángulo de la pendiente con la horizontal

A partir de los cálculos anteriores se tiene

Fracción mezclada = (1-P)*(1-m)

Fracción a pistón = φ = P*(1-m)

Fracción muerta = m

Si en la gráfica de concentración vs relación t/To para cada unidad se presentan

picos antes del tiempo de retención teórico (t/To = 1) se evidencia la presencia de

cortos circuitos (1- f), cuya fracción (f) se calcula dividiendo el área bajo la curva del

primer pico entre el área bajo la curva total.

totalAreapicoprimerArea

f.

..=

Una forma alternativa de calcular la fracción de cortos circuitos es tomando el

tiempo que tardo en salir la máxima concentración de cloruros y el caudal de

operación, para estimar el volumen real que el flujo recorrió en su paso por la

unidad.

las variables se modifican como siguen

)1(*1 fP

m −−=φ

φ = (t/To) = P(1-m)/(1-f)

Fracción mezclada = (1-P)*(1-m)*(1-f)

Fracción a pistón = φ = P*(1-m)/(1-f)

Fracción muerta = m

De la gráfica en papel semilogaritmico de la fracción remanente en la unidad (1-

F(t)) vs t/To se realizan los siguientes análisis.

1. Si la gráfica es lineal se asume que la unidad se comporta como un reactor de

mezcla completa.

2. Si hay un tiempo de retraso (función horizontal) la unidad se comporta en este

período de tiempo como un reactor de flujo pistón (P) donde P = t/To.

3. Si la gráfica obtenida es vertical en t/To = 1 predomina en la unidad el flujo

pistón.

4. Si la gráfica obtenida es vertical en t/To < 1 predomina en la unidad el flujo

pistón y espacios muertos.

Determinación de la concentración de Cloruros

La concentración a la salida de la unidad del ion Cloruro (Cl-) en el agua se

determinó siguiendo el procedimiento establecido en el "Standard Methods of

Analisys of water and Wastewater" Edición de 1998 (1) (método Argentometrico)

utilizando una solución titulante de Nitrato de Plata 0.0141 N y Cromato de Potasio

como indicador, por la fórmula:

muestraml

NBAlitroClmg AgNO

.

35450**)(/. 3

−=−

Donde A: Volumen de titulante gastado para la muestra (en ml).

B: Volumen de titulante gastado para el blanco (en ml).

El volumen de la muestra fue 20 ml para todas las titulaciones y la Normalidad de la

solución de AgNO3 de 0.0141 Equ-g/litro.

A cada concentración de Cloruros determinada a la salida de cada unidad se le

restaba la del agua cruda (estas dos se consideran como muestras en la fórmula

anterior), por lo cual la concentración de Cl- (trazador) a la salida es.

muestraml

NCA

muestraml

NBC

muestraml

NBAlitroClmg AgNOAgNOAgNO

.

35450**)(

.

35450**)(

.

35450**)(/. 333

−=

−−

−=−

Donde C: Volumen de titulante gastado para el agua cruda (en ml).

La pureza de la sal (NaCl) determinada experimentalmente utilizando el método

Argentometrico (enunciado) fue de 0.6 g de Cl-/g de NaCl).

ANEXO L

CÁLCULOS EFECTUADOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA

DETERMINACIÓN EL TIPO DE FLUJO EN FLOCULADORES Y

SEDIMENTADORES

(PRUEBA CON TRAZADORES SIGUIENDO EL MÉTODO SIMPLIFICADO DE

WOLF Y RESNICK)

Floculador 1

Caudal de operación = 32.75 litros/s

Tiempo de retención teórico (To) = 49.122 m3/0.03275 m3/s

= 1500 segundos (25 minutos).

Duración Prueba = 2.5*To = 2.5*1500 segundos


Masa de NaCl adicionada (dosis instantánea)

deNaClgdeClg

mdeClgmP

cvw

./.6.0/.50*122.49* 33

−

−

== deNaClgw .4093=

Concentración de Cloruros en el agua cruda (inicio prueba) = 5 mg de Cl-/litro.

Análisis gráfico de Datos.

El ángulo de la línea recta ajustada a la función (α) = 36°

El período de retraso (φ) = 0.85

)36(*)85.0(434.0)36(*85.0

*434.0*

TanTan

TanTan

P+

=+

=αφ

αφ 5873.0=P

5873.085.0

11 −=−=P

mφ

4473.0−=m

Fracción mezclada = (1-P)*(1-m) = (1-0.5873)*(1+0.44)

= 0.6048

Fracción a pistón = φ = P*(1-m) = 0.5873*(1+0.44) = 0.8352

Fracción muerta = m = -0.44

Gráfica L1: Logaritmo de la fracción remanente en el Floculador 1 en función de la

relación t/To

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

00 0,5 1 1,5 2 2,5

t/To

Log

(1-

F(t

))

Floculador 2



= 1665 segundos (27.75 minutos).




deNaClgdeClg

mdeClgmP

cvw

./.6.0/.48*122.49* 33

−

−

== deNaClgw .4000=





)40(*)93.0(434.0)40(*93.0

*434.0*

TanTan

TanTan

P+

=+

=αφ

αφ 6426.0=P

6426.0

93.011 −=−=

Pm

φ 4472.0−=m


= 0.5173

Fracción a pistón = φ = P*(1-m) = 0.6426*(1+0.4472)

= 0.93

Fracción muerto = m = -0.4472


relación t/To.

Floculador 3







deNaClgdeClg

mdeClgmP

cvw

./.6.0/.49*69.52* 33

−

−

== deNaClgw .4327=

Concentración de Cloruros en el agua cruda (inicio prueba) = 2.5 mg de Cl-/litro.

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

t/To

Log

(1-

F(t))




)33(*)7820.0(434.0)33(*7820.0

*434.0*

TanTan

TanTan

P+

=+

=αφ

αφ 5392.0=P

5392.07820.0

11 −=−=P

mφ

4466.0−=m


= 0.3185


= 0.78



relación t/To

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0 0,5 1 1,5 2 2,5

t/To

Log

(1- F

(t))

Floculador 4







deNaClgdeClg

mdeClgmP

cvw

./.6.0/.50*43.52* 33

−

−

== deNaClgw .4376=





)49(*)8333.0(434.0)49(*8333.0

*434.0*

TanTan

TanTan

P+

=+

=αφ

αφ 6883.0=P

6883.08333.0

11 −=−=P

mφ

2059.0−=m


= 0.2585


= 0.830



relación t/To

Sedimentador 1

Caudal de operación = 30 litros/s






deNaClgdeClg

mdeClgmP

cvw

./.6.0/.50*556.99* 33

−

−

== deNaClgw .8297=


-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

00 0,5 1 1,5 2 2,5

t/To

Log

(1- F

(t))




Fracción de cortos circuitos calculada por relación de áreas (f) = 0.3156

(1-f) = 0.6844

)20(*)48.0(434.0)20(*48.0

*434.0*

TanTan

TanTan

P+

=+

=αφ

αφ 2870.0=P

)3156.01(*2870.048.0

1)1(*1 −−=−−= fP

mφ

1446.0−=m

Fracción mezclada = (1-P)*(1-m)*(1-f) = (1-0.2870)*(1+0.1446)*(1-0.3156)

= 0.5585

Fracción a pistón = φ = P*(1-m)/(1-f) = 0.2870*(1+0.1446)/(1-0.3156)

= 0.2248


Estimación fracción de cortos circuitos (a partir del caudal y tiempo real de

retención)

Volumen efectivo real (estimación) = Caudal * Tiempo retención real

= 0.03 m3/s*2250 segundos = 67.5 m3

Fracción de cortos circuitos (1-f) = Vol. real/Vol. teórico = 67.5 m3/99.556 m3

= 0.678

Gráfica L5: Logaritmo de la fracción remanente en el Sedimentador 1 en función de

la relación t/To

Sedimentador 2







deNaClgdeClg

mdeClgmP

cvw

./.6.0/.36*556.99* 33

−

−

== deNaClgw .5953=


-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

00 0,5 1 1,5 2 2,5

t/To

Log

(1- F

(t))




Fracción de cortos circuitos (f) = 0.324

(1-f) = 0.676

)19(*)46.0(434.0)19(*46.0

*434.0*

TanTan

TanTan

P+

=+

=αφ

αφ 2674.0=P

)324.01(*2674.0

46.01)1(*1 −−=−−= f

Pm

φ 196.0−=m

Fracción mezclada = (1-P)*(1-m)*(1-f)= (1-0.2674)*(1+0.196)*(1-0.324) = 0.5923

Fracción a pistón = φ = P*(1-m)/(1-f) = 0.2674*(1+0.196)/(1-0.324) = 0.4731



retención)


= 0.03 m3/s*2150 segundos = 64.5 m3


= 0.648


la relación t/To

Sedimentador 3

Debido a que el agua efluente del floculador 3 entra a un canal de distribución que

comunica al sedimentador 3, en el desarrollo de las pruebas se diluyó la sal en

dicha cámara y se tuvo en cuenta el volumen de la misma:

Volumen efectivo de la cámara de distribución de agua floculada

De forma rectangular con dimensiones: ancho 0.9 m, largo 4.81 y altura lamina de

agua 2.7 m

Volumen cámara = 0.9*4.81*2.7 = 11.69 m3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

00 0,5 1 1,5 2 2,5

t/To

Log

(1-

F(t))

Volumen Efectivo aproximado de la unidad = Vol. sedimentador + Vol. Cámara

= 98.122 m3 + 11.69 m3 (ver figura No)

= 109.81







deNaClgdeClg

mdeClgmP

cvw

./.6.0/.50*81.109* 33

−

−

== deNaClgw .9150=






(1-f) = 0.778

)13(*)27.0(434.0)13(*27.0

*434.0*

TanTan

TanTan

P+

=+

=αφ

αφ 1256.0=P

)222.01(*1256.0

27.01)1(*1 −−=−−= f

Pm

φ 8944.0−=m

Fracción mezclada = (1-P)*(1-m)*(1-f) = (1-0.1256)*(1+0.8944)*(1-0.222) = 1.28

Fracción a pistón = φ = P*(1-m)/(1-f) = 0.1256*(1+0.8944)/(1-0.222) = 0.30



retención)


