INFORME FINAL

INGENIERÍA BÁSICA EMISARIO SUBMARINO DE TERMINAL MARÍTIMO GREGORIO, XII REGIÓN.

DICIEMBRE 2006

ÍNDICE CONTENIDOS

1 INTRODUCCIÓN................................................................................................................ 1 2 ALCANCES DEL ESTUDIO ............................................................................................... 2 3 ESTUDIOS DISPONIBLES Y LÍNEA BASE ...................................................................... 3

3.1 Estudios Disponibles Terminal Gregorio. ...................................................................................... 3 3.2 Antecedentes Cartográficos .......................................................................................................... 3 3.3 Levantamientos Topobatimétricos................................................................................................. 3 3.4 Análisis de la Información Disponible............................................................................................ 3

3.4.1 Estudios de Reconocimiento .......................................................................................... 4 3.4.2 Estudios Oceanográficos y de Agua de Mar .................................................................. 6

4 DISEÑO DE LAS OBRAS .................................................................................................. 7 4.1 Emisario Submarino ...................................................................................................................... 7 4.1.1 Introducción................................................................................................................................... 7 4.1.2 Criterio Básico de Diseño.............................................................................................................. 8 4.1.3 Antecedentes ................................................................................................................................ 8 4.1.4 Marco Regulatorio Ambiental ........................................................................................................ 9 4.1.5 Diseño Sanitario del Emisario. .................................................................................................... 11 4.1.6 Diseño Hidráulico del Emisario.................................................................................................... 23 4.1.7 Diseño Estructural del Emisario. ................................................................................................. 25

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1 INTRODUCCIÓN

La empresa ENAP Magallanes, tiene contemplado dentro de sus planes de inversión, la

ejecución de las obras necesarias para efectuar el tratamiento y disposición final de los RILES

generados en el Terminal Marítimo y Pasarela de Gregorio situado en el sector de Bahía Gregorio,

que se ubica en la Segunda Angostura del Estrecho de Magallanes, XII Región de Chile.

Para tales efectos ENAP contrató con el Consorcio GHD-SIGA Ingenieros Ltda. una

consultoría para la ejecución de la ingeniería básica e ingeniería de detalles para la solución de la

disposición final de los efluentes industriales en base a un emisario submarino.

Las obras contempladas en el estudio integral son las siguientes:

• Planta de Tratamiento Preliminar de los Riles

• Planta Elevadora

• Impulsión y aducción Terrestre

• Cámara de Carga

• Emisario Submarino

De acuerdo a lo establecido en los Términos de Referencia, la presente consultoría se

refiere a la definición de la ingeniería básica del emisario submarino para los RILES del Terminal

Gregorio, cuya Memoria de Cálculo se presenta a continuación.

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2 ALCANCES DEL ESTUDIO

El objetivo del presente estudio es dimensionar el emisario submarino para efectuar el

tratamiento y disposición de los efluentes del Terminal Gregorio.

No se incluye el diseño de las obras complementarias, ni el cálculo estructural del emisario,

que forman parte de la Ingeniería de Detalles.

Para tales efectos, el estudio se desarrolló en 2 etapas. La primera de ellas se refiere a la

Recopilación de Antecedentes y Evaluación Preliminar, en tanto la segunda Etapa se refiere al

dimensionamiento del emisario a nivel de ingeniería básica.

La primera etapa que correspondió a la Recopilación de Antecedentes y Evaluación

Preliminar que incluyeron visitas y trabajos de terreno, como asimismo la evaluación de los

antecedentes disponibles por ENAP, permitieron analizar las alternativas posibles.

La determinación de la ubicación del emisario, fue definida luego de un análisis de las

posibilidades existentes, que contemplan una amplia zona apta para la instalación del emisario

submarino contiguo al sector de las instalaciones del Terminal de Gregorio, en el sector de la

Bahía de Gregorio propiamente tal.

Luego de analizar las distintas alternativas y considerando las inversiones y costos de

operación para el emplazamiento de las obras en tierra, como asimismo las características y uso

del borde costero y las restricciones naturales del sector, se concluyó que existen dos alternativas

convenientes para la instalación del emisario, ambas ubicadas en el sector del Terminal, con una

orientación del emisario hacia el Este o hacia el Sur Este.

La segunda etapa de esta Consultoría consiste en el cálculo ambiental del emisario

submarino (determinación de la longitud del emisario) y el cálculo hidráulico del emisario

(determinación del diámetro y carga hidráulica). En una etapa posterior, se desarrollarán las etapas

de ingeniería de detalles tanto del emisario como aquellas correspondiente a las obras en tierra.

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3 ESTUDIOS DISPONIBLES Y LÍNEA BASE

3.1 Estudios Disponibles Terminal Gregorio.

Dentro de los estudios proporcionados por ENAP, se encuentran los siguientes

antecedentes:

• Estudios Ecología Bentónica, Análisis Aguas Receptoras y Análisis de Sedimentos para Riles

Gregorio, NEREO Consultores, 2006

• Estudio Oceanográfico para Disposición de Riles en Gregorio y Análisis de Sedimentos

para Riles Gregorio, NEREO Consultores, 2006

• Estudio Oceanográfico Terminal Marítimo y Pasarela de Gregorio para ENAP Magallanes,

elaborado por HIGESA S.A. en Noviembre de 1998.

• Estudio Determinación de la ZPL preparada por SIGA en Julio 2006.

• Levantamiento y caracterización de los vertidos líquidos de las instalaciones terrestres de

ENAP, preparado por el Instituto de la Patagonia de la Universidad de Magallanes.

3.2 Antecedentes Cartográficos

Entre ellos se cuenta con lo siguiente:

• Atlas Hidrográfico de Chile, Carta Nº 1144, Estrecho de Magallanes, Bahía Gente Grande

a Primera Angostura, Escala 1: 100.000, actualizado a Febrero del 2003.

3.3 Levantamientos Topobatimétricos

Se cuenta con los siguientes antecedentes:

• Batimetría de precisión Pasarela y Terminal Multiboya, Bahía Gregorio, elaborado por

HIGESA S.A. en Febrero 1999 y revisado por el SHOA en Agosto 1999.

• Levantamiento Batimétrico, elaborado por la empresa SOCING Ltda., en Julio 2006.

3.4 Análisis de la Información Disponible

Se efectuó un análisis de los antecedentes obtenidos y elaborados por los consultores

antes citados.

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Se procedió a chequear, validar y actualizar dicha información de acuerdo al siguiente

ordenamiento:

3.4.1 Estudios de Reconocimiento

A continuación se realiza un análisis de la información entregada por ENAP.

Descripción y uso del borde costero y litoral

De acuerdo a lo indicado en los estudios disponibles, no existen áreas de manejo

asignadas o en trámite y la zona no tiene el carácter de Área Apta para Acuicultura (AAA). Por otra

parte, no obstante la existencia de varios ductos submarinos en la zona del Terminal Gregorio, el

litoral costero del sector en estudio no presenta restricciones naturales ni técnicas que puedan

limitar el libre emplazamiento del emisario.

