Informa Evaluacion PTAP Armenia

8/15/2019 Informa Evaluacion PTAP Armenia

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EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN DE AGUA

EMPRESAS PUBLICAS DE ARMENIA - QUINDÍO

GLORIA KATHERINE MARTÍNEZ PINEDA

Línea de profundización: Ingeniería Ambiental

LAINA SOLANA BETANCOURTH RINCÓN


UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIASEDE MANIZALES

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

INGENIERÍA QUÍMICA

MANIZALES

2003


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EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN DE AGUA

EMPRESAS PUBLICAS DE ARMENIA - QUINDÍO

GLORIA KATHERINE MARTÍNEZ PINEDA


LAINA SOLANA BETANCOURTH RINCÓN


Trabajo de grado para optar al titulo de

Ingeniero Químico

MODALIDAD: Pasantía

DIRECTOR UNIVERSIDAD:

Ing. Adela Londoño Carvajal.

DIRECTOR AD–HOC:

Ing. Jhon Jairo Toro

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIASEDE MANIZALES

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

INGENIERÍA QUÍMICA

MANIZALES

2003


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Gracias....

A Rosa, mi Madre, que es mi mayor ejemplo desuperación y fortaleza. Por enseñarme a ir en busca demis sueños y a superar mis límites.

A Nelson mi Padre, porque hasta su muerte compartióconmigo su espíritu de Solidaridad y entrega por lodemás. Por enseñarme a defender mis posiciones y luchar por mis ideales.

A Camilo y Tania, mis hermanos porque crecimos

juntos y con todas nuestras diferencias, somos ahora elmejor testimonio de nuestros padres.

A mis Amigos, por su amor y por compartir conmigotantos momentos. Por enseñarme a disfrutar de las pequeñas cosas.

Laina Solana


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A Dios, quien esta siempre conmigo en cada paso que doy pordarme el tiempo necesario para alcanzar mis metas.

A la vida por haberme brindado tantas oportunidades que mehan dejado grandes enseñanzas. A mi padre que con su cariño, esfuerzo y apoyo incondicional me permitió cumplir un objetivo más en la vida. A mi madre, amiga y compañera quien con su tesón y amor hacompartido todos mis logros y ha sido apoyo en los momentosmás difíciles A mi hermana, quien con su alegría y entusiasmo me ha permitido compartir grandes momentos y experiencias. A mi compañera, porque sin su amistad, comprensión y

compromiso no hubiese sido posible alcanzar esta meta.Por último a todas aquellas personas que formaron parte de mivida y ahora no están porque me dieron la oportunidad de crecercomo persona con sus valiosos consejos y me enseñaron elverdadero sentido de la vida.

Gloria Katherine Martínez Pineda


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AGRADECIMIENTOS

Adela Londoño Carvajal

John Jairo Toro Zuluaga

Juan Carlos Marín Bedoya

Lucy Fernández Gómez

Adriana Maria Colorado Torres

Alba Lucero Ordoñez Arias

Clara Inés Rivera Salgado

Isabel Cristina Urrea Patiño

Operarios y Personal en general que labora en la Planta y Empresas Públicas de

Armenia y,

A la Universidad Nacional de Colombia por permitirnos hacer parte del grupo de

egresados.


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2.2.3

Tiempo Real de Retención en las Unidades 35

2.2.4

Análisis Hidráulico. 36

2.2.5 Gradiente en unidades Compactas. 40

2.2.6 Gradiente de velocidad de las unidades mixtas. 41

2.3

SEDIMENTACIÓN. 43

2.3.1

Determinación de la Eficiencia. 43

2.3.2

Distribución de Agua en las Unidades 48

2.3.3

Tiempo Real de Retención en las Unidades 48

2.3.4

Determinación de Condiciones hidráulicas. 49

2.3.5

Caracterización de la Zona de entrada. 50

2.3.6

Caracterización de la zona de Salida. 51

2.4 FILTRACIÓN. 532.4.1 Características del Proceso. 53

2.4.2 Características del lecho filtrante. 55

2.4.3 Características del proceso de lavado. 56

2.5 DESINFECCIÓN. 61

2.5.1 Tiempo de contacto. 61

2.5.2 Dosis óptima. 62

2.6 CALIDAD DE AGUA SUMINISTRADA. 64

3. EVALUACIÓN ADMINISTRATIVA. 663.1 Evaluación de la organización Administrativa. 66

3.2 Evaluación de la gestión del personal de la planta de tratamiento. 66

3.3 Higiene en el trabajo. 67

3.4 Evaluación de la gestión de materiales. 67

3.5 Evaluación de los servicios generales. 68

3.6 Análisis de costos. 69

4. ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD. 71

5.

CONCLUSIONES 73 6. RECOMENDACIONES 79

BIBLIOGRAFÍA 83

ANEXOS 86


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LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Proyección poblacional para el municipio de Armenia. 6

Tabla 2. Capacidad de la conducción. 9

Tabla 3. Capacidad de Almacenamiento del Agua tratada. 14

Tabla 4. Propiedades del Agua cruda para las turbiedades trabajadas. 17

Tabla 5. Dosis de Sulfato de Aluminio aplicado. 18

Tabla 6. Dosis óptima correspondiente a cada turbiedad trabajada. 19

Tabla 7. Concentración de Sulfato aplicado. 19

Tabla 8. Concentración óptima correspondiente a cada turbiedad trabajada. 20

Tabla 9. pH trabajado en cada una de las calidades de agua utilizadas. 20

Tabla 10. pH óptimo de acuerdo a cada turbiedad trabajada. 21

Tabla 11. Grado de exactitud de los dosificadores de Sulfato. 26

Tabla 12. Flexibilidad de los Dosificadores de Sulfato y Cal. 26Tabla 13. Caudal en cada cámara de solución. 27

Tabla 14. Tiempo de retención en los dosificadores. 27

Tabla 15. Propiedades del Agua Cruda 28

Tabla 16. Condiciones reales y tipo de la Canaleta Parshall. 29

Tabla 17. Condiciones hidráulicas del Resalto. 31

Tabla 18. Dimensiones del canal de agua coagulada. 32

Tabla 19. Pérdidas de carga en el canal de agua coagulada. 32

Tabla 20. Gradientes en los canales de conducción de agua coagulada. 32

Tabla 21. Tiempo óptimo de mezcla lenta. 33

Tabla 22. Tiempo óptimo de mezcla lenta para cada turbiedad trabajada. 32

Tabla 23. Gradiente óptimo de mezcla lenta. 34

Tabla 24. Gradiente óptimo de mezcla lenta para las turbiedades trabajadas. 34

Tabla 25. Distribución de agua en el Floculador Hidráulico. 35

Tabla 26. Tiempos de retención. Floculador Hidráulico. 36

Tabla 27.Distribución de Flujos según el modelo de Wolf Resnick.