= 0.04 m3/s*960 segundos = 38.4 m3


= 0.3913


la relación t/To

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

00 0,5 1 1,5 2 2,5 3

t/To

Log

(1-

F(t

))

Sedimentador 4







deNaClgdeClg

mdeClgmP

cvw

./.6.0/.50*81.109* 33

−

−

== deNaClgw .9150=






(1-f) = 0.62

)20(*)43.0(434.0)20(*43.0

*434.0*

TanTan

TanTan

P+

=+

=αφ

αφ 2650.0=P

)38.01(*2650.0

43.01)1(*1 −−=−−= f

Pm

φ 006.0−=m

Fracción mezclada = (1-P)*(1-m)*(1-f) = (1-0.2650)*(1+0.006)*(1-0.38) = 0.4584

Fracción a pistón = φ = P*(1-m)/(1-f) = 0.2650*(1+0.006) = 0.43



retención)


= 0.03 m3/s*2400 segundos = 72 m3

Fracción de cortos circuitos (1-f) = Vol. real/Vol. teórico = 72 m3/98.122 m3

= 0.734


la relación t/To

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

00 0,5 1 1,5 2 2,5

t/To

Log

(1- F

(t))

Tabla L1: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del Floculador 1

Muestra Tiempo (t)

(segundos) T/To Vol. Solución AgNO3

gastado en la titulación en ml

(muestra a la salida)

Vol. Solución AgNO3 gastado en la titulación en

ml (muestra de agua cruda)

Mg de Cl-/litro (salida de la unidad)

(C)

Σ(C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))

1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0 2 120 0,08 0,5 0,4 2,4992 2,4992 0,00326 0,99673 -0,00142 3 240 0,16 0,6 0,4 4,9984 7,4976 0,00980 0,99019 -0,00427 4 360 0,24 0,6 0,4 4,9984 12,4961 0,01633 0,98366 -0,00715 5 480 0,32 0,6 0,4 4,9984 17,4945 0,02287 0,97712 -0,01005 6 600 0,4 0,5 0,4 2,4992 19,9938 0,02614 0,97385 -0,01150 7 720 0,48 0,6 0,4 4,9984 24,9922 0,03267 0,96732 -0,01442 8 840 0,56 0,9 0,4 12,4961 37,4883 0,04901 0,95098 -0,02182 9 960 0,64 1,3 0,4 22,4930 59,9814 0,07843 0,92156 -0,03547 10 1080 0,72 2,3 0,4 47,4852 107,4666 0,14052 0,85947 -0,06576 11 1200 0,8 2,9 0,4 62,4806 169,9473 0,22222 0,77777 -0,10914 12 1320 0,88 3,4 0,4 74,9767 244,9240 0,32026 0,67973 -0,16765 13 1440 0,96 3,8 0,4 84,9736 329,8977 0,43137 0,56862 -0,24517 14 1560 1,04 3,8 0,4 84,9736 414,8713 0,54248 0,45751 -0,33959 15 1680 1,12 3,5 0,4 77,4759 492,3473 0,64379 0,35620 -0,44829 16 1800 1,2 3,2 0,4 69,9783 562,3256 0,73529 0,26470 -0,57723 17 1920 1,28 2,6 0,4 54,9829 617,3085 0,80718 0,19281 -0,71486 18 2040 1,36 2,1 0,4 42,4868 659,7954 0,86274 0,13725 -0,86247 19 2160 1,44 1,6 0,4 29,9907 689,7861 0,90196 0,09803 -1,00860 20 2280 1,52 1,2 0,4 19,9938 709,7799 0,92810 0,07189 -1,14329 21 2400 1,6 1,1 0,4 17,4945 727,2744 0,95098 0,04901 -1,30963 22 2520 1,68 0,8 0,4 9,9969 737,2713 0,96405 0,03594 -1,44432 23 2640 1,76 0,7 0,4 7,4976 744,7690 0,97385 0,02614 -1,58263 24 2760 1,84 0,7 0,4 7,4976 752,2667 0,98366 0,01633 -1,78675 25 2880 1,92 0,6 0,4 4,9984 757,2651 0,99019 0,00980 -2,00860 26 3000 2 0,5 0,4 2,4992 759,7644 0,99346 0,00653 -2,18469 27 3120 2,08 0,5 0,4 2,4992 762,2636 0,99673 0,00326 -2,48572 28 3240 2,16 0,5 0,4 2,4992 764,7628 1 0 29 3360 2,24 0,4 0,4 0 764,7628 1 0 30 3480 2,32 0,4 0,4 0 764,7625 1 0 31 3600 2,4 0,4 0,4 0 764,7628 1 0 32 3720 2,48 0,4 0,4 0 764,7628 1 0


Muestra Tiempo (t)

(segundos) t/To Vol. Solución AgNO3





mg de Cl-/litro (salida de la unidad)

(C)

Σ(C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))

1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0 2 150 0,0900 0,4 0,4 0 0 0 1 0 3 300 0,1801 0,4 0,4 0 0 0 1 0 4 450 0,2702 0,4 0,4 0 0 0 1 0 5 600 0,3603 0,4 0,4 0 0 0 1 0 6 750 0,4504 0,4 0,4 0 0 0 1 0 7 900 0,5405 0,4 0,4 0 0 0 1 0 8 1050 0,6306 1,1 0,4 17,4945 17,4945 0,0368 0,9631 -0,01630251 9 1200 0,7207 1,5 0,4 27,4914 44,9860 0,0947 0,9052 -0,04322516 10 1350 0,8108 2,2 0,4 44,9860 89,9721 0,1894 0,8105 -0,09123289 11 1500 0,9009 2,5 0,4 52,4837 142,4558 0,3000 0,6999 -0,15490198 12 1650 0,9909 2,6 0,4 54,9829 197,4387 0,4157 0,5842 -0,23343065 13 1800 1,0810 2,7 0,4 57,4821 254,9209 0,5368 0,4631 -0,33427098 14 1950 1,1711 2,7 0,4 57,4821 312,4031 0,6578 0,3421 -0,46584033 15 2100 1,2612 2,2 0,4 44,9860 357,3891 0,7526 0,2473 -0,60665588 16 2250 1,3513 2,1 0,4 42,4868 399,876 0,8421 0,1578 -0,80163259 17 2400 1,4414 1,4 0,4 24,9922 424,8682 0,8947 0,1052 -0,97772399 18 2550 1,5315 1,2 0,4 19,9938 444,8620 0,9368 0,0631 -1,19957303 19 2700 1,6216 0,9 0,4 12,4961 457,3581 0,9631 0,0368 -1,43365676 20 2850 1,7117 0,8 0,4 9,9969 467,3550 0,9842 0,0157 -1,8016352 21 3000 1,8018 0,5 0,4 2,4992 469,8543 0,9894 0,0105 -1,9777279 22 3150 1,8918 0,5 0,4 2,4992 472,3535 0,9947 0,0052 -2,27876224 23 3300 1,9819 0,5 0,4 2,4992 474,8527 1,0000 0 24 3450 2,0720 0,4 0,4 0 474,8527 1,0000 0 25 3600 2,1621 0,4 0,4 0 474,8527 1,0000 0 26 3750 2,2522 0,4 0,4 0 474,8527 1,0000 0 27 3900 2,3423 0,4 0,4 0 474,8527 1,0000 0 28 4050 2,4324 0,4 0,4 0 474,8527 1,0000 0 29 4200 2,5225 0,4 0,4 0 474,8527 1,0000 0


Muestra Tiempo (t)




Vol. Solución AgNO3 gastado en la titulación

en ml (muestra de agua cruda)


(C)

Σ(C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))

1 0 0 0,3 0,3 0 0 0 1 0 2 120 0,09716 0,4 0,3 2,4992 2,4992 0,0038 0,9961 -0,00168006 3 240 0,19433 0,4 0,3 2,4992 4,9984 0,0077 0,9922 -0,00336664 4 360 0,29149 0,5 0,3 4,9984 9,9969 0,0154 0,9845 -0,00675958 5 480 0,38866 0,55 0,3 6,2480 16,2449 0,0250 0,9749 -0,01103838 6 600 0,48582 1,15 0,3 21,2434 37,4883 0,0579 0,9420 -0,02590994 7 720 0,58299 1,95 0,3 41,2372 78,7255 0,1216 0,8783 -0,05631837 8 840 0,68016 2,5 0,3 54,9829 133,7085 0,2065 0,7934 -0,10048794 9 960 0,77732 3.0 0,3 67,4790 201,1876 0,3108 0,6891 -0,16166155 10 1080 0,87449 2,9 0,3 64,9798 266,1674 0,4111 0,5888 -0,23002993 11 1200 0,97165 2,9 0,3 64,9798 331,1473 0,5115 0,4884 -0,31120926 12 1320 1,06882 2,9 0,3 64,9798 396,1271 0,6119 0,3880 -0,41113373 13 1440 1,16599 2,5 0,3 54,9829 451,1101 0,6969 0,3030 -0,51843015 14 1560 1,26315 2,1 0,3 44,9860 496,0961 0,7664 0,2335 -0,63154446 15 1680 1,36032 1,9 0,3 39,9876 536,0837 0,8281 0,1718 -0,76493985 16 1800 1,45748 1,4 0,3 27,4914 563,5752 0,8706 0,1293 -0,88825509 17 1920 1,55465 1,4 0,3 27,4914 591,0667 0,9131 0,0868 -1,06111746 18 2040 1,65182 0,9 0,3 14,9953 606,0620 0,9362 0,0637 -1,19581612 19 2160 1,74898 0,8 0,3 12,4961 618,5581 0,9555 0,0444 -1,35260236 20 2280 1,84615 0,8 0,3 12,4961 631,0543 0,9749 0,0250 -1,60038719 21 2400 1,94331 0,6 0,3 7,4976 638,5519 0,9864 0,0135 -1,86923319 22 2520 2,04048 0,4 0,3 2,4992 641,0512 0,9903 0,0096 -2,01536182 23 2640 2,13765 0,4 0,3 2,4992 643,5504 0,9942 0,0057 -2,23721196 24 2760 2,23481 0,4 0,3 2,4992 646,0496 0,9980 0,0019 -2,71434017 25 2880 2,33198 0,3 0,3 1,2496 647,2992 1,0000 0 26 3000 2,42914 0,3 0,3 0 647,2992 1,0000 0 27 3120 2,52631 0,3 0,3 0 647,2992 1,0000 0


