Pretratamiento
»Secuencia para la depuración
Aliviadero
Bombeo
Desbaste
Tamizado
Trituración
Desarenado
Desengrasado
Homogenización 13/01/2012 1 María Eugenia Ortega Morín
Objetivo Aliviadero
Evacuar el excedente de caudal tope sobre
el que se calcula la planta de tratamiento.
Evitar sobrecargas hidráulicas en el proceso.
13/01/2012 2 María Eugenia Ortega Morín
Depósitos de retención
13/01/2012 3 María Eugenia Ortega Morín
Aliviaderos
13/01/2012 4 María Eugenia Ortega Morín
Aliviadero de entrada
El agua de lluvia recogida los primeros 10 a
15 min, está tan contaminada como el agua
residual tipo medio
Se ve la necesidad de depósitos de retención
para tiempos de 20 a 30 min para las
primeras escorrientias
En plantas pequeñas es un solo aliviadero a la
entrada de la planta, con coeficiente de
dilución de 2 a 2.4
13/01/2012 5 María Eugenia Ortega Morín
En plantas grandes se recomiendan aliviaderos previo al pretratamiento (entrada), al tratamiento primario y al secundario, con los siguientes coeficientes de dilución:
Previo al pretratamiento 3 a 4
Previo a depuración física 2.8
Previo a depuración biológica 1.8
Con una dilución de 1:3 el colector aguas abajo del aliviadero transportará un caudal máximo de 3Qmed
El aliviadero se dimensionaría para un vertido máximo de: Qv =Qmax.ll - 3Qmed
13/01/2012 María Eugenia Ortega Morín 6
Calculo de aliviaderos
13/01/2012 7 María Eugenia Ortega Morín
El coeficiente de caudal viene dado por una de las siguientes fórmulas:
Bazin:
Rehbock:
Estas fórmulas se aplican para alturas de lámina h comprendidas entre 0.1 y 0.6 m para Bazin.
Para Rehbock entre 0.25 y 0.9 m.
13/01/2012 8 María Eugenia Ortega Morín
Se prevé construir un aliviadero a la entrada de una depuradora de caudal medio de 256 m3/h que permita alcanzar una dilución 1:4, determinando que el caudal máximo en tiempo de lluvia es 3.1 m3/s.
Qv = Qmax.ll - 4 Qmed
13/01/2012 9 María Eugenia Ortega Morín
Qmáx = 4 (256) = 1024 m3/h
Qv = 3.1 - 4 (0.071) = 2.815 m3/s
2 m = 0.43 h = 0.35 m p = 0.45
3
L = 3 Q _ = _ 2.815 _
2 m h (2gh)½ 0.43(0.35)[2(9.8)(0.35)]½
7.1 m longitud del umbral de vertido
13/01/2012 María Eugenia Ortega Morín 10
Cálculo de depósitos de retención
La intensidad de lluvia sobre el conjunto de la red en L/s ha (Pr) se obtiene de la siguiente forma siendo:
Qa el caudal admitido en la estación depuradora en L/s
Qs el caudal medio diurno en tiempo seco
Qll el caudal de lluvia Qa = Qs + Qll
Qll = Qa – Qs
Pr = Qll /A = (Qa – Qs)/A (l/s/ha) Qa = n x Qs
Pr = (n – 1) x Qs
13/01/2012 11 María Eugenia Ortega Morín
Cálculo de depósitos de retención
Tiempos de concentración
(min)
< 5
10
15
20
25
30
Coeficiente
Ctf
1,00
1,25
1,48
1,63
1,74
1,82
Los valores de Ctf son función del tiempo de concentración de la red para la lluvia de referencia Pr, es decir, Qa.
13/01/2012 12 María Eugenia Ortega Morín
Bombeo
La necesidad de bombeo del agua depende de las condiciones topográficas y de transportar las aguas residuales de un punto a otro.
Si no existe la diferencia de cotas puede realizarse el paso del agua por gravedad.
Esta necesidad se presenta en los casos:
a) Incorporación de aguas de un punto bajo al colector.
b) Entre tramos de alcantarillas, colectores o emisario.
c) En la entrada a la estación depuradora.
d) En desagüe hacia el cauce receptor.
El bombeo presenta inconvenientes como:
a) Costo de instalación
b) gasto de energía
c) Riesgo de inundación si no se dispone de cota suficiente.
13/01/2012 13 María Eugenia Ortega Morín
Diseño de bombas
Intervienen múltiples factores como:
Numero de bombas
Características del liquido
Caudales (de servicio, máximos, mínimos)
Alturas de elevación (condiciones en aspiración e impulsión)
Tipo de funcionamiento (continuo, intermitente)
Tipo de bomba (horizontal, vertical)
Situación de la instalación (exterior, interior, altura, etc.)
Características de la unidad motriz (motor, reductor, etc.)
13/01/2012 14 María Eugenia Ortega Morín
Tipo de bomba en función del tipo de agua
Tipo de aguas a impulsar Tipo de bomba adecuado
Aguas residuales sin desbaste Tornillo de Arquímides
Aguas residuales con desbaste Monocanal, Paso libre, Tornillo de Arquímides
Aguas de lluvia y escorrentía Impulsor axial, Bicanal, multicanal
Para extracción de arenas Paso libre, Mammut, Monocanal, Tornillo de Arquímides
Agua decantada, proceso físico Bicanal, Tricanal
Recirculación fangos activos Tornillo de Arquímides, Paso libre, Monocanal, Mammut, Bicanal, Tornillo excéntrico
Fangos en exceso y recirculación a decantación primaria
Paso libre, Monocanal, bicanal
Líquidos sobrenadantes Paso libre, Monocanal, bicanal, Tricanal
Lodos a digestor Monocanal, Tornillo excéntrico, Rodete abierto, Tricanal
Lodos digeridos a secar o almacenar
Tornillo excentríco, Embolo y membranas, monocanal, Bicanal
13/01/2012 15 María Eugenia Ortega Morín
Tornillos de Arquímedes
13/01/2012 16 María Eugenia Ortega Morín
Tornillos de Arquímedes en T. Primario
13/01/2012 17 María Eugenia Ortega Morín
Cribado, rejillas, desbaste
Objetivo:
Evitar obstrucciones en canales, tuberías y conducciones en general.
Por medio de rejas, mallas o cribas
Separa cuerpos voluminosos flotantes y suspendidos.
Aumentar la eficiencia de los tratamientos posteriores.
Necesaria una en potabilizadora y dos en depuradoras.
Retirada en vertederos de residuos sólidos o incineración.
13/01/2012 18 María Eugenia Ortega Morín
Tipos de rejillas
Horizontales
Por su disposición: Verticales
Inclinadas
Curvas
Finas (separación < 1.5 cm)
Por su abertura: Medias (entre 1.5 cm y 5 cm)
Gruesas ( 5 cm)
Sistema de limpieza: Mecánica
Manual (inclinación 60º)
Contra corriente
Sentido de limpieza: Co corriente
13/01/2012 19 María Eugenia Ortega Morín
Rejillas
Las rejas más simples son las de limpieza manual.
Otras son de limpieza hidráulica.
Ambas deben controlarse continuamente.
Las rejillas automáticas disponen de peines o rastrillos movidos por un sistema tractor de cadenas.
El sistema automático puede ser a intervalos fijos o modificados según el grado de obstrucción.
Se recomienda limpieza manual para
depuradoras con Q < 200 L/s
Se colocan en la entrada del colector.
13/01/2012 20 María Eugenia Ortega Morín
Factores para el diseño de Rejillas
Criterios de diseño:
o Velocidad de paso entre barrotes, es el parámetro fundamental en el diseño de rejillas: vc > 0.6 m/s a Qmed
o Velocidad de acercamiento vr < 1.0 m/s a Qmax
o Dimensiones del canal 1.0 < a/h < 1.5
13/01/2012 21 María Eugenia Ortega Morín
Velocidades recomendadas en rejas AUTOR vc
( m/s)
vr
( m/s)
OBSERVACIONES
Babbit-Baumann 0.60
> 0.30
Sistema unitario
Sistema separativo, aguas negras
Comité de Ingenieros del Mississippi
0.30
< 0.75
A caudal medio con limpieza manual.
Caudal con lluvia con limpieza mecánica
Barnes < 1.00
Steel < 0.90
Imhoff < 0.90
< 0.70
Desbaste grueso
Desbaste medio
Guerree > 0.60
Imhoff-Fair < 0.75 A caudal de lluvia
A. Hernández > 0.60 > 0.60
< 1.0
A caudal medio de aguas negras
Caudal con lluvia con limpieza
< 1.2 cocorriente
Caudal con lluvia con limpieza contracorriente
13/01/2012 22 María Eugenia Ortega Morín
13/01/2012 23 María Eugenia Ortega Morín
13/01/2012 24 María Eugenia Ortega Morín
13/01/2012 25 María Eugenia Ortega Morín
13/01/2012 26 María Eugenia Ortega Morín
Rejillas de limpieza manual
13/01/2012 27 María Eugenia Ortega Morín
Rejillas de limpieza automática
13/01/2012 28 María Eugenia Ortega Morín
Diseño de rejillas
Canal B. L. h h H
L
H = h + h + B.L.
Corte transversal e d h H W a
13/01/2012 29 María Eugenia Ortega Morín
Secuencia del cálculo:
1. Determinar el caudal de diseño.
2. Seleccionar las velocidad de acercamiento y de paso.
3. Seleccionar la separación de rejillas.
4. Determinar la sección libre requerida.
A = Q/v
5. Definir el tirante del agua (h) ó calcularlo de a/h entre 1 y 1.5, (a) ancho del canal sin reja.
6. Calcular la suma de separaciones de barras
bg = A/ h
13/01/2012 30 María Eugenia Ortega Morín
6. Determinar el ancho del canal, con reja.
W = [(bg /e)- 1] (d+e) + e
7. Suma de separaciones entre barras.
bg = W – e + 1 (e)
e + d
8. Número de barras.
n = (bg/e) - 1
9. Determinar la pérdida de carga.
h = k1k2k3 ( v2/ 2g)
13/01/2012 31 María Eugenia Ortega Morín
K1 = Coeficiente de atascamiento = 100 2
C1
K1 = 1 cuando la Reja está limpia
C1 = % de sección que subsiste al atascamiento entre 60 y 90%
K2 = Factor de fricción por forma
K3 =Factor de paso, espacio entre barrotes y grosor
13/01/2012 32 María Eugenia Ortega Morín
La pérdida de carga producida por la rejilla, puede determinarse como aproximación, según Kirschner
h = b d 4/3 v2 sen q
e 2g b = factor de forma de barras para rejas
13/01/2012 María Eugenia Ortega Morín 33
Ejemplo:
1. Población 25 000 habitantes
Dotación 250 L/ hab d
Gasto Q = 25 000 hab (250 L/hab d)
Q = 6250 m3/d = 0.072 m3/s
2. v = 0.65 m/s a/h = 1.2
3. Rejas medias:
Separación entre barrotes (e) = 2.5 cm
Ancho del barrote (d) = 0.6 cm
Limpieza manual ángulo 60°
Barrotes de solera
13/01/2012 34 María Eugenia Ortega Morín
4. A = Q = 0.072 m3/s = 0.11 m2
v 0.65 m/s
A = ha = 0.11 m2 a/h = 1.2
A = (1.2 h) h h = 0.31 m a= 0.35 m
5. Suma de separaciones entre barras.
bg = Q _ = 0.11 = 0.35 m
V h 0.31
6. Ancho del canal (W)
W = [(bg /e)- 1] (d+e) + e
W = 0.35 - 1 (0.006 + 0.025) + 0.025 =
0.025
W = 0.43 m
13/01/2012 35 María Eugenia Ortega Morín
7. Número de barras.
n = (bg/e) – 1
n = (35/2.5) -1 = 13 barrotes
8. Pérdida de carga h = k1k2k3 ( v2/ 2g)
K1 = Coeficiente de atascamiento
K1 = 1 cuando la Reja está limpia
C1 = 75% K1 = 100 2
C1
C1 = % de sección que subsiste al atascamiento entre 60 y 90%
13/01/2012 36 María Eugenia Ortega Morín
K1 = 100 2 = 1.77
75
K2 = Factor de fricción por forma
K2 = 1 para rejas de solera
Valores de K2
13/01/2012 37 María Eugenia Ortega Morín
K3 =Factor de paso, espacio entre barrotes y grosor
e = 2.5 cm d = 0.6 cm
Z = 5 d = 3 cm h = 31 cm
Z 2 + 1 =0.624 e = 0.806
4 e h d + e
K3 = 0.33
13/01/2012 38 María Eugenia Ortega Morín
h = k1k2k3 ( v2/ 2g)
h = 1.7*1*0.33 ( 0.65m/s)2 = 0.012 m
2*9.8 m/s2
H = h + h + B.L.
H = 0.31 m + 0.012 m + 0.32 = 0.65 m
Longitud de canal para la rejilla: tg 60º = H L = 0.65 m = 0.38 m L 1.73
60º
L
H
13/01/2012 39 María Eugenia Ortega Morín
Para el calculo del volumen de materia retenido en las rejas, por la experiencia se puede adoptar:
Separación entre barras
Mayor a 4 cm 2 a 3 L/ hab. año
Entre 2 y 4 cm 5 a 10 L/ hab. año
Entre 0.5 y 2 cm 15 a 25 L/ hab. año
13/01/2012 40 María Eugenia Ortega Morín
Problemas tarea
1. Diseñar un canal para rejilla de barras, a través de la cual pasarán un gasto medio de 205.3 L/s. El ancho de las barras será de menor magnitud que las aberturas entre ellas. Se dispondrá de un vertedero proporcional de manera que el tirante del escurrimiento sea proporcional al gasto. Supóngase una inclinación del emparrillado de 30° y barras de 6 mm de ancho.
2. Una reja está inclinada 50° respecto a la horizontal. Las barras de sección circular tienen un diámetro de 2 cm y un espaciamiento de 2.5 cm. Determínese la pérdida de carga cuando las barras están limpias y la velocidad de aproximación del agua sea de 1 m/s.
13/01/2012 María Eugenia Ortega Morín 41
Tamices
Se utilizan para afinar el proceso de eliminación de residuos sólidos.
Con separación libre entre barras de 0.2 a 1 mm.
Generalmente con sistema de auto limpieza.
Se clasifican en:
Plano estático
Curvo estático
Giratorio con sistema de limpieza
Con superficies móviles
13/01/2012 42 María Eugenia Ortega Morín
Tamiz Curvo estático
13/01/2012 43 María Eugenia Ortega Morín
Tamiz rotativo o giratorio
13/01/2012 44 María Eugenia Ortega Morín
Tamiz con
superficies
móviles
13/01/2012 45 María Eugenia Ortega Morín
Tamiz
13/01/2012 46 María Eugenia Ortega Morín
El tamiz, debe protegerse, por una reja de
paso entre barrotes entre 1 y 5 cm, según
el paso del tamiz.
La pérdida de carga es pequeña, entre 0.2 y
0.5 m.
13/01/2012 47 María Eugenia Ortega Morín
Trituración de residuos
Los residuos de las rejillas pueden secarse o incinerarse.
El depositarlos implica malos olores e insectos.
Un método para evitarlo consiste en la trituración y vertido al efluente.
Sin embargo se recarga el trabajo de las demás unidades del tratamiento.
Debe realizarse un estudio económico de la depuradora para recomendar la trituración.
La trituración se efectúa por dos tipos de dilaceradores:
Dilacerador sin elevación de agua
Dilacerador con impulsión de agua
13/01/2012 48 María Eugenia Ortega Morín
Dilacerador sin elevación de agua
Trituran los sólidos a la vez que impulsan las aguas residuales
Dilacerador con
impulsión de agua
13/01/2012 49 María Eugenia Ortega Morín
Desarenado
Objetivo:
Separar elementos pesados en suspensión (arenas, arcillas y limos) ya que son abrasivos y disminuyen la capacidad hidráulica.
Generarían sobrecarga en fangos de decantadores.
Aumentarían la densidad del fango, afectado al tratamiento.
Tipo de sedimentación de materia inorgánica.
13/01/2012 50 María Eugenia Ortega Morín
Sedimentación discreta donde las propiedades de las partículas no cambian durante el proceso:
Tienen superficie definida
No son putrescibles
Velocidades de sedimentación > sólidos orgánicos
Teoría aplicable a desarenadores, fórmula de stokes:
13/01/2012 María Eugenia Ortega Morín 51
f = 6r
1 g s - v = ----- ------ --------- d2 para R
e < 1 18
La sedimentación de partículas discretas, corresponde a un régimen laminar donde Cd= 24/Re y se consideran partículas esféricas.
Ff = f v
Fs = (m - ms) g = m s - g = (s - ) g Vs
s
f = ½ Cd As v
Ley de Newton
13/01/2012 52 María Eugenia Ortega Morín
Clasificación de desarenadores
Tipo flujo vertical
horizontal
Tipo proceso gravedad
inyección de aire
Tipo limpieza manual
automática
13/01/2012 53 María Eugenia Ortega Morín
Tamaños de las partículas
Diámetros: grava > 3mm
(0.1-1 mm) arena > 0.05 mm
limo > 0.01 mm
arcilla< 0.01 mm
Datos prácticos de sedimentación de partículas
d/cm 0.005 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.1 0.2 0.3 0.5 1.0
vc / cm s-1 0.2 0.7 2.3 4.0 5.6 7.2 15 27 35 47 74
vc’ / cm s-1 0 0.5 1.7 3.0 4.0 5.0 11 21 26 33
vh / cm s-1 15 20 27 32 38 42 60 83 100 130 190
Vc =velocidad de sedimentación para vh =0
Vc´ =velocidad de sedimentación para vh ›0
Vh =velocidad horizontal de arrastre 13/01/2012 54 María Eugenia Ortega Morín
Calculo de diseño desarenador horizontal
Datos: Q, tamaño arena, temperatura
Velocidades:
vc´(velocidad de sedimentación para un fluido a vh)
vh (velocidad crítica de arrastre de la partícula)
Sección transversal
Altura del agua
Tiempo de retención (20 – 60 s)
Longitud del desarenador
Coeficiente de seguridad y eficiencia
13/01/2012 55 María Eugenia Ortega Morín
Diseño de un desarenador horizontal
1. Calcular la velocidad de sedimentación (Stokes)
vc = g (s - ) d2
18μ
2. Calcular la velocidad de arrastre (ec. de Camp)
vh = 8 b g (s - 1) d ½ f b = cte. Arena granular = 0.04 g= gravedad f = fricción (0.03 cemento)
vh = k (s - 1) d = cm/s d = cm
k= fricción entre partículas = 100 a 152
13/01/2012 56 María Eugenia Ortega Morín
3. Determinar la sección transversal del canal
Á = Q / vh
5. Determinar la superficie del desarenador
A = Q / vc
6. Proponer el ancho de canal (W), despejar la profundidad (h) y obtener la longitud (L)
L = h vh_ vc
Algunas propuestas de dimensiones
13/01/2012 María Eugenia Ortega Morín 57
W (m) h = A/W (m) L = v h / vc (m)
0.8 0.05 4.6
1.0 0.04 3.68
1.2 0.03 2.76
Á
A h
L W
Zona de sedimentación
vh vc
_L_ = _vh_
h vc
Ejemplo:
Diseñar un tanque desarenador considerando que el gasto máximo extraordinario es de 17 L/s y la temperatura mínima del agua es de 20º C. Se desea remover partículas hasta de 7.5 x 10-3 cm de diámetro, con densidad de 2650 kg/m3.
Para una temperatura de 20º C, la viscosidad dinámica del agua es μ = 1.002 x 10-3 N s /m2.
1. Velocidad de sedimentación
vc = g (s - ) d2 = 9.81 (2650 – 998) (7.5 x 10-5)2
18μ 18 (1.002 x 10-3)
vc = 5 x 10-3 m/s = 0.5 cm/s
13/01/2012 58 María Eugenia Ortega Morín
2. Superficie del desarenador
A = 0.017 /0.005 = 3.4 m2 = LW
3. Velocidad de arrastre
vh = k (s - 1) d =125 (2.65-1)(7.5 x 10-3)= 13.9cm
s
4. Sección transversal del canal
Á = 0.017 / 0.139 = 0.122 m2 = HW
6. Se propone ancho de canal = 0.5 m, quedando:
H = 0.25 m L = 6.8 m
7. Volumen del desarenador = (0.5)(0.25)(6.8)
V = 0.85 m3
8. Tiempo de retención = V / Q = 0.85/0.017 = 50 s
13/01/2012 59 María Eugenia Ortega Morín
Ejemplo:
1. Población 25 000 habitantes
Gasto Q = 6250 m3/d = 0.072 m3/s
Tamaño de arena 0.03 cm
Continuación de las rejillas W = 0.43 m y
L = 0.58 m
2. Vc´= 3 cm/s Vh = 32 cm /s
3. Sección transversal:
Á = Q/vh = 0.072 m3/s ÷ 0.32 m/s = 0.225 m2
4. Tirante del agua (h):
A = h W h = 0.225 m2 / 0.43 m = 0.52 m
13/01/2012 60 María Eugenia Ortega Morín
5. Tiempo de retención:
Vc´= h/t t = 0.52 m ÷ 0.03 m/s = 17.4 s
6. Longitud del desarenador:
Vh = L/t L = Vh (t) = 0.32 m/s (17.4 s)
L = 5.6 m
7. Coeficiente de seguridad, según el % de
eficiencia que se quiera del desarenador:
Para un 80% L = 5.6 m (2.2) = 12 m
% eficiencia
90 80 70 60
Factor de seguridad
3.6 2.2 1.4 1.0
13/01/2012 61 María Eugenia Ortega Morín
Si esta muy largo y no se tiene el terreno se puede distribuir el gasto en dos canales desarenadores y hacer un tercero para turnar la limpieza:
limpieza
13/01/2012 62 María Eugenia Ortega Morín
Modelo de un tanque se sedimentación para partículas discretas.
Zona de entrada: flujo laminar Zona de sedimentación: la partícula llega al fondo Zona de salida: se recoge el agua residual Zona de lodos: para retirada de lodos
Zo
na
de
entr
ada
Zona de lodos
Zo
na
de
sali
da
Zona de sedimentación
13/01/2012 63 María Eugenia Ortega Morín
Desarenador de flujo horizontal de doble línea
Vista transversal frontal Vista transversal lateral
13/01/2012 64 María Eugenia Ortega Morín
Desarenador de flujo vertical
Vista de planta Vista transversal
13/01/2012 65 María Eugenia Ortega Morín
Desarenador de flujo horizontal
Vista de planta
Vista transversal
13/01/2012 66 María Eugenia Ortega Morín
Desarenador sección transversal
13/01/2012 67 María Eugenia Ortega Morín
13/01/2012 68 María Eugenia Ortega Morín
13/01/2012 69 María Eugenia Ortega Morín
1. Se desea diseñar un desarenador tipo canal de flujo horizontal para remover partículas de 0.2 mm de diámetro y densidad relativa de 2.65. La velocidad de sedimentación de estas partículas se encuentra en el intervalo de 0.016 a 0.022 m/s, dependiendo de su factor de forma. Se mantendrá una velocidad de 0.3 m/s a lo largo del canal mediante la instalación de un vertedor proporcional. Determínense las características del canal para un gasto máximo extraordinario de 10 000 m3/d.
Problema de tarea:
13/01/2012 70 María Eugenia Ortega Morín
13/01/2012 María Eugenia Ortega Morín 71
2. Se construirá un desarenador tipo canal en una planta de tratamiento de aguas residuales que procesa un gasto máximo extraordinario de 8550 m3/d. La velocidad en el canal se mantendrá constante en 0.33 m/s de mediante un vertedero proporcional colocado en el extremo aguas abajo. Diseñe el canal considerando una relación profundidad:ancho de 1:1.5.
Control de la velocidad del flujo
Una condición hidráulica en el diseño de los desarenadores de flujo horizontal en mantener la velocidad de derrame de 0.3 m/s aprox.
Un incremento del 25% provoca que la arena se resuspenda.
Una reducción del 25% puede retener en el canal materia orgánica.
La eficacia se fundamenta en el control de la velocidad, disponiendo un controlador en la salida del desarenador.
Esta se hace por: Canal Parshall
Vertedor
13/01/2012 72 María Eugenia Ortega Morín
El canal de Parshall es un tipo de medidor perfeccionado del de Venturi, estudiado para el aforo de aguas destinadas al riego agrícola.
Es un dispositivo de aforo bastante exacto, aunque no tanto como el medidor Venturi, pero tiene la ventaja de que su costo es menor.
El canal Parshall ha sido empleado como dispositivo de medición de gastos en las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Ha resultado un medio de aforo satisfactorio y también muy útil para verificar la velocidad en los desarenadores.
Canal Parshall
13/01/2012 73 María Eugenia Ortega Morín
13/01/2012 74 María Eugenia Ortega Morín
El sentido de escurrimiento inicia con una sección
convergente donde el piso es horizontal, continúa
con una sección de paredes paralelas de corta
longitud denominada “garganta” en donde el piso
tiene pendiente descendente, y termina con una
sección divergente cuyo piso es de pendiente
positiva.
13/01/2012 75 María Eugenia Ortega Morín
En el canal Parshall se tienen dos puntos de
medición de carga hidráulica: uno aguas
arriba, situado en la sección convergente (h1), y
otro en la salida de la garganta (hw).
Tanto h1 como hw se miden utilizando el piso
horizontal de la sección convergente como nivel
de referencia.
13/01/2012 76 María Eugenia Ortega Morín
Dimensiones más frecuentes en canales
Parshall para plantas de tratamiento.
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Vertedero
Secciones para el control de velocidad en desarenadores horizontales tipo canal:
Vertedor proporcional Canal de sección parabólica
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Vertedor Rettger
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La ecuación del gasto en el vertedero es:
QME = 2.74 (H – a/3) (b a)½
Donde:
QME = gasto máximo extraordinario de diseño
H = altura del canal desarenador
a = 0.02 m altura de la sección rectangular
b = ancho de la base del vertedero
La ecuación del vertedero es
X = b [1 - tan-1 (Y/a)½ ]
Y = H - a
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La medición del gasto mediante un vertedor triangular consiste en la determinación del tirante de agua sobre la arista antes del vertedor.
Vertedores triangulares de pared delgada
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Los dispositivos de medición del gasto son esenciales para la operación de las plantas de tratamiento de aguas residuales y se incluyen generalmente en el tratamiento primario.
Para la medición del gasto, los métodos más confiables se basan en la medición en canal abierto.
Los dispositivos más utilizados para ello son: canal de Parshall y vertedores triangulares.
Sin embargo, cuando el diámetro del emisor es relativamente pequeño (menor a 20 cm), se recomienda utilizar medidores Vénturi o medidores por inducción magnética.
Medición de gastos
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Desengrasado
Los volúmenes de grasas que se vierten en los colectores son importantes y variables.
Para aguas urbanas puede considerarse de 24 g/ hab día ó el 28% de los sólidos en suspensión.
Causan obstrucciones en rejillas, dificultan la sedimentación, la aireación y la digestión de lodos.
La solución sería instalación de cámaras de desengrasado en los establecimientos donde se produzca, para evitar que llegue a la planta.
La eliminación de grasas se realiza por:
La desemulsión en el arenero mediante aireación, permitiendo su ascenso a la superficie y retirada.
Separación en las balsas de decantación, retirando
éstas por medio de rasquetas superficiales.
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Homogenización y Neutralización
Las variaciones horarias del gasto de agua residual pueden tener un efecto adverso en el funcionamiento de los procesos de la planta.
El cambio constante de cantidad y concentración propicia que la operación eficiente de los procesos sea difícil.
Por lo que conviene la construcción de un tanque de igualación u homogeneización.
Su función es amortiguar las variaciones de las descargas de aguas residuales con el fin de tratar un gasto uniforme.
La igualación se puede usar también para amortiguar las variaciones en el pH y en la concentración de constituyentes tóxicos presentes en el agua residual a tratar.
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La igualación del gasto no es un proceso de tratamiento por si mismo, pero mejora el funcionamiento e incrementa la capacidad útil de la planta.
Después de las rejillas, desarenador y medición de gasto, el agua residual pasa a los tanques de igualación que la colectan y almacenan.
A partir de ellos se bombea con un gasto constante hacia los procesos.
Se requiere proporcionar aireación y mezclado para evitar olores y que los sólidos se sedimenten.
El volumen necesario para un tanque de igualación se estima mediante un balance de masa del gasto entrante a la planta con el gasto promedio para el que la planta está diseñada.
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Objetivos
Aminorar las variaciones de ciertas corrientes, consiguiendo corrientes mezcladas con un caudal constante.
Aminorar las variaciones de la DBO y pH.
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Flujo para la igualación del gasto
En línea
Con derivación
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Diseño del volumen del tanque de igualación
Es preciso disponer de un hidrograma representativo del gasto de aguas residuales que se descargará en la planta de tratamiento.
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Con base en el hidrograma se construye la curva masa del influente al tanque de igualación.
La curva masa o diagrama de Rippl consiste en una gráfica que representa los volúmenes acumulados que pasan por una sección del emisor con relación al tiempo.
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Curva masa
Se unen los puntos inicial y final de la curva masa mediante una recta
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El volumen del tanque de igualación se calcula para efectuar una regularización diaria del volumen de entrada y salida, que deberán ser iguales para que no queden remanentes de agua sin tratar generados durante el día en un ciclo de 24 horas.
Se recomienda representar la variación de los gastos influente y efluente del tanque de igualación en forma horaria, es decir, que la unidad de tiempo para la curva masa sea una hora.
El cálculo del volumen del tanque de igualación en forma gráfica se hace combinando las curvas masa de entrada (trazada con el hidrograma del influente al tanque) con la de salida (curva masa del gasto medio), para los mismos intervalos de tiempo.
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Esta combinación se hace trazando las dos curvas en un mismo sistema de ejes coordenados haciendo coincidir las escalas de tiempo.
La diferencia de ordenadas entre las curvas representa el excedente o el faltante de volumen de almacenamiento para el momento considerado.
Si la curva masa de entrada está por encima de la de salida, la diferencia de ordenadas representará un excedente; en caso contrario equivaldrá a un faltante.
El volumen del tanque de igualación será la suma del máximo excedente más el máximo faltante.
Para este caso, sólo existe faltante, y el valor máximo se presenta a las 7:00 horas con un valor de 3500 - 1750 = 1750 m3, que es el volumen requerido para el tanque de igualación.
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Neutralización de aguas ácidas
Los métodos de neutralización directa son:
Lechos de caliza
Neutralización por cal
Neutralización con sosa cáustica
Neutralización por carbonato de sodio
Neutralización con amoniaco
Se puede mezclar completamente con un gran volumen de líquido en poco tiempo con mezcladores mecánicos.
En las cercanías del punto de neutralización el pH es muy sensible a pequeñas adiciones.
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Cualquier ácido fuerte puede ser usado
Económicamente el acido sulfúrico es más común.
Se usa HCl ó gases residuales que contengan 14% ó más de CO2 formando ác. carbónico.
Se utilizan sensores electrónicos que miden el pH
Neutralización de aguas alcalinas
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