CONTENIDO

PAG.

A. DISEOS HIDRULICOS 1A. 1. RESTRICCIONES DE CAUDAL 1A.2. PARMETROS DE DISEO 2A.2.1. DOTACIN 2A.2.2. TENDENCIA DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL 3A.2.3. POBLACIN DE DISEO 3A.3. INFRAESTRUCTURA DEL SISTEMA 6A.3.1. SISTEMA DE CAPTACIN 6A.3.2. LINEA DE CONDUCCIN 7A.3.3. DESARENADOR 9A.3.4. LINEA DE CONDUCCIN DESARENADOR - UNIDAD DE TRATAMIENTO 10A.3.5. UNIDAD DE TRATAMIENTO 20A.3.6. LINEA DE CONDUCCIN UNIDAD DE TRATAMIENTO - TANQUES DE 70

ALMACENAMIENTOA.3.7. TANQUES DE ALMACENAMIENTO 98A.3.8. RED DE DISTRIBUCIN DE SAN PEDRO 107A.3.9. ACOMETIDAS DOMICILIARIAS BARRIO SAN PEDRO 126

B. CLCULOS ESTRUCTURALES 127B.1. PLANTA DE TRATAMIENTO 128B.1.1. CASA DE OPERACIONES 128B.1.2. DESARENADOR 152B.1.3. CANAL DE ENTRADA A LOS FLOCULADORES 167B.1.4. FLOCULADORES 175B.1.5. CANAL DE ENTRADA A LOS SEDIMENTADORES 194B. 1.6. SEDIMENTADORES 200B.1.7. CANAL DE SALIDA DE LOS SEDIMENTADORES 215B.1.8. TANQUE DE DESINFECCIN 218B.1.9. TANQUE ALTO PARA SUMINISTRO 232B.2. TANQUE No. 6 (PARTE ALTA BARRIO SAN PEDRO) 243B.2.1. LOSA DE CUBIERTA 243B.2.2. VIGA CENTRAL 246B.2.3. PAREDES 251B.2.4. LOSA DE FONDO 253B.3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ANLISIS Y DISEOS 257

ESTRUCTURALESB.3.1. PLANTA DE TRATAMIENTO 257B.3.2. EDIFICACIN PLANTA DE TRATAMIENTO 257

C. ESPECIFICACIONES Y RECOMENDACIONES PARA CONSTRUCCIN 258C.1. ESPECIFICACIONES TCNICAS 258C.2. ACTIVIDADES PRELIMINARES 261C.3. MOVIMIENTO DE TIERRA 264C.4. CONCRETO 270C.5. ACERO DE REFUERZO 294C.6. TUBERA 298

D. COSTOS Y PRESUPUESTOS DE OBRAD.1. CAPTACIND.2. LINEA DE ADUCCIND.3. DESARENADORD.4. LINEA DE CONDUCCIN DESARENADOR - PLANTA DE TRATAMIENTOD.5. PLANTA DE TRATAMIENTOD.5A. TANQUE DE DESINFECCIND.5B. CASA DE OPERACIONESD.5C. TANQUE ALTO PARA SUMINISTROD.5D. DESARENADORD.5E. CANAL ENTRE DESARENADOR - FLOCULADORESD.5F. FLOCULADORESD.5G. CANAL ENTRE FLOCULADORES - SEDIMENTADORESD.5H. SEDIMENTADORESD.5I. CANAL ENTRE SEDIMENTADORES - TANQUE DE DESINFECCIND.5J. SISTEMA DE DISPOSICIN AGUAS NEGRAS Y LODOS EVACUADOSD.6. LINEA DE CONDUCCIN PLANTA DE TRATAMIENTO - TEE DE

DERIVACIND.7. LINEA DE CONDUCCIN TEE DE DERIVACIN - TANQUE 1D.8. LINEA DE CONDUCCIN TEE DE DERIVACIN - TANQUE 6D.9F. ADECUACIONES TANQUE No 7, PARTE BAJA SAN PEDROD.9G. TANQUE DE ALMACENAMIENTO No 6, PARTE ALTA SAN PEDROD.10E. RED LOCAL DESDE EL TANQUE No 6 AL TANQUE No 7, SAN PEDROD.11G. RED DE DISTRIBUCIN BARRIO SAN PEDROD.12. CONEXIONES DOMICILIARIAS SAN PEDRO

SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA PARA LOS BARRIOS ALTOS DEUSME - CUADRO RESUMEN COSTO TOTAL DEL PROYECTO -

CUADRO RESUMEN DE PRESUPUESTOS PRIMERA ETAPACUADRO RESUMEN DE PRESUPUESTOS SEGUNDA ETAPA

ANEXO TCNICO

A. DISEOS HIDRULICOS

La solucin tcnica de la segunda fase del proyecto de "Normalizacin, SuministroY Tratamiento Del Recurso Agua En Comunidades Informales De Los Barrios DeLa Zona Alta De Usme ", consiste bsicamente en la inclusin del barrio SanPedro dentro del sistema de abastecimiento diseado en la primera fase. Incluiresta poblacin en este sistema genera algunos cambios en los parmetrosiniciales del diseo, estas modificaciones estn asociadas con las restricciones decaudal existentes.

A.1. RESTRICCIONES DE CAUDAL

Una verificacin del caudal suministrado por la fuente nos permite disponer deinformacin de aforos de caudales y niveles sobre la quebrada la Gran Yomasa,en dos estaciones de medicin.

La primera estacin se encuentra ubicada en la cabecera de la quebrada, en labocatoma construida por la EAAB. La segunda est aguas abajo dentro de lacervecera Alemana. Aunque los registros de medicin encontradoscorresponden a un periodo de tan slo cinco aos, su anlisis y manejo nospermite una aproximacin ms real de las variaciones de caudal en la fuente.

Se identifica claramente un perodo de verano en los meses de Diciembre aFebrero, siendo el ms crtico el mes de Enero, para el cual se reportan caudalesde aproximadamente 10 It/seg. El caudal obtenido es significativamente menorque el caudal mnimo reportado en la primera fase, por tal motivo la disponibilidaddel recurso se convierte en la principal limitante de partida para el diseo delsistema de abastecimiento.

Esta restriccin nos obliga a plantear unos nuevos parmetros iniciales de diseo,para lograr que el sistema funcione adecuadamente, debido a que las condicionesreales han cambiado. Los cambios adoptados sern descritos a continuacin.

1

A.2. PARMETROS DE DISEO

Los parmetros de diseo acordados estn asociados a las variables queintervienen en la definicin del Caudal Promedio Diario; estas variables son lapoblacin de diseo y el consumo percpita o dotacin. Es indispensableestudiar y definir el comportamiento de estas dos variables (aunque en la prcticano pueda ser controlado), debido a que la limitante principal de todo el sistema esla disponibilidad del recurso.

A.2.1. DOTACIN

Para este diseo se decidi adoptar una dotacin mxima de 100 It./Hab.-Da, quecorresponde a un consumo domstico mucho ms racionado que el promedio dela ciudad; sinembargo es suficiente para garantizar el bienestar de los habitantesdel sector. Las consideraciones tomadas para la estimacin del consumo diarioson las siguientes :

Consumo Domstico1

Bebida y cocina 20 It/hab./daAseo personal 20Lavado de ropa 15Inodoros 25Lavado de pisos 5

Total de consumo domstico 85 It/hab./da

Consumo Pblico

Se estima un consumo pblico de un 3% del consumo domstico.

0.03 * 85 = 2.55 3.0 It./hab./da

Consumo Industrial

Teniendo en cuenta que la tendencia de la zona es claramente residencial y porlo mismo su consumo ser primordialmente domstico, no se tendr en cuenta elconsumo industrial para el clculo del consumo total.

1 Las consideraciones involucradas en la estimacin del consumo domstico tienen el mismo soporte de lafase inicial del proyecto, pero los rangos de consumo se han limitado a los valores mnimos; adems,aspectos como el riego de jardines y el lavado de autos no son incluidos.

2

Prdidas y Desperdicio

Aunque se pretende que en el sistema de abastecimiento diseado se minimicenlas perdidas y desperdicios, se estima en un 20% del consumo domstico estavariable.

0.20*85= 17 lt./hab./da

Dotacin Total

Consumo domstico 85 lt./hab./daConsumo pblico 3Prdidas y desperdicios 17

Dotacin Total 100 lt./hab./da

A.2.2. TENDENCIA DE CRECIMIENTO POBLACIONAL

Se adopt un escenario de crecimiento poblacional con una tasa de 16.84% comola ms probable, su justificacin se presenta en el informe del rea socio -demogrfica.

A.2.3. POBLACIN DE DISEO

Tomando como punto de partida la poblacin actual, con una proyeccin hacia lapoblacin de saturacin y con la tasa de crecimiento adoptada, encontramos quepor el mtodo del crecimiento geomtrico, el periodo de tiempo para llegar lasaturacin es de aproximadamente diez aos en promedio para todo el sector. Enla Tabla 1 se presentan los periodos de tiempo para llegar a la saturacin de cadauno de los barrios, adems se muestran los crecimientos proyectados ao a ao,durante los seis primeros aos del proyecto.

La capacidad de la fuente no es suficiente para garantizar el abastecimiento de lapoblacin de saturacin; con la dotacin adoptada y la restriccin de caudal de 10It./seg., slo es posible abastecer una poblacin cercana a los 8500 habitantes.

En la Figura 1 se ilustra la variacin de la dotacin en la poca de verano para losprimeros aos del proyecto ; esta curva es un indicativo de la disminucin en losniveles de consumo en los que deber incurrir la totalidad de la poblacin paralograr disponer de un mnimo de caudal, sin llegar la un racionamientogeneralizado.

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TABLA 1. PERIODOS DE SATURACIN Y PROYECCIONES DE POBLACIN DURANTELOS SEIS PRIMEROS AOS.

BARRIO

Violetas

Juan Jos

Arrayanes

Villa Rosita

Villa Diana

Tiguaque

San Pedro

TOTALES

Zona por

Desarrollar

TOTAL

Po

290

1260

795

568

1220

102

1624

5859

58S9

Pf

1235

4396

2427

3604

3288

102

11963

27015

3023

30038

16.84%

16.84%

16.84%

16.84%

16.84%

16.84%

16.84%

16.84%

16,84%

n (aos)

9.31

8.03

7.17

11.87

6.37

0.00

12.83

9.82

10.50

P1

339

1472

929

664

1425

119

1897

6846

22.8%

P2

396

1720

1085

775

1665

139

2217

7998

P3

463

2010

1268

906

1945

163

2590

9345

26.6% 31.1%

P4

540

2343

1432

1059

2274

190

3027

10919

36.4%

P5

631

2744

1731

1237

2657

222

3536

12758

42.5%

Porcentaje del total de poblacin proyectada

P6

738

3206

2023

1445

3104

260

4132

14906

49.6%

Sinembargo, efectuar un diseo ajustado a esta limitante, en primer lugarrepresenta un razonamiento continuo para la poblacin, pues en las pocas deinvierno la disponibilidad de caudal es mayor y, en segundo lugar, no seraposible atender la creciente e inevitable demanda del servicio. Por tales razonesel equipo de trabajo decide admitir una poblacin intermedia de diseo deaproximadamente 15000 habitantes

FIGURA 1. VARIACIN DE LA DOTACIN

TIEMPO (AOS)

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A.2.4. PERIODO DE DISEO

Para la definicin del periodo de diseo depende entre otros, de los siguientesaspectos: Vida til de los componentes y equipos, aspectos tcnicos yeconmicos, durabilidad de las tuberas y estructuras, facilidades en laconstruccin, garanta de la fuente y tendencia de crecimiento poblacional. Conrespecto a los primeros factores se puede asumir un periodo de diseo de 15 a 20aos; Sinembargo, las variables finales son las que ms incidencia tienen en ladeterminacin del tiempo real de funcionamiento adecuado del sistema. Con losparmetros ya definidos de poblacin de diseo y tasa de crecimientoencontramos un periodo de diseo de 6 aos, al final de los cuales ser necesarioadecuar el sistema para la condiciones del momento.

A.2.5. CAUDALES DE DISEO

Los caudales de diseo se calculan para una poblacin futura a servir de 15000habitantes, con una dotacin de 100 It./Hab.-Da.

Consumo Promedio Diario - QPD

Est definido como el consumo durante 24 horas obtenido como promedio de losconsumos diarios en un perodo de un ao.

P*DQPD

86400Donde :

Qm : Caudal medio diario (Lt./seg).P : Poblacin de diseo.D : Dotacin (Lt/hab/da).