Muestra Tiempo (t)







(C)

Σ(C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))

1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0 2 120 0,0975 0,5 0,4 2,4992 2,4992 0,00438 0,9956 -0,00190 3 240 0,1951 0,5 0,4 2,4992 4,9984 0,00877 0,9912 -0,00382 4 360 0,2926 0,5 0,4 2,4992 7,4976 0,01315 0,9868 -0,00575 5 480 0,3902 0,8 0,4 9,9969 17,4945 0,03070 0,9692 -0,01354 6 600 0,4878 1,3 0,4 22,4930 39,9876 0,07017 0,9298 -0,03159 7 720 0,5853 1,8 0,4 34,9891 74,9767 0,13157 0,8684 -0,06126 8 840 0,6829 2,6 0,4 54,9829 129,9597 0,22807 0,7719 -0,11242 9 960 0,7804 2,9 0,4 62,4806 192,4403 0,33771 0,6622 -0,17895 10 1080 0,8780 3,1 0,4 67,4790 259,9194 0,45614 0,5438 -0,26451 11 1200 0,9756 2,9 0,4 62,4806 322,4000 0,56578 0,4342 -0,36229 12 1320 1,0731 2,8 0,4 59,9814 382,3814 0,67105 0,3289 -0,48287 13 1440 1,1707 2,3 0,4 47,4852 429,8667 0,75438 0,2456 -0,60974 14 1560 1,2682 2,3 0,4 47,4852 477,3519 0,83771 0,1622 -0,78973 15 1680 1,3658 1,6 0,4 29,9907 507,3426 0,89035 0,1096 -0,95999 16 1800 1,4634 1,3 0,4 22,4930 529,8357 0,92982 0,0701 -1,15381 17 1920 1,5609 1.0 0,4 14,9953 544,8310 0,95614 0,0438 -1,35793 18 2040 1,6585 0,8 0,4 9,9969 554,8279 0,97368 0,0263 -1,57978 19 2160 1,7560 0,6 0,4 4,9984 559,8264 0,98245 0,0175 -1,75587 20 2280 1,8536 0,6 0,4 4,9984 564,8248 0,99122 0,0087 -2,05690 21 2400 1,9512 0,5 0,4 2,4992 567,3240 0,99561 0,0043 -2,35793 22 2520 2,0487 0,5 0,4 2,4992 569,8233 1 0 23 2640 2,1463 0,4 0,4 0 569,8233 1 0 24 2760 2,2439 0,4 0,4 0 569,8233 1 0 25 2880 2,3414 0,4 0,4 0 569,8233 1 0 26 3000 2,4390 0,4 0,4 0 569,8233 1 0 27 3120 2,5365 0,4 0,4 0 569,8233 1 0

Tabla L5: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del Sedimentador 1

Muestra Tiempo (t)







(C)

Σ(C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))

1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0 2 240 0,07233 0,4 0,4 0 0 0 1 0 3 480 0,14466 0,4 0,4 0 0 0 1 0 4 720 0,21699 0,4 0,4 0 0 0 1 0 5 960 0,28933 0,5 0,4 2,4992 2,4992 0,00980 0,9901 -0,0042 6 1200 0,36166 0,5 0,4 2,4992 4,9984 0,01960 0,9803 -0,0086 7 1440 0,43399 0,6 0,4 4,9984 9,9969 0,03921 0,9607 -0,0173 8 1680 0,50632 0,7 0,4 7,4976 17,4945 0,06862 0,9313 -0,0308 9 1920 0,57866 0,9 0,4 12,4961 29,9907 0,11764 0,8823 -0,0543 10 2160 0,65099 1,2 0,4 19,9938 49,9845 0,19607 0,8039 -0,0947 11 2400 0,72332 1,2 0,4 19,9938 69,9783 0,27450 0,7254 -0,1393 12 2640 0,79566 1,1 0,4 17,4945 87,4728 0,34313 0,6568 -0,1825 13 2880 0,86799 1,1 0,4 17,4945 104,9674 0,41176 0,5882 -0,2304 14 3120 0,94032 1.0 0,4 14,9953 119,9628 0,47058 0,5294 -0,2762 15 3360 1,01265 0,9 0,4 12,4961 132,4589 0,51960 0,4803 -0,3184 16 3600 1,08499 0,8 0,4 9,9969 142,4558 0,55882 0,4411 -0,3553 17 3840 1,15732 0,9 0,4 12,4961 154,9519 0,60784 0,3921 -0,4065 18 4080 1,22965 0,8 0,4 9,9969 164,9488 0,64705 0,3529 -0,4522 19 4320 1,30198 0,9 0,4 12,4961 177,4449 0,69607 0,3032 -0,5172 20 4560 1,37432 0,8 0,4 9,9969 187,4418 0,73529 0,2647 -0,5772 21 4800 1,44665 0,8 0,4 9,9969 197,4387 0,77451 0,2254 -0,6468 22 5040 1,51898 0,7 0,4 7,4976 204,9364 0,80392 0,1960 -0,7072 23 5280 1,59132 0,7 0,4 7,4976 212,4341 0,83332 0,1666 -0,7781 24 5520 1,66365 0,7 0,4 7,4976 219,9318 0,86274 0,1372 -0,8624 25 5760 1,73598 0,7 0,4 7,4976 227,4294 0,89215 0,1078 -0,9672 26 6000 1,80831 0,6 0,4 4,9984 232,4279 0,91176 0,0882 -1,0543 27 6240 1,88065 0,6 0,4 4,9984 237,4263 0,93137 0,0686 -1,1635 28 6480 1,95298 0,6 0,4 4,9984 242,4248 0,95098 0,0490 -1,3096 29 6720 2,02531 0,6 0,4 4,9984 247,4232 0,97058 0,0294 -1,5314 30 6960 2,09764 0,5 0,4 2,4992 249,9224 0,98039 0,0196 -1,7075 31 7200 2,16998 0,5 0,4 2,4992 252,4217 0,99019 0,0098 -2,0086 32 7440 2,24231 0,5 0,4 2,4992 254,9209 1,0000 0 33 7680 2,314647 0,4 0,4 0 254,9209 1,0000 0 34 7920 2,386980 0,4 0,4 0 254,9209 1,0000 0

Tabla L6: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del

Sedimentador 2 Muestra Tiempo (t)




Vol. Solución AgNO3 gastado en la titulación en ml

(muestra de agua cruda)


(C)

Σ(C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))

1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0 2 240 0,07233 0,4 0,4 0 0 0 1 0 3 480 0,14466 0,4 0,4 0 0 0 1 0 4 720 0,21699 0,4 0,4 0 0 0 1 0 5 960 0,28933 0,4 0,4 0 0 0 1 0 6 1200 0,36166 0,4 0,4 0 0 0 1 0 7 1440 0,43399 0,6 0,4 4,9984 4,9984 0,0210 0,9789 -0,0092 8 1680 0,50632 1.0 0,4 14,9953 19,9938 0,0842 0,9157 -0,0382 9 1920 0,57866 1,1 0,4 17,4945 37,4883 0,1578 0,8421 -0,0746 10 2160 0,65099 1,1 0,4 17,4945 54,9822 0,2315 0,7684 -0,1144 11 2400 0,72332 1.0 0,4 14,9953 69,9783 0,2947 0,7052 -0,1510 12 2640 0,79566 0,9 0,4 12,4961 82,4744 0,3473 0,6526 -0,1850 13 2880 0,86799 1.0 0,4 14,9953 97,4697 0,4105 0,5894 -0,2295 14 3120 0,94032 0,9 0,4 12,4961 109,9659 0,4631 0,5368 -0,2701 15 3360 1,01265 1.0 0,4 14,9952 124,9612 0,5263 0,4736 -0,3245 16 3600 1,08499 0,9 0,4 12,4961 137,4573 0,5789 0,4210 -0,3756 17 3840 1,15732 0,8 0,4 9,9969 147,4542 0,6210 0,3789 -0,4214 18 4080 1,22965 0,8 0,4 9,9969 157,4511 0,6631 0,3368 -0,4725 19 4320 1,30198 0,7 0,4 7,4976 164,9488 0,6947 0,3052 -0,5153 20 4560 1,37432 0,7 0,4 7,4976 172,4465 0,7263 0,2736 -0,5627 21 4800 1,44665 0,7 0,4 7,4976 179,9442 0,7578 0,2421 -0,6159 22 5040 1,51898 0,7 0,4 7,4976 187,4418 0,7894 0,2105 -0,6766 23 5280 1,59132 0,7 0,4 7,4976 194,9395 0,8210 0,1789 -0,7472 24 5520 1,66365 0,7 0,4 7,4976 202,4372 0,8526 0,1473 -0,8315 25 5760 1,73598 0,7 0,4 7,4976 209,9349 0,8842 0,1157 -0,9363 26 6000 1,80831 0,6 0,4 4,9984 214,9333 0,9052 0,0947 -1,0234 27 6240 1,88065 0,6 0,4 4,9984 219,9318 0,9263 0,0736 -1,1326 28 6480 1,95298 0,6 0,4 4,9984 224,9302 0,9473 0,0526 -1,278 29 6720 2,02532 0,6 0,4 4,9984 229,9287 0,9684 0,0315 -1,5006 30 6960 2,09764 0,5 0,4 2,4992 232,4279 0,9789 0,0210 -1,6766 31 7200 2,16998 0,5 0,4 2,4992 234,9271 0,9894 0,0105 -1,9777 32 7440 2,24231 0,5 0,4 2,4992 237,4263 1 0 33 7680 2,31464 0,4 0,4 0 237,4263 1 0 34 7920 2,38698 0,4 0,4 0 237,4263 1 0 35 8160 2,45931 0,4 0,4 0 237,4263 1 0

Tabla L7: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del

Sedimentador 3 Muestra Tiempo (t)