Floculador Hidráulico. 37

Tabla 28. Pérdidas de Carga en el Floculador Hidráulico. 38

Tabla 29. Gradientes de velocidad en el Floculador Hidráulico. 39

Tabla 30. Potencia Unitaria y Gradiente. Unidad Compacta Nº1. 40

Tabla 31. Potencia Unitaria y Gradiente. Unidad Compacta Nº2. 41

Tabla 32. Potencia Unitaria y Gradiente. Unidades Mixtas. 41

Tabla 33. Potencia disipada en las unidades Compactas. 42

Tabla 34. Potencia disipada. Unidades mixtas 42Tabla 35. Turbiedades máximas, mínimas y medias de las unidades de

sedimentación. 44

Tabla 36. Datos de turbiedad de agua sedimentada y agua cruda. 44

Tabla 37. Relaciones de eficiencia de los sedimentadores. 44

Tabla 38. Parámetro de eficiencia de las unidades de sedimentación. 45

Tabla 39. Velocidad de sedimentación. 46

Tabla 40. Eficiencia de las unidades de sedimentación. 47


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Tabla 41. Carga superficial en las unidades de sedimentación. 47

Tabla 42. Distribución de Caudales en las unidaes de Sedimentación 48

Tabla 43. Tiempo real de retención en las unidades de sedimentación. 49

Tabla 44. Distribución de flujos en los sedimentadores con base en el

análisis de Wolf Resnick. 49

Tabla 45. Gradientes a la entrada de los sedimentadores. 51Tabla 46. Carga unitaria en vertederos. 51

Tabla 47. Volumen perdido en la zona de sedimentación. 52

Tabla 48. Caudal y velocidad de filtración. 53

Tabla 49. Valor máximo, promedio y mínimo para las turbiedades

en las unidades de filtración. 55

Tabla 50. Eficiencia en función de la calidad de agua filtrada. 55

Tabla 51. Tamaño de granos para la arena y la antracita. 56

Tabla 52. Características del proceso de lavado. 57

Tabla 53. Porcentaje de expansión para los filtros. 58

Tabla 54. Turbiedad agua de lavado. 58

Tabla 55. Análisis fisico – químico y bacteriológico del agua cruda

y del agua tratada. 64Tabla 56. Producción de agua año 2001. 69


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LISTA ANEXOS

pág

ANEXO A Datos estadísticos del municipio de Armenia. 87

ANEXO B Planos 90

ANEXO C Registro Fotográfico 108

ANEXO D Mapas 127

ANEXO E Ensayo de Jarras. 132

ANEXO F Coagulación. 143

ANEXO G Prueba de Trazadores. 152

ANEXO H Floculación 230

ANEXO I Sedimentación. 233

ANEXO J Filtración. 239

ANEXO K Desinfección. 258 ANEXO L Administración 260

ANEXO M Vulnerabilidad 306


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RESUMEN

La Planta de tratamiento de Agua Potable de Armenia, manejada por las EmpresasPúblicas del municipio, fue evaluada siguiendo la metodología establecida por laOrganización Mundial de la Salud (OMS), la Organización Panamericana de la Salud(OPS), el CEPIS y acogida por el Ministerio de Salud de Colombia en 1989, para laEvaluación de Plantas de Tratamiento de Agua para Consumo Humano.

El presente documento recopila la información de los aspectos analizados durante eldesarrollo del trabajo sobre el funcionamiento y operación de la planta con el fin deestablecer la eficiencia de los procesos de potabilización a partir de los parámetrosestablecidos para la evaluación de cada una de las etapas: Coagulación, Floculación,Sedimentación, Filtración y Desinfección.

Se incluye el análisis de vulnerabilidad ante posible presentación de desastres o

situaciones de emergencia de diferente naturaleza y el análisis administrativo, basado enel sistema organizacional y aspectos de este tipo que tienen incidencia en la calidad delservicio prestado en materia de agua potable.

Con la información obtenida durante esta evaluación, se realizó una valoración y se plantearon conceptos, conclusiones y recomendaciones que puedan ser implementadosde acuerdo a la prioridad considerada, con el fin de mejorar el proceso de producción deAgua Potable en la Ciudad de Armenia.


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ABSTRACT

The Plant of treatment of Drinkable Water of Armenia, managed by the Public Companies

of the municipality, it was evaluated following the methodology settled down by the WorldOrganization of the Health (OMS), the Pan-American Organization of the Health (OPS),

the CEPIS and welcome for the Ministry of Health of Colombia in 1989, for the Evaluation

of Plants of Treatment of Water for Human Consumption.

The present document gathers the information of the aspects analyzed during the

development of the work on the operation and operation of the plant with the purpose of

establishing the efficiency of the potabilización processes starting from the established parameters for the evaluation of each one of the stages: Clotting, Floculación,

Sedimentation, Filtration and Disinfection.

The vulnerability analysis is included before possible presentation of disasters or situations

of emergency of different nature and the administrative analysis, based on the

organizational system and aspects of this type that have incidence in the quality of the

borrowed service as regards drinkable water.

With the information obtained during this evaluation, he/she was carried out a valuation

and they thought about concepts, conclusions and recommendations that can beimplemented according to the considered priority, with the purpose of improving the

process of production of Drinkable Water in the City of Armenia.


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INTRODUCCIÓN

El abastecimiento de agua con criterio de calidad es esencial para el mejoramiento de lacalidad de vida y se constituye en uno de los principales objetivos de los planes de

desarrollo en el sector de Agua y Saneamiento. Esta condición ha derivado en unamayor atención al sector que se manifiesta en un incremento de la cobertura de losservicios de abastecimiento y acueducto, sin que esto sea una garantía de la calidad deagua potable para la comunidad que recibe estos servicios.

En Colombia los avances de la infraestructura de abastecimiento de Agua ySaneamiento ocurren en un marco caracterizado por escasez de fondos, prioridadescompetitivas y sistemas sociales que confirman y determinan la demanda real. Demandaque está afectada constantemente por el crecimiento de la población, el desarrolloindustrial y agropecuario, la explotación minera y la apertura económica, que han traídoconsigo aumentos en los consumos de agua en el país, generando importantes

volúmenes de agua no tratada y posteriormente la contaminación de los cuerpos de lasfuentes receptoras, con el incremento de enfermedades de origen hídrico incidentes enel desarrollo humano y social de las poblaciones.

Algunas entidades estatales de nivel nacional y local como Ministerio y Secretarias deSalud y Desarrollo son asignadas para la atención y solución de necesidades y

problemas del sector de Agua y Saneamiento Ambiental.

La Universidad se ha unido a esta labor y es así como ha suministrado herramientasnecesarias para contribuir al mejoramiento de la calidad de vida de una determinadacomunidad, a través del intercambio Universidad – Empresa, que permite a losestudiantes ubicar una empresa prestadora del servicio y realizar la evaluación de la

operación y funcionamiento de la Planta de Tratamiento de Agua para consumohumano.

En cumplimiento con este compromiso social de la Universidad Nacional con eldesarrollo y progreso de la sociedad y en respuesta a la necesidad planteada por lasEmpresas Públicas de Armenia de mejorar la prestación del servicio mediante elsuministro de una buena calidad de agua, se realizó el estudio y evaluación de la Plantade Tratamiento de Agua Potable en este municipio, por ser una ciudad intermedia con300.026 habitantes, donde el aumento poblacional es cada vez mayor y por tanto elconsumo de agua.

Con aportes de la Empresa, quien facilitó los medios necesarios para el desarrollo del

trabajo, se realizó la evaluación del funcionamiento de la planta de tratamiento, en elárea administrativa, vulnerabilidad y proceso de potabilización, donde se involucrarontodos los componentes del sistema en todas sus etapas, desde la captación del recursohídrico hasta el tratamiento de desinfección.

Se empleó la metodología establecida en los módulos de Evaluación, Operación yMantenimiento de Plantas de tratamiento de Agua para consumo Humano, en atención alas normas y parámetros planteados por la Organización Mundial de la Salud (OMS), la


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Organización Panamericana de la Salud (OPS), el CEPIS y acogida por el Ministerio deSalud de Colombia en 1989, utilizada en numerosos proyectos y estudios de gran escalaen diferentes ciudades y países de Latinoamérica, que son adaptadas a los recursosdisponibles del medio y al tipo de agua a tratar.

La utilización de esta metodología permitió la aplicabilidad de las bases teóricasofrecidas por la Universidad Nacional en su Línea de profundización IngenieríaAmbiental, con la cual se evidencia una de las posibilidades que tiene el programa deIngeniería Química de contribuir al desarrollo de un país mediante el planteamiento defallas encontradas durante la evaluación y recomendación de posibles soluciones queayuden al mejoramiento del proceso.

La realización de este tipo de trabajos, sirven de soporte para los profesionales que estána cargo de las Empresas Prestadoras del Servicio de Agua Potable y se convierten enmotivación y guía para el desarrollo de nuevos proyectos.


