134052844 Diseno Civilcad Alcantarillado PDF

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Capitulo IV: Diseo de Alcantarillado Sanitario y Planta de Tratamiento

CCaappiittuulloo IIVV DDiisseeoo HHiiddrruulliiccoo

ddee llaa RReedd ddee AAllccaannttaarriillllaaddoo

SSaanniittaarriioo yy PPllaannttaa ddee TTrraattaammiieennttoo

98


4.1 INTRODUCCION:

El diseo hidrulico de sistemas para la recoleccin y transporte de las

aguas negras, hoy en da es un trabajo de suma importancia para el ingeniero

civil, puesto que en el rea urbana de las ciudades, existen problemas de

saneamiento, debido a la falta de sistemas adecuados para la evacuacin de las

aguas negras; debido a esto se hace necesario, conocer los parmetros y

criterios, que rigen la implementacin de alcantarillados sanitarios.

La correcta ejecucin de un proyecto de alcantarillado sanitario para

determinada rea urbana requiere un diseo cuidadoso. La red de alcantarillado

deben ser las apropiadas en tamao y pendiente de tal forma que pueda contener

el flujo mximo sin ser sobrecargadas y conserven velocidades que impidan la

expulsin de slidos. Antes de comenzar el diseo, se debe realizar el clculo de

caudal y las variaciones del mismo.

En este capitulo de diseo se llevaron a cabo actividades previas entre las

cuales podemos mencionar: levantamiento topogrfico del rea en estudio

(planimetra y altimetra), elaboracin de perfiles con su respectiva tubera y mas

detalles (realizados en autocad), elaboracin de planos con reas tributarias,

sentido del flujo y curvas de nivel.

Tambin en este capitulo se podr observar la propuesta de diseo de la

planta de tratamiento de las Aguas Negras, en la incluir el calculo o diseo de

cada una de las secciones que incluye la planta de tratamiento, como tambin los

planos con sus respectivos detalles.

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4.2 CONSIDERACIONES BSICAS PARA EL DISEO

Para la elaboracin de este diseo se toman en cuenta bsicamente cinco

consideraciones las cuales consisten en:

9 Levantamiento topogrfico del rea en estudio 9 Perfiles de cada tramo de calles y avenidas del rea en estudio 9 Ubicacin en la red de los pozos de visita 9 Determinacin de reas tributarias 9 Determinacin de flujo

4.2.1 LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO

El levantamiento topogrfico es una actividad sumamente importante,

previa al diseo de la red, puesto que un error complicara y afectara a las etapas

posteriores.

El trabajo topogrfico se realiza de la siguiente manera:

Se lleva a cabo en el rea urbana del municipio de Carolina, un

levantamiento topogrfico (planimetra y altimetria), para ello se utiliza la estacin

total con el cual se registran los datos para este trabajo; los puntos de inters son

el cordn cuneta, el eje de la calle, el radio de cada esquina.

4.2.2 PERFILES

Son los que muestran de una forma grfica las diferencias de nivel o pendientes

que tiene el terreno. Ver Plano 4.2 (Curvas de Nivel).

En la elaboracin de los perfiles se utilizan los datos de campo que se

registraron al momento de la medicin pues el aparato de estacin total tiene la

particularidad de registrar datos de los tres ejes coordenados.

Con estos datos y el uso del software computacional (Autocad 2007) se nos

facilito la elaboracin de los perfiles y a su vez una mejor precisin de estos.

En el siguiente cuadro, (Cuadro 4.1) se muestran los datos de campo

registrados para elaborar el perfil de la Avenida Santiago Hernndez, en el tramo

comprendido entre el Pozo 1 y Pozo 2.

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CUADRO 4.1 DATOS DE ENTRADA PARA LA ELABORACIN DEL PERFIL DE LA AVENIDA SANTIAGO HERNANDEZ.

ESTACIN ELEVACIN (MSNM) Nivel de Piso Natural (NP)

0 + 000.00 99.81

0 + 054.79 93.17

0 + 109.58 86.48

0 + 155.53 86.38

0 + 201.55 78.20

0 + 223.84 77.42

0 + 295.94 74.09

0 + 301.03 73.93

0 + 380.63 71.73

0 + 407.16 70.96

0 + 465.32 68.91

0 + 515.69 66.91

0 + 613.18 65.38

0 + 711.33 60.95

101


En la figura 4.1 se presenta el perfil, elaborado con los datos anteriores *

* Fuente: Ver detalles en Plano 4.3 (Perfiles de Calles y Avenidas).

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4.2.3 PLANO CON DETALLE DE TIPO DE SUPERFICIE

En este plano se muestran las diferentes superficies de rodadura de las

principales calle y avenidas que se encuentran en el rea urbana del municipio de

Carolina. Ver Plano 4.1 (Tipo de Superficie de Calles).

4.2.4 PLANO CON CURVAS DE NIVEL

En este plano se detallan las curvas de nivel que el terreno tiene donde sta

ubicada el rea urbana del municipio de Carolina. stas ayudan como referencia

para el momento de realizar los clculos y percepcin del flujo para desembocar.

Ver Plano 4.2 (Curvas de Nivel).

4.2.5 PERFILES DE CALLES Y AVENIDAS

Se presentan los perfiles naturales de las avenidas y calles, con su nivel

tubera. Plano 4.3 (Perfiles de Calles y Avenidas).

4.2.6 UBICACIN DE RED Y POZOS

La red de tuberas se ubicar segn como lo indican las normas tcnicas

para alcantarillados de aguas negras: Ver Plano 4.4 (Ubicacin de Red y Pozos).

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En planimetra se colocarn al sur en las calles que estn de oriente a

poniente, y al poniente en avenidas que estn de norte a sur; dentro del ancho de

rodaje y a una separacin horizontal del cordn cuneta de 1.50 mts como mnimo,

en pasajes peatonales a una separacin mnima de 0.60 mts; la red de

alcantarillado se proyectar de manera que todos los colectores queden debajo de

los acueductos con una separacin mnima libre vertical de 0.20 mts (normas

tcnicas de anda parte II literal 12)1

Los pozos se proyectan primero en las intersecciones de las calles y

avenidas, luego en los tramos que los pozos estn espaciados ms de 100 mts se

colocarn pozos intermedios para cumplir las normas tcnicas de ANDA1, adems

en las casos que las pendientes sean muy pronunciadas se colocaran pozos con

cajas de sostn.

Los pozos de visita con una profundidad en la cama de agua mayor de 1.40

mts se construir un pozo de dimetro interno de 1.10 mts si la profundidad a la

cama de agua es menor se construir una caja de 1.00 mts x 1.00 mts 1

Ver Plano 4.5 (Detalle de Red y Pozos).

1 Fuente: Normas Tcnicas de ANDA

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4.2.7 DETERMINACIN DE REAS TRIBUTARIAS

Cuando estn ubicados en su totalidad todos los pozos y la red se proceden

a obtener las reas tributarias que contribuyen a cada tramo, el rea tributaria total

de ste es la sumatoria de todas las reas que convergen en el tramo. Ver Plano 4.6

(Areas Tributarias).

Existen tramos de la final 2 Calle Poniente, final 4 Calle Poniente, final 6

Calle Poniente; (ver figura 4.3); final 8 Calle Poniente y final 10 Calle Poniente

(ver figura 4.4) que no se toman en cuenta debido a que son reas donde la

topografa del terreno es muy accidentado; pero se propondr una fosa sptica

tipo para estos dos sectores los cuales detallaremos posteriormente. Ver Plano 4.7

(Tramos Excluidos).

Figura 4.2 Figura 4.3

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4.2.8 DETERMINACIN DEL SENTIDO DE FLUJO

Una vez ubicada la red y los pozos y con la ayuda de los perfiles se

determina el sentido del flujo de las aguas negras para desembocar a los

colectores que conectarn con el lugar donde se encuntrala planta de

tratamiento, esto se hace con la ayuda de los perfiles de las calles, avenidas y

pasajes. Se debe procurar proyectar la tubera considerando la pendiente del

terreno pero en casos que la topografa no lo permita se debe proyectar en sentido

contrario. (Contra pendiente).

Las pendientes mximas que se calcularn dependern de no sobrepasar

las velocidades permisibles para el diseo. Plano 4.8 (Sentido del Flujo).

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*Las reas tributarias se calcularon por medio del software CivilCad

4.3 CLCULO DEL CAUDAL DE DISEO ACUMULADO

4.3.1 POBLACIN FUTURA

PF = P2033 = 1,759 Habitantes 4.3.2 CLCULO DE LA DENSIDAD POBLACIONAL

DP = PF / AT (Ec. 1) DONDE :

DP : Densidad Poblacional.

PF : Poblacin Futura.

AT : rea Total (en Ha)*

DP = (1,759 / 22.76)

DP = 77.28 Habitantes / Hectreas.

Clculo del nmero de Habitantes por tramo.

El clculo del nmero de habitantes por tramo se realiza con la formula:

Nhab. = Dp x rea Tributaria de cada Tramo (Ha) (Ec. 2) Ejemplo para el tramo 1 de Avenida Santiago Hernndez de pozo 1 a pozo 2:

Nhab. = 77.28 x 0.2973 = 23 Habitantes

De igual forma se har el mismo procedimiento para cada tramo de las

diferentes calles y avenidas

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4.3.3 CLCULO DEL CAUDAL DE AGUAS NEGRAS POR TRAMO Clculo del caudal medio diario (Qmd) Para el clculo del caudal medio diario se utilizan los siguientes Datos:

N hab. = nmero de habitantes de cada tramo en estudio.

- Dotacin: 125 Lt / hab / da, (segn normas tcnicas de ANDA parte

1 numeral 5), donde: D = dotacin urbana 80 a 350 l/p/d.

Distribuido: Mnima 80 - 125 l/p/d, Media 125 - 175 l/p/d, Alta 175- 350 l/p/d

- 86400 = constante de conversin (86400 = 24 horas)

La constante de 125 l/p/d se toma en base a la dotacin urbana segn las

normas tcnicas de ANDA

Q md = (N hab. x dotacin) / 86400 (Ec. 3)

Q md = (23 hab x 125 lt/hab/da) / 86400

Q md = 0.0333 lt/seg.

Caudal mximo horario (Q mx hor)

Donde:

Q md = 0.0333 lt/seg.

K 2 = coeficiente de variacin horaria, segn normas de ANDA vara entre

1.80 a 2.40. Para nuestro estudio utilizaremos K2 = 2.40, por ser el mximo.

Q mx hor = K2 x Q md (Ec. 4)

Q mx hor = 2.40 x 0.0333 lt/seg

Q mx hor = 0.0799 lt/seg

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Caudal del tramo (Q del tramo)

El Q del tramo ser igual al 80 % del Q mx. hor ms 0.10 Lt/seg/Ha por

infiltracin a lo largo de la tubera (segn normas tcnicas de ANDA parte II

numeral 4).

Donde:

Q mx. hor = 0.0799 lt/seg

AT : rea total tributaria del tramo : 0.2973 LUEGO:

Q del tramo = 0.8 Q mx. hor + [(0.1 Lt / seg / Ha)*At] (Ec. 5)

Q del tramo = 0.8 * 0.0799 + [0.1 * 0.2973]

Q del tramo = 0.0936 Lt / seg

Caudal de diseo acumulado (Q diseo acumulado)

DATOS:

Fs= Factor de seguridad que depende del dimetro de la tubera que para nuestro

caso es de 2, puesto que el dimetro asumido de la tubera se encuentra entre 8

y 12 (segn normas tcnicas de ANDA parte II numeral 4)

LUEGO:

Q diseo acumulado = Fs * Q del tramo + Q entrantes acumulado (Ec. 6)

Q diseo acumulado = 2 * 0.0936 + 0.00

Q diseo acumulado = 0.1872 Lt / seg

Para este ejemplo el caudal entrante es cero por ser tramo inicial. En los

siguientes tramos se irn sumando los caudales entrantes para cada tramo

ubicado de pozo a pozo.

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Clculo de la velocidad a tubo lleno (VLL)

Obtenida la pendiente del tramo de pozo 1 a pozo 2 igual a S = 12.14 % y con

un dimetro de 8 y un coeficiente de rugosidad n = 0.011 (para tuberas plsticas)

se procede a introducir los datos a la frmula de Manning.

V LL = (1 / n) * (R H 2 / 3) * (S 1 / 2) (Ec. 7)

Donde:

V LL = velocidad a tubo lleno del tramo (m / seg)

n = coeficiente de rugosidad de la tubera

RH = Radio Hidrulico. (para tuberas llenas R H = D / 4) (en metros)

S = pendiente del tramo en estudio

LUEGO:

V LL = (1 / 0.011) * ((0.2032 / 4) 2 / 3 ) * (0.1214) 1 / 2

V LL = 4.3447 m / seg

Clculo del caudal a tubo lleno (QTLL) Utilizando la frmula de continuidad QTLL = VLL * ALL (Ec. 8)

Donde:

Q TLL = caudal a tubo lleno (m 3 / seg)

V LL = velocidad a tubo lleno del tramo en estudio (m / seg)

A LL = rea transversal de la tubera

LUEGO:

Q TLL = 4.3447 * 0.0324

Q TLL = 0.14077 m3 / seg

Q TLL = 140.77 Lt / seg

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( Y D

) P

ROFU

NDID

AD D

EL F

LUJO

EN

PORC

ENTA

JE

40

PO RCENTAJE DEL VALO R PARA SECCIO N LLENAELEM ENTO S HIDRULICO S

0 10 3020 90

p a q r vP A Q R V

50 60 70 80 100 110 120 130

RADIO

HIDR

AULIC

O (4)

PERI

MET

RO M

OJA

DO (1

)

60

AREA

(2)

CAUD

AL (3

)

20

10

30

40

50

90

70

80

100

VELOC

IDAD (5

)

, , , ,

Relacin de caudales (Qdiseo acumulado / QTLL)

Para calcular la relacin de caudales se divide el caudal real que

transportar la tubera (Qdiseo acumulado) y el caudal a tubera llena (QTLL)

Donde:

q / Q = Qdiseo acumulado / QTLL (Ec. 9)

q / Q = 0.1872 / 140.77

q / Q = 0.0013

Figura 4.4: Diagrama de las Propiedades Hidrulicas de las tuberas

circulares para diversas profundidades de flujo (grafico del banano).

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Clculo del tirante hidrulico (Y)

Trasladando este valor al Diagrama de las propiedades hidrulicas de las

tuberas circulares para diversas profundidades de flujos (curva del banano) y

trazando una lnea vertical hasta cortar la curva de caudal (3) y luego una

horizontal hasta marcar el valor en el eje de las Y, obtenemos el valor y / D.

(Ver figura 4.3)

y / D = 2.20

despejando y = (2.20 / 100) * 0.2032

y = 0.0045 ; donde y = tirante hidrulico

Este valor se debe comparar con el tirante mximo, que para nuestro caso

T mx = d * % LL (Ec. 10)

DONDE:

T mx = Tirante mximo

D = dimetro de la tubera

%LL = porcentaje que estar llena la tubera al final de la vida til, para

nuestro caso se pretende que al final de la vida til este lleno en un 70 %

LUEGO:

T mx = 0.2032 * 0.7

T mx = 0.1422

El tirante hidrulico procede ya que es menor que el tirante mximo permitido.

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Clculo de la velocidad real (Vr) Marcando el punto y / D = y trazando una lnea horizontal hasta cortar la curva 5

de velocidades y luego trazando una lnea vertical hasta cortar el eje X y leyendo

el dato de V r / V LL = 14.72

Donde:

V r = (13.40 / 100) * V LL

V r = 0.1340 * 4.3447

V r = 0.5822 m / seg

As para cada uno de los tramos se utiliza el mismo procedimiento.

Todos estos datos se representan en los cuadros 4.2 y cuadro 4.3, y

representados en el plano Plano 4.9 (Datos Hidrulicos).

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4.4 CARACTERISTICAS DEL LUGAR DONDE SE CONSTRUIRA EL SISTEMA

DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS.

En la zona urbana de la Ciudad de Carolina, existen dos lugares disponibles para

instalar un sistema de tratamiento de todas las aguas negras. Ver figura 4.1 1. De

los cuales el Lote N 1 es propiedad del Sr. Dionisio Sorto y el Lote N 2 propiedad

del Sr. Edmundo Edgar Franco. El terreno mas ptimo para la construccin de

este sistema es el Lote N 1 el cual contiene las caractersticas ms idneas como

Pendientes, amplio terreno.

Figura: 4.51.

4.4.2 Ubicacin Fsica del proyecto.

El proyecto consiste en construir una planta de tratamiento para depurar las aguas

negras de cada una de las viviendas de la Ciudad de Carolina, Depto. de San

Miguel, por lo que el lugar para la realizacin de este proyecto se llevara acabo en

el lote N 1, el cual tiene uso agrcola.

1

Fuente: Vista Proporcionada por Google Earth

Lote N1 Planta de Tratamiento

Lote N2

130


4.4.3 Referencias para llegar al lugar.

El terreno donde se pretende construir la planta de tratamiento esta ubicada en la

carretera saliente en el barrio San Agustn la cual conduce hacia Ro Torola

(Ver croquis de ubicacin en plano 4.10 de planta de tratamiento)2.

4.4.4 Descripcin topogrfica del lugar.

Dentro de los rasgos fsicos del lugar tenemos que la topografa es parte plana y

partes con pendientes, lo cual no es un terreno homogneo en pendientes.

4.4.5 Superficie disponible del lugar.

El terreno del Lote N 1 consta de un rea de = 35, 783.29 metros cuadrados, por

lo que se ocupara un rea de = 1,319.25 m2

4.4.6 Uso actual del suelo del lugar.

El uso actual que tiene el terreno es el sembradillo de zacate Aragua el cual es un

pasto para ganadera. Ver figura: 4.63 Y diferentes tipos de rboles como:

Figura: 4.63. Pasto para Ganadera.

2Fuente: Elaboracin Propia

3Fuente: Tomada Por Grupo de Tesis

131


4.4.7 Colindantes del lugar.

Las propiedades colindantes del terreno propuesto que es el Lote N 1 tenemos

los siguientes: Al Norte, con Al Sur, Al Poniente, Al Oriente

4.4.8 TOPOGRAFIA.

La propiedad donde se proyecta construir el sistema de tratamiento de las aguas

negras esta ubicado al Noreste de la Ciudad de Carolina, y este posee una

topografa y rea favorable para su construccin.

Dentro de lo que es el levantamiento topogrfico efectuado en el terreno del Sr.

Dionisio Sorto, se realizo por altimetra y planimetra (Ver plano Topogrfico 4.10) 4

4.5 CARACTERISTICAS DEL EFLUENTE (MUESTREO)

Existe un reglamento sobre la calidad del agua en nuestro pas, el cual tiene como

control de los vertidos y zonas de proteccin en el decreto 50, y 39 del reglamento

espacial de las aguas negras, por lo que este reglamento tiene como objetivo velar

porque las aguas residuales no alteren la calidad de los medios receptores, y

contribuir a la recuperacin, proteccin y aprovechamiento de los recursos

hdricos. En los anlisis de las caractersticas fsicos - qumicas y microbiolgicas

de las aguas residuales de tipo especial vertidas a un medio receptor, debern ser

determinados esencialmente los valores de los siguientes componentes e

indicadores:

4Fuente: Elaboracin Propia

132


a) Demanda Bioqumica de Oxgeno (DBO5);

b) Demanda Qumica de Oxgeno (DQO);

c) Potencial hidrgeno (Ph);

d) Grasas y aceites (G y A);

e) Slidos sedimentables (Ssed);

f) Slidos suspendidos totales (SST), y

g) Temperatura (T).

Segn la CONACYT norma salvadorea, establece las caractersticas y valores

fsicos qumicos y microbiolgicos que deben presentar el agua residual para

proteger y rescatar los cuerpos receptores de agua.

En la siguiente tabla se presentan los valores mximo requeridos del efluente,

establecido segn la norma salvadorea CONACYT para aguas residuales.

Tabla: 4.45. Valores Mximos Requeridos por la CONACYT

PARAMETROS

VAOLOR MAXIMO

PERMISIBLE

Demanda Bioqumica de Oxigeno (DBO5) 60 mg/L

Demanda Qumica de Oxigeno (DQO) 100 mg/L

Grasas y Aceites 20 mg/L

Potencial de Hidrogeno (PH) 5.50 9.0 Uni PH

C 20 - 35 C Cloruros n.n

Slidos sedimentables 1.0 mg/L

133


El tratamiento de las aguas negras es de mucha importancia por lo que la

determinacin de los parmetros tomados del efluente que involucran y

determinan la contaminacin presente en un vertido de descarga a un cuerpo

receptor de agua.

Para nuestro caso la Ciudad de Carolina, no consta con un sistema de

alcantarillado sanitario, por lo que decidimos tomar las muertas en Ciudad Barrios

ya que posee los mismos aspectos sociales, culturales, econmicos y sobre todo

tiene un sistema de alcantarillado sanitario. Por lo que decidimos tomar la muestra

en el punto de descarga ubicado en la Colonia Gerardo Barrios, para los anlisis

de laboratorio y comparar con los parmetros requeridos segn la norma

CONACYT los cuales se muestran a continuacin.

5Fuente: Norma Salvadorea CONACYT

134


135


4.6 INTERPRETACIONES DE LOS RESULTADOS.

Los datos que se muestran a continuacin son los resultados obtenidos en el

punto de descarga y son comparados con la reglamentacin propuesta por el

Consejo Nacional de Ciencias y Tecnologa (CONACYT). Tomando en cuenta los

datos de la tabla tcnica Numero 4.4

Tabla: 4.56. De Interpretaciones de los Resultados

PARAMETROS

UNIDAD

RESULTADOS

OBTENIDOS

Y N DE

MUESTRA

LIMTES DE

PROPUESTA

DE

CONACYT

OBSERVACIONES

Demanda Bioqumica de

Oxigeno (DBO5)

mg/L

1- 987.60

2- 997.65

3- 673.12

60 mg/L

El parmetro esta fuera de de

los limites establecidos por la

Norma CONACYT

Demanda Qumica de

Oxigeno (DQO)

mg/L

1- 745.20

2- 865.60

3- 539.24

100 mg/L



Norma CONACYT

Grasas y Aceites

mg/L

1- 41.20

2- 46.80

3- 24.20

20 mg/L



Norma CONACYT

Potencial de Hidrogeno

(PH)

Uni PH

1- 7.3

2- 7.9

3- 7.9

5.50 9.0

Uni PH

El parmetro se encuentra

entre los rangos establecidos

por la Norma CONACYT

Temperatura del Agua

C

1- 26.50

2- 26.70

3- 75.30

20 - 35C.

El parmetro se encuentra

entre los rangos establecidos

por la Norma CONACYT

Cloruros

n.n

1- 63.10

2- 73.20

3- 83.10

n.n

Slidos sedimentables

mg/L

1- 37.40

2- 47.10

3- 36.40

1.0 mg/L



Norma CONACYT

136


Comparando lo resultados obtenidos con los que la Norma establece se concluye

que la mayora de los parmetros, no cumplen por lo que se revela la

contaminacin hdrica que generan las descargas de las Aguas Negras sobre un

cuerpo receptor.

Basndose en informacin emprica de ANDA en cuanto al tratamiento de aguas

residuales s la relacin DQO/DBO < 2.4 se puede utilizar procesos biolgicos de

tratamiento.

As tenemos:

Perodo 29/08/08; DQO/DBO = 745.20/987.60 = 0.75

Perodo 02/09/08; DQO/DBO = 865.60/997.65 = 0.87

Perodo 06/09/08; DQO/DBO = 539.42/673.12 = 0.80

Debido a los valores obtenidos de la relacin DQO/DBO en ambos perodos es

menor que 2.4 establecemos que para tratar el agua residual de la Ciudad de

Carolina se pueden utilizar procesos biolgicos.

4.7 DISEO HIDRAULICO.

Para el diseo de la planta de tratamiento tomaremos el caudal de diseo ha

cumulado el cual fue calculado en la (Ecu. 6 pag. 108) del diseo de la red de

alcantarillado sanitario y el cual se refleja en la tabla de clculos de Exel.

Q diseo = 25,49 Lt/Seg

6Fuente: Norma Salvadorea CONACYT y O. M Jurez Consultores Ingeniera Sanitaria Y Medio Ambiente.

137


Pero tambin utilizaremos los caudales siguientes.

Tabla 4.6 Caudal de alcantarillado sanitario (lt/s)

Mnimo Medio Mximo

0.86 2.883 6.92

4.7.2 TRATAMIENTO PRELIMINAR.

4.7.2.1 DISEO DEL CANAL DESARENADOR.

Se construirn dos canales desarenadores con las mismas dimensiones y en

paralelo, los cuales funcionarn alternadamente para facilitar su limpieza. Se

construir adems aguas debajo de los desarenadores un regulador de

velocidades constituido por un canal Parshall

Datos bsicos para el diseo:

Qmaxh : 25,49 lt/seg = 0.90 pie3 / seg

Qmin : 0.86 lt/seg = 0.0303 pie3 / seg ( de tabla 4.6 )

Velocidad reja: 0.3 m/seg = ya que esta velocidad arrastra la mayora de de las

partculas orgnicas atravs del canal desarenador y permite que las partculas de

arena sedimente, segn Tabla 2.1 de libro Metcalf Eddy

Tabla 4.7 Velocidades de sedimentacin segn Imhoff

Dimetro (mm) 1.000 0.50 0.20 0.10 0.05 0.010 0.005

Arena (cm/seg) 13.94 7.17 2.28 0.67 0.17 0.008 0.002

Carbn (cm/seg) 4.220 2.11 0.72 0.20 0.042 0.002 4.2x10-5

138


La tabla 4.7. Muestra que para sedimentar partculas de 0.20mm dimetro que son

los utilizados para este diseo se debe utilizar una velocidad de sedimentacin de

2.28 cm/seg.

Clculo de las dimensiones de los canales desarenadores

Dado que el ancho (B) del canal vara entre 2 y 3 veces el ancho de la garganta

(W) de la canaleta Parshal y para este diseo W = 1pie = 0.305 m, se asumir un

ancho del canal B = 76 cm aplicando una relacin 2.5W.

Por lo tanto el ancho del canal B = 0.76 m (ver plano 4.11)

El nivel mximo de agua en el canal desarenador representado por (dmax) ser

calculado mediante la expresin:

Qmax = V.A (Ec. 4.1)

Qmax/V = A pero A = B x dmax

Sustituyendo A en Ec. 4.1 se tiene:

dmax = Qmax / V.B (Ec. 4.2)

dmax = (0.025 m3/seg) / (0.3 m/seg) (0.76 m)

dmax = 0.11 m

El nivel mnimo de agua en el canal desarenador representado por (dmin) ser

calculado mediante la ecuacin 4.2 pero utilizando el caudal mnimo.

dmin = Qmin / V.B

dmin = (0.00086 m3/seg) / (0.3 m/seg) (0.76 m)

dmin = 0.0038 m

139


Consecuente con los valores obtenidos para dmax y dmin en el desarenador, las

paredes verticales de ste tendrn una altura de 50 cm dejando 22 cms de borde

libre a partir del nivel mximo calculado en el desarenador.

Clculo de la longitud (L) de los canales desarenadores

Datos bsicos:

Dimetro mnimo de las partculas a sedimentar = 0.20 mm

La velocidad de sedimentacin correspondiente a un dimetro de 0.20 mm

es = 22.8 mm/seg. (De tabla 4.7)

Por lo tanto la longitud de los canales desarenadores viene dada por la expresin:

L= (0.3 m/seg) (0.11 m) / (0.0228 m/seg.)

L = 1.50m (ver plano 4.7.3)

Clculo de volumen de arena depositada en el canal desarenador

Se estima que el volumen retenido de arena ser de 30 lt por cada 1000 m3 de

agua, o sea:

VArena = (0.030 m3) (2,202.34 m3 /da) /1000 (Ec. 4.4)

VArena = 0.066 m3 /da

Previendo su retiro o limpieza cada 6 das se determina la altura que se

profundizar el fondo de las cajas para el almacenamiento de la arena:

(Velocidad de reja ) (dmax)

Velocidad de sedimentacinL= (Ec. 4.3)

140


6Vol =B. L.h (Ec. 4.5)

Donde:

6 = dias de limpieza o retiro Vol = Volumen de arena

B = Ancho del canal L = Longitud

h = altura de profundidad de las cajas para almacenar arena

Despejando h de Ec. 4.5 se tiene:

h = 6Vol / B.L

h = 6 (0.066 m3) / (0.76 m) (1.50 m)

h= 0.35 m se asumir una altura de 0.60 m (ver corte A-A, plano 4.11)

Para los slidos retirados de la Rejilla se construir una plataforma de secado o

bandeja de escurrimiento. Esta consistir en una placa perforada para que los

objetos extrados se puedan almacenar temporalmente para su drenaje.

Las dimensiones de esta bandeja debido a que se ubicar sobre el canal

desarenador tendrn el mismo ancho que este canal es decir 0.76m y de largo

tendr una longitud de 0.60m.

El rea til de la plataforma de secado ser de:

AP = (0.60 m) (0.76 m) = 0.46 m2 (Ec. 4.6)

A la misma se le sern perforados 48 agujeros menores de 2.5 cm de dimetro

espaciados cada 5 cm para el drenaje del agua remanente en los slidos

retirados.

141


4.7.2.2 DISEO DE REJILLA.

Para el clculo de la rejilla colocaremos varilla de 1/2 y tomaremos los valores

segn Metcalf Eddy7, los cuales son:

Ancho de barra (a) = 1.27 cm

Espesor de barras (b) = 1.27 cm

Angulo de inclinacin () = 60

Velocidad de entrada (V) = 0.3 m/s

Calculando tenemos:

rea libre (Al)

Despejando (Al) de Qmax = V.A (Ec. 4.7)

Tenemos Al = Qmax V (Ec. 4.8)

Al = 0, 02549 m3/s 0.3 m/s

Al = 0.085 m2

Clculo del rea de la seccin transversal de flujo (Af) aguas arriba de la reja:

Donde:

Af = rea de flujo

a = Separacin entre barras

t = Espesor de las barras

Af = 0.17 m2

7Fuente: Tomada del Libro Metcalf Eddy

Af = 0.085 m2 (0.0127 m + 0.0127 m) / 0.0127m

Af = AL (a + t) / a (Ec. 4.9)

142


Como el ancho del canal desarenador = 0.76 m entonces el ancho de la rejilla

debe ser el mismo.

Por lo tanto ancho de la rejilla = 0.76m (ver plano 4.11)

La longitud sumergida de la reja (LS) ser:

L S = dmax / sen 60 (Ec. 4.10)

Donde:

Ls = Longitud Sumergida

dmax = Distancia Mxima del nivel del agua en el desarenador

Sen60 = Angulo

L S = 0.11 m / sen 60

L S = 0.13 m

S N = Nmero de barras que conforman la reja, entonces:

(N + 1) a + N ( t ) = B (Ec. 4.11)

Donde:

B = Ancho del canal desarenador

t = Espesor de las barras

a = Separacin entre barras

N = (B a) / (a + t)

N = (76 cm 1.27 cm) / (1.27 cm + 1.27cm)

N = 29 barras

143


Pendiente de la plantilla del canal (S)

De Cheezy Manning

V = (1/n) (R 2/3) (S 1/2) (Ec. 4.12)

Donde:

V = Velocidad de reja limpia = 0.3 m/seg.

n = Coeficiente de rugosidad, para = 0.011

S = Pendiente

R = Radio Hidrulico

Para el clculo del radio hidrulico (R) se tiene:

R = 8.53cm

Sustituyendo R en Ec. 4.12 se tiene:

S = 0.029 %

Como se puede observar la pendiente en el canal desarenador es casi cero, es

decir casi plano.

( 76 cm ) ( 11cm )

76 cm + 2 (11cm) R =

0.011 (0.3 m / seg.)

(0.085 m) 2 /3 S =

2

0.011 V

R2/3 S =

2

( B ) (dmax )

( B + 2 dmax ) R = (Ec. 4.13)

144


4.7.2.3 DISEO DEL CANAL PARSHALL.

Datos bsicos:

Caudal Q = 0.90 pie3/seg.

Ancho de la garganta W = 1 pie de tabla 4.8 de dimensiones de la canaleta

parshal

1. Condiciones hidrulicas de entrada

a) El nivel de agua en la garganta de la canaleta (Ha) se calcula con la frmula

Donde:

Ha = Nivel del agua en la garganta del canal

W = Ancho de la garganta

Obtenindose el valor de Ha = 0.40 pies = 0.12m. Uno de los requisitos en el diseo de la canaleta parshall establece que la relacin

de Ha/W est entre 0.40 y 0.80 y en este caso esta relacin 0.40 /1 = 0.40 por lo

tanto se cumple dicha condicin.

b) Ancho de la canaleta en la seccin de medida

D' = 2(D - W)/3 + W (Ec. 4.15)

Donde:

D' = Ancho de la canaleta

D = valor tomado de a tabla 4.8 de dimensiones de la canaleta Parshal


D' = 2 (0.845m 0.305m)/3 + 0.305m

D' = 0.67 m

0.90 pie3/seg. = 4(1pie)Ha1/1 .53

Qmax = 4WHa1.53W (Ec. 4.14)

145


c) Velocidad en la seccin D'

VO = Q/( D' . hO) (Ec. 4.16)

Donde: hO = Ha

D' = Ancho de la canaleta

Caudal Q = 0.90 pie3/seg

VO = (0.02549m3/seg.)/ (0.67m) (0.12 m)

VO = 0.32 m/seg.

d) Energa especfica

E = (VO 2/ 2g) + hO + N (Ec. 4.17)

Donde:

E = Energa especifica

VO 2 = Velocidad

2g = valor de la gravedad

hO = Ha

N = valor tomado de a tabla 4.8 de dimensiones de la canaleta Parshal

E = [(0.32 m/seg.)2 / 2 (9.8 m/seg2)] + 0.12m + 0.114m

E = 0.24

2. Condiciones en la garganta

a) Velocidad antes del resalto V13 2g. V1. EO = - 2 Qg/W (Ec. 4.18)

V13 4.9 V1 = - 1.63

De donde V1 = Velocidad por tanteo es = 2.13 m/seg.

2g = valor de la gravedad

146


b) Altura antes del salto hidrulico

h1 = Q / (V1. W) (Ec. 4.19)

Donde:

h1 = Altura

V1 = Velocidad por tanteo es = 2.13 m/seg.


Caudal Q = 0.02549 m3/seg

h1 = (0.02549m3/seg) / (2.13 m/seg.) (0.305m)

h1 = 0.040 m

c) Nmero de Froude

Nf = V1 / (g . h1)0.5 (Ec. 4.20)

Donde:

Nf = Numero de Froude

V1 = Velocidad por tanteo es = 2.13 m/seg.

h1 = Altura antes del salto hidrulico

g = Gravedad

Nf = (2.13 m/seg) / [(9.8 m/seg2) (0.040 m)]0.5

Nf = 3.40

Segn requisito de diseo de canaleta parshall el nmero de Froude debe estar

comprendido entre los rangos 1.7 2.5 o 4.5 9.0, lo cual si cumple.

147


3. Condiciones de salida

a) Altura despus del resalto

h2 = (h1 / 2) [(1 + 8 Nf2)0.5 1] (Ec. 4.21)

Donde:

h1 = Altura antes del salto hidrulico

Nf = Numero de Froude

h2 = 0.17 m

b) Sumergencia

S = (h2 N) / hO (Ec. 4.22)

Donde:

S = Sumergencia

h2 = Altura despus del resalto


hO = Ha

S = (0.17 m - 0.114 m) / 0.12 m

S = 0.49

Otro de los requisitos en el diseo de la canaleta parshall establece que la relacin

de mxima Sumergencia Hb/Ha para una garganta de 1 pie no debe exceder de

0.7 y en este caso esta relacin Hb/Ha = 0.49 < 0.7 por lo tanto se cumple esta

condicin.

0.040 m

2 1 + 8 (3.40) 2

0.5 1 h2 =

148


c) Prdida de carga hf = Ho + N h2 (Ec. 4.23)

Donde:

hf = Perdida de carga

hO = Ha = Nivel del agua en la garganta del canal


h2 = Altura despus del resalto

hf = 0.12 m + 0.114 m 0.17 m

hf = 0.40 m

Los valores de N, D, W, son los que aparecen en la tabla 2.5 de dimensiones de la

canaleta Parshal para una garganta de 0.305 m

Tabla: 4.88 Dimensiones de la canaleta Parshal

W cm A B C D E F G K N 9 22.90 88.0 86.40 38.0 57.5 61.0 61.0 45.70 7.60 11.40

1 30.5 137.30 134.40 61.0 84.50 91.50 61.0 91.50 7.6 22.90

Como ha podido comprobar, se cumplen todos los requisitos de diseo hidrulico

para la canaleta parshall que se ha propuesto.

8

Fuente: Tomada del Manual de Dimensiones de la Canaleta Parshall

149


4.7.3 TRATAMIENTO PRIMARIO.

4.7.3.1 TANQUE DE SEDIMENTADOR PRIMARIO

Tabla 4.9 Informacin usual para diseo de sedimentadores rectangulares y

circulares empleados para el tratamiento primario y secundario de aguas

negras

Valor segn tipo de tratamiento

Primario Secundario

Parmetro Unidad Intervalo Valor usual Intervalo Valor usual

Rectangular

Profundidad pie 10-16 14 10-22 18

Longitud pie 50-300 80-130 50-300 80-130

Ancho pie 10-80 16-32 10-80 16-32

Velocidad

del barredor Pie/min 2-4 3 2-4 3

Tabla 4.10. Informacin para diseo de sedimentador primario seguido por tratamiento secundario.

Valor

Parmetro Unidad Intervalo Valor usual

Tiempo de retensin h 1.5-2.5 2.0

Carga superficial

Para caudal medio gal/pie2 . d 740-1230 1000

Para caudal mximo gal/pie2 . d 2000-3000 2200

Carga sobre vertedero gal/pie . d 10000-40000 15000

150


Velocidad de arrastre.

Para evitar la resuspensin de las partculas sedimentadas, las velocidades

horizontales a lo largo del tanque deben mantenerse lo suficientemente bajas. A

partir de los resultados de los estudios realizados por SHIELDS (1936), CAMP

(1946) desarroll la siguiente ecuacin para calcular la velocidad crtica horizontal.

(Ec. 4.24)

Donde:

VA = Velocidad horizontal a la cual se inicia el arrastre de partculas

K = Constante que depende del material arrastrado

S = Gravedad especfica de las partculas

G = Aceleracin debida a la fuerza de la gravedad

D = Dimetro de las partculas

F = Factor de friccin de Darcy Weisbach

Los valores usuales de k son: 0.04 para arenas unigranulares y 0.06 para

partculas ms aglomeradas. El factor de friccin de Darcy Weisbach depende de

las caractersticas de la superficie sobre la que tiene lugar el flujo y el nmero de

Reynols. Los valores usuales de f van desde 0.02 hasta 0.03. La ecuacin 4.24 se

puede usar tanto en unidades del sistema ingls como en unidades del sistema

internacional, siempre y cuando se haga en forma consistente ya que k y f son

adimensionales.

VA = 8k (s 1) gd f

0.5

151


Remocin de Demanda Bioqumica de Oxgeno (DBO) y Slidos

Sedimentables totales (SST)

Informacin habitual a cerca de la eficiencia en la remocin de DBO y SST en

tanques de sedimentacin primaria, como funcin de la concentracin afluente y el

tiempo de retencin usando la siguiente expresin:

R = t/a + bt (Ec. 4.25)

Donde:

R = % de remocin esperado.

t = Tiempo nominal de retensin (en horas)

a, b = Constantes empricas.

Las constantes empricas de la ecuacin 4.25 toman los siguientes valores a una

temperatura de 20 C.

Tabla 4.11. Constantes empricas

Variable a, h b

DBO 0.018 0.020

SST 0.0075 0.014

4.7.3.2 Diseo del Tanque de Sedimentacin Primaria

Datos bsicos:

Caudal Medio Diario =2.883Lts/S = 249,09m/dia

Caudal Mximo Diario = 25.49 Lts/S = 2,202.34 m/dia

Tasa de valor superficial = 1000 gal/pie.dia (40.72 m/m.dia)

De tabla 4.10.

Profundidad efectiva del agua = 11 pies (3.35 m) De tabla 4.9.

152


Dimensionamiento

a) Clculo del rea superficial para una relacin largo ancho 4-1

(Ec. 4.26)

A = 6.12 m

4L = 6.12 m (Ec. 4.27)

De donde el ancho es 1.24 mts. y el largo 4.96 mts. Sin embargo, por

conveniencia, las dimensiones del rea superficial se redondean a 1.25m y 5.00

m (ver plano 4.12).

b) Clculo del tiempo de retencin para caudal medio, tomando un valor = 8.20

pies = 2.50 m (de tabla 4.7.3.2.) como profundidad efectiva del agua (ver corte C

C, plano 4.13)

Entonces el Volumen del tanque = ( 1.25 x 5.0 x 2.50) = 15.63 m

Utilizando la ecuacin 4.1 se tiene:

Qmd

TVS A =

249.09 m/dia

40.72 m/m.dia =

Qmed

A

249.09 m/da

(1.25 x 5.00) Carga superf ic ial = = = 39.85 m/m . d

Vol.

Qmed

15.63 m

249.09 m/diaTiempo de retencin = = = 1.5 Horas.

153


c) clculo del tiempo de retencin y la carga superficial para caudal mximo

d) Clculo de la velocidad de arrastre usando la Ecu. 4.24

Donde:

Constante de cohesin (k) = 0.05

Gravedad especfica (s) = 1.25

Aceleracin de la gravedad (g) = 9.8 m/seg

Dimetro de las partculas (d) = 0.003 m

Factor de friccin de Darcy Weisbach (f) = 0.025

Qmax

A

2,202.34 m/da

(1.25 x 5.00)Carga superf ic ial = = = 352.37 m/m.d

Vol.

Qmax

15.63 m

2,202.34 m/diaTiempo de retencin = = = 0.17Horas.

VA = 8 k (s-1) gd

f

0.5

VA = 8 ( 0.05 )( 0.25 )( 9.8 )( 0.003 )

0.025

0.5

= 0.34 m/s

154


Comparando la velocidad de arrastre calculada con la velocidad horizontal bajo

condiciones de caudal mximo.

La velocidad horizontal a travs del sedimentador para caudal mximo es igual al

caudal mximo entre el rea de la seccin del flujo

El valor de la velocidad horizontal, incluso bajo condiciones de caudal mximo, es

sustancialmente menor que la velocidad de arrastre. Por lo tanto, el material

sedimentado no ser resuspendido. Para recolectar los slidos sedimentados se

utilizarn rasgadores horizontales que arrastran el fango hasta la poseta

situada en el extremo del tanque (ver plano 4.13) desde donde sern extrados

en forma intermitente a travs de tuberas instaladas en el fondo de la poseta,

dicha extraccin se realizar por presin hidrosttica

a) Clculo de las tasas de remocin de DBO y SST a caudales medio y

mximo utilizando la ecuacin 4.25

Donde:

2,202.34m/d

( 1.25 m x 2.50 A= = 0.0082 m/seg

Qmax VH = = 704.75 m/dia

R = t

a + bt

155


Remocin de DBO

1.50

1.50

R = porcentaje de remocin esperado

t = tiempo nominal de retencin

a,b = constantes empricas

1) Para caudal promedio:

2) Para caudal mximo

los tanques de sedimentacin primaria son capaces de remover entre un 30 a un

60% de los slidos totales en suspensin (SST) y de reducir la demanda

bioqumica de oxgeno (DBO) entre 25 a 35%, el tanque sedimentador diseado

estar removiendo un 52.63% de SST y un 31.25% de DBO

0.018 + ( 0.020 x 1.50 )

t

a + bt

= 31.25 % = =

= t

a + bt =

0.17

0.018 + ( 0.020 x 0.17) = 7.94 % Remocin de DBO

= t

a + bt =

0.17

0.0075+ ( 0.014 x 0.17) = 17.21%Remocin de SST

0.0075 + ( 0.014 x 1.50)

t

a + bt = 52.63% = =Remocin de SST

156


4.7.4 TRATAMIENTO SECUNDARIO.

4.7.4.1 Filtros Percoladores Biolgicos

Los datos bsicos para el diseo son:

Caudal medio diario Qmd = 2.883 lt/seg. = 249.09 m3/da

Caudal mximo horario Qmax = 25.49 lt/seg. = 2,202.34 m3/da

DBO bruto = 997.65 mg/lt

DBO del efluente final: 60 mg/lt (Requerido por la Norma CONACYT)

Profundidad = 1.8 m

Para el diseo se usarn las ecuaciones del NCR (National Research Council

U.S.A.)

Donde:

E1 = Rendimiento de eliminacin de la DBO para el primer filtro

E2 = Rendimiento de eliminacin de la DBO para el segundo filtro

W1 = Carga de DBO aplicada al primer filtro

W2 = Carga de DBO aplicada al segundo filtro

V1 = Volumen del primer filtro

V2 = Volumen del segundo filtro

F = Factor de recirculacin

E1 = 100

1 + 0.4425 ( W1 / V1 . F )0 .5 (Ec. 4.28)

E2 = 100

0.4425 1 + 1 E1

( W2 / V2 . F )0 .5 (Ec. 4.29)

F = 1+ r

( 1 + 0.1r ) 2 (Ec. 4.30)

157


r = Razn de circulacin: para nuestro caso r = 0 entonces F =1

Considerando lo anterior y el requerimiento de ANDA se determina realizar el

proceso en dos etapas a travs de dos filtros colocados en serie.

Proceso de diseo:

a) Clculo de la eficiencia para cada filtro E1 y E2

E1 + E2 (1 E1) = 0.94 (Ec. 4.32)

La eficiencia en la segunda etapa ser 0.70 de la eficiencia en la primera etapa

(E1)

E1 + 0.7 (1 E1) = 0.94

E1 = E2 = 0.49

b) Clculo de la carga de Demanda Bioqumica de oxgeno (DBO) del primer

filtro

W1 = (DBO influente) (Qmd) (Ec. 4.33)

W1 = (997.65 mg/lt) (249.09 m3/da)

W1 = (0.99765 kg/m3) (249.09 m3/da)

W1 = 248.50 kg/da

997.65 60 997.65

x 100 = 94 % Eficiencia conjunta = (Ec. 4.31)

158


c) Clculo del volumen para la primera etapa usando la Ec. 4.28

Donde:

E1 = Rendimiento de eliminacin de la DBO para el primer filtro

W1 = Carga de DBO aplicada al primer filtro


V1 = 44.92 m3

d) Clculo del rea del primer filtro

A1 = V1/ h (Ec. 4.34)

Donde: A1 = Calculo del rea del primer filtro


Profundidad = 1.8 m

A1 = 44.92 m3/1.8 m

A1 = 24.95 m2

De donde: L1 = 3.0 m y L2 = 8.40 m

La distancia ms corta ha sido asumida con el objeto de evitar elementos de apoyo

(vigas) para los canales de distribucin del agua residual en los filtros y adems con

estas dimensiones se logra el rea anteriormente calculada (ver planta

arquitectnica, Plano 4.14).

E1 = 100

1 + 0.4425 (W1 / V1 . F)0 .5

49 = 100

1 + 0.4425 (248.50 / V1. 1)0 .5

159


e) Clculo de la carga de Demanda Bioqumica de oxgeno (DBO) del

segundo filtro.

W2 = (1 E1) (W1) (Ec. 4.35)

W2 = (1 0.49) (248.50Kg/da)

W2 = 126.74Kg/da

f) Clculo del volumen del filtro para la segunda etapa usando Ec. 4.29

V2 = 84.72 m3

g) Clculo del rea del segundo filtro

A2 = V2/ h (Ec. 4.36)

A2 = 84.72m3/1.8 m

A2 = 47.07m2

De donde L1 = 6.0 y L2 = 8.40 m

Este filtro estar dividido por una pared intermedia (de 30 cm de espesor) con el

fin de apoyar los canales de distribucin del agua residual y adems con estas

dimensiones se logra el rea necesaria. (Ver corte E-E, plano 4.15)

E2 = 100

0.4425 1 + 1 E1

( W2 / V2 . F ) 0 .5

1 0.48

49 = 100

0.4425 1 + (126.74 / V2 . 1 )0 .5

160


h) Clculo de la carga orgnica de cada filtro

Filtro de la primera etapa

Carga de DBO = W1/ V1 = (248.50Kg/da)/44.92 m3 = 5.53 kg/m3da

Filtro de la segunda etapa

Carga de DBO = W2/ V2 =(126.74Kg/da)/84.72 m3 = 1.5 kg/m3 . da

i) Clculo de la carga hidrulica de cada filtro

Filtro de la primera etapa

Carga hidrulica = Qmax/ A1 = (2202.34 m3/da) / 24.95 m2

Carga hidrulica = 88.27 m3/m2 . da

Filtro de la segunda etapa

Carga hidrulica = Qmax/ A2 = (2202.34 m3/da) / 47.07 m2

Carga hidrulica = 46.79 m3/m2. da

161


Tabla 4.12 Informacin tpica de diseo para filtros percoladores

Elemento Baja

carga

Carga

intermedia

Carga

alta

Muy alta

carga De desbaste

Medio f i l t rante Piedra,

escor ia Piedra, escor ia Piedra Piedra Plst ico, madera

Carga hidrul ica

m3/m2 . da 1.20-3.50 3.5-9.4 9.4-37.55 11.70-70.40 47-188

Carga orgnica

Kg de DBO/m3 .

da

0.08-0.40 0.25-0.50 0.50-0.95 0.48-1.60 1.6-8

Profundidad m 1.80-2.40 1.80-2.40 0.90-1.80

Relacin de

recirculacin 0 0-1 1-2 1-2 1-4

Moscas en el

f i l t ro

Abundante

s Algunas Escasas

Escasas o

ninguna Escasas o ninguna

Arrastre de

sl idos

Intermitent

es Intermitente Continua Continua Continua

Ef ic iencia de

el iminacin de la

DBO, %

8-90 50-70 65-85 65-80 40-65

Efluente Bien

ni tr i f icado

Parc ia lmente

ni tr i f icado

Escasamen

te

ni tr i f icado

Escasamente

ni tr i f icado No nitr if icado

162


Basndose en los resultados obtenidos de la carga hidrulica, carga orgnica y

eficiencia requerida, se disearn filtros de desbaste sin recirculacin para no

tener que mecanizarlos.

4.7.5 TRATAMIENTO DE LODOS.

El trmino lodos se utiliza para designar a los slidos que se sedimentan cuando

las aguas negras pasan a travs del tanque de sedimentacin. El lodo producido

por estos tanques est formado por los slidos orgnicos e inorgnicos presentes

en el agua cruda, al momento de salir del tanque de sedimentacin los lodos

contienen un 5% de slidos y un 95% de agua. El mtodo comn de disposicin

de lodos es la digestin.

4.7.5.1 Digestor de Lodos

Son tanques generalmente circulares que sirven para retener el lodo producido por

los sedimentadores. La digestin de los lodos bajo condiciones anaerobias es

producto de bacterias capaces de vivir en las mismas condiciones ambientales.

Estas bacterias atacan las sustancias orgnicas complejas, las grasas, los

carbohidratos y las protenas convirtindolas en compuestos orgnicos simples y

estables.

En base a las condiciones ambientales en la zona una buena digestin se da en el

perodo de 20 a 30 das de retencin.

163


Para el diseo de las unidades que componen el tratamiento de lodos se utilizan

los datos de la siguiente tabla:

Tabla 4.13 Produccin de lodos en litros por persona por da

Lodos

Nuevos

Lodos Digeridos Lodos Secos

Sedimentacin primaria 1.10 0.30 0.10

Filtros biolgicos 1.50 0.50 0.15

Lodos activados 1.80 0.80 0.20

Dimensionamiento

Los datos bsicos para el diseo son:

Poblacin = 1759 habitantes

Produccin de lodos nuevos = 1.10 lt/p/da (de tabla 4.13)

Perodo de retensin = 20 das

Clculo del volumen necesario del tanque digestor

Vn = N de habitantes x PLn x Tr (Ec. 4.37) Donde:

PLn = Produccin de lodos nuevos

Tr = Tiempo de retensin

164


Entonces:

Vn = (1759) (1.10) (20)

Vn = 38,698 lts = 38.70 m3

Clculo del dimetro:

Se tomar una profundidad total h = 3.40 m, distribuida de la siguiente manera:

Una parte cilndrica con una altura de 1.40 m y un dimetro de 11.40 m (ver plano

4.17).

Una parte cnica de 2.0 m de altura (ver corte F-F, plano 4.18).

Entonces:

VT = Vol. del cilindro + Vol. del cono (Ec. 4.38)

VT = .d2 hcil. /4 + .d2 hcono /12

VT = (11.40m)2 (1.4m) /4 + (11.40m)2 (2.0 m) /12

VT = 210.9 m3 > Que el Vol. Necesario.

4.7.5.2 Patios de Secado de Lodos

En este diseo los patios de secado son lechos de 15 a 30 cm de arena que

descansa sobre capas de grava de dimetros de 3 a 6 mm en la parte superior y

de 18 a 35 mm en la parte inferior con un espesor total de grava de 30 cm.

165


Las paredes laterales y divisorias de los patios de secado son de concreto y se

elevan unos 35 cm por encima de la superficie de arena y el fondo tendr una

ligera pendiente hacia los tubos de drenaje.

El funcionamiento de los patios de secado se distribuyen los lodos en capas de 15

a 20 cm de espesor. Se produce una prdida de agua por evaporacin y la otra

parte es conducida al cuerpo receptor. El lodo seco es inofensivo y puede

utilizarse para rellenar depresiones del terreno o como fertilizante.

Dimensionamiento.

Datos bsicos:

Poblacin =1759habitantes

Produccin de lodos secos = 0.10 lt/p/da (de tabla 4.13)

Perodo de retensin: 20 das

Distribucin de capas: 0.20 m

Clculo del volumen necesario (Vn)

Vn = N de habitantes x PLs x Tr (Ec. 4.39) Donde:

PLs = Produccin de lodos secos

Tr = Tiempo de retensin

Entonces:

Vn = 1759 x 0.10 x 20.0 = 3518 lt = 3.342 m3

166


Clculo del rea necesaria

An = Vn / ECL (Ec. 4.40)

Donde:

Vn = Volumen necesario

ECL = Espesor de capas de lodos

Entonces:

An = 3.52 m3/0.20 m = 17.60 m2

Se construirn 2 patios de secado con dimensiones de:

6.80 m de ancho y 7.0 m de largo (ver plano 4.19).

La construccin de estos patios puede realizarse en dos etapas, el primer patio se

construir junto con los otros elementos de la planta y el segundo cuando sea

necesario, es decir cuando la produccin de lodos sea tal que supere la capacidad

de almacenamiento del primero.

Estabilizacin con cal de los lodos

Para estabilizar los lodos crudos se aadir cal en cantidades suficientes como

para elevar el pH a 12. El pH alto mata los microorganismos presentes en el lodo

y, por consiguiente, estabiliza la materia orgnica.

167


Dentro de las ventajas de estabilizacin por cal se encuentran los tiempos de

retencin cortos que se requieren, la simplicidad del proceso y, en donde hay

condiciones de suelo cido, el pH alto del lodo es un beneficio en la aplicacin en

suelo

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