Análisis de las alternativas para ubicación de un emisario

De acuerdo a la topografía, batimetría y condiciones locales de las instalaciones del

Terminal Gregorio y la ubicación de los ductos submarinos existentes, se plantearon dos

alternativas de ubicación tomando como referencia la actual descarga de los RILES.

Alternativa A: La primera de ellas, consiste en una proyección desde el actual punto de

descarga hacia el Este siguiendo con el emisario submarino en dicha dirección.

Alternativa B: La segunda alternativa del trazado consiste en un ducto terrestre que se

instalaría a partir de una planta elevadora ubicada en el sector inmediatamente antes de la

descarga existente hacia el Sur, hasta un punto paralelo a los ductos existentes que se orientan

hacia el SE.

En consecuencia, las alternativas de instalación de un emisario submarino tendrán una

orientación que varía entre 90º y 135º.

Disposición General del emisario

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La ubicación propuesta del emisario y su relación con el entorno, se esquematiza en la Fig

3.1 siguiente.

Fig. 3.1. Ubicación del Emisario Terminal Gregorio

Determinación de la ZPL De acuerdo al estudio realizado con este propósito, se ha propuesto una ZPL cuyo ancho

es de 180 m. En conformidad con los antecedentes señalados en dicho estudio, se establece que la pendiente media del fondo marino entre el NRS y el veril de 10 metros de profundidad es de un 2,4 % y una altura de ola media de rompiente Hb= 1,9 m.

Definición de Zonas Aptas para la Instalación de Emisarios Submarinos

Durante la visita al terreno se ha verificado que las ubicaciones propuestas para el

emisario, presentan ventajas y desventajas que son convenientes de comentar. La Alternativa A, tiene como ventajas que el trazado del emisario es independiente de los

ductos que unen el sector de la multiboya con tierra y que el trazado en tierra es menor. Sin embargo, presenta como gran desventaja que el trazado marítimo es mucho mayor por la baja pendiente en la zona intermareal, es decir, se requiere de mayor longitud en el mar para unir el NRS con el punto de descarga.

En tanto la Alternativa B, tiene la ventaja que el punto de descarga tiene mayor

profundidad, sin embargo, en el caso de optar por dicha alternativa, habrá que analizar las posibles restricciones que presentan la presencia de otros ductos y las restricciones que puede representar la presencia de anclas y cadenas para la instalación de un nuevo ducto.

Respecto a las ventajas y desventajas para ambas alternativas, podemos comentar lo

siguiente:

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• La baja pendiente de la zona intermareal para la Alternativa A y la gran variación de marea y las fuertes corrientes, no favorecen la instalación de un emisario por medio de flotación y enterramiento.

• Las condiciones de oleaje, la batimetría existente y las condiciones del fondo marino, favorecen la instalación de un emisario por medio de la tecnología denominada “bottom pull” que consiste en instalar una tubería de acero revestida, arrastrándola por el fondo.

• El sector presenta condiciones favorables para el armado del emisario en tierra, aunque las condiciones climáticas adversas y la falta de recursos obligarán extremar el control de calidad, la supervisión y la logística de las obras. La evaluación desarrollada en terreno, permite concluir que la Alternativa A presenta la

desventaja que requiere de mayor longitud en el mar para alcanzar la misma distancia respecto al NRS en relación a la alternativa B. Esta última presenta como ventaja que el trazado tiene mayor pendiente, con lo que es posible lograr mayor profundidad lo que favorece la dilución inicial. En definitiva, esta alternativa es más conveniente por requerir menor longitud en el mar.

Lo anterior nos permite concluir que la ubicación más conveniente es la Alternativa B, que

será en definitiva la que se adoptará. De este modo, las coordenadas del emisario son las que se indican en la siguiente Tabla. Tabla N 4.1. Franja Emisario Submarino de Terminal Gregorio

Punto Norte Este Arranque (Cámara de Carga)

4.169.020,84 418.978,67

Descarga 4.168.545,33 419.391.20 Datum: WGS 84

3.4.2 Estudios Oceanográficos y de Agua de Mar Bajo este título se han agrupado los estudios netamente relacionados con aspectos

oceanográficos, como son las Corrientes, Vientos, Mareas y Olas de Diseño, los cuales han sido analizados tomando en cuenta los antecedentes disponibles, y que se citan en los antecedentes consultados.

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4 DISEÑO DE LAS OBRAS

Se presenta a continuación la ingeniería básica de las obras comprendidas en el emisario submarino y la cámara de carga.

4.1 Emisario Submarino

4.1.1 Introducción.

La solución proyectada consiste en la instalación de un emisario submarino en sector del Terminal Gregorio. La ubicación general del proyecto se indica con flecha roja en la figura N°4.1

Fig. 4.1. Ubicación General del Proyecto

De esta manera, la calidad del agua del litoral del sector mejorará sustancialmente, por

cuanto se eliminará la descarga directa en la orilla del mar de los RILES, aprovechando la capacidad depurativa del medio marino. Como la descarga de los RILES se realizará lejos de la costa y a una profundidad razonable, se conseguirá una dilución inicial de la pluma de dispersión, evitando que esta impacte las áreas costeras que se desea proteger.

Las ventajas de una solución con emisario submarino, tanto para RILES como para aguas

servidas domésticas está ampliamente demostrada en todo Chile y particularmente en la XII Región, en donde instalaciones similares operan exitosamente.

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4.1.2 Criterio Básico de Diseño En casos como el del Terminal Gregorio es preferible asegurar que en la pluma de dilución

por sí misma (dilución inicial) se obtenga el valor necesario de dilución, de forma que el material sujeto a dispersión mecánica por acción de las corrientes y viento ya haya sido abatido y disuelto lo suficiente como para no depender de incertidumbres de campo lejano.

4.1.3 Antecedentes Se han considerado los siguientes antecedentes en la elaboración de este estudio

(a) Decaimiento del contaminante (T90). Según lo examinado por los antecedentes consultados, los RILES del Terminal Gregorio no

contienen coliformes, siendo en consecuencia la DBO el parámetro que controla el diseño del emisario submarino.

Tomando en cuenta lo anterior, no sería aplicable el concepto de T90 para el DBO. Sin

embargo, el modelo requiere como dato de entrada un valor para este parámetro. El DBO es un contaminante que decae con mucha lentitud. Se adopta una constante de

reacción que equivale a un T90 de 48 hrs, aunque incluso se podría adoptar cualquier valor mayor, incluso sobre 100 hrs, sin embargo, este parámetro no tiene incidencia alguna en el resultado final. Esto hace que el fenómeno del decaimiento sea muy secundario como “mecanismo” de abatimiento y disminución de la concentración.

(b) Dilución Inicial

Al realizarse la descarga en forma submarina, la pluma de aguas descargadas ascenderá a

la superficie ya que su densidad es menor que la densidad normal del medio marino. Al ascender, la pluma se diluye en la columna de agua y se expande horizontalmente; la dilución que se produce a una cierta distancia alrededor del punto de vertido, en donde la pluma se estabiliza y alcanza su máxima elevación, se denomina dilución inicial.