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1. ARMENIA Y SU PLANTA DE TRATAMIENTO

1.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL MUNICIPIO DE ARMENIA

La ciudad de Armenia, Capital del Departamento del Quindío, se ubica en la vertienteoccidental de la Cordillera Central a los 40º32’20” de latitud norte y los 75º40’37” delongitud oeste. Fue fundada en Octubre 14 de 1889, erigida distrito en 1903, convertidaen municipio del Departamento de Caldas en 1910 y por último en Capital delDepartamento del Quindío en Enero 7 de 1966.

Fig 1. Mapa del Departamento del Quindío.


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El área del municipio es de 114.5Km2, de los cuales 10.9Km2 corresponde al áreaurbana y 103.6Km2 al área rural, con una densidad poblacional de 2425.27Hab/Km2.Limita al norte con Circasia; al este con Salento y Calarcá; al sur con Calarcá y al oestecon Montenegro y La Tebaida. El Río Espejo le sirve de límite natural con Circasia yMontenegro, en tanto que el Río Quindío determina sus límites con Salento y Calarcá.

Ver Fig. 1.

Hidrográficamente el perímetro urbano de la ciudad, está dividido por una gran línea endos zonas, una de las cuales corresponde casi a dos tercios del Departamento y tieneafluentes de agua provenientes de altitudes superiores a los 2000m.s.n.m. En la partenor-occidental del sistema hidrográfico montañoso de la Cordillera Central se encuentrael nacimiento del Río Quindío del cual se toma el agua para el acueducto de la ciudad yla producción de energía.

El clima de Armenia va del tropical húmedo al tropical semi-húmedo; de régimentérmico templado y temperatura promedio de 22ºC en la parte baja de la ciudad y 19ºCen la parte alta. La altura sobre el nivel del mar es 1483m y la precipitación media anual

1996mm. Las precipitaciones mínimas se presentan en Junio y Julio y un mínimo parcial en Diciembre y Enero. El máximo primario (período alto) de lluvias se produceen los meses de Octubre y Noviembre, mientras que los máximos secundarios enMarzo, Abril y Mayo.

El área agrícola del municipio es de 8262.7Has, y la producción esta conformada principalmente por plátano con 65724Tns/año, seguida de café con 8810Tns/año,cítricos 8352Tns/año, yuca 5231.9Tns/año y otros 2043.35Tns/año. El áreacorrespondiente a pastos es de 1760Has, bosques 698.7Has (Natural: 461.3Has yGuadua: 237.4Has) y el espacio destinado a otros usos es 2334Has.

En cuanto a salud, en el año 2001, la ciudad de Armenia registra 20 causas demortalidad y 22 causas de consulta externa y urgencias, de las cuales se puedenrelacionar con el consumo del agua las enfermedades del aparato digestivo, enteritis yenfermedades diarréicas. Estos datos son suministrados por la Seccional de Salud delQuindío y se muestran en el Anexo A.

La ciudad cuenta con las siguientes empresas prestadoras de servicios: Telearmenia,Empresa de energía eléctrica del Quindío (EDEQ), Gases del Quindío y EmpresasPúblicas de Armenia (EPA) encargada de: central de beneficio, aseo, alcantarillado,alumbrado público y acueducto cuya cobertura es del 95.54% y suministra agua potableaproximadamente a 68636 suscriptores en los diferentes sectores socio-económicos dela ciudad.

Según el censo de 1993 la población ajustada fue 258990 habitantes en total, de loscuales 250883 habitantes pertenecen a la cabecera municipal y 8107 habitantes al sectorrural. De acuerdo a los datos registrados en el DANE sobre crecimiento poblacional, seestima que el número de habitantes para el año 2005 será de 321378. La proyecciónhasta el año 2025 se realizó por medio de una regresión lineal y se muestra en la Tabla1.


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Tabla 1. Proyección poblacional para el municipio de Armenia

PROYECCIONES AÑO 1995 – 2005

Año Número dehabitantes

Año Número dehabitantes

1995 266363 2011 3591551996 264085 2012 365184

1997 269814 2013 371213

1998 283249 2014 377241

1999 288977 2015 383270

2000 294501 2016 389299

2001 300026 2017 395327

2002 305551 2018 401356

2003 311000 2019 407385

2004 316301 2020 413413

2005 321378 2021 419442

2006 329012 2022 4254702007 335041 2023 431499

2008 341070 2024 437528

2009 347098 2025 443556

2010 353127 - -

1.2 DESCRIPCIÓN EMPRESAS PUBLICAS DE ARMENIA

Las Empresas Públicas de Armenia, fueron creadas por el Consejo Municipal comoestablecimiento público descentralizado del orden municipal mediante acuerdo No. 43

del 25 de Diciembre de 1962, con el fin de prestar los servicios públicos como: energíaeléctrica, alumbrado público, aeropuerto, plaza de ferias, plaza de mercado, teléfonos,acueducto, alcantarillado, aseo, y central de beneficio. La prestación de éstos serviciosse han ido especializando y sectorizando de acuerdo a los procesos de modernización dela administración pública, por lo cual la empresa en la actualidad es operadora de losservicios de acueducto, alcantarillado y aseo según la ley 142 de 1994 como servicios

públicos domiciliarios, central de beneficio y alumbrado público. Los restantes servicioshan salido de su esfera mediante diferentes convenios así: energía eléctrica con laEDEQ – S.A. E.S.P, aeropuerto con la Aeronáutica Civil, plaza de ferias y de mercadocon el municipio de Armenia y teléfonos con la empresa de teléfonos de Armenia,Telearmenia E.S.P.

Según el acuerdo 11 aprobado por el consejo municipal el día 23 de Mayo de 1996, setransformaron las Empresas Públicas de Armenia, en Empresa Industrial y Comercialdel Orden Municipal, cuyo objetivo es “lograr la prestación de servicios públicosdomiciliarios de Acueducto, Aseo y Alcantarillado de excelente calidad y costo para losclientes, protegiendo el medio ambiente en toda su extensión, desarrollando el TalentoHumano, interactuando con la comunidad y sirviendo de instrumento para el desarrollode los planes de gobierno”.


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1.3 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO

1.3.1 Fuente de Abastecimiento

La fuente de agua superficial es la cuenca alta del Río Quindío. Se localiza al noreste

del departamento sobre la vertiente occidental de la cordillera central en la jurisdiccióndel municipio de Salento, cuya zona más alta forma parte del Parque Natural de los Nevados y en un recorrido de 71.3Km se une con el Río Barragán conformando lacuenca del Río La Vieja a una altura de 1000m.s.n.m, para finalmente desembocar en elRío Cauca, en inmediaciones de la ciudad de Cartago, en el departamento del Valle delCauca.

El límite oriental está constituido por el Paramillo del Quindío, la Laguna de la Virgen yel Páramo de Frontino. El límite occidental se ubica a lo largo de la Quebrada Boquíahasta su confluencia con el Río Quindío. El límite norte lo define la cuenca del RíoOtún y el límite sur está constituido por la carretera Salento – Armenia y la carreteableSalento – Toche – Ibagué.

Presenta características de altas precipitaciones (1996mm anuales) y pendientes entre30% y 60%. Posee en su parte superior numerosos nacimientos de quebradas que másabajo forman el Río Quindío y su afluente principal, la Quebrada Cárdenas, ubicadadentro del Parque Natural de los Nevados. Las fuentes de agua son utilizadas paraconsumo humano y fines agropecuarios e ictiológicos de gran importancia como losestanques de Cocora.

El uso potencial de la tierra, corresponde en el nacimiento del Río Quindío a una zonaimproductiva. En la parte alta predominan cultivos forestales de especies nativas,algunas coníferas y bosques nativos, en su mayoría propiedad de la CorporaciónRegional del Quindío (C.R.Q.); no obstante, se observan pequeños predios dedicados alcultivo de productos hortícolas, papa y frutales. Luego entre las alturas de 2000m.s.n.ma 3500m.s.n.m una zona forestal y finalmente entre 2800m.s.n.m y 2500m.s.n.m unazona pastizal.

