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DISEÑO HIDRÁULICO DE UNA PLANTA DE POTABILIZACIÓN DE AGUA EN LA VEREDA DE SAN ANTONIO DE ANAPOIMA

HARRY SEBASTIAN PULIDO MUÑOZ

MANUEL FERNANDO CARRILLO BERNAL

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

BOGOTA

2016

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DISEÑO HIDRÁULICO DE UNA PLANTA DE POTABILIZACIÓN DE AGUA EN LA VEREDA DE SAN ANTONIO DE ANAPOIMA

HARRY SEBASTIAN PULIDO MUÑOZ

MANUEL FERNANDO CARRILLO BERNAL

Trabajo de Grado para Optar al Titulo de Ingeniero(a) Civil

Director:

Edgar Obando

Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

BOGOTA

2016

4

Nota de aceptacion:

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

____________________________________________

Ing. Edgar Obando Director de Proyecto

___________________________________________

Firma del Presidente de Jurado

__________________________________________ Firma de Jurado

__________________________________________

Firma de Jurado

Bogotá, 24 noviembre, 2016

5

AGRADECIMIENTO

Primeramente, doy gracias a Dios por permite que mis metas se puedan lograr, por otórgame mis padres quienes han estado en los malos y buenos momentos brindándome su apoyo, dedicándome tiempo, también doy gracias a la universidad por brindarme formación, doy gracias al ingeniero Obando que fue el director del proyecto dándonos apoyo y guiándome a la finalidad de este gran proyecto.

Sebastián Pulido

Agradecimientos a: I.C. y J.C. Manuel Carrillo

6

TABLA DE CONTENIDO

GLOSARIO .................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

RESUMEN .................................................................................................................. 16

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 17

1. GENERALIDADES .............................................................................................. 18

1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN ......................................................... 18

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. .......................................................... 19

1.3 OBJETIVOS ................................................................................................. 21

1.3.1 Objetivo General .................................................................................... 21

1.3.2 Objetivos Específicos ............................................................................ 21

1.4 DELIMITACIÓN: ........................................................................................... 22

1.4.1 Espacio ................................................................................................. 22

1.4.2 Tiempo .................................................................................................. 22

1.4.3 Contenido .............................................................................................. 22

1.4.4 Alcance ................................................................................................. 22

1.5 MARCO DE REFERENCIA .......................................................................... 23

1.5.1 Ultrafiltracion ......................................................................................... 23

1.5.2 Desinfeccion .......................................................................................... 23

1.5.3 Oxidacion Anodica ................................................................................. 23

1.6 MARCO TEORICO ....................................................................................... 24

1.6.1 Fuentes de Agua ................................................................................... 24

1.6.2 Proceso de potabilización del agua ....................................................... 24

1.6.3 Etapas del proceso ................................................................................ 26

2. CARACTERIZACIÓN DE LA VEREDA SAN ANTONIO....................................... 28

2.1 Ubicación de la Vereda San Antonio ............................................................ 28

2.2 Aspectos Económicos .................................................................................. 28

2.3 Aspectos Ambientales .................................................................................. 30

2.4 Red Hidrográfica ........................................................................................... 30

2.5 Hidrología ..................................................................................................... 31

2.6 Vereda San Antonio ..................................................................................... 32

2.6.1 Clima de la Vereda ................................................................................ 32

2.6.2 Población en la Vereda .......................................................................... 33

2.6.3 Índices de Calidad de Vida .................................................................... 33

3. PLANTAS DE POTABILIZACIÓN ........................................................................ 34

7

3.1 Definición ...................................................................................................... 34

3.2 Procesos de Potabilización ........................................................................... 34

3.3 Tipos de Captación ....................................................................................... 34

3.3.1 Toma Lateral ......................................................................................... 34

3.3.2 Toma Sumergida ................................................................................... 34

3.3.3 Captación Flotante con Elevación Mecánica ......................................... 34

3.3.4 Captación Móvil con Elevación Mecánica .............................................. 35

3.3.5 Captación Mixta ..................................................................................... 35

3.3.6 Toma de Rejillas .................................................................................... 35

3.3.7 Presa de Derivación .............................................................................. 35

3.3.8 Cámara de toma Directa ........................................................................ 35

3.3.9 Muelle de Toma ..................................................................................... 35

3.4 Desarenador ................................................................................................. 35

3.4.1 Desarenador longitudinal ....................................................................... 36

3.4.2 Desarenador de Vórtice ......................................................................... 36

3.5 Tanque de Almacenamiento y Compensación .............................................. 36

3.6 Mezcla Rápida .............................................................................................. 36

3.6.1 Mezcladores Hidráulicos ........................................................................ 37

3.6.2 Mezcladores Mecánicos ........................................................................ 37

3.7 Floculador ..................................................................................................... 37

3.7.1 Floculadores Hidráulicos ....................................................................... 37

3.7.2 Floculadores Mecánicos ........................................................................ 38

3.8 Sedimentador ............................................................................................... 38

3.8.1 Sedimentador de Flujo Ascendente o Vertical ....................................... 39

3.8.2 Sedimentador de Alta Tasa ................................................................... 39

3.8.3 Sedimentador con Manto de Lodos ....................................................... 39

3.9 Filtros ........................................................................................................... 39

3.9.1 Filtración Rápida .................................................................................... 39

3.9.2 Filtración Directa .................................................................................... 39

3.9.3 Filtración Convencional ......................................................................... 39

3.9.4 Filtración Lenta ...................................................................................... 39

3.10 Tanque de Agua tratada ............................................................................... 40

4. DISEÑO A IMPLEMENTAR ................................................................................. 41

4.1 Paso.1 Definicion del Nivel de Complejidad .................................................. 41

4.2 Paso.2 Justificacion del Proyecto y Definicion de Alcance ............................ 43

4.2.1 Descripcion del Problema ...................................................................... 44

8

4.2.2 Determinacion del Objetivo del Proyecto ............................................... 44

4.2.3 Determinación Población Afectada ........................................................ 44

4.2.4 Cuantificacion de Demanda y/o Necesidades ........................................ 44

4.3 Paso 3. Poblacion Dotacion y Demanda ....................................................... 44

4.3.1 Métodos de Calculo ............................................................................... 44

4.3.2 Método Aritmetico .................................................................................. 45

4.3.3 Poblacion proyectada por el metodo aritmetico. .................................... 46

4.3.4 Metodo Geometrico ............................................................................... 46

4.3.5 Metodo Exponecial ................................................................................ 48

4.4 Resumen de Calculos ................................................................................... 49

4.4.1 Resumen de Poblaciones Proyectadas al 2031. .................................... 49

4.4.2 Proyección de Poblaciones.................................................................... 49

4.5 Paso 4. Dotacion Neta .................................................................................. 50

4.5.1 Correcciones de Dotacion Neta ............................................................. 51

4.5.2 Perdidas ................................................................................................ 51

4.6 Paso 5. Demanda ......................................................................................... 54

4.6.1 Caudal Medio Diario (Qmd) ................................................................... 54

4.6.2 Caudal Maximo Diario (QMD) ................................................................ 55

4.6.3 Caudal Maximo Horario (QMH) ............................................................. 55

4.6.4 Caudal de Incendios .............................................................................. 55

4.6.5 Calculo del Caudales de Dotacion ......................................................... 55

4.6.6 Caudales con los que se Desarrollara el Proyecto ................................. 56

4.7 Paso 6. Captacion (Bocatoma) ..................................................................... 57

4.7.1 Datos Iniciales del Diseñador ................................................................ 57

4.7.2 Diseño de la Presa ................................................................................ 58

4.7.3 Diseño de la Rejilla y Canal de Aduccion............................................... 59

4.7.4 Calculo de la Cámara de Recolección ................................................... 63

4.7.5 Cálculos de los Muros de Contención .................................................... 63

4.7.6 Cálculos del Caudal de Excesos ........................................................... 64

4.7.7 Calculo de Cotas ................................................................................... 65

4.8 Paso 7. Conduccion Bocatoma – Desarenador ............................................ 65

4.8.1 Diametro Minimo ................................................................................... 65

4.8.2 Velocidad Minima .................................................................................. 66

4.8.3 Velocidad Maxima ................................................................................. 66

4.8.4 Diseño ................................................................................................... 66

4.9 Paso 8. Desarenador .................................................................................... 69

9

4.9.1 Especificaciones de Diseño ................................................................... 70

4.9.2 Desarrollo del Diseño del Desarenador ................................................. 71

4.10 Paso 9. Estación de Bombeo a Tanque de Almacenamiento ........................ 79

4.10.1 Diseño de la Bomba .............................................................................. 80

4.10.2 Potencia de la Bomba............................................................................ 87

4.10.3 Especificaciones Técnicas Requeridas para el Funcionamiento Óptimo

de la Bomba ........................................................................................................ 88

4.11 Paso 10. Tanque de Almacenamiento y Compensación .............................. 90

4.11.1 Calculo Demanda del Tanque ............................................................... 90

4.11.2 Dimensiones del Tanque ....................................................................... 92

4.12 Paso 11. Conducción a la Canaleta .............................................................. 93

4.12.1 Cálculos de la Conducción .................................................................... 93

4.13 Paso 12. Mezcla Rápida (Canaleta Parshall) ................................................ 94

4.13.1 Calculo de la Altura de la Lamina de Agua (Ha) .................................... 96

4.13.2 Calculo de Velocidad de Enrtrada (Vo) .................................................. 97

4.13.3 Calculo de Energia de Entrada (Eo) ...................................................... 98

4.13.4 Calculo de Velocidad y Altura en el Centro de la Garaganta (V1 h1) ..... 98

4.13.5 Calculo de Velocidad y Altura en el Final de la Canaleta (V2 h2) ......... 99

4.13.6 Calculo de Velocidad Promedio y Gradiente Hidraulico ....................... 100

4.14 Paso 13. Mezcla Lenta (Floculador Horizontal)........................................... 102

4.14.1 Calculo Geometría del Floculador ....................................................... 103

4.14.2 Calculo Hidráulica del Floculador ........................................................ 104

4.15 Paso 13. Sedimentador (Convencional)...................................................... 105

4.15.1 Calculo Volumétrico del Sedimentador ................................................ 106

4.15.2 Calculo Canaletas de Salida del Sedimentador ................................... 106

4.16 Paso 14 Filtración (Rápida) ........................................................................ 107

4.16.1 Datos iniciales de filtración .................................................................. 107

4.16.2 Calculo del Sistema de Filtracion ......................................................... 108

4.16.3 Hidráulica de Lavados ......................................................................... 109

4.16.4 Canaletas de Salida del Sistema ......................................................... 110

4.17 Paso 15 Cloracion ...................................................................................... 110

4.18 Paso 16 Solidos Totales ............................................................................. 111

4.18.1 Calculo de TSS.................................................................................... 111

4.19 Paso 17 Test de Jarras ............................................................................... 112

4.19.1 Titulación de Muestras ......................................................................... 113

4.19.2 Calculo de Dosificación de Coagulante ............................................... 115

10

4.19.3 Proceso de Test de Jarras ................................................................... 116

4.19.4 Valores Finales de la Dosificación Óptima ........................................... 117

4.20 Paso 18 Sistema de Manejo de Lodos ....................................................... 118

5. OTRA ALTERNATIVA DE SISTEMAS DE POBAILIZACION ............................. 120

5.1 Skid planta de tratamiento .......................................................................... 120

5.1.1 Descripción del sistema ....................................................................... 120

5.1.2 Mantenimiento de los equipos ............................................................. 121

5.1.3 Equipos requeridos .............................................................................. 122

5.1.4 Costos del sistema .............................................................................. 124

6. COSTOS DE LA PTAP ...................................................................................... 125

6.1 Costos preliminares .................................................................................... 125

6.2 Costos de construcción .............................................................................. 125

6.3 Costos de mantenimiento ........................................................................... 126

6.4 Costos totales ............................................................................................. 126

7. CONCLUSIONES .............................................................................................. 127

8. RECOMENDACIONES ...................................................................................... 130

9. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 131

10. ANEXOS ........................................................................................................ 132

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Localizacion de viviendas afectadas por deficiencia del servicio. ................. 20

Figura 2. Certificado del sisben de la vereda San Antonio la cual se ve afectada. ...... 20

Figura 3. Localización del municipio de Anapoima Cundinamarca. ............................ 28

Figura 4. Indicadores de las actividades censadas. .................................................... 30

Figura 5. Red hidrográfica de la vereda San Antonio. ................................................. 31

Figura 6. Climograma de la vereda San Antonio. ........................................................ 32

Figura 7. Certificado del Sisben de la vereda San Antonio. ........................................ 42

Figura 8. Certificado del Sisben de la vereda San Antonio. ........................................ 43

Figura 9 Tabla de relaciones hidráulicas para conducciones circulares ..................... 68

Figura 10 Densidad viscosidad del agua según la temperatura ................................. 71

Figura 11.Curva característica de bombas centrifugas ............................................... 88

Figura 12 curva de la bomba con referencia NMD32/210 ........................................... 89

Figura 13. Dimensionamientos de la bomba seleccionada ......................................... 89

11

Figura 14. Dimensiones de canaleta Parshall ............................................................. 94

Figura 15. Perdidas de carga en canaletas ............................................................... 101

Figura 16. Floculador horizontal ................................................................................ 102

figura 17. Esquema de un SKID ................................................................................ 121

figura 18. Funcionamiento del SKID......................................................................... 122

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Nivel de complejidad según población. ......................................................... 41

Tabla 2. Métodos para emplear según nivel del sistema. ............................................ 44

Tabla 3. Periodo de diseño a proyectar ...................................................................... 45

Tabla 4. Censos.......................................................................................................... 46

Tabla 5. Estimación aritmética. ................................................................................... 46

Tabla 6. Valor r. .......................................................................................................... 47

Tabla 7. Estimación Geométrica. ................................................................................ 47

Tabla 8. Valor k. ......................................................................................................... 48

Tabla 9. Estimación exponencial. ............................................................................... 49

Tabla 10. Métodos de proyección. .............................................................................. 49

Tabla 11. Dotación neta. ............................................................................................. 50

Tabla 12. Variación según clima dotación neta. .......................................................... 51

Tabla 13. Porcentajes de pérdidas. ........................................................................... 52

Tabla 14. Población Proyectada ................................................................................. 52

Tabla 15. Nivel de complejidad. .................................................................................. 53

Tabla 16. Usos de demanda. ...................................................................................... 53

Tabla 17. Incremento de pérdidas. ............................................................................. 54

Tabla 18. Incremento de pérdidas. ............................................................................. 56

Tabla 19. Caudales de diseño .................................................................................... 56

Tabla 20. Datos iniciales ............................................................................................. 57

Tabla 21. Memoria de cálculos ................................................................................... 59

Tabla 22. Diseño de la rejilla. ...................................................................................... 60

Tabla 23. Diseño de la rejilla ....................................................................................... 62

Tabla 24. Diseño del canal de aducción ..................................................................... 63

Tabla 25. Diseño cámara de recolección .................................................................... 63

Tabla 26. Diseño Muro de Contención ........................................................................ 64

Tabla 27. Diseño Caudal de Excesos ......................................................................... 64

Tabla 28. Cotas .......................................................................................................... 65


Tabla 30. Diseño de la conducción ............................................................................. 69

Tabla 31. Datos Iniciales ............................................................................................. 72

Tabla 32. Condiciones de diseño del desarenador ..................................................... 72

Tabla 33. Diseño de los parámetros ........................................................................... 73

Tabla 34. Diseño de la Tubería de entrada ................................................................. 73

Tabla 35. Diseño del Desarenador ............................................................................. 75

Tabla 36. Diseño del perfil hidráulico .......................................................................... 77

12

Tabla 37. Cotas .......................................................................................................... 79

Tabla 38 valores de rugosidad absoluta ..................................................................... 80


Tabla 40. Cálculos de la descarga .............................................................................. 82

Tabla 41 densidad y viscosidad el agua según la temperatura ................................... 83

Tabla 42. Coeficientes de perdidas menores para accesorios comunes ..................... 84

Tabla 43. Cálculos de las pérdidas descarga .............................................................. 85

Tabla 44. Accesorios descarga ................................................................................... 85

Tabla 45. Cálculos de tubería de succión ................................................................... 85

Tabla 46. Velocidades máximas en tuberías de succión ............................................. 86

Tabla 47. Perdidas por Succión .................................................................................. 86

Tabla 48 accesorios tubería de succión ...................................................................... 87

Tabla 49. Potencia de la bomba ................................................................................. 87

Tabla 50. Diseño del Tanque ...................................................................................... 91

Tabla 51. Calculo de Dimensionamiento ..................................................................... 93

Tabla 52. Datos Iniciales ............................................................................................. 93

Tabla 53. Diseño de la Conducción ............................................................................ 93

Tabla 54 Dimensiones típicas de Medidores Parshall (cm) (tomada de Acevedo) ...... 94

Tabla 55. Determinación del ancho W de la Parshall en función del caudal ................ 95

Tabla 56. Formulas de la canaleta Parshall ................................................................ 96

Tabla 57. Formulas de la canaleta Parshall ................................................................ 97

Tabla 58. Velocidad en Ha .......................................................................................... 97

Tabla 59. Energia Inicial ............................................................................................. 98

Tabla 60. Velocidad en el centro de la canaleta .......................................................... 99

Tabla 61. Propiedades hidráulicas en el centro de la canaleta.................................. 100

Tabla 62. Gradiente hidráulica canaleta Parshall ...................................................... 102

Tabla 63. Elementos geométricos del floculador ....................................................... 104

Tabla 64. Elementos hidráulicos del floculador ......................................................... 105

Tabla 65 datos iniciales del sedimentador ................................................................ 105

Tabla 66. Elementos volumétricos del sedimentador ................................................ 106

Tabla 67. Calculo de geometría de la canaleta de salida .......................................... 107

Tabla 68 datos iniciales para el sistema de filtrado ................................................... 108

Tabla 69 sistema de filtración ................................................................................... 109

Tabla 70 hidráulica de lavado del sistema de filtración ............................................. 109

Tabla 71 canaletas de salida de los filtros................................................................. 110

Tabla 72 datos iniciales de laboratorio de solidos suspendidos ................................ 111

Tabla 73 cálculo de promedio de solidos suspendidos ............................................. 112

Tabla 74. Muestra Numero 1 .................................................................................... 113



Tabla 77. Alcalinidad ................................................................................................ 116

Tabla 78. Dosificación .............................................................................................. 116

Tabla 79. Test de Jaras ............................................................................................ 117

Tabla 80. Datos Resultantes de 210 mL ................................................................... 118

Tabla 81 datos iniciales del sistema de lodos ........................................................... 119

Tabla 82 volumen de tanque de almacenamiento de lodos ...................................... 119

13

Tabla 83. Costos del SKID ........................................................................................ 124

Tabla 84. Costos Preliminares .................................................................................. 125

Tabla 85. Costos de Construcción ............................................................................ 125

Tabla 86. Costos de mantenimiento.......................................................................... 126

Tabla 87. Costos Totales .......................................................................................... 126

LISTA DE GRÁFICAS

Gráfica 1. Proyección de poblaciones. ........................................................................ 50

Gráfica 2. Caudales ................................................................................................... 57

LISTA DE ECUACIONES

Ecuación 1. Fórmula para cálculo de la población proyectada. ................................... 45

Ecuación 2. Método geométrico. ................................................................................. 47

Ecuación 3. Determinación del promedio de la tasa de crecimiento. .......................... 48

Ecuación 4. Fórmula de dotación. ............................................................................... 52

Ecuación 5. Caudal medio diario. ............................................................................... 54

Ecuación 6. Caudal máximo diario. ............................................................................. 55

Ecuación 7. Caudal máximo horario. .......................................................................... 55

Ecuación 8 altura de la lámina de agua ...................................................................... 58

Ecuación 9 Ecuación de corrección de vertedero ....................................................... 58

Ecuación 10. Velocidad de la rejilla en la bocatoma ................................................... 59

Ecuación 11. Ecuación de alcance de chorro máximo ................................................ 59

Ecuación 12. Ecuación de alcance de chorro mínimo ................................................. 60

Ecuación 13. Ecuación de base de cámara de recolección ........................................ 60

Ecuación 14. Área neta y total de la rejilla. ................................................................. 60

