trabajo bombeo grupo 2
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INDICE
Nº Pág.
INTRODUCCION 4
CONTENIDO:
Agua potable. 5
Diferentes etapas del proceso de potabilización del agua.
Toma del rio. Desarenador. Bombeo de baja. Cámara de mezcla. Decantador. Filtro. Desinfección. Bombeo de alta. Tanque de reserva. Control final.
5
Diámetro de succión. 7
Diámetro de descarga para agua potable. 15
Accesorios en la sección y en la descarga de agua potable. 15
Agua negra 19
Agua residuales 20
Fosa húmeda 20
Dimensionamiento de la fosa húmeda 20
Volumen y área de la superficie de la fosa húmeda 21
Tipos de fosas y características.
Fosa séptica tradicional.
23
Fosa séptica compuesta.
Fosa séptica con circulación
Fosa séptica con oxigenación
Sistema de tratamiento (AGUAS NEGRAS).
Tratamiento preliminar.
Tratamiento primario.
Tratamiento secundario.
Tratamiento terciario
26
Golpe de ariete. 34
Ecuación del cálculo del golpe re ariete 35
Accesorios para contrarrestar el golpe de ariete 38
Chimenea de equilibrio 40
Tanque de presión 42
Chimeneas unimensionales y unireccionales 43
Válvula de alivio 45
CONCLUSIONES 47
BIBLIOGRAFIAS 48
INTRODUCCIÓN
En nuestra vida cotidiana vivimos los resultados del arduo trabajo que realizan
los operadores de plantas potabilizadoras de agua, al consumir un vaso de agua estamos
recibiendo el resultado de ese trabajo, pero no se sabe cómo lo hacen, en el siguiente
trabajo se explicaran paso a paso cuales son los procedimientos para obtener este vital
liquido, como también la separación del agua de los entes químicos contaminantes,
también se estudiaran los elementos que afectan a las conexiones de estas plantas, como
por ejemplo el golpe de ariete. En la elaboración de un sistema de bombeo influyen
muchos factores que garantizan el funcionamiento de esta, cada uno de estos serán
explicados muy detalladamente a continuación
AGUA POTABLE.
Se denomina agua potable o agua para consumo humano, al agua que puede ser
consumida sin restricción debido a que, gracias a un proceso de purificación, no
representa un riesgo para la salud. El término se aplica al agua que cumple con las
normas de calidad promulgadas por las autoridades locales e internacionales.
PROCESO.
Al proceso de conversión de agua común en agua potable se le denomina
potabilización. Los procesos de potabilización son muy variados, y van desde una
simple desinfección, para eliminar los patógenos, que se hace generalmente mediante la
adición de cloro, mediante la irradiación de rayos ultravioletas, mediante la aplicación
de ozono, etc.
Estos procedimientos se aplican a aguas que se originan en manantiales naturales
o para las aguas subterráneas. Si la fuente del agua es superficial, agua de un río arroyo o
de un lago, ya sea natural o artificial, el tratamiento suele consistir en un stripping de
compuestos volátiles seguido de la precipitación de impurezas con floculantes, filtración
y desinfección con cloro u ozono.
DIFERENTES ETAPAS DEL PROCESO DE POTABILIZACIÓN DEL AGUA.
1. TOMA DEL RÍO
Punto de captación de las aguas; REJA. Impide la penetración de elementos de
gran tamaño (ramas, troncos, peces, etc.).
2. DESARENADOR
Sedimenta arenas que van suspendidas para evitar dañar las bombas.
3. BOMBEO DE BAJA (bombas también llamadas de baja presión)
Toman el agua directamente de un río, lago o embalse, enviando el agua cruda a
la cámara de mezcla.
4. CÁMARA DE MEZCLA
Donde se agrega al agua productos químicos. Los principales son los coagulantes
(sulfato de alúmina), alcalinizantes (cal).
5. DECANTADOR
El agua llega velozmente a una pileta muy amplia donde se aquieta, permitiendo
que se depositen las impurezas en el fondo. Para acelerar esta operación, se le
agrega a las aguas coagulantes que atrapan las impurezas formando pesados
coágulos. El agua sale muy clarificada y junto con la suciedad quedan gran parte
de las bacterias que contenía.
6. FILTRO
El agua decantada llega hasta un filtro donde pasa a través de sucesivas capas de
arena de distinto grosor. Sale prácticamente potable.
7. DESINFECCIÓN
Para asegurar aún más la potabilidad del agua, se le agrega cloro que elimina el
exceso de bacterias y lo que es muy importante, su desarrollo en el recorrido
hasta las viviendas.
8. BOMBEO DE ALTA
Toma el agua del depósito de la ciudad.
9. TANQUE DE RESERVA
Desde donde se distribuye a toda la ciudad.
10. CONTROL FINAL
Antes de llegar al consumo, el agua es severamente controlada por químicos
expertos, que analizan muestras tomadas en distintos lugares del sistema.
DIÁMETRO DE SUCCIÓN (Tuberías de succión).
Para obtener en una instalación la máxima altura de aspiración geométrica, será
necesario reducir al mínimo los parámetros que puedan provocar una disminución del
valor de NPSHd (Cabeza neta positiva de succión absoluta disponible).
Para conseguirlo deberemos cumplir los siguientes requisitos:
Tubería lo más corta posible.
Con la menor cantidad de uniones y codos posibles.
Codos con radio de curvatura = 2 diámetros.
Tubería ascendente hacia la bomba con pendiente entre 0,5 y 2 %.
Utilizar contracciones asimétricas, con la parte superior recta hacia arriba.
El diámetro de la tubería no debe ser menor que el diámetro de entrada de la
bomba.
Utilizar válvulas de pie en diámetros menores a 400 mm.
Tuberías de aspiración herméticas a la presión atmosférica.
El tramo próximo a la bomba será recto con una longitud mayor a 2 diámetros.
El número de de tubos de succión debe ser igual al número de bombas.
Distancia entre ejes de succiones horizontales > 3 D entrada.
El diámetro de la tubería de aspiración se determinara de acuerdo con la
velocidad permisible:
Para diámetro hasta 250 mm velocidad = 0,7 a 1 m/s.
Para diámetro desde 300 a 800 mm velocidad = 1 a 1,5 m/s.
Para diámetro mayor de 800 mm velocidad = 1,5 a 2 m/s
Diámetro de la tubería
Para obtener las primeras aproximaciones del diámetro de tubería, se establece
una velocidad máxima de circulación del flujo, y se escoge para iteración a los diámetros
que tengan las velocidades de circulación más altas.
La tubería de succión debe ser la más corta posible, evitándose al máximo, piezas
especiales como curvas, codos, etc. La tubería de succión debe ser siempre ascendente
hasta alcanzar la bomba. Se pueden admitir pequeños tramos perfectamente
horizontales.
La altura máxima de succión más las pérdidas de carga, debe satisfacerlas
especificaciones establecidas por el fabricante de las bombas. Teóricamente, la altura de
succión máxima sería de 10,33 m a nivel del mar (una atmósfera), sin embargo, en la
práctica es muy raro alcanzar 7,50 m. Para la mayoría de las bombas centrífugas la altura
de succión debe ser inferior a 5 m. (Los fabricantes generalmente especifican, las
condiciones de funcionamiento, para evitar la aparición de fenómenos de cavitación.
Para cada tipo de bomba debe ser verificada la altura máxima de succión). En la Tabla
25 se especifica las alturas máximas permisibles de succión en función de la presión
atmosférica.
Tabla 25. Alturas máximas de succión
Altitud, m Presión atmosférica, mH2O Límite práctico de
succión, m
0 10.33 7.60
300 10.00 7.40
600 9.64 7.10
300 9.30 6.80
1200 8.96 6.50
1500 8.62 6.25
1800 8.27 6.00
2100 8.00 5.70
2400 7.75 5.50
2700 7.50 5.40
3000 7.24 5.20
Nota: La altura de succión admisible para un determinado tipo de bomba depende de
otras condiciones y deberá ser verificada en cada caso
El diámetro de la entrada de la bomba no debe ser tomado como indicación para el
diámetro de la tubería de succión. Para la tubería se adoptan diámetros mayores con el
objeto de reducir las pérdidas de carga. El diámetro de la tubería de succión debe ser tal
que la velocidad en su interior no supere los valores especificados en la Tabla 26.
Tabla 26. Diámetro de la tubería de succión en función a la velocidad
La pérdida de carga por fricción a lo largo de la tubería de succión puede
calcularse mediante la fórmula de Hanzen – Wlliams:
Donde,
V = Velocidad media, m/s.
D = Diámetro, m.
Sf = Pérdida de carga unitaria, m/m.
C = Coeficiente que depende de la naturaleza de la paredes de los tubos (material y estado).
Los valores más empleados del coeficiente de pérdida de carga se muestran en la Tabla 27.
Diámetro, mm Velocidad, m/s
50 0.75
75 1.10
100 1.30
150 1.45
200 1.60
250 1.60
300 1.70
400 o mayor 1.80
Tabla 27. Valores del coeficiente C de Hazen - Williams
Material C
Acero galvanizado 125
Acero soldado, tubos nuevos 130
Acero soldado, tubos en uso 90
Fierro fundido, nuevos 130
Fierro fundido, después de 15 ó 20 años 100
Fierro fundido, gastados 90
PVC 140
Concreto, con buena terminación 130
Concreto, con terminación común 120
Para el cálculo de las pérdidas de carga localizadas en la tubería de succión o
impulsión se puede utilizar la siguiente ecuación:
Donde,
hf = Pérdida de carga, m.
K = Coeficiente de pérdida de carga singular adimensional.
V = Velocidad media en la sección, m/s.
g = Aceleración de la gravedad, m/s2.
El diámetro interno de la tubería de succión puede calcularse con la siguiente expresión:
Donde,
d = Diámetro interno de la tubería de succión, m.
Q = Caudal de bombeo, m3/s.
V = Velocidad media de succión, m/s.
Otros aspectos que deben tomarse en consideración en el diseño y cálculo de tubería de
succión son los siguientes:
En la extremidad de la tubería de succión debe ser instalada una rejilla, con un
área libre de los orificios de la criba de 2 a 4 veces la sección de la tubería de
succión.
En el caso de que no se disponga de otro medio de cebar la bomba, deberá ser
prevista la utilización de válvula de pie en la extremidad de la tubería de
succión.
Cuando el diámetro de la tubería de succión es mayor que el de admisión de la
bomba, la conexión debe realizarse por medio de una reducción excéntrica con
su parte superior horizontal a fin de evitar la formación de bolsas de aire.
En tuberías de succión verticales, las reducciones serán concéntricas.
La tubería de succión generalmente tiene un diámetro comercial
inmediatamente superior al de la tubería de descarga.
En una tubería de succión con presión positiva debe instalarse una válvula de
compuerta.
En una tubería de succión que no trabaje con presión positiva debe instalarse
una válvula de retención en su extremo inferior para evitar el cebado.
Siempre que las diversas bombas tuvieran sus tuberías de succión conectadas a
una tubería única (de mayor diámetro), las conexiones deberán ser hechas por
medio de y (uniones), evitándose el empleo de Tes.
No deben ser instaladas curvas horizontales, codos o tes junto a la entrada de
las bombas.
El diámetro de la tubería de impulsión deberá ser determinado en base a un
análisis técnico económico; teóricamente puede asumir cualquier valor; sin embargo,
existe un valor para el cual cumple los criterios mencionados.
El análisis debe considerar que si el diámetro adoptado es grande, la pérdida de
carga en la tubería será pequeña y por tanto la potencia de la bomba será reducida;
consecuentemente el costo de la bomba será reducido, pero el de la tubería de impulsión
será elevado. El análisis inverso también es valedero, es decir, si adoptamos un diámetro
pequeño, al final, el costo de la tubería de impulsión será reducido y el de la bomba será
elevado.
El cálculo de la tubería de impulsión para sistemas que trabajan continuamente se
puede calcular empleado la fórmula de Bresse:
Donde,
D = Diámetro económico, m.
K = Coeficiente entre 0.9-4.0.
Q = Caudal de bombeo, m3/s.
De acuerdo a esta fórmula la medición de una línea de impulsión se hace
básicamente por imposiciones económicas, por tanto, el valor del coeficiente K es
consecuencia del precio de la energía eléctrica, de los materiales y de las máquinas
empleadas en las instalaciones, variando por esto con el tiempo y con la región
considerada.
Tratándose de instalaciones pequeñas, como son las que existen en el área rural, la
fórmula de Bresse puede llevar a un diámetro aceptable. Para el caso de grandes
instalaciones, dará una primera aproximación y es conveniente un análisis económico,
en el cual sean investigados los diámetros más próximos inferiores y superiores.
En el diseño y cálculo de tuberías de impulsión, además, se deben tomar en cuenta
los siguientes aspectos:
Dotar al sistema de los dispositivos que aseguren los riesgos debido al fenómeno
del golpe de ariete.
A la salida de la bomba debe proyectarse una válvula de retención y una de
compuerta. Asimismo, debe considerarse la instalación de uniones flexibles para
mitigar los efectos de vibración.
En todo cambio de dirección debe considerarse elementos de anclaje y sujeción.
El diámetro de las tuberías largas, debe ser calculado con velocidades
relativamente bajas, generalmente entre 0,65 a 1,50 m/s.
El diámetro de la tubería de impulsión, para distancias cortas, debe calcularse
para velocidades mayores, que esté entre 1,50 a 2,00 m/s.
La tubería de impulsión no debe ser diseñada con cambios bruscos de dirección
de flujo. Deben instalarse los dispositivos necesarios para evitar el contra flujo del agua,
cuando la bomba deja de trabajar o en caso de que exista falla eléctrica (Organización
Panamericana de la Salud 2005)
DIÁMETROS DE DESCARGA PARA AGUA POTABLE.
La decisión del diámetro se obtiene según el cálculo. Los DN de las cañerías
varían según el material utilizado para su fabricación.
El diámetro de las cañerías distribuidoras puede variar entre DN 90mm a DN
160mm, según la densidad de población de la zona, las demandas y el tamaño de las
mallas. En zonas de alta concentración de edificios en altura, los diámetros deben ser
calculados especialmente.
El diámetro máximo de las cañerías maestras (en las que se realizan conexiones
domiciliarias) es de DN 225mm. A partir de DN 315mm se denominan cañerías
primarias o cañerías de impulsión que no llevan conexiones domiciliarias ni conexiones
de cañerías distribuidoras.
ACCESORIOS EN LA SECCIÓN Y EN LA DESCARGA DE AGUA POTABLE.
Válvulas de cierre.
Tienen el objetivo de poder seccionar conducciones de fluidos a presión que
necesiten algún tipo de intervención de mantenimiento o de reparación. Las mismas
funcionan en las dos posiciones básicas: abierta o cerrada.
Se utilizan:
En los extremos de cañerías distribuidoras.
En los extremos de tramos de cañerías maestras.
En cañerías primarias cada aproximadamente 600m.
Tipo de válvulas:
Para cañerías de DN ≤ 355mm, esclusas enterradas sin cámara, se utilizan las
válvulas según la lista de Materiales/ Proveedores Aprobados por AySA y las
Especificaciones Técnicas Generales.
Para cañerías de DN ≥ 400mm, son válvulas mariposas de acción manual con
cámaras, permitiendo la colocación de actuador motorizado.
En el caso que exista ramales de derivación se coloca una válvula en cada cañería
que concurra al nudo. Eventualmente puede evitarse la válvula sobre la cañería principal
aguas arriba de la derivación.
Hidratantes.
Permiten la captación de agua para desagües de cañerías y para combatir
incendios. Son de DN 80 mm. Se instalan en los puntos bajos de la cañería en vereda,
cercanos a las esquinas y con una distancia máxima entre dos hidrantes de 200 m,
distribuidos en la red en forma de tres bolillos. Se instalan en cámaras y sin válvula
esclusa. Se colocan en cañerías maestras y cañerías distribuidoras.
Tomas para motobomba.
Permiten roscar el conducto de aspiración de las motobombas para combatir
incendios. Se instalan bajo vereda, en las esquinas, en el punto más bajo de cañería, con
una distancia máxima entre hidrantes y tomas de 200 m. Se instalan en cámaras y con
válvula esclusa. Como mínimo debe colocarse una por tramo de cañería maestra entre
dos válvulas de cierre tratando de no superar los 600 m. Se colocan en cañerías maestras
o primarias. Son, en general de DN 150 mm (para cañerías maestras o de impulsión
entre 150 y 300 mm), u ocasionalmente de DN 100 mm (para cañerías maestras de DN
110 mm).
Cámaras de desagüe.
Se colocan en los puntos bajos de la cañería para su vaciado y limpieza. Se
ubican de acuerdo con los siguientes criterios:
Por lo menos una por cada tramo delimitado por válvulas de cierre.
Se disponen en los puntos de cambio de pendiente, de descendente a ascendente.
Los diámetros de los ramales de desagüe según diámetros de cañerías son:
DN de la Cañería (mm) DN de la Cañería de Desagüe (mm)
≤ 300 100 100
301 a 500 150
501 a 700 200
701a 900 250
≥ 901 300
Válvulas de aire
Tienen como objetivo eliminar el aire en los puntos altos de quiebre de pendiente
de ascendente a descendente de las cañerías sin conexiones domiciliarias. Se instalan en
cámaras e integran llave de cierre. Deben permitir las siguientes funciones:
Evacuación de un gran caudal de aire en el momento del llenado de la cañería.
Eliminación permanente del aire que pueda aparecer en el conducto durante su
operación.
Admisión de un gran caudal de aire en el momento del vaciado, evitando la
depresión de la cañería.
Se colocan como mínimo una en cada tramo limitado por válvulas de cierre y la
distancia máxima entre válvulas de aire es de 1000 m. Diámetro de las válvulas de aire
en función del diámetro de la cañería:
DN de la Cañería (mm) DN de la Válvula de Aire (mm)
100 a 250 60/80
300 a 500 100
600 a 800 150
900 a 1200 200
mayores de 1200 2 X 200
Se debe instalar VE solo cuando la cañería principal es mayor a DN 500. En
general sirve para poder hacer mantenimiento y/o reposición de la válvula de aire sin
dejar la línea fuera de servicio (de ahí que la válvula esclusa se ponga sobre líneas de
importancia).
By pass
Las válvulas de cierre tienen un by pass según el DN de la cañería, de acuerdo
con la siguiente tabla:
Diámetro de la válvula (mm) DN de la Válvula de Aire (mm)
400 y menores sin by pass
500 a 900 150
1000 y mayores 200
En el by-pass se coloca un adaptador de bridas para permitir el desmontaje de la
válvula. Un by pass se refiere, en general, a una derivación, desvío o cortar una ruta.
Cámaras.
Las cámaras para válvulas de aire, de desagüe y para válvulas mariposas de DN
400 mm responden a los planos tipo correspondientes.
Características de cámaras para válvulas de cierre de DN ≥ 500 mm:
Son de hormigón armado garantizando su estanqueidad.
Deben contar con un pozo de achique (0.80x0.80 m) ubicado bajo el acceso.
Disponen de escalones protegidos con pintura epoxi y empotrados para permitir
el acceso a través de una tapa de 0.80 m de diámetro.
La cubierta de la cámara, en correspondencia con el equipamiento que pueda ser
removido de la misma, está constituido por losetas desmontables, las cuales
deben verificar las cargas puntuales y distribuidas según lo establecido en el
reglamento de Vialidad Nacional.
AGUAS NEGRAS
Son todas las aguas residuales provenientes de inodoros, regaderas, cocinas,
fábricas, etc. Las aguas negras que no son tratadas y fluyen libremente a los ríos y
mares, utilizan el oxígeno que se encuentra en estos cuerpos de agua. Esto contribuye a
que no llegue a haber suficiente oxígeno para las especies animales y vegetales que
habitan en los ríos y mares y que éstas comiencen a morir.
Las aguas negras contienen diversos químicos naturales, que contienen a su vez
al elemento carbono. Debido al contenido de carbono, los químicos son orgánicos. Toda
la comida que el ser humano consumo es orgánica, es decir, contiene carbono. Los
humanos consumimos alimentos y respiramos oxígeno.
AGUAS RESIDUALES.
A las aguas residuales también conocidas como aguas
servidas, fecales o cloacales. Son residuales, habiendo sido usada el agua, constituyen un
residuo, algo que no sirve para el usuario directo; y cloacales porque son transportadas
mediante cloacas (del latín cloaca, alcantarilla), nombre que se le da habitualmente
al colector. Algunos autores hacen una diferencia entre aguas servidas y aguas residuales
en el sentido que las primeras solo provendrían del uso doméstico y las segundas
corresponderían a la mezcla de aguas domésticas e industriales. En todo caso, están
constituidas por todas aquellas aguas que son conducidas por el alcantarillado e
incluyen, a veces, las aguas de lluvia y las infiltraciones de agua del terreno. El
término aguas negras también es equivalente debido a la coloración oscura que
presentan.
Por su estado físico se puede distinguir:
Fracción suspendida: desbaste, decantación, filtración.
Fracción coloidal: precipitación química.
Fracción soluble: oxidación química, tratamientos biológicos, etc.
ESTACIÓN DE FOSA HÚMEDA.
Las bombas se encuentran sumergidas en el agua que va a ser bombeada, por
consiguiente, los motores son blindados a prueba de agua y, generalmente, de eje
vertical.
DIMENSIONAMIENTO DE LA FOSA HÚMEDA.
Para el dimensionamiento del pozo, básicamente se considerarán dos parámetros:
Tiempo de detención de las aguas servidas en el pozo.
Intervalo entre dos arranques sucesivos del motor de la bomba.
Tiempo de detención
Es recomendable (según la Gaceta Oficial vigente N° 4.044 extraordinaria)
considerar un tiempo límite de 10 y 30 minutos (T), por razones de auto biodegradación
ofensiva. En tal sentido, es recomendable que su capacidad no exceda el volumen
equivalente a 30 minutos de gasto medio probable (Q), ni sea menor que el equivalente a
10 minutos del mismo.
VOLUMEN Y ÁREA DE LA SUPERFICIE DE LA FOSA HÚMEDA
El volumen efectivo de la fosa húmeda debe ser del tamaño correcto. Un
volumen demasiado grande puede ocasionar acumulación de lodos en la fosa, mientras
que un volumen demasiado pequeño ocasiona arranques y paradas demasiado frecuentes
de las bombas. La utilización de bombas sumergibles modernas, que toleran una alta
frecuencia de arranques, permite diseños de estaciones de bombeo más pequeños y
eficientes. El volumen efectivo de la fosa es el volumen entre los niveles de arranque y
parada de la bomba y puede determinarse mediante nomogramas en función de la
frecuencia de arranques permitida.
En la realidad el volumen que entra en una estación de bombeo varía mucho en el
tiempo, por lo que la frecuencia media de arranques será más baja que la teórica. En un
buen diseño, los niveles de arranque y parada deben estar relativamente cerca entre sí
por los siguientes motivos: La frecuencia de arranques de la bomba llega a ser lo
suficientemente alta para impedir que lodos e impurezas se depositen en el suelo de la
fosa. La entrada de la estación de bombeo debe mantenerse baja comparada con la fosa
húmeda. Un valor de referencia máximo de la altura del volumen efectivo en estaciones
de bombeo pequeñas es de aprox. 1 m, y de 2 m en estaciones de bombeo grandes.
Puede sustituirse el volumen efectivo con el área de la superficie de la fosa
húmeda, utilizando la siguiente ecuación:
Aw= Q/20
Donde
Aw= área de la superficie de la fosa húmeda en m2
Q = caudal total de la estación de bombeo, l/s
No obstante, para caudales de estaciones de bombeo pequeñas, el área de la
superficie estará limitada por las dimensiones físicas de las bombas donde se utilizan
bombas sumergibles. El área de la superficie será entonces mayor del obtenido.
ESTACIÓN DE FOSA HÚMEDA Y FOSA SECA.
Las bombas se encuentran en una cámara seca (fosa seca), anexa a la fosa donde
se almacena el líquido a bombear (fosa húmeda) y, generalmente, son de eje horizontal.
La selección del tipo de estación a especificarse en cada caso, dependerá de
consideraciones económicas, el respecto se tiene que:
Las bombas verticales sumergidas (fosa húmeda) son mas costosas y de menor
vida útil que las bombas de eje horizontal (alojadas en una fosa seca).
En la estación de fosa húmeda las obras civiles son más económicas que las
correspondientes a las de fosas húmedas y fosa seca y el espacio requerido por la
estación es menor.
La finalidad de la fosa húmeda, presente en ambos tipos de estación, es la de
proporcionar una cierta capacidad de almacenamiento en la estación. Según las normas
INOS dicha capacidad debe ser tal, que para cualquier combinación de gasto afluente y
de gasto efluente (de bombeo), el ciclo de operación del bombeo varíe entre un mínimo
de 5’ y un máximo de 30’, excepto en grandes unidades de bombeo, que podrán operar
continuamente hasta donde sea practico y económico y el nivel máxima del agua dentro
del pozo húmedo deberá estar cuando mínimo a 0,20m por debajo de la rasante del
colector más profundo que descargue en él.
CLASIFICACIÓN POR TIPO
Las fosas sépticas se pueden clasificar en 4 grandes grupos, dependiendo del tipo
de tratamiento o función biológica que realicen, estos serían: tradicionales, compactas,
con recirculación o con oxigenación.
Fosa séptica tradicional.
La fosa séptica tradicional es un licuefactor que por la intermediación de las
bacterias anaeróbicas transforma, principalmente, las materias fecales en lodos
residuales, en gas metano y en agua clara pero contaminada. A continuación de la fosa
séptica debe de instalarse obligatoriamente un tratamiento secundario que puede ser: Un
drenaje en el terreno, o bien un filtro biológico percolador, o sino un filtro biodrain. Esta
instalación es autónoma no necesita electricidad.
Fosa séptica compacta.
La fosa compacta reúne en un mismo equipo el licuefactor y el filtro biológico,
que nos permite abaratar la instalación y el volumen de la misma. La salida de las aguas
tratadas es más alta, facilitando la evacuación. Igual que la fosa tradicional no necesita
de alimentación eléctrica.
Fosa séptica con recirculación.
La fosa séptica con recirculación es una fosa que puede ser tradicional
ocompacta. Está equipada con una pequeña bomba que permite hacer una o varias
recirculaciones por el filtro de las aguas provenientes del licuefactor. La ventaja de
instalar este sistema, es que nos va ha permitir disminuir el tamaño del filtro, pero al
mismo tiempo aumentar el rendimiento de la depuración.
Fosa séptica con oxigenación
Esta realiza un tratamiento en el depósito dividido en dos fases: la oxigenación y
la clarificación. En la primera se inyecta oxigeno activando las bacterias que pueden
existir en las materias fecales, y así obtener un mejor resultado que con la fosa
tradicional. Reservando la segunda para la clarificación. La ventaja del sistema es que el
rendimiento de depuración es muy alto y el inconveniente que necesita alimentación
eléctrica.
SISTEMAS DE TRATAMIENTO (AGUAS NEGRAS)
FINES DE TRATAMIENTO:
Separar Sólidos
Eliminar tóxicos: Tranformación/Sorcion..
Eliminar Agentes Infecciosos: Competición Predacion.
Eliminar Materia Orgánica: Mineralizacion/Estabilizacion.
Eliminar Agentes Contaminantes Concretos.
El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos,
químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos, químicos
y biológicos presentes en el agua efluente del uso humano.
Típicamente, el tratamiento de aguas residuales comienza por la separación física
inicial de sólidos grandes (basura) de la corriente de aguas domésticas o industriales
empleando un sistema de rejillas (mallas), aunque también pueden ser triturados esos
materiales por equipo especial; posteriormente se aplica un desarenado (separación de
sólidos pequeños muy densos como la arena) seguido de una sedimentación primaria (o
tratamiento similar) que separe los sólidos suspendidos existentes en el agua residual.
Para eliminar metales disueltos se utilizan reacciones de precipitación, que se
utilizan para eliminar plomo y fósforo principalmente. A continuación sigue la
conversión progresiva de la materia biológica disuelta en una masa biológica sólida
usando bacterias adecuadas, generalmente presentes en estas aguas. Una vez que la masa
biológica es separada o removida (proceso llamado sedimentación secundaria), el agua
tratada puede experimentar procesos adicionales (tratamiento terciario) como
desinfección, filtración, etc. El efluente final puede ser descargado o reintroducido de
vuelta a un cuerpo de agua natural (corriente, río o bahía) u otro ambiente (terreno
superficial, subsuelo, etc). Los sólidos biológicos segregados experimentan un
tratamiento y neutralización adicional antes de la descarga o reutilización apropiada.
Estos procesos de tratamiento son típicamente referidos a un:
Tratamiento primario (asentamiento de sólidos).
Tratamiento secundario (tratamiento biológico de la materia orgánica disuelta
presente en el agua residual, transformándola en sólidos suspendidos que se
eliminan fácilmente).
Tratamiento terciario (pasos adicionales como lagunas, micro filtración o
desinfección).
TRATAMIENTO PRIMARIO.
El tratamiento primario es para reducir aceites, grasas, arenas y sólidos gruesos.
Este paso está enteramente hecho con maquinaria, de ahí que se conoce también como
tratamiento mecánico.
Remoción de sólidos o Cribado.
La remoción de los sólidos habitualmente se realiza mediante el cribado. Los
sólidos que se remueven son de gran tamaño, por ejemplo, botellas, palos, bolsas,
balones, llantas, etc. Con esto se evita tener problemas en la planta de tratamiento de
aguas, ya que si no se remueven estos solidos pueden llegar a tapar tuberías o dañar
algún equipo.
Remoción de arena.
Esta etapa (también conocida como escaneo o maceración) típicamente incluye
un canal de arena donde la velocidad de las aguas residuales es cuidadosamente
controlada para permitir que la arena y las piedras de ésta tomen partículas, pero todavía
se mantiene la mayoría del material orgánico con el flujo. Este equipo es llamado
colector de arena. La arena y las piedras necesitan ser quitadas a tiempo en el proceso
para prevenir daño en las bombas y otros equipos en las etapas restantes del tratamiento.
Investigación y maceración.
El líquido libre de abrasivos es pasado a través de pantallas arregladas o
rotatorias para eliminar material flotante y materia grande como trapos; y partículas
pequeñas como chícharos y maíz. Los escaneos son recolectados y podrán ser regresados
a la planta de tratamiento de fangos o podrán ser dispuestos al exterior hacia campos o
incineración. En la maceración, los sólidos son cortados en partículas pequeñas a través
del uso de cuchillos rotatorios montados en un cilindro revolvente, es utilizado en
plantas que pueden procesar esta basura en partículas. Los maceradores son, sin
embargo, más caros de mantener y menos fiables que las pantallas físicas.
Sedimentación.
Muchas plantas tienen una etapa de sedimentación donde el agua residual se pasa
a través de grandes tanques circulares o rectangulares. Estos tanques son comúnmente
llamados clarificadores primarios o tanques de sedimentación primarios. Los tanques
son lo suficientemente grandes, tal que los sólidos fecales pueden situarse y el material
flotante como la grasa y plásticos pueden levantarse hacia la superficie y desnatarse. El
propósito principal de la etapa primaria es producir un líquido homogéneo capaz de ser
tratado biológicamente y unos fangos o lodos que pueden ser tratados separadamente.
Los tanques primarios de asentamiento se equipan generalmente con raspadores
conducidos mecánicamente que llevan continuamente los fangos recogidos hacia una
tolva en la base del tanque donde, mediante una bomba, se pueden llevar hacia otras
etapas del tratamiento.
TRATAMIENTO SECUNDARIO
El tratamiento secundario está diseñado para degradar sustancialmente el
contenido biológico del agua residual, el cual deriva los desechos orgánicos
provenientes de residuos humanos, residuos de alimentos, jabones y detergentes. La
mayoría de las plantas municipales utilizan procesos biológicos aeróbicos para este fin.
Desbaste.
Consiste habitualmente en la retención de los sólidos gruesos del agua residual
mediante una reja, manual o auto limpiante, o un tamiz, habitualmente de menor paso o
luz de malla. Esta operación no sólo reduce la carga contaminante del agua a la entrada,
sino que permite preservar los equipos como conducciones, bombas y válvulas, frente a
los depósitos y obstrucciones provocados por los sólidos, que habitualmente pueden ser
muy fibrosos: tejidos, papeles, etc.
Fangos Activados o Lodos Activados.
Las plantas de fangos activos usan una variedad de mecanismos y procesos para
usar oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que
remueven substancialmente materia orgánica. También puede atrapar partículas de
material y puede, bajo condiciones ideales, convertir amoniaco en nitrito y nitrato, y en
última instancia a gas nitrógeno.
Camas filtrantes (camas de oxidación).
En plantas más viejas y plantas receptoras de cargas variables, se utilizan camas
filtrantes de goteo, en las que el licor de las aguas residuales es rociado en la superficie
de una profunda cama compuesta de coque (carbón), piedra caliza o fabricada
especialmente de medios plásticos. Tales medios deben tener altas superficies para
soportar las biopeliculas que se forman. El licor es distribuido mediante unos brazos
perforados rotativos que irradian de un pivote central. El licor distribuido gotea en la
cama y es recogido en drenes en la base. Estos drenes también proporcionan un recurso
de aire que se infiltra hacia arriba de la cama, manteniendo un medio aerobio.
Placas rotativas y espirales.
En algunas plantas pequeñas son usadas placas o espirales de revolvimiento lento
que son parcialmente sumergidas en un licor. Se crea un flóculo biotico que proporciona
el substrato requerido.
Reactor biológico de cama móvil.
El reactor biológico de cama móvil (MBBR, por sus siglas en inglés) asume la
adición de medios inertes en vasijas de fangos activos existentes para proveer sitios
activos para que se adjunte la biomasa. Esta conversión hace como resultante un sistema
de crecimiento. Las ventajas de los sistemas de crecimiento adjunto son:
Mantener una alta densidad de población de biomasa.
Incrementar la eficiencia del sistema sin la necesidad de incrementar la
concentración del licor mezclado de sólidos (MLSS).
Eliminar el costo de operación de la línea de retorno de fangos activos (RAS).
Filtros aireados biológicos.
Filtros aireados (o anóxicos) biológicos (BAF) combinan la filtración con
reducción biológica de carbono, nitrificación o desnitrificación. BAF incluye usualmente
un reactor lleno de medios de un filtro. Los medios están en la suspensión o apoyados
por una capa en el pie del filtro. El propósito doble de este medio es soportar altamente
la biomasa activa que se une a él y a los sólidos suspendidos del filtro. La reducción del
carbón y la conversión del amoniaco ocurre en medio aerobio y alguna vez alcanzado en
un sólo reactor mientras la conversión del nitrato ocurre en una manera anóxica.
Reactores biológicos de membrana.
MBR es un sistema con una barrera de membrana semipermeable o en conjunto
con un proceso de fangos. Esta tecnología garantiza la remoción de todos los
contaminantes suspendidos y algunos disueltos. La limitación de los sistemas MBR es
directamente proporcional a la eficaz reducción de nutrientes del proceso de fangos
activos. El coste de construcción y operación de MBR es usualmente más alto que el de
un tratamiento de aguas residuales convencional de esta clase de filtros.
Sedimentación secundaria.
Es el paso final de la etapa secundaria del tratamiento es retirar los flóculos
biológicos del material de filtro, y producir agua tratada con bajos niveles de materia
orgánica y materia suspendida. En una planta de tratamiento rural, se realiza en el tanque
de sedimentación secundaria.
TRATAMIENTO TERCIARIO
El tratamiento terciario proporciona una etapa final para aumentar la calidad del
efluente al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente receptor
(mar, río, lago, campo, etc.) Más de un proceso terciario del tratamiento puede ser usado
en una planta de tratamiento. Si la desinfección se practica siempre en el proceso final,
es siempre llamada pulir el efluente.
Filtración.
La filtración de arena retiene gran parte de los residuos de materia suspendida. El
carbón activado sobrante de la filtración retiene las toxinas residuales.
Lagunaje.
Esquema de una depuradora por lagunaje.
El tratamiento de lagunas proporciona sedimentación y mejora biológica
adicional por almacenaje en charcos o lagunas artificiales. Se trata de una imitación de
los procesos de autodepuración que un río o un lago somete las aguas residuales de
forma natural. Estas lagunas son altamente aerobias y se da a menudo la colonización
por macrofitos nativos, especialmente cañas. Los invertebrados de alimentación del
filtro pequeño tales como Daphnia y especies de Rotifera ayudan eficazmente al
tratamiento reteniendo partículas finas.
El sistema de lagunaje es barato y fácil de mantener pero presenta los
inconvenientes de necesitar gran cantidad de espacio y de ser poco capaz para depurar
las aguas de grandes núcleos.
Humedales artificiales.
Los humedales artificiales incluyen camas de caña o una serie de métodos
similares que proporcionan un alto grado de mejora biológica aerobia y pueden utilizarse
a menudo en lugar del tratamiento secundario para las poblaciones pequeñas, también
para la fitorremediación.
Remoción de nutrientes.
Las aguas residuales pueden contener también altos niveles de los nutrientes
nitrógeno y fósforo. Eso en ciertas formas puede ser tóxico para peces e invertebrados en
concentraciones muy bajas (por ejemplo amoníaco) o puede crear condiciones insanas
en el ambiente de recepción (por ejemplo: mala hierba).
Cuando se recibe una descarga de los ríos a los lagos o a los mares bajos, los
nutrientes agregados pueden causar pérdidas entrópicas severas perdiendo muchos peces
sensibles a la contaminación en el agua. La retirada del nitrógeno o del fósforo de las
aguas residuales se puede alcanzar mediante la precipitación química o biológica.
Desinfección.
El propósito de la desinfección en el tratamiento de las aguas residuales es
reducir substancialmente el número de organismos vivos en el agua que se descargará
nuevamente dentro del ambiente. La efectividad de la desinfección depende de la calidad
del agua que es tratada (por ejemplo: turbiedad, pH, etc.), del tipo de desinfección que es
utilizada, de la dosis de desinfectante (concentración y tiempo), y de otras variables
ambientales. El agua turbia será tratada con menor éxito puesto que la materia sólida
puede blindar organismos, especialmente de la luz ultravioleta o si los tiempos del
contacto son bajos. Generalmente, tiempos de contacto cortos, dosis bajas y altos flujos
influyen en contra de una desinfección eficaz. Los métodos comunes de desinfección
incluyen el ozono, la clorina, o la luz UV. La Cloramina, que se utiliza para el agua
potable, no se utiliza en el tratamiento de aguas residuales debido a su persistencia.
GOLPE DE ARIETE.
El golpe de ariete es el principal causante de averías en tuberías e instalaciones
hidráulicas.
El golpe de ariete se origina debido a que el fluido es ligeramente elástico, En
consecuencia, cuando se cierra bruscamente una válvula o un grifo instalado en el
extremo de una tubería de cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido
son empujadas por las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en
movimiento. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una
velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido.
Esta sobrepresión tiene dos efectos:
comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y dilata ligeramente la
tubería. Cuando todo el fluido que circulaba en la tubería se ha detenido, cesa el
impulso que la comprimía y, por tanto, ésta tiende a expandirse.
Por otro lado, la tubería que se había ensanchado ligeramente tiende a retomar su
dimensión normal. Conjuntamente, estos efectos provocan otra onda de presión
en el sentido contrario.
El fluido se desplaza en dirección contraria pero, al estar la válvula cerrada, se
produce una depresión con respecto a la presión normal de la tubería. Al reducirse la
presión, el fluido puede pasar a estado gaseoso formando una burbuja mientras que la
tubería se contrae. Al alcanzar el otro extremo de la tubería, si la onda no se ve disipada,
por ejemplo, en un depósito a presión atmosférica, se reflejará siendo mitigada
progresivamente por la propia resistencia a la compresión del fluido y la dilatación de la
tubería.
ECUACION DEL CALCULO DEL GORPE DE ARRIETE,
La primera capa de líquido en contacto con el mismo y de espesor diferencial,
pasa de velocidad U a velocidad nula. Necesariamente la energía cinética se transforma
en potencial, elevándose la presión a un valor ∆h y comprimiéndose el líquido en ρ +
∆ρ.
Para un instante posterior (t0 + ∆t) otra capa de líquido pasa por el mismo
proceso, dando como resultado que el fenómeno de aquietamiento de las capas –y
consecuentemente aumento de presión- se propague en el sentido de O a M con una
cierta velocidad que llamaremos c celeridad de onda.
Como por otra parte el material de la conducción tiene un módulo de elasticidad
E, se deformará el conducto a causa del aumento de presión.
En la Figura 1a se representa todo el proceso, haciéndose la aclaración que las
sobrepresiones por golpe de ariete, de acuerdo a lo dicho, deben representarse sobre el
eje del conducto y no sobre su proyección como se hace en otros capítulos de la
hidráulica de las conducciones. Es por ello que en todos los casos se rebate la verdadera
magnitud del conducto sobre la horizontal.
Transcurrido un tiempo ∆t del cierre del obturador, el fenómeno alcanzará la sección a la
distancia l = c ∆t.
La conducción entre O y L se encontrará con una sobrepresión h y
consecuentemente dilatada en un D + ∆D. Por otra parte el líquido se encontrará
comprimido siendo su masa específica ρ + ∆ρ tal como se describe en la Figura 24. En la
longitud L – l las condiciones son las de antes del tiempo de cierre del obturador, puesto
que el fenómeno aún no ha llegado a esa región.
En el tercer dibujo se esquematiza la situación para el preciso instante en que la
perturbación ha llegado, en virtud de su celeridad c, al punto M. Toda la tubería se
encuentra dilatada en D+∆D, el líquido detenido (U=0) y su masa específica aumentada
∆ρ. Todo ocurre en el tiempo t0 + L/c.
Analizando la sección M nos encontramos con que un infinitésimo dentro de la
conducción reina la presión hM + ∆h y un infinitésimo dentro del embalse la presión es
hM.
Esta situación de no equilibrio se resuelve mediante una nueva conversión de
energía, pero ahora de potencial a cinética. Obviamente el sentido de la velocidad será