El sistema hidrológico del Río Quindío, se presenta como una cuenca con aguas procedentes del régimen de lluvias que alimenta las cabeceras, originando fuentessubterráneas, pequeños arroyos, quebradas y por último el cuerpo principal del río, elcual discurre por lechos de piedra a gran velocidad. La red hidrológica del río, dependedirectamente del clima, de las condiciones de cobertura natural y del sistema ecológicoy geológico. Presenta los siguientes afluentes:

Santa Rita: Nace en el sitio denominado Uribia, tiene un recorrido de 12Km ydesemboca en el sitio llamado Santa Rita, 2Km arriba de Boquía.San Pacho: Nace a 4300m.s.n.m, tiene un recorrido de 35Km antes de desembocar al ríoen el sitio conocido como El Molino.Cárdenas: Nace en el sitio conocido como Amarguras a 4000m.s.n.m, tiene unrecorrido de 10Km antes de desembocar en el puente Cárdenas.

La Plata y Las Mirlas: Nacen a unos 4000m.s.n.m, tienen un recorrido de 2.5Km y sonlos primeros afluentes que le llegan al río.


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Santa Isabel : Nace en la parte alta de la cordillera a 4000m.s.n.m, tiene un recorrido de5Km, para desembocar al río en el sitio llamado Puente Cárdenas a unos 100m de laconfluencia del Río Quindío con la Quebrada Cárdenas.

Aguas Claras: Conformada por las aguas de las quebradas Las Nieblas y Las Pampas a4000m.s.n.m, su recorrido es de 11Km para desembocar en el sitio llamado La Palmera

frente a la hacienda Portugal.Guayaquil : Nace a una altura de 3900m.s.n.m, tiene un recorrido de 5Km paradesembocar en el sitio conocido como La Marina.

La Rivera: Nace en la parte inferior de la hacienda Alaska en el sitio denominado LaRivera, hace un recorrido de 6Km, desembocando al río en el sitio llamado El Escobal.Boquía: Nace en el sitio conocido como La Muleta en la hacienda El Porvenir a 3500m.s.n.m, tiene un recorrido de 25Km, para desembocar al río en la vereda Boquía en elsitio conocido como El Agrado. Sus afluentes y quebradas son: Arrayanal, Tolda

Nueva, El Roble y El Rosario.

La información anterior fue recopilada de informes suministrados por la CorporaciónAutónoma Regional del Quindío. C.R.Q

1.3.2 Captación

Hasta el año 1983 la toma del agua se hacía por medio de una desviación de las aguas,conformando en la margen derecha del río un brazo de piedra suelta de unos 400m delongitud, que posteriormente llegaba a una cámara para ser conducida por gravedad através de una tubería de longitud 14Km. Para el año 1983, se dieron al servicio lasnuevas obras de captación – conducción, ubicadas en el municipio de Salento sobre lavertiente occidental de la cordillera al noreste del departamento del Quindío, a 1.5Kmaguas abajo de la Vereda Boquía y constituidas por una presa India con un muro deconcreto que forma un vertedero para la estabilización de niveles de agua y una cámaralateral de donde se derivan las tuberías de conducción a un sistema de pre-sedimentación con una capacidad de 3m3/s.

La Cámara de captación es una caja de concreto reforzado diseñada con una formatrapezoidal de una longitud de 11m. La placa de fondo está al mismo nivel del canal quese encuentra enrocado de la presa. A la entrada de la cámara se tiene una rejilla devarillas de 0.0381m (1½”) de diámetro que se pueden sacar independientemente. En lasalida de la cámara hacia las tuberías de conducción existen dos rejillas removibles una

para cada tubería, con el fin de evitar que entren al sistema de conducción piedras ymateriales de mayor tamaño. Tiene dos compuertas rectangulares para desagüe y lavadode la cámara con salida al enrocado aguas abajo del vertedero. Ver Plano 1 del Anexo B

La aducción consta de dos tuberías cada una de 0.84m (33”) de diámetro y capacidad de1.5m3/s. Están construidas en concreto con una longitud de 290m y funcionan porgravedad.

1.3.3. Pre-sedimentación

Está diseñada como un sistema de seis módulos (Ver Plano 2 del Anexo B), cada uno delos cuales consta de un tanque de 21.7m de longitud útil y 4.94m de ancho. Con


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capacidad de 0.5m3/s cada uno. Es un diseño con placas planas de asbesto – cemento de2.4*1.2m2 y espesor 0.01m, colocadas en un ángulo de 70º con la horizontal y separadas0.1m una de la otra. Sobre éstas placas están colocados longitudinalmente tubos de0.3048m (12”) de diámetro (5 tubos para cada unidad) con orificios en su parte superiorde 0.064m (2½”) de diámetro por donde se recoge el agua desarenada y va por ellas a

un canal recolector, el cual entrega un caudal de 1.5m3

/s al sistema que conduce a la planta de tratamiento. Este caudal se establece por medio de una regla marcada de ceroa dos metros, la cual se encuentra ubicada en el empalme de la tubería y el canal deentrega.

1.3.4 Conducción de Agua Cruda

Se encuentra ubicada al nor – oriente de la ciudad de Armenia, iniciándose al ladoderecho del Río Quindío aguas abajo de la desembocadura de la Quebrada La Vibora,continuando con ésta orientación hasta cercanías de la Quebrada La Florida.Inicialmente tenía una longitud de 17000m y en la actualidad cubre una distancia de9858.2m desde los desarenadores hasta la planta de tratamiento. En su totalidad es

gravitacional, cubierta y revestida y comprende tuberías, túneles, viaductos y canalescuyas capacidades se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2. Capacidad de la conducción

Elemento Capacidad (m3/s)Tuberías 1.500

Túneles de tierra 1.800

Box culvert 1.500

Túneles revestidos 1.800

Canales 1.500

1.4 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLANTA

La Planta de Potabilización de Agua, se encuentra ubicada en el sector de Regivit, alnorte de la ciudad en la carrera 14 con calle 44N y fue construida en dos etapas. La

primera etapa en 1952 cuya construcción fue diseñada para tratar un caudal nominal de0.25m3/s, para una población de 78000 habitantes y la ampliación en el año 1967 seconstruyó para tener una capacidad adicional de 0.25m3/s y cubrir una población de130000 habitantes. Teniendo un total de 0.5m3/s de agua tratada.

Con el crecimiento de la ciudad los consumos de agua se hacían cada vez mayores, por

lo que las Empresas Públicas de Armenia en Julio de 1974, contrataron un estudio deoptimización de la planta con el Ingeniero Consultor Carlos Hernán Ortega, obras quetardaron casi una década en realizarse sin observar los resultados esperados.Posteriormente en 1983 el Ingeniero Arturo Medina Angulo optimizó la planta detratamiento para un caudal adicional de diseño de 0.4m3/s. En el año 1992 se realizó unnuevo estudio a cargo de la firma Gandini y Orozco Ltda. Ingenieros cuyas obras solose realizaron para un caudal adicional de 0.09m3/s. En 1998 la firma Hidrosan Ltda.


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llevó a cabo reformas a las baterías de filtros para ampliar la capacidad de la planta altrabajar en filtración directa..

Actualmente la planta maneja caudales entre 0.985 y 1.135m3/s, mediante untratamiento convencional que consta de: un sistema de desarenación, una unidad de

Floculación – Sedimentación hidráulica de tipo Alabama, dos unidades de Floculación –Sedimentación mecánica de eje horizontal tipo Permutit, cuatro unidades de Floculación – Sedimentación mixta de eje vertical, diez unidades de Filtración y desinfección conCloro. Ver Plano 3 del Anexo B.

1.4.1 Cámara de Entrada

Es una estructura de la cual se derivan 3 tubos de 0.508m (20”) de diámetro cada uno yque alimentan un canal de 13m de longitud encargado de distribuir el agua hacia dosestructuras desarenadoras.