(C)

Σ(C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))

1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0 2 240 0,0978 0,5 0,4 2,4992 2,4992 0,0040 0,9959 -0,0017 3 480 0,1956 0,5 0,4 2,4992 4,9984 0,0081 0,9918 -0,0035 4 720 0,2935 0,6 0,4 4,9984 9,9969 0,0162 0,9837 -0,0071 5 960 0,3913 4,6 0,4 104,9672 114,9643 0,1869 0,8130 -0,0899 6 1200 0,4891 1,7 0,4 32,4899 147,4542 0,2398 0,7601 -0,1192 7 1440 0,5870 2.0 0,4 39,9876 187,4418 0,3048 0,6951 -0,1579 8 1680 0,6848 1,9 0,4 37,4883 224,9302 0,3658 0,6341 -0,1978 9 1920 0,7827 2,1 0,4 42,4868 267,4170 0,4349 0,5650 -0,2479 10 2160 0,8805 1,7 0,4 32,4899 299,9072 0,4878 0,5121 -0,2905 11 2400 0,9783 1,4 0,4 24,9922 324,8992 0,5284 0,4715 -0,3264 12 2640 1,0762 1,4 0,4 24,9922 349,8915 0,5691 0,4308 -0,3656 13 2880 1,1740 1,5 0,4 27,4914 377,3829 0,6138 0,3861 -0,4132 14 3120 1,2719 1,3 0,4 22,4930 399,876 0,6504 0,3495 -0,4564 15 3360 1,3697 1,2 0,4 19,9938 419,8698 0,6829 0,3170 -0,4988 16 3600 1,4675 1,1 0,4 17,4945 437,3643 0,7113 0,2886 -0,5396 17 3840 1,5654 1,1 0,4 17,4945 454,8589 0,7398 0,2601 -0,5847 18 4080 1,6632 1,1 0,4 17,4945 472,3535 0,7682 0,2317 -0,6350 19 4320 1,7611 1,2 0,4 19,9938 492,3473 0,8008 0,1991 -0,7007 20 4560 1,8589 1,1 0,4 17,4945 509,8419 0,8292 0,1707 -0,7676 21 4800 1,9567 1,1 0,4 17,4945 527,3364 0,8577 0,1422 -0,8468 22 5040 2,0546 1,2 0,4 19,9938 547,3302 0,8902 0,1092 -0,9595 23 5280 2,1524 0,9 0,4 12,4961 559,8264 0,9105 0,0894 -1,0485 24 5520 2,2503 0,9 0,4 12,4961 572,3225 0,9308 0,0691 -1,1604 25 5760 2,3481 0,8 0,4 9,9969 582,3194 0,9471 0,0528 -1,2769 26 6000 2,4459 0,8 0,4 9,9969 592,3163 0,9634 0,0365 -1,4366 27 6240 2,5438 0,7 0,4 7,4976 599,814 0,9756 0,0243 -1,61278 28 6480 2,6416 0,7 0,4 7,4976 607,3116 0,9878 0,0121 -1,91381 29 6720 2,7395 0,6 0,4 4,9984 612,3101 0,9959 0,0040 -2,3909 30 6960 2,8373 0,5 0,4 2,4992 614,8092 1 0 31 7200 2,9351 0,4 0,4 0 614,8093 1 0

Tabla L8: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del Sedimentador 4

Muestra Tiempo (t)







(C)

Σ(C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))

1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0 2 300 0,0917 0,5 0,4 2,4992 2,4992 0,0058 0,9941 -0,0025 3 600 0,1834 0,6 0,4 4,9984 7,4976 0,0175 0,9824 -0,0076 4 900 0,2752 0,6 0,4 4,9984 12,4961 0,0292 0,9707 -0,0128 5 1200 0,3669 0,7 0,4 7,4976 19,9938 0,0467 0,9532 -0,0208 6 1500 0,4587 1,1 0,4 17,4945 37,4883 0,0877 0,9122 -0,0398 7 1800 0,5504 1,6 0,4 29,9907 67,4790 0,1578 0,8421 -0,0746 8 2100 0,6422 1,8 0,4 34,9891 102,4682 0,2397 0,7602 -0,1190 9 2400 0,7339 2,4 0,4 49,9845 152,4527 0,3567 0,6432 -0,1916 10 2700 0,8256 1,7 0,4 32,4899 184,9426 0,4327 0,5672 -0,2462 11 3000 0,9174 1,7 0,4 32,4899 217,4325 0,5087 0,4912 -0,3087 12 3300 1,0091 1,4 0,4 24,9922 242,4248 0,5672 0,4327 -0,3637 13 3600 1,1009 1,3 0,4 22,4930 264,9178 0,6198 0,3801 -0,4200 14 3900 1,1926 1,2 0,4 19,9938 284,9116 0,6666 0,3333 -0,4771 15 4200 1,2844 1,1 0,4 17,4945 302,4062 0,7076 0,2923 -0,5340 16 4500 1,3761 1,2 0,4 19,9938 322,4000 0,7543 0,2456 -0,6097 17 4800 1,4678 1.0 0,4 14,9953 337,3953 0,7894 0,2101 -0,6766 18 5100 1,5596 0,9 0,4 12,4961 349,8915 0,8187 0,1812 -0,7416 19 5400 1,6513 1.0 0,4 14,9953 364,8864 0,8538 0,1461 -0,8350 20 5700 1,7431 1.0 0,4 14,9953 379,8822 0,8888 0,1111 -0,9542 21 6000 1,8348 0,9 0,4 12,4961 392,3783 0,9181 0,0818 -1,0868 22 6300 1,9266 0,8 0,4 9,9969 402,3752 0,9415 0,0584 -1,2329 23 6600 2,0183 0,7 0,4 7,4976 409,8729 0,9590 0,0409 -1,3878 24 6900 2,1100 0,7 0,4 7,4976 417,3705 0,9766 0,0233 -1,6309 25 7200 2,2018 0,6 0,4 4,9985 422,3690 0,9883 0,0116 -1,9319 26 7500 2,2935 0,5 0,4 2,4992 424,8682 0,9941 0,0058 -2,2329 27 7800 2,3854 0,5 0,4 2,4992 427,3674 1 0

ANEXO M

TEORÍA DE LA SEDIMENTACIÓN VERTICAL DE ALTA RATA Y LOS

SEDIMENTADORES DE PLACAS INCLINADAS.

Los criterios teóricos enunciados a continuación fueron tomados del libro “Teoría y

practica de la purificación del agua” de Jorge Arboleda (2)

Los Sedimentadores verticales debe operar en flujo laminar con un número de

Reynolds del orden de 100 a 500, se debe conseguir una distribución de flujo

uniforme en todo el fondo del decantador y una recolección uniforme y equilibrada

del efluente por encima de las placas en toda el área del decantador, cada espacio

entre placas debe considerarse como un pequeño decantador que debe recibir la

misma cantidad de agua que los otros (2).

Cuando los vertederos de salida son construidos a los lados de la zona de

sedimentación la eficiencia de la unidad disminuye notablemente, debido a que el

área efectiva es solamente la próxima a los vertederos y el resto se considera como

zona muerta. Por esto, las tuberías centrales recolectoras de agua propician la

extracción uniforme del flujo.

Debido al grado de inclinación de las placas ubicadas en la zona que se considera

mas efectiva en la sedimentación (60 grados) se debe hacer una descomposición

vectorial de velocidades para llegar a una expresión que permita el cálculo de las

cargas superficiales teóricas de diseño de la unidad (2), a continuación se realiza el

análisis de la trayectoria de flujo a través de las placas inclinadas.

Las partículas suspendidas en el flujo que haciende a través de las placas con una

velocidad media (vo) siguen una trayectoria de descenso influenciada por una

velocidad perpendicular a la superficie de las placas (vy ) y una velocidad paralela a

la dirección del flujo pero en sentido contrario (vx).

Si el ángulo de inclinación (θ) fuera de cero grados, la velocidad (vy ) seria igual a la

velocidad crítica (vsc) como ocurre en sedimentadores horizontales, por el contrario,

para conocer la velocidad crítica en placas inclinadas se debe descomponer

vectorialmente la trayectoria de las partículas como se muestra en la siguiente

figura:

Figura K1: Comportamiento del flujo entre dos placas inclinadas

Por relación de triángulos: xy vl

ve

=

Si elL = xy vvL =* (1)

Utilizando relaciones trigonométricas se tiene las expresiones:

θcos*scy vv = (2) θsen*scox vvv −= (3)

Uniendo las ecuaciones 1,2 y 3 se llega a una expresión para la velocidad crítica de

la forma:

θθ cos*sen Lv

v osc +

=

Vo

Vy

Vx Vsc

θ

l

e

Cuanto mas grande es el ángulo de inclinación, el valor de la velocidad crítica se

hace mayor, lo cual no es conveniente, ya que a mayor velocidad crítica la remoción

de partículas gruesas será predominante y el sistema perderá la capacidad de

retener partículas finas. Un ángulo de 60 grados es apropiado para estimular la auto

limpieza de las placas y favorecer la sedimentación.

la velocidad del flujo (vo) se obtiene de la relación entre el caudal de operación y el

área perpendicular a la superficie de las placas (Ap) la cual viene dada por:

aenAsAp **sen* −= θ

Donde As: área superficial de la zona ocupada por las placas.

n: número de placas.

e: espesor de las placas.

a: longitud de las placas.

La eficiencia de la operación de estas unidades debe realizarse a través del tiempo,

ya que los resultados obtenidos en las pruebas efectuadas en distintos períodos

pueden diferir notablemente.

Sin embargo, los registros de turbiedad del agua que entra y sale de las unidades y

los ensayos para relacionar las velocidades de sedimentación con la remoción de

turbiedad son los procedimientos mas utilizados para aproximar la eficiencia de

cada sistema.

La forma mas común de definir esta eficiencia es con la relación entre la

concentración de partículas a la salida (Nt) y a la entrada (No) del decantador, así

NoNtEficiencia −= 1

Si No es muy grande, la eficiencia de la sedimentación se eleva y si al contrario,

este valor es pequeño, la eficiencia se reducirá. En la comparación de

sedimentadores este cálculo es muy importante.

ANEXO N

PROCEDIMIENTO UTILIZADO Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA

DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LOS SEDIMENTADORES SEGÚN LAS

VELOCIDADES DE SEDIMENTACIÓN EN RELACIÓN CON LA REMOCIÓN DE

TURBIEDAD

1. Se extrajo al final de cada floculador 6 muestras de agua las cuales se

introdujeron en Beakers procurando no romper los flóculos hasta aquí formados.

2. Rápidamente se agitó cuidadosamente el agua en cada Beaker con el fin de

obtener una concentración homogénea en todo el volumen.

3. Se tomó una muestra inicial (No) de cada Beaker a una misma profundidad y

diferentes muestras (Nt) en intervalos regulares de tiempo determinando su

correspondiente turbiedad.

4. Los resultados obtenidos y cálculos se registraron en tablas como la siguiente.

Beaker Beaker 1 T = 1 min.

Beaker 2 T = 3 min.

Beaker 3 T = 5 min.

Beaker 4 T = 10 min.

Beaker 5 T = 60 min.

Beaker 6 T = 180

min. Nt (turb.)

C = Nt/No Vel.

(cm/s)

Carga (m3/m2/d

)

5. Se trazaron gráficas de la concentración de partículas remanentes (relación

Nt/No) en función de la velocidad de sedimentación (ver gráficas No 1, 3, 5 y 7 ).

La fracción removida que incluye la fracción de partículas con velocidades (vs)

menores a la velocidad crítica (vsc) es:

sc

s

vv

CRt +−= )1(

En la gráfica de C vs velocidades de asentamiento, el área sombreada sobre la

curva es igual a la velocidad (vs) en un punto determinado. Por lo cual, la fracción

total removida es

[ ]scva

CfCoRt +−−= )(1

Donde: Co: fracción remanente según cada velocidad de

sedimentación.

Cf: fracción remanente final en el sedimentador.

A: área bajo la curva a la velocidad crítica.

Vsc: velocidad crítica de operación en el sedimentador.

Eficiencia de los sedimentadores según las velocidades de sedimentación en

relación con la remoción de turbiedad

Agua efluente Floculador 1

En la tabla N1 se registran los datos obtenidos y los cálculos necesarios para el

análisis y en la gráfica N1 se muestran la fracción remanente en función de la

velocidad crítica de sedimentación.

Turbiedad inicial: 630 UNT

Caudal de agua que ingresa a la planta: 102 litros/s

Profundidad toma de muestra: 5 cm

Tabla N1: Turbiedad residuales, fracciones remanentes y velocidades de

sedimentación para distintos tiempos (agua efluente del Floculador 1)

Beaker Beaker 1

T = 1 min.

Beaker 2

T = 3 min.

Beaker 3

T = 5 min.

Beaker 4

T = 10 min.

Beaker 5

T = 60 min.

Beaker 6

T = 180 min.

Turbiedad residual en

UNT (Nt) 105 18 9,25 7,75 3,01 1,91

C = Nt/No 0,1666 0,0285 0,0147 0,0123 0,0047 0,0030 Velocidad de

sedimentación (cm/s) 0,0833

3

0,0277

7

0,0166

6

0,00833 0,00138 0,00046

Carga superficial

(m3/m2/s) 72.0 24.0 14,4 7,2 1,2 0,4

Gráfica N1: Fracción remanente de turbiedad en función de la velocidad de

asentamiento (agua efluente del floculador 1).

En el momento de la toma de muestras para el ensayo de sedimentación, se midió

la turbiedad del agua de entrada y salida al sedimentador 1, los siguientes son los

valores registrados:

Turbiedad entrada (No): 620 Fracción remanente (Nt/No): 0.008032

Turbiedad salida (Nt): 4.98

De la gráfica N1 se obtiene que para la remoción de turbiedad real encontrada, la

velocidad crítica (vsc) alcanzada en la unidad fue de aproximadamente 0.0042 cm/s

(menor a la velocidad crítica encontrada teóricamente) y remoción total real

(teniendo en cuenta la fracción de partículas con velocidades menores a la crítica)

de:

Co: 0.0080

Cf: 0.0026

Área (asimilada como triángulo): 1.13 x10-5

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09

Velocidad de asentamiento (cm/s)

Frac

cion

turb

ieda

d (N

t/No)

[ ] [ ]0042.0

1013.10026.00080.01)(1

5−

++−=+−−=x

va

CfCoRtsc

9973.0=Rt







Profundidad toma de muestra: 5 cm


sedimentación para distintos tiempos (agua efluente del Floculador 2).

Beaker Beaker 1

T = 1 min.

Beaker 2

T = 3 min.

Beaker 3

T = 5 min.

Beaker 4

T = 10 min.

Beaker 5

T = 60 min.

Beaker 6

T = 180

min.

Turbiedad residual en UNT

(Nt)

124,8 27,5 14,8 11,9 6,98 6,05

C = Nt/No 0,40519 0,08928 0,04824 0,03874 0,02266 0,01964

Velocidad de sedimentación

(cm/s)

0,08333 0,02777 0,01666 0,00833 0,00138 0,00046

Carga superficial (m3/m2/s) 72.0 24.0 14,4 7,2 1,2 0,4


asentamiento (agua efluente del Floculador 2)


la turbiedad del agua de entrada y salida al Sedimentador 2, los siguientes son los





velocidad critica (vsc) alcanzada en la unidad fue de aproximadamente 0.0041 cm/s



de:

Co: 0.029

Cf: 0.020


0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09


Fra

ccio

n tu

rbie

dad

(Nt/

No

)

[ ] [ ]0041.0

1084.1020.0029.01)(1

5−

++−=+−−=x

va

CfCoRtsc

9955.0=Rt







Profundidad toma de muestra: 5 cm.


sedimentación para distintos tiempos (agua efluente del Floculador 3).

Beaker Beaker 1

T = 1 min.

Beaker 2

T = 3 min.

Beaker 3

T = 5 min.

Beaker 4

T = 10 min.

Beaker 5

T = 60 min.

Beaker 6

T = 180

min.


(Nt)

124,8 27,5 14,8 11,9 6,98 6,05

C = Nt/No 0,40519 0,08928 0,04824 0,03874 0,02266 0,01964


(cm/s)

0,08333 0,02777 0,01666 0,00833 0,00138 0,00046



asentamiento (agua efluente del floculador 3)


la turbiedad del agua de entrada y salida del Sedimentador 3, los siguientes son los








de:

Co: 0.083

Cf: 0.062


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09


Fra

ccio

n t

urb

ied

ad (

Nt/

No

)

[ ] [ ]0043.0

1051.4062.0083.01)(1

5−

++−=+−−=x

va

CfCoRtsc

9895.0=Rt







Profundidad toma de muestra: 5 cm.


sedimentación para distintos tiempos (agua efluente del Floculador 4)

Beaker Beaker 1

T = 1 min.

Beaker 2

T = 3 min.

Beaker 3

T = 5 min.

Beaker 4

T = 10 min.

Beaker 5

T = 60 min.

Beaker 6

T = 180

min.


(Nt)

124,8 27,5 14,8 11,9 6,98 6,05

C = Nt/No 0,40519 0,08928 0,04824 0,03874 0,02266 0,01964


(cm/s)

0,08333 0,02777 0,01666 0,00833 0,00138 0,00046



asentamiento (agua efluente del Floculador 4).


la turbiedad del agua de entrada y salida del Sedimentador 4, los siguientes son los








de:

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09


Fra

ccio

n t

urb

ied

ad (

Nt/

No

)

Co: 0.1081

Cf: 0.10


[ ] [ ]0009.0

1064.310.01081.01)(1

6−

++−=+−−=x

va

CfCoRtsc

9960.0=Rt

ANEXO O

PROCEDIMIENTOS SEGUIDOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA

EVALUACIÓN DE LOS FILTROS

Desplazamiento de la Grava El procedimiento seguido fue el siguiente.

1. Se ubicaron en la superficie del lecho filtrante una serie de puntos equidistantes

entren si (formando cuadrícula) dependiendo del área de filtración efectiva

2. Tomando como referencia el nivel de agua, se mide la profundidad de la

superficie del lecho en cada punto.

3. En las siguientes tablas se relacionan las medidas obtenidas en cada punto para

los diferentes filtros.

Tabla O1: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 1 (primera cámara)

Distancia izq. - derecha. Lado largo (metros)

0.5 1.0 1.5 2.0

Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros) 0.5 0.106 0.107 0.102 0.122 1.0 0.092 0.109 0.110 0.107 1.5 0.104 0.113 0.107 0.109

Tabla O2: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 1 (segunda cámara)


0.5 1.0 1.5 2.0




0.5 1.0 1.5 2.0




0.5 1.0 1.5 2.0


Tabla O5: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 3


0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6

Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros) 0.52 0.239 0.199 0.235 0.230 0.209 0.202 1.04 0.221 0.228 0.223 0.214 0.250 0.218 1.56 0.281 0.321 0.243 0.253 0.272 0.241 2.08 0.310 0.260 0.242 0.247 0.241 0.264



0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6 Distancia izq. – derecha. Lado corto (metros)

0.52 0.301 0.322 0.309 0.278 0.264 0.313 1.04 0.284 0.261 0.293 0.312 0.282 0.275 1.56 0.312 0.303 0.322 0.319 0.325 0.272 2.08 0.291 0.328 0.313 0.302 0.311 0.314



0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6 Distancia izq. – derecha. Lado corto (metros)

0.52 0.294 0.298 0.293 0.278 0.318 0.298 1.04 0.318 0.342 0.360 0.281 0.288 0.342 1.56 0.320 0.370 0.355 0.322 0.271 0.288 2.08 0.302 0.314 0.321 0.363 0.346 0.306



0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6

Distancia izq. – derecha. Lado corto (metros) 0.52 0.352 0.381 0.356 0.356 0.318 0.329 1.04 0.343 0.33 0.356 0.368 0.361 0.378 1.56 0.333 0.322 0.342 0.338 0.332 0.342 2.08 0.340 0.314 0.328 0.341 0.368 0.310

4. Calculando la diferencia entre la longitud medida en cada punto y la distancia

entre el nivel de agua y el falso fondo (en cada filtro) se obtienen los siguientes

registros:



0.5 1.0 1.5 2.0




0.5 1.0 1.5 2.0 Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)

0.5 0.740 0.768 0.776 0.750 1.0 0.750 0.760 0.755 0.750 1.5 0.758 0.758 0.762 0.771



0.5 1.0 1.5 2.0


Tabla O12: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 2 (segunda cámara) Distancia izq. - derecha. Lado largo (metros) 0.5 1.0 1.5 2.0 Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)

0.5 0.715 0.724 0.704 0.716 1.0 0.712 0.733 0.710 0.714 1.5 0.703 0.713 0.720 0.708



0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6 Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)

0.52 0.791 0.831 0.795 0.800 0.821 0.828 1.04 0.809 0.802 0.807 0.816 0.780 0.812 1.56 0.749 0.709 0.787 0.777 0.758 0.789 2.08 0.720 0.770 0.788 0.783 0.789 0.766



0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6

Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros) 0.52 0.671 0.650 0.663 0.694 0.708 0.659 1.04 0.688 0.711 0.679 0.660 0.690 0.697 1.56 0.660 0.669 0.650 0.653 0.647 0.700 2.08 0.681 0.644 0.659 0.670 0.661 0.658

Tabla O15: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 5 Distancia izq. - derecha. Lado largo (metros) 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6 Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)

0.52 0.826 0.822 0.827 0.842 0.802 0.822 1.04 0.802 0.778 0.760 0.839 0.832 0.778 1.56 0.800 0.750 0.765 0.798 0.849 0.832 2.08 0.818 0.806 0.799 0.757 0.774 0.814



0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6 Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)

0.52 0.626 0.597 0.622 0.622 0.660 0.649 1.04 0.635 0.648 0.622 0.610 0.617 0.600 1.56 0.645 0.656 0.636 0.640 0.646 0.636 2.08 0.638 0.664 0.650 0.637 0.610 0.668

Granulometría del lecho filtrante En el desarrollo de la prueba para cada filtro se siguió el procedimiento a

continuación:

1. Se drenó por completo el lecho filtrante.

2. Con un movimiento de percusión - rotación se introdujo en el lecho un tubo de

PVC de 4 pulgadas de diámetro y 1 metro de largo hasta el inicio del lecho de

grava.

3. Introduciendo la mano cuidadosamente dentro del tubo, se extrajo una muestra

de antracita y otra de arena.

4. Las muestras obtenida se secaron de 12 a 24 horas a 100 °C hasta eliminar

toda la humedad.

5. Una vez secas, se tomaron de cada material una muestra aproximada de 200

gramos y se colocaron en una serie de tamices Serie Americana (No 8 a No 45

para la arena y No 6 a No 25).

6. Se sometió el sistema de tamices a agitación.

7. Se determinó la masa retenida en cada tamiz y se calculó la masa acumulada, la

masa que pasa y porcentaje del total que pasa en cada tamiz.

8. Los valores obtenidos y calculados se registran en las siguientes tablas

Tabla O17: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de antracita (filtro No 1) Masa total: 131.34 g.

Masa (gramos) Serie tamiz

Tamaño de la abertura

(mm)

Diámetro promedio de las partículas (mm)

Retenida

Retenido acumulado

Que pasa acumulado

Porcentaje acumulado que pasa

6 3.35 Mayor a 3.35 0.12 0.12 131.22 99.909 7 2.80 3.08 0.66 0.78 130.56 99.406 8 2.36 2.58 11.83 12.61 118.73 90.399 10 2.00 2.18 39.20 51.81 79.53 60.553 14 1.40 1.70 60.46 112.27 19.07 14.520 18 1.00 1.20 16.87 129.14 2.20 1.675 25 0.71 0.86 2.15 131.29 0.05 0.038

Colector Menor a 0.71 0.05 131.34 0.00 0.000 Tabla O18: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de arena (filtro No 1) Masa total: 176.74 g.



(mm)


Retenida

Retenido acumulado

Que pasa acumulado


8 2.36 Mayor a 2.36 0.72 0.72 176.02 99.593 10 2.00 2.18 1.52 2.24 174.50 98.733 14 1.40 1.70 6.52 8.76 167.98 95.044 18 1.00 1.20 8.56 17.32 159.42 90.200 25 0.71 0.86 68.96 86.28 90.46 51.183 35 0.50 0.61 71.54 157.82 18.92 10.705 45 0.36 0.43 17.90 175.72 1.02 0.577

Colector Menor a 0.36 1.02 176.74 0.00 0.000




(mm)


Retenida

Retenido acumulado

Que pasa acumulado


7 2.80 Mayor a 2.80 0.71 0.71 193.32 99.634 8 2.36 2.58 22.43 23.14 170.89 88.074 10 2.00 2.18 69.60 92.74 101.29 52.203 14 1.40 1.70 91.10 183.84 10.19 5.252 18 1.00 1.20 8.95 192.79 1.24 0.639 25 0.71 0.86 0.72 193.51 0.52 0.268 35 0.50 0.61 0.43 193.94 0.09 0.046




(mm)

Diámetro

promedio de las partículas (mm)

Retenid

a

Retenido acumulado

Que pasa

acumulado


8 2.36 Mayor a 2.36 0.22 0.22 205.86 99.893 10 2.00 2.18 0.24 0.46 205.62 99.777 14 1.40 1.70 1.92 2.38 203.70 98.845 18 1.00 1.20 6.74 9.12 196.96 95.575 25 0.71 0.86 47.34 56.46 149.62 72.603 35 0.50 0.61 131.29 187.75 18.33 8.895 45 0.36 0.43 17.85 205.60 0.48 0.233

Colector Menor a 0.36 0.48 206.08 0.00 0.000




(mm)


Retenida

Retenido acumulado

Que pasa acumulado


7 2.80 Mayor a 2.80 0.11 0.11 98.04 99.888 8 2.36 2.58 0.33 0.44 97.71 99.552 10 2.00 2.18 2.36 2.80 95.35 97.147 14 1.40 1.70 41.42 44.22 53.93 54.947 18 1.00 1.20 48.20 92.42 5.73 5.838 25 0.71 0.86 4.75 97.17 0.98 0.998 35 0.50 0.61 0.87 98.04 0.11 0.112




(mm)


Retenida

Retenido acumulado

Que pasa acumulado


8 2.36 mayor a 2.36 0.08 0.08 200.52 99.960 10 2.00 2.18 0.87 0.95 199.65 99.526 14 1.40 1.70 8.86 9.81 190.79 95.110 18 1.00 1.20 18.52 28.33 172.27 85.877 25 0.71 0.86 84.22 112.55 88.05 43.893 35 0.50 0.61 80.47 193.02 7.58 3.779 45 0.36 0.43 7.43 200.45 0.15 0.075

Colector menor a 0.36 0.15 200.60 0.00 0.000




(mm)


Retenida

Retenido acumulado

Que pasa acumulado


6 3.35 Mayor a 3.35 1.03 1.03 177.96 99.425 7 2.80 3.08 2.28 3.31 175.68 98.151 8 2.36 2.58 34.04 37.35 141.64 79.133 10 2.00 2.18 71.50 108.85 70.14 39.187 14 1.40 1.70 59.03 167.88 11.11 6.207 18 1.00 1.20 7.33 175.21 3.78 2.112 25 0.71 0.86 3.72 178.93 0.06 0.034




(mm)


Retenida

Retenido acumulad

o

Que pasa acumulado


8 2.36 mayor a 2.36 3.65 3.65 198.55 98.195 10 2.00 2.18 5.26 8.91 193.29 95.593 14 1.40 1.70 19.72 28.63 173.57 85.841 18 1.00 1.20 21.36 49.99 152.21 75.277 25 0.71 0.86 76.64 126.63 75.57 37.374 35 0.50 0.61 64.62 191.25 10.95 5.415 45 0.36 0.43 10.32 201.57 0.63 0.312

Colector menor a 0.36 0.63 202.20 0.00 0.000




(mm)


Retenida

Retenido acumulado

Que pasa acumulado


6 3.35 Mayor a 3.35 0.56 0.56 156.51 99.643 7 2.80 3.08 1.25 1.81 155.26 98.848 8 2.36 2.58 22.26 24.07 133.00 84.676 10 2.00 2.18 35.88 59.95 97.12 61.832 14 1.40 1.70 64.12 124.07 33.00 21.010 18 1.00 1.20 25.30 149.37 7.70 4.902 25 0.71 0.86 7.65 157.02 0.05 0.032




(mm)


Retenida

Retenido acumulado

Que pasa acumulado


8 2.36 mayor a 2.36 0.59 0.59 191.76 99.693 10 2.00 2.18 1.23 1.82 190.53 99.054 14 1.40 1.70 7.15 8.97 183.38 95.337 18 1.00 1.20 13.28 22.25 170.10 88.433 25 0.71 0.86 71.02 93.27 99.08 51.510 35 0.50 0.61 82.95 176.22 16.13 8.386 45 0.36 0.43 15.62 191.84 0.51 0.265

Colector menor a 0.36 0.51 192.35 0.00 0.000




(mm)


Retenida

Retenido acumulad

o

Que pasa acumulado


6 3.35 Mayor a 3.35 0.21 0.21 180.48 99.884 7 2.80 3.08 0.48 0.69 180.00 99.618 8 2.36 2.58 2.72 3.41 177.28 98.113 10 2.00 2.18 13.26 16.67 164.02 90.774 14 1.40 1.70 68.70 85.37 95.32 52.753 18 1.00 1.20 80.27 165.64 15.05 8.329 25 0.71 0.86 14.83 180.47 0.22 0.122




(mm)


Retenida

Retenido acumulado

Que pasa acumulado


8 2.36 Mayor a 2.36 0.58 0.58 187.47 99.692 10 2.00 2.18 1.12 1.70 186.35 99.096 14 1.40 1.70 5.28 6.98 181.07 96.288 18 1.00 1.20 55.20 62.18 125.87 66.934 25 0.71 0.86 92.49 154.67 33.38 17.751 35 0.50 0.61 31.49 186.16 1.89 1.005 45 0.36 0.43 1.83 187.99 0.06 0.032

Colector menor a 0.36 0.06 188.05 0.00 0.000

9. Se graficaron los valores de porcentaje acumulado que pasa por cada tamiz en

función del diámetro promedio de las partículas (ver gráficas J1 a J12 ).

10. De cada gráfica se obtienen los diámetros promedio de partículas por los que

pasa el 10 % (diámetro efectivo) y 60 % de la masa total.

11. Con los valores encontrados se calculó el coeficiente de uniformidad (Cu)

expresado por:

%)10(%)60(

DiametroDiametro

Cu =

0

10

20

30

4050

60

70

80

90

100

1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5

Dp (mm)

Por

cent

aje

que

pasa

Gráfica O1: Análisis acumulativo de la muestra de Antracita (Filtro 1)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8

Dp (mm)

Por

cent

aje

que

pasa


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8

Dp (mm)

Por

cent

aje

que

pasa


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5

Dp (mm)

Por

cent

aje

que

pasa


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5

Dp (mm)

Por

cent

aje

que

pasa


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5

Dp (mm)

Por

cent

aje

que

pasa


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3

Dp (mm)

Por

cent

aje

que

pasa

Gráfica O7: Análisis acumulativo de la muestra de Arena (Filtro 1)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3

Dp (mm)

Por

cent

aje

que

pasa


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3

Dp (mm)

Por

cent

aje

que

pasa


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3

Dp (mm)

Por

cent

aje

que

pasa


Bolas de lodo

El procedimiento seguido fue el siguiente:

1. Se drenó el agua del filtro.

2. En cuatro puntos seleccionados se extrajeron muestras de arena y antracita de

igual volumen y luego fueron homogenizadas.

3. Con la ayuda de una probeta de 1000 ml se determinó el volumen de una masa

dada de cada muestra (que contenía lodos).

4. Se lavó muy bien la muestra hasta la eliminación de todos los lodos.

5. Una vez limpia, se determinó de nuevo el volumen en la probeta.

6. la diferencia de volúmenes indica la cantidad de lodos

7. El porcentaje de bolas de lodo dado por:

muestrainicialVolumenvolumenesDiferencia

lodobolas..

..% =

Determinación del peso especifico El procedimiento seguido para una muestra de arena y antracita de cada filtro fue el

siguiente:

1. Se secó completamente la muestra a 103 °C

2. Una masa dada totalmente seca se introdujo en una probeta de 100 ml la cual

contenía un volumen de agua.

3. El volumen de agua desplazada corresponde al volumen de la muestra.

4. El peso específico será:

volumenmuestramasa

especificoPeso.

. =

Porosidad

Los pasos seguidos fueron:

1. En una probeta de 100 ml (con un volumen de agua en su interior) se introdujo

una muestra totalmente seca de cada material.

2. Se midió el volumen de agua que se desplazó y el volumen del lecho de

material en el agua.

3. El volumen de agua en el lecho corresponde al volumen del lecho menos el

volumen desplazado de agua.

5. la porosidad viene dada por:

lechodelvolumenlechoelenaguavolumen

Porosidad...

....=

ANEXO P

TEORÍA DE LA DESINFECCIÓN DEL AGUA

Los procesos de coagulación, floculación, sedimentación y filtración son

considerados como preparatorios para la desinfección, debido a que la remoción de

turbiedad es proporcional a la remoción de virus y bacterias presentes en el agua

cruda.

La desinfección del agua tiene como propósito la eliminación de los organismos

causantes de enfermedades o patógenos como las bacterias, Protozoarios, virus,

tremátodos, etc y su eficiencia depende del tiempo de contacto, concentración

adicionada, la temperatura y el pH.

Por lo anterior, el desinfectante utilizado en la planta de ser capaz de destruir los

microorganismos causantes de enfermedades a la temperatura del agua y en un

tiempo adecuado sin que provoque toxicidad en el agua además de que debe

obtenerse y manejarse fácilmente, a un bajo costo.

Es muy importante que el desinfectante utilizado deje un efecto residual en el agua

para evitar contaminaciones posteriores.

La cloración es el proceso de desinfección que reúne las mejores ventajas en

cuanto a eficiencia, costo, manejo y por dejar un efecto residual. Tiene la desventaja

de formar subproductos secundarios con posible riesgo para la salud pública y ser

corrosivo.

Al reaccionar el cloro con el agua produce ácido hipocloroso (HOCl) que a su vez se

disocia en el ion Hipoclorito (OCl) e Hidrogeno (H+). El ion Hipoclorito es el llamado

cloro libre y tiene la mejor eficiencia en la desinfección del agua.

Ante la presencia de nitrógeno amoniacal, el cloro reacciona formando cloramidas

(monocloraminas, dicloraminas y tricloraminas) conocidas como cloro combinado y

de menor eficiencia desinfectante.

El cloro residual total en el agua lo constituyen el cloro libre y el cloro combinado, y

cuando es adicionado cloro a una muestra de agua cruda, la diferencia entre el cloro

adicionado y el cloro residual se conoce como la demanda de cloro.

Al agregar cloro en diferentes concentraciones a varias muestras de un mismo tipo

de agua, no se encuentra una relación directa entre el cloro adicionado y el cloro

residual determinado. Por lo anterior en las aguas crudas se debe determinar cuanto

es la dosificación de cloro que arroja el mínimo valor de cloro residual, lo que se

conoce como punto de quiebre.

Cuando la concentración de materia orgánica en el agua es alta, se debe prestar

especial atención a la formación de compuestos trihalogenados (principalmente

trhalometanos) los cuales tienen efectos cancerígenos en la población.

ANEXO Q

ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD

AMENAZAS GEOLÓGICAS

Debido a la ubicación geográfica y geológica, el Departamento de Caldas esta

sometido a los diferentes tipos de amenazas geológicas que se han identificado en

Colombia.

Amenaza Sísmica.

El sector conocido como el Viejo Caldas es una de las regiones donde se ha

registrado un alto número de sismos históricos, de consecuencias catastróficas para

algunas de las ciudades del área1. De acuerdo con el decreto 1400 de 1984, código

Colombiano de Construcciones Sismo-resistentes, el occidente del departamento

tiene una amenaza sísmica alta y la parte oriental está dentro de una zona de

amenaza sísmica intermedia.

El territorio municipal de Villamaría se encuentra dentro de una zona de alta

sismicidad en el ámbito nacional y regional, debido a que esta afectado por una

serie de esfuerzos derivados del encuentro de tres placas teutónicas (la placa de

Nazca, la del Caribe y la de Suramericana), en donde se presentan márgenes

convergentes con zonas de subducción y fallamiento transcúrrete, estos

antecedentes hacen esencial la aplicación estricta del código de construcciones

sismorresistentes (NRS-98).

Villamaría también esta influenciada por el cinturón de fuego del Pacifico, que es

una de las zonas de mayor actividad tanto sísmica como volcánica, esto se

manifiesta en la gran cantidad de fallas que atraviesan el municipio.

Amenaza Volcánica:

Varios de los volcanes activos del país se encuentran ubicados en el Parque

Nacional de los Nevados, en limites con el departamento del Tolima y las

erupciones volcánicas más catastróficas han ocurrido en este macizo, en el

departamento de Caldas existen amplias zonas sometidas a la amenaza derivada

de erupciones volcánicas principalmente en las proximidades de los edificios

volcánicos y a lo largo de los ríos y corrientes que nacen en estos.

La catástrofe mayor se presento en la cuenca de los ríos Claro, Chinchina y Cauca

debido a los lahares producidos por la erupción del Volcán del Ruiz en noviembre de

1985, siendo Chinchina en su área urbana y Villamaría, Manizales, Palestina y Neira

en su área rural las poblaciones más afectadas del departamento.

Por lo tanto los pobladores de esta zona deben aprender a convivir con esta

amenaza que comprende derrames de lava, flujos piro clásticos y lahares.

Es tipo de eventos pueden afectar la planta de potabilización con polución en el aire

alrededor de la misma y aumento en la concentración de sulfatos y metales en el

agua de las quebradas que abastecen el proceso de potabilización.

Derrames de lava

Como de alta amenaza se restringen a las zonas donde se encuentran depósitos

antiguos, la extensión de este fenómeno es limitada por su viscosidad y la

composición del magma ya que las lavas son poco fluidas y de enfriamiento rápido.

Flujos piroclásticos:

Son corrientes densas de material particulado, gaseoso y caliente que se comporta

a manera de fluido, su movilidad se debe al gas caliente en expansión, su

temperatura varia entre decenas y cientos de grados centígrados y sus velocidades

alcanzan en algunos casos los centenares de Km/hora, los flujos piro clásticos son

potencialmente los más destructivos de los fenómenos volcánicos.

La alta amenaza se presenta principalmente en las áreas de influencia de los ríos

Claro y Molinos y las quebradas Nereidas, Chupaderos y Romerales; y las zonas de

baja amenaza se encuentran en las partes mas altas y donde hay poca influencia de

los fenómenos volcánicos.

Lahares:

Los lahares son flujos constituidos por una mezcla de material volcánico como

rocas, cenizas y pómez con agua en proporciones variables, los cuales una vez

combinados viajan rápidamente pendiente abajo siguiendo los cauces fluviales, son

fenómenos volcánicos comunes cuando abunda el agua.

Los lahares descienden por los valles de los ríos molinos y la quebrada Nereidas en

caso de una erupción del nevado del Ruiz tal como ocurrió el 13 de noviembre de

1985. los lahares se limitan a estos dos cauces pues estos nacen en el glaciar del

nevado del Ruiz.

Amenaza por movimientos en masa

Los movimientos en masa o derrumbes a diferencia de las anteriores amenazas,

afectan áreas más pequeñas pero por su gran frecuencia pueden llegar a tener

efectos catastróficos para la vida y la propiedad.

En la determinación de zonas amenazadas por movimientos de masa, se tienen en

cuenta los procesos erosivos actuales, las pendientes, la geología estructural, las

formaciones superficiales, el uso y manejo del suelo entre otros.

Inundaciones y Avenidas torrenciales:

Muchas de las cuencas de alta montaña, especialmente donde existen procesos

avanzados de degradación del paisaje por actividad antrópica son propensas a la

ocurrencia de crecientes torrenciales que revisten gran peligrosidad para los

habitantes o poblaciones localizadas cerca de sus cauces.

Para la zonificación de la amenaza por inundación en la zona rural del municipio de

Villamaría se tienen en cuenta factores como la edad y la mayor o menor extensión

de las terrazas dejadas por los ríos, el lugar de nacimiento del cauce, las

características torrenciales de los caudales, la cantidad y granulometría de los

sedimentos transportados por los cauces y su caudal.

La amenaza alta la tienen los cauces de los ríos Molinos, Claro, Chinchina y

quebradas Nereidas, Chupaderos, California y Romeral; y la baja amenaza las

quebradas la Oliva, San Julián, El Arroyo y las Juntas.

Erosión de suelos:

La variada geología del municipio, así como la diversidad de suelos y pendientes

son factores que asociados a las actividades humanas, generan procesos erosivos y

más aun cuando el uso que se le da no es el adecuado.

Las practicas culturales inadecuadas en el manejo de cultivos hortofrutícolas, café

forestales y praderas, como quemas, cultivos limpios donde los suelos permanecen

sin cobertura exponiéndose a la acción erosiva del viento y el agua causando el

deterioro de su fertilidad y estructura, siembras en sentido de las pendientes uso del

azadón y sobre pastoreo son el origen de procesos erosivos de diferente clase,

intensidad y magnitud, en el área rural del municipio se han encontrado los

siguientes problemas erosivos.

Tabla Q1: Principales procesos erosivos detectado en el área rural de Villamaría

Tipo de Problema Lugar

Avalanchas de debris , aporte de

sedimentos y deslizamientos

Área del nevado del Ruiz sector la

telaraña-conventos

Erosión superficial Vereda los cuervos

Deslizamientos, erosión superficial,

agrietamientos, afloramientos

Vereda tejares , finca el edén

Deslizamientos Vereda Partidas


inundaciones, asentamientos

Sector barro azul, via a playa larga Km

12 quebrada. Marmato

Deslizamientos, asentamientos,

afloramientos, laderas inestables ,zona de

cizalla, (falla San Jerónimo)

Vía a papayal y playa larga


socavación asentamientos

Vía el parnaso-la telaraña Km 15 día.

Marmato

Socavación, asentamiento Vía rio Bamba- la Zulia, qda. Marmato

Deslizamientos, agrietamientos Vereda el pindo- Hda. El Parnaso

Asentamientos Aldea agrícola la paz

Afloramientos Vereda la florida

Erosión Superficial Vereda el Yarumo, finca los farallones

Deslizamiento Vereda Papayal, escuela

Deslizamiento Km 2 via la telaraña

Deslizamiento Vereda guayana, finca Costarica

Deslizamiento Finca tierra mía

Deslizamiento erosión superficial,

socavación

Vereda los cuervos, finca la

pastorcita.

AMENAZAS EN EL SISTEMA DE POTABILIZACION

En la operación rutinaria de los sistemas ocurren interrupciones debido a fallas de

equipo, roturas de tuberías y racionamiento por escasez cada vez mayores debido

al crecimiento de la población y de la infraestructura.

La experiencia de impactos del pasado ha permitido conocer sus consecuencias en

los sistemas de agua potable y alcantarillado sanitario, dichos impactos pueden

predecirse en la fase de diseño mediante la construcción de estructuras alejadas de

los riesgos y resistentes al impacto de las amenazas usuales de la zona; y a través

de la implementación de medidas de mitigación dirigidas a mejorar la resistencia de

las estructuras débiles o críticas.

Amenazas en la aducción

Las bocatomas y desarenadores de los dos sistemas de abastecimiento

(Chupaderos y La Albania) no cuentan con mallas u otros elementos que eviten el

acceso de personas ajenas a la empresa. Por lo cual es eminente el peligro que

existe a amenazas antrópicas y otros actos de vandalismo.

La tubería que transporta el agua desde la bocatoma del sistema Chupaderos hasta

la cámara de unión tiene tramos descubiertos como se aprecia en el video Cassette

adjunto, lo cual la hace propensa al rompimiento por objetos que puedan caer sobre

esta accidentalmente como consecuencia de deslizamientos o sismos (rocas,

troncos, etc.) o por actos de vandalismo (amenaza antrópica).

Las tuberías superficiales responden a un terremoto siguiendo una serie de

parámetros dinámicos. Sin embrago, las tuberías enterradas responden a los

movimientos de manera conjunta con el terreno, siguiendo la curvatura y

deformación sufrida por el mismo.

Por ello, es de vital importancia localizar en el área de ubicación de la planta de

potabilización y paso de la tubería de aducción la composición de la estructura del

suelo y los sectores en donde estas deformaciones o efectos sean mas probables

(la identificación de estos puntos es aparte de un estudio de micro zonificación

sísmica).

En el planteamiento de un estudio para identificar los puntos críticos donde las

tuberías pueden sufrir daños se deben incluir aspectos como edad, material,

localización, tipos de accesorios, longitudes, diámetros, etc, además, la

determinación de los sectores en los que las líneas de aducción de agua se

interceptan con uno o mas de los siguientes factores: fallas Geológicas y zonas de

amenaza alta por deslizamiento.

A continuación se muestra una metodología para estimar el numero esperado de

roturas en las líneas de aducción de agua a la planta afectadas por los movimientos

sísmicos (Metodología propuesta por la OMS y OPS (12)).

1. Se asigna un factor de amenaza sísmica de acuerdo a la siguiente tabla.

Tabla Q2: Factores de amenaza sísmica para diferentes niveles de amenaza.

Amenaza sísmica FAS (Factor de Amenaza Sísmica)

Amenaza sísmica Alta FAS =< 2

Amenaza sísmica Intermedia 2 < FAS < 4

Amenaza sísmica Baja FAS > 4

2. Se Identifica el material de las tuberías y se asigna un factor de corrección.

En la tabla siguiente de relacionan los factores de corrección para varios

tipos de materiales (los factores pueden ser afectados por la edad de la

tubería y el estado de la misma).

Tabla Q3: Factores de corrección para distintos materiales

Material Factor de corrección

Acero 0.25

Hierro Dúctil 0.25

Hierro Fundido 1.00

Cloruro de Polivinilo 1.50

Asbesto Cemento 2.60

Concreto reforzado 2.60

3. Se determina el Índice Básico de Daño (IBD) por sismos que depende del

grado de intensidad de Mercalli (se asume de VII) y el Factor de Amenaza

Sísmica FAS (ver tabla a continuación).

Tabla Q4: Índice Básico de Daño según la intensidad sísmica y la amenaza

Índice Básico de Daño (IBD) Intensidad de

Mercalli FAS < 2 FAS > 2

VI 0.0015 0.01

VII 0.015 0.09

VIII 0.15 0.55

IX 0.35 4.00

X 0.75 30.0

4. Se calcula el numero esperado de fallas por Kilómetro (NEFK) de la formula.

NEFK = longitud tubería x IBD x Factor de Corrección.

En la tabla a continuación se relacionan los cálculos del (NEFK) para los diferentes

tramos de aducción, así.

Tabla Q5: Numero esperado de fallas por Kilómetro para cada tramo en la aducción Tramo Bocatoma –

Desarenador

Chupaderos

Bocatoma –

Desarenador

La Albania

Desarenador –

cámara unión

Chupaderos

Desarenador –

cámara unión

La Albania

Cámara de unión

– planta

Longitud tubería

(Km)

0.350 0.400 2.946 1.116 2.150

Material tubería PVC PVC PVC Acero al carbón Acero al carbón

(FAS) 3 3 3 3 3

Factor de

Corrección

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

(IBD) 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09

(NEFK) 0.04725 0.054 0.3977 0.15066 0.2902

La vía de acceso a la bocatoma del sistema Chupaderos es muy angosta y de alto

riesgo de transitabilidad por lo cual el personal que mantiene la bocatoma es

propenso a accidentes.

Amenazas en la planta

Por su ubicación topográfica la planta de potabilización es vulnerable a

deslizamientos e inundaciones, sin embrago, una atención inmediata a cualquier

eventualidad reduce el perjuicio a la población servida.

Las estructuras de las unidades que constituyen las diferentes etapas de

potabilización presentan fisuras leves en el concreto, por ello un análisis de los

materiales y la determinación de sus resistencias residuales permite hacer una

evaluación completa de los daños producidos por los componentes estructurales y

estimar la capacidad resistente real con el fin de conocer el coeficiente de seguridad

actual de la estructura y determinar si es preciso reparar, reforzar o demoler.

Los ensayos esclerometricos son métodos no destructivos que buscan hallar la

resistencia del concreto a través de su dureza superficial.

La unidades son propensa a los fenómenos atmosféricos que se puedan presentar

(torrenciales, lluvias ácidas, etc.).

Para el análisis de seguridad se deben conocer características de los materiales

como: resistencia a la compresión, tracción y modulo de elasticidad del concreto,

resistencia a la tracción y alargamiento de rotura del acero, curvas de deformación.

La empresa cuenta en sus archivos planos en donde se indica la ubicación exacta

de las válvulas principales, dimensiones de las estructuras y distribución general.

ANEXO R

FOTOGRAFIAS

Foto R1: Vista Planta de Potabilización de agua del Municipio de Villamaría

Aquamana E.S.P.

Foto R2: Cuarto para el almacenaje del Sulfato de Aluminio.

Foto R3: Dosificadores de Sulfato de Aluminio Foto R4: Vista superior de la Canaleta Parshall

Foto R5: Floculador 1 Foto R6: Floculador 2

Foto R7: Floculadores 3 y 4 Foto R8: Sedimentador 1

Foto R9: Sedimentador 2 Foto R10: Sedimentador 3

Foto R11: Sedimentador 4 Foto R12: Vista de los Seis Filtros de la Planta de Potabilización

Foto R13: Cuarto para el almacenaje de los cilindros de Cloro Gaseoso

EVALUACION DE LA PLANTA DE POTABILIZACION DE AGUA DEL...

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