Consumo Mximo Diario - QMD

Se define como el consumo mximo durante 24 horas observado en un perodode un ao.

QMD = K / QPDDonde:

5

QMD : Caudal Mximo diario en Lts/seg.QPD : Caudal Promedio Diario en Lts/segKt : Factor Multiplicador = 1.2

QMD =17.36* 1.2= 20.83 It/seg.

Caudal Mximo Horario - QMH

Corresponde al consumo mximo durante una (1) hora observado en un perodode un ao.

QMH=K2*QMH

Donde:

QMH : Caudal Mximo Horario en Lts/segQMD : Caudal Mximo Diario en Lts/segK2 : Factor Multiplicador

QMH = 1.5 * 20.83 = 31.25 Lt / seg.

A.3. INFRAESTRUCTURA DEL SISTEMA

Los parmetros que fueron cambiados afectan finalmente los caudales de diseo,y es a partir de estos que se inicia el proceso de dimensionamiento del sistema;por lo tanto es necesario efectuar una revisin de las estructuras y conduccionesdiseadas en la primera fase del proyecto, con el fin de determinar la incidenciade los cambios efectuados y as, definir las posibles modificaciones para lograrun correcto funcionamiento.

A.3.1. ESTRUCTURA DE CAPTACIN

El diseo de la bocatoma se hace para un caudal igual a dos veces el CaudalMximo Diario, en la primera fase se dimension para un caudal de 71 It./seg. Undiseo ajustado a las nuevas condiciones debera ser para un caudal de 41.6It./seg.; Sinembargo el equipo tcnico considera innecesario ejecutar cambios eneste diseo, pues el caudal adecuado de diseo puede ser fcilmente reguladomediante el cierre de la compuerta prevista en la cmara de distribucin. Ademslos ahorros en el presupuesto, que puedan ser generados por este cambio no sonsignificativos, por tratarse de la adecuacin de una estructura ya existente. La

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ubicacin, dimensiones, especificaciones, costos, etc., correspondientes a estaestructura se encuentran en los diseos presentados en el Informe Final de laFase I.

A.3.2. LNEA DE ADUCCIN

Debe ser nuevamente dimensionada, para un caudal mximo diario de 20.83It./seg. La longitud de la aduccin es de slo 3 metros, por lo que el equipotcnico considera que los cambios generados en las dimensiones de la tubera noson significativos para ajustar los costos; sin embargo, es necesario recalcularnuevamente las condiciones de bajo las cuales funcionar esta tubera, para locual se harn las modificaciones respectivas al diseo de la fase inicial.

La salida del tubo que conduce el agua desde la cajilla al desarenador se diseocomo un orificio sumergido, evitando de paso la entrada de aire que le restaeficiencia al conducto.

La profundidad (Y) por encima de la cota clave cota superior de la tubera desalida, debe garantizar un caudal igual o superior al Caudal Mximo Diario (QMD)es decir igual a el caudal de diseo para la tubera de aduccin.

Donde:

Q : Caudal de diseo para la aduccin : QMD = 0.0208 (rrrVseg)Cd: Coeficiente de descarga (0.61)A : rea del tubo de salida para 0 = 8" => 0.032 (m2).Y : Profundidad desde cota clave hasta nivel inferior de la rejilla (m)g : Aceleracin gravitacional (m/seg2).

Despejando la profundidad de la ecuacin anterior tenemos :

Y = 0.056 m.

Podemos adoptar una lmina igual a la asumida en el diseo anterior, ya que essuperior a la profundidad mnima encontrada de 0.056 m. Esta lmina es de 0.48m. sobre la cota clave del tubo de salida.

Es decir que la cota clave de la tubera es igual a la cota del agua en la cmarade derivacin menos la altura de la lmina del agua.

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V Clave a la salida de la cmara de derivacin = 3248.23 - 0.48

V Clave a la salida de la cmara de derivacin = 3247.72 m.s.n.m.Se verifica si el dimetro escogido se comporta como un conducto a presin.Mediante la ecuacin de Hazen - Williams. :

u 3x1

Cota salida del tubo : 3247.72Cota llegada del tubo : 3247.70Cota piezomtrica de salida : 3248.23Cota piezomtrica de llegada : Cota piezomtricas de salida - HfCota piezomtricas de llegada : 3248.22

Presin Disponible : Cota piezomtricas de llegada - Cota llegada tuboPresin Disponible = 0.52 m.

La variacin de las condiciones de funcionamiento no afecta la ubicacin,materiales, costos, etc. de esta estructura. Todos estos aspectos pueden serconsultados en los diseos presentados en la fase inicial de este proyecto.

A.3.3. DESARENADOR

La capacidad de la unidad de desarenacin es relativamente pequea y suscostos no son muy elevados, por tanto el ahorro que pueda lograrse con un nuevodimensionamiento no es representativo. El equipo tcnico decidi no acometer unnuevo diseo de esta estructura, solamente es necesario revisar las nuevascondiciones de funcionamiento. Lo que cual no ocasionar cambios en laubicacin, dimensionamiento, costos, etc., definidos en los diseos de la Fase I.Las nuevas condiciones de funcionamiento se exponen a continuacin.

La capacidad del desarenador (C) permanecer constante dado que no seefectuarn cambios en el diseo. Al disminuirse el caudal de diseo de laestructura aumenta el tiempo de retencin en el desarenador. A mayor tiempo deretencin, menor ser la velocidad de sedimentacin , lo que finalmente generaque partculas de dimetro menor al inicialmente especificado puedan sersedimentadas, aumentando as la eficiencia del desarenador.

Tiempo de Retencin

C 24a = QMD 0.0208

1152 seg.

Este tiempo esta afectado por la eficiencia de los deflectores por un factor de2.75. Por lo tanto el tiempo real de retencin es :

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t = l f= 4 1 9 s e g-Velocidad de Sedimentacin

Se ve afectada por la variacin del tiempo de sedimentacin, sinembargo laprofundidad til (Pu) no cambia.

Pu 150s = t = t

Vs = 0.36 cm / seg.

Dimetro de las Partculas a Sedimentar.

Este se ve afectado por la velocidad de sedimentacin, lo cual genera una mayoreficiencia en el sedimentador al disminuir el dimetro de la partculas asedimentar.

-11/2

D18vVs

g(Ss -1).

D = 0.011 cm.

A.3.4. LNEA DE CONDUCCIN DESARENADOR - UNIDAD DETRATAMIENTO

En el replanteo efectuado se defini la necesidad de cambiar el trazado de estaconduccin para poder garantizar el suministro por gravedad hacia San Pedro,porque para garantizar el suministro de agua hacia este barrio resultabanecesario partir desde un punto mas alto que el planteado inicialmente comoubicacin de la unidad de tratamiento.

En su parte alta esta lnea de conduccin desarrolla su recorrido de maneraaproximadamente paralela al canal construido por la cervecera Alemana, yposteriormente avanza aprovechando parte del camino de acceso hacia el sector.La ubicacin de giros, tramos de tubera, anclajes, y recorrido en general de estalnea se presenta en los planos para construccin.

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A.3.4.1. Criterios Generales de Diseo

La lnea de conduccin desde el desarenador hasta la planta de tratamiento seconstruir en tubera de P.V.C., y sus condiciones de funcionamiento son lassiguientes :

Caudal de Diseo. Las lneas de conduccin en general se disean con elCaudal Mximo Diario. Qd = 0.021 rrrVseg.

Longitud de la Tubera. Determinada del trazado efectuado en planta a travsdel corredor caracterizado mediante los trabajos de topografa efectuados. Seobtuvo una longitud total de 820.84 m.

Perdida de Carga. Las perdidas mximas de carga en la conduccin seobtienen de la diferencia entre las cabezas de posicin a la salida deldesarenador y a la entrada a la planta de tratamiento. Se obtiene una perdidamxima de 10.9 m.

A.3.4.2. Determinacin del Recorrido de la Lnea

Con la informacin recopilada por el rea de topografa, la cual se hallaconsignada en los planos elaborados para la zona, se elabor el trazado de lalnea de conduccin entre el desarenador y la planta de tratamiento. En lasiguientes tablas se relaciona la ubicacin de este trazado (giros horizontales ygiros verticales), especificando los cambios de direccin, con su respectivoaccesorio.

CARTERA DE GIROS HORIZONTALES (PLANTA)

PUNTO

DESAR.P-4P-1

P-19P-21P-27P-32P-36P-39P-41P-43

COORDENADASNORTE

89011.0089013.9889004.1789001.3289000.8288993.3888999.2288996.8789007.9789018.2189034.43

ESTE

100481.00100452.60100421.10100414.50100370.10100337.40100302.30100270.70100255.10100229.60100233.40

COTATERRENO

3247.003246.333244.093240.723240.393240.443240.193239.873239.353239.403239.35

LONGITUDTRAMO

0.0028.5632.997.19

44.4033.5435.5831.6919.1527.4816.66

ABSCISA

0.0028.5661.5568.74113.14146.68182.26213.95233.09260.57277.23

ACCESORIO

VLVULACGR 22.5CGR 6.0

CGR 11.25CGR 11.25CGR 22.5

CGR 11.25CGR 45.0

CGR 11.25CGR 90.0CGR 45.0

CARGADISP. (rti)

8.009.7

12.9412.7012.4012.2011.9312.2111.9011.70

11

CARTERA DE GIROS HORIZONTALES (PLANTA)(CONTINUAcion)

PUNTO

P-45123456789

10-PTLLG

COORDENADANORTE

89054.3089142.4989158.5589203.0689201.6289250.0489266.5089285.6089308.1489365.1689435.00

ESTE100220.90100216.06100209.26100167.30100079.13100072.87100083.10100078.69100092.73100082.45100023.00

COTATERR.3239.253238.503238.503238.503239.003238.503239.003238.503238.003237.503236.60

LONG.TRAMO

23.4788.3217.4461.1788.1848.8219.3819.6026.5657.9491.72

ABSCISA

300.70389.03406.47467.64555.82604.64624.02643.63670.18728.12819.84

ACCES.

CGR22.5CGR 22.5CGR 22.5CGR 45.0CGR 90.0CGR 45.0CGR 45.0CGR 45.0CGR 45.0CGR 22.5VLVULA

HDISP11.4411.0610.8010.067.937.907.857.807.708.70

CARTERA DE GIROS VERTICALES (PERFIL)

PUNTO

DES.123456789101112131415

P-T

COTACLAVE

3247.003243.493240.123239.273238.753238.653237.403236.903237.903237.503238.903237.903237.403233.903233.903236.483236.10

LONG.TRAMO

0.0061.557.19

145.2119.1467.6115.0059.0014.3378.6188.1887.8160.5558.942.0017.0937.63

DIST.ABSC.

0.0061.5568.74

213.95233.09300.70315.70374.70389.03467.64555.82643.63704.18763.12765.12782.21819.84

ANG.GtRO

21.8524.771.220.256.045.634.473.994.631.301.122.913.3911.458.589.15

H(m)

6.949.6612.9411.9312.2111.4412.5012.2511.0610.067.937.807.5310.2710.257.457.35

OBSERVACIN

VLVULA DE SALIDA DESARENADORMISMO ACCESORIO BAJANDO P1MISMO ACCESORIO SUBIENDO P19MISMO ACCESORIO SUBIENDO P36MISMO ACCESORIO SUBIENDO P39MISMO ACCESORIO SUBIENDO P45GIRO LO DA LA TUBERA BAJANDOGIRO LO DA LA TUBERA SUBIENDOMISMO ACCESORIO SUBIENDO P45MISMO ACCESORIO SUBIENDO 3MISMO ACCESORIO SUBIENDO 4MISMO ACCESORIO BAJANDO 7GIRO LO DA LA TUBERA BAJANDOGIRO LO DA LA TUBERA BAJANDOACCESORIO BAJANDO CGR 11.25ACCESORIOS SUBIENDO - 2 CGR 6VLVULA DE ENTRADA P-T

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A.3.4.3. Determinacin del Dimetro de la Tubera

Se determina empleando la ecuacin de Hazen - Williams

3x10 5*LQ1851 "f ~ Pj4.866f1.85

Donde :

Q : Caudal de succin (QMD) = 21 It/segC : Coeficiente de friccin de la tubera ( PVC = 150 )D : Dimetro de la tubera en m.H f : Perdidas absolutas en m. Hf = 10.9 mL : Longitud de tubera . L = 820.84 m.

Despejando D de la anterior ecuacin obtenemos :

D = 0.135 m. = 5.33".

Tomamos el dimetro comercial inmediatamente superior, D = 6 ", yrecalculamos las condiciones de funcionamiento reales de la tubera, para lo cualempleamos la misma ecuacin Hazen - Williams.

El caudal mximo que puede circular por esta tubera es :

Qmax. = 28.67 l/seg.

Las prdidas de carga reales son :

Hfr = 6.13m.

A.3.4.4. Presin Disponible a la Llegada de la Planta de Tratamiento

Es conveniente por razones prcticas permitir en la descarga una presin de 2 a 4m.c.a., la cual se traduce en velocidad al descarga a la atmsfera. Laconsideracin anterior es buena para evitar que la lnea de carga corte la tuberaantes de la descarga y se produzca disminucin del gasto. Entonces tenemosque la carga disponible es igual a la cota de la lnea piezomtricas en la salida deldesarenador menos la cota de la lnea piezomtricas en la llegada a la planta detratamiento, adems se deben descontar las perdidas reales en esta conduccin.

13

Pdisponible = ( Z2 - Z i ) - Hfr

Donde:

Pdsponbie : Presin disponible a la llegada de la planta de tratamiento

en m.c.aZ2 : Cota piezomtricas a la llegada en m. Z2 = 3236.10 m.s.n.mZ1 : Cota piezomtricas a la salida en m. Zi = 3247.0 m.s.n.m.Hfr : Perdidas de carga en la tubera. Hfr = 6.13 m.

= 4.77 m.c.a.

A.3.4.5. Dispositivos en la Lnea de Conduccin

Para el buen funcionamiento de la lnea de conduccin a presin se hacenecesario instalar dispositivos que eviten insuficiencias en la capacidad detransporte de la tubera, colapsos de la misma por sobrepresiones por el golpe deariete, o por presiones estticas superiores a las presiones de trabajo de latubera. Adems deben construirse algunas estructuras adicionales, las cualesvaran de acuerdo con el trazado de la conduccin, y buscan proteger loscomponentes de la conduccin (tuberas y vlvulas). Estos dispositivos son:

- Tanques para quiebre de presiones.- Vlvulas reguladoras de presin.- Vlvulas de ventosa o de aire.- Vlvulas de purga.- Anclajes.- Estructuras de paso.- Cajillas para vlvulas.

En esta lnea de conduccin, de acuerdo con la condiciones dadas por el diseo,solo se hace necesaria la instalacin de una vlvula de ventosa, una vlvula depurga, con sus respectivas cajillas ; adems de los anclajes en los cambios dedireccin de la tubera.

No es necesaria la instalacin de vlvulas reguladoras de presin, pues la tuberaescogida (D=6" - RED 41 PVC Tipo 1 Grado 1) soporta adecuadamente laspresiones estticas existentes; la presin mxima de trabajo de este tipo detubera es de aproximadamente 66 m.c.a., adecuada para las condiciones detrabajo de la conduccin. En el recorrido de la lnea no se presentan corrientessuperficiales de agua, ni cambios bruscos de pendiente, por lo tanto no esnecesaria la construccin de estructuras de paso.

14

Vlvulas de Ventosa o de Aire.

La acumulacin de aire en una lnea de servicio puede entorpecer sensiblementeel flujo normal y en algunos casos llegar a provocar accidentes destructivos,generando entre otros problemas como la reduccin de la seccin de flujo yaumento de la prdida de carga, disminuyendo el caudal; por la elasticidad de lasburbujas de aire se originan compresiones y dilataciones alternativas, las cualescausan sobrepresiones; el desplazamiento brusco de las masas de aire puedeprovocar golpes de ariete, dainos en la tubera.

Las vlvulas de ventosa deben instalarse en los puntos altos de la lnea o en uncambio de direccin de una tubera que ascienda y luego descienda. Se decidiinstalar una vlvula de ventosa en el la abscisa KO + 557.82, la cual esta ubicadaen la cota 3238.90 m.s.n.m. En este punto la vlvula soporta presiones mnimascercanas a 1 m.c.a. y presiones mximas alrededor de 8 m.c.a.

El dimetro de la vlvula de ventosa es aproximadamente la octava parte deldimetro de la tubera ; para esta conduccin es necesaria una vlvula de ventosade %" .

Vlvulas de Purga.

Las vlvulas de purga se instalan en los puntos bajos de la conduccin paraeliminar los sedimentos que se acumulan en estos puntos. En esta conduccin seinstalar una vlvula de purga en la abscisa KO + 764.12, ubicada sobre la cota3233.39 m.s.n.m. En este punto la presin mnima es de 3.30 m.c.a y a presinmxima de 10.24 m.c.a.

Anclajes.

En las curvas horizontales y verticales de la conduccin se presentan empujesque dependen del radio de curvatura, de la cabeza de velocidad, del rea de laseccin del tubo y de la presin interna mxima en la tubera. Para contrarrestarestos empujes y evitar colapsos o desprendimientos de accesorios de la tuberase hace necesario disear macizos de hormign ciclpeo, a los cuales se fija latubera por medio de abrazaderas.

Curva Horizontal. El empuje lo debe soportar la friccin del terreno, el peso delhormign, y la resistencia del terreno sobre el anclaje, en caso de que se halleenterrado. El dimensionamiento de este anclaje se hace igualando lassiguientes ecuaciones:

15

E = 2 y A sen(e / 2) H

Donde

EWVYconcreto-

i

Lhb

oAy

eHVg

Empuje a vencer en Kgf.Peso de! anclaje. W = VyconcretoVolumen de concreto. V = L h b.Peso especfico del concreto. Vyconcreto= 2400 kg/ m

3

Coeficiente de friccin entre el suelo y el hormign. Para sueloorgnico o arcilloso i = 0.30Longitud del anclaje en m.Altura del anclaje en m.Ancho del anclaje en m.Capacidad de soporte del terreno natural. Asumimos a = 1000kg/ m2. En lo posible debe ser verificado con estudio de suelos.Capacidad de soporte del relleno, o' = a IA . a' = 250 kg/m2.rea de la seccin de la tubera en m2

Peso especfico del agua, y = 1000 kg/ m3

ngulo de giro dado por el accesorio.Cabeza esttica total sobre el accesorio en el punto en m.Velocidad del agua en la tubera en m/seg.Aceleracin de la gravedad en m/seg2

Con las anteriores ecuaciones y con los datos de dimetro, cabeza esttica,ngulo de giro y velocidad del agua en la tubera, podemos hallar la longitud delanclaje, adoptando medidas para la altura y el ancho de! mismo. La ecuacin nosqueda:

2 y A sen (0 / 2) H

2400

En la siguiente tabla se presentan los resultados de las longitudes, anchos yalturas obtenidas para cada uno de los anclajes, de acuerdo con los giroshorizontales de la tubera.

16

Curva Vertical Cncava . En este caso el terreno natural debe resistir elempuje dinmico ms el peso, W del anclaje. La curva vertical cncava sepresenta en hondonadas, depresiones o valles. El dimensionamiento de esteanclaje se hace igualando las siguientes ecuaciones:

E= L h a - W

E = 2 y A sen(e / 2) H

Donde:

EW :V :

Empuje a vencer en Kgf.Peso del anclaje. W = VyCOncretoVolumen de concreto. V = L h b.

Lhba

Ay6HVg

Peso especfico del concreto. Vyconcreto= 2400 kg/ mLongitud del anclaje en m.Altura del anclaje en m.Ancho del anclaje en m.Capacidad de soporte del terreno natural. Asumimos a = 1000kg/ m2. En lo posible debe ser verificado con estudio de suelos.rea de la seccin de la tubera en m2

Peso especfico del agua, y = 1000 kg/ m3

ngulo de giro dado por el accesorio.Cabeza esttica total sobre el accesorio en el punto en m.Velocidad del agua en la tubera en m/seg.Aceleracin de la gravedad en m/seg2

De igual manera que para la curva horizontal podemos hallar la longitud delanclaje, adoptando medidas para la altura y el ancho del mismo. La ecuacin nosqueda:

2yAsen(0/2) H

bo - 2400 hb

17

Curva Vertical Convexa . En este el anclaje se disea con un peso igual alesfuerzo. El dimensionamiento de este anclaje se hace igualando lassiguientes ecuaciones:

E= W

E=2yAsen(e /2 ) H +

Donde

EWVYconcreto

LhbAYeHV9

Empuje a vencer en Kgf.Peso del anclaje. W = VyCOncretoVolumen de concreto. V = L h b.Peso especfico del concreto. Vyconcreto= 2400 kg/ m

3

Longitud del anclaje en m.Altura del anclaje en m.Ancho del anclaje en m.rea de la seccin de la tubera en mPeso especfico de! agua, y = 1000 kg/ mngulo de giro dado por el accesorio.Cabeza esttica total sobre el accesorio en el punto en m.Velocidad del agua en la tubera en m/seg.Aceleracin de la gravedad en m/seg

2

3

2

As mismo podemos hallar la longitud del anclaje, adoptando medidas para laaltura y el ancho del mismo. La ecuacin nos queda:

2yAsen(e/2)lH+ -

2400 hb

18

TABLA DE RESULTADOS DEL DIMENSIONAMIENTO DE ANCLAJES PARA GIROS HORIZONTALES

ABSCISA(m)

0.0028.5661.5568.74113.14146.68182.26213.95233.09260.57277.23300.70389.03406.47467.64555.82604.64624.02643.63670.18728.12819.84

D(in)

666666666666666666664

A(m2)

0.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.0180.008

Q(m3/seg)

0.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.021

V(m/seg)

1.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1511.1512.590

ACCESORIO

VLVULACGR 22.5CGR 6.0

CGR 11.25CGR 11.25CGR 22.5CGR 11.25CGR 45.0CGR 11.25CGR 90.0CGR 45,0CGR 22.5CGR 22.5CGR 22.5CGR 45.0CGR 90.0CGR 45.0CGR 45.0CGR 45.0CGR 45.0CGR 22.5VLVULA

e

22.506.0011.2511.2522.5011.2545.0011.2590.0045.0022.5022.5022.5045.0090.0045.0045,0045.0045.0022.50

H(m)

8.009.7012.9412.7012.4012.2011.9312.2111.9011.7011.4411.0610.8010.067.937.907.857.807.708.70

b(m)

0.30.20.30.30.30.30.50.30.60.50.40.40.30.40.60.40.40.40.40.3

h(m)

0.20.10.20.20.30.20.30.20.50.30.250.250.250,30.40.30.30,30.30.2

L(m)

0.400.290.320.320.410.310.650.310.660.640.420.400.430.600.550.470.470.460.460.44

W(kg)

57.7413.9046.7745.9189.2344.11

233.7344.15477.01229.2599.7896.4977.78172.26318.77135.52134,67133.82132.1262.75

E(kgf)

11594.022016,947610.737332.7318458.776770.1775942.036781.20

158156.6673059.5520772.8419424.5316828.9651567.3288303.5831925.1831526.0031129,3330343.5313691.64

V(m3)

0.020.010.020.020.040.020.100.020.200.100.040.040.030.070.130.060.060.060.060.031.10

19

Los empujes producidos por el agua en la curvas verticales superiores e inferioresson pequeos, por lo que no se justifica la construccin de anclajes en estospuntos ; solo en algunos puntos de la tubera es necesario disponer de un controlpara estos empujes.

Ya que la mayor parte de los puntos de giro vertical coinciden con los accesorioshorizontales, los empujes producidos pueden ser controlados fijando la tubera albloque de hormign, por medio de abrazaderas, en el sentido vertical.

A.3.5. UNIDAD DE TRATAMIENTO

Los cambios planteados en la lnea de conduccin que llega hasta la unidad detratamiento obligan a reubicarla. Los trabajos topogrficos adelantados en camponos permitieron definir un sitio adecuado para su construccin, en el cual segarantiza una diferencia de nivel suficiente para el correcto funcionamientohidrulico por gravedad. La unidad de tratamiento se ubicar aproximadamenteen la cota 3238 m.s.n.m.

Los cuestionamientos formulados en la revisin de los diseos de la primera fase,con respecto a a potabilizacin del agua, esbozan la necesidad de efectuar unproceso de tratamiento que permitan mejorar la calidad del agua en las pocas deinvierno, donde se presentarn mayores turbiedades y cambios en el color. Elproceso de tratamiento planteado en la primera fase consisti en un filtro de flujoascendente, dicho proceso no resulta eficiente para retener partculassuspendidas y coloidales2, as cuales aumentan de manera significativa en lapoca de invierno.

Las partculas coloidales slo pueden ser removidas si se realiza un proceso dedesestabilizacin, mediante la remosin de las fuerzas que las mantienenseparadas. Dicho proceso puede lograrse al agregar sales metlicas al agua(Proceso de Coagulacin)

Las partculas desestabilizadas son transportadas en una unidad que facilite elcontacto entre estas, conformando una nube de cogulos porosos denominadosflocs (Proceso de Floculacin). Los flculos s pueden ser removidos por unproceso posterior de sedimentacin y/o de filtracin.

Finalmente el agua es sometida a un proceso en el cual se realiza la destruccinselecta de organismos patgenos (virus, bacterias, proozoarios, etc.), esteproceso es denominado desinfeccin y se realiza en un pequeo tanque aladicionar cloro lquido, gaseoso o slido.

! Partculas presentes en el agua cuyo tamao varia entre 10"3 -1 mieras (20

Para tales fines se decidi desarrollar el diseo de una unidad de tratamiento queinvolucre ios procesos de coagulacin, floculacin, sedimentacin y desinfeccin.Los clculos y dimensionamiento de esta unidad se presentan a continuacin.

A.3.5.1. Criterios Generales de Diseo

La calidad del agua cruda fue estudiada durante la fase inicial del proyecto. Setomaron muestras en la bocatoma y en los tanques existentes en cada uno de losbarrios, en su mayora durante el mes de marzo de 1996. Los resultados de estosmustreos se encuentran en la Tablas 2, 3 y 4 del Anexo Tcnico No. 1 de laFase I. Puede decirse que os mustreos corresponden a la poca de invierno,sinembargo no cubri los meses de mayor lluviosidad, los cuales son Abril, Mayo,Octubre y Noviembre.

De los resultados consignados en la Tablas 5, 6 7 y 8 del mismo anexo, puedeinferirse que se trata de un agua con baja alcalinidad; turbiedad relativamentebaja y color relativamente alto.

En la fase I del proyecto se defini como tratamiento aplicable para esta calidad,un filtro de flujo ascendente, cuyo diseo fue tomado de las guas del CEPIS(Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria). El tratamiento propuesto noincluyo ningn tipo de pre - tratamiento previo al futro (adicin de coagulantes,floculacin, sedimentacin, etc.).

Ello implicara que en condiciones de invierno, el filtro ascendente propuesto notendra muy probablemente un efecto significativo sobre la calidad dei agua deconsumo, en lo que respecta a la remocin de color y turbiedad, pues como seconoce ampliamente, color y turbiedad son causados por la presencia de coloidesorgnicos e inorgnicos respectivamente, los cuales requieren serdesestabilizados previamente a la filtracin, mediante la adicin de sustanciasqumicas (coagulantes ) para puedan ser removidos posteriormente en el filtroascendente. Lo anterior explica porque no se seleccion finalmente la filtracindirecta como proceso nico de tratamiento.

Finalmente el equipo tcnico de la Fase I! recomienda un tratamiento con assiguientes componentes :

Proceso de adicin de cal Sedimentacin convencional Proceso Coagulacin Proceso de Floculacin Operacin de Sedimentacin Proceso de Desinfeccin

21

El proceso inicial de adicin de cal busca aumentar la alcalinidad del agua paraas lograr mayor efectividad en el posterior proceso de coagulacin y lasedimentacin convencional se hace con el objeto de decantar las impurezaspresentes en la cal adicionada.

En la solucin propuesta no se involucra la operacin de filtracin puesconsideramos que la calidad de! agua uego de los anteriores tratamientos es aptapara el consumo, adems existen limitaciones en el presupuesto. Una posteriorampliacin del sistema de abastecimiento de agua podra contemplar laconstruccin de una unidad de filtracin.

A.3.5.2. Rangos de Caudales de Operacin de Ea Planta

La planta de tratamiento se disea con el caudal medio diario (QMD) el cual es de20.83 It/seg., aproximadamente 21 it/seg. Sinembargo debe verificarse sufuncionamiento para el caudal mnimo esperado en los meses de verano(Diciembre, Enero y Febrero), este es de 10 It/seg.

A.3.5.3. Estructura de Llegada

Estar constituida por un canal rectangular provisto de una pantalla con orificiosen el extremo de aguas abajo. Esta pantalla comunicar la cmara con undesarenador convencional, que como se ha dicho se ha previsto para sedimentarimpurezas presentes en la solucin de cal. El nivel en la cmara de llegadaestar controlado por e! vertedero de salida del desarenador.

Con el fin de permitir la limpieza de la cmara inicial, se construir con pendienteen el fondo y se dejar un espaciamiento entre el fondo y la pantalla perforada.

Tiempo de Retencin, t

Se asume un tiempo de 30 segundos para el caudal de diseo ( 21 LPS).

Volumen del Desarenador, VV = Q* t

V = 0.63 m3.

Ancho del Canal, B

Asumimos B = 0.80 m.

Profundidad media, H

Tomamos H = 0.80 m.

22

Longitud del Canal, L

VL = =0,98m * 1.0 m.

Orifico de Fondo

Esta cmara se utilizar tambin para la adicin de cal, la cual se aplicar pormedio de una tubera perforada en el orifico de fondo. Se disea un orificiorectangular de ancho igual al canal de entrada y con una altura de 0.10 m. porencima del fondo del canal. En estas condiciones las perdidas de carga secalculan para un orificio sumergido ahogado :

Q = 0.85AV2gh

Donde:

A : rea de orificio en m2. A = 0.1 * 0.8 = 0.08 m2

h : Diferencia de niveles aguas arriba ya aguas abajo del orificio en m.Q : Cauda! de diseo m3/seg.g : Aceleracin gravitacional m/seg2

Despejando de la anterior ecuacin obtenemos la diferencia de niveles aguasarriba y aguas abajo. Para el caudal de diseo (0.021 m3/seg) se obtiene :

h = 0.005 m.

Mientras que para el caudal mnimo (0.010 nrVseg) se obtiene :

h = 0.001 m.

Se tomar un valor de h mayor que los dos anteriores como prdida para elcalculo del perfil hidrulico.

h = 0.01 m.

A.3.5.4. Desarenados

Se disea un desarenador convencional de flujo horizontal para retenerimpurezas de la cal.

23

Velocidad de Sedimentacin Crtica, Vsc

Se asume Vsc 1.9 cm /seg. = 1656 m3/m2/da.

rea de Sedimentacin, A

Q*86400

Donde :

A : rea de sedimentacin m2

Q : Caudal de diseo rrVseg.Vsc : Velocidad de sedimentacin crtica m3/m2/da

A = 1.10m2.

Longitud del rea de Sedimentacin, L

Para un ancho B = 0.80 m. L = 1.40 m. Adicionando un 15% de la longitud paratomar en cuenta la transicin en la salida finalmente queda :

L = 1.60m.

Profundidad de la Zona de Sedimentacin, H

Asumimos una profundidad H = 1.0m.

Velocidad Horizontal, VH

QyH A

seccin

Donde :

A : rea de la seccin = 0.8 * 1.0 = 0.8 m2

Q : Caudal de diseo m3/seg.VH : Velocidad horizontal m/seg. Debe ser menor de 0.30 m/seg

VH = 0.026 m/seg < 0.30 m/seg

24

Volumen de la Zona de Sedimentacin, Vs

VS = A * H

= 1.44m3

Volumen Adiciona! Para Lodos, VL

Se toma un 20% de la zona de sedimentacin VL = 0.20Vs = 0.28 m3

A.3.5.5. Pantalla Difusora de Entrada al Desarenador

Estar conformada por una lmina de asbesto cemento con orificios de 4pulgadas ( 15 en total), distribuidos como se indica en el plano de detalles.

Entre el extremo inferior de esta pantalla y e! fondo de canal, se dejara unespaciamiento de 0.10 metros a todo lo ancho.

rea total de orificios, AT

Incluido el rectangular de fondo ser :

AT = 15*0.0081 + 0.1*0.80 = 0.202 m2

Caudal de Paso por Orificios Circulares, QP

QP~ 0.6 * 0.021 = 0.0126 m3 / seg.

Caudal Unitario por Orificio, Qo

Q Q p

Qo"TsQo = 0.00084 m3 / seg.

25

Velocidad de Paso en los Orificios, VP

VP = 0.10 m/seg.

Perdida en el Orificio, AH

Se despeja de la ecuacin para orificios sumergidos. Debe tomarse uncoeficiente Cd= 0.61.

AH = 0.0015 m.

A.3.5.6. Vlvula de Fondo

Caudal Mximo de Desage, Qd

Donde :

A : rea de la vlvula de fondo m2

h : Altura del agua por encima la vlvula, h = 2.0 m.Qd: Caudal de desage m

3/seg.g : Aceleracin gravitacional m/seg2

i : Coeficiente de perdida, dado por:

1 = [

(0.0431 +1.62)1'2

D : Dimetro de la vlvula de fondo. Adoptamos D = 4 ".L : Longitud equivalente por accesorios

Codo de 90 = 3.4 m.Salida = 1.5 m.Vlvula de fondo = 15 m.

Obtenemos :H 0.32

26

Qd = 0.016 nrVseg.

Tiempo de Vaciado, Tv

2SVh

Donde :

A : rea de la vlvula de fondo m2

h9

Altura del agua por encima la vlvula, h = 2.0 m.Aceleracin gravitacional m/seg2

Coeficiente de perdida, i = 0.32Superficie del tanque incluyendo la cmara inicial

S 2.80 * 0.80 = 2.24 m2

Obtenemos :

Tv = 552 seg. = 9 min.

Se adopta el diseo con D = 4" para la vlvula de fondo, dado que no esnecesario vaciar todo el tanque para vaciar los lodos del fondo.

A.3.5.7. Vertedero de Sada del Desarenador

Se disea como vertedero de cresta delgada, sin contracciones y con descargalibre. La longitud de la cresta se obtiene despejando de la ecuacin paravertedero rectangular.

Q = 1.859LH3'2

Donde :

Qd: Caudal sobre el vertedero rrvVseg.H : Carga sobre el vertedero en m.L : Longitud de la cresta. Igual al ancho de! canal de entrada L = 0.80m.

27

Obtenemos :

H = 0.058 m. = 6 cm.

A.3.5.8. Canal de Salida del Desarenador

Se adopta un ancho B = 0.30 m.

Cauda! Unitario

QB

Donde :

Q : Caudal de diseo. Q = 0.021 m3/seg.B : Ancho del canal. B = 0.30 m.

q = 0.07 m3/seg./m.

Perfil de Flujo en el Canal de Salida

En el canal de salida se presenta un perfil de flujo dado por el fondo del canal . Elfondo del canal es horizontal y tiene un escaln de cada de 0.20 m. al final.

Las alturas de los niveles indicados en la figura se obtienen de las siguientesecuaciones :

f 2 \ 1 ' 3

he = 0.08 m.

ho = 0.14m.

A.3.5.9. Canal Latera! de Salida

Se mantiene el mismo ancho del cana! de salida de! desarenador B = 0.30 m. Laaltura de la lmina de agua en este canal esta dada por el escaln de cada masla altura he, lo que nos da una profundidad Y = 0.28 m. Adicionamos un bordelibre BL = 0.22 m.

Velocidad en el Canal, V

QV A

Donde :

V : Velocidad en e! canal en m/seg.Q : Caudal en el canal. Q = 0.021 nrf/segA : rea de la seccin transversal del canal. A = 0.084 m2.

V = 0.25 m/seg

Radio hidrulico, R

Donde :

RPA

Radio hidrulico en m.Permetro del rea mojada transversal del canal. P = 0.70 m.rea de la seccin transversal del canal. A = 0.084 m2.

R = 0.12m.

Pendiente del Canal, S

,R2'3

Donde:

SVN

Pendiente de Canal en m/m.Velocidad en e! canal. V = 0.25 m/seg.Coeficiente de rugosidad de Manning. N = 0.013 (Concreto Afinado)

29

R: Radio Hidrulico. R = 0.12m.

S = 1.8*10"4m/m.

S = 0.018 %3

Longitud del Canal Anterior a! Vertedero, L

Para asegurar uniformidad del flujo debemos cumplir:

L = 4.5B = 1.35m.

Tomamos L = 1.40 m.

A.3.5.10. Estructura de Mezcla Rpida

La mezcla rpida dei alumbre se efectuar utilizando el resalto hidrulico que seformar a continuacin de un vertedero de cada libre. El vertedero serrectangular, sin contracciones, y de cresta delgada.

Para la adicin del coagulante, encima del resalto se colocar una tuberaperforada de dimetro de una pulgada,

Vertedero

Se construir en lamina de hierro galvanizado, tendr una longitud de 0.30 m.,igual al ancho del canal y una altura de 0.16 m. La altura de la lmina de aguasobre el vertedero se determina con la frmula de Francis.

Q = 1.838LH3'2

Donde:

Q : Caudal sobre el vertedero. Q = 0.021 rrVseg.H : Carga sobre el vertedero en m.L : Longitud de la cresta. Igual al ancho del canal de entrada L = 0.30m

Despejando H :

H = 0.12 m.

A nivel constructivo esta pendiente es horizontal.30

A.3.5.11. Caractersticas y Ubicacin del Resalto Hidrulico

Se define un canal aguas abajo de dimensiones similares al de aguas arriba delvertedero. Con las siguientes caractersticas. Se adopta un ancho B = 0.30 m.

Caudal Unitario

Donde :

Q : Caudal de diseo. Q = 0.021 m3/seg.B : Ancho del canal. B = 0.30 m.

q = 0.07 m3/seg./m.

Tirante Crtico, hc

hc = 0.08 m.

Alturas Conjugadas del Resalto, hi, hc

h V2c 1.06+ +1.5

V h c

Donde :

("h : Nivel mnimo del resalto en m.hc : Tirante crtico. hc = 0.08 m.P: Altura del vertedero. P = 0.16m.

Despejando hi obtenemos :h! = 0.04 m.

Velocidad Inicial, Vi

V =

Donde :

VT : Velocidad inicial en m/seg.h1 : Nivel mnimo del resalto, hi = 0.04 m.

31

q : Caudal unitario, q = 0.07 m3/seg/m

Vi = 1.75 m/seg.

Nmero de Froude Inicial, Fi

1 VghiDonde :

Fi : Nmero de Froude inicial.VT : Velocidad inicial en m/seg.h i : Nivel mnimo del resalto, hi = 0.04 mg : Aceleracin gravitaciona! en m/seg

F1 =2.79

Altura Final del Resalto, h2

2

Donde:

Altura final del resalto en m.Nive! mnimo del resalto. b- = 0.04 m.Nmero de Froude inicial. Fi = 2.79

h2 = 0.14 m.

Velocidad Final, V2

Donde :

V2: Velocidad final en m/seg.h2: Altura final del resalto. h2 = 0.14 m.q : Caudal unitario, q = 0.07 rrvVseg/m

V2 = 0.5 m/seg.

32

Prdida de Carga en el Resalto, Ah

Ah = (Y +H) - h2

Donde:

Ah : Prdida de Carga en el Resalto en m.h2: Altura final del resalto. h2 = 0.14 m.

Y : Nivel del agua en el canal antes del resalto. Y = 0.28 m.

Ah = 0.14m.

. Extensin del Resalto, Ls

Ls = 6 .9 (h 2 - h 1 )

Donde :Ls: Extensin del Resalto en m.

hh : Altura inicial del resalto. h2 = 0.04 m.h2 : Altura final del resalto. h2 = 0.14 m.

Ls=0.70m.

Velocidad Media, V

Donde:

VV.v2

Velocidad Media en m/segVelocidad Inicial. Vi = 1.75 m/seg.Velocidad Final. V2 = 0.50 m./seg.

V= 1.13 m/seg.

Tiempo de Mezcla, T

Donde :

T : Tiempo de Mezcla en seg.

33

Ls: Extensin del Resalto. Ls= 0.70 m.

V : Velocidad Media V=1,13m/seg.

T = 0.62 seg.

Gradiente de Velocidad, G

Donde:

G. Gradiente de velocidad en seg"1

Ah : Prdida de Carga en el Resalto. Ah = Q.14m.y: Gravedad especfica, y = 1000 kg/m3

H : Viscosidad absoluta, o, = 1.30 X 10"4 kg-seg/m2

T : Tiempo de mezcla. T = 0.62 seg.

G = 1318 seg1

De acuerdo con Hudson el gradiente de veiocidad debe estar en el rango1000

Un escaln al final de la estructura permitir controlar el resalto en lascondiciones anotadas.

Altura del Escaln, he

h h 2

hese = J

Donde

hesc: Altura del escaln en m.h2: Altura final del resalto. h2 = 0.14 m.

hese = 0.02 m.

A.3.5.12. Caractersticas del Canal Aguas Abajo del Escaln

Tirante, h2

h2 = 0.14 m.

Ancho del canal, B

Adoptamos B = 0.40 m.

Velocidad en el Canal, V

Donde :

V : Velocidad en el canal en m/seg.Q : Caudal en el canal. Q = 0.021 rrrVsegA : rea de la seccin transversal del canal. A = 0.056 m2.

V = 0.37 m/seg

35

Radio hidrulico, R

Donde :

RPA

Radio hidrulico en m.Permetro del rea mojada transversal del canal. P = 0.68 m.rea de la seccin transversal del canal. A = 0.084 m2.

R = 0.082 m.

Pendiente del Canal, S

, 2 /3

Donde :

SVNR

Pendiente de Canal en m/m.Velocidad en el canal. V = 0.37 m/seg.Coeficiente de rugosidad de Manning. N = 0.013 (Concreto Afinado)

Radio Hidrulico. R = 0.082 m.

S = 6.5* 10^ m/m.

S = 0.065 %4

A.3.5.13. Floculadores

Se disean dos floculadores tipo Alabama dispuestos en paralelo. Lascondiciones de diseo son las siguientes :

Q

QdTrrY

Caudal total = 0.021 m3/seg.Caudal de diseo por floculador = 0.0105 nfVseg.Tiempo de retencin = 1200 seg. = 20 min.Tasa de aplicacin por cmara = 0.020 nfVseg/m2

Profundidad total = 2.0 m.

4 A nivel constructivo esta pendiente es horizontal.36

Volumen Total de Cmaras, Vc

Ve = Qd Tr

Vc = 12.60 m3

rea de Cada Cmara, Ac

Ac = 0 . 5 3 m2

Nmero de Cmaras, n

n = 2ArDonde :

nAc

Nmero de cmarasrea de cada cmara. Ac= 0.53 m2

Volumen total de cmaras Vc= 12,6 m3

n = 11.9

Tomamos n = 12Se seleccionan doce (12) cmaras de 0.75 m. de ancho por 0.75 m. de largo y sedefinen tres (3) zonas de flocuiacion as:

CARACTERSTICAS

Nmero de Cmaras

Tiempo en la zona (min)

Gradiente en la zona (seg 1)

ZQNA1

1 -5

8

60

ZONA 2

6-10

8

40

ZONA 3

11 -12

4

20

Prdidas de Carga en Cada Cmara, h

Se obtienen de la ecuacin para el gradiente de velocidad en cada cmara.

37

Donde

gh,vt

Gradiente de velocidad en cada cmara en seg "1 (Ver tabla)Aceleracin gravitacional en m/seg2

Perdida de carga en cada cmara en m.-6Viscosidad cinemtica, v = 1.14 X 10 nfVseg. ( T = 15C)

Tiempo de detencin en la cmara en seg.

Despejando de la ecuacin y remplazando por los valores en cada una de laszonas se obtiene :

hi = 0.040 m.

h2 = 0.020 m.

h3 = 0.005 m.

Las prdidas totales en cada una de las zonas corresponde a las prdidas decarga en cada una de las zonas, multiplicadas por el nmero de cmaras en cadazona.

h1T = 0.20 m.

h2T = 0.10 m.

h3T = 0.01 m.

Las prdidas totales en el floculador son :

hT = 0.31 m.

Dimetro interior del Codo de 90 a instalar en Cada Cmara, D

Se estima a partir de la siguientes ecuaciones. Se despeja la Velocidad Media encada Cmara de la primera ecuacin y se reemplaza el valor encontrado en lasegunda ecuacin para hallar el rea interior del codo en cada cmara.

h = K I g y Qd = ViA

Donde :

V,

g

Velocidad de flujo en Cada Cmara dada en m/seg.Perdida de carga en cada cmara en m.Aceleracin gravitacional en m/seg.2

Kk.k2kaQdA,

Suma de los coeficientes de prdidas ki, k2, k3. K = 2.40Coeficiente de prdida por Cambio de Direccin, k-, = 0.90Coeficiente de prdida por Cambio de Velocidad. k2= 1.00Coeficiente de prdida por entrada Normal. k3= 0.50Caudal de diseo. Qd = 0.0105 m

3/seg.rea interior del codo en cada cmara dada en m2.

El dimetro de cada codo se calcula por definicin de rea Circular:

Donde :

D :A, :

Dimetro Interior del codo en cada cmara dado en m.rea interior del codo en cada cmara dada en m2.

Los dimetros encontrados se reportan en la siguiente tabla

CARACTERSTICAS

h(m)

V, (m/seg)

A, (m2)

D(m)

Dimetro Comercia! Adoptado (in)

ZONA1

0.04

0.57

0.0184

0.153

6

ZONA 2

0.02

0.40

0.026

0.183

8

ZONAS

0.005

0.20

0.052

0.258

10

En cada una de las cmaras para cada una de las zonas del floculador debeninstalarse un codo de 90 del dimetro comercial adoptado.

A.3.5.14. Funcionamiento de los Fioculadores con ei Caudal Mnimo

En poca de verano cuando el caudal total es aproximadamente de 0.010 rrfVseg.se pondr en funcionamiento un nico floculador de los dos existentes. Para ellose disear una estructura de interrupcin del flujo en cada floculador, mediantecompuertas deslizantes ubicadas en el canal de acceso a cada unidad.

A.3.5.15. Sistema de Drenaje de los Fioculadores

Ei drenaje de las cmaras del floculador, estar constituido por un sistemamltiple recolector, conformado por tuberas de drenaje ubicadas en el centro decada cmara, cada una con un dimetro de 3 ", las cuales empatan a una tubera

39

nica de 6 ". El sistema de drenaje culminar con una vlvula de compuerta de 6"de dimetro, ubicada antes de la cmara de inspeccin.

A.3.5.16. Estructura de Salida de los Floculadores

La estructura de salida de los floculadores estar constituida por un vertedero decresta ancha con contracciones, de descarga ahogada al canal de salida. Laabertura del vertedero, ubicada en la pared final de la ltima cmara delfloculador, estar provista de una lmina deslizante de madera, para permitir elaislamiento de cada unidad en caso de limpieza total de la misma.

Se escoge un ancho para el vertedero con contracciones, b = 0.30 m. El anchodel canal, B = 0.75 m.

Caudal del Vertedero, Qv

Qv = ei s2 C b h3/2

Donde :

Qv

1

81

bh

Caudal del Vertedero en rrrVseg.Coeficiente de reduccin para vertederos de pared gruesa.Coeficiente de reduccin por la influencia de la carga aguas abajopara vertederos ahogados.Coeficiente adecuado de un vertedero de pared delgada sincontracciones laterales, en iguales condiciones de descarga libre.Ancho del vertedero en m.Altura de la lmina de agua sobre la cresta de! vertedero en m.

Para obtener el coeficiente s-i se emplea la siguiente ecuacin :

0.185

Donde:

e : Espesor de la pared del vertedero. Se tiene una pared cone=0.20 m.

h : Altura de la lmina de agua sobre la cresta del vertedero.Se tiene una altura de la lmina, h = 0.30 m.

= 0.977

40

Clculo del coeficiente C

Donde :

j, : Coeficiente de gasto aplicable para vertederos rectangulares,g : Aceleracin gravitacional en m/seg2.

Hallamos i de la formula de Hamilton - Smith y reemplazamos en laecuacin anterior para hallar el valor del coeficiente C.

(\i = 0.616 1

10BDonde:

b : Ancho para el vertedero con contracciones, b = 0.30 m.B : Ancho del canal, B = 0.75 m.

|i = 0.591

C-1.744

Para obtener el coeficiente e2 se emplea la siguiente relacin y se lee elvalor correspondiente de una grfica5 desarrollada por F. Dominguez.

Re lacion = -h

Donde :

h : Altura de la lmina de agua sobre la cresta del vertedero.Se tiene una altura de la lmina, h = 0.30 m.

h' : Altura de la lmina de agua sobre la cresta del vertederoaguas abajo. Se tiene una altura de la lmina, h' = 0.295 m.

Relacin = 0.016 => s2 = 0.30

b SOTELO AVILA, Gilberto. Hidrulica General. Volumen I. Editorial Limusa. Mxico D.F. 1991. p. 269.fig. 7.25

41

Con los valores encontrados verificamos el caudal de funcionamiento para estevertedero.

Qv = 0.025 rrWseg.

Este cauda! es similar al caudal de 0.021 m3/seg. que es el que pasara por unfloculador cuando la otra unidad estuviese fuera de servicio, condicin quegarantiza su adecuado funcionamiento para esta eventualidad.

El funcionamiento normal de los floculadores implica que cada uno de ellossoporte la mitad del caudal ( Q - 0.0105 rrfVseg). Utilizando la siguiente ecuacincalculamos la altura de la lmina de agua sobre la cresta del vertedero.

Q = 0.153 h3/2

Despejando h hallamos :

h = 0.17m.

Calculo de la Velocidad de Paso por el Orificio Para Funcionamiento Normal

QV A

Donde :

V : Velocidad de Paso por el Orificio en m/seg.Q : Caudal en el orificio. Q = 0.0105 nfYseg.A : rea del orificio. A = 0.17 * 0.30 = 0.051 m2.

V = 0.20 m/seg.

Gradiente de Paso por el Orificio Para Funcionamiento Normal

fV'2= 282l-J V3'2

Donde :

G

f

Gradiente de Paso por el Orificio en seg "1

Factor de correccin por temperatura. 4> = 1.17 (Para T = 15 C)Factor de friccin de Darcy - Weisbach . f = 0.02 (Para concreto)

42

R : Radio hidrulico. R = 0.08 m.V : Velocidad de Paso por el Orificio. V = 0.20 m/seg.

G = 14.7seg."1

A.3.5.17. Canal de Salida de los Flocuiadores

Se disea con velocidad mayor o igual a 0.15 m/seg. para impedir sedimentacinde los flocs. As mismo, el gradiente debe conservarse en un rango cercano al dela ltima zona del floculador.

Calculo de la Profundidad en el Canal, Y

BVDonde :

YQBV

Profundidad en el Canal en m.Caudal de diseo. Q = 0.021 rrrVseg.Ancho del Canal. Adoptamos B = 0.40 m.Velocidad en el canal. Tomamos V = 0.15 m/seg.

Y = 0.35 m.

Pendiente del Canal, S

c __

R2/3

Donde :

S : Pendiente de Canal en m/m.V : Velocidad en el canal. V = 0.15 m/seg.N : Coeficiente de rugosidad de Manning. N = 0.013 (Concreto Afinado)R: Radio Hidrulico. R = 0.127 m.

S = 5.95*105 m/m.

S = 0.0059 %6

6 A nivel constructivo esta pendiente es horizontal.43

Gradiente de Velocidad en el Canal, G

Donde :

G

fRV

1/2

282

A.3.5.18, Sedimentadores

Por las caractersticas de calidad del agua cruda, la remosin del color eslimitante del tratamiento, por la baja densidad de los flocs formados. Por ello seescoge una tasa de sedimentacin (Vsc) baja, de 10 m

3/m2-da.

Se disean dos unidades de sedimentacin acelerada en paralelo, emplendoseplacas de asbesto cemento de 0.6 centmetros de espesor, separadas 5centmetros y formando un ngulo de 60 grados con la horizontal. Velocidad el Agua a Travs de los Canales Entre Placas, Vo

Vsc(sen0 + teos8)v

Donde

oV,vseLev

0.058 eVsc cose

u

Velocidad el Agua a Travs de los Canales Entre Placas en m/seg.Tasa de sedimentacin. Vsc = 10 m

3/m2-da = 0.0116 cm./seg.ngulo de inclinacin de las placas. 9 = 60.Longitud relativaSeparacin perpendicular entre placas. Tomamos e = 0.05 m.Viscosidad cinemtica, v = 0.01117 cm2/seg. ( Para T = 15C)

La longitud relativa se obtiene de la relacin entre la longitud de las placas (Lalongitud estndar es I = 1.20 m.) y la separacin perpendicular entre placas.

e

L = 24

Finalmente se obtiene entonces :

Vo = 0.1249 cm./seg. = 107.9 m3/m2-da.

Nmero de Reinolds, R

R ou

45

Donde :

RVe

o

V

Nmero de ReinoldsVelocidad el Agua a Travs de los Canales Entre Placas en m/seg.Separacin perpendicular entre placas. Tomamos e = 0.05 m.Viscosidad cinemtica, v = 0.01117 cm2/seg. ( Para T = 15C)

Remplazando obtenemos :

R = 65

Si R < 250 se garantiza flujo laminar, luego esta condicin se satisface.

Nmero de Placas, N

Es igual al nmero de canales incrementado en uno N = n +1

Q" tVoesen6

Donde :

nQtVee

o

Nmero de placas.Cauda! de diseo para casa sedimentador. Q= 0.0105 rrvVseg.Ancho de la placa Comercialmente las placas tienes t = 2.40 m.Velocidad travs de los canales . Vo =0.001249 m/seg.ngulo de inclinacin de las placas. 8 = 60.Separacin perpendicular entre placas. Tomamos e = 0.05 m.

N = 82

Longitud Ocupada por las Placas, L*

Ne + bN + 1))senB

Donde :

L* : Longitud Ocupada por las Placas en m.

46

NeeD

Nmero de placas.ngulo de inclinacin de las placas. 0 = 60.Separacin perpendicular entre placas. Tomamos e = 0.05 m.Espesor de las placas. Comercialmente b = 0.006 m.

L* = 5.85 m.

Par facilitar el drenaje de lodos se dividir cada unidad de sedimentacin ensubmdulos de 1.20 m. de ancho.

Recoleccin de! Agua Sedimentada

Se usar tubera perforada colocada transversalmente drenando libremente a unatubera central longitudinal. Las tuberas de recoleccin deben estar espaciadasa una distancia de 1.5 veces la altura de la lmina de agua sobre las placas(h=0.80m.). Nmero de Tuberas Transversales, N*

1.5 h

Donde :

WL*h

Nmero de tuberas transversales.Longitud ocupada por la placas. L* = 5.85 m.Altura de la lmina de agua sobre las placas, h = 0.80 m.

N* = 4.87.

Tomamos N* = 5

Caudal por Tubera Transversa! recolectora por cada Sedimentador, Qs

Se calcula suponiendo que una unidad recibe la totalidad del caudal de la plantacuando la otra se encuentra en limpieza.

, Q

Donde :

Qs : Caudal por Tubera Transversa! recolectora por cada Sedimentador,Q : Caudal total de diseo. Q = 0.021 rrrVseg.

47

N* : Nmero de tuberas transversales. N* = 5

Qs = 0.0042 m3/seg.

Dimetro de la Tubera de Recoleccin. D

El dimetro de esta tubera se calcula por un proceso iterativo, partiendo de undimetro supuesto, hasta hacer cumplir la condicin de funcionamiento a flujolibre en la tubera. Para que esta condicin se cumpla la altura mxima del niveldel agua dentro de la tubera debe ser menor que el dimetro de la misma.

Altura Crtica, hc

Q Vh 0,483] -yJ + 0.083 D

Donde:

hc : Altura Crtica en m.Qs : Caudal en la Tubera Transversal recolectora por cada

Sedimentador, Qs = 0.0042 nfVseg.D : Dimetro de tubera. Suponiendo D = 4" =0.1016 m.

hc = 0.066 m.

Altura Mxima, hmx (Fair)

hmx= 1-73 hc

Donde :

hmx : Altura Mxima en m.

hc : Altura Crtica. hc = 0.066 m.

hmx= 0.11 m. = 4.33"

Para garantizar flujo libre adoptamos un dimetro superior:

D = 6"

48

Caudal por Orificio de la Tubera de Recoleccin, q0

Donde :

q0 : Caudal por Orificio de la Tubera de Recoleccin en m3/seg.

C : Coeficiente de descarga en el orificio. C = 0.90A : rea del orificio. Considerando dimetro de los orificios d = Vi'

Tenemos A = 1.27 X10"4 m2.g : Aceleracin gravitacional en m/seg2.h : Altura de la lmina de agua sobre los orificios. Consideramos

h = 0.10m.

qo = 15.96 X 10^ m3/seg.

Nmero de los Orificios por Tubera de Recoleccin, n

Q1 = 777

Donde :

nq=QN*

Nmero de los Orificios por Tubera de RecoleccinCaudal por Orificio. q0 = 15.96 X 10 nrVseg.Caudal tota! de diseo. Q = 0.021 rrrVseg.Nmero de tuberas transversales. N* = 5

n = 26

Se perforan orificios de d = Vz " en la parte superior de los tubos, separados 9 cm.de centro a centro, a partir de 4.5 cm. desde el extremo de la tubera derecoleccin.

A.3.5.19. Estructura de Entrada a los Sedimentadores

Dado que la longitud de la zona de sedimentacin es corta, el ingreso del agua alos sedimentadores se efectuar directamente desde el canal de agua floculada,por medio de orificios rectangulares { 2 por sedimentador ), provistos decompuertas de madera deslizantes para aislar una unidad durante el lavado. En

49

cada abertura de entrada, el gradiente de velocidad deber ser menor o igual quee! de la ltima zona del floculador.

Caudal por Abertura, Qa

Qa = ei 82 C b h3/2

Donde :

Q61

a

bh

Caudal por abertura rrrVseg.Coeficiente de reduccin para vertederos de pared gruesa.Coeficiente de reduccin por la influencia de la carga aguas abajopara vertederos ahogados.Coeficiente adecuado de un vertedero de pared delgada sincontracciones laterales, en iguales condiciones de descarga libre.Ancho de la abertura en m.Altura de la lmina de agua en el canal en m.

Con un ancho adoptado de abertura de 8 cm. y admitiendo una diferencia de nivelentre el canal y e! sedimentador mnima ( h -h' = 0.01), tenemos :

h -h 'Re lacion = :

Donde :

h : Profundidad del agua en el canal de salida del floculador.h = 0.35 m.

h-h' : Diferencia de nivel entre el canal y el sedimentador.h-h '= 0.01

Relacin = 0.028 => s2 = 0.50

Los valores de si y C son los mismos que para el canal de salida de losfloculadores.

Ei = 1.0C = 1.8

Con los valores encontrados hallamos el caudal de funcionamiento para cadaabertura.

Qa= 0.015 m3/seg.

50

Este caudal es mayor al caudal que pasara por cada abertura (0.0105rrrVseg.),cuando la otra unidad estuviese fuera de servicio, condicin quegarantiza su adecuado funcionamiento para esta eventualidad.

Calculo de la Velocidad de Paso por ia Abertura, V

Donde :

V :Q :

Velocidad de Paso por la abertura en m/seg.Caudal de la abertura en condiciones normales. Q = 0.005 m3/seg.(Son dos sedimentadores, cada uno con dos cmaras)rea de la abertura. A = 0.08 * 0.35 = 0.028 m2.

V = 0.18 m/seg.

Gradiente de Velocidad en la Abertura, G

Donde :

G

fRV

G = 2821/2

/3/2

Gradiente de Paso por la abertura en seg "1

Factor de correccin por temperatura. = 1.17 (Para T = 15 C)Factor de friccin de Darcy - Weisbach . f = 0.02 (Para concreto)Radio hidrulico. R = 0.036 m.Velocidad de Paso por la abertura. V = 0.18 m/seg.

G = 18.8 seg.1

Este gradiente debe reducirse aumentado las aberturas a 10 cm7. Los nuevosvalores obtenidos son :

Qa= 0.018 nrVseg.

V = 0.14 m/seg.

7 Es ms apropiado a nivel constructivo.51

= 17seg."1

A.3.5.20. Tubera Centra! de Recoleccin del Agua Sedimentada

Dimetro de la Tubera de Recoleccin, D

El dimetro de esta tubera se calcula por un proceso iterativo, partiendo de undimetro supuesto, hasta hacer cumplir la condicin de funcionamiento a flujolibre en la tubera. Para que esta condicin se cumpla la altura mxima del niveldel agua dentro de la tubera debe ser menor que el dimetro de la misma.

Altura Crtica, hc

Q V 30.483I - | r j + 0.083 D

Donde :

hc : Altura Crtica en m.Qs : Caudal en la Tubera Transversal recolectora. Se

dimensiona para un Sedimentador recibiendo todo elcaudal de la planta. Qs = 0.021 n7seg.

D : Dimetro de tubera. Suponiendo D = 10" = 0.254 m.

hc = 0.11 m.

Altura Mxima, r w (Fair)

hmx= 1-73

Donde :

hmx : Altura Mxima en m.hc : Altura Crtica. hc = 0.11 m.

hmx= 0.19 m. = 7.48"

El dimetro usado es adecuado para garantizar flujo libre.

52

D =

Se emplear tubera de P.V.C W-Reten, uniendo los tubos transversales de 6" ala tubera recolectara mediante sillas T de 10 X 6 .

A.3.5.21. Zona de Lodos

Los lodos se recolectaran en e! fondo, en un volumen aproximado del 20% de lazona de sedimentacin y se recolectaran en una canaleta con orificios en elfondo, denominada mltiple recolector.

Volumen de la Zona de Sedimentacin, Vs

V S = L B H

Donde :

VLBH

s Volumen de la zona de sedimentacin en m3.

Longitud de la zona de sedimentacin. L = 5.85 m.Ancho de cada sedimentador. B = 2.40 m.Profundidad de la zona de sedimentacin. H = 1.84 m.

Vs = 25.83 m3.

Tomamos Vs = 26 m3.

Volumen de la Zona de Lodos, VL

VL=0.20 Vs

VL=5.20 m3.

53

A.3.5.22. Mltiple Recolector de Lodos

Se disea un mltiple recolector de lodos largo teniendo en cuenta que paralograr una buena equiparticin del flujo el coeficiente R8 debe ser inferior a 0.50.

Nmero de Orificios por Cmara, n

RA.

2A0Donde :

n : Nmero de orificios.R : Coeficiente de Miller. Adoptamos R = 0.45Ao . rea de! orificio. Seleccionando dimetros de IV". Ao=1.14X10~

3m2

Am : rea del mltiple recolector de lodos. Adoptamos una seccincuadrada de 0.30 m. X 0.30 m. Am = 0.09 m

2.

n = 18 orificios en cada cmara.

Distancia a la Cual se Presenta la Velocidad de Arrastre, X

Donde:

Xdhva

Distancia a la Cual se Presenta la Velocidad de Arrastre en m.Dimetro del orificio, d = 1 14 " = 0.038 m.Carga sobre el orificio, h = 3.0 m.Velocidad de arrastre. Adoptamos Va = 0.025 m/seg

X = 0.45 m.

Donde:

L.L*

ee

Longitud del mltiple en m.Longitud ocupada por placas. L* = 5.85 m.Longitud de placa. I = 1.20 m.ngulo de inclinacin de las placas. 0 = 60c

Separacin entre placas, e = 0.05 m.

L = 7.45 m.

Se colocaran 18 de 11/2 "orificios a lado y lado de! mltiple, iniciando a 24centmetros al centro del primer orificio y el resto separndolos 41 centmetroscentro a centro.

A.3.5.23. Canal de Salida de los Sedimentadores

La descarga de las dos tuberas centrales de 10" que recolectan el aguasedimentada se har mediante vertimiento libre a un canal de salida, de 0.40 m.de ancho.

Para garantizar la descarga a flujo libre adoptamos una cada de 0.15 m., tambinadoptamos una altura de la lmina de agua en el canal de 0.35 m. para podergarantizar el sello hidrulico del tanque de desinfeccin. Esta profundidad puedeser obtenida variando la pendiente del canal.

Pendiente del Cana!, S

VN

.R2'3

Donde:

SVNR

Pendiente de Canal en m/m.Velocidad en el canal. V = 0.15 m/seg.Coeficiente de rugosidad de Manning. N = 0.013 (Concreto Afinado)Radio Hidrulico. R = 0.13m.

S = 5.77* 105 m/m.

S = 0.0058 %10

A nivel constructivo esta pendiente es horizontal.55

V del Nivel del Agua en Canal de Salida = 3235.00 -015 = 3234.85 m.s.n.m.

V del Fondo def Canal de Salida = 3234.85 - 0.35 = 3234.50 m.s.n.m.

A.3.5.24. Tanque Para Desinfeccin

El agua sedimentada se someter a desinfeccin con cloro, en un tanque con untiempo de retencin de 20 minutos.

Volumen del Tanque de Desinfeccin, V

V = Q tDonde :

VQt

Volumen del Tanque de Desinfeccin en m3

Caudal total de diseo. Q = 0.021 nrVseg.Tiempo de retencin, t = 1200 seg.

V = 25 m3

Se construir con tabiques de ladrillo para evitar espacios muertos.

A.3.5.25. Verificacin del Funcionamiento Hidrulico de! Tanque ParaDesinfeccin

Comprobacin de! Caudal de Trabajo, Qt

Aplicando la ecuacin de energa entre el cana! de salida de los sedimentadores yel tanque de desinfeccin tenemos :

V2 V2 fLV2H K

Donde :

H : Diferencia entre el nivel mximo de! agua en el canal de salida delos sedimentadores y el nivel mximo del agua en el tanque dedesinfeccin. Tomamos H = 0.60 m.

Vg

Velocidad del agua a travs de la tubera en m/seg.Aceleracin gravitacional en m/seg2.Coeficiente de prdidas a la entrada de la tubera. Ke = 0.50

56

f : Factor de friccin de Darcy - Waisbach. f = 0.02 (P.V.C)L : Longitud total de tubera. L=10m.D Dimetro de la tubera. Adoptamos D = 6" = 0.1524 mIKL : Suma de coeficientes de prdidas por accesorios. 2 codos de 90

EKL= 1.8

V= 1.60 m/seg.

Q = VA

Q = 0.029 m3/seg.

Este caudal es mayor que e! caudal total de diseo, lo cual indica que la tuberaes adecuada para transportar dicho caudal.

V del Nivel del Agua en el Tanque = 3234.85 - 0.60 = 3234.25 m.s.n.m.

Verificacin del Sello Hidrulico

Utilizando el caudal tota! de diseo encontramos la velocidad real de trabajo ycabeza disponible para esta condicin. Se emplea nuevamente la ecuacin deenerga.

V = 1.15 m/seg.

H = 0.31 m.

Cota Real de Funcionamiento

V del Nivel del Agua en Canal de Salida = 3234.5 + 0.31 = 3234.56 m.s.n.m.

Lo que nos da un sello hidrulico de 6 cm.

Cota de la tubera de Salida Final de la Planta

La tubera de salida del tanque de desinfeccin se ubicar con la clave a la cota3234.15, es decir 10 centmetros por debajo de la cota del nivel del agua en eltanque. En caso de que el nivel del agua en el tanque descienda por debajo de lacota 3234.25, se proceder el cierre parcial de la vlvula de compuerta ubicadaen la tubera de salida, para garantizar el sello hidrulico de 10 centmetros sobrela tubera.

57

V de la Tubera de Salida Final de la Planta = 3234.15 m.s.n.m.

V de Coronamiento del Tanque de Desinfeccin = 3234.55 m.s.n.m.

A.3.5.26. Dosificacin de Qumicos

A pesar de que en la fase I de este proyecto no de realizaron ensayos detratabilidad, por las caractersticas de! agua cruda, puede estimarse que serequerira una adicin de un lcali antes de la adicin del coagulante. Al aguasedimentada se deber as mismo realizar la desinfeccin con cloro en un tanquea la salida de la planta.

Como lcali se utilizar Cal Hidratada - CaOH2 -, adicionada a la entrada a laplanta y como coagulante Sulfato de Aluminio - Al2 (SO4)3 -(Alumbre).

Se estima, para los clculos posteriores, que la concentracin de la cal en elagua una vez adicionada, puede variar entre 20 y 40 mg/lt, en tanto que la dosisde alumbre variar entre 10 y 60 mg/lt.

La dosificacin de cloro ser tal, que permita tener una concentracin de clororesidual libre en el agua tratada entre 0.4 y 1 mg/lt.

reas Para Almacenamiento de Qumicos

Almacenamiento de Alumbre, Cal e Hipoclorto

Con una dosificacin promedio estimada de 30 mg/lt. y para un perodo deaprovisionamiento de un mes, se tiene un volumen de almacenamiento as:

Kg/mes de Alumbre = 30 gr/m3 X 0.021 m3/seg. X 86400 seg/da X 30 da/mes X 10"3 kg/gr.

Kg/mes de Alumbre = 1633 kg/mes

Es decir 2.0 toneladas mensuales para tener un excedente.

Con una densidad del sulfato de 0.95 ton/m3. Podemos encontrar el volumen dealmacenamiento mensual.

2V de Almacenamiento Mensual = = 2.10 m3.

0.95

58

Adoptamos una altura de almacenamiento de 1.50 m. y as definimos un rea dealmacenamiento.

2.10A de Almacenamiento = - = 1.40 m2.

Se define un espacio de 1.60 m. X 1.20 m. para e! almacenamiento del alumbre yun rea similar para la cal y el hipoclorito.

Dosificacin de Alumbre

Se har por va hmeda. Los clculos se efectan para un perodo de operacincontinua de 24 horas.

Caudal a Tratar = 0.021 m3/seg. = 1814.4 m3/da.

Dosificacin Promedio Requerida = 30 mg/St de sulfato de alumbre.

El producto comercial puede contener, dependiendo del grado, entre un 10 a 20%de impurezas. Determinamos el consumo diario de alumbre promedio as:

A l u m b r e ,

La solubilidad del sulfato de aluminio es muy alta, pero generalmente se obtienenmejores resultados con soluciones diluidas menores del 5%. Definiendo laconcentracin en un 4% (Equivalente a 40000 mg/lt o 40 gr/lt), el caudal dedosificacin con esta concentracin sera :

q Cq = Q CQ

Donde :

qcQC

q

Q

Cauda! de dosificacin.Concentracin del dosificador. Cq =4% = 40000 mg/lt.Caudal a tratar. Q = 21 It/seg.Concentracin requerida en el agua a tratar. CQ = 30 mg/lt.

59

q = 0.01575 It/seg. = 0.945 It/min.

El volumen diario de solucin requerido para 64 Kg. de alumbre es

40 gr /

El sistema de dosificacin a emplear consistir en la preparacin del volumen dedosificacin diariamente ( dosificacin por tandas). Para ello se emplearn dostanques de plstico reforzados con fibra de vidrio u otro material resistente a lacorrosin ; el primero de solucin y el segundo de dosificacin.

Si el tanque de solucin tiene un volumen de un metro cbico y el de dosificacintiene el mismo volumen, puede prepararse el volumen necesario para operar elsistema por un da continuamente, si adicionamos en el primer tanque 64kilogramos de alumbre y luego adicionamos agua hasta completar 1600 litros yagitamos continuamente. Al final del da se drenan las impurezas del fondo decada tanque y se repite la operacin.

Cuando el caudal de la planta sea inferior de 21 It/seg., por ejemplo 10 It/seg., elprocedimiento sera similar, salvo que en lugar de adicionar 64 kilogramos dealumbre para un da, se adicionaran 32 (ello significara que a concentracin aemplear sera del 2% si se mantiene el mismo volumen de 1600 litros de agua).

El sitio de aforo del caudal de dosificacin requerido se encuentra a la salida deltanque de dosificacin. Mediante una probeta graduada, debern medirse 945mililitros en un minuto. El caudal puede ajustarse mediante a graduacin de laaltura del orificio y/o apertura o cierre del registro.

Dosificacin de Ca!

El Ca (OH)2 (Cal hidratada a apagada) es un polvo que puede contener hasta un20% de impurezas. El consumo diario estimado de Ca (OH)2 en promedio ser :

Ca (OH), = l l - n ^ ' d i a M - 9 r I ^ = 68025 gr/dia , 68 kg/dia.0.80

60

Dada que la solubilidad de la cal es muy baja (1.2 gr/lt), no ser conveniente ladosificacin por va hmeda. Se emplear un dosificador comercial gravimtricoen seco.

Dado que 68 kg/da es aproximadamente igual a 47.2 gr/min, con una solubilidadde 1.2 gr/lt, el caudal de dosificacin sera :

Se puede considerar un dosificador con un rango entre 20-100 gr/min.

El dosificador se instalar dentro de la caseta de operacin y el agua se proveeral mismo por gravedad desde un tanque alto diseado para suministro de laplanta.

Dosificacin de Cloro

Se har en solucin al 0.1% de hipoclorito de calcio o hipoclorito de sodio. Ladosificacin a partir del hipoclorito de calcio es la siguiente :

El hipoclorito de calcio Ca(OCI)2, es un polvo con un contenido de cloro del 70%,muy soluble en agua y muy estable, siempre y cuando sea almacenadoprotegindolo de la humedad.

La dosificacin a aplicar ser de 0.7 mg/lt., para tratar de lograr unaconcentracin fina! en el agua tratada de 0.5 mg/lt. Para un da defuncionamiento continuo, con un caudal en la planta de 21 It/seg., la cantidad dehipoclorito ser :

Ca(OCI)2 = 1814.4 m31 d i a ^ - y 1 ^ 1814.4 gr/dia.

en caso En caso de que el porcentaje del producto comercial sea diferente,deber reemplazarse el valor de 0.7 en la frmula anterior para hallar el consumodiario de Ca(OCI)2.

61

La solucin de cloro a aplicar tendr una concentracin del 0.1% de Ca(OCI)2., loque es equivalente a 1 gr/lt. 1000 mg/lt.

El caudal de dosificacin requerido ser :

q Cq = Q CQ

Donde :

qCQC

Caudal de dosificacin.Concentracin del dosificador. Cq = 0.7 x 1000 mg./lt. = 700 mg/lt.Caudal a tratar. Q = 21 It/seg.Concentracin requerida en el agua a tratar. CQ = 0.7 mg/lt.

21 It/seg. X 0.70 mgit.^ T T ^ =0.021 It/seg. = 1.26 it/min.700 mg / It

El volumen diario de solucin requerido ser de 1814.4 It/da.

Por tanto para la dosificacin de cloro se utilizar un sistema similar al empleadopara la dosificacin del alumbre. Se adicionan 1814 gramos de Ca(OCI)2. por dade operacin en el primer tanque de un metro cbico, y se completa con agua deltanque alto hasta 1814 litros agitando continuamente. El caudal de dosificacinde 1.26 It/min. deber aforarse a la salida del segundo tanque.

A.3.5.27. Sistema de Drenajes de la Planta de Tratamiento

Drenaje de los Sedimentadores

El espigo de salida del mltiple recolector de lodos se unir a tubera P.V.C tipoW-Reten de 6".

Con pendiente del 1 % a partir de codo que une la tubera se tiene :

- V Batea de Salida de la Tubera a Partir de Codo = 3231.89 m.s.n.m.

62

- Longitud aproximada hasta la cmara de vlvulas = 9.50 m.- V Batea de Llegada de la Tubera = 3231.80 m.s.n.m.- V Clave de Llegada de la Tubera = 3231.95 m.s.n.m.- V del Terreno en el Sitio de Cmara = 3232.20 m.s.n.m.

Drenaje de los Floculadores

Por debajo de cada uno de los floculadores se ubicar la tubera de drenaje enHierro Fundido de 6" . Que unir por medio de tees reducidas de 6 X 3 pulgadas,los drenajes de cada una de las cmaras del floculador. Al final de! floculador latubera de HF de 6" se cambiar a P.V.C tipo W-Reten de 6". La tubera de HFdebajo de cada floculador tendr !a misma pendiente del fondo del canal delfloculador, es decir de 3.5%.

- V Batea de la Tubera de 6" HF al inicio del Floculador = 3232.50 m.s.n.m.- V Batea de la Tubera de 6" HF al final del Floculador

= 3232.50-13X0.035 =3232 m.s.n.m.

A partir del codo de unin entre la tubera de HF y P.V.C, la pendiente se reduciral 1% hasta la cmara de! vlvulas.

- V Batea a la Entrada de la Cmara de Vlvulas = 3232.0 -14 X 0.01= 3231.86 m.s.n.m.

- V Clave a la Entrada de la Cmara = 3232 m.s.n.m.

Drenaje del Tanque Desarenador Inicial

La tubera de HF de 4" de salida por debajo del tanque, se unir a tubera P.V .Ctipo W-Reten de 4". Se mantendr horizontal a la salida hasta el segundo codode P.V.C, de all hasta ia cmara de vlvulas tendr pendiente de 10%, menorque la del terreno.

V Batea de Salida de la Tubera a Partir del Segundo Codo=3234 m.s.n.m.V Batea de Llegada a la Cmara de Vlvulas = 3234 -20 X 0.1

= 3232.0 m.s.n.m.

Drenaje del Tanque de Desinfeccin63

Se har por medio de tubera lateral de 4" en la ltima cmara. El pasa muros dehierro fundido se unir tubera de P.V.C, que se llevar a la misma cmara devlvulas del tanque del desarenador inicial (cmara 3).

V Batea de Salida de la Tubera =3232.25 m.s.n.m.V Batea de Llegada antes de la Cmara =3232 m.s.n.m.

A.3.5.28. Diseo del Tanque de Almacenamiento Para Suministro de laPlanta

Se decidi disear un tanque elevado que permita el suministro de todos losservicios (bao, laboratorio y dosificadores) por gravedad.

En dependencia del dosificador de cal, el consumo diario del caudal de la plantapuede estimarse a partir del caudal de dosificacin. Si el caudal es de 0.5 It/seg.el volumen diario de agua sera :

Consumo = 0.0005 X 86400 = 43.2 mVda.

Estimando el consumo adicional para los dosificadores de alumbre y cloro y elconsumo propio de la planta como un 30% del volumen anterior, el consumodiario sera :

Consumo Tota! de la Planta = 56 m3.

Admitiendo intervalos de funcionamiento de la bomba de una hora, para llenar untanque elevado de 10 m3.

Dimensiones del Tanque Adoptado

El tanque de 10 m3 ser cbico con 2.25 m. de arista. El rea superficial internaes de 5.06 m2 y la altura del nivel del agua ser de 2.0 m., con un borde libre 0.25m.

Caudal de bombeo, Q

- 7Donde :

Q : Caudal de bombeo en It/seg.

64

V : Volumen de almacenamiento. V = 10000 11t Intervalo de bombeo, t = 3600 seg.

Q = 2.8 It/seg = 3.0 It/seg.

Dimetro de la tubera de impulsin, D

D=1.3X1/4VQ

Donde :

D : Dimetro de la tubera de impulsin en m.X : Nmero de horas de bombeo al da. X = 5.6 horas. = 0.23 das.Q : Caudal de bombeo. Q = 3 It/seg. = 0.003 m3/seg

D = 0.049 m.

Tomamos D = 2".

La tubera de impulsin ser de 2" y la de succin de 2". La succin se hardesde el ltimo compartimiento del tanque de desinfeccin y la bomba se ubicaradentro de la caseta de operacin en e! segundo nivel.

Altura de Succin, Hs

= 3236.50 - 3234.25 = 2.25 m

Altura de Descarga, Hdescarga

= 3245.0" - 3236.50 = 8.50 m

11 Esta ser la cota del nivel mximo del agua en el tanque.65

Prdidas en la Tubera de Succin, hfs

ACCESORIO

7 Codos de 90 de HG

Rejilla

Unin Universal en HG

Tubera de 2" en HG

Total

LONGITUD EQUIVALENTE EN M. (2" )

2.94X7 = 20.6

14.0

0.12

10.00

37.0

Segn Hazen - Williams :

H,3 x 1 0 5 *(L + Le)Q

1.85

\4.866/1-85

Donde

Q:C:D:H f:L:Le:

Caudal de succin (QMD) = 2.8 It/segCoeficiente de friccin de la tubera ( HG = 130 )Dimetro de la tubera en m. D = 2" = 0.0508Perdidas absolutas en m.Longitud de tubera . L = 10 m.Longitud equivalente para accesorios. Le = 35 m.

hf. = 2.20m.

Energa Disponible en la Succin, Es

Donde :

s ~~ , succin succin

EsPatm

Y

""Isuccin

ntsuccin

Energa Disponible en la Succin en m.Presin atmosfrica a 3235 m.s.n.m.Peso especfico del agua, y = 1000 Kg/m3

Altura de succin. HSUCctn = 2.25 mPerdidas en la succin. hfsuccin= 2.20 m.

Presin Atmosfrica, Patm

Donde :

Patm

Po

z

Presin Atmosfrica en kg/m2.Presin absoluta sobre le nivel de! mar. Po = 10333 kg/m

2

Cota a la que se desea hallar la presin atmosfrica.Z = 3232 m.s.n.m.

Patm = 6938 kg/m2.

Patm = 6.94 mea.

Con los valores anteriores hallamos la energa disponible en la succin.

Es = 2.62 m.c.a

NPSH Disponible

Donde:

(NPSH)DEsPvY

(NPSH)D=ES-PV

Altura disponible para evitar cavitacin de la bomba en m.c.a.Energa de succin disponible. Es = 2.62 m.c.aPresin de vaporizacin. Pv = 0.2 m.c.a ( a 15C)

12

Peso especfico de! agua, y = 1000 Kg/m3.

|NPSH)D = 2.42 m.c.a

SOTELO AVILA, Gilberto. Hidrulica General. Volumen I. Editorial Limusa. Mxico D.F. 1991. p. 30.fig. 1.12

67

Para que no se produzca cavitacin en la bomba debe cumplirse que el(NPSH)D sea mayor que el (NPSH)R (Dado por el fabricante de la bomba).

Prdidas en la Tubera de Impulsin, hfdescarga

ACCESORIO

1 Vlvula de Cheque

1 Unin Universal

7 Codos de 90

2 Vlvula de compuerta abierta

Salida

Longitud de Tubera de 2"

Total

LONGITUD EQUIVALENTE EN m. (2" )

2.87

0.12

20.6

0.52

1.50

29.0

54.0

Segn Hazen - Williams :

Donde :

QCDH f :L:Le:

H,3x10 5 * (L + Le)Q

1 85

4.866/^1.85Q4.866Q

Caudal de descarga (QMD) = 2.8 It/segCoeficiente de friccin de la tubera ( HG = 130 )Dimetro de la tubera en m. D = 2" = 0.0508Perdidas absolutas en m.Longitud de tubera . L = 29 m.Longitud equivalente para accesorios. Le = 26 m.

hfdescarga = 2.69 ITI.

Carga Total Sobre la Bomba, H

" n s u c c n "" "descarga "*" "'descarga

H = 13.45 m.

Necesitamos una bomba que cumpla con las siguientes condiciones :

Cabeza Dinmica TotalCaudal de Bombeo(NPSH)D

13.45 m. = 44.12 ft.2.8 It/seg. = 44.38 gpm.2.42 m.c.a =7.94ft.

Escogemos una bomba centrifuga IHM con las siguientes caractersticas

BombaModeloVelocidad de giroRotorDimetro Mximo de partculasConexin de la SuccinConexin de la DescargaEficiencia(NPSH)RPotencia Suministrada

2 X 2 X 4 Eje LibreSello Mecnico.3500 RPM.(j> = 89 mm.14 mm.2"2"50%1.9 m.c.a1 y2 H P

Potencia Requerida del Motor, P

Donde :

YQH

y Q H

75 TI

Potencia requerida del motor en HP.Peso especfico del agua, y = 1000 kg/m3.Caudal de bombeo. Q = 2.8 It/seg. = 0.0028 nfVseg.Cabeza dinmica total. H = 12.40 m.Eficiencia absoluta de la bomba. r| = 0.50

P = 0.92 HP

Luego la bomba seleccionada es adecuada.

69

A.3.6. LINEA DE CONDUCCIN UNIDAD DE TRATAMIENTO-TANQUESDE ALMACENAMIENTO

El diseo de esta lnea de conduccin tambin fue modificado, debido a que lanueva ubicacin de la unidad de tratamiento cambia totalmente eldimensionamiento y funcionamiento de la conduccin. En segundo lugar, lainclusin del barrio San Pedro aumenta la longitud de tubera de conduccin.

Se plantea la construccin de una lnea de conduccin comn para todos losbarrios, hasta un punto en el cual se ramifica, dividiendo el caudal en un 27.7%hacia San Pedro y un 72.3% para el resto de los barrios (De acuerdo con laproporcin de poblacin). El punto de derivacin esta localizado en la abscisaKO+313.83, a partir de la vlvula de salida de la planta de tratamiento,aproximadamente frente al barrio Villa Rosita, sobre la cota 3223.40 m.s.n.m. Locual garantiza el suministro por gravedad para todos los barrios. En el diseo deesta lnea de conduccin se debe tener especial cuidado en la distribucin decaudales, as se asegura la igualdad de condiciones en todo el sector.

A.3.6.1. Lnea de Conduccin Desde Planta de Tratamiento Hasta " T "de Derivacin

Criterios Generales de Diseo

La lnea de conduccin desde a planta de tratamiento hasta la derivacin seconstruir en tubera de P.V.C., y sus condiciones de funcionamiento son lassiguientes :

Caudal de Diseo. Las lneas de conduccin en general se disean con elCaudal Mximo Diario. Qd = 0.021 m3/seg.

Longitud de la Tubera. Determinada del trazado efectuado en planta a travsde! corredor caracterizado mediante los trabajos de topografa efectuados. Seobtuvo una longitud total