1.4.2 Desarenador

La planta posee dos estructuras desarenadoras convencionales de flujo horizontal de 330m3 cada una y constan de: un canal de entrada provisto de dos compuertas; un pasodirecto controlado por una compuerta; un canal de salida; un canal de rebose aguasabajo en la salida; una cámara de desagüe y dos tuberías de desagüe controladas porválvulas de compuerta dos por cada estructura. Sus dimensiones son: profundidadmedia 2.5m; largo 18m y ancho 4.91m. Ver Plano 4 del Anexo B y registro Fotográficoen el Anexo C.

1.4.3 Canal de Agua Cruda

Es un canal rectangular de 1.2m de ancho, 17.4m de longitud y 1.25m de profundidad,cuya trayectoria describe un ángulo de casi 90º, después del cual se encuentra unaCanaleta Parshall, que sirve como medidor de caudal construida en fibra de vidrio y conlas siguientes características: ancho aguas arriba 1.55m; ancho de la garganta 0.9m;ancho aguas abajo 1.2m. Ver Plano 5 del Anexo B. La lámina de agua en el canal es deaproximadamente 0.80m.

1.4.4 Mezcla Rápida

La mezcla rápida se efectúa sobre el resalto hidráulico, ubicado aguas abajo de laCanaleta Parshall y es el lugar donde se lleva a cabo la dosificación del Sulfato deAluminio.

El agua mezclada es conducida por un canal de 1.18m de ancho por 1.1m de alto, el cualva distribuyendo el agua hacia las unidades de Floculación – Sedimentación hidráulica,las unidades de Floculación – Sedimentación mecánica y las unidades de FloculaciónSedimentación Mixta. Ver Plano 6.


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1.4.5 Floculación – Sedimentación

Para la Floculación-sedimentación existen tres sistemas: Floculación – SedimentaciónHidráulica tipo Alabama; Floculación – Sedimentación Mecánica de eje horizontal(unidades compactas Permutit 1 y 2) y Floculación - Sedimentación Mixta de eje

vertical (4 módulos).

• Floculación – Sedimentación Hidráulica:

Esta estructura es de Tipo Alabama. La zona de Floculación consta de dos series decompartimientos. En la primera serie el agua se divide en dos zonas iniciales cada unacomprendida por cinco cámaras diseñadas para 0.2m3/s cada una. El agua ingresa aestas zonas, por compuertas de 1m por 1.15m. Los orificios de paso entre las cámarasson rectangulares y están ubicados en el fondo de las mismas, adicionalmente, cuentancon vertederos que obligan el cambio de dirección en el agua. Posteriormente se unenlos caudales en un canal de 9m de largo por 1m de ancho, antes de pasar a la segundaserie de Floculadores, la cual esta comprendida por seis cámaras dispuestas en serie y de

mayor volumen a través de las cuales pasa un caudal de 0.4m3/s. Estas dos series decompartimientos van compactas con la sedimentación (dos unidades diseñadas para 0.2m3/s cada una), las cuales van a lado y lado de la segunda serie de compartimientos deFloculación. Ver Plano 7 y Plano 8 del Anexo B.

En la última cámara de Floculación existen dos orificios en el fondo en cada lado de lamisma, por donde el agua pasa hacia dos canales de sección trapezoidal (uno para cadaunidad de sedimentación) y sale a través de 34 orificios rectangulares (0.4m * 0.15m),

por donde el agua pasa a los sedimentadores, los cuales están formados por tubos paralelos colocados transversalmente y compuestos de 24 orificios separados 0.2m entresí y son los encargados de entregar el agua en unos canales ubicados a lo largo de launidad para que posteriormente salga a un canal recolector principal que la lleva a lazona de Filtración. En el flujo ascendente se encuentran las placas paralelas de asbesto –cemento (680 placas, con una inclinación de 60º y separadas entre si por 0.07m). VerPlano 9 y Plano 10 del Anexo B y registro fotográfico en el Anexo C.

• Floculación – Sedimentación Mecánica

Se lleva a cabo en dos unidades compactas denominadas Tanques PrecipitadoresPermutit o Spaulding – Precipitador, que trabajan con el principio de manto de lodos, desuspensión hidráulico – mecánico. Diseñados para una capacidad de 0.25m3/s cada uno.Para el proceso de Floculación una de éstas unidades posee paletas giratorias de madera,de 2.65m de largo por 0.08m de ancho y dos por cada agitador a lo largo de toda la

unidad. En la otra unidad compacta, se reemplazaron las paletas por mallas de 3.45m delargo y 0.80m de ancho (20cm de malla 5.6mm, 20cm de malla 25mm y 40cm de malla73mm), cuyo alambre es soldado a una platina.

El agua ingresa a cada unidad por un canal central de forma trapezoidal, de base inferior1.29m, base superior 0.51m y altura 0.63m; con orificios en el fondo, por dondedesciende hacia la zona de Floculación cuya sección transversal es trapezoidal de basesuperior 1.29m, base inferior 2.3m y altura 1.14m. Se ubica en la parte central de cada


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unidad, donde se encuentran dos ejes con paletas o mallas giratorias espaciadas a lolargo del tanque y accionadas por un sistema de motor reductor de cuatro velocidadesalojados en una cámara independiente en la cabecera de la unidad. Continúa por la partede abajo hacia dos módulos de sedimentación y asciende a través de colmenas metálicascon una inclinación de 60º, después de las cuales es recogida en canaletas rectangulares

de 0.16m de ancho por 0.50m de alto con orificios de recolección de 0.0254m (1”) en elfondo de las paredes laterales, separados por 0.3m. Estas canaletas de recolección estánubicadas a lo ancho de cada una de las zonas de sedimentación. Posteriormente el aguaes entregada a un canal de recolección ubicado en los extremos de la cada unidad, luego

pasa al canal que trae parte del agua sedimentada proveniente de la zona de Floculación – Sedimentación Hidráulica para ser conducida a las unidades de Filtración. VerRegistro fotográfico.

• Floculación – Sedimentación Mixta de eje Vertical

En ésta unidad el agua llega a través de un tubo de PVC de 0.254m (10”) a una cámara

encargada de distribuir el agua a cuatro módulos de Floculación, cada uno de los cuales posee dos unidades dispuestas en serie con un agitador mecánico metálico, con cuatromallas de eje vertical de dos separaciones, 0.2m de 35mm y 0.5m de 103mm para untotal de 0.7m y motor a la intemperie. Cada cámara de Floculación tiene 2.4m de ancho,1.8m de largo y 3m de profundidad. El agua sale de las unidades Floculadoras hacia lazona de Sedimentación (una por cada módulo) a través de una pared permeable con seisorificios de 0.152m (6”) de diámetro cada uno.

Cada uno de los cuatro sedimentadores posee las siguientes dimensiones: profundidad4.22m; ancho 2.4m; largo 7.1m y están formados por placas paralelas de asbesto –cemento, inclinadas 60º y separadas 5cm entre sí. Después de ascender el agua por las

placas paralelas, es recolectada por tuberías de 0.152m (6”) con orificios de 0.0127m(½”) y llevada a un canal ubicado en el centro del tanque, que luego lleva el agua hastael canal que recoge el agua de los cuatro módulos y la comunica con el canal derecolección que trae parte del agua sedimentada proveniente de la zona de Floculación –Sedimentación Hidráulica y Mecánica. Ver plano 13 del Anexo B y Registro fotográficoen el Anexo C.

1.4.6 Filtración

Se realiza a través de diez filtros denominados: Filtros Convencionales y Filtros de AutoLavado, su diferencia radica en el agua de lavado. Reciben el agua sedimentada a travésde un canal a manera de anillo de 1.2m de ancho y 1m de profundidad. Ver Plano 14 del

Anexo B.

• Filtros Convencionales

Constan de dos módulos cada uno provisto de dos cámaras dispuestas en paralelo yestán provistos de lechos mixtos de arena (0.15m) y antracita (0.5m) con los respectivosmedios de grava como soporte. Las dimensiones de cada uno son: ancho neto 5.5m ylargo 8.2m.Ver Plano 15 del Anexo B y registro fotográfico en el Anexo C.


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La recolección del agua filtrada y lavado se hace por el sistema de falso fondo tipo“Leopold”. El lavado se realiza utilizando el agua proveniente del tanque elevado. Lasaguas de lavado se recolectan por unas canaletas auxiliares de 0.3m de ancho por0.38m de altura que descargan a un canal central de 0.5m de ancho y 1.1m de

profundidad.

• Filtros de Auto Lavado

Constan de dos módulos cada uno provisto de tres cámaras dispuestas en paralelo yestán provistos de lechos mixtos de arena (0.25m) y antracita (0.5m) con los respectivosmedios de grava como soporte. Cada tanque tiene 3.8m de ancho 7.6m de longitud y4.7m de profundidad total. Ver Plano 15 del anexo B y registro Fotográfico en el AnexoC.

Para el lavado de éstos Filtros se aprovecha el agua filtrada que va por el canal a laGalería de Filtros proveniente de estas mismas unidades, después de abrir y cerrar lascámaras y compuertas correspondientes, siendo por tanto un sistema de lavado mutuo.

Cada Filtro posee una canaleta central metálica de 0.7m de ancho y 0.6m de altura y unescalón final de 0.23m de altura que la acopla a la compuerta de descarga de agua suciade lavado. El sistema de recolección de agua de lavado se hace por medio de tubos quedesagüan a la canaleta central.

La recolección del agua filtrada se hace por el sistema de falso fondo de viguetas prefabricadas donde el agua asciende hasta el canal de agua filtrada que interconecta losFiltros de Auto Lavado, para una posterior descarga al tanque de agua filtrada comúntanto a los Filtros de Auto Lavado, como a los Filtros Convencionales donde seencuentra un vertedero de control.

Las carreras de filtración tanto en los Filtros Convencionales como los de Auto Lavadotienen una duración promedio de 12 a 24 horas, dependiendo de las condiciones delagua cruda, si esta es muy turbia la carrera se disminuye notoriamente.

1.4.7 Desinfección

Se realiza mediante la adición de Cloro gaseoso a través de tres dosificadores de tipovacío, controlados manualmente por medio de rotámetros que indican la descarga deCloro en 24 horas.

En la planta de tratamiento se realiza pre-cloración con dosis que oscilan entre 0.17mg/L y 0.4 mg/L (en el canal de salida del agua sedimentada del sistema Floculación –

Sedimentación Hidráulico y Mecánico) y cloración con dosis que oscilan entre 1.0 mg/Ly 1.3 mg/L (para los Filtros Convencionales en la cámara ubicada debajo de la Sala deFiltros y para los de Auto Lavado en el vertedero de salida de éstos).

Junto al edificio de dosificación y almacenamiento de Cloro se encuentra un tanque deSoda Caústica utilizado para el control de cualquier fuga de Cloro que se pueda

presentar en dicho edificio. Ver registro fotográfico en el Anexo C.


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El agua tratada finalmente sale de la planta por cuatro tuberías de la siguiente manera:Una tubería hacia el Norte de la ciudad, dos tuberías van a los Tanques de Regivitdonde se encuentran dos Tanques denominados Tanque Viejo y Nuevo respectivamente,encargados de abastecer el Norte y Centro de la ciudad y finalmente una tubería alTanque Corbones del cual salen dos tuberías una distribuye el agua al Occidente de la

ciudad y la otra va al Tanque 5 (tanque de paso), que alimenta el tanque 6 y distribuyeel agua en el Sur de la ciudad. Ver Mapa 1. del Anexo D. La capacidad dealmacenamiento de cada tanque se muestra en la Tabla 3. y en el Mapa 2 del Anexo D,se muestra la ubicación de los tanques en la ciudad y la red de distribución.

Tabla 3. Capacidad de Almacenamiento del Agua tratada

TANQUE CAPACIDAD (m3)

Tanque Viejo 1 4492

Tanque Nuevo 2 4201

Tanque Corbones 5247

Tanque 5 (Margaritas) 3000

Tanque 6 (Monteprado) 1500

1.4.8 Sistema de Distribución

Se cuenta con una red de distribución de 333Km aproximadamente para el suministrode agua potable a la ciudad, el 88.7% del total de ésta red, presenta edades, que en

promedio ya sobrepasan los 25 años y está conformada por un sistema de medición,acometidas domiciliarias, redes primarias y redes secundarias, cuyos diámetros oscilanentre 0.0508m (2”) y 0.6096m (24”). Siendo el material predominante asbesto cemento(67%), seguido por PVC (33%).

Como el objetivo general del trabajo es evaluar la operación y funcionamiento de laPlanta con base en la Metodología establecida por la Organización Panamericana de laSalud en los módulos de evaluación operación y mantenimiento de plantas detratamiento de agua para consumo humano, a partir de la información establecida se

procedió a dar cumplimiento a los siguientes objetivos:

• Evaluar cada una de las etapas de tratamiento (abastecimiento, coagulación,floculación, sedimentación, filtración y desinfección), en la planta de

potabilización de agua de la empresas públicas de Armenia.• Establecer la calidad de agua suministrada por la planta, de acuerdo con la

legislación colombiana sobre potabilización de agua (Decreto 475 de 1998).• Analizar la vulnerabilidad de la planta frente a agentes externos que puedan

afectar su funcionamiento y operación (desastres naturales y humanos), con base en diagnósticos realizados anteriormente.


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15

• Analizar la estructura administrativa (manejo de personal, esquemaorganizacional, gestión de materiales, etc) de la planta de potabilización deagua.

• Identificar las diferentes fallas del proceso de tratamiento detectadas durante laevaluación de la planta y plantear posibles alternativas de solución.


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2. EVALUACIÓN DE LOS PROCESOS DE POTABILIZACIÓN

La evaluación comprende cada una de las etapas que integran el sistema de tratamientodel agua llevado a cabo en la Planta con base en las condiciones bajo las cuales operaba

cada una de las unidades, Coagulación, Floculación, Sedimentación, Filtración yDesinfección en el momento de realizarse.

2.1 COAGULACIÓN

La evaluación de este proceso incluye la selección de parámetros óptimos, el manejo yalmacenamiento de las sustancias químicas, la dosificación de las sustancias y MezclaRápida.

2.1.1 Selección de parámetros óptimos

En la determinación de los parámetros óptimos (dosis, concentración de coagulante,

tiempo de mezcla lenta, gradiente óptimo de mezcla lenta, pH óptimo de coagulación),la turbiedad fue la propiedad a controlar. Los ensayos se realizaron en el laboratoriomediante la Prueba de Jarras (el equipo utiliza Jarras cuadradas en acrílico transparentede 2L cada una, sin deflectores y un motor de velocidad variable que permite elmovimiento de seis paletas ubicadas sobre ejes verticales y un tacómetro para indicar elnúmero de revoluciones por minuto de 0 a 130 rpm).

Se tomaron los datos de turbiedades de agua cruda registradas en las planillas de la planta cada hora durante el año 2001 (Ver Fig. 2.) y mediante un análisis estadístico dedistribución de frecuencias se escogieron 5 datos representativos de la calidad de aguaque ingresa a la planta en las diferentes épocas del año. Las turbiedades escogidasfueron 5, 15, 50, 150 y 250NTU, de acuerdo al análisis estadístico, donde se observaque de los 8722 datos de turbiedad registrados, 7103 (81.44 %), son menores a 5NTU,valor de turbiedad recomendado para el agua antes de ingresar a los filtros, por tal razónno se hizo Prueba de Jarras para este valor. El análisis estadístico se presenta en elAnexo E.

Debido a las limitaciones del equipo de Prueba de Jarras usado, para la definición de parámetros óptimos de Mezcla Rápida en el proceso de Coagulación, se determinó eltiempo óptimo correspondiente a la máxima intensidad de agitación dada por el equipo(130rpm, es decir 80s-1). No se realizó prueba de ayudantes de coagulación, debido aque no se utilizan en la planta.


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VARIACION TURBIEDAD AÑO 2001

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10 0

11 0

12 0

13 0

14 0

15 0

16 0

17 0

18 0

19 0

20 0

21 0

22 0

23 0

24 0

25 0

26 0

27 0

28 0

29 0

30 0

31 0

32 0

33 0

34 0

35 0

36 0

37 0

38 0

39 0

40 0

41 0

0 1 000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

TIEMPO (Horas)

T U R B I E D A D ( N T

Enero Febrero M arzo Abr il M ayo Junio Julio Ago sto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

Fig 2. Variación de la turbiedad del agua cruda en el año 2001

Las siguientes son las propiedades del agua cruda para las diferentes turbiedadestrabajadas:

Tabla 4. Propiedades del Agua cruda para las turbiedades trabajadas

TURBIEDAD (NTU) 15 50 150 250

Color (U. Pt-Co) 35 125 450 480

Alcalinidad (mg/L de CaCO3) 24.5 32.0 29 31 pH 7.26 7.17 7.29 7.17

Temperatura (°C) 18.7 18.3 18.3 19.4

• Determinación de la Dosis Óptima de Coagulante:

Se busca determinar la dosis de coagulante que bajo determinadas condiciones deoperación produzca la mejor desestabilización de las partículas coloidales y que permitala formación de un floc compacto y pesado que pueda ser removido por Sedimentacióno que pueda ser retenido en los filtros, es decir, la dosis que de mayor rendimiento en el

proceso de clarificación.

La determinación de la dosis se realizó utilizando el procedimiento de Prueba de Jarras.El Sulfato de Aluminio tipo B se preparó en una solución al 2%, en cada ensayo sedeterminaron la turbiedad remanente, alcalinidad, pH y temperatura. Los resultadosobtenidos en cada uno de los ensayos para las diferentes turbiedades escogidas, seencuentran en el Anexo E. Las dosis aplicadas al agua cruda de acuerdo a las diferentesturbiedades trabajadas se muestran en la Tabla 5.


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Tabla 5. Dosis de Sulfato de Aluminio aplicado

15 NTU 50 NTU

Dosis de

coagulante

Turbiedad

remanente

Dosis de

coagulante

Turbiedad

remanente20 3 20 17

24 3 30 11

27 2.9 32 10

30 2.1 34 6

33 2.0 36 8

35 2.4 38 9

38 2.6 40 12

40 2.5 50 20

50 8 60 28

60 7 70 34

70 8.5 - -

150 NTU 250 NTUDosis de

coagulanteTurbiedadremanente

Dosis decoagulante

Turbiedadremanente

20 20 20 36

30 22 30 25

40 14 40 18

50 13 50 14

60 15 60 19

70 16 70 31

El comportamiento de la turbiedad remanente obtenida en cada uno de los ensayos semuestra en la Fig 3.

DOSIS OPTIMA DE COAGULANTE

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

0 10 20 30 40 50 60 70 80

DOSIS DE SULFATO DE ALUMINIO (mg/L)

T U R B I E D A D R E M A N E N T E ( N T U )

Turbiedad 15 NTU

Turbiedad 50 NTU

Turbiedad 150 NTU

Turbiedad 250 NTU

Fig 3. Comportamiento de la turbiedad remanente con la dosis de Sulfato aplicada


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19

Tabla 6. Dosis Optima correspondiente a cada turbiedad trabajada

• Concentración Óptima de Coagulante

La concentración del coagulante afecta la eficiencia del proceso por lo cual es necesariodeterminar experimentalmente cómo se comporta el agua bajo condiciones de una dosisdeterminada de coagulante, pero adicionada bajo diferentes concentraciones. Se realizó

en ensayo empleando los parámetros óptimos encontrados en la prueba anterior.

Tabla 7. Concentración de Sulfato aplicado

15 NTU 50 NTU 150 NTU 250 NTUConcentraciónde Coagulante

(%)Turbiedadremanente

Turbiedadremanente

Turbiedadremanente

Turbiedadremanente

0.1 3.4 43 63 17.3

0.5 4.0 33 50 14.7

1.0 2.0 14 20 8.1

2.0 1.1 7 14 5.3

3.0 1.6 8 16 7.8

5.0 9.8 27 24 15

CONCENTRACION OPTIMA DE COAGULANTE

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

0 1 2 3 4 5 6

CONCENTRACION DE COAGULANTE (%)

T U R B I E D

A D R E M A N E N T E ( N T U )

Turbiedad 15 NTU

Turbiedad 50 NTU

Turbiedad 150 NTU

Turbiedad 250 NTU

Fig 4. Comportamiento de la turbiedad remanente con

la concentración de Sulfato aplicada

TURBIEDAD(NTU)

DOSIS OPTIMADE COAGULANTE

15 3050 34

150 50

250 50


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20

Tabla 8. Concentración Óptima correspondiente a cada turbiedad trabajada

• pH Óptimo de Coagulación

Para determinar el pH óptimo, en el que la remoción de tubiedad fuese mejor, semanejaron diferentes valores de pH (4.5 – 9.0), adicionando H2SO4 y NaOH para bajary subir el pH respectivamente. Para la realización de estos ensayos se utilizaron las

condiciones óptimas determinadas anteriormente.

Tabla 9. pH trabajado en cada una de las calidades de agua utilizadas

15 NTU 50 NTU 150 NTU 250 NTU

pH decoagulación

Turbiedadremanente

pH decoagulación

Turbiedadremanente

pH decoagulación

Turbiedadremanente

pH decoagulación

Turbiedadremanente

4.56 6 4.53 25 4.64 25 4.38 18

5.44 7.1 5.6 18 5.53 13 5.43 16

6.33 7.2 6.85 5 6.59 5 5.68 11

7.26 1.8 7.17 4.4 7.29 4 7.17 6.3

8.44 2.3 7.85 7.6 7.81 5.1 8.02 9.2

9.0 7.5 8.29 7.3 8.27 8.5 8.49 16

TURBIEDAD(NTU)

CONCENTRACION OPTIMADE COAGULANTE (%)

15 2.0

50 2.0

150 2.0

250 2.0


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21

pH OPTIMO DE COAGULACION

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

pH

T U R B I E D A D R E M A N E N T E ( N T

U )

Turbiedad 15 NTU

Turbiedad 50 NTU

Turbiedad 150 NTU

Turbiedad 250 NTU

Fig 5. Comportamiento de la turbiedad remanente de acuerdo al pH

Tabla 10. pH óptimo de acuerdo a cada turbiedad trabajada

2.1.2 Manejo y almacenamiento de las sustancias químicas

En la planta de tratamiento de agua se utiliza esencialmente Sulfato de Aluminio, Cal yCloro para el proceso de potabilización

• Sulfato de Aluminio tipo B

Utilizado como coagulante, su uso depende de las características del agua cruda, seadquiere en estado sólido en forma granular y empacado en sacos de 50Kg cada uno. Su proveedor es Derivados Industriales del Valle LTDA.

Existen dos equipos para la dosificación en seco (Pennwat Wallace Tiernan) y tanque dedisolución respectivos. La solución se prepara al 2% y el control de la dosificación esmanual y depende del operario en turno. Cuando el agua presenta una turbiedad mayor a15NTU, se realiza la prueba de jarras y se adiciona la cantidad de Sulfato necesaria para

TURBIEDAD(NTU)

pH OPTIMO DECOAGULACION

15 7.26

50 7.17

150 7.29

250 7.17


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que el valor de turbiedad disminuya considerablemente. Este se adiciona aguas abajo dela Canaleta Parshall antes del resalto para la Mezcla Rápida. El material es almacenadoen una bodega ubicada en el segundo piso de la sala de operación, cuyas dimensionesson: ancho 3.8m, alto 2.9m y largo 8.9m con capacidad de almacenamientoaproximadamente de 43 toneladas. Ver registro fotográfico en el Anexo C.

El trasporte de los bultos es llevado a cabo por empleados de la transportadora, que lodepositan sobre unas bases de madera, para evitar la humedad. En la planta se tiene unsistema mecánico de trasporte, pero no es utilizado. Debido a las ampliaciones deledificio de operación, éste quedó mal ubicado y para tener acceso a él, es necesarioatravesar el laboratorio de operación, impidiendo el desempeño normal de los operarios.En una época se realizó de esta forma, pero adicional a la interrupción de las labores,hubo pérdidas de elementos de trabajo. En este momento, para tener acceso a la bodega,es necesario utilizar las escaleras para el almacenamiento de los bultos.

De los dosificadores existentes, normalmente se utiliza uno (dosificador 1) y cuando losrequerimientos de coagulante son muy altos se ponen en funcionamiento los dos.

En cuanto al manejo del Sulfato, en la bodega se cuenta con un delantal de caucho y untapabocas. Sobre precauciones y primeros auxilios, cada bulto lleva anexado un rótuloen donde se encuentran el tipo de Sulfato, el lote, la fecha, el supervisor de área,mantenimiento y producto terminado, las precauciones y los primeros auxilios en casode algún accidente.

• Cal Hidratada

Es utilizada para estabilizar el pH del agua tratada, se aplica cuando hay dosificación decoagulante y la cantidad adicionada depende del resultado de la Prueba de Jarrasrealizada por los operarios en turno. Sin embargo, en la planilla para registro de éstas,no se incluye la dosis necesaria.

Se adquiere como sólido en polvo empacado en sacos de 25Kg y en algunas ocasionesen sacos de 10Kg cada uno. Su proveedor es Cementos Nare cuyas características sonlas siguientes1: CaO útil 64.57%, Insolubles agua 4%, Insolubles HCl 0.7%, Pérdidasal fuego 24.75%, CaO total 71.9%, Si O2 1.47%, Al2O3 0.51% y Fe2O3 0.48 %.

La aplicación se hace en el pozo de agua filtrada a través de un dosificador (OmegaMachine Universal Feeder Serial OU-1647), que es operado manualmente.

El material es almacenado en una bodega ubicada contiguo a la Batería de Filtros, cuyas

dimensiones son: ancho 4.5m, alto 3.6m y largo 6.4m; con capacidad dealmacenamiento de 30 toneladas aproximadamente. Ver registro Fotográfico en elAnexo C.

1 www.cementosnare.com


35/372

23

El transporte de los bultos es llevado a cabo por empleados de la trasportadora y lodepositan sobre unas bases de madera con el fin de evitar la humedad.

En cuanto al manejo de la Cal, en la bodega no se encuentra ningún tipo de protección,esta depende del operario que manipule la sustancia. Sobre precauciones y primeros

auxilios, en la sala se encuentra un cuadro donde se sugiere lavado de manos para prevenir la dermatitis.

El algunas ocasiones, debido a la humedad la Cal se atasca en la tolva, impidiendo elmovimiento de las paletas giratorias que hacen que la dosificación sea mas uniforme,siendo necesario utilizar una varilla para ayudar a liberar la Cal adherida a ellas.

• Cloro

Es utilizado como desinfectante. Se adquiere en estado líquido en cilindros de 907Kg o1Ton. Su proveedor es Prodesal S. A. y sus características son (tomadas de las actas del

proveedor): Pureza 99.5%, Humedad < 0.015%, Residuo no volátil < 0.015%,Tetracloruro de Carbono < 0.002%, Plomo < 0.001%, Mercurio < 0.0001% y Arsénico< 0.0003%.

Del camión trasportador se bajan los cilindros con ayuda de un diferencial (polipasto) yse acomodan sobre formaletas de madera con el aparejo mecánico.

Se cuenta con tres dosificadores del tipo solución bajo vacío, con capacidad para 800lb/día cada uno.

La bodega de almacenamiento, se ubica en un espacio aislado de la edificación principal. Sus dimensiones son: ancho 5m, alto 6m y largo 20m; la sala tiene capacidad para almacenar 10 cilindros aproximadamente, pero la existencia es de 3 cilindrosnormalmente. En caso de alguna fuga la bodega cuenta con un sistema de alarma y fuerade ella se encuentra un lava ojos. En el rótulo de los cilindros se encuentran

precauciones y primeros auxilios. Ver registro fotográfico en el Anexo C.

2.1.3 Dosificación de las sustancias químicas

Las dosis de Coagulante y de Cal empleadas en el tratamiento del agua, constituyen el parámetro mas importante entre todas las variables químicas del proceso. La evaluaciónde este aspecto, se determinó con base en las condiciones reales de trabajo de losdosificadores. Todos los valores calculados correspondientes a los siguientes puntos se

hallaron y evaluaron utilizando las ecuaciones y criterios que aparecen en el Anexo F.

• Determinación del grado de exactitud de dosificación

Se calibraron los dosificadores de Sulfato y de Cal. Los datos obtenidos se encuentranen el Anexo F. Con base en los resultados obtenidos se realizaron las siguientesgráficas, en las que se relacionan el peso real de la sustancia dosificada y el porcentajede abertura.


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24

Para los dosificadores de Sulfato de Aluminio se graficó la curva teórica, obtenida deacuerdo con el manual del equipo. Para la Cal no se realizó esta curva, pues en la plantano se dispone de dicho manual para este dosificador.

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

195

210

225

240

255

270

285

300

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

PORCENTAJE DE ABERTURA

P E S O R E A L D E S U L F A T O D E

A L U M I N I O

( K g / h )

Curva teóricaCurva experimental

Fig 6. Calibración del dosificador de Sulfato de Aluminio 1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130


P E S O D E S U L F A T O

D E A L U M I N I O ( K g / h )

Curva teóricaCuurva experimental

Fig 7. Calibración del dosificador de Sulfato de Aluminio 2


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25

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115


P E S O D E C A L

( K g / h )

Curva experimental

Fig 8. Calibración del dosificador de Cal

Los porcentajes de abertura sobrepasan el 100% porque la perilla que indica el porcentaje gira un poco mas del señalado como límite superior en la perilla de control.

En la curva del dosificador de cal, se observa que no hay intersección con el eje x, loque significa que mientras el dosificador se encuentra encendido siempre haydosificación ya que la perilla no gira menos del 2% de abertura impidiendo que laválvula de salida se cierre totalmente.

Para calcular el grado de exactitud, es necesario conocer el peso real y el peso teórico.Sin embargo, en la planta no se utiliza la perilla del tablero de control para referenciarel peso dosificado. Cuando es necesario realizar dosificación, el operario en turno, seencarga de calibrar el equipo para la dosis obtenida en la Prueba de Jarras, luego la

dosificación es la correcta.

Para establecer el funcionamiento de los dosificadores, se calculó un grado de exactitudde acuerdo con la curva de calibración teórica de los equipos de dosificación de Sulfatode Aluminio frente a los valores de peso real obtenidos en los diferentes porcentajes deabertura indicados por la perilla de control. De acuerdo con observaciones de losoperarios, el porcentaje de abertura normal utilizado en la planta es de 65% para eldosificador 1, porcentaje para el cual los valores de peso usados en el cálculo, son144.111Kg/h peso real y 163Kg/h peso teórico, obtenidos de la curva de la Fig 6. Comoel dosificador 2 no es utilizado de manera frecuente, no se tiene un valor promedio de

porcentaje de abertura, por lo tanto, el porcentaje utilizado fue de 60% y los valoresleídos en la Fig 7. son 141.045Kg/día peso real y 150Kg/día peso teórico.

Los resultados se muestran en la Tabla 11.


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26

Tabla 11. Grado de exactitud de los dosificadores de Sulfato

Grado de exactitud IDosificador 1 11.59

Dosificador 2 5.97

Según los resultados obtenidos, el grado de exactitud del dosificador 1 de Sulfato deAluminio es Regular y del dosificador 2 es Bueno. Para el dosificador de Cal no sedeterminó el grado de exactitud por no disponer de la curva teórica.

• Determinación de la flexibilidad

Este parámetro determina el rango de dosificación que ofrecen los equipos utilