Introducción

Aguas Naturales No cumplen los requisitos de POTABILIDAD

Tratamientos

Agua PotableCondiciones de CALIDAD

PRETRATAMIENTOS

Desbaste

Operaciones Físicas o Mecánicas

Separar del Agua materia

ACONDICIONAR para tratamientos posteriores

Desarenado

Presedimentación

DesbasteRejas

Bastidor con barrotes separados uniformemente que se interpone transversalmente a la corriente de agua, reteniendo sólidos transportados por flotación

Objetivos

• Retener solidos flotantes. • Separar y evacuar fácilmente las materias voluminosas arrastradas por el

agua cruda, que podrían disminuir la eficacia de los tratamientos siguientes o complicar la realización de los mismos.

Clasificación según separación entre barrotes

Rejas gruesas 30 – 100 mm

Rejas medias 10 – 25 mm

Rejas finas 3 – 10 mm

En general se prevé la ubicación de las rejas en las obras de toma, particularmente cuando se capta aguas de la superficie de cursos de agua. No obstante, puede adicionarse un sistema de rejas como primera etapa o pre tratamiento en las plantas potabilizadoras.

Ubicación de las rejas

Tipos de rejas

Las rejas pueden ser:

• De limpieza manual

• De limpieza automática

Rejas de limpieza manual

Barrotes rectos de acero verticales o a veces inclinados 60° a 80° sobre la horizontal.

Rastrillo de chapa de acero, con espaciado entre dientes igual al de los barrotes de las rejas, con cabo de caño de acero o madera dura de longitud adecuada a la profundidad del canal

Manual de Operación de la planta

Sistemas de alarmas acústicas activadas por la diferencia de nivel antes y después de las rejas

Plano de inclinación y longitud del bastidor de rejas:

No es recomendable instalar el plano de rejas a más de 60° ni a menos de 45° respecto del plano horizontal.

A más de 60° dificultan el arrastre de los sólidos por medio del rastrillo

A menos de 45° resultan longitudes excesivas de rejas para los tirantes habituales, hecho que también dificulta la limpieza manual y agranda las estructuras.

La longitud del bastidor de rejas debe permitir el uso del rastrillo por parte del operador

La velocidad de paso a través de la reja debe ser suficiente para que las materias en suspensión se apliquen sobre la reja, sin que se provoque una pérdida de carga demasiado fuerte, ni se produzca un atascamiento de la parte profunda de los barrotes.

De acuerdo a ello, se debe establecer una velocidad aceptable entre los caudales mínimo y máximo.

Generalmente, se adopta una velocidad media de paso entre barrotes comprendida entre 0,60 y 1 m/s pudiendo llegarse hasta 1,2 y 1,4 m/s a caudal máximo.

Velocidad de paso

En la situación de reja limpia los barrotes intercalados presentan una disposición regular equivalente a (n+1) contracciones bruscas de la vena fluida distribuida uniformemente sobre la entrada del bastidor de rejas

La pérdida de carga puede evaluarse en proporción a la altura de velocidad de la corriente:

v = velocidad de aproximación delante de la rejillaK r = coeficiente de gasto que depende de la forma de la sección transversal

Pérdida de carga

El coeficiente de gasto K r se lo puede adoptar en primera aproximación entre 0,60 y 0,70.Kirschmer propuso para el coeficiente Kr la siguiente ecuación empírica:

Dónde:e = espesor de las barras de la rejaL = longitud de las barras de la rejas = la luz entre las barrasθ= ángulo de inclinación de las barras con respecto a la horizontal.δ= ángulo entre la dirección del flujo y la traza horizontal del plano que contiene a las rejas.β = coeficiente adimensional que depende de la forma de las rejas y que tiene los siguientes valores indicados:

Forma de las barras de las rejas βRectangular con aristas sin redondear 2.42Rectangular con aristas redondeadas 1.67Redonda 1.79Perfilada 0.76

Rejas de limpieza automática

La limpieza se efectúa con un rastrillo o conjunto de ellos, impulsados por un motor a través de un mecanismo adecuado

Los tipos de rejas de limpieza mecánica son básicamente dos:

a) Rejas de barrotes rectos con sistema de rastrillos de desplazamiento rectilíneo, accionados por cadena o cable.

b) Rejas con barrotes circulares con sistema de rastrillos rotativos.

a) Rejas de barrotes rectos con sistema de rastrillos de desplazamiento rectilíneo, accionados por cadena o cable.

Pueden instalarse perfectamente verticales, aunque en general suelen instalarse con ángulos de 60° a 80° respecto del plano horizontal

Pueden ser instaladas en canales profundos.

b) Rejas con barrotes circulares con sistema de rastrillos rotativos.

Adecuadas para canales de poca profundidad.

Menores problemas de mantenimiento que el de las rejas rectas

La limpieza puede ser continua o intermitente

Equipos de reserva

No menos de tres rejas mecanizadas para el 50 % del caudal de diseño cada una

La separación entre barrotes de las rejas de limpieza mecánica puede ser menor que en las de limpieza manual

Desarenador

Son cámaras de sedimentación que se utilizan en el caso de partículas discretas

Su instalación tiene por finalidad la separación de partículas minerales relativamente gruesas, especialmente arenas, que son transportadas en el escurrimiento del agua cruda que ingresa a la planta de potabilización desde la fuente superficial adoptada.

OBJETIVOS DE SU APLICACIÓN

Metas principales:

• Evitar que se produzcan sedimentos en la conducción desde la fuente de provisión del agua cruda.

• Proteger contra la abrasión los equipos de impulsión y otras instalaciones de la planta de potabilización.

• Evitar sobrecargas en las fases siguientes del tratamiento.

• Normalmente remover partículas discretas superiores a 0,2 mm.

• Cuando la instalación incluyere tamizado o microcernido (con mallas de 1 a 2 mm), deberá diseñarse previamente un desarenador.

PARTES CONSTITUTIVAS

Zona de Entrada

Zona de Desarenado

Zona de Salida

Zona Receptora de Material Depositado

CRITERIOS Y RECOMENDACIONES DE DISEÑO

• Tamaño de la partícula inorgánica, mediante análisis granulométrico, que predomina durante la mayor parte del año, especialmente en períodos lluviosos.

• Velocidad de sedimentación de las partículas minerales Us (cm/s) a determinarse en ensayos con columna de sedimentación o adoptando fórmulas según sea el tamaño de las mismas.

• Velocidad de escurrimiento horizontal Uh en la zona de desarenación, que deberá ser función de la velocidad límite de arrastre Ua (cm/s).

• Velocidad de paso por el vertedero de salida o carga hidráulica unitaria qv (m3/s . m),que deberá ser baja para causar la menor turbulencia y arrastre del material en la aproximación del flujo.

• Temperatura del agua predominante en períodos fríos (T°C).

Velocidad de sedimentación de la partícula mineral, Us (cm/s)

En caso de no poder realizar los ensayos de laboratorio, se deberá adoptar unafórmula de acuerdo a los tamaños predominantes en el análisis granulométricoefectuado:

Para partículas minerales a sedimentar con tamaños entre 0,015 y 0,1 cm

Cuando los tamaños de las partículas minerales sean superiores a 1,0 cm

partículas de arena muy finas de tamaño menor a 0,1 mm

Velocidad media del escurrimiento horizontal en la zona de desarenación (zona de sedimentación de las partículas), Uh (cm/s)

Deberá ser siempre menor que Ua, velocidad de arrastre de la partícula mineral que se previó retener en el diseño

𝑼𝒉

𝑼 𝒂≤𝟎 ,𝟓

Los siguientes valores de la velocidad media de escurrimiento horizontal, Uh (cm/s), son los máximos que habitualmente se consideran para minimizar la influencia de esa velocidad de arrastre, Ua (cm/s):

Uh = 8,0 cm/s para arena fina (d ≤ 0,01cm)

Uh = 10,8 cm/s para arena gruesa (d entre 0,015 y 0,100 cm)

Llegada al desarenador

Transición, sin curvas ni ángulos bruscos

Asegurar la uniformidad de la velocidad en la sección transversal de la unidad

Ángulo de divergencia no mayor de 12° 30’

La velocidad media de escurrimiento horizontal Uhm, se puede expresar:

Uhm =Q . b . h = velocidad horizontal

siendo b el ancho de la unidad y h = profundidad útil del desarenador

th = L / Uhm = b . L . H / Q= tiempo que la partícula a remover, tarda en recorrer la longitud L del desarenador.

thv = h / Us = tiempo para que la partícula a remover, con velocidad de sedimentación

Haciendo th = tv, se tiene:

b . L . H / Q = h / Us o sea Us = Q / (b . L) = Q / A

Para compensar turbulencias es habitual calcular la longitud de la zona de desareno aplicando un coeficiente de seguridad del orden de 1,25 a 1,5

Entonces:

siendo t el tiempo de permanencia teórico

Otro aspecto a considerar es el número de unidades en paralelo, siendo el mínimo de dos, en cuyo caso cada una se debe calcular con el caudal total de diseño, con un ancho mínimo b = 0,60 m.

Cuando se tiene un número mayor de unidades puede disminuirse el coeficiente de seguridad ya que tendrá menos incidencia sobre la velocidad horizontal el hecho de retirar una unidad de servicio para limpieza o reparación.

La velocidad de paso por el vertedero de salida no debe ser superior a 1 m/s para evitar causar turbulencias y arrastre de material.

Para el cálculo del tirante sobre el vertedero de salida puede utilizarse la fórmula de Francis sin considerar contracciones laterales.

Dónde: hv =(m)Q = (m³/s)B = (m)

PresedimentadorPara reducir la turbiedad y eliminar sustancias en suspensión que

pueden separarse en un tiempo razonable por la sola acción de la gravedad, se suelen proyectar presedimentadores.

Cuando la presedimentación precede como tratamiento previo a la filtración lenta se denomina SEDIMENTADOR SIMPLE y en caso que preceda a un proceso de coagulación-floculación con el objeto de economizar coagulante, se denomina PRESEDIMENTADOR.

Generalmente en épocas lluviosas la turbiedad normal del líquido a tratar, se incrementa lo que dificulta el proceso de potabilización.

Al igual que los desarenadores, los tanques de sedimentación son bastante eficientes en la remoción de sólidos relativamente pesados y grandes, tales como son los granos de arena.

La materia inorgánica con tamaño mayor a 0,02 mm por lo general puede ser removida por sedimentación natural, sin el uso de coagulantes químicos.

Para el diseño de presedimentadores debe efectuarse previamente una prueba de sedimentabilidad empleando una columna de sedimentación con agua en reposo. Es habitual dividir por 3 el valor obtenido para establecer la velocidad de sedimentación de diseño, a fin de considerar las diferentes condiciones en que se producirá la Sedimentación.

El tiempo de retención debe ser suficiente para permitir que los sólidos en suspensión se asienten (partículas de mayor densidad que el agua) o floten (partículas de menor densidad que el agua).

Guía para el diseño:

H = 1,50 a 2,50 m = altura líquida útil

Uf = Q / (L .B) = 0,10 a 0,50 m/h: velocidad o carga superficial de sedimentación

qv = Q / B = 2 a 3 l/s . m = carga hidráulica sobre el vertedero de salida

ts = L . B . H / Q = 1 a 3 h: tiempo de permanencia hidráulica

L / B = 3 a 8: relación longitud – ancho

L / H = 5 hasta 20 para tanques pequeños: relación largo/profundidad

dónde:

L: longitud útil del sedimentadorB: ancho útil del sedimentador

Recomendaciones de diseño:

• Establecida la carga superficial (velocidad de sedimentación) se determina el área con

• La velocidad horizontal Uh deberá ser menor de 0,55 cm/s (19,8 m/h) para evitar el arrastre de partículas.

• Las dimensiones del presedimentador deberán guardar la siguiente relación con la velocidad de sedimentación y la velocidad horizontal del escurrimiento

• Es conveniente ubicar una pantalla perforada entre 0,60 y 1,00 de distancia (L1) de la pared de entrada. Los orificios más altos deben estar a 1/5 o 1/6 de la altura H a partir de la superficie del agua y los más bajos entre 1/4 y 1/5 de H a partir de la superficie del fondo.

• Es conveniente realizar gran número de perforaciones, a fin de minimizar la longitud de los chorros de agua para no crear perturbaciones en la zona de sedimentación. La velocidad en los orificios no debe ser mayor de 10 cm/s.

El fondo de la unidad debe tener una pendiente del 5 al 10 % hacia la compuerta o válvula de salida para facilitar el escurrimiento del material depositado. La sección de la compuerta o válvula de vaciado se puede calcular con la siguiente expresión:

Dónde:

A : el área superficial del sedimentador (m2)H : la altura (m)S : la sección del conducto de limpieza (m2)t : tiempo de vaciado de la unidad (h)

Diámetro de la tubería de retiro de lodos no inferior a 150 mm.

En caso que el presedimentador periódicamente deba ser puesto fuera de servicio para extraer los lodos se deberán proyectar, por lo menos, dos unidades de sedimentación para permitir la operación continua de la planta de tratamiento de agua.

-TURBIDEZ es menor a 15 NTU

-Dicha turbidez es POCO FRECUENTE durante el año

-Población pequeña de 5000 habitantes

OBSERVACION: si con la Filtración Lenta con un Sedimentador Simple es insuficiente para disminuir la turbidez presente durante el año, se agregará un Pre filtró para cumplir con lo establecido en las Normas

FILTRACIÓN LENTA CON

SEDIMENTACION SIMPLE

2) SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA

Para turbideces elevadas se activara el bypass para no perjudicar el filtro, y durante su permanencia se proveerá agua potable de la cisterna a la población, a si mismo en cada hogar se recomendara contar con un tanque de reserva informando el uso racional del agua, recomendando la compra en lo posible de agua mineral en caso hasta que disminuya la turbidez presente en la fuente de agua.

Según la reglamentación se considera 2 etapas: Etapa 1 correspondiente a 10 años:

Sistema de tratamiento para la población presente=3200 habitantes, considerando 5 habitantes por vivienda resulta un total de 640 viviendas

Etapa 2 correspondiente a 20 años:

Sistema de tratamiento para la población futura=5000 habitantes, la cual permitirá una ampliación de 360 viviendas.

DISEÑO DEL FLOCULADORComo Q = 120 l/s > 75 l/s elijo un FLOCULADOR HIDRÁULICO DE FLUJO HORIZONTAL.

Adopto 3 cámaras con velocidades distintas y decrecientes para realizar una mezcla lenta garantizando que los flocs no se rompan.

V1 (m/s) = 0,25

V2 (m/s) = 0,20

V3 (m/s) = 0,15

Considero un tiempo de floculación: T (min) = 30

Adopto una altura uniforme para todas las cámaras: H (m) = 1,00

Secciones necesarias en cada cámara según velocidades adoptadas: A=Q/v

A1 (m2) = 0,480A2 (m2) = 0,600A3 (m2) = 0,800

Anchos necesarios en cada cámara según altura adoptada: b=A/H

b1 (m) = 0,480b2 (m) = 0,600b3 (m) = 0,800

Longitud de cada cámara según tiempo de permanencia: L=vi*Ti

L1 (m) = 150L2 (m) = 120L3 (m) = 90

Adopto el mismo tiempo de permanencia en todas las cámaras: Ti=T/3

Ti (s) = 600

Adopto ancho del Floculador: Bch (m) = 9,8

Nro de canales de cada cámara según Ancho adoptado: mi=Li/Bchm1 = 16m2 = 13m3 = 10

Longitud TotalEspesor paredes intermedias: ei (m) = 0,10Espesor paredes Exteriores: ee (m) = 0,20

L (m) = 27,68

Ancho TotalEspesor paredes Exteriores: ee (m) = 0,20Separación entre extremidad de chicana y pared exterior: si=1,5*bi

s1 (m) = 0,72s2 (m) = 0,90s3 (m) = 1,20

B (m) = 11,4

Velocidades en las curvas: vci = 2/3 * vivc1 (m/s) = 0,167vc2 (m/s) = 0,133vc3 (m/s) = 0,100

Pérdida de carga en cada Curva:

k = 3,5

Dhc1 (m) = 0,0050Dhc2 (m) = 0,0032Dhc3 (m) = 0,0018

Nro de Curvas en cada cámara: nci = minc1 = 16nc2 = 13nc3 = 10

∆𝒉=𝒌 𝒗𝟐

𝟐𝒈

Pérdida de Carga por fricción en cada cámara:Calculo la perdida de carga en cada cámara a partir de la ecuación de Manning

Tomo n para Hormigón:n = 0,014

Radios Hidráulicos: Ri = Ai / Pi ; Pi: perímetro mojado para cada cámara

R1 (m)= 0,194R2 (m)= 0,231R3 (m)= 0,286

Dhf1 (m) = 0,016Dhf2 (m) = 0,007Dhf3 (m) = 0,002

Pérdida de Carga Total en cada Cámara:Dht1 (m) = 0,096Dht2 (m) = 0,048Dht3 (m) = 0,020

Verifico Gradientes de velocidad

m (Ns/m2)= 0,0011g (N/m3) = 9810

W1 (kg/m2.s)= 1,565W2 (kg/m2.s)= 0,783W3 (kg/m2.s)= 0,326

G1 (s-1) = 37,715G2 (s-1) = 26,676G3 (s-1) = 17,219

Los gradientes verifican pues se encuentran entre 70 y 10 s-1

𝑮=√ 𝑷𝝁𝑽 =√𝑾𝝁

Carga superficial (Cs) y Tiempo de retención (Tr) en función del tipo de tecnología y del tipo de operación de la Planta:

Instalación proyectada con nueva Cs = 30 m³/m² dia

tecnología y operación razonable

Tr = 2.5 hs

Caudal captado de la fuente

Q= 120 l/s =0.12 m³/s

DISEÑO DEL DECANTADOR

Cálculo del area de planta ( Ap)

Ap= Q /Cs Ap= 345.6 m²

Cálculo del volumen decantado (V)

V= Q * Tr V= 1080 m³

DISEÑO DEL DECANTADOR

Cálculo de la altura del decantador

Altura útil h = V / Ap h= 3.125 m

por seguridad adopto una revancha h´= 0.3 m

altura de material sedimentado

adopto (de acuerdo al tipo h´´= 0.3 m y al tiempo de limpieza)

Entonces la altura total H= 3.8 m

Cálculo de la longitud y ancho del decantador

Según recomendaciones adopto L/B= 3

Entonces Ap = 3* B²

despejo y calculo B= 10.73 m B=11 m

Luego L = 33 m

Verificación de la Velocidad Horizontal

Vh = Q * Atransv

Atransv = B * h Atransv = 34.375 m²

Vh= 0.35 cm/s < 0.5 cm/s VERIFICA

Cálculo de la Sección de la compuerta de descarga de lodos según ENOHSA

DISEÑO DEL DECANTADOR Donde : t de= 2 h

A dp= 345.6 m²

Hu= 3.125 m

Por lo tanto S dp = 0.0630 m²

S dp = 629.84 cm²

adopto una compuerta de descarga de sección 26 x 26 cm

DISEÑO DE VERTEDERO DE SALIDA

Caudal por unidad de ancho qv= 2.5 l/(s m )

Longitud del vertedero

Lv = Q /qv Lv= 48 m

DISEÑO DEL DECANTADOR PANTALLA PERFORADA DE DISTRIBUCIÓN

Distancia entre orificios 0.5 m

vescurrimiento (adop)= 0.15 m/s

Aescurrimiento= Q / v = 0.80 m2

Dorificio(adop)= 4" =10.16 cm

Aorif= 81.07 cm2

N°orif= Ae/Ao= 99

Nadop= 108 Aorif total= 0.88 m2

Atrans= B* h util = 34.38 m2

Aorif ≤ 0,5*Atrans

Aorif /Atrans= 0.03 <0.5 VERIFICA

Hsuperior 0.30 m Hinferior 0.30 m

DECANTADOR

◦ Durante la operación de la Planta

para obtener mejores resultados y un uso racional de consumo de productos químicos

Es mediante el ensayo de JAR - TEST

ENSAYO JAR - TEST

Utilizado para evaluar el proceso de coagulación-floculación y sus efectos en la fases de la decantación y filtración

Básicamente consta de un agitador múltiple de velocidad variable que puede crear turbulencia simultáneamente en 6 vasos

Permite determinar

-Dosis optima de coagulante y co-ayudantes ( poliectrolitos)-Tiempo de floculación-Gradiente, Secuencia de aplicación de reactivos (sulfato de aluminio o cloruro o sulfato férrico), etc.

DOSIS OPTIMA DE COGULANTE

TIEMPO OPTIMO DE FLOCULACIÓN