En un medio marino no estratificado (columna de agua homogénea), la pluma puede

alcanzar la superficie, aprovechando toda la columna de agua para diluirse, en tanto que en uno estratificado dicha pluma puede quedar atrapada a cierta profundidad, condición deseable por efectos estéticos, pero desfavorable respecto de la dilución inicial, que se verá disminuida al conseguir una menor altura de agua para diluirse y mezclarse. La mínima dilución inicial que puede esperarse de un proyecto de emisario submarino es 1:100.

En este caso en particular, los antecedentes disponibles permiten confirmar que existe un

medio marino algo estratificado. En consecuencia, se puede adelantar que existirá una buena dilución inicial y que la pluma quedará atrapada antes de llegar a la superficie.

(c) Dispersión Mecánica

Es el fenómeno puramente superficial de expansión y desplazamiento de la mancha

contaminante debido a la acción de las corrientes. En el caso de este emisario, se intentará que no juegue un rol importante, lo que se logra

consiguiendo que la dilución inicial por si sola genere el abatimiento adecuado del contaminante, lo que se logra por el régimen de corrientes en la zona de descarga del emisario. (d) Régimen de oleaje

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Según lo indicado en el informe del Estudio de Olas preparado por HIGESA, los datos de

olas medidos en el período y en la zona en estudio, permiten concluir que el mayor número de observaciones se encuentra en el rango de entre 0.01 m a 0.25 m de altura con un 58.09% de ocurrencia, con alturas que le siguen en frecuencia de entre 0.26 a 0.50 m asociado a un 34.08% de ocurrencia. Se observa además que las mayores alturas de olas detectadas están entre 1.26 y 1.5 m que ocurre a sólo el 0.05% de las observaciones de olas máximas medidas en la zona. Es importante desatacar que sólo el 7.81% de las alturas de olas máximas exceden los 0.50 m y el 0.03 % de las alturas de olas exceden los 1.0 m.

El análisis realizado para la determinación de las olas extremas permite concluir una altura

de ola máxima esperada de 2.11 m, 2.21 m y 2.36 m para un período de retorno de 30 años, 50 años y 100 años respectivamente.

En consecuencia, desde el punto de vista ambiental, el oleaje incidente en el litoral de

Gregorio puede generar un transporte de masa hacia la costa., ya que en la zona de instalación del emisario, la orientación del mismo se vería afectada por el oleaje del S – SE, que es el de mayor recurrencia.

Lo anterior, permite concluir, que desde el punto de vista estructural, la mejor orientación

del emisario es hacia el SE, es decir la Alternativa B.

4.1.4 Marco Regulatorio Ambiental

La normativa ambiental a considerar para el dimensionamiento del emisario submarino es la siguiente:

(a) Norma de emisión, D.S. 90/2000 MINSEGPRES

El Decreto Supremo N°90/2000 MINSEGPRES “Norma de Emisión para la Regulación de

Contaminantes asociados a las descargas de Residuos Líquidos a Aguas Marinas y Continentales Superficiales”, es la norma ambiental más importante relacionada con la evacuación de residuos líquidos al mar.

De acuerdo con esta Norma, todos los establecimientos emisores que descargan sus

efluentes al mar deben cumplir con los límites máximos de emisión de contaminantes establecidos en este cuerpo normativo.

Además, el D.S. N° 90 MINSEGPRES fija otros criterios para la evacuación de residuos al

mar, entre ellos define y discrimina una franja litoral denominada Zona de Protección Litoral (ZPL), que es más susceptible de alteración e impacto ambiental, y que tiene ciertas restricciones en áreas de manejo de recursos bentónicos.

El ancho de la ZPL se determina con la siguiente fórmula:

6,128,1×⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ ×

=m

HbA

en donde, A: Ancho de la zona de protección litoral, m Hb: Altura media de la ola rompiente, m

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m: Pendiente de fondo Básicamente, la ZPL es un ámbito de protección litoral que se extiende desde la línea de

bajamar hacia mar adentro, y que dependiendo de las condiciones de oleaje y de la batimetría del lugar puede alcanzar un ancho de decenas hasta centenas de metros.

La principal importancia de este concepto, es que los criterios de emisión son más

rigurosos dentro de esta zona que fuera de ella. Así por ejemplo, dentro de la zona de protección litoral no puede verterse líquidos cuyo índice DBO5 superior a 60 y cuyo índice Aceites y Grasas sea mayor a 20.mg/l.

De acuerdo a lo indicado anteriormente, se determinó una ZPL para la zona del Terminal

Gregorio de 162 m, adoptándose una medida de 180 m para este estudio.

(b) Norma Chilena Nch Nº 1333 Of.78 En Chile, la normativa sobre calidad de agua aplicable es la Norma Chilena NCh 1.333

denominada “Requisitos de Calidad del Agua para Diferentes Usos”, D.S. 867/1978 del Ministerio de Obras Públicas.

Esta Norma fija criterios de calidad que tienen por objeto proteger y preservar la calidad de

las aguas que se destinen a usos específicos, reconociéndose los siguientes usos: • Agua para consumo humano • Agua para la bebida de animales • Riego • Aguas destinadas a recreación y estética

(c) Diagnóstico de la descarga submarina fuera de la ZPL. El diseño del emisario debe respetar las normas de emisión y de calidad de agua indicadas

anteriormente. Al disponer las aguas industriales de proceso del Terminal Gregorio en forma submarina

fuera de la zona de protección litoral se debe verificar el cumplimiento de la legislación ambiental, esto es, verificar el cumplimiento de lo dispuesto en la Tabla N° 5 del D.S. N° 90 MINSIGPRES, titulada “Límites máximos permitidos para la descarga de residuos líquidos a cuerpos de agua marinos fuera de la Zona de Protección Litoral”. Este cuerpo normativo se aplica a las fuentes emisoras nuevas (o las fuentes existentes a partir del 5° año de vigencia de la Norma).

De acuerdo a los antecedentes disponibles, a continuación se presentan los parámetros

que conforman la caracterización del efluente.

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Tabla 4.1 Valores de los parámetros contenidos en la descarga final de los RILES del Terminal Gregorio (salida unidad de flotación).

Parámetro Valor medido * Limite Máximo

dentro de la ZPL

Límite Máximo fuera de la ZPL

DBO5(mg/l) 420 60 -- DQO(mg/l) -- -- -- Hidrocarburos Totales(mg/l) <20 10 20 Aceites y Grasas (mg/l) <150 20 150 Sólidos Suspendidos (mg/l) <300 100 300 Nitrógeno Total (mg/l) -- 50 -- Indice de Fenol (mg Fenol/l) <1 0,5 1 Sulfuro (mg/l) <5 1 5 pH 5,5-9 6- 9 5,5-9 Tº 47 30 -- * Se considera que las concentraciones después del mejoramiento del sistema de tratamiento serán menores al máximo permitido para descargar fuera de la ZPL. Nota: Según lo indicado por ENAP, el caudal de diseño se considerará en 700 m3/día.

4.1.5 Diseño Sanitario del Emisario.

(a) Modelación Para dar cumplimiento a la normativa establecida en el numeral anterior, se debe calcular

la longitud del emisario submarino. En este caso, el cálculo estará determinado para calcular la distancia necesaria a objeto que el contaminante DBO no ingrese dentro de la ZPL.

Los procesos que determinan la longitud del emisario, son la dilución inicial en el punto de

descarga del emisario y la dispersión mecánica y el decaimiento del contaminante. La dilución inicial (D1) que ocurre durante los primeros minutos al salir las aguas

industriales del emisario y ascender en la columna de agua recipiente que corresponde a la formación de la pluma y depende básicamente de la profundidad y de las características del difusor (1:100).

La dispersión horizontal o mecánica (D2) que corresponde al transporte por la superficie

del mar del contaminante y depende principalmente de las corrientes marinas (1:10). El decaimiento del contaminante (D3) corresponde a la desaparición del contaminante del

medio marino (orgánico y bacteriológico) por la acción de los procesos de sedimentación, floculación, acción bacteriológica del mar y otros. Tal como lo indicamos anteriormente, en el caso del DBO este valor es despreciable.

Respecto a la dilución inicial, debemos consignar que existen tres fenómenos que la

afectan: la mezcla causada por el impulso de los RILES al salir del emisario; la fuerza ascendente causada por la diferencia de densidad entre los RILES y el agua del mar (diferencias de temperatura y de salinidad) que hace que el campo de los RILES ascienda en la columna de agua extendiéndose en el proceso y, por lo tanto, mezclándose con agua de mar; y finalmente el efecto de la corriente que causa una mezcla lateral de agua de mar renovadora en el campo de la descarga de los RILES.

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El campo de RILES diluidas puede ascender a la superficie, o llegar a un nivel sumergido, dependiendo del grado de estratificación de la columna de agua.

En las últimas décadas se han elaborado diversos métodos para calcular la dilución inicial

del efluente vertido a través del emisario, cuyo valor exigido debe ser a lo menos 1:100. Estos modelos brindan predicciones de base empírica de la dilución que tiene lugar entre el

emisario y la superficie, basado en los valores suministrados de efluentes y del cuerpo receptor, caudal de descarga y velocidad de la corriente.

(b) Modelo 3 Plumes

En Chile, normalmente se ha utilizado el modelo 3Plumes de la Agencia de Protección

Ambiental (EPA), para la determinación de la longitud de los emisarios. Tiene la elección de dos modelos iniciales de dilución, seleccionados de acuerdo a las condiciones de descarga, y lo que se llama un modelo de “campo alejado”, que brinda una estimación de la dilución debido a difusión turbulenta y advección.

Este modelo permite analizar el comportamiento inicial de una pluma boyante descargada

a través de un sistema de difusores, y su evolución a medida que esta deriva con la corriente marina. Para este efecto, PLUMES engloba una formulación matemática e integra los tres procesos dinámicos que definen el comportamiento de una descarga submarina, siendo estos:

• Dilución inicial o formación inicial de la pluma en el área de vertido. • Dispersión y advección mecánica (transporte) de la pluma boyante a través del tiempo,

luego de haberse diluido inicialmente en el área de vertido. • Remoción o decaimiento del agente contaminante (que en este caso resulta despreciable)

a medida que la pluma de dispersión deriva con la corriente marina. Como resultado, se obtienen estimaciones de la pluma de dispersión (diluciones del

parámetro que se evalúa) a medida que esta se traslada con la corriente marina. Si bien el modelo PLUMES ha sido ampliamente aplicado en casi todas las instalaciones

submarinas que actualmente operan eficientemente en Chile y particularmente en el emisario de Punta Arenas y otras descargas en el Estrecho de Magallanes, posee una serie de limitaciones. Entre ellas, no tiene la capacidad de hacer su propia predicción de la velocidad de la corriente, asumiendo que la corriente marina es uniforme y permanente en un solo sentido, con lo cual, se dificulta el análisis bidimensional de los estados transitorios o inversiones de los flujos marinos. Por lo tanto, depende de los datos de las corrientes de otras fuentes, normalmente proporcionadas con las campañas de invierno y verano para la elaboración de los estudios ambientales que todo proyecto de esta naturaleza requiere.

Los parámetros ambientales más importantes en el diseño de los emisarios submarinos

generalmente son la estructura de la densidad del agua de mar recipiente y el régimen de las corrientes

(c) Caracterización oceanográfica del área de estudio y Parámetros de diseño.

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La caracterización oceanográfica del área de estudio que entrega los antecedentes

relativos al cuerpo receptor y la zona de influencia del proyecto, se encuentran detallados en los antecedentes recabados por el Consultor a partir de los estudios realizados por el SHOA y estudios de calidad de agua receptora realizados para este proyecto en particular.

Algunas bases de datos de dichos estudios fueron reprocesados con el fin de definir

criterios de cálculo para la correcta aplicación en los modelos. Esta información permitió definir las bases de diseño para la evaluación ambiental del

emisario submarino, principalmente en lo que respecta a: • Caudales de los RILES • Calidad del efluente • Batimetría • Estructura densimétrica de la columna de agua • Régimen de corrientes

Caudal de diseño: Según lo acordado con ENAP, el caudal promedio es de 700 m3 /día, lo que equivale a 8.1

l/s. No se tienen registros de caudal máximo horario ni proyección de la demanda. Según lo señalado por ENAP, se adoptará el caudal informado, adoptándose un caudal de diseño de:

Qdiseño = 8.1 l/s = 0,0081 m3/s

Concentración de contaminante del efluente

Según lo señalado en la Tabla 4.1, las aguas industriales de proceso contienen como

elemento contaminante principal la DBO. El emisario no remueve grasas ni aceites, los que serán eliminados en la unidad de tratamiento preliminar.

Para los efectos del diseño adoptaremos un valor de 420 mg/lt. Entonces el parámetro de

diseño es de: Co = 420 mg/lt, que es el valor adoptado para la concentración de DBO

Temperatura del efluente La temperatura del efluente define la densidad de la descarga, su flotabilidad y la rapidez

de ascenso de la pluma de dispersión. Para efectos de la modelación matemática de la descarga de los RILES, se adoptará el

valor indicado en la Tabla antes citada como temperatura del efluente: Temperatura del efluente : 47,0° C

Batimetría

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Para determinar las características del relieve submarino en la zona de trazado del emisario se consultaron los estudios citados en el numeral 3.3 y se realizaron levantamientos durante la ejecución del presente estudio.

El perfil longitudinal en el eje de la Alternativa B, muestra la configuración que se indica en

la Fig. 4.1. Fig. 4.1 Perfil Longitudinal Eje del Emisario

De acuerdo al antecedente anterior, podemos establecer el siguiente cuadro con los

valores de pendientes de fondo marino por rango de profundidades para el eje del emisario. Tabla 4.2: Pendiente de Fondo por Rango de Profundidades en Terminal Gregorio

Distancia de la Costa (m)

Profundidad (m)

Pendiente (%)

0,00 0 10 -0.33 0.33 30 -0.22 -0.55 50 -0.27 0.25 70 -0.44 0.85 90 -0.47 0.15 110 -0.66 0.95 130 -1.56 4.5 150 -3.96 12 170 -6.27 11.55 190 -7.49 6.10 210 -8.47 4.9 230 -9.72 6.25 250 -9.22 -2.50 270 -9.90 3.40 290 -10.64 3.70 310 -11.00 1.80 330 -11.57 2.85 350 -11.74 0.85 370 -11.70 -0.20 390 -11.65 -0.25 410 -11.73 0.40

Fuente: Levantamiento Socing 2006 Esta información demuestra que la pendiente en el sector intermareal inicial es muy baja, la

que se mantiene hasta unos 120 m del NRS, luego la pendiente aumenta fuertemente hasta los 230 m. A partir de esta zona el fondo mantiene una pendiente del orden del 3% hasta los 330 m

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desde el NRS, para luego continuar con pendiente muy baja, incluso con pendientes negativas. De acuerdo con lo anterior, a los 310 m desde el NRS, se registra una profundidad de 11 m.

Inspección Submarina

Según la información proporcionada por los estudios disponibles, se establece que el fondo

de mar está constituido por una zona arena uniforme y fango a lo largo de todo el recorrido del eje del emisario, sin presencia de roca u otros obstáculos.

Estructura densimétrica de la columna de agua

De acuerdo con los antecedentes examinados, se dispone de la siguiente información

respecto a las características del cuerpo receptor, en relación a la estructura CTDO. Tabla 4.3 Estructura de la Columna de Agua de Mar, Zona Terminal Gregorio

Depth (m) Temp (ºC) Ox (%) Sal. (psu) 0,0 4,92 107,2 30,92

-2,0 4,91 107,0 30,92 -4,0 4,91 106,9 30,92 -6,0 4,92 106,8 30,91 -8,0 4,93 106,8 30,91

-10,0 4,93 106,8 30,90 -12,0 4,93 106,8 30,90

Fuente: Elaboración Propia Corrientes marinas para diseño sanitario

Cuando se desea estimar la dispersión de una descarga de aguas industriales de procesos

en el medio acuático, se requiere definir un campo de circulación “cercano” y otro “lejano”. El primero, controla la formación inicial de la pluma de dispersión y su dilución en torno al área de evacuación. Se alcanzará mayor o menor dilución dependiendo de la intensidad de la circulación marina al momento de realizada la descarga de los RILES. Una vez que la pluma se diluye inicialmente en el campo cercano, esta se desplazará a otros sectores conforme al campo de circulación “lejano”.

El campo de circulación cercano se puede determinar en función de registros de corrientes

eulerianos o lagrangianos medidos en el sitio de la descarga. Por su parte, el campo de circulación lejano se determina con algún modelo de simulación hidrodinámico (análisis bidimensional) o suponiendo corrientes permanentes en una determinada dirección (análisis unidimensional del modelo PLUMES). Si a este campo de corrientes, se agregan coeficientes de dispersión, se puede obtener una representación gráfica de la concentración de los contaminantes en la dirección de la corriente adoptada.

Estudio de Corrientes De acuerdo a los resultados de las corrientes registradas en el estudio oceanográfico

desarrollado por HIGESA en 1998 y revisado por el SHOA en Mayo de 1999, se tiene la siguiente

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situación respecto a la correntometría superficial de la zona de la descarga del emisario submarino, correspondientes al correntómetro Nº4 utilizado en el estudio de corrientes del Terminal Marítimo de Gregorio, que se considera representativo por su cercanía con la zona de interés.

Este correntómetro se ubica en las coordenadas 4.167.564,0 latitud Norte y 419.219,80

longitud Este. El fondeo se ubica a 20 m de profundidad, en tanto el instrumental registra las corrientes a 6 m de profundidad.

Tabla 4.4. Tabla de incidencias de magnitud v/s dirección del correntómetro Nº4, Terminal

Gregorio, Noviembre 1998

Magnitud

(cm/s)

N NE E SE S SW W NW Total

General

Porcentaje

(%)

0-10 81 101 6 8 46 137 64 57 500 9.1 10-20 95 132 1 34 146 7 14 428 7.8 20-30 121 154 67 115 1 458 8.3 30-40 100 159 74 142 2 477 8.6 40-50 67 131 95 179 472 8.6 50-60 39 71 179 255 544 9.9 60-70 13 8 773 185 979 17.8 70-80 1 736 8 745 13.5 80-90 2 356 0 8 366 6.6 90-100 1 288 6 16 311 5.6 100-110 1 144 18 3 167 3.0 110-120 3 30 15 8 56 1.0 120-130 5 3 8 0.1 130-140 1 3 4 0.1 Magnitud Promedio

23.7 24.4 14.1 48.1 77.3 40.1 37.5 7.4 53.1 100.0

Total

516 756 6 17 2822 1212 113 73 5515

Porcentaje

(%)

9.4 13.7 0.1 0.3 51.2 22.0 2.0 1.3 100.0

La Tabla 4.4 muestra la estadística de la intensidad de la corriente en el sector de la descarga del emisario en Terminal Gregorio. Se observa que las corrientes S son las más frecuentes (51,2%) y en esta dirección se presenta la magnitud promedio mayor de corrientes, de 77.3 cm/s. Sin embargo, las intensidades máximas de la corriente registrada no se presentan de esta dirección, sino que en las corrientes SW y W, con valores entre 130 y 140 cm/s, correspondiendo esto al 0,1% de la serie total. Las corrientes E son las que presentan la menor frecuencia de la serie, con un porcentaje de 0.1%, mientras que las corrientes NW poseen la menor magnitud promedio de la serie, de 7.4 cm/s.

El estudio de corrientes antes citado, establece que se aprecia un flujo importante hacia el

Sur, especialmente si se observa la serie filtrada, dirección en que se presentan las mayores intensidades de la corriente, cambiando esta hacia el N-NE, situación que ocurre en la mayoría de los casos dos veces por día. Esto representa a los eventos de flujo y reflujo presentes en la zona, producto del efecto astronómico sobre las corrientes.

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Se observa también que los mayores vectores de corrientes se producen en dirección NNE-SSW, es decir, siguiendo la línea de costa del sector.

La estadística de las componentes ortogonales de la corriente, muestra que la componente

V es 1.71 veces mayor que la componente. La dirección neta del correntómetro es hacia el SE, ya que la componente V es negativa y la U es positiva.

El análisis de HIGESA se completa estableciendo que tanto la componente U y la V

reflejan el efecto de la marea sobre la corriente, producto de la dirección neta (al SWW) de la corriente aquí registrada.

Finalmente el análisis del DVP (Diagrama del Vector Progresivo) para el correntómetro 4,

considera que una partícula que estuviera afectada por el sistema de corrientes registrado tendría un desplazamiento cercano a 2212 km en dirección SWW, para un período de 36 días, dando una velocidad neta promedio de 71.1 cm/s.

Finalmente se concluye, de acuerdo con los resultados obtenidos del análisis de la marea,

que esta presenta un régimen semidiurno, con un rango de variación máximo del orden de 4,60 m en Terminal Gregorio.

De acuerdo a los antecedentes antes señalados, se concluye que mayoritariamente la

dirección de la corriente a nivel superficial es hacia el S-SW y N-NE Tomando en cuenta que la orientación del emisario es SE, interesa conocer la frecuencia y

magnitud de eventos de corriente hacia el NW, W y SW, que induciría a un desplazamiento de la pluma hacia la Costa pudiendo afectar la ZPL.

En el área de proyecto, la circulación es mayoritariamente paralela a la costa, según lo

establecido en los estudios disponibles. En consecuencia, la pluma de RILES adoptará la forma de un huso elipsoidal con su eje paralelo a esta. No obstante, interesa evaluar el comportamiento de la pluma, cuando esta se desplace hacia el NW, W y SW, cuyas frecuencias de ocurrencia son muy bajas en los dos primeros casos. Será el caso de la corriente hacia el SW (por su frecuencia e intensidad de la corriente) la que determinará el diseño del emisario, ya que puede comprometer la ZPL.

Al definir un campo de corrientes lejano (a utilizar en el modelo PLUMES), debe tenerse

presente la persistencia del fenómeno de la corriente. Si la circulación es muy fluctuante, después de 1, 2 o 3 horas, la corriente podría invertirse, y la pluma de dispersión retornaría al punto de partida (sitio de descarga), sin alcanzar los sectores críticos de estudio. En consecuencia, la extensión máxima o área de influencia de la pluma de dispersión dependerá principalmente de la persistencia de la corriente marina en una determinada dirección.

Lamentablemente, el modelo PLUMES sólo acepta valores de corrientes permanentes,

dificultándose el análisis de los estados transitorios o inversiones de los flujos marinos. Además, cuando se asume un campo de circulación permanente contra la costa, se corre el riesgo de sobredimensionar la longitud del emisario, si es que no se seleccionan valores de corrientes razonables.

En este contexto, tiene especial relevancia analizar la distancia efectiva que puede recorrer la pluma de dispersión luego de un período de tiempo. Lo razonable, es determinar la circulación residual en distintos períodos de tiempo, promediando las inversiones de flujo transitorias (corrientes netas).

Respecto a la magnitud de la corriente, según lo establecido en el estudio de HIGESA,

podemos asumir un decaimiento relativamente constante a través de la columna de agua. Se

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puede adoptar que la magnitud promedio de la capa más profunda es un 20% respecto a la capa más superficial.

Análisis y discusión de los resultados disponibles Para la aplicación del modelo 3 Plumes, se debe adoptar un valor de la intensidad de la

corriente en la zona de descarga (campo cercano). Así también para la definición del valor de la velocidad de campo lejano, adoptaremos un valor medio de la corriente, cuya magnitud y dirección debe obtenerse a partir del análisis de los resultados obtenidos en el estudio efectuado.

Este análisis de resultados permitirá dimensionar y seleccionar la intensidad de la corriente

más desfavorable para la operación de emisario proyectado. Los datos consignados en el estudio antes revisado indican que la dirección de corriente

que incide en el diseño es la corriente hacia el SW- W y NW. De acuerdo a los datos establecidos en la Figura 4.1, se pude observar que los eventos de

corriente distintos a las direcciones W y NW tienen una frecuencia muy baja, razón por la cual no controlan el diseño del emisario que está orientado hacia el SE. De acuerdo a lo establecido en el estudio, los eventos de corrientes que afectan el diseño son aquellos hacia el SW, que registran una frecuencia del 22%.

El punto principal radica en elegir una magnitud de corriente en dicha dirección que sea

representativa y que otorgue seguridad al emisario de cumplir con los requerimientos establecidos en la normativa.

A partir de los antecedentes establecidos en la Tabla 4.4., se puede establecer la

excedencia para los eventos de corriente hacia el SW. Tabla 4.5 Porcentaje de excedencia corriente al SW.

Excedencia (cm/s) Casos (Nº) Porcentaje (%) 0 1212 100 10 1075 88.7 20 924 76.2 30 814 67.2 40 672 55.4 50 493 40.7 60 238 19.6 70 53 4.4 80 45 3.7 90 45 3.7 100 39 3.2 110 21 1.7 120 6 0.5 130 1 0.08 140 0 0

Fuente: Elaboración Propia De acuerdo a los antecedentes indicados en la Tabla 4.5, se observa que la magnitud de

70 cm/s de la corriente SW es excedida en un 4.4% de los casos (en que se registra corriente hacia el SW). Es decir en 53 casos sobre 1212 (4.37 %) de los casos en que hay corriente hacia el SW la magnitud de corriente excede los 70 cm/s. Tomando en cuenta que los eventos totales

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medidos fueron 5515, en realidad el porcentaje de ocurrencia es de 0.96 %, lo que equivale a 14 minutos por día.

Si se adopta como magnitud de corriente los 60 cm/seg, la excedencia sería de 238 casos,

lo que representa un 4.31% del total, equivalente a 62 minutos por día, es decir casi una hora, lo que se puede considerar excesivo.

En consecuencia, analizaremos los siguientes casos. Tabla 4.6 Casos a Analizar con Modelo Plumes

Dirección de la

Corriente

Frecuencia de excedencia (%)

Velocidad media en la

zona de descarga

(cm/s)

Velocidad media de campo lejano

(cm/s)

Velocidad máxima de

campo lejano (cm/s)

SW 4.31 60 60 65 SW 0.96 70 60 70 W 0.6 90 80 75

Fuente: Elaboración Propia

(d) Simulación con Modelo 3 Plumes Con los antecedentes antes expuestos, podemos simular un emisario con las velocidades

medias y máximas de las siguientes características: • Profundidad de descarga: 11.m • Difusor de 4 portas D = 0.05 m cada una • Espaciamiento portas: 4 m • Col Poll: Se adopta un valor de 420 mg/lt correspondiente a la concentración de

DBO. • T90 para el decaimiento DBO: 48 hrs Como la descarga se realizará casi a los 11 m de profundidad, se alcanzará una dilución

inicial del orden de 6500 veces. El modelo predice que la pluma no emergerá, estabilizándose a unos 5.43 m de profundidad. Sin embargo por efecto de la fuerte corriente, se producirá un comportamiento como muestra la figura 4.2.

Incluso para la condición estanca, es decir magnitud de corriente de campo cercano y

lejano cercano a cero, la dilución inicial es del orden de 1:296 veces.

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u

Campo cercano Campo lejano

Campo cercano: Turbulencia auto inducidaCampo lejano: Turbulencia ambientalZona de Mexcla:

• Regulatoria• Hidrodinámica• Zona de dilucion inicial

Figura 4.2 Comportamiento de la Pluma de Terminal Gregorio En las figuras siguientes se muestra en detalle la modelación efectuada, aplicada al caso

de la corriente del SW, que corresponde al caso más desfavorable, es decir, que determina la condición de diseño.

Figura 4.3. Modelación Caso Corriente SW (Condición de Diseño)

Los datos indicados en la figura anterior, son Datos de Entrada del Modelo 3 Plumes. Se

pueden distinguir los siguientes parámetros de entrada:

a.- Datos correspondientes a casilleros rojos, con letras amarillas: Son datos de entrada. • Tot flow: caudal de diseño expresado en m3/s: 0,0081 • # ports: número de portas: 4 • spacing: espaciamiento de las portas, en este caso 4 m • port dep: profundidad de las portas (es decir del extremo del emisario): 11m

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• port dia: diámetro de cada porta: 0,05 m • port elev: altura de salida de cada porta con respecto al fondo del mar:

corresponde al diámetro del emisario más una cierta altura de la porta: 0,4 m. • ver angle: ángulo que tiene la porta respecto a la vertical: en este caso es de 45 º

respecto a la vertical. • cont coef: coeficiente asociado a la forma del orificio de la tubería que conforma la

porta: es 0,62 si es redondeado o 1 si es recto. b.- Los datos correspondientes a casilleros rojos, pero con letras blancas, son autocalculados.

• Port flow: es el caudal de cada porta: total flow / número de portas • Pluma dia: es el diámetro de la pluma a la salida de cada porta: notar que es

menor que el diámetro de la porta, ya que hay una contracción.

c.- Los datos con fondo verde oliva, y con letras amarillas, corresponden a las características de las aguas servidas:

• Effl sal: salinidad del efluente: es cero • Effl temp: Temperatura del efluente: 47 ºC • Poll conc: concentración de DBO del agua industrial: 420 • Decay: decaimiento del contaminante: T 90: o day^-1, equivale a un T90 de 48

horas.

d.- Los datos correspondientes a casilleros con fondo verde oliva y letras blancas, se autocalculan a partir de los datos anteriores:

• Total vel: velocidad total del flujo a través de cada porta. Este valor aumenta si el

número de portas disminuye. • Horiz vel: componente horizontal de la velocidad • Vertl vel: componente vertical de la velocidad. • Effl den: densidad de las aguas servidas: unidades sigma-t, equivale a 0,999309

g/cm3

e.- Los datos con fondo verde y letras amarillas, corresponden a:

• Hor angle: ángulo de la corriente respecto al eje del emisario: 45º. • Red space: espacio entre portas, aplicando la componente neta de la corriente

sobre el emisario. En este caso, la corriente incide en 45 º sobre el difusor, por lo que corresponde a 4m x √2.

• P amb den: densidad del agua de mar, en la zona de descarga. • P current: corriente en el fondo del mar, en la zona de descarga. • Far dif:coeficiente de dispersión de campo lejano: unidades en m2/3/s • Far vel: velocidad de la corriente de campo lejano, expresado en cm/s, este es el

parámetro más importante y corresponde al promedio de la velocidad de la corriente. En este caso, se ha adoptado una velocidad de 70 cm/s, es decir supone dicha velocidad hacia la Costa, en la dirección SW que en rigor esa es la condición de diseño.

• Depth, current, density, salinity y temp, corresponde a las propiedades de la columna de agua (cuerpo receptor) en la zona de descarga del emisario. Estos valores se determinan a través de las campañas marítimas.

f.- Los datos correspondientes a las dos últimas columnas, se calculan solos, con la excepción de los dos superiores de la derecha, que se fijan para la corrida del modelo.

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• Far inc: significa los incrementos en este caso de 50 m, para analizar los resultados.

• Far dis: representa la máxima distancia en que serán analizados los resultados, en este caso 600 m.

Figura 4.4: Dilución Inicial del Emisario y modelación de la DBO con la distancia.

A través de la Figura anterior, se puede ver la dilución inicial del emisario, es decir la

eficiencia del mismo, lo cual se observa en las columnas pluma dep, poll conc y dilution. A 11 m de profundidad, hay una poll conc de 420 (DBO) y una dilución 1. A 5.426 m de profundidad, se registra una dilución inicial de 1:6561 (que es una dilución

inicial excelente, ya que normalmente se exige como mínimo 1:100). Hasta esta profundidad la pluma se estabiliza, es decir, no emerge, lo cual se debe exclusivamente por efecto de la fuerte corriente.

Notar que a 8.505 m de profundidad, dice “merging”, lo que significa que las plumas

comienzan a mezclarse. Los datos que se indican en la segunda parte de la Tabla anterior y que corresponden a la

modelación, se deben interpretar de la siguiente forma: La primera columna, representa la concentración de DBO a una distancia medida desde el

punto de descarga del emisario, que se indica en la quinta columna.

(e) Resultados de la modelación. Aplicando el modelo en los distintos escenarios, se puede observar que la condición de

DBO5 requerida en el DS 90, es satisfecha inmediatamente por efecto de la dilución inicial. En efecto, incluso en la condición estanca, en que la dilución inicial es del orden de 1:296, significa que la concentración de DBO5 será del orden de 1,4 mg/l.

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(f) Conclusiones de la modelación. De acuerdo a lo indicado en el punto anterior, se concluye que la condición de diseño del

emisario es satisfecha por efecto de la dilución inicial, para cualquier evento de corriente, para lo cual bastará con descargar unos metros más afuera de la ZPL.

Por otra parte, se puede concluir que la zona de sacrificio se reduce exclusivamente al

punto de descarga, por efecto de la excelente dilución inicial. En la modelación antes presentada, se ha considerado una profundidad de 11 m, lo que de

acuerdo a la Tabla 4.2 esta se alcanza aproximadamente a 275 m de la costa o de la línea de más baja marea. Tomando en cuenta que la ZPL es de 180 m, la modelación anterior considera entonces un margen de seguridad de 95 m.

Tabla 4.6 Longitud de emisario del Terminal Gregorio, condición de diseño Ingeniería

Básica. Condición de diseño

Corriente ZPL(m) Margen de Seguridad (m)

Longitud de emisario resultante (m)

DBO5 SW 180 95 275

A la longitud antes calculada, se le debe sumar la longitud desde el NRS hasta la cámara

de carga, que corresponderá a la sección terrestre del emisario y que la hemos estimado en 355 m.

De este modo la longitud total de emisario (terrestre y submarino) resulta ser de 630 m.

(g) Características del emisario Longitud total emisario : 630 m Longitud difusor : 16 m Diámetro emisario y difusor : 122.26 mm (según cálculo que se indica en el sub-capítulo siguiente). Tipo de difusor : de una rama, colineal al emisario Número de portas : 4 c/u Espaciamiento de portas : 4 m Diámetro ext. de portas : 50 mm

4.1.6 Diseño Hidráulico del Emisario. El diámetro del emisario se determinará sobre la base de los valores límites de velocidad

dentro del ducto, los cuales deben cumplir el mantener una velocidad mínima que garantice el autolavado, y un límite superior que queda acotado por la altura de carga requerida.

La velocidad límite de escurrimiento en el ducto puede variar entre 0,6 y 2 m/s,

prefiriéndose en general una velocidad en el margen superior del rango, ya que los costos del emisario submarino son fuertemente dependientes de su diámetro.