Ecuación 15. Área neta corregida de la rejilla. ............................................................ 61

Ecuación 16. Caudal a través de la rejilla. .................................................................. 61

Ecuación 17. Longitud cámara de recolección ............................................................ 61

Ecuación 18. Caudal de excesos de la bocatoma. ...................................................... 62

Ecuación 19. Pendiente de la línea de aducción ......................................................... 66

Ecuación 20. Diámetro requerido para la línea de aducción ....................................... 67

Ecuación 21. Caudal a tubo lleno ............................................................................... 67

Ecuación 22. Velocidad a tubo lleno ........................................................................... 67

Ecuación 23. Radio hidráulico..................................................................................... 67

Ecuación 24. Relación hidráulica entre caudales ........................................................ 68

Ecuación 25 Ecuaciones de relaciones hidráulicas ..................................................... 69

Ecuación 26. Velocidad en el sistema de tubería ........................................................ 81

Ecuación 27. Diámetro óptimo para el transporte de agua .......................................... 81

Ecuación 28. Pérdidas totales en el sistema de tubería .............................................. 82

14

Ecuación 29. Reynolds ............................................................................................... 83

Ecuación 30. Factor de fricción para flujo turbulento ................................................... 83

Ecuación 31. Perdidas lineales ................................................................................... 84

Ecuación 32. Perdidas por accesorios ........................................................................ 84

Ecuación 33. Potencia de la bomba ............................................................................ 87

Ecuación 34. Predimensionamiento de tanque de almacenamiento ........................... 90

Ecuación 35. Porcentaje de déficit .............................................................................. 92

Ecuación 36 volumen de tanque ................................................................................. 92

Ecuación 37. Canaleta ................................................................................................ 96

Ecuación 38 velocidad en la entrada de la canaleta ................................................... 97

Ecuación 39 Ancho en la entrada de la canaleta ........................................................ 97

Ecuación 40 Energía en la canaleta Parshall 1 ........................................................... 98

Ecuación 41 Energía en la canaleta Parshal 2 ............................................................ 98

Ecuación 42. Numero de Froud .................................................................................. 99

Ecuación 43 altura de la lámina de agua en el centro de la canaleta .......................... 99

Ecuación 44. Sumergencia ....................................................................................... 100

Ecuación 45. Diferencia de altura ............................................................................. 100

Ecuación 46. Velocidad en el centro de la canaleta .................................................. 100

Ecuación 47. Tiempo de retención ............................................................................ 101

Ecuación 48 gradiente hidráulico .............................................................................. 101

Ecuación 49 TSS ...................................................................................................... 111

LISTA DE ANEXOS

Anexos 1 localizacion del proyecto y canaleta parshall ............................................. 132

Anexos 2 Ptap San Antonio de Anapoima ................................................................ 133

Anexos 3 desarenador y estacion de bombeo .......................................................... 134

Anexos 4 tanques de almacenamiento y recoleccion ................................................ 135

15

PALABRAS CLAVES Agua potable Agua que, por reunir los requisitos organolépticos, físicos, químicos y microbiológicos, en las condiciones señaladas en el Decreto 475 de 1998, puede ser consumida por la población humana sin producir efectos adversos a la salud. Alcalinidad Capacidad del agua para neutralizar los ácidos. Esta capacidad se

origina en el contenido de carbonatos (CO32-), bicarbonatos (HCO3-),

hidróxidos (OH-) y ocasionalmente boratos, silicatos y fosfatos. La alcalinidad

se expresa en miligramos por litro de equivalente de carbonato de calcio

(CaCO3).

Calidad del agua Conjunto de características organolépticas, físicas, químicas

y microbiológicas propias del agua

Caudal de diseño Caudal estimado con el cual se diseñan los equipos,

dispositivos y estructuras de un sistema determinado

Cloración Aplicación de cloro al agua, generalmente para desinfectar o para oxidar compuestos indeseables. Coagulación Aglutinación de las partículas suspendidas y coloidales presentes en el agua mediante la adición de coagulantes. Floculación Aglutinación de partículas inducida por una agitación lenta de la suspensión coagulada. Mezcla rápida Agitación violenta para producir dispersión instantánea de un producto químico en la masa de agua. Mezcla lenta Agitación suave del agua con los coagulantes, con el fin de favorecer la formación de los flóculos. Período de diseño Tiempo para el cual se diseña un sistema o los componentes de éste, en el cual su(s) capacidad(es) permite(n) atender la demanda proyectada para este tiempo. Tranquilo (suscritico) y depende del número de Froude. Sedimentación Proceso en el cual los sólidos suspendidos en el agua se decantan por gravedad, previa adición de químicos coagulantes. Velocidad de filtración Caudal de filtración por unidad de área. Velocidad de lavado Caudal de lavado por unidad de área.

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RESUMEN

Se desarrolla el diseño del sistema hidráulico para el abastecimiento de agua potable de la vereda San Antonio, para desarrollar el diseño se sigue los pasos indicados por los títulos a,b,c de la RAS2000, los cuales indican los parámetros de diseños para una planta de tratamiento de agua potable. Toda la información acerca del municipio tales como población que son necesarios para el desarrollo del diseño fueron suministrados por la alcaldía de Anapoima y otros datos necesarios como los del rio del cual se abastecerá la planta se tomaron de la CAR Anapoima.

Se realiza el análisis según el nivel de complejidad del proyecto para determinar

los tipos de procesos que se indican según la norma los cuales se deben seguir

y cumplir. También se hace los tipos de laboratorios correspondientes para

determinar el grado de contaminación y los procesos químicos a los que debe

ser sometidos durante el tratamiento

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INTRODUCCIÓN

Siguiendo el reglamento establecido por la Facultad de Ingeniería de la Universidad Católica de Colombia, y del Programa de Ingeniería Civil se pretende dar cumplimiento al requisito de grado. Por tal motivo se presenta este documento como fundamentación de los conocimientos adquiridos los cuales se ponen a disposición de la comunidad, este proyecto lleva como título “Diseño Hidráulico de una Planta de Potabilización de agua en la vereda de San Antonio de Anapoima.

Se analizó en compañía de la Universidad Católica de Colombia una muestra del recurso con el cual se está abasteciendo la vereda, dando como resultado que el agua no es apta para el consumo humano, de esta forma se concluye que el servicio prestado actualmente es ineficiente y costoso para la comunidad. De esta forma empieza a darse una necesidad necesaria para la población y con el trabajo de grado se busca dar una solución.

En el presente proyecto se plantea una solución enfocada a mejorar la calidad de vida de la comunidad. Se ve la necesidad de la construcción de una Planta de Potabilización con todos los parámetros que indica la norma utilizada en este caso las RAS2000. Se comienza analizar el nivel de complejidad y un estudio en el agua con la que se va a abastecer la planta, seguido de esto se analiza cuáles son los mecanismos necesarios en el proceso de tratamiento para que arroje unos resultados positivos y dar por terminada esta necesidad sufrida en la vereda.

En este proceso se dará a conocer los conocimientos adquiridos durante la carrera y el proceso de investigación que se hizo durante el desarrollo del trabajo, también al final del desarrollo se hará un estudio de factibilidad del proyecto el cual le indicara al municipio si es viable la oportuna construcción del proyecto. Con ayuda de una empresa se hará una comparación de los costos de una planta de agua potable con infraestructura para esta población y una que se pueda conseguir en el mercado.

Por ultimo será presentado a la universidad y sustentado esperando resultados positivos y de esta forma pueda ser entregado a la alcaldía del municipio para que pueda estudia esta idea planteada para dar final a esta problemática y darle a la comunidad una vida digna de un ser humano.

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1. GENERALIDADES

1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

En la vereda de San Antonio se utiliza una reserva de agua que es traída desde la cuenca que está ubicada en una quebrada en Naranjal, pero esta fuente no es suficiente para el consumo de la población y la calidad presenta inconvenientes para cumplir con las normas de purificación para el consumo humano, esta información fue suministrada por la persona encargada de hacerle el mantenimiento al líquido.

Los habitantes de la inspección de San Antonio han tenido que acostumbrarse a recibir agua dos veces a la semana por los grifos y el resto de días utilizan la que han podido almacenar en tanques subterráneos o elevados y que después de ocho días se ensucia y presenta crecimiento de algas en los tanques de almacenamiento, sin ningún tipo de tratamientos preliminares la comunidad se arriesgan a enfermedades y nadie les presta un buen servicio donde le aseguren al casco urbano consumir en perfecto estado el servicio.

Se hizo una investigación al centro médico para consultar los casos más frecuentes en enfermedades de la inspección y efectivamente son las gastroenteritis bacterianas, rotas virus gastroenteritis viral entre otras que son causados por el consumo de agua sin tratar.

Este servicio es prestado por unas por una red que se abastece de un tanque subterráneo con una capacidad de 180 m3 aproximadamente de agua el tanque de almacenamiento tiene 40 años aproximadamente de funcionamiento y no tiene ningún tipo de mantenimiento y la alcaldía de Anapoima no ofrece algún tipo de solución.

El casco urbano creo algo llamado JAC (Junta de Acción Comunal) la cual da el presupuesto para que al tanque le apliquen algunos tipos de elementos químicos, tales como cloro, pero sin ningún estudio ni conocimientos por parte de la persona encargada, por lo cual, los habitantes de la inspección se encuentran en riesgo ya que podrían contraer una enfermedad aun peor que las ya presentadas por la presencia de microorganismos, por causa de este hecho.

Ya la comunidad está cansada de esta situación que han tenido que conllevar durante muchos años, han solicitado la colaboración al municipio de Anapoima que es el encargado de las necesidades de la vereda que cada día está creciendo más, sin embargo, el municipio no se preocupa por aportar soluciones. La comunidad ha pedido ayuda al gobierno, pero no se han obtenido respuestas a la problemática planteada. Esto es sufrido aún más por la población en épocas de verano.

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1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Para los seres humanos, o general para los seres vivos es necesario el consumo de agua. El agua es sin duda un elemento fundamental en todas las poblaciones de acuerdo con el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico (Ministerio de Desarrollo Económico, 2000), de esta forma se empieza a analizar por qué, la comunidad o en este caso la vereda de san Antonio no pueden contar con este derecho. Esta comunidad cuenta con un servicio insuficiente no digno para para la necesidad en la que se encuentra la comunidad, sin embargo la entidad prestadora del servicio de agua que maneja la población (ASOASAN) hace que los servicios lleguen bastante elevados para la calidad del servicio prestado. Se requiere presentar esta solución que sería contundente ante la problemática presentada y seria empezar en el diseño de una PTAP como ya antes presentada que sea suficiente para abastecer del servicio por medio de la cobertura de la red hidráulica para la vereda de San Antonio de Anapoima. Se llega a la conclucion que el gran problema es velar por la estabilidad en el planteamiento de salud de la comunidad ya que esta presenta un gran peligro al consumir este recurso hídrico, debido a que contiene elementos perjidiciales para la salud, los cuales causan alteraciones en el sistema inmunológico de los habitantes y visitantes de esta zona.

La pregunta base de esta investigacion es: ¿Cómo poder entregarle a la vereda de un servicio optimo tan necesario para una comunidad?

El proyecto presentado pretende dar una solucion a los problemas de la vereda San Antonio con respecto a la ineficinecia del servicio prestado por medio de una empresa privada como la es (ASOASAN). En base a esto se elige el planteamiento del desarrollo de de una Planta de Potabilizacion para dar como alternativa de solucion a esta necesidad.1

1 Fuente: Google Earth {En Línea}. Dia de acceso 18 de Octubre de 2016. Disponible:(https://www.google.com/intl/es/earth/download/thanks.html#os=win#updater=yes).

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Figura 1. Localizacion de viviendas afectadas por deficiencia del servicio.

Fuente: Google Earth {En Línea}. Dia de acceso 18 de Octubre de 2016. Disponible:(https://www.google.com/intl/es/earth/download/thanks.html#os=win#updater=yes).

En la Figura 1. Localizacion de viviendas afectadas por deficiencia del servicio. Se evidencia que la cantidad de poblacion que se encuentra en esta vereda en un numero considerable y requieren que les presten atencion de inmediato.

A continución se mostrara un dato extraido de la alcaldia del Municipio de Anapoima donde se muestra la cantidad de habitantes de la zona que estan sufriendo la necesidad:

Figura 2. Certificado del sisben de la vereda San Antonio la cual se ve afectada.

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Fuente: Alcaldia Municipal de Anapoima. Dia de acceso 24 de Agosto de 2016. Disponible. La Alcaldia Municipal de Anapoima Cundinamarca

En la Figura 2. Cantidad de habitantes que se encuentran afectadas dentro del casco urbano de la vereda.2

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo General

Diseñar una planta de potabilización de agua en la vereda de San Antonio de Anapoima, teniendo en cuenta el análisis físico quimico del agua, para satisfacer tanto las necesidades de la comunidad como la reglamentación vigente.

1.3.2 Objetivos Específicos

2 Fuente: Alcaldia Municipal de Anapoima. Dia de acceso 24 de Agosto de 2016. Disponible. La Alcaldia Municipal de Anapoima Cundinamarca

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Diseñar una planta de potabilización de agua natural en la vereda de San Antonio de Anapoima, basado en los parámetros fundamentales, y de acuerdo a los lineamientos del Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico (RAS 2000).

Realizar el análisis físico quimico del agua, para el abastecimiento de la inspección de San Antonio de Anapoima, cumpliendo con la normaividad vigente de calidad de agua.

1.4 DELIMITACIÓN:

1.4.1 Espacio El proyecto se realizará en la vereda San Antonio del municipio de Anapoima

Cundinamarca.

1.4.2 Tiempo El tiempo para el desarrollo del proyecto es de seis meses que es el tiempo asignado

por la universidad.

1.4.3 Contenido El proyecto contiene el diseño Hidráulico de una Planta de Tratamiento de agua

Potable

1.4.4 Alcance En este proyecto se buscará realizar el diseño de una Planta de Tratamiento de Agua

Potable para una vereda de bajos recursos económicos, buscando la menor inversión

económica para que se pueda llevar a su ejecución en un largo o corto plazo.

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1.5 MARCO DE REFERENCIA

Estado del Arte en la Tecnología de los Procesos de Potabilización de Forma Auto Sostenible

En este proyecto se analizaran los diferentes procesos a los que pueden ser sometidos el agua durante el tratamiento, tanto en colombia como en otros paises de mas alta calidad tegnologica. En esta investigacion se debe implementar un estudio que determine cuales de los procesos sean mas viables para la comunidad en materia de economia e aspectos ambientales. Tambien se buscara un proseso de reutilizacion con beneficio para la comunidad con los tipos de desechos que queden dentro de el tratamiento como pueden ser los lodos entre otros.

Se investiga por medio de “COL ENERGY S.A.S / COL AGUA es una empresa colombiana enfocada en proponer, diseñar y ejecutar proyectos innovadores, sostenibles en el tiempo y con alto impacto social y ambiental en el marco de la gestión energética y el tratamiento de agua”3 de donde se saca algunos procesos inovadores con los caules la empresa esta trabajando como lo son:

1.5.1 Ultrafiltracion La tecnología de Ultrafiltración permite retener el 99,9999% de partículas y microorganismos presentes en las fuentes de agua dulce, entregando agua para consumo humano con poca restricción al agua alimentada. 4

1.5.2 Desinfeccion La desinfección UV utiliza rayos ultravioleta tipo C para destruir la capacidad reproductiva de los microorganismos, siendo más efectiva que el cloro ante ciertos tipos de bacterias y patógenos. 5

1.5.3 Oxidacion Anodica La tecnología patentada de Oxidación Anódica permite por medio de un proceso electrolítico general el cloro necesario para la desinfección del agua a partir de los cloruros presentes, sin necesidad de adicionar insumos químicos para su funcionamiento.

Por otra parte, los sistemas convencionales de potabilización y depuración requieren de numerosos equipos y sistemas electromecánicos que producen costos de explotación y mantenimiento elevados. La implantación de estos sistemas plantea grandes dificultades en Colombia, por lo que las tecnologías sostenibles de bajo costo se convierten en una alternativa viable.

Las tecnologías sostenibles para el tratamiento del agua se basan en procedimientos naturales de depuración que no requieren de aditivos químicos. Eliminan las sustancias contaminantes usando vegetación acuática, el suelo y microorganismos. Como ejemplo de tecnología sostenible cabe destacar a los

3 Colenergy.S.A.S. Tratamiento de agua. Colombia. P.28 4 Colenergy.S.A.S. Tratamiento de agua. Colombia. P. 5 Colenergy.S.A.S. Tratamiento de agua. Colombia. P.

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humedales construidos, sistemas de depuración naturales donde los procesos de descontaminación son ejecutados simultáneamente por componentes físicos, químicos y biológicos. Estos sistemas rquieren de una superficie de tratamiento entre 20 y 80 veces superior a las tecnologías convencionales, y por ello su uso está en general limitado a la disponibilidad de terreno con un costo asequible. Finalmente, dentro de una gestión integral y sostenible del agua es fundamental tener en cuenta la reutilizacion de aguas. Una vez las aguas son regeneradas, éstas son especialmente indicadas para una gran variedad de usos municipales, industriales, agrícolas, recreativos y para la recarga de acuíferos. Sin lugar a dudas, el reuso de aguas es una opción que ayuda a promover un uso sostenible del agua.

La llamada “Nueva Cultura del Agua” asume un análisis de los sistemas de purificación del agua integrándolo como un todo en la parte del proceso y no como un conjunto de partes individuales. Este compromiso ético pasa por construir alternativas y ejemplos prácticos que se basen en la recuperación y conservación de los ecosistemas hídricos

1.6 MARCO TEORICO

1.6.1 Fuentes de Agua

1.6.1.1 Fuentes Subterráneas

Son aguas captadas de los acuíferos subterráneos como: manantiales, pozos,

etc. Esta agua en pocos casos pueden consumirse directamente; generalmente,

se someten a un proceso de desinfección para eliminar los metales como:

manganeso, fierro y microorganismos principalmente.

1.6.1.2 Fuentes Superficiales

Son aguas provenientes de lluvia que se escurre sobre la superficie de la tierra

y forma corrientes de agua que llegan a los ríos, lagos y mares.

1.6.2 Proceso de potabilización del agua

Captación

Es la toma de agua desde la fuente (represas, ríos) y conducción a planta de pre

tratamiento en algunos casos y a planta potabilizadora en otros casos.6

6 MINISTERIO DE DESARROLLO ECONOMICO.Reglamento tecnico del sector de agua potable y saneamiento basico RAS 2000 Bogota. D.C. Noviembre del 2000.

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1.6.2.1 Pre-Tratamiento

1.6.2.2 Físico

Es la separación de cuerpos gruesos en una rejilla de 1 pulg. de abertura. Y

separación de cuerpos sólidos menores a 1 pulg. de tamaño en unidades

hidráulicas llamados desarenadores.7

1.6.2.3 Químico

Es la aplicación de insumos químicos como cloro, coagulantes y floculantes.

1.6.2.4 Captación en Planta

La captación en planta se lleva a cabo en una unidad hidráulica llamada rompe-

presión. Además sirve para aplicar coagulantes y distribuir el caudal a las

diferentes unidades de tratamiento.

1.6.2.5 Coagulación/Floculación

Es el proceso de desestabilización química de las partículas coloidales que se

producen al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados, por medio de

la adición de los coagulantes químicos y la aplicación de la energía de mezclado

que puede ser hidráulica o mecánica.

La floculación es el proceso que sigue a la coagulación, que consiste en la

agitación de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y

aglomeración de los flóculos recién formados con la finalidad de aumentar el

tamaño y peso necesarios para sedimentar con facilidad. Estos flóculos

inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores que son capaces

de sedimentar con facilidad.

1.6.2.6 Decantación

Es la separación de los sólidos con mayor peso específico que el agua y que

tienen una velocidad de caída tal que puede llegar al fondo del decantador en un

tiempo económicamente aceptable. Las partículas en suspensión decantan en

diferente forma, dependiendo de las características, así como de su

concentración.

1.6.2.7 Filtración

Es la separación de partículas coloidales y microorganismos objetables que no

han quedado retenidos en los procesos anteriores (coagulación y decantación)

a través de un medio poroso llamado lecho filtrante. La filtración depende

directamente de la mayor o menor eficiencia de los procesos anteriores y es

responsable principal de la producción de agua de calidad coincidente con los

patrones de potabilidad. Una buena filtración reducirá considerablemente la


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demanda de desinfectante (cloro) en la etapa posterior y permitirá una dotación

de agua de calidad con buenas propiedades organolépticas a la población.

1.6.2.8 Desinfección

Es un proceso unitario de tratamiento que tiene como objetivo garantizar la

potabilidad de la misma desde el punto de vista microbiológico, asegurando la

ausencia de microorganismos patógenos. Este proceso se considera

fundamental dentro de la tecnología del tratamiento del agua, debido a que es

conocido el hecho de que los procesos anteriores como la decantación y la

filtración, no remueven el 100% de los microorganismos.

1.6.2.9 Almacenamiento

El agua desinfectada se almacena en reservorios de gran capacidad para luego

distribuir a los reservorios de los diferentes sectores de la población.

1.6.2.10 Hipótesis

Aplicando la tecnología existente para la producción de agua potable, es posible

adecuarla a nivel de laboratorio, para demostrar didácticamente el mecanismo

de obtención de agua potable, concientizando a la población para su

preservación

1.6.3 Etapas del proceso

Captación

Estructura realizada en la rivera del rio con el fin de captar el agua para el

tratamiento.

1.6.3.1 Aireación

Se efectúa haciendo caer el agua sobre una cascada para incrementar la

proporción de oxígeno disuelto en el agua. Se reduce de este modo el contenido

de dióxido de carbono hasta un 60% y mejora la purificación con bacteria

aeróbicas.8

1.6.3.2 Sedimentación

Es el asentamiento por gravedad de las partículas sólidas contenidas en el agua.

Se realiza en depósitos anchos y de poca profundidad. La sedimentación puede

ser simple o secundaria. La simple se emplea para eliminar los sólidos más

pesados sin necesidad de tratamiento especial mientras mayor sea el tiempo de

reposo, mayor será el asentamiento y consecuentemente la turbiedad será

menor haciendo el agua más transparente. El reposo prolongado natural también

ayuda a mejorar la calidad del agua debido a la acción del aire y los rayos

solares; mejor sabor y el olor, oxida el hierro y elimina algunas substancias.


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1.6.3.3 Coagulación y Floculación

Si el agua contiene sólidos en suspensión, la coagulación y la floculación pueden

utilizarse para eliminar gran parte del material. En la coagulación, se agrega una

substancia al agua para cambiar el comportamiento de las partículas en

suspensión. Hace que las partículas, que anteriormente tendían a repelerse unas

de otras, sean atraídas las unas a las otras o hacia el material agregado. La

coagulación ocurre durante una mezcla rápida o el proceso de agitación que

inmediatamente sigue a la adición del coagulante.

1.6.3.4 Filtración

Se emplea para obtener una mayor clarificación y generalmente Se aplica

después de la sedimentación. Hay muchos tipos de filtros con características que

varían de acuerdo con su empleo. La filtración más usual se realiza con un lecho

arenoso de unos 100 por 50 metros y 30 centímetros de profundidad. En esta

capa actúan bacterias inofensivas que descomponen la materia orgánica

presente en el agua en sustancias inorgánicas inocuas. Para uso doméstico

existen en el mercado unidades filtrantes pequeñas: algunas combinadas con

sistemas de potabilizaron. Cuando se adquiere algún aparato de estos es muy

importante recordar que la función principal de un filtro es la de eliminar materias

en suspensión; pueden retener ciertas bacterias, quistes etc., pero por si solos

no garantizan la potabilidad del agua. Para lograr esto último deben tener,

además del filtro algún dispositivo de potabilización. Los filtros más útiles en el

medio rural son los que se construyen con grava y arena.

1.6.3.5 Desinfección

Finalmente se adiciona una cantidad adecuada de cloro, (para lograr la

desinfección por degradación química directa de la materia celular (oxidación de

los compuestos orgánicos); de tal modo que la cantidad agregada tenga un valor

final 0.3 – 2 ppm asegurando de esta manera un agua libre de contaminantes

cuando llegue a ser utilizada por parte del consumidor.

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2. CARACTERIZACIÓN DE LA VEREDA SAN ANTONIO

En el presente capitulo se analizará la ubicación y características de la vereda de San Antonio teniendo en cuenta sus particularidades poblacionales, climatológicas y económicas la cual nos permite desarrollar el tipo de planta la cual será planteada en el proyecto y será adaptada a las necesidades de sus habitantes para ayudar con cierta necesidad especifica.

2.1 Ubicación de la Vereda San Antonio

San Antonio es una vereda del municipio de Anapoima del departamento de Cundinamarca (Colombia), ubicado en la Providencia del Tequendama; se encuentra a 93 km de Bogotá.

Figura 3. Localización del municipio de Anapoima Cundinamarca.

Fuente: Wikipedia {En Línea}. Dia de acceso 18 de Octubre de 2016. Disponible:https://es.wikipedia.org/wiki/Anapoima

2.2 Aspectos Económicos La vereda San Antonio cuenta con pocas fuentes de empleo dentro del casco urbano, esto causa que los habitantes de la comunidad se vean en la obligación de buscar lugares aledaños, como el sector del municipio de Anapoima, el cual su mayor inversión es en infraestructura o trabajos informales, en el caso de

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mujeres la mayor tasa de empleo es como amas de casa. El municipio de Anapoima ha implementado diferentes propuestas en los últimos años de tipo industrial. “Según el DANE, en 2005 se censaron 415 unidades económicas, de las cuales, 188 (45.3%) eran de comercio, 149 (35,9%) eran de servicios, 39 (9,4%) eran de industria y 26 (6,3%) se dedicaban a “otras actividades económicas”. De los establecimientos de comercio, 166 (88,3%) se dedicaban a las ventas al por menor, 10 (5,3%) eran de comercio al por mayor y 12 (6,4%) concentraban sus actividades en el mantenimiento y reparación de automóviles y motos; entre las unidades económicas de comercio, 64 (34,04%) se dedicaban a ventas en general no especializadas, 50 (26,6%) eran cigarrerías y ventas de bebidas, 8 (4,26%) eran ventas de frutas, verduras y productos agrícolas, entre otros”9

Igualmente, los trabajos informales los cuales por la falta de desempleo y el deseo de independizarse de la comunidad se ven obligados a padecer. “Como en todo el país, el desempleo ha hecho crecer casi desproporcionalmente la informalidad, representada por una gran cantidad de personas dedicadas a las ventas callejeras de toda clase de productos. Aunque, podríamos considerarla como una labor comercial, el no pagar impuestos, utilizar la vía pública y expender en la mayoría de los casos artículos de comercio en un problema público.” 10

9 Fuente: Página oficial Anapoima [En Línea]. Dia de acceso 18 de Octubre de 2016. Disponible: http://anapoima-cundinamarca.gov.co/apc-aa files/63363039343065363339353030333038/SECTOR_ECONOMICO.pdf 10 Fuente: Wikipedia {En Línea}. Dia de acceso 18 de Octubre de 2016. Disponible:https://es.wikipedia.org/wiki/Anapoima

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Figura 4. Indicadores de las actividades censadas.

Fuente: Censo General 2005-(En Linea) Informacion Basica. {18 de Octubre de 2016}. Procesado con Redatam+SP, CEPAL/CELADE2007

2.3 Aspectos Ambientales

GARANTIZAR LA SOSTENIBILIDAD AMBIENTAL.

Eliminar el consumo de sustancias agotadoras de la capa de ozono (2010)

Reducir a 4% el porcentaje de hogares que habitan en asentamientos precarios.

Reforestar 30.000 hectáreas de bosque anualmente.

Incorporar 165.000 nuevas hectáreas al sistema de parques naturales.

Incorporar al acueducto por lo menos 7.7 millones de nuevos habitantes urbanos e incorporar 9.2 millones de habitantes a una solución de alcantarillado urbano.

Incorporar 2.3 millones de habitantes a una solución de abastecimiento de agua y 1.9 millones a una solución de saneamiento básico.11

2.4 Red Hidrográfica

“En sentido norte – sur esta vereda se encuentra ubicado sobre las cuencas hidrográficas de los ríos Apulo. Además, cuenta con otras sub – cuencas como las del Chilan y la Aguardientera y con espejos de agua como los de las lagunas de La Bomba y Santa Ana.”

11 Fuente: Página oficial Anapoima [En Línea]. Dia de acceso 18 de Octubre de 2016. Disponible: http://anapoima-cundinamarca.gov.co/apc-aa files/63363039343065363339353030333038/SECTOR_ECONOMICO.pdf

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Figura 5. Red hidrográfica de la vereda San Antonio.

Fuente: Slideshare [En Linea]. Dia de acceso 18 de octubre de 2016. Disponible. http://www.slideshare.net/OlneyIvnEscobarForero/anapoima-29182434

.

En la Figura 5. Se puede observar que cerca a la vereda cruza el Rio Apulo al cual se le hace los estudios perminentes para llevar acabo el proyecto

2.5 Hidrología

Rio Apulo: El Rio Apulo pasa a tan solo metros del casco urbano de la comunidad de San Antonio la cual el proyecto se piensa beneficiar, con los siguientes datos: Latitud: 4.5166667, longitud: -74.6 que se encuentran en los datos de la CAR

Humedad Relativa: La humedad relativa media anual presenta una distribución variable en comparación con la temperatura. En el Municipio los valores fluctúan entre el 75.1 al 80%. 12

Precipitación: 1300 mm anuales.

Evapotranspiración: Las variaciones de la evaporación están directamente relacionadas con el comportamiento de las lluvias, se observa un promedio entre 1201 a 1400 mm/anuales.

12 Fuente: Slideshare [En Linea]. Dia de acceso 18 de octubre de 2016. Disponible. http://www.slideshare.net/OlneyIvnEscobarForero/anapoima-29182434

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2.6 Vereda San Antonio

En el presente capitulo dará a conocer el clima, población, calidad de vida y la infraestructura de la vereda de San Antonio teniendo en cuenta sus particularidades poblacionales, climatológicas y económicas la cual nos permite desarrollar el tipo de planta la cual será planteada en el proyecto y será adaptada a las necesidades de sus habitantes para ayudar con cierta necesidad especifica.

2.6.1 Clima de la Vereda

La vereda San Antonio cuenta con un micro–clima cálido seco y con una temperatura promedio de entre 24º y 28º. Durante la mayor parte del año las lluvias son escasas o nulas salvo para los meses de marzo, abril, mayo, septiembre, octubre y noviembre.13

Figura 6. Climograma de la vereda San Antonio.

Fuente:CLIMATE-DATA-ORG[En Linea]. Dia de acceso 18 de octubre de 2016. Disponible. http://es.climate-data.org/location/49846/

13 Fuente:CLIMATE-DATA-ORG[En Linea]. Dia de acceso 18 de octubre de 2016. Disponible.

http://es.climate-data.org/location/49846/

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2.6.2 Población en la Vereda

Según la ilustración número 2, se brinda un dato más seguro de la población actual es de 865 habitantes, fuente suministrada de la base de datos del SISBEN.

2.6.3 Índices de Calidad de Vida

Hasta el momento en la vereda se ha encontrado un grado de población desempleada considerable debido a las multas que se le imponen al municipio afectando directamente las actividades de infraestructura y prolongando tiempos de sequedad, donde la vereda se ve envuelta en crisis económicas y de salud.

La población más afectada son los hombres y mujeres mayores de 50 años los cuales no encuentran lugares donde puedan trabajar y tener unos ingresos económicos, solo esperan el subsidio mensual que les brinda el gobierno, pero es muy poco para este periodo de tiempo.

En énfasis de salud la vereda cuenta con un puesto de salud donde trabaja una enfermera que tiene horarios restringidos y un médico el cual milita en la vereda dos días por semana en horarios de 6 horas, tampoco cuentan con una ambulancia la cual sea necesaria en ocasiones de emergencias.

En términos de educación la vereda está sufriendo la falta de infraestructuras para los estudiantes ya que el número de estudiantes los cuales necesitan los servicios es muy grande para el poco espacio disponible en el colegio, la comunidad se ha visto obligada a implementar unos salones con guaduas y plásticos no dignos de una institución y los estudiantes se han visto muy afectados por estas causas.

Infraestructura

Como ya antes se menciona en el capítulo anterior la vereda cuenta con un colegio que acoge aproximadamente una cantidad de 200 estudiantes entre ambos niveles como lo son primaria y secundaria.

Otra gran infraestructura de la vereda, es el puesto de salud que cuenta con un gran espacio no es tan deficiente, pero le hace falta la continuidad del servicio de personal calificado y estable

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3. PLANTAS DE POTABILIZACIÓN

En este capítulo se expondrán los diferentes procesos a los cuales pueden ser sometidos aguas contaminadas según indica la norma Ras2000.

3.1 Definición

En la ingeniería se denomina Planta de Tratamiento de Agua Potable (PTAP) al conjunto de estructuras en las que se trata el agua con sus diferentes procesos, el cual tiene como finalidad volverla apta para el consumo humano. El proceso al cual se somete el líquido es el conjunto de operaciones unitarias de tipo físico, químico, físico-químico o biológico cuya finalidad es la reducción de las características no deseadas en el agua.

3.2 Procesos de Potabilización

El proceso de potabilización es el tratamiento al cual se somete el líquido durante un conjunto de operaciones unitarias de tipo físico, químico, físico-químico o biológico cuya finalidad es la reducción de las características no deseadas en el agua.

3.3 Tipos de Captación

Diferentes tipos de captación y situaciones adecuadas para su uso son los siguientes:

3.3.1 Toma Lateral

Esta estructura se ubica a la orilla o a una altura conveniente de ríos se recomienda en ríos de alta pendiente variaciones de nivel durante el ciclo hidrológico.

3.3.2 Toma Sumergida

Son para ríos de grandes dimensiones capaces de ser navegables y se debe instalar en un lugar donde no afecte la navegación.

3.3.3 Captación Flotante con Elevación Mecánica

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Se utiliza cuando la fuente de agua superficial siempre mantiene un caudal considerable en el fondo sin importar las variaciones hidrológicas y se ubica sobre una estructura flotante al borde del rio.14

3.3.4 Captación Móvil con Elevación Mecánica

Se utiliza en ríos con grandes incrementos de caudal durante el ciclo hidrológico y debe estar sobre una plataforma móvil que se apoye en rieles a la orilla del rio.

3.3.5 Captación Mixta

Se presenta cuando el cauce tiene variaciones considerables de caudal y cambios frecuentes se combinan la captación sumergida y la captación lateral.

3.3.6 Toma de Rejillas

Se recomienda ser utilizado en zonas montañosas cuando se cuente con una buena cimentación o terrenos rocosos y en pequeños cursos de agua. Debe estar localizada perpendicularmente a la dirección de la corriente y debe tener una rejilla metálica la cual tenga la tarea de retener material de cierto tamaño.

3.3.7 Presa de Derivación

Es aconsejable por razones económicas, se utiliza en lugares de pequeños cauces y donde se prolongan largos periodos de niveles bajos.

3.3.8 Cámara de toma Directa

Es recomendable en los pequeños ríos de la llanura cuando no hay variación durante el ciclo hidrológico.

3.3.9 Muelle de Toma

Se utiliza cuando hay variación substánciales del nivel del agua y se pueden utilizar estructuras costaneras ya existentes.

3.4 Desarenador

Estructura diseñada para la retención de solidos que contienen las aguas servidas o superficiales, con el fin de evitar que tengan un ingreso al canal de aducción y puedan ocasionar problemas en el proceso de tratamiento. Se recomienda que la ubicación del desarenador sea en zonas suficientemente grandes para la ampliación en el periodo de diseño y que el sistema de limpieza


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pueda hacerse por gravedad y que la longitud de la tubería de desagüe no sea excesiva.

Los principales tipos de desarenadores son:

3.4.1 Desarenador longitudinal

Este se basa en la reducción de la velocidad del agua y de las turbulencias, permitiendo que el material solido trasportado sea depositado en el fondo y pueda ser retirado periódicamente, se recomienda la construcción de dos estructuras paralelas para su limpieza.

3.4.2 Desarenador de Vórtice

Este se basa en la formulación de un vórtice (remolino) inducido mecánicamente que capture los sólidos en la tolva central de un tanque circular. Con unas paletas rotativas aumentan la velocidad para que el material orgánico más liviano se eleve y pueda retornarlo al flujo que pasa atreves de la cámara de arena.

3.5 Tanque de Almacenamiento y Compensación

Un tanque de almacenamiento y compensación es un elemento fundamental en la red de abastecimiento de agua potable, para compensar las variaciones horarias de la demanda de agua potable. Esto con el fin de mejorar el funcionamiento durante el proceso, el funcionamiento obtiene mejores resultados si hay poca variación del caudal tratado. El funcionamiento depende de la demanda producida por la población, el funcionamiento del tanque es a mayor demanda el tanque se vacía y a menor demanda el tanque se llena y ese es el proceso del tanque durante el periodo horario.

El tanque debe estar localizado en lugares no susceptibles a deslizamientos, inundaciones, la estructura debe ser estable para sismos correspondientes a la zona. El tanque debe tener como mínimo dos compartimientos que puedan operar de forma independiente. No existen limitaciones en cuanto a formas del tanque, en cambio se exige durabilidad, seguridad y cumplimiento de las condiciones sanitarias requeridas para el agua potable.

3.6 Mezcla Rápida

Consiste en distribuir el coagulante en forma rápida e instantánea en toda la masa de agua, en este proceso es donde sucede la desestabilización de partículas en solución o en suspensión que origina la turbiedad o el color del agua, mediante la adición de sustancias químicas llamadas coagulantes.15


37

3.6.1 Mezcladores Hidráulicos

3.6.1.1 Resalto Hidráulico

Este mezclador se emplea cuando se dispone de suficiente cabeza o energía en el flujo de entrada, no se requiere equipo mecánico para que se produzca el resalto, puede utilizarse la canaleta Parshall o vertederos de cresta con dientes productores de resalto.

3.6.1.2 Difusores

El difusor puede ser un tubo perforado o una canaleta de distribución, entre más puntos se apliquen se obtendrá una mayor eficiencia.

3.6.1.3 Vertederos

Con este método se puede medir el nivel de caudal a la entrada, los coagulantes deben ser aplicados durante la longitud del vertedero, solo se debe utilizar en los niveles bajos y medios de complejidad.

3.6.1.4 Mezcladores Estáticos de Inserción

El mezclador estático se inserta dentro del tubo y produce mezclas instantáneas muy útiles en los casos de coagulación por adsorción-neutralización de cargas.

3.6.2 Mezcladores Mecánicos

Los mezcladores mecánicos son introducidos dentro de un tanque, estos mezcladores son empleados de tipo hélices, paletas, turbinas u otros elementos similares acoplados a un eje de rotación impulsado por una fuerza motriz. Esto hace que la mezcla del coagulante se facilite, el tanque debe ser diseñado con una entrada en la parte inferior del tanque y la salida en la parte superior, lo cual asegura que la mezcla sea completa. Este tanque también tiene que tener desagüe para el su correcto mantenimiento.

3.7 Floculador

La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias denominadas floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado

3.7.1 Floculadores Hidráulicos

3.7.1.1 Floculador de Flujo Horizontal

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Este tipo de floculador debe estar dividido por pantallas de concreto u otro material adecuado dispuesto que el agua haga un recorrido de ida y vuelta alrededor de las mismas, para su limpieza debe dejarse un espacio considerable entre pantallas o las pantallas deben ser removibles.

3.7.1.2 Floculador de Flujo Vertical

En este tipo de floculador el agua debe fluir por encima y por debajo de las pantallas que dividen el tanque, se debe dejar una abertura para prevenir la acumulación de lodos.

3.7.1.3 Floculador Alabama

Se debe utilizar un codo en cada cámara para impulsar el fluido hacia arriba, los codos se instalan de manera intercalada derecha, izquierda y en cada tabique debe dejarse una boca de drenaje para la extracción de lodos.

3.7.1.4 Floculador de Tipo Helicoidal

Este floculador hace que el agua ingrese por el fondo en la esquina de la cámara y debe salir por encima en la esquina opuesta. Esta cámara puede ser cuadrada o circular. Se recomienda utilizarse en agua con baja turbiedad y que no contengan solidos pesados en especial arena.

3.7.2 Floculadores Mecánicos

Se hacen con una fuente de energía exterior segura para garantizar una mezcla lenta mediante agitadores mecánicos. Pueden ser giratorios o de tipo reciprocantes, el tipo de agitador mecánico más usado es las paletas, sumado a esto deben diseñarse pantallas con el fin de prevenir cortos circuitos y destrucción de los floculos. El motor se coloca al borde del tanque en cualquiera de los tipos a utilizar.

3.8 Sedimentador

Es una estructura diseñada para que en el momento que circule el agua dentro del ocurra un proceso por el cual las partículas de solidos se depositan. Los sedimentadores que se pueden emplear son de tipo flujo horizontal y flujo vertical.

Sedimentadores de Flujo Horizontal y Flujo Vertical

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Estos sedimentadores pueden ser rectangulares, circulares o cuadrados, también deben estar provistos de dispositivos que permitan la limpieza, incluidas tuberías de agua a presión con hidrantes.16

3.8.1 Sedimentador de Flujo Ascendente o Vertical

Esta sedimentación se hace en tanques rectangulares o circulares en los cuales la masa liquida se traslada de un punto a otro con una velocidad mientras que las partículas caen con otra. Se realiza la floculación integrada a la unidad y no se aceptan flocuaradores separados en este tipo de sedimentador.

3.8.2 Sedimentador de Alta Tasa

El tanque debe estar provisto de módulos que deben colocarse inclinados de modo que el agua ascienda por las celdas del flujo laminar, el diseño debe ser flexible para facilitar el retiro de placas.

3.8.3 Sedimentador con Manto de Lodos

El régimen que debe tener el manto de lodos es turbulento, donde las partículas suben y bajan con movimiento rotacional. Debe estar provista de conexiones para la extracción de muestras con el fin de determinar los parámetros de operación.

3.9 Filtros

Acá se describen los diferentes sistemas de control que pueden emplearse en las unidades de filtración, y sus diferentes tipos de filtros que se pueden utilizar.

3.9.1 Filtración Rápida

Deben filtrarse agua previamente tratada para lograr la remoción de las últimas partículas que no hayan sido retenidas por el sedimentador. Entre estos se encuentran:

3.9.2 Filtración Directa

La filtración debe ser por contacto o filtración directa propiamente dicha, este proceso se trabaja con una coagulación por neutralización de cargas diferentes de la coagulación de barrido.

3.9.3 Filtración Convencional

Debe utilizarse como pulimento final de los procesos de mezcla rápida, floculación y sedimentación. Generalmente se emplea cuando se ha realizado una coagulación de barrido.

3.9.4 Filtración Lenta

Como Tratamiento Único


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Esta se emplea como tratamiento final del agua cruda prefiltrada, para el mejoramiento de la calidad bacteriológica y remover las partículas suspendidas más finas. Debe operarse con bajas tasas y la unidad debe lavarse por raspado de las capas superficiales del medio filtrante.

3.9.4.1 Filtración Lenta en Diversas Etapas

Este tipo de filtración es recomendado para el acondicionamiento o pre tratamiento de fuentes superficiales de agua, cuya calidad este por debajo de los estándares exigidos o supera la capacidad de remoción de la filtración lenta de la arena produciéndose efluentes de calidad deficiente. Debe emplearse como multitarea para controlar los cambios bruscos de la calidad de agua de las fuentes.

3.10 Tanque de Agua tratada

Un tanque de Agua tratada es un elemento fundamental en la red de abastecimiento de agua potable, para compensar las variaciones horarias de la demanda de agua potable. Esto con el fin de mejorar el funcionamiento durante el proceso, el funcionamiento obtiene mejores resultados si hay poca variación del caudal tratado. El funcionamiento depende de la demanda producida por la población, el funcionamiento del tanque es a mayor demanda el tanque se vacía y a menor demanda el tanque se llena y ese es el proceso del tanque durante el periodo horario.

El tanque debe estar localizado en lugares no susceptibles a deslizamientos, inundaciones, la estructura debe ser estable para sismos correspondientes a la zona. El tanque debe tener como mínimo dos compartimientos que puedan operar de forma independiente. No existen limitaciones en cuanto a formas del tanque, en cambio se exige durabilidad, seguridad y cumplimiento de las condiciones sanitarias requeridas para el agua potable.17


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4. DISEÑO A IMPLEMENTAR

Segun los requerimientos de la RAS 2000 cada proyecto de potabilizacion y saneamiento basico debe cumplir con los requisitos enumerados en el capituo A2, estos requerimientos son:

4.1 Paso.1 Definicion del Nivel de Complejidad

Segun el numeral A2.1 para definir el nivel de complegidad se deben seguir los pasos del numeral A.3 La población con la que se va a desarrollar este proyecto como indica los censos del SISBEN del municipio de Anapoima es de 865 como lo indica la siguiente ilustración, con esto expresamos según la tabla de la ras2000 que el nivel de complejidad del proyecto es bajo.

Tabla 1. Nivel de complejidad según población.

MINISTERIO DE DESARROLLO ECONOMICO.Reglamento tecnico del sector de agua potable y saneamiento basico RAS 2000 Bogota. D.C. Noviembre del 2000.

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Figura 7. Certificado del Sisben de la vereda San Antonio.

Fuente: Alcaldia Municipal de Anapoima. Dia de acceso 24 de Agosto de 2016. Disponible. La Alcaldia Municipal de Anapoima Cundinamarca

43

Figura 8. Certificado del Sisben de la vereda San Antonio.

Fuente: Alcaldia Municipal de Anapoima. Dia de acceso 24 de Agosto de 2016.Disponible. La Alcaldia Municipal de Anapoima Cundinamarca

4.2 Paso.2 Justificacion del Proyecto y Definicion de Alcance

Según el capitulo A.4 de la RAS 2000 todo proyecto de potabilizacion debe tener la descripcion del problema, determinacion del objetivo del proyect, determincion de poblacion afectada, cuantificacion de demanda y/o necesidades. Descritas en los numerales .

44

4.2.1 Descripcion del Problema

En la vereda de San Antonio se puede observar que la comunidad en su totalidad carece de los servicios de agua potable, este problema se presenta por la inexistencia de la infraestructura fisica necesaria. En la vereda de San Antonio se presta un servicio insuficiente en el tema de calidad, por la falta de tratamiento del agua, con la prestacion del servicio de abastecimiento hacia a la comunidad. Esto conlleva a que la comunidad presente una serie de problemas de salud los cuales pueden ser causados por la deficiencia en la prestacion de servicio.

4.2.2 Determinacion del Objetivo del Proyecto

Diseño hidraulico de una planta de potabilización de agua en la vereda de San Antonio de Anapoima, teniendo en cuenta el análisis físico quimico del agua, para satisfacer tanto las necesidades de la comunidad como la reglamentación vigente.

4.2.3 Determinación Población Afectada

Con ayuda de la alcaldia del municipio de Anapoima, que contribuyo con informacion que maneja el SISBEN de la poblacion acual se puede determinar que la poblacion afectada es de 865 habitantes en la actualidad.

4.2.4 Cuantificacion de Demanda y/o Necesidades

Se define el nivel de complejidad segun el capitulo A3 para dada uno de los componentes del sistema: A.3- la clasificacion del proyecto depende del numero de habitantes de la zona urbana su capacidad economica y grado de exigencia tecnicadeacuerdo con la Tabla A.3.1. de la ras2000 (tabla N°1).

4.3 Paso 3. Poblacion Dotacion y Demanda

Acontinuacion se describe el procedimiento que debe seguirse para la evaluacion de la poblacion, la dotacion bruta y la demanda de caudal en un sistema de acueducto:

4.3.1 Métodos de Calculo

Para establecer el metodo de calculo adecuado se debe tener en cuenta el nivel de complejidad del sistema de acuerdo a la tabla 1. Tabla 2. Métodos para emplear según nivel del sistema.

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Teniendo en cuenta la tabla 2 se debe reaizar metodo aritmetico, geometrico y exponecial y se debe escoger el modelo que mejor se ajuste al comportamiento historico de la poblacion. La poblacion se proyectara para un perido de diseño de 15 años deacuerdo con el numral A.11.1.3 de la RAS2000. Tabla 3. Periodo de diseño a proyectar


4.3.2 Método Aritmetico

supone un crecimiento vegetativo balanceado por la mortalidad y la emigración. La ecuación para calcular la población proyectada es la siguiente: Ecuación 1. Fórmula para cálculo de la población proyectada.

𝑃𝑓 = 𝑃𝑢𝑐 +𝑃𝑢𝑐 − 𝑃𝑐𝑖

𝑇𝑈𝐶 − 𝑇𝐶𝐼× (𝑇𝑓 − 𝑇𝑈𝐶)


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Los datos iniciales de poblacion fueron suministrados por parte de la alcaldia, estos datos pertenecen a censos realizados por el municipio para afiliar a las personas al sisben, esto datos iniciales son:

Tabla 4. Censos.

Censos

Año Población

2014 844

2015 858

2016 865

Fuente: Autor “Memorias de calculo PTAP San Antonio”

Con base en estos datos iniciales se realiza el procedimiento de estimacion de poblacion futura para 15 años, arrojando los siguientes resultados:

4.3.3 Poblacion proyectada por el metodo aritmetico.

Tabla 5. Estimación aritmética.

Estimación Aritmético

2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

872 879 886 893 900 907 914 921

Estimación Aritmético

2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031

928 935 942 949 956 963 970

Fuente: Autor “Memorias de calculo PTAP San Antonio” Poblacion final proyectada a 15 años por el metodo aritmetico: 970 habitantes.

4.3.4 Metodo Geometrico

Es útil en poblaciones que muestren una importante actividad económica, que genera un apreciable desarrollo y que poseen importantes áreas de expansión las cuales pueden ser dotadas de servicios públicos sin mayores dificultades. La ecuación que se emplea es:

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Ecuación 2. Método geométrico.

𝑃𝑓 = 𝑃𝑢𝑐(1 + 𝑟)𝑇𝑓−𝑇𝑢𝑐


4.3.4.1 Tasa deCrecimiento Anual para el Metodo Geometrico.

Tabla 6. Valor r.

Valor de r

0,00815851

Fuente: Autor “Memorias de calculo PTAP San Antonio” Realizado el calculo de la tasa de creciemiento anual se realiza la estimacion para el periodo de diseño.

4.3.4.2 Poblacion Proyectada por el Metodo Geometrico.

Tabla 7. Estimación Geométrica.

Estimación Geométrica

2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

872,05 879,171 886,344 893,575 900,866 908,215 915,625 923,095

Estimación Geométrica

2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031

930,626 938,219 945,873 953,590 961,370 969,213 977,121

Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio”. Poblacion final proyectada a 15 años por el metodo geometrico: 978 habitantes.

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4.3.5 Metodo Exponecial

La utilización de este método requiere conocer por lo menos tres censos para poder determinar el promedio de la tasa de crecimiento de la población. Se recomienda su aplicación a poblaciones que muestren apreciable desarrollo y poseen abundantes áreas de expansión. La ecuación empleada por este método es la siguiente: Ecuación 3. Determinación del promedio de la tasa de crecimiento.

𝑃𝑓 = 𝑃𝑐𝑖 𝑥 𝑒𝑘 𝑥 (𝑇𝑓−𝑇𝑐𝑖)


4.3.5.1 Tasa de Crecimiento Anual para el Metodo Exponencial.

Tabla 8. Valor k.

Año Población Valor de k

2014 844 0,0164516

2015 858 0,00812541

2016 865 0,01228851

Promedio 0,01228851

Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio”

Una ves calculada la tasa de creciemiento anual para las estimaciones de poblacion se realiza el procedimiento para el calculo de la poblacion arojando los siguientes datos:

4.3.5.2 Población Proyectada por el Método Exponencial.

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Tabla 9. Estimación exponencial.

Estimación Exponencial

2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

875,695 886,523 897,484 908,581 919,815 931,187 942,701 954,357

Estimación Exponencial

2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031

966,157 978,103 990,196 1002,439 1014,834 1027,381 1040,084


Poblacion final proyectada a 15 años por el metodo geometrico: 1041 habitantes.

4.4 Resumen de Calculos

4.4.1 Resumen de Poblaciones Proyectadas al 2031.

Tabla 10. Métodos de proyección.

Censos Proyecciones 2031

Año Población Método Población

2014 844 Aritmético 970

2015 858 Geométrico 977,121123

2016 865 Exponencial 1040,08436


4.4.2 Proyección de Poblaciones.

50

Gráfica 1. Proyección de poblaciones.


Con base en la linea de tendencia de las proyecciones se adopta como la proyeccion esperada la calculada por el metodo geometrico. Con una poblacion equivalente de 977,12 habitantes para los 15 años de proyeccion.

4.5 Paso 4. Dotacion Neta

La dotación neta corresponde a la cantidad mínima de agua requerida para satisfacer las necesidades básicas de un habitante sin considerar las pérdidas que ocurran en el sistema de acueducto.

Tabla 11. Dotación neta.


Teniendo en cuenta la tabla 11 se toma como dotacion neta maxima y minima 100 L/hab*dia y 150 L/hab*dia, respectivamente, debido a la falta de informacion

51

con respecto a los consumos adecuados de cada habitante en el area urbana de San Antonio de Anapoima, no se pueden realizar las estimaciones por registros historicos.

4.5.1 Correcciones de Dotacion Neta

De acuerdo con la ras2000 es necesario realizar una correccion de la dotacion neta teniendo en cuenta la temeperatura promedio de la region. Según weather.com la temperatura promedio de la region circundante a el municipio de Anapoima se encuentra en tre 25 a 30 °C, este valor es necesario para la lectura de la tabla 12 del valor correspondiente para la correccion de la dotacion neta.

Tabla 12. Variación según clima dotación neta.


Teniendo en cuenta la tabla anterior, el valor correspondiente para la correccion de la dotacion neta es de 15%

4.5.2 Perdidas

Aduccion: las perdidas del sistema segun la norma para la aduccion deben ser menores a 5 %. Necesidades de la planta de tratamiento. Para un buen funcionamiento de la planta se debe tener un incremento de la totalidad de la poblacion neta y este porcentaje oscila entre el 3% y 5% del caudal medio diario. Perdidas tecnicas del sistema de acueducto: Cuando el vereda no cuenta con registros sobre las perdidas dependen del nivel de complejidad como se determinara en la siguiente tabla.

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Tabla 13. Porcentajes de pérdidas.


Dotacion Bruta

La dotación bruta debe establecerse según la siguiente ecuación: Ecuación 4. Fórmula de dotación.

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎

1 − %𝑝


El porcentaje de pérdidas técnicas para determinar la dotación bruta no debe ser superior al porcentaje de pérdidas establecido en la 13. Tabla de Poblaciones Proyectadas Tabla 14. Población Proyectada

Población Final

Año Habitantes

2017 872

2020 894

2025 931

2031 977

Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio Con base en las poblaciones proyectadas se realiza la lectura de la poblacion para decicdir el nivel de complejidad del sistema.

53

Tabla de Nivel de Complejidad

Tabla 15. Nivel de complejidad.

Nivel de Complejidad

Nivel de Complejidad

Dotación por Suscriptor (m3/sus*mes )

Rangos de Valores de Consumo

Clima Templado

y Frio

Clima Cálido Debajo

1000 msnm

Mínimo (L/hab*dia)

Máximo (L/hab*dia)

Bajo 10,8 12 100 150

Bajo 10,8 12 100 150

Bajo 10,8 12 100 150

Bajo 10,8 12 100 150


Teniendo en cuenta el nivel de complejidad se establece el valor de consumo para el clima en el que se encuentra la poblacion. Tabla de Demandas por Usos de Edificaciones Tabla 16. Usos de demanda.

Uso fines Públicos 3% (L/hab•día )

Uso Escolar (L/hab•día )

Uso Institucional (L/hab•día )

Dotación Neta (L/hab•día )

4,5 4,5 4,5 163,5

4,5 4,5 4,5 163,5

4,5 4,5 4,5 163,5

4,5 4,5 4,5 163,5


Los valores de consumo de las edificaciones se establecen de acuerdo a la ras2000 tomando como valores de incremento de 3% para cada uno.

54

Tabla de Incrementos de Poblacion por Perdidas y Operacion

Tabla 17. Incremento de pérdidas.

Incremento de Población por

Clima +15% (L/hab•día )

Incremento de Población por Operación de

Planta +5% (L/hab•día )

Incremento de Población por Operación de

Planta +3% (L/hab•día )

Porcentaje de Pérdidas Técnicas

(%)

188,025 171,675 168,405 10

188,025 171,675 168,405 10

188,025 171,675 168,405 10

188,025 171,675 168,405 10


Con base en la ras 2000 se establecen los incrementos de poblacion para el caudal demandado y las perdidas tecnicas admisibles en el sistema de acueducto.

4.6 Paso 5. Demanda

La demanda corresponde a la cantidad de agua que la poblacion requiere para sus actividades diarias, el metodo de evaluacion de este valor se realiza a traves del cuadal medio diario, caudal maximo diario y caudal maximo horario.

4.6.1 Caudal Medio Diario (Qmd)

El caudal medio diario, Qmd, es el caudal medio calculado para la población proyectada, teniendo en cuenta la dotación bruta asignada. Corresponde al promedio de los consumos diarios en un período de un año y puede calcularse mediante la siguiente ecuación: Ecuación 5. Caudal medio diario.

𝑄𝑚𝑑 =𝑝 ∙ 𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎

86400


55

4.6.2 Caudal Maximo Diario (QMD)

El caudal máximo diario, QMD, corresponde al consumo máximo registrado durante 24 horas durante un período de un año. Se calcula multiplicando el caudal medio diario por el coeficiente de consumo máximo diario, k1. El caudal máximo diario se calcula mediante la siguiente ecuación: Ecuación 6. Caudal máximo diario.

𝑄𝑀𝐷 = 𝑄𝑚𝑑 𝑘1


4.6.3 Caudal Maximo Horario (QMH)

El caudal máximo horario, QMH, corresponde al consumo máximo registrado durante una hora en un período de un año sin tener en cuenta el caudal de incendio. Se calcula como el caudal máximo diario multiplicado por el coeficiente de consumo máximo horario, k2, según la siguiente ecuación: Ecuación 7. Caudal máximo horario.

𝑄𝑀𝐻 = 𝑄𝑀𝐷 ∙ 𝑘2


4.6.4 Caudal de Incendios

El diseñador propone como una medida de prevencion el instalamiento de un hidrante en las tuberias matrices del sistema de acueducto con un caudal minimo de 5 lps de acuerdo a la RAS 2000. En base en los incrementos de la dotacion se calculan los valores de caudal requerido para el sistema de acueducto.

4.6.5 Calculo del Caudales de Dotacion

56

Tabla 18. Incremento de pérdidas.

Dotación Bruta Calculada

(L/hab•día )

Contraincendios (L/s)

Dotación Bruta Redondeada (L/hab•día )

187,116667 5 190

187,116667 5 190

187,116667 5 190

187,116667 5 190


4.6.6 Caudales con los que se Desarrollara el Proyecto

Utilizndo las formulas ya antes mencionadas encontramos los caudales necesarios para el desarrollo del proyecto.

Tabla 19. Caudales de diseño

Caudal Medio Diario (L/s)

Caudal Máximo Diario (L/s)

Caudal Máximo Horario

(L/s)

6,91771818 8,99303363 14,3888538

6,96503932 9,05455111 14,4872818

7,04651693 9,16047201 14,6567552

7,14876173 9,29339025 14,8694244


Grafica de Caudales

Poblaciones

57

Gráfica 2. Caudales


4.7 Paso 6. Captacion (Bocatoma)

Para el nivel bajo de complejidad la capacidad de la estructura de captacion debe ser igual al caudal maximo diario sumando las perdidas en la aduccion y las necesidades de la planta. Todo tipo de captacion debe tener rejillas, estas rejillas deben tener una inclinacion que osile entre 10% y 20%. La separacion entre barrotes debe estar entre 75mm y 150mm, el ancho de la rejilla debe ser igual al ancho de la estructura de captacion y la velocidad de flujo debe ser inferio a 0.15 m/s.

4.7.1 Datos Iniciales del Diseñador

Deacuerdo a la norma ras2000 el diseñador dispone estos datos iniciales para el analisis de los parametros indicados

Tabla 20. Datos iniciales

Periodo de Diseño (años)

Población (Habitantes)

Caudal Máximo

Diario (lps)

Caudal Medio Diario

(lps)

Perdida en Aducción

(lps)

Consumo Planta

Purificación (lps)

15 977,121123 9,29339025 7,14876173 0,35743809 0,35743809

58

Caudal de Diseño (lps)

Caudal de Diseño (m3/s)

Caudal Medio del

Rio (lps)

Caudal Máximo del

Rio (lps)

Caudal Tiempo Seco

(lps)

Ancho del Rio (m)

10,00826642 0,01000827 15 35 0,5 10


4.7.2 Diseño de la Presa

Verificando que el caudal maximo diario es inferior al caudal minimo del rio, se puede dar comienzo al desarrollo del proyecto ya que se necesita 0.010 m3/s y el caudal minimo del rio es de 1.18 m3/s.

4.7.2.1 Calculos Correspondientes

Se calcula la altura de la lamina de agua con la siguiente formula:

Ecuación 8 altura de la lámina de agua

𝐻 = (𝑄

1.84 𝐿)

2

3

Fuente: LOPEZ CUALLA Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Bogota: Escuela colombiana de ingenieria, 556p. Correccion de la Longuitud: Ecuación 9 Ecuación de corrección de vertedero

L´= L- 0.1nH

Fuente: LOPEZ CUALLA Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para

59

acueductos y alcantarillados. Bogota: Escuela colombiana de ingenieria, 556p.

Velocidad del agua que pasa por la rejilla: Ecuación 10. Velocidad de la rejilla en la bocatoma

𝑉𝑟 =𝑄

L´H

Fuente: LOPEZ CUALLA Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Bogota: Escuela colombiana de ingenieria, 556p. De esta forma con el criterio de la Bibliografia Numero 1 que indica que la velocidad de la presa debe estar entre (0.3 – 3) m/s se verifica si la velocidad del flujo cumple con la velocidad sobre la presa, acontinuacion se muestra las memorias de calculos: Tabla 21. Memoria de cálculos

Ancho de la Presa (m)

H Lámina de Agua (m)

Corrección Contracciones

Laterales

Velocidad del Rio Sobre la Presa (m/s)

Verificación Velocidad Sobre

la Presa

1,2 0,02738881 1,19452224 0,30590842 CUMPLE


4.7.3 Diseño de la Rejilla y Canal de Aduccion

Ancho del canal de aduccion: Ecuación 11. Ecuación de alcance de chorro máximo

Xs = 0.36 𝑉𝑟2

3 + 0.60 𝐻4

7

Fuente: LOPEZ CUALLA Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Bogota: Escuela colombiana de ingenieria, 556p.

60

Ecuación 12. Ecuación de alcance de chorro mínimo

Xi = 0.18 𝑉𝑟4

7+ 0.74 𝐻3

4


Ecuación 13. Ecuación de base de cámara de recolección

B = Xs + 0.10 Fuente: LOPEZ CUALLA Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Bogota: Escuela colombiana de ingenieria, 556p.

Con estas fórmulas se analizar el ancho del canal de aducción:

Tabla 22. Diseño de la rejilla.

Xs (m) Xi (m) B (m)

0,240237447 0,14130061 0,4


4.7.3.1 Rejilla

Se utiliza la rejilla con barrotes en la direccion del flujo y sus calculos son de la siguiente manera:

Area Neta y Total

Ecuación 14. Área neta y total de la rejilla.

Aneta = a B N

Atotal = (a+b) B N

61


Area Neta corregida

Ecuación 15. Área neta corregida de la rejilla.

Aneta = 𝑎

𝑎+𝑏 Atotal


Caudal a través de la Rejilla

Ecuación 16. Caudal a través de la rejilla.

Q = K Aneta Vb

hc = ( 𝑄2

𝑔 𝐵2 )

1

3


Diseño de la Cámara de recolección

Ecuación 17. Longitud cámara de recolección

L = Xs + 0.30


Desagüe del Caudal de Excesos

62

Ecuación 18. Caudal de excesos de la bocatoma.

Q captado = Cd Aneta √2 𝑔 𝐻

Q excesos = Q captado - Q diseños


De esta forma con ayuda de las formulas ya antes nombradas se harán los respectivos cálculos de la bocatoma en las memorias de cálculo de la PTAP San Antonio

4.7.3.2 Calculo de la Rejilla

Tabla 23. Diseño de la rejilla

Separación Entre Barrotes

(m)

Diámetro de los Barrotes

(")

Diámetro de los Barrotes

(m)

Velocidad entre

Barrotes (m/s)

Aneta (m2)

Lr (m)

0,01 0,5 0,0127 0,1 0,11120296 0,60

Recalculo Aneta (m2)

Numero de Barrotes

Aneta (m2)

Vb (m/s)

Lr (m)

0,105726872 27 0,108 0,10 0,61


Cálculos del Canal de Aducción

63

Tabla 24. Diseño del canal de aducción

Nivel Aguas Arriba

(he) (m)

Espesor del Muro del

Canal (m)

Longitud del Canal (m)

Pendiente de la Cámara

(%)

Nivel Aguas Abajo

(ho) (m)

0,03996 0,3 0,91 3 0,04571

BL (m) Ho (m) He (m) Vc (m/s) Verificación Vc

0,15 0,19571 0,22309 0,62612 CUMPLE


4.7.4 Calculo de la Cámara de Recolección

Tabla 25. Diseño cámara de recolección

Xs (m) Xi (m) B (m) B Mantenimiento

(m)

0,358774614 0,20388498 0,7 1,2

L Mantenimiento (m)

Cabeza de Aducción (m)

BL en la Cámara

(m)

Fondo de la Cámara

(m)

1,5 0,4 0,15 0,55


4.7.5 Cálculos de los Muros de Contención

64

Tabla 26. Diseño Muro de Contención

Q Máximo (lps)

H (m) BL (m) Altura Muros

(m)

35 6,31024154 0,33 6,7


4.7.6 Cálculos del Caudal de Excesos

Tabla 27. Diseño Caudal de Excesos

Q Medio (lps)

H (m)

Q Captado (m3/s)

Q Excesos (m3/s)

H Exceso (m)

15 3,58697316 0,27180571 0,26179744 0,25

V Exceso (m/s) Xs (m) BL (m) L Vertedero de

Excesos (m)

0,88 0,61 0,3 0,91


65

4.7.7 Calculo de Cotas

Tabla 28. Cotas

Calculo de Cotas Msnm

Fondo del Rio de Captación 535,5

Lamina Sobre la Presa

Diseño 535,527389

Máxima 541,810242

Medio 539,086973

Corona de los Muros de Contención 542,2

Canal de Aducción

Fondo Aguas Arriba 535,304293

Fondo Aguas Abajo 535,276906

Lamina Aguas Arriba 535,35

Lamina Aguas Abajo 535,316867

Cámara de Recolección

Lámina de Agua 535,126906

Cresta del Vertedero de Excesos 534,876906

Fondo 534,476906


4.8 Paso 7. Conduccion Bocatoma – Desarenador

Para efectos del diseño del acueducto el trasporte de agua depende del tipo de trasporte de agua que se trasporta y de las condiciones hidraulicas en quee se realiza dicho trasporte. Segun la clase de agua se podra trasportar agua cruda o agua ya potabilizada y para cada uno de estos casos existen requerimientos diferentes en los diseños.

4.8.1 Diametro Minimo

El diametro que se recomienda para una aduccion a flujo libre tiene que ser minimo de 4 pulgadas.

66

4.8.2 Velocidad Minima

Se establece que la velocidad minima es de 0.6 m/s.

4.8.3 Velocidad Maxima

En general la tuberia de Gres permite velocidades hasta de 5 m/s y la de concreto hasta 4 m/s.

4.8.4 Diseño

Para realizar los calculos de la aduccion es necesario tenr como datos iniciales los niveles del terreno de laduccion y la longitud total entre sus extremos igualmente el material que se utilizo en el diseño es tuberia de PVC con un n de MANNING de 0.009 como se indicara en la tabla de datos iniciales.


COTA SUPERIOR (msnm)

COTA INFERIOR (msnm)

LONGITUD (m)

CAUDAL (lps)

CAUDAL (m3/s)

n MANNING

534,777 530,000 247,022 10,008 0,010 0,009


Cálculos de la Conducción

Aplicando las siguientes formulas se calculan los elementos hidráulicos de la aducción

Ecuación 19. Pendiente de la línea de aducción

𝑆 =(𝑐𝑜𝑡𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 − 𝑐𝑜𝑡𝑎 𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟)

𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑥100


67

Ecuación 20. Diámetro requerido para la línea de aducción

𝐷 = 1.548 (𝑛𝑄

𝑆1

2⁄)

38⁄


Una vez estén calculado los valores del diámetro con la ecuación 20 se redondea a un diámetro comercial y se aplica la ecuación 21

Ecuación 21. Caudal a tubo lleno

𝑄0 = 0.312 (𝐷

83⁄ 𝑆

12⁄

𝑛)


Ecuación 22. Velocidad a tubo lleno

𝑉0 =𝑄0

𝐴0


Ecuación 23. Radio hidráulico

𝑅0 =𝐴0

𝑃0


68

Una vez calculado el caudal a tubo lleno se calcula la relación hidráulica entre caudales y busca el valor requerido en la tabla de relaciones hidráulicas (figura 9) para conducciones circulares, y se calcula las propiedades hidráulicas aplicando el conjunto de ecuaciones 25.

Ecuación 24. Relación hidráulica entre caudales

𝑄

𝑄0= 𝑥

Fuente: LOPEZ CUALLA Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Bogota: Escuela colombiana de ingenieria, 556p. Figura 9 Tabla de relaciones hidráulicas para conducciones circulares

Fuente: LOPEZ CUALLA Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Bogota: Escuela colombiana de ingenieria, 556p

69

Ecuación 25 Ecuaciones de relaciones hidráulicas

𝑅

𝑅0= x

𝑑

𝐷= 𝑥′

𝑉𝑟

𝑉0= 𝑥′′


Tabla 30. Diseño de la conducción

PENDIENTE (%)

D (m) D (") D Aproximado

(") D Aproximado

(m) R

0,019 0,099 3,883 4 0,102 0,0254

Qo (m3/s) Q/Qo Vo (m/s) Ao (m2) COTA LAMINA DE AGUA (msnm) 0,011 0,925 1,335 0,008

V/Vo V (m/s) d/D d (m) 530,085

1,021 1,363 0,835 0,085


Para conocer el valor de la cota al final de la conduccion simplemente se le le suma la altura de la lamina de agua (d) a la cota inferior del terreno.

4.9 Paso 8. Desarenador

El diseño del desarenador en el nivel de baja complejidad puede prescindirse siempre y cuando se demuestre que el trasporte de solidos no es perjudicial para el sistema, este diseño debe hacerce en el primer tramo de la aduccion, lo mas cerca posible de la captacion de agua. Se debe diseñar dos modulos que operen

70

de forma independiente para que se facilite la limpieza cada uno de ellos dimensionados para el caudal medio diario.

El desarenador debe tener una capacidad igual al caudal máximo diario, la profundidad efectiva para el almacenamiento de arena en el desarenador debe estar comprendida entre (0.75 -1.5) m. la velocidad máxima horizontal para un sistema sin tratamiento posterior debe ser de 0.17 m/s. Para el nivel bajo de complejidad no se requiere verificar la eficiencia y la capacidad de remoción de sedimento.

4.9.1 Especificaciones de Diseño

4.9.1.1 Periodo y Caudal de Diseño

El periodo de diseño ya antes mencionado es igual que el de la toda la estructura en este caso son 15 años, deben verificarse los parámetros de funcionamiento hidráulicos en los periodos final e inicial de cada etapa.

4.9.1.2 Número de Unidades

Se recomienda que el sistema del desarenador esté constituido por un mínimo de dos módulos que funcionen en paralelo, esto por prevención si alguno de ellos se encuentra fuera de servicio.

4.9.1.3 Paso Directo

Se debe diseñar una tubería de paso directo para casos de emergencia.

4.9.1.4 Relación Longitud a Ancho

En la bibliografía número 1 se recomienda un tanque rectangular con una longitud a ancho (L/B) entre 3/1 y 5/1.

4.9.1.5 Profundidad Mínima y Máxima

La profundidad que indica en la bibliografía número 1 es de mínimo1.50m máximo 4.50m. Profundidad de Almacenamiento de Lodos y Pendientes de la Placa de Fondo La profundidad de lodos típica está comprendida entre 0.75m y 1.50m, las pendientes de fondo deben estar comprendidas entre 5 y 8 % con el fin de que los lodos rueden fácilmente hacia la tubería de desagüe.

71

4.9.1.6 Periodo de Retención Hidráulico

El tiempo en que la partícula entre y salga del desarenador debe oscilar entre 30 minutos y 4 horas ya que el periodo de retención hidráulico debe tender hacer corto.

4.9.1.7 Carga Hidráulica Superficial

Según la bibliografía número 1 debe estar entre 15 y 80 m3/m2*d al final del periodo de diseño.

4.9.2 Desarrollo del Diseño del Desarenador

Para el diseño del floculador se adopta como procedimiento el descrito en el libro de LOPEZ CUALLA Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados, en donde el capitulo 9 (desarenadores) se aplican las siguientes formulas consecutivas teniendo en cuenta los valores suministrados por la conduccioon anterior al sedimentador y las propiedades fisicas del agua como viscosidad cinematica tomadas de la figura. Asim mismo se adoptan los valores generales de la arena que se pretende separar en el desarenador.

Figura 10 Densidad viscosidad del agua según la temperatura


72

4.9.2.1 Condiciones de la Tubería de Entrada

Tabla 31. Datos Iniciales

Q (m3/s) 0,010 Qo (m3/s) 0,010

V (m3/s) 1,363 Vo (m3/s) 1,335

D (m) 0,101 d (m) 0,084


4.9.2.2 Condiciones de los Cálculos del Desarenador

Tabla 32. Condiciones de diseño del desarenador

Periodo de diseño : 15 Años

Número de módulos : 2 #

Caudal medio diario(2040): 7,1487617 lps

Caudal máximo diario (2040): 9,2933902 lps

Caudal medio diario(2015): 6,9177182 lps

Requerimiento en la planta de purificación : (5% del Qmd) 0,3574381 lps

Caudal de diseño de cada módulo: 7,1487617 lps

Remoción de partículas de diámetros: 0,05 mm

Porcentaje de remoción: 75 %

Temperatura: 25 ºc

Viscosidad cinemática: 0,01059

Grado del desarenador: 1

Relación longitud : ancho : 5:01 B:L

Cota de la lámina en la tubería a la entrada del desarenador: 534,80231 msnm

Cota de la batea en la tubería a la entrada del desarenador: 534,77691 msnm

Cota de la corona de muro: 535,10231 msnm

Densidad del agua a la temperatura ambiente 0,997 g/cm3


73

4.9.2.3 Calculo de los Parámetros de Sedimentación

Tabla 33. Diseño de los parámetros

VELOCIDAD DE SEDIMENTACION DE LA PARTCULA ds

V= g * (ῥs - ῥ) dᶺ

2

Vs =

0,002126735

m/s

18* μ

GRADO DEL DESARENADOR

Ѳ PARA 75% DE REMOSION

3

m/s

TIEMPO DE REMOCION DE LA PARTICULA

t= H

PROFUNDIDA UTIL DE 1,50 705,306449

seg

Vs

RETENCION HIDRAULICA

V=

3 * t

2115,91935

0,587755374

Horas


4.9.2.4 Condiciones en la Tubería de Entrada

Tabla 34. Diseño de la Tubería de entrada

VOLUMEN DEL TANQUE

V

Ѳ * Q

15,1262032

m3

74

AREA SUPERFICIAL DEL TANQUE

As = V

As =

10,0841355

m2 H ALTURA UTIL DE 1,50

DIMENSIONES DEL TANQUE L:B

B= √ As /5

1,42015038 m

L= 5 * B 7,10075189 m

CARGA HIDRAULICA SUPERFICIAL

q= Q 0,00070891

61,2499717

m3/m2 d

As

SEDIMENTACION DE LA PARTICULA

Vo= q=

0,00070891 0,07089117 cm/s

do= √ Vo*18*μ / g * (ῥs - ῥ) do= 0,00288937 0,02889374 mm

VELOCIDAD DE SEDIMENTACION DE LA PARTCULA ds

Ѳ = Vs

3

T Vo

VELOCIDAD HORIZONTAL

Vh= Q 0,33559

Vo*L 0,33558708

cm

T W H

VELOCIDAD HORIZONTAL MAXIMA

Vh max

20*Vs

4,2534703

cm/s

75

VELOCIDAD DE RESUSPENSION MAXIMA

Vr=

√ (8k/f)*18* (ῥs - ῥ)*d

9,29128624

cm/s

Fuente: Propia “Memorias de calculo PTAP San Antonio.

4.9.2.5 Calculo de los Elementos del Desarenador

Tabla 35. Diseño del Desarenador

VERTEDERO DE SALIDA

Hv=

(Q/1,84*B)(2/3)

0,01956076

m

Vv= Q 0,25734202

m/S

BHv

XS 0,36*Vv^(2/3)+0,6*Hv^(4/7) 0,2090075 m

Lv 0,31 m

PANTALLA DE SALIDA

Profundidad H

0,75

m 2

Distancia al vertedero de salida 15Hv 0,29341144 m

DE ENTRADA PANTALLA

Profundidad H 0,75 m

2

Distancia al vertedero de salida L 1,77518797 m

4

76

ALMACENAMIENTO DE LODOS

Relación Longitud: prof. Lodos 10

Profundidad máxima 0,710075189 m

Profundidad máxima adoptada 1 m

Profundidad mínima adoptada 0,75 m

Dist. Pto. de salida a la cámara de aquietamiento

L/3 2,366917298 m

Dist. Pto. de salida al vertedero de salida 2L/3 4,7338346 m

Pendiente transversal de salida (1-0,8)/2,83 17,6% %

Pendiente longitudinal (en L/3) 0,2/3,78 10,6% %

Pendiente longitudinal (en 2L/3) 0,2/7,56 4,2% %

CAMARA DE AQUIETAMIENTO

Profundidad H/3 0,5 m

Ancho B/3 0,47338346 m

Largo (adoptado) 1 m

REBOSE DE LA CAMARA DE AQUIETAMIENTO

Qexcesos Qo - Q= 0,000815946 m3/s

He Qexcesos / 1,84*Le 0,005815168 M

Ve Qexcesos / Hv*Le 0,140313339 m/s

XS 0,36*Vv^(2/3)+0,6*Hv^(4/7) 0,128886 M

Lr 0,2 M

B-ancho/2 0,47338346 M


77

4.9.2.6 Perfil Hidráulico

Tabla 36. Diseño del perfil hidráulico

PERDIDAS A LA ENTRADA DE CAMARA DE AQUIETAMIENTO

Caudal 9,650828333 Lps

K 0,2

V1 1,36315342 m/s

V2 3,505816948 m/s

Hm k*∆V^2/2*g 0,046799256 m/s

PERDIDAS A LA ENTRADA DE LA ZONA DE SEDIMENTACION

V1 1,36315342 m/s

V2 = Vh 0,01 m/s

Hm k*∆V^2/2*g 0,009332437 M

PERDIDAS POR LAS PANTALLAS INICIAL Y FINAL

Q Cd*Ao*√2*g*H

A 2,0376 m2

H 3,02726E-05 m

78

DIAMETRO DE LA TUBERIA DE EXCESOS Y LAVADO

Tubería de excesos

Diámetro mínimo 6" 0 cm

TUBERIA DE LAVADO

Cota de entrega del desagüe de lavado (Cota de Descarga) 530 msnm

Cota de lámina de agua sobre la tubería= Cota de la lámina de agua de la entrada – Perdidas

530,084836 msnm

Diámetro nominal 6" 0,168 m

Diámetro Real 160 mm

Longitud de la conducción (Longitud según perfil de la aducción) 70 m

Altura disponible 0,084836 m

PERDIDAS DE LA CONDUCCION

Entrada Normal 2,5 m

Válvula de Compuerta 1,1 m

Codo radio corto 4,9 m

T cambio de dirección 10 m

Salida 5 m

Tubería 65 m

L.E. Total √ Vo*18*μ / g * (ῥs - ῥ) 88,5 m

J H/L.E. 0,000958599 m

Qinicial 0.2785*CD^(2,63)*J^(0,54) 0,0079038 m/m

V 2,984148205 m/s

V2/2g 0,45388076 m

COEFICIENTE DE DESCARGA

Q Cd*Ao*√2*g*H

Cd Q/Ao*√2*g*H 0,454495519

t vaciado (2As/CDAo*√2*g)*H^1/2 145,127 Seg 2,418786521 min


79

4.9.2.7 Calculo de Cotas

Tabla 37. Cotas

CALCULO DE COTAS Msnm

Cota de batea de la tubería de entrada 530,000

Cota de lámina de agua en tubería de entrada 530,102

Cota lámina de agua en cámara de aquietamiento 530,055

Cota cresta de vertedero cámara de aquietamiento. 530,049

Cota fondo de la cámara de aquietamiento. 529,549

Cota lámina de agua en zona de sedimentador. 530,045

Cota de la corona de muros desarenador 530,345

Cota inferior de pantallas de entrada y salida 529,295

Cota del fondo de Prof. Útil de sedimentador. 528,545

Cota placa fondo a la entrada y salida del desarenador. 527,795

Cota placa fondo en punto de desagüe 527,545

Cota de batea de la tubería de lavado 527,545

Cota clave de la tubería de lavado 527,713

Cota cresta del vertedero de salida 530,026

Cota lámina de agua de la cámara de recolección 529,876

Cota fondo de la cámara de recolección (supuesta) 529,576


4.10 Paso 9. Estación de Bombeo a Tanque de Almacenamiento

Para el nivel bajo complejidad deben colocarse dos bombas con las mismas capacidades.se debe calcular la potencia de la bomba para que pueda abastecer el tanque. Se debe diseñar una sala de bombas con un tamaño suficiente que pueda alojar las bombas-motor y cómodos para el manteniendo e ingresos de los operarios.

80

4.10.1 Diseño de la Bomba

4.10.1.1 Datos Iniciales

Para el diseño del sistema de bombeo que alimentará el tanque de suministro de

planta de tratamiento se seguirá el proceso estipulado en el ras 2000 capitulo 6

en donde es necesario conocer los valores iniciales del sistema de bombeo con

el fin de calcular las pérdidas de energía en el sistema, por lo tanto, se establecen

los datos iniciales para el sistema de bombeo según los requerimientos

establecidos por el ras 2000.

Tabla 38 valores de rugosidad absoluta


Se adopta como material para el sistema de bombeo tubería de pvc con un

coeficiente de rugosidad de 0.0015.


Cota Captación

(msnm)

Cota Bomba (msnm)

Cota de Descarga (msnm)

Caudal (lps)

Periodo de Diseño (años)

Temperatura del Agua

(ªc)

530 580 600 10,00826642 15 25

Material Tubería

Longitud Descarga

(m)

Longitud Succión

(m)

Rendimiento Bomba

(%)

Tiempo de Bombeo (horas)

ks pvc

pvc 483,5 5 75 6 0,0015

81


4.10.1.2 Calculo de velocidad en la tubería de descarga

El cálculo de la velocidad en la descarga se realiza a través de la ecuación 26

Ecuación 26. Velocidad en el sistema de tubería

𝑉𝑖 =𝑄

𝐴

Fuente: LOPEZ CUALLA Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para

acueductos y alcantarillados. Bogota: Escuela colombiana de ingenieria, 556p

Para poder aplicar esta formula es necesario conocer el diametro optimo de la

tuberia en funcion del caudal de abastecimiento este valor se calcula a traves de

la ecuacion 27

Ecuación 27. Diámetro óptimo para el transporte de agua

𝐷𝑒 = 1.2 (t

24)

0.25

× √𝑄


Una vez conocido el diámetro optimo se emplea u diámetro comercial y así

aplicando la ecuación 26 se conoce el valor de la velocidad en el sistema de

bombeo.

82

Tabla 40. Cálculos de la descarga

Q (m3/s)

Factor de Horas de Bombeo (horas)

Diámetro Económico

(m) Diámetro (")

0,010008266 25 0,08488788 3,342042439

Diámetro Comercial

(")

Diámetro (m)

Velocidad Descarga

(m/s) Validación

4 0,1016 1,2344729 CUMPLE


4.10.1.3 Calculo de Pérdidas en la Descarga

El cálculo de las perdidas en el sistema de tubería se aplica la ecuación 28 en donde es

necesario conocer las perdidas lineales en el sistema y las perdidas menores producidas

por los accesorios.

Ecuación 28. Pérdidas totales en el sistema de tubería

𝐻 = 𝐻𝑓 + ∑ ℎ𝑓 + ∑ 𝑤

MINISTERIO DE DESARROLLO ECONOMICO.Reglamento tecnico del sector

de agua potable y saneamiento basico RAS 2000 Bogota. D.C. Noviembre del

2000.

Para aplicar correctamente la ecuación 28 es necesario realizar los siguientes

cálculos consecutivos aplicando cada una de las ecuaciones a continuación

mencionadas, igualmente definido la cantidad de accesorios del sistema de

descarga, la densidad y viscosidad del agua a temperatura ambiente.

83

Tabla 41 densidad y viscosidad el agua según la temperatura



2000.

Ecuación 29. Reynolds

𝑅𝑒 =𝜌 × 𝑣 × 𝐷

𝜇



2000.

Ecuación 30. Factor de fricción para flujo turbulento

1

√𝑓= −2𝑙𝑜𝑔10 (

𝑘

3.7𝐷+

2.51

𝑅𝑒√𝑓)



2000.

84

Ecuación 31. Perdidas lineales

ℎ𝑓 = 𝑓 ×𝐿

𝐷×

𝑣2

2𝑔



2000.

Tabla 42. Coeficientes de perdidas menores para accesorios comunes


Ecuación 32. Perdidas por accesorios

ℎ𝑚 = 𝑘𝑚 ×𝑣2

2𝑔



2000.

85

Tabla 43. Cálculos de las pérdidas descarga

Densidad (g/cm3)

Viscosidad (Pa*s)

Re F hf (m) hm (m) Ht (m)

995,7 0,801 155909,02 0,04391 1562,1413 0,652444 1562,79381

Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio” Tabla 44. Accesorios descarga

Unión Codo 90°

Va pie Coladera

N salida

Codo 45 Tee Red Valv. checke

Cant (unid) 0 2 0 0 0 1 2 2 2

Valor de k 0,3 0,6 2 1 0,4 1,8 0 0,2 2,5

Ʃ total de k 0 1,2 0 0 0 1,8 0 0,4 5


4.10.1.4 Calculo de velocidad en tubería de succión

Tabla 45. Cálculos de tubería de succión

Q (m3/s)

Factor de Horas de Bombeo (horas)

Diámetro Económico

(m)

Diámetro (")

0,010008266 25 0,08488788 3,342042439

Diámetro Comercial

(")

Diámetro (m)

Velocidad Descarga

(m/s) Validación

4 0,1016 1,2344729 CUMPLE

86


4.10.1.5 Velocidades Máximas de las Tuberías de succión

Tabla 46. Velocidades máximas en tuberías de succión

MINISTERIO DE DESARROLLO ECONOMICO.Reglamento tecnico del sector de agua potable y saneamiento basico RAS 2000 Bogota. D.C. Noviembre del 2000. La velocidad mínima de la tubería de succión será de 0.45 m/s, las velocidades de la tubería de expulsión debe estar entre 1 m/s y 3 m/s, Se recomienda que el diámetro de la tubería de succión sea mayor que el de impulsión, por lo menos en 50 mm. Entre 200 y 500 Vac trifásico, para motores mayores que ½ y menores o iguales que 350 HP, la canalización debe hacerse en tubería conduit galvanizada o PVC, si el diámetro requerido no es mayor que 100 mm (4 pulgadas)

4.10.1.6 Pérdidas por Succión

Tabla 47. Perdidas por Succión

Densidad (g/cm3)

Viscosidad (Pa*s)

Re f hf (m) hm (m) Ht (m)

995,7 0,801 155909,0 0,0439152 16,15451 0,613608 16,76812

87

Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio” Tabla 48 accesorios tubería de succión

Accesorios Succión

Unión Codo 90° N Entrada N salida codo 45 Tee Red Valv. checke

cant (unid) 0 2 0 1 0 1 2 2 2

valor de k 0,3 0,6 0,1 1 0,4 0,3 0 0,2 2,5

Ʃ total de k 0 1,2 0 1 0 0,3 0 0,4 5


4.10.2 Potencia de la Bomba

Ecuación 33. Potencia de la bomba

𝑃 =𝑄 × 𝛾 × 𝐻

𝜂


Tabla 49. Potencia de la bomba

HB (m) P (kw) P (hp)

1649,561929 215,941059 289,620519


88

4.10.3 Especificaciones Técnicas Requeridas para el Funcionamiento Óptimo

de la Bomba

Se ingresa a la curva de las caracteristicas que requiere el proyecto para su

optimo proceso, con el diferencial de alturas y el caudal se busca una bomba

que cumpla con las necesidades que solicitan el proceso del proyecto.

Acontinuacion se muestra la curva:

Figura 11.Curva característica de bombas centrifugas

Fuente: CALPEDA.Bombas centrifugas monobloc con orificios roscados.

Bogotá julio de 2014

Después de ingresar con las características de la bomba la curva nos arroja

que la gráfica más eficiente para ese trabajo es la de referencia NMD32/210,

seguido de esto se ingresa a la curva con las características de la bomba

donde se obtendrán las características de la bomba y se ingresara a ver

catálogos de empresas que ofrezcan este tipo de bomba en este caso la

empresa que se está cotizando se llama CALPEDA de donde se muestra las

bombas que se pueden utilizar.

Las características de la bomba escogida son las siguientes

89

Figura 12 curva de la bomba con referencia NMD32/210


Bogotá julio de 2014

Figura 13. Dimensionamientos de la bomba seleccionada


Bogotá julio de 2014.

90

Esta bomba es una de las que el comprador tiene como opción, el diseñador

escoge esta bomba como opción por que cumple con todo lo requerido para el

proyecto, cabe recordar que la planta requiere dos bombas iguales por

funcionamiento en caso de mantenimientos o daños de una de las dos la otra

pueda remplazarla.

4.11 Paso 10. Tanque de Almacenamiento y Compensación

Para el nivel bajo de complejidad no es necesario el análisis de costos mínimos, debe estar ubicado en lugares no susceptible de deslizamiento o inundaciones. Debe tener una distancia mínima a los alcantarillados de 30 metros, si no existen datos que describan las curvas de variación de consumo horario como es el caso de este proyecto el volumen almacenado será igual a 1/3 del volumen distribuido de la zona que va ser abastecida en el día máximo de consumo. Para niveles bajo complejidad no se debe tener en cuenta la capacidad para la demanda contra incendio, se recomienda dejar un borde libre de 30 cm como mínimo. No existen limitaciones en cuanto a forma del tanque, en cambio, se exige seguridad, durabilidad y el cumplimiento de las condiciones sanitarias requeridas para el agua potable. Se deben colocarse totalizadores en la tubería de salida del tanque, que permitan determinar los volúmenes suministrados en forma diaria. Cada tanque debe contar, por lo menos, con una tapa con cierre hermético para su inspección interior, ubicada sobre la cubierta, con una dimensión mínima de 0.6 m o igual a la que permita la entrada de equipos de mantenimiento. Para los nivel bajo y medio de complejidad debe limpiarse completamente el tanque una vez cada año. Dimensionamiento del Tanque Superficial Según la Biografía número 1 de guía el pre dimensionamiento se puede emplear la siguiente ecuación. Ecuación 34. Predimensionamiento de tanque de almacenamiento

h = 𝑣

3 + k


4.11.1 Calculo Demanda del Tanque

Para el diseño del tanque se adoptó como datos de iniciales del diseño el periodo de bombeo utilizado en el cálculo de la bomba de alimentación del tanque como

91

de 6 horas por lo tanto se realiza el procedimiento de dimensionamiento del tanque descrito en el libro 18, en el cual es necesario conocer los porcentajes de consumo horario de la póblacion a la cual se le va a aprestar el servicio, debido a falta de esta inforamcion se establece una curva de consumo en base al municipiuo de anapoima que se encuentra a 1 Km de distancioa de lavereda de San Antonio, estos datos fueron suministrados via telefonica por el personal encargado de la planta de tratamiento del municipio de anapoima, ya recolectada esta informacion se realiza la memoria de calculo del tanque basado en bibiografia antes mencionada Tabla 50. Diseño del Tanque

PERIODO %C ∑C %S ∑S ∆(S-C) ∆(∑S-∑C) V%

0 1 1 1 0,00 0,00 -1,0 -1,00 -23,33

1 2 1 2 0,00 0,00 -1,0 -2,00 -24,33

2 3 1 3 0,00 0,00 -1,0 -3,00 -25,33

3 4 1 4 0,00 0,00 -1,0 -4,00 -26,33

4 5 2 6 0,00 0,00 -2,0 -6,00 -28,33

5 6 4 10 0,00 0,00 -4,0 -10,00 -32,33

6 7 9,5 19,5 0,00 0,00 -9,5 -19,50 -41,83

7 8 8 27,5 0,00 0,00 -8,0 -27,50 -49,83

8 9 7 34,5 0,00 0,00 -7,0 -34,50 -56,83

9 10 4 38,5 16,67 16,67 12,7 -21,83 -44,17

10 11 3 41,5 16,67 33,33 13,7 -8,17 -30,50

11 12 5,5 47 16,67 50,00 11,2 3,00 -19,33

12 13 9 56 16,67 66,67 7,7 10,67 0,00

13 14 5 61 16,67 83,33 11,7 22,33 0,00

14 15 3 64 16,67 100,00 13,7 36,00 13,67

15 16 2,5 66,5 0,00 100,00 -2,5 33,50 11,17

16 17 3 69,5 0,00 100,00 -3,0 30,50 8,17

17 18 3,5 73 0,00 100,00 -3,5 27,00 4,67

18 19 5 78 0,00 100,00 -5,0 22,00 -0,33

19 20 9 87 0,00 100,00 -9,0 13,00 -9,33

20 21 8,5 95,5 0,00 100,00 -8,5 4,50 -17,83

21 22 2 97,5 0,00 100,00 -2,0 2,50 -19,83

22 23 1,5 99 0,00 100,00 -1,5 1,00 -21,33

23 24 1 100 0,00 100,00 -1,0 0,00 -22,33

100 100


18 LOPEZ CUALLA Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados

92

En donde: Columna 1: Intervalos de tiempo Columna 2: Consumo horario Fuente Alcaldía de Anapoima Columna 3: Curva integral de consumo Columna 4: Porcentaje de suministro Columna 5: Curva integral de suministro Columna 6: Déficit de suministro horario Columna 7: Déficit acumulado Columna 8: Porcentaje de volumen horario Una vez realizada la memoria de cálculo se puede tomar los valores de porcentaje de déficit en donde se puede evidenciar que el déficit mayor es la sumatoria de los valores absolutos mayores Ecuación 35. Porcentaje de déficit

𝑉% = (36 + 34.50)


4.11.2 Dimensiones del Tanque

Una vez calculado el porcentaje de volumen se aplican la ecuación 36 para dimensionar el volumen, área y longitud del tanque respectivamente: Ecuación 36 volumen de tanque

𝑉 = 1.2 ∗ 𝑄 ∗𝑉%

100


93

Tabla 51. Calculo de Dimensionamiento

Q/3 (lps) 3,097796749

VT (m3) 226,4315947

H (m) 3

AT (m2) 75,47719823

L (m) 8,687761405

A (m2) 8,687761405

% 70,50


4.12 Paso 11. Conducción a la Canaleta

Se utilizará el mismo material y el mismo criterio de la conducción anterior.

Datos Iniciales

Tabla 52. Datos Iniciales

INICIALES DATOS

COTA SUPERIOR (msnm)

COTA INFERIOR (msnm)

LONGITUD (m)

CAUDAL (lps)

CAUDAL (m3/s)

n MANNING

597 596,0000 5 10,0082664 0,01000827 0,009


4.12.1 Cálculos de la Conducción

Tabla 53. Diseño de la Conducción

PENDIENTE (%) D (m) D (") D (") Aprox D (m) Aprox R

0,2 0,063650724 2,505934 3 0,0762 0,01905

Qo (m3/s) Q/Qo Vo (m/s) Ao (m2) COTA LAMINA DE AGUA (msnm) 0,016163508 0,61918899 3,54434353 0,00456037

V/Vo V (m/s) d/D d (m)

596,0636 1,021 3,618774743 0,835 0,063627


94

4.13 Paso 12. Mezcla Rápida (Canaleta Parshall)

La canaleta debe construirse de acuerdo con las dimensiones de la Tabla 51, para satisfacer correctamente la ecuación de cálculo Para la planta de tratamiento se presenta como mezcla rápida el sistema de canaleta Parshall, Figura 14. Dimensiones de canaleta Parshall

Fuente: AZEVEDO NETTO Jose Mariano. Manual de Hidraulica. Sao Pablo: Ed Edgard Blucher LTDA, 688p

Tabla 54 Dimensiones típicas de Medidores Parshall (cm) (tomada de Acevedo)

Fuente: AZEVEDO NETTO Jose Mariano. Manual de Hidraulica. Sao Pablo: Ed Edgard Blucher LTDA, 688

95

Para el diseño de una canaleta Parshall como mezclador, se utiliza el siguiente

procedimiento: Acevedo Netto, partir de estudios empíricos determinaron

diferentes límites de caudal en función del ancho de garganta de la canaleta,

tabla N 52, nos permite determinar el ancho de la garganta dentro de los rangos

de caudales máximos y mínimos, esta determinación nos sirve cuando utilicemos

la canaleta Parshall como aforador ya que como mezclador estará sujeta a la

comprobación de la relación Ha /W pero nos sirve como base para escoger un

ancho apropiado para la garganta de la canaleta.

Tabla 55. Determinación del ancho W de la Parshall en función del caudal


De acuerdo con la tabla N 55 se escoge el ancho de la garganta W de 1” para el

diseño de la canaleta Parshall y con base en este valor se hace la lectura de las

dimensiones típicas para la canaleta según la tabla N 54.

Una vez definido el ancho de la garganta a través del caudal se calculan los elementos hidráulicos de la canaleta. Para el cálculo de la lámina de agua es necesario conocer la ecuación de la canaleta, para establecer dicha ecuación

96

es necesario definir el ancho de la garganta W y conocer el caudal que pasara a través de la canaleta y con estos dos valores ingresamos en la tabla N 56 y obtenemos la ecuación de la canaleta.

Tabla 56. Formulas de la canaleta Parshall

Fuente: AZEVEDO NETTO Jose Mariano. Manual de Hidraulica. Sao Pablo: Ed Edgard Blucher LTDA, 688p De la formula se despeja él Ha que se necesita durante el proceso:

Ecuación 37. Canaleta

Fuente: Fuente: AZEVEDO NETTO José Mariano. Manual de Hidráulica. Sao Pablo: Ed Edgard Blucher LTDA, 688p

4.13.1 Calculo de la Altura de la Lamina de Agua (Ha)

Q = 0,055 ∗ 𝐻𝑎1

1,5

97

Tabla 57. Formulas de la canaleta Parshall

DISEÑO CANALETA PARSHALL

Altura Lamina Ha

ANCHO DE LA GARGANTA (m)

CAUDAL DISEÑO (L/S) Ha (m)

0,0254 10,00826642 0,3211176


4.13.2 Calculo de Velocidad de Enrtrada (Vo)

Para el caclulo de la velocidad se debe aplicar las ecuaciones 12 y 13, en donde

conocemos el valor de todas las variables a excepcion de D, este valor se debe

leer en la tabala N54 para la canaleta de 1”

Ecuación 38 velocidad en la entrada de la canaleta


Ecuación 39 Ancho en la entrada de la canaleta


Tabla 58. Velocidad en Ha

Velocidad en Ha

Velocidad (m/s) 0,25871872

Fuente: Autores “Memorias de calculo PTAP San Antonio

𝑉 =𝑄

𝐻𝑎 + 𝐷´

𝐷` =2

3´(𝐷 − 𝑊) + 𝑊

98

4.13.3 Calculo de Energia de Entrada (Eo)

Para el calculo de la energia en la entrada de la canaleta parshall se debe aplicar

la ecuacion 14 en donde conocemos todos los valores a excepcion de N, este

valor se debe leer en la tabala N54 para la canaleta de 1”

Ecuación 40 Energía en la canaleta Parshall 1

Fuente: AZEVEDO NETTO Jose Mariano. Manual de Hidraulica. Sao Pablo: Ed

Edgard Blucher LTDA, 688p

Tabla 59. Energia Inicial

Energía Inicial Eo

N D (m) D´(m) Eo (m)

0,029 0,168 0,12046667 0,35352919


4.13.4 Calculo de Velocidad y Altura en el Centro de la Garaganta (V1 h1)

Para el cálculo de la velocidad en el centro de la garganta es necesario hacer la igualación de las ecuaciones 14 y 15, a través de esta igualación se despeja la altura de la lámina de agua en el centro de la garganta, debido a que se en el despeje de la formula la ecuación es de segundo orden se aplica la función buscar objetivo de Excel para encontrar el valor de la altura de la lámina de agua h1, igualmente ya teniendo este valor se aplica la ecuación 16 para calcular el número de Froud este valor debe estar ente 1,5 y 1,7. Ecuación 41 Energía en la canaleta Parshal 2


𝐸𝑜 =𝑉2

2𝑔+ 𝐻𝑎 + 𝑁

Eo =𝑉1

2

2𝑔+

𝑄

𝑉1𝑊

99

Ecuación 42. Numero de Froud

𝑁𝑓 =𝑣1

√𝑔 ∗ 𝑌1


Tabla 60. Velocidad en el centro de la canaleta

E0 Para Tabular 0,383495543

h1 (m) 0,22

V1(m/s)= 1,79102835

Nf= 1,22


4.13.5 Calculo de Velocidad y Altura en el Final de la Canaleta (V2 h2)

Para el calculo de la altura al final de canaleta es necesario aplicar la ecuacion de alturas conjugadas “ecuacion N17” y la velocidad en la salida ecuacion 20 en donde conocemos todos las variables presentes en la ecuacion, igualmente calculamos el valor de la sumrgencia (s) en la canaleta y el diferencial enre las alturas de la canaleta (hb), aplicando las ecuaciones 18 y 19 respectivamente.

Ecuación 43 altura de la lámina de agua en el centro de la canaleta

Fuente: AZEVEDO NETTO Jose Mariano. Manual de Hidraulica. Sao Pablo: Ed

Edgard Blucher LTDA, 688p

ℎ2 =1

2√1 + 8𝑁𝑓2 − 1*ℎ1

100

Ecuación 44. Sumergencia

Fuente: AZEVEDO NETTO Jose Mariano. Manual de Hidraulica. Sao Pablo: Ed Edgard Blucher LTDA, 688p Ecuación 45. Diferencia de altura

Fuente: AZEVEDO NETTO Jose Mariano. Manual de Hidraulica. Sao Pablo: Ed Edgard Blucher LTDA, 688p Ecuación 46. Velocidad en el centro de la canaleta


Tabla 61. Propiedades hidráulicas en el centro de la canaleta

LAMINA DE AGUA 2

h2 (m)= 0,028512389

V2 (m/s) 13,81947455

Hb (m) 0,000487611

S (%) 0,151848045


4.13.6 Calculo de Velocidad Promedio y Gradiente Hidraulico

Calculo de Velocidad Promedio y Gradiente Hidraulico

Para el cálculo de la velocidad promedio en la canaleta se promedian la V1 y v2 y con esta velocidad se calculó el tiempo recorrido dentro de la canaleta Parshall aplicando la ecuación 47, una vez calculado el tiempo se calcula el gradiente

S=𝑌3

𝐻𝑎

𝑣2 =𝑄

0,38 (ℎ2)

ℎ𝑏 = ℎ2 − 𝑁

101

hidráulica de la canaleta aplicando la ecuación 48, para poder aplicar las ecuaciones anteriores es necesario tener el valor de G que se haya en la tabla N 54 para canaletas de 1”, así mismo se encuentra el valor de hp que son las pérdidas de energía que produce la canaleta Parshall según el caudal, este valor se puede leer según la figura 13. Ecuación 47. Tiempo de retención


Ecuación 48 gradiente hidráulico


Figura 15. Perdidas de carga en canaletas


𝑡 =𝐺

𝑉 𝑃𝑅𝑂𝑀𝐸𝐷𝐼𝑂

𝐺 = √𝛿 ∗ ℎ𝑎

𝑣0 ∗ 𝑡 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝛿 = 9810

102

Tabla 62. Gradiente hidráulica canaleta Parshall

Velocidad Promedio

Vm (m/s) 7,805251452

G' (cm) 2,03

hp (cm) 0,6

Tiempo de Recorrido

t (s)= 0,260081307

Gradiente

G (S^-1) 1045,684524

APTO


Según las recomendaciones de diseño el gradiente hidráulico para la canaleta Parshall debe estar entre 1000 y 2000 para que tenga un funcionamiento óptimo por lo tanto se puede decir que el diseño es óptimo para la planta de tratamiento.

4.14 Paso 13. Mezcla Lenta (Floculador Horizontal)

En este tipo de floculadores, el agua se desplaza en sentido horizontal entre dos

bafles consecutivos haciendo el giro al final de cada uno. Para utilizar un

floculador de flujo horizontal, el tanque debe estar dividido por pantallas de

concreto u otro material adecuado, dispuesto de forma que el agua haga un

recorrido de ida y vuelta alrededor de las mismas. Debe dejarse suficiente

espacio para la limpieza de los canales; si éstos son muy estrechos las pantallas

deber ser removibles.

Esquema inicial de un floculador horizontal

Figura 16. Floculador horizontal


103

Para realizar el diseño apropiado del floculador es necesario tomar algunos valores iniciales con los cuales se realizan los respectivos cálculos con el fin de comprobar si el funcionamiento hidráulico del sistema es el apropiado.

Tabla 54. Daotos iniciales del floculador

DATOS INICIALES DEL FLOCULADOR

Caudal de Diseño Q 10,00826642 l/s

0,010008266 m3/s

Velocidad 1 v1 0,2 m/s

Tiempo de Retención t 30 Min

Borde Muros de Floculador b 30 Cm

Coeficiente de Concreto n 0,013 Ad

Ancho del Floculador B 4 M


Una vez tomados estos valores iniciales según laras2000 se procede a hacer el

cálculo de la geometría del floculador

4.14.1 Calculo Geometría del Floculador

En esta etapa se calculan todos los elementos geométricos del floculador

aplicando las siguientes ecuaciones consecutivas

volumen del tanque:

longitud de recorrido total del cuerpo de agua:

ancho del canal:

ancho entre los pasos del canal:

longitud del canal del floculador:

número de canales:

numero de bafles:

longitud total del floculador:

104

Datos finales:

Tabla 63. Elementos geométricos del floculador

Geometría

Cálculos

Volumen del Tanque vol 18,01487956 m3

Longitud de Recorrido Lr 360 m

Ancho del Canal a 0,050041332 m

Ancho del Paso Entre Canales e 0,075061998 m

Longitud de Canal Lc 3,924938002 m

Número de Canales N 92 #

Numero de Bafles Nf 91 #

Longitud del Floculador Lt 7,253761221 m


4.14.2 Calculo Hidráulica del Floculador

En esta etapa se calculan todos los elementos hidráulicos del floculador


Velocidad en las zonas de transición:

radio hidráulico del canal:

perdidas por fricción en el floculador:

perdidas por los cambios de dirección:

gradiente hidráulico:

105

Datos finales:

Tabla 64. Elementos hidráulicos del floculador

Hidráulica

Cálculos

Velocidad 2 v2 0,133333333 m/s

Radio Hidráulico Rh 0,024409914 m/m

Perdidas por Fricción hf 0,343685231 m

Perdidas Localizadas hm 0,267074414 m

Pérdidas totales hT 0,610759645 m

Gradiente G 54,05944169 s-1


4.15 Paso 13. Sedimentador (Convencional)

Referencia del sedimentador

Para realizar el diseño apropiado del sedimentador se realiza el proceso parecido

al floculador en donde se toman algunos valores iniciales con los cuales se

realizan los respectivos cálculos con el fin de comprobar si el funcionamiento

hidráulico del sistema es el apropiado.

Tabla 65 datos iniciales del sedimentador

Datos iniciales del Sedimentador


0,010008266 m3/s

Carga superficial Cs 20 m/d

0,000231481 m/s

Altura útil sedimentador h 3,5 m

Numero de sedimentadores N 2 #


106

Una vez tomados estos valores iniciales según laras2000 se procede a hacer el

cálculo de volumétrico del sedimentador

4.15.1 Calculo Volumétrico del Sedimentador

En esta etapa se calculan todos los elementos geométricos del floculador


Caudal por unidad de sedimentador:

Área superficial:

Volumen del sedimentador:

Base del sedimentador

Largo del sedimentador

Datos finales:

Tabla 66. Elementos volumétricos del sedimentador

Cálculos volumétricos del sedimentador

Caudal unitario Qu 0,005004133 m3/s

Área superficial As 21,61785547 m

Volumen Vol 75,66249413 m3

Base B 2,324750281 m

Largo L 9,299001122 m


4.15.2 Calculo Canaletas de Salida del Sedimentador

En esta etapa se calcula la geometría de las canaletas de salida del

sedimentador teniendo en cuenta según la rass2000 que la velocidad de

desplazamiento en las canaletas no debe ser superior a 7 lps, tomando como

valor inicial este caudal, el largo y el ancho del sedimentador se pueden calcular

todos los elementos de las canaletas de salida.

Para realizar estos cálculos se aplican las siguientes ecuaciones consecutivas:

107

Tiempo de retención del sedimentador:

Velocidad de retención:

Caudal en el canal:

Longitud del vertedero:

Caudal real en el vertedero:

Caudal lateral

Caudal frontal:

Tabla 67. Calculo de geometría de la canaleta de salida

Cálculos canaleta de salida del sedimentador

tiempo de retención T 4,2 h

velocidad de retención vh 0,06150133 cm /s

caudal canal Qu/lv 2,152546556 lps

caudal máximo en vertedero Q 7 lps

longitud del vertedero Lv 0,714876173 m

caudal real en el vertedero Qv 0,349334761 lps

caudal canaleta lateral qcl 2,096008564 lps

caudal canaleta frontal qcf 0,812116083 lps

altura lamina lateral hol 0,005073853 m

altura lamina frontal hof 0,001965907 m


4.16 Paso 14 Filtración (Rápida)

Referencia de filtración

4.16.1 Datos iniciales de filtración

108

Para el proceso de diseño de filtración se debe de tener en cuenta los valores de carga superficial que se implementar al principio del desarrollo del ras 2000 para así implementar los cálculos de cada uno de los elementos geométricos del sistema de filtrado. Según el ras 2000 los datos iniciales de esta etapa de diseño son los siguientes:

Tabla 68 datos iniciales para el sistema de filtrado

Datos de filtro


0,010008266 m3/s

tiempo de filtrado t 30 h

108000 s

velocidad de lavado h 1,4 cm/s

tiempo de lavado tt 15 min

tasa de filtración Tf 235 m3/m2d


4.16.2 Calculo del Sistema de Filtracion

Una vez tomados los valores iniciales e implementan los cálculos de la geometría del sistema de filtración para este sistema se implementan una serie de ecuaciones consecutivas para implementar el cálculo de la general del sistema de filtración.

Caudal unitario del sistema de filtración:

Área superficial:

Longitud del filtro:

Volumen de filtración:

Caudal de lavado:

Volumen de lavado:

Porcentaje de lavado:

109

Tabla 69 sistema de filtración

Cálculos

numero de filtros N 2 #

caudal unitario Qu 0,005004133 m3/s

área superficial As 2 m2

longitud del filtro L 1,5 m

volumen de filtración Volf 540,4463867 m3

caudal de lavado Ql 0,028 m3/s

volumen de lavado volL 25,2 m3

porcentaje de lavado Pl 4,66281219 %


4.16.3 Hidráulica de Lavados

Para que los filtros funcionen adecuadamente es necesario realizar el cálculo de las pérdidas de energía en el sistema de lavado, la hidráulica de lavado depende estrictamente del tipo de material que se implemente en el sistema de filtración, debido a que en el momento de construcción se puede implementar cualquier tipo de material se recomienda un tipo de materiales para que los filtros funcionen adecuadamente, por lo tanto algunos valores que dependen del tipo de material fueron tomados de acuerdo a las condiciones ideales de funcionamiento. Tabla 70 hidráulica de lavado del sistema de filtración

Perdidas por Material Filtrante

altura de arena h1 0,4 m

altura de antracita h2 0,5 m

altura de la grava h3 0,3 m

Coeficiente del orificio α 0,6 N/A

Relación orificios/Área total β 0,63 N/A

F f 0,0012 N/A

relación de vacíos de la arena e1 0,48 N/A

relación de vacíos de la antracita e2 0,55 N/A

Perdidas del lecho filtrante h1 0,34 m

Perdidas medio soporte grava h2 0,08 m

Perdida falso fondo h3 0,38 m

Sistema distribución de agua h4 4,24E-04 m

pérdidas totales Ht 0,81 m


110

4.16.4 Canaletas de Salida del Sistema

Por último, se calculan las canaletas de salida de los filtros, el sistema de cálculo se

implementa de acuerdo al cálculo de ecuación de vertederos simples.

Tabla 71 canaletas de salida de los filtros

Canaletas

ancho de canal A 0,4 m3/s

número de canales N 2 #

caudal unitario canal Qu 0,014 m3/s

altura de la lámina de agua h0 0,086532031 m


4.17 Paso 15 Cloracion

Para los niveles bajo y medio de complejidad del sistema, los dispositivos de

dosificación deben ser sencillos y en lo posible funcionar a gravedad. Debe

controlarse el nivel de turbiedad del agua, debido a que los microorganismos

pueden encapsularse dentro de las partículas haciendo más lenta la acción del

desinfectante. Se recomienda tener una turbiedad menor de 1 UNT para la

optimización del proceso. Debe desinfectarse el agua a un pH inferior a 7.5.

Valores de pH superiores a 7.5 retardan las reacciones entre el cloro y el

amoniaco. La dosis óptima sería la que produzca un residual de cloro libre de

mínimo 0.2 ppm al extremo de la red.

La popularidad del cloro como desinfectante se debe a las razones siguientes:

Existe disponible como gas, liquido o en forma granular.

Es relativamente barato.

Es fácil de aplica, por cuanto es relativamente de solubilidad alta: cerca

de 7000 mg/L a 20˚C y presión atmosférica.

En concentraciones insaboras e inocuas para consumo humano deja un

residual en solución, el cual provee protección sanitaria en el sistema de

distribución.

Es un agente oxidante poderoso.

111

4.18 Paso 16 Solidos Totales

En la cuantificación de los niveles de impureza los sólidos suspendidos se

describen como las partículas en suspensión presentes en una muestra de agua.

En el caso de este proyecto se toma 250 mL de agua contaminada, las partículas

más pequeñas se refieren a solidos disueltos y las partículas más grandes son

los sólidos en suspensión. Es importante tener ambas concentraciones luego de

esto se debe hallar los sólidos de suspensión totales (TSS).

En el laboratorio se tomó una muestra de 50 mL, se secó la muestra en un horno

durante una hora a una temperatura de 104 C˚ se pesó, este procedimiento se

realizó 5 veces hasta obtener un peso promedio de TSS.

Cálculos del TSS:

Ecuación 49 TSS

𝑇𝑆𝑆 =(𝑤 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑟 − 𝑤 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑟)(1000 𝑚𝑔/𝐿)

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎


4.18.1 Calculo de TSS

En el proyecto se toma 5 muestras de 50 mL las cuales arrojan los siguientes

resultados:

Tabla 72 datos iniciales de laboratorio de solidos suspendidos

Peso Promedio Después de

Filtrar en g Peso Promedio Antes

de Filtrar en g Volumen de Agua

L

15,672 15,670

0,5

15,622 15,619

14,728 14,725

14,284 14,278

14,939 14,935

PROMEDIO 15,049 15,045

112


Calculo de TSS

Tabla 73 cálculo de promedio de solidos suspendidos

Peso Promedio Después de Filtrar en g

15,049

Peso Promedio Antes de Filtrar en g

15,045

Volumen de Agua L 0,25

mg/g 1000

TSS mg/L 15,200


El 15.200 mg/L equivale aproximadamente al 3% de 0,250 L de agua que fue la

muestra que se llevó al laboratorio para el procedimiento requerido para el

proyecto que al comienzo en 210 ml tenia solidos de 484 mg/L.

4.19 Paso 17 Test de Jarras

El ensayo de test de jarras es uno de los más importantes en el control del

proceso de coagulación química de aguas. Se realiza entre otros con los

siguientes propósitos:

Selección del tipo de coagulación más efectivo

Determinación del pH optimo más efectivo

Evaluación de dosis optima de coagulación

Determinación de la dosis optima de coagulante entre otras

Entre otras

Como base fundamental para realizar los costos de operación del sistema de

tratamiento se establece el cálculo para la dosificación optima del coagulante en

donde se presenta el procedimiento de cálculo a continuación

113

4.19.1 Titulación de Muestras

Se realizaron 3 muestreos del Rio Apulo, con diferencias de 1 mes entre cada

uno de los muestreos con el fin de realizar los cálculos de dosificación para el

agua a tratar con los valores más desfavorables para el sistema de tratamiento

A continuación presentamos los resultados de la titulación de los 3 muestreos:

Muestra de agosto:

Tabla 74. Muestra Numero 1

Titulación de Muestra Inicial 1

Parámetros Muestra Inicial

Unidad

Conductividad 800 siemen/cm

Resistividad 1113 omnio/cm

Solidos 373 mg/l

Salinidad 0,4

Temperatura 22 ªc

Oxigeno 2,51 mg/l

Porcentaje de Oxigeno

40,8 %

pH 8,15

Alcalinidad 16,6 mg/l

Dureza 420 mg/l

Hierro 0,3 mg/l

Color 58 ptco

Turbiedad 3,3 ntu


114

Muestra de septiembre:


Titulación de Muestra de 210 ml

Parámetros Muestra de

210 Unidad



Solidos 484 mg/l

Salinidad 0,4

Temperatura 24,9 ªc

Oxigeno 3,51 mg/l


57,2 %

pH 5,76


Dureza 460 mg/l

Hierro 0,2 mg/l

Color 16 ptco

Turbiedad 1,59 ntu


115

Muestra de octubre:


Titulación de Muestra Inicial 3

Parámetros Muestra inicial

Unidad



Solidos 560 mg/l

Salinidad 0,5


Oxigeno 2,86 mg/l


42,6 %

pH 7,31


Dureza 430 mg/l

Hierro 0,2 mg/l

Color 53 ptco

Turbiedad 3,8 ntu


El proceso de cálculo se realiza para el muestreo del mes de septiembre debido

a que contiene los valores más desfavorables para considerar el agua como apta

para consumo humano.

4.19.2 Calculo de Dosificación de Coagulante

Para conocer la cantidad de coagulante que se requiere para el desarrollo óptimo

de la coagulación se requiere realizar 2 ensayos con muestras del agua sin tratar

116

y aplicarles ácido sulfúrico con una concentración de 0.02 molar y otra con

hidróxido de sodio con la misma concentración y determinar la cantidad de

mililitros se requiere para la estabilización de agua una vez obtenido este valor

en el laboratorio se suman las dos cantidades de las diferentes muestras y se

duplica el valor así obteniendo el valor necesario para 1000ml de la muestra,

como es necesario realizar el test de jarras para verificar que dosificación es la

que mejor se comporta en el cuerpo de agua, se requiere establecer el valor para

700ml y así preparar la muestra intermedia para preparar las jarras restantes.

Alcalinidad

Tabla 77. Alcalinidad

Alcalinidad

Ensayo Inicial (ml) Final (ml) Total (ml)

Muestra de Ácido Sulfúrico

1 5,1 4,1

Muestra de Hidróxido

0 13,6 13,6

Sumatoria (ml) 17,7

Dosificación (mg/ml) 354


Tabla 78. Dosificación

Dosificación Jarra Intermedia

1000 ml 354 mg/ml

700 ml 247,8 mg/ml


4.19.3 Proceso de Test de Jarras

Se preparan las muestras para con concentraciones del coagulante que varían

de 10 mg/l entre cada una de ellas y se verifican los valores de turbiedad y color

en cada una de las muestras.

117

Tabla 79. Test de Jaras

Test de Jarras

Jarra Concentración Color Turbiedad

1 190 18 3,91

2 200 22 0,793

3 210 16 0,814

4 220 19 0,822

5 230 18 0,667

6 240 18 0,562


Según los datos de la tabla 79 se evidencia que la jarra que tiene mejores valores

de turbiedad y color es la jarra de 210 ml. Por lo tanto la dosificación adecuada

es de 210 mg por cada 700 ml y de 300mg por cada litro de agua tratada.

4.19.4 Valores Finales de la Dosificación Óptima

Como resultado final se establecen los parámetros finales “titulación” del agua

tratada.

118

Tabla 80. Datos Resultantes de 210 mL

Titulación de Muestra de 210 ml

Parámetros Muestra de

210 Unidad



Solidos 484 mg/l

Salinidad 0,4


Oxigeno 3,51 mg/l


57,2 %

pH 5,76


Dureza 460 mg/l

Hierro 0,2 mg/l

Color 16 Ptco

Turbiedad 1,59 Ntu


4.20 Paso 18 Sistema de Manejo de Lodos

Para el sistema de manejo de lodos se prevé realizar un tanque de

almacenamiento de lodos según los datos suministrados por los laboratorios de

Test de jarras y solidos suspendidos con el fin de establecer el volumen

mensual que desprende el sistema de tratamiento de agua potable, con base

en estos datos se procede a realizar los cálculos del sistema de manejo de

lodos.

119

Tabla 81 datos iniciales del sistema de lodos

Manejo de lodos

Datos iniciales

caudal de diseño Q 10,008 L/s

turbiedad NTU 0,37

dosis del floculante Dosis 0,354 mg/L

densidad relativa de lodos ƿ 1020 kg/m3

porcentaje de lodos % 2


En base en la cantidad de solidos disuelto presentes en el agua tratada se realiza el

cálculo de la cantidad de solidos a lo largo del mes así mismo se realiza el cálculo de

un tanque de depósito con el fin de que se realice el mantenimiento mensual de este.

Tabla 82 volumen de tanque de almacenamiento de lodos

Calculo para Manejo de Solidos

peso de solidos disueltos WLS 4,77 mg/s

WLS 0,41 kg/d

peso de solidos secos WL 20,58884555 kg/d

volumen de solidos por día VL 0,020185143 m3/d

volumen de solidos mensual Vm 0,625739423 m3/mes

área del depósito de almacenamiento

A 2,085798078 m2

dimensión depósito de almacenamiento

L 1,444229233 m


120

5. OTRA ALTERNATIVA DE SISTEMAS DE POBAILIZACION

Como parte fundamental en el desarrollo del trabajo de grado es necesario

realizar la evaluación otra alternativa para satisfacer la necesidad de la

comunidad.

5.1 Skid planta de tratamiento

5.1.1 Descripción del sistema

(G.I.M GESTION INTEGRAL EN MANTENIMIENTO LTDA)

Una empresa colombiana que brinda servicios de asesoría, diseño, fabricación

montaje y mantenimiento industrial y medioambiental, minimizando costos y en

un tiempo de acuerdo a las necesidades de los clientes. Comprometidos con la

calidad garantizada la efectividad de los productos y servicios; estando siempre

a la vanguardia del presente y los futuros para complacer y suplir todas las

necesidades del mercado. Utilizan un sistema de mercado llamado y enfocado

SMU SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN la cual está comprendida por

el Diseño, fabricación, montaje y mantenimiento de sistemas de tratamiento de

aguas, potabilización, depuración y manejo de residuos sólidos; plantas

compactas, móviles o fijas PTAP , tratamiento de aguas subterráneas,

superficiales, lluvias.

La planta trabaja con todas las normas colombianas, las cuales cumple con sus

parámetros, realizan continua y simultáneamente los procesos de mezcla de

productos químicos, coagulación floculación, sedimentación integrada en un

tanque rectangular como se ve en la imagen siguiente:

121

figura 17. Esquema de un SKID

Fuente: G.I.M GESTION INTEGRAL EN MANTENIMIENTO LTDA. Bogotá julio

de 2014

Este producto lo ofrece fabricado de tres materiales diferentes los cuales son:

Acero inoxidable.

Acero al carbón.

Fibra de vidrio.

5.1.2 Mantenimiento de los equipos

Se realizará una ruta de mantenimiento predictivo, preventivo inspección, reporte

y programación de mantenimientos correctivos que consisten en:

•Destapar la bomba y retirar el exceso de grasa.

•Verificar que las roscas y los tornillos de las tapas estén en buen estado,

corregir si es necesario.

•Verificar el estado del eje (alineación, desgaste), impulsor y voluta de la bomba.

•Fabricar o maquinar las piezas para mantenimiento correctivo de ser necesario

•Realizar el cambio de los rodamientos19

19 Fuente: G.I.M GESTION INTEGRAL EN MANTENIMIENTO LTDA. Bogotá julio de 2014 Bogota. D.C. Noviembre del 2000.

122

•Realizar el cambio del sello mecánico asegurándose del correcto montaje tanto

de la pista rotativa como la estacionaria, verificar que tengan los ajustes

correctos. 20

•Ensamblar nuevamente la bomba, Lubricar con la grasa correspondiente y

verificar que el eje gire libremente.

•Limpiar y pintar la bomba.

•Montarlo nuevamente en su sitio y dejarlo bien alineado, conectar, ensayar giro,

consumo de corriente

En la siguiente figura se muestra la forma en que se trabaja la planta y sus

equipos:

figura 18. Funcionamiento del SKID


de 2014

5.1.3 Equipos requeridos

5.1.3.1 FILTRO DE ARENA

20Fuente: G.I.M GESTION INTEGRAL EN MANTENIMIENTO LTDA. Bogotá julio de 2014

Bogota. D.C. Noviembre del 2000.

123

Filtro de arena PANDA de 16", con válvula de seis vías, máximo 50PSI, Modelo

FPD16T, Diámetro 16"-400mm, Flujo máximo recomendado: 7.9 m^3/h, 35GPM,

132l/min, Volumen en litros: En seis horas de filtrado 47.400, en ocho horas de

filtrado: 63.200. Carga de arena 45Kg. Peso 7Kg.

5.1.3.2 MEZCLADOR ESTATICO

Diseñad y fabricado para la mezcla de flujo laminar y turbulento para la mezcla

de dos fluidos pueden ser líquido – líquido o liquido – gaseoso con partículas,

mezcla o adición de aditivos, colorantes emulsificantes entre otros.

5.1.3.3 SISTEMAS DE DOSIFICACION DE QUIMICOS

Bombas dosificadoras para líquidos en solución y/o suspensiones, análogas o

digitales. Bombas de dosificación, paquetes de dosificación (“skids”) e

instrumentación especializada en tratamiento de aguas. Cuentan con todos los

repuestos en inventario de las diferentes bombas.

5.1.3.4 CLORADOR

Sistemas completamente cerrados – sin escape de vapores.

Diseños sencillos, sin problemas – sin necesidad de ventilación especial.

La parte superior facilita agregar productos químicos

No solo le ahorran tiempo, sino que también reducen la manipulación de

productos químicos. Utilizan tabletas grandes o pequeñas de disolución lenta

→ Capacidad de carga máxima: 4,0 Kg.

→ Pastillas de cloro de disolución lenta.

→ Dosificación: 10/38 g/hora.

→ Presión máxima de trabajo: 2,0 kgc/cm2.

→ Caudal máximo: 40 m3 hora21

21 Fuente: G.I.M GESTION INTEGRAL EN MANTENIMIENTO LTDA. Bogotá julio de 2014 Bogota. D.C. Noviembre del 2000.

124

5.1.4 Costos del sistema

Tabla 83. Costos del SKID

EQUIPOS REQUERIDOS COSTO $

FILTORS DE ARENA 600000

MEZCLADOR ESTATICO 1500000

SISTEMA DE DOSIFICACION DE QUIMICOS

720000

CLORADOR 185000


de 2014

El total del costo cotizado de la planta para un suministro de 10 lps la empresa

da como costo definitivo $85000000 los cuales más adelante se hablara de los

costos de mantenimientos y la vida útil de los equipos y la planta.

125

6. COSTOS DE LA PTAP

Para darle una solución óptima al requerimiento de la comunidad es necesario

realizar los costos a corto mediano y largo plazo de la ptap y con este fin dar

una solución verídica al desarrollo del proyecto

6.1 Costos preliminares

En la primera etapa del desarrollo de la obra se evaluaran los costos preliminares de la

obra tales como el costo del lote de construcción, concesiones , permisos, diseño, etc.;

debido a la falta de precisión de algunos costos es necesario suponer algunos valores

del sistema de gastos para la construcción

Tabla 84. Costos Preliminares


6.2 Costos de construcción

En la segunda etapa de evaluación de los costos se evaluaran los gastos de

construcción de la obra, tales como concreto, actividades de construcción, etc.; debido

a la falta de precisión de algunos costos es necesario suponer algunos valores del

sistema de gastos para la construcción.

Tabla 85. Costos de Construcción


ITEM ACTIVIDADES UND. CANT. VR. UNIT. VR. TOTAL

1 PRELIMINARES

1,1 m2 1.996,00 $ 2.300 $ 4.590.800

1,2 UND 4,00 $ 2.000.000 $ 8.000.000

1,3 UND 1,00 $ 3.000.000 $ 3.000.000

1,4 UND 1,00 $ 8.000.000 $ 8.000.000

Total PRELIMINARES $ 23.590.800

LOCALIZACION Y LOTEO

ESTUDIOS PREVIOS

DISEÑO Y CALCULOS

LICENCIAMIENTO


2 CONSTRUCCION

2,1 m3 155,64 $ 65.800 $ 10.241.112

2,2 m3 207,00 $ 60.000 $ 12.420.000

2,3 m3 162,54 $ 65.300 $ 10.613.862

2,4 m2 18,00 $ 14.035 $ 252.630

2,5 UND 300.000,00 $ 2 $ 600.000

Total CONSTRUCCION $ 34.127.604

CONSTRUCCIONES DE INFREESTRUCTURA

LIMPIEZA DE TERRENO

ADECUACION DE TERRENO

CONCRETO ESTRUCTURAL

EQUIPO DE BOMBEO

126

6.3 Costos de mantenimiento

En la tercera etapa de evaluación de los costos se evaluaran los gastos de

mantenimiento de la obra, tales como gastos de floculador, obras de adecuación y

mantenimiento, imprevistos, etc. debido a la falta de precisión de algunos costos es

necesario suponer algunos valores del sistema de gastos para la construcción.

Tabla 86. Costos de mantenimiento


6.4 Costos totales

Para el cálculo final de los costos del sistema de tratamiento de agua es necesario

aplicar el porcentaje equivalente a la administración de la obra en donde se

contemplan los gastos generados por los profesionales a cargo de la ptap, los

imprevistos en la etapa de construcción y la utilidad para el contratista

Tabla 87. Costos Totales


Ya una vez calculados todos estas variables se realiza la totalización de la obra con un

valor de ochenta y nueve millones ($89000000) aproximadamente.


3 MANTENIMIENTO

3,1 kg 90,18 $ 30.000 $ 2.705.258

3,2 kg 96,54 $ 38.000 $ 3.668.417

3,3 und 20,26 $ 130.000 $ 2.633.436

Total MANTENIMIENTO $ 9.007.112

CONSUMO DE SERVICIOS PUBLICOS

FLOCULANTE

CLORO

COSTOS DIRECTOS $ 66.725.516

ADMINISTRACION 10% $ 6.672.552

IMPREVISTOS 2% $ 1.334.510

UTILIDAD 5% $ 3.336.276

IVA / UTILIDAD 16% $ 10.676.083

TOTAL OBRA $ 88.744.936

127

7. RESULTADOS

Para la muestra de resultados finales se realiza la comparación entre las dos

posibilidades para el tratamiento de agua

7.1 Metodología 1 (ptap de funcionamiento hidráulico)

El costo final de la ptap es de ochenta y nueve millones de pesos, esta es una

inversión inicial que se requiere para que la planta de tratamiento empiche a

funcionar, adicionalmente para que el tratamiento de agua sea adecuado es

necesario realizar una inversión de nueve millones de pesos mensuales

referentes a:

Funcionamiento de la bomba

Gastos de operación y mantenimiento

Costo del material de coagulación

Estos costos son los mínimos establecidos por el sistema de diseño y teniendo

en cuantos futuros inconvenientes como obstrucciones en el sistema se

incrementan los gastos anuales de diez millones de pesos. Este valor es muy

representativo para la planta de tratamiento debido a que a largo plazo este

sistema será más rentable para el tratamiento frente a la metodología 2

7.2 Metodología 2 (Ptap Skid de tratamiento)

El costo del skid de tratamiento es de ochenta y cinco millones de pesos, sin

incluir los gastos de transporte y puesta en marcha del sistema de tratamiento,

al incrementarle estos gastos el valor aproximado de este sistema llegan a

noventa millones de pesos, y como gastos de mantenimiento se establecen las

siguientes actividades

- Funcionamiento de la bomba

- Gastos de operación y mantenimiento

- Costo del material de coagulación

El costo de estas actividades es de aproximadamente quince millones de pesos

anules debido al gasto continuo de energía eléctrica para el funcionamiento

continuo de las bombas del skid y al material de filtración que no sostiene una

adecuado sistema de lavado de filtros, esto conlleva al cambio continuo del

material filtrante y aumentando drásticamente el costo de esta alternativa

128

8. CONCLUSIONES

Al Realizar una comparación con el sistema de potabilización consultado y el

sistema de potabilización diseñado podemos decir que el más costoso realizar

la planta de tratamiento que funciona por medios hidráulicos debido al alto valor

de algunas materias primas tales como el concreto y el valor del lote donde se

instalara la planta, pero a largo plazo los costos del skid de tratamiento superan

considerablemente los costos de mantenimiento de la planta hidráulica debido al

funcionamiento continuo de sistemas de bombeo y el proceso de purificación

basado en ozono.

En el desarrollo de la ptatp para un municipio de menos de 1000 personas

depende de muchas variables que podrían sufrir de cambios durante todo el

desarrollo del diseño, tales como las cantidades de materiales químicos

presentes en el flujo del agua durante las diferentes estaciones del año, estos

elementos cambiarían drásticamente los cálculos aplicados en el cuerpo del

trabajo, el equipo de trabajo tratando de prever esta situación realizo sondeos

para el muestreo de los datos iniciales y realizo el diseño de la ptap con los

valores más desfavorables para el sistema de tratamiento, es una buena

apreciación decir que la ptap está diseñada para que funcione bajo las

condiciones más desfavorables del comportamiento del rio

La metodología para el diseño de la canaleta parshall está compuesta por un pre

dimensionamiento que asegura el adecuado funcionamiento del sistema, pero

en varios casos como es la misma planta de tratamiento del municipio de

Anapoima podemos evidenciar el mal uso del sistema de mezcla rápida ya que

la dosificación la realizan a través de un método manual que NO garantiza la

adecuada dosificación para la coagulación apropiada; por lo tanto

recomendamos la realización de una cámara de aquietamiento previo a la

entrada del sistema de la canaleta parsall y un sistema de dosificación por

bombeo, es decir que es necesaria la calibración de un equipo adecuado para la

dosificación apropiada del coagulante y así garantizar el adecuado

funcionamiento del sistema de potabilización

Una de las desventajas más desfavorables para el sistema de tratamiento

basado en el funcionamiento hidráulico son las grandes dimensiones que se

requieren para la implementación del sistema, por lo tanto recomendamos

evaluar otras alternativas que ocupen menos espacio tales como

sedimentadores de alta tasa o tanques de almacenamiento subterráneos con el

fin de realizar las instalaciones restantes sobre el área que ocupan estos, así

mitigando un poco la más grande desventaja de este sistema.

129

Según el Reglamento tecnico del sector de agua potable y saneamiento basico

RAS 2000 Bogota. D.C. Noviembre del 2000, es necesario aplicar un sistema

adecuado de aireación al sistema de potabilización de agua pero debido a las

buenas condiciones de la fuente tales como un pH de 6 y un oxígeno disuelto de

32% no se requiere la implementación e este sistema previo, pero para el

desarrollo de sistemas de potabilización en lugares parecidos de población se

pueden aplicar los datos calculados en el cuerpo del trabajo.

Con base en el desarrollo del trabajo de investigación aún quedan muchos

elementos para el desarrollo de del conocimiento en este campo, por ejemplo

uno de los fundamentos por los que se escoge el sistema de potabilización

basado en el funcionamiento hidráulico es que el mantenimiento de este es más

bajo que el Skid de tratamiento de agua , por lo tanto es recomendable hacer un

proceso de investigación en el cual se pueda establecer un sistema mixto,

utilizando las ventajas de los dos sistemas y aplicarlos a una solución más

adecuada para la comunidad; por otra parte el material granular utilizado por el

skid de tratamiento es eficiente en términos de funcionamiento, pero debido a la

falta de un sistema de lavado para los propios filtros es necesario realizar el

cambio de este material. Es por esto que es recomendable realizar un trabajo de

investigación en donde se evalúen los elementos más desfavorables de este

sistema con el fin de optimizar el rendimiento de este y aplicarlo adecuadamente

como una solución apropiada para las necesidades de la comunidad.

Sin dejar de lado el impacto social que este proyecto conllevaría es necesario

mencionar que con el diseño y posterior implementación de este sistema de

tratamiento se pretende reducir el número de personas que todavía utilizan

fuentes de agua no aptas para el consumo y mejorar la calidad de vida de la

vereda de san Antonio de Anapoima

130

9. RECOMENDACIONES

Se recomienda a la comunidad contratar personal altamente calificado para la

construcción de este proyecto por su alto grado de dificultad y cuidado.

Se recomienda tener dos bombas con las mismas características para garantizar el

funcionamiento de la planta en cuestiones de imprevistos.

Se recomienda el continuo mantenimiento tanto a las construcciones estructurales de la

planta como a las herramientas tecnológicas utilizadas dentro del proceso.

Para el nivel bajo de complejidad se recomienda un mantenimiento estructural y estético

de la rejilla una vez cada año.

Se recomienda hacer todos los estudios requeridos para la construcción de la planta en

la parte estructural como lo exige la norma.

Para los niveles de complejidad bajo, se recomienda hacer una prueba de bombeo por

lo menos una vez cada año.

Se recomienda a la comunidad leerse las recomendaciones que el ras ofrece y tenerlas

en cuenta para puesta en macha de todo el proceso.

Se recomienda a la parte del municipio verificar cuál de las dos propuestas es más viable

para su ejecución.

131

10. BIBLIOGRAFIA


LOPEZ CUALLA Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Bogota: Escuela colombiana de ingenieria, 556p

ROMERO, R. J. Purificación del Agua, Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá, 2004.

CHOW, V. T., et al. Hidrología Aplicada. Mc GRAW-HILL. Santafé de Bogotá. 1994.

AZEVEDO NETTO Jose Mariano. Manual de Hidraulica. Sao Pablo: Ed Edgard Blucher LTDA, 688p

FONDO DE LAS NACIONES UNIDAS PARA LA INFANCIA. Agua, saneamiento e higiene (2014). UNICEF. Obtenido de http://www.unicef.org/spanish/wash/inde x_3951.html

CORCHO F Y DUQUE J. Acueductos Teoría y diseño. Universidad de Medellín.

ROMERO, R. J. Calidad del agua, Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá, 2004.

http://www.unicef.org/spanish/wash/inde%20x_3951.html

http://www.unicef.org/spanish/wash/inde%20x_3951.html

132

11. ANEXOS

11.1 PLANOS DE PTAP SAN ANTONIO DE ANAPOIMA

Anexos 1 localizacion del proyecto y canaleta parshall


133

Anexos 2 Ptap San Antonio de Anapoima


134

Anexos 3 desarenador y estacion de bombeo


135

Anexos 4 tanques de almacenamiento y recoleccion


diseÑo hidrÁulico de una planta de potabilizaciÓn de...

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