UNIDAD03CapítuloPretratamiento2016

UNIDAD III TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PRETRATAMIENTO).

I. INTRODUCCIÓN.

Una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR), tiene como objetivo que mediante

procesos individuales o combinados de tipo físicos, químicos y biológicos, el agua residual se

adecúe para hacerla apta en su calidad según los usos previstos y la normatividad vigente

aplicada a un cauce receptor. Son generalmente transportadas por los sistemas de

alcantarillado antes de su posterior vertido a un cauce receptor: Ríos, lagos, manantiales, el

mar, etc.

En la actualidad y con las bases teóricas definidas anteriormente, es fácil deducir que las

técnicas han evolucionado hacia dos tipos de sistemas de tratamiento, mismos que a

continuación se anotan:

1. Tratamiento Químico.

a) Floculación y coagulación: Se utiliza cuando existe dificultad para la sedimentación

de las partículas en suspensión.

b) Neutralización: se utiliza para modificar el pH.

c) Oxidación.

d) Reducción.

e) Intercambio iónico: Para eliminación de cobre, zinc, plomo, etc.

2. Tratamiento Biológico.

a) En estos casos se busca una doble acción: La metabólica y la floculación de las

partículas suspendidas, generadas por la acción directa de microorganismos, que

provoquen la transformación de la materia orgánica en productos más estables.

b) Los procesos bioquímicos en estas etapas son generados principalmente por bacterias

que pueden ser: Aerobias, anaerobias o facultativas.

1


En esta última se pueden citarse varias fases del proceso, como son: pretratamiento,

sedimentación o tratamiento primario y el tratamiento secundario o biológico propiamente

dicho.

Lodos activos y lagunas. Filtros Biológicos

(percoladores)

Biodiscos.

Las eficiencias posibles a obtener, de acuerdo con las distintas PTAR y técnicas actuales de

tratamiento, pueden ser los que se reflejan en las siguientes tablas.

Tabla 3.1 Rendimiento de los procesos de tratamiento de aguas residuales.

Proceso de tratamiento DBO5 Sólidos

Suspendidos

B. Coli.

Cloración del agua “bruta” o sedimentada. 15 – 30 ---- 90 - 95

Precipitación química. 25 – 40 40 – 70 25 – 55

Filtros percoladores con sedimentación. 50 – 85 70 – 90 40 – 60

Lodos activados (alta carga) con sedimentación. 65 – 85 65 – 85 65

Lodos activados (convencionales) con sedimentación. 64 – 92 65 – 92 80

Tratamiento terciario. 92 – 98 93 -98 ----

Cloración con tratamiento Biológico. ---- ---- 98 – 99 Fuente: Depuración de Agua. Ing. Aurelio Hernández Muñoz. Colegio de Ingenieros de caminos, canales y puertos. España. 1990.

2


Tabla 3.2 Rangos de rendimiento esperado en diferentes procesos de tratamiento de

aguas residuales sanitarias municipales.

Parámetro Fosa

séptica

Tanque

Imhoff

Filtros

de arena

Wetlands Filtros

Biológicos

Biodiscos Lodos

Activos

Lagunas

estabilización

U.A.S.B.

DQO 28 – 56 --- 68 – 90 55 – 80 68 – 81 70 – 65 68 – 90 50 – 85 40 – 80

DBO 17 – 60 25 – 60 80 – 99 60 – 92 60 – 95 70 – 97 85 – 99 50 – 85 30 – 60

SS 48 – 85 37 – 82 30 – 99 56 – 95 52 – 90 75 – 97 83 – 99 60 – 90 50 – 80

NT 0 – 57 --- 23 – 90 25 – 65 15 – 70 30 – 80 50 – 90 60 30

Colis Fecales 10 – 90 --- 98 – 99 99 80 - 90 85 90 99.9 99

Fuente: Depuración de Aguas Residuales en pequeñas comunidades. Dr. Ramón Collado Lara. Colegio de Ingenieros de caminos, canales y

puertos. España. 1992.

Valores en %.

Humedales artificiales Reactor UASB Lodos activos.

Para realizar un proyecto de un sistema de tratamiento de aguas residuales, es necesario

conocer ciertos datos para su mejor planeación, algunos de estos datos pueden ser:

a).- Normatividad establecida.

b).- Caudal a tratar.

c).- Análisis de las aguas residuales.

d).- Características de la zona.

e).- Topografía de la zona.

f).- Condiciones geológicas y características de la zona.

g).- Uso del suelo en el entorno.

h).- Distancia de la localidad o núcleo poblacional.

i).- Costo estimativo del sistema de tratamiento.

j).- Problemas sanitarios (olores, ruidos, aerosoles, etc).

3


El tren de tratamiento biológico que se utiliza en la mayoría de las PTAR, se basa en

esquemas comunes que lo integran, siendo los principales los siguientes:

a) Tratamiento previo y primario.

Cámara o canal de distribución: Aquí se recibe el caudal de aguas residuales

transportado hasta allí por el colector o emisor general de la localidad.

Rejillas: Retiran los sólidos gruesos que son vertidos hacia las tuberías de drenaje o

que son arrastrados por las coladeras pluviales.

Desarenadores: Aquí se considera que es retirada la materia inerte, misma que no

puede ser removida por los microorganismos, como lo son arenas, gravillas y arcillas.

Medidor de caudal: Es útil para medir y calcular las cargas contaminantes eliminadas,

tiempos de retención, consumo de reactivos y es base para determinar los costos del

agua que está siendo tratada.

Bombas: Equipos constituidos por equipos electromecánicos para elevar las aguas

desde un cárcamo hasta una cota calculada para permitir que el agua fluya por

gravedad a través de todo el proceso.

Tanques de Mezcla: Estos tanques cumplen una doble función: homogenizar las

aguas y regularlas, así como poder adicionar algún tipo de reactivo o suministrar aire.

Tanques primarios de sedimentación: Se consideran para eliminar sólidos en

suspensión (Del 30 al 60%) y “bajar” la carga para los procesos biológicos siguientes.

b) Tratamiento biológico.

Reactores Biológicos: Es aquí donde se considera se realizan las reacciones

bioquímicas generadas por los microorganismos y que son los responsables de

estabilizar y eliminar mediante reacciones metabólicas a la materia orgánica y algunos

otros elementos presente en las aguas residuales. Se considera que es la etapa

principal de todo sistema de tratamiento.

4


c) Sedimentación secundaria.

Sedimentadores secundarios: En esta etapa es donde se eliminar los lodos floculados

en la mayoría de los reactores biológicos, están previstos con barredores mecánicos

para facilitar la extracción de los lodos.

d) Efluente final.

Canales de salida: Las aguas conducidas por canales o tuberías efluentes son

desinfectadas para su descarga final.

Los diferentes sistemas de tratamiento según sea su proceso, se dividen generalmente en:

1.- Sistemas de tratamiento aerobios.

2.- Sistemas de tratamiento anaerobios.

De manera esquemática el flujograma de un sistema de tratamiento de aguas residuales puede

estar formado de la siguiente manera:

Figura 3.1 Flujograma esquemático de un sistema de tratamiento de aguas residuales.

5


1).- Pretratamiento.

En este solamente se retira material inerte y se controla el caudal hacia el sistema de

tratamiento, no se afecta o retira materia orgánica.

Nota: Puede existir un cárcamo de bombeo antes o después del sistema de pretratamiento.

2).- Tratamiento primario.

En esta etapa generalmente se separa de las aguas residuales los sólidos sedimentables.

3).- Tratamiento secundario.

En esta etapa del tratamiento es donde se tiene la mayoría de las actividades de tratamiento de

materia orgánica y nutrientes contenidos en las aguas, el proceso puede ser aerobio, anaerobio

o mixto.

4).- Tratamiento terciario.

Esta etapa puede ser opcional, es donde se realiza la cloración o pulimento de las aguas

tratadas.

5).- Tratamiento de lodos (fangos).

Es la etapa en la cual los lodos generados en todas las etapas del tratamiento son estabilizados

para su más fácil manejo y su posible disposición.

II. SISTEMA DE PRETRATAMIENTO.

6


Antes de las estructuras que integran a la PTAR, se debe considerar en el proyecto ejecutivo,

un dispositivo que realice la función de pretratamiento, siendo sus principales objetivos los

siguientes:

a) Separara de las aguas residuales la materia flotante, como lo son los desechos de

verduras, maderas, plásticos, empaques de alimentos, latas, etc., es decir material que

es vertido al sistema de alcantarillado en forma de basura.

b) Remover de las aguas residuales el material inerte como lo son: Las arenas y gravas,

las cuales son arrastradas por las corrientes de desecho de las construcciones,

aceras, etc.

c) Permitir que únicamente fluya el caudal máximo instantáneo de aguas residuales; esto

es, considerar una estructura que derive el caudal pluvial proveniente de las bajadas

pluviales de las casa y de las coladeras colectoras de las calles.

Con lo anterior se evitará que sea dañado el equipo mecánico que se considere en el

tratamiento posterior, por otro lado, se evitará que se obstruyan las tuberías que interconecten

las diferentes estructuras y que el material inerte sedimente en la zona de entrada de los

reactores, provocando situaciones de operación molestas.

Las unidades del sistema de pretratamiento más importantes son:

Control de caudal y llegada.

Rejillas, cribas, desmenuzadores.

Desengrasadores.

Tanque de compensación o de igualación.

Desarenadores.

7


En las PTAR, al momento de diseñar el sistema pretratamiento éste debe ser constituido de las

siguientes estructuras:

1.- Canal de llegada y control de velocidades.

2.- Canal controlador de caudales (Si es que no se ha podido controlar antes).

3.- Rejillas y cribas.

4.- Desarenador.

5.- Canal efluente y aforador.

A continuación se describe con mayor claridad cada una de esas estructuras.

1. Canal de llegada y control de velocidades.

Las velocidades recomendadas en las rejillas, están en el rango de 0.40 a 0.75 m/seg. El valor

del rango inferior, es para evitar que la materia inerte sedimente en el sitio de las rejillas y el

valor superior, es para evitar que los sólidos flotantes y retenidos en las rejillas se desprendan

de ellas, y sean conducidos a los reactores del tratamiento posterior.

Como normalmente se ignora la velocidad del agua en la tubería emisora se debe considerar,

primeramente un canal con una pendiente tal que permita generar una velocidad de 0.60

m/seg.

La longitud del canal, para controlar la velocidad del flujo, es función de la velocidad que se

genera en la tubería emisora, cuando esta velocidad sea mayor de 0.60 m/seg, se formará en el

canal control de velocidades un salto hidráulico, el cual está en función del Número de

Froude.

Para que el salto hidráulico se genere, es necesario que la relación de tirantes satisfaga la

ecuación:

8


Donde:

h2 = Tirante mayor.

h1 = Tirante menor.

F = Número de Froude.

V1 = Velocidad en la tubería emisora.

La longitud del salto hidráulico, se puede obtener por la expresión de Smetana:

L = 6 (h2 - h1)

En la práctica esta la longitud se puede considerar de 1 a 3 mts.

Las dimensiones y características hidráulicas del canal, son:

Sección transversal:

Determinada el área A, se propone un ancho del canal B, considerando los aspectos de

operación para esto; posteriormente se obtiene el tirante de las aguas en el canal mediante la

expresión:

Obteniendo las características geométricas se obtiene la pendiente del canal para lo cual se

utiliza la expresión de Manning:

Donde:

V = Velocidad de diseño.

R = Radio hidráulico.

S = Pendiente.

n = Coeficiente de rugosidad de Manning, n = 0.014 para concreto.

9


Figura 3.2 Corte de un sistema de pretratamiento.

1.- Tubería colectora influente. 5.- Cámara desarenadora - desengrasadora.

2.- Canal de llegada y control de velocidad. 6.- Pantallas de detención de material flotante, grasas y aceites.

3.- Canal control de caudal. 7.- Canal de salida y vertedor aforador (Tipo Sutro o proporcional).

4.- Canal de rejillas. 8.- Tubería efluente hacia el tratamiento biológico.

2. Canal para controlar el caudal.

Las obras accesorias del tratamiento posterior, deben calcularse para las condiciones del

caudal medio, mientras los canales, canaletas y tuberías para el caudal máximo instantáneo.

Por lo cual en el pretratamiento se debe de prever una estructura que desaloje el caudal

extraordinario. Generalmente son colocados vertedores laterales, los cuales cuando se presenta

el caudal extraordinario (En época de lluvias), deben ser capaces de desalojar de manera

inmediata a dicho caudal excedente, para evitar que llegue al sistema de tratamiento y pueda

provocar problemas, como lo son inundaciones, averías en equipos, etc.

Para facilitar su diseño se deja el mismo ancho del canal de llegada, la velocidad deberá

continuar siendo de 0.60 m/seg.; por lo que el área hidráulica necesaria será:

Determinada el área A, y como se tiene el mismo ancho del canal B, el tirante de las aguas en

el canal será entonces:

10


El caudal que se considera será vertido por el canal lateral es entonces:

Q v = Q max. ext. - Q max. inst. Donde: Q v = Caudal a verter.

Por otro lado se deben considerar las siguientes obras accesorias, ilustradas en la figura 3.3.

1.- Área hidráulica para Qmax. inst.

2.- Cajas y muros para captar el caudal a verter.

3.- Orificios para el desalojo del caudal.

4.- Tubería de concreto que conducirá el caudal de

demasías hacia un dren pluvial natural.

5.- Vertedores laterales.

Figura 3.3 Corte transversal del canal control de caudal.

El análisis teórico fue debido a Nimmo, el cual determinó el caudal sobre el vertedor,

considerando los cambios de momento en las secciones transversales aguas arriba y aguas

abajo del vertedor.

Figura 3.4 Perfil teórico para vertedores laterales con línea de agua descendente.

Ackers desarrollo la ecuación para determinar la longitud del vertedor, considerando el perfil

de la superficie del agua, como se muestra en la figura anterior, combinando la ecuación de

Bernulli, incluyendo en ella una tolerancia por distribución de las velocidades del canal, y

considerando la energía específica del flujo relativa a la cresta del vertedor (Ew), el tirante del

11


canal (c) y la relación entre los tirantes del agua en las dos secciones críticas ( ); quedan

las expresiones para diferentes relaciones de n2 como sigue:

Tabla 3.3 Ecuaciones para vertedores laterales con línea agua descendente.

n2 Longitud del vertedor lateral.

5

7

10

15

20

Donde:

L = Longitud del vertedor en m.

B = ancho del canal en m.

h 1 = Carga sobre el vertedor en el extremo aguas arriba, en m.

h 2 = Carga sobre el vertedor en el extremo aguas abajo, en m.

c = Altura del vertedor, en m.

Ew = Energía específica del flujo respecto a la cresta del vertedor. Siendo:

y

dn = Tirante normal en el canal de llegada (control de velocidades), en m.

= Coeficiente de carga cinética (velocidad) = 1.20

' = Coeficiente de carga de presión = 1.00

Vn = Velocidad normal en el canal de llegada (control de velocidades), en m/s.

12


Las ecuaciones anotadas; se considera son aplicables cuando se tiene un perfil del aguas

descendente y es cuando la relación c / Ew < 0.60

3. Rejillas.

Tienen como objetivo detener la materia flotante como: maderas, trapos, plásticos,

desperdicios de legumbres y basura en general, mismas que protegen a los equipos de

bombeo, válvulas, tuberías y otros elementos que forman a la PTAR.

Las rejillas pueden ser de varillas o barras paralelas; los tamices son de tela metálica o placas

perforadas. Se les llama rejillas a las que tienen separación entre rejas de 2.5 cm o más; y se

les llama tamiz a los que tienen aberturas no superiores a 0.6 cm

Rejilla estática Rejilla y charola de escurrimiento Rejilla mecánica

Las rejillas pueden limpiarse a mano o mecánicamente. En la siguiente tabla se anotan las

principales características de estas rejillas.

Tabla 3.4 Características de las rejillas de limpieza manual y mecánica.

Característica Limpieza manual Limpieza mecánica.

Tamaño de la barra:

Ancho, cm. 0.5 – 1.5 0.5 – 1.5

Profundidad, cm. 2.5 – 7.5 2.5 – 7.5

Separación entre barras, cm. 2.5 – 5.0 1.5 – 7.5

13


Inclinación de la barra, en grados. 45 – 60 0 – 60

Velocidad de aproximación, m/s. 0.30 – 0.60 0.60 – 1.00

Pérdida de carga permisible, en cm. 15 15

Uno de los factores importantes para el diseño de los canales de rejillas es la velocidad a

través de las barras, la cual no debe ser baja y que provoque la sedimentación de partículas de

arenas antes de la rejilla; ni debe ser tan alta que destrampe la materia retenida; la velocidad

de aproximación recomendada es de 0.45 m/s, cuando se presenta el caudal medio y de 0.60

m/s, para el caudal máximo instantáneo.

Una vez que se ha elegido la velocidad de diseño se puede obtener el área útil, como:

Y ya obtenida el área útil se estará en condiciones de obtener el área a cubrir por la expresión:

Donde:

E = eficiencia (Pérdida) de las barras. Para barras de 3/8" de diámetro y una separación de 1”

(2.54 cm), se considera E = 1.10 - 1.40 (0.90 - 0.714)

AT = área total.

Au = área útil.

El ancho del canal para alojar a la rejilla se obtiene por la expresión general:

Donde:

B' = ancho del canal para alojar a la rejilla, en m.

Nb = número de barras en la rejilla.

e = separación entre las barras de la rejilla, en m.

m = espesor de la barra en la rejilla, en m.

Ne= número de espacios, (1” de diámetro = 0.0254 m.)

14


Para determinar la perdida de carga en las rejillas, se utiliza la expresión:

Donde:

= factor de forma de la barra

hL = Perdida de carga, en m.

w = ancho máximo de las barras en dirección de la corriente, en m.

b = separación de las barras, en m.

= ángulo de las rejillas con respecto a la horizontal.

hv = altura del flujo que se aproxima a la reja, en m. Otra expresión utilizada (Pero que no contempla el atascamiento de la rejilla) es la siguiente:

Donde:

h = Perdida de carga en las rejillas, en m.

f = Coeficiente de forma de los barrotes, 1.79 para barrotes redondos.

m = Anchura de los barrotes, en mm.

e = Separación de los barrotes, en mm.

= Angulo de las rejillas con respecto a la horizontal.

V = Velocidad en el canal de rejillas, en m/seg.

Otra expresión que es aplicable para la obtención del ancho del canal de la rejilla, es la

indicada por el Dr. Aurelio Hernández Muñoz en su libro “Depuración de aguas residuales”,

la cual es:

Donde:

B' = Ancho del canal para alojar a la rejilla, en m.

15


Q = Caudal máximo que se considera va a pasar por la rejilla, en m3/seg.

V = Velocidad máxima en la rejilla, m/seg.

h = Nivel aguas arriba de la rejilla a caudal máximo, en m.

e = Separación entre las barras de la rejilla, en m.

m = Espesor de la barra en la rejilla, en m.

C= Coeficiente de seguridad, en m.

C = 0.10 m, para rejillas finas.

C = 0.30 m, para rejillas gruesas.

4. Desarenadores.

Es una estructura en la cual se varía la velocidad del flujo, tal que permita que las partículas

de arena sedimenten e impedir que lleguen a los reactores del tratamiento posterior, donde

provocarían situaciones molestas, como lo es dañar el equipo electromecánico, o bien, que se

depositen en ciertas zonas muertas, generando posteriormente condiciones de olores

ofensivos.

Existen varias clasificaciones de los desarenadores atendiendo a las características principales

del flujo a través de la estructura.

a) Desarenadores de flujo horizontal.

b) Desarenadores de flujo vertical.

c) Desarenadores de flujo inducido.

16


Desarenador mecánico.

La teoría aplicable a los desarenadores es la sedimentación de partículas discretas, incluyendo

bajo esta denominación aquellas características por unas dimensiones definidas, así como

volumen y densidad fija.

Aplicando la teoría de la sedimentación de partículas discretas y esféricas se puede obtener la

expresión de velocidad límite conocida como la ley de Newton:

Donde:

Vp = Velocidad de caída de la partícula, en m/seg.

g =Aceleración de la gravedad, en m/seg2.

p = Densidad de la partícula.

L = Densidad del liquido.

CD = Coeficiente de fricción.

d = es el diámetro de la partícula (d = 2r).

La experiencia y la teoría de la mecánica de fluidos han demostrado que el coeficiente de

fricción, CD, depende únicamente del número de Reynold (Re) y de la forma de la partícula.

Para una partícula esférica, el número de Reynold se calcula por:

17


d = Diámetro de la partícula

Vp = Velocidad de la partícula

L = Masa por unidad de volumen (densidad) del líquido

L = Viscosidad del líquido

La dependencia entre ( CD ) y (Re ) esta dada por :

Si Re 2 Flujo laminar.

Si 2 Flujo en transición.

Si 5X102 Flujo turbulento.

El intervalo de Re que corresponde a las condiciones de operación en los procesos de

tratamiento por sedimentación de aguas residuales es el de la zona de escurrimiento laminar

(Re<2). En esta zona donde CD = 24/Re, la ecuación que da la velocidad final de una

partícula se simplifica de la siguiente forma:

Esta relación de gran utilidad es conocida como la ley de Stockes

Los desarenadores pueden ser canales con velocidad controlada o tanques en donde se

controle un tiempo de detención; siendo más selectivo estos últimos, ya que los desarenadores

diseñados como canales, la velocidad que sugieren varios investigadores que está en un rango

de 30 cm/seg, en ocasiones no es suficiente, por lo que se puede provocar el arrastre de arenas.

18


Además, es recomendable que se eliminen partículas de arena de tamaño aproximado de 0.2

mm, con peso específico de 2.65 gr/cm3. Se sugiere que los desarenadores sean diseñados con

cargas hidráulicas de 600 a 1,200 m3/m2-día; o bien para un tiempo de detención de 1 a 2

minutos. Por otro lado, si se considera que el desarenador también será utilizado para

eliminar grasas y aceites, el tiempo de detención puede considerarse de 3 a 5 minutos.

Por otro lado, es recomendable que sean diseñadas dos cámaras, de tal manera que el flujo se

pueda controlar; así cuando se limpie una cámara, por medio de compuertas el flujo se

encausará por la otra cámara, la cual funcionará como un By-Pass.

EJEMPLO: Diseñar el sistema de pretratamiento para los siguientes datos de diseño:

Población de Proyecto ......................................................8,500 habitantes.

Dotación ........................................................................... 195 lts/hab-día.

Aportación (80%) .............................................................. 156 lts/hab-día.

Temperatura media mensual …........................................ 15o C.

SOLUCION:

1.- OBTENCION DE LOS CAUDALES DE DISEÑO.

a) Caudal medio = Población de Proyecto X Aportación / 86,400

Q med = = 15.35 l.p.s.

b) Caudal máximo instantáneo:

Q max. inst. = Q med Donde: = Coeficiente de Harmon

= 3.0244

El caudal máximo instantáneo será entonces:

19


Q max. inst. = (3.0244) X (15.35) = 46.42 l.p.s.

c) Caudal máximo extraordinario:

Q max. ext. = C XQ max. inst Donde: C = Coeficiente de previsión.

En este caso tomamos a C = 1.50, que es lo marcado en la normatividad (C = 1.50).

Q max. ext. = 1.50X46.42 = 69.63 l.p.s.

2.- CANAL DE LLEGADA.

Para este caso se considera una velocidad de diseño de V = 0.60 m/seg., por lo que de la

ecuación de continuidad, se tendrá:

A = Q max. ext. / V diseño = (0.06963 m3/s) / 0.60 m/s = 0.1160 m2

Para un ancho de canal de B = 0.60 m., el tirante del agua en el mismo será:

h = A / B = 0.1160 m2 / 0.60 = 0.19 m. = 19 cm.

Considerando un libre bordo de 50 cm.

La altura total de canal será:

hT = h + L. B. = 0.19 + 0.50 = 0.69 m. = 70 cm.

Las condiciones geométricas máximas extraordinarias del canal serán:

Área hidráulica = 0.1158 m2.

Tirante en el canal = h = 0.19 m.

Perímetro mojado = B + 2 h = 0.60 + 2 X 0.19 = 0.98 m.

Radio hidráulico = R = A / P = 0.1158 m2 / 0.98 m. = 0.1174 m.

Y la pendiente en el canal para mantener la velocidad de diseño, se obtiene de la expresión de

Manning, la cual es:

20


S = 0.0010

3.- CANAL CONTROL DE CAUDALES Y VERTEDOR LATERAL.

Para el diseño de esta parte del pretratamiento, es necesario obtener la cresta vertedora del

canal control de caudal, para ello utilizamos la expresión de continuidad; solo que en este caso

se utiliza el caudal máximo instantáneo y la misma velocidad de diseño:

A = Q max. inst. / V ===> A = (0.04642 m3 /s) / 0.60 m/s = 0.07736 m2

El ancho del canal se debe de respetar de la misma dimensión que el canal control de

velocidades, entonces B = 0.60 m.

C = 0.07736 m2 / 0.60 = 0.129 m = 13 cm.

Las condiciones geométricas máximas instantáneas del canal serán:

Área hidráulica = 0.0774 m2.

Tirante en el canal = h = 0.13 m.

Perímetro mojado = B + 2 h = 0.60 + 2 X 0.13 = 0.857 m.

Radio hidráulico = R = A / P = 0.0774 m2 / 0.857 m = 0.0902 m.

Y la pendiente en el canal para mantener la velocidad de diseño, de nueva cuenta se obtiene

por la expresión de Manning:

21


S = 0.0015

Para el cálculo del vertedor lateral se tiene que:

Qv = Q max. ext. - Q max. inst. = 69.63 l.p.s. - 46.42 l.p.s. = 23.21 l.p.s.

Qv = 23.21 l.p.s. De la figura 3.4 y de las expresiones, se tiene:

h 1 = 0.50 Ew

La energía específica del flujo, será:

Ew = 0.082

h 1 = 0.50X(0.082) = 0.041 m.

Ahora, proponiendo que la carga en el vertedor en la parte de aguas abajo sea de h2 =

0.005 m = 0.5 cm.

n2 = h1 / h 2 = 0.041 / 0.005 = 8.20

Como n2 = 8.20 se debe tomar la expresión más cercana de la tabla 3.3, (n2 = 10):

Sustituyendo valores se tiene:

L = 1.35 m.

22


4.- REJILLAS.

Como se tiene un área igual a: A = Q max. Inst. / V = 0.0774 m2

A = 0.0774 m2 Y un tirante de h = 0.13 m.

Proponiendo barras de 3/8" y una separación de 1" (25.4 mm), el área útil entre rejillas será:

Au = e h =======> Au = 0.0254 X 0.13 = 0.00328 m2

El área total es: Tomando E =1.20, el área total será:

= 0.00262 m2

Número de barras, será: = = 29.51 + 1 = 30.51 Se toman =

31

Se toma como valor práctico a 31 barras redondas de 3/8" y separación entre ellas de 1" (25.4

mm). Y para obtener el ancho del canal para alojar a la rejilla está dado por la expresión:

B' =N.e.X m + N.b.X e Tomando:

e = 0.0254 m.

m = 3/8" = 0.009525 m.

N.b = 31 barras.

N.e. = 30 espacios

B' = (30)X (0.0254) + (31)( 0.009525) = 1.06 m. B' = 1.05 m.

Aplicando la expresión del Dr. Aurelio Hernández Muñoz, para la obtención del ancho del

canal de la rejilla, se tiene:

23


Q = 46.42 l.p.s. = 0.0464 en m3/s.

V = 0.60 m/seg.

H = 0.13 m.

e = 1” = 2.54 cm = 0.0254 m.

m = 3/8” = 0.9525 cm = 0.009525 m.

C = 0.30 m, para rejillas gruesas.

B’ = m.

B’ = 1.05 m.

Para este caso consideramos el valor B’ = 1.05 metro, por coincidir en los dos cálculos.

Para determinar la perdida carga en las rejillas, se utiliza la expresión de "Metcalf and Eddy",

que es:

Donde:

g = 9.81 m/seg2

hf = Perdida de carga en metros.

V2 = Velocidad a través de las barras.

V1 = 0.60 m/seg.

Se tiene que verificar cuando la rejilla este cubierta al 50% por basura, esto es, cuando:

V2 = 1.50XV1

= 1.50 X 0.60 = 0.90 m/s.

= 0.026 m = 2.6 cm.

Se debe considerar un escalón de 3 centímetros para absorber esta pérdida de carga.

5.- DESARENADOR - DESENGRASADOR.

24


Para el diseño de las cámaras desarenadoras – desengrasadoras, se propone un tiempo de

detención t = 3.0 minutos, con lo que se obtiene el volumen medio; el cual será calculado para

el caudal medio y posteriormente revisado para el caudal máximo instantáneo:

Vol. medio = (0.01535 l.p.s.)X(3 X 60) = 2.76 m3.

Vol. diseño = 2.76 m3.

Considerando dos cámaras desarenadoras para su mantenimiento, se tiene:

Vol. Diseño unitario = 1.38 m3.

Ahora, considerando un tirante y = 0.50 m, y un ancho de la cámara b = 0.60 m, se tendrá un

largo de la cámara de:

m.

Las dimensiones de esta estructura quedarán:

Número de cámaras = 2.0

Ancho = 0.60 m.

Largo = 4.60 m.

Tirante = 0.50 m.

6.- CANAL EFLUENTE:

Esta estructura se diseñará como el canal controlador de caudales, por tal razón serán los

mismos cálculos.

7.- VERTEDOR AFORADOR.

25


Dependiendo que tipo de vertedor se quiera utilizar será el cálculo de los mismos, los que se

recomiendan para este tipo son: TIPO SUTRO O PROPORCIONAL.

26

UNIDAD03CapítuloPretratamiento2016

Documents

Transcript of UNIDAD03CapítuloPretratamiento2016