El dimensionamiento del emisario submarino se hará para el máximo efluente de la planta

de tratamiento, verificándose las condiciones de escurrimiento para el caudal mínimo. Adoptaremos 0,6 ≤ V ≤ 1,5 m/s

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El proyecto considera un caudal de diseño Q = 8.1 l/s En el caso de diseñar un emisario en HDPE, la selección del tipo de tubo (PN)

normalmente viene definido por la necesidad de lanzar el emisario en un lugar distinto al de su colocación, lo que obliga a una navegación en alta mar con el emisario, recomendándose en tal caso la utilización de tubería PN 6.

Sin embargo, en este caso en particular, tomando en cuenta el perfil batimétrico y el tipo de

fondo, se hace recomendable que el emisario sea de acero revestido en hormigón o de acero de alto espesor, el cual puede ser instalado por medio del sistema denominado “bottom pull”.

Para el caudal de diseño Q= 8.1 l/s, y para el difusor propuesto se procede a calcular

hidráulicamente el emisario, lo que incluye la determinación del diámetro y la carga hidráulica requerida, según el material de la tubería.

Se procede a continuación a calcular la carga hidráulica requerida, para lo cual se deben

determinar las pérdidas de carga del sistema.

Determinación de la carga hidráulica

Este análisis se realiza para los posibles diámetros de emisario. Aplicando para el DN 125

mm para el caso del HDPE (diámetro exterior) y el acero (diámetro interior aproximado), se tienen los resultados que se indican en la Tabla Nº 4.7.

Tabla Nº 4.7: Determinación Carga Hidráulica Emisario Terminal Gregorio

Caudal L/s 8.1 8.1

Material HDPE ACERO H&W 140 120

Diametro nominal mm 125 141.30 Espesor mm 4.6 9.52

Diámetro interior m 0.116 0.122 Pérdida Unitaria por Fricción (H-W) m/m 0.0056 0.0057

Longitud Emisario Submarino m 630 630 Pérdida Fricción mca 3.54 3.61

K Pérdidas Singulares 0.40 0.40 Velocidad m/s 0.77 0.69

Altura Velocidad mca 0.030 0.024 Pérdidas singulares mca 0.01 0.01

Profundidad en difusor con marea máxima m -6.45 -6.45 Profundidad en difusor con marea mínima m -11.00 -11.00

Densidad agua de mar Kg/L 1.025 1.025 Densidad Riles Kg/L 1.00 1.00

Altura por densidad con marea máxima mca -0.16 -0.16 Altura por densidad con marea mínima mca -0.27 -0.27

Numero de Portas # 4.00 4.00 Pérdidas difusor mca 0.15 0.15

Diferencia Marea (marea máxima) m 4.55 4.55 Diferencia Marea (marea mínima) m 0.00 0.00

Altura Manométrica máxima c/r al NRS mca 8.09 8.16

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La Tabla anterior muestra que para el caso de tubería HDPE DN= 125 mm, se requiere una carga hidráulica necesaria de 8.09 m y que la velocidad dentro del emisario es de 0,77 m/s, que es una velocidad aceptable. En tanto para el acero, con un Dint =122.26 mm, se obtiene una carga hidráulica de 8,16 y una velocidad de 0,69 m/s, también aceptable.

4.1.7 Diseño Estructural del Emisario.

(a) Criterios de diseño Aunque no existen criterios de diseño definidos, para el caso de emisarios submarino,

normalmente se aplican los siguientes criterios.

(i) Movimiento de la tubería:

El diseño se realiza para la ola máxima de 1 y 5 años, para lo cual la tubería debe permanecer sin movimiento alguno. Luego se verifica para la ola de 50 años, para lo cual se acepta que la tubería sufra pequeños desplazamientos, sin alcanzar las deformaciones de colapso.

Se calculan los esfuerzos que producen la corriente y el oleaje incidente para tres

direcciones de olas tales como NW y del SW con sus períodos asociados. Para esto se usan las fórmulas de Morison y de Janson.

Para el ángulo de incidencia del oleaje sobre la cañería se considera una variación en la

dirección de la ola de � 2 a 10 º según sea la ocurrencia de la ola y la configuración de las líneas batimétricas.

(ii) Contenido de aire dentro de la tubería: A pesar que se contemplan mecanismos que impiden la incorporación del aire dentro del

emisario durante la operación del mismo, ya sea con la utilización de la cámara de carga y el enterramiento del emisario bajo la N.R.S., el diseño estructural del emisario considera la incorporación de cierta cantidad de aire. La cantidad de aire y por lo tanto el empuje varía entre un 30% y un 100%. En este caso, el diseño contempla un 30 % de intrusión de aire.

(iii) Enterramiento de la tubería: En el caso de Gregorio, la condición del oleaje exige que el emisario deba ser enterrado

bajo el nivel del fondo del mar, a lo largo de toda la zona de rompiente. La condición de la playa con una zona intermareal de baja pendiente y de gran extensión, no facilita esta operación.

Para lograr este requerimiento, existe como alternativa la instalación del emisario por

medio del sistema bottom pull, que consiste en armar la tubería de acero en su totalidad en el sector terrestre y luego ser tirada por el fondo del mar hasta su posición definitiva, con la ayuda de una embarcación con la capacidad de tiro suficiente.

Sin embargo, las fuertes corrientes existentes en la zona, que proporcionan períodos de

estos no mayores a 1 hora, obligarán al contratista a diseñar una metodología de colocación de la tubería, que no arriesgue la tubería durante su colocación.

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(b) Cámara de Carga La cámara de carga es una estructura de complementaria al emisario submarino que

cumple las siguientes funciones: • Proporciona la carga hidráulica necesaria para asegurar el escurrimiento de las aguas

dentro del emisario. • Independizar el emisario de aguas arriba de golpes de ariete y otros problemas

derivados de la operación. • Impedir la entrada de aire al emisario en los transientes de vaciamiento de la tubería

de conducción a la cámara de carga. La ubicación de la cámara de carga se ha definido en un sector cercano a donde se sitúa

una cámara de válvulas de líneas o tuberías existentes que se introducen en el mar. Para el cálculo de las dimensiones de la cámara, se utiliza los criterios de Janson,

definidos en la siguiente fórmula:

1.- Fórmula a aplicar:

S= L * Q ^2 /(g *a *A* Z0^2)

Donde: VALOR S = Parámetro de Compensación : 0.2 adim. L = Longitud de la tubería del emisario: 630 m Q = Caudal a portear: 0.0081 m³/s g = Aceleración de gravedad: 9.8 m/s² a = Sección de la tubería del emisario: 0.01 m² Dext.= Diámetro exterior (Nominal): 0.1413 m Esp = Espesor (según Clase): 9.52 mm D = Diámetro int. de la tubería del emisario: 0.12226 m A = Sección de la cámara de carga: Por calcular m² Zo = Altura de la cámara de carga: 5.70 m 2.- Cálculo

A = L * Q^2 / (g * a * S * Zo^2) 0.06 m² 3.- Geometría Circular Dcc = Diámetro Cámara de Carga 0.27 m

Tomando en cuenta lo anterior, se adopta una cámara de carga circular, con diámetro

interior de 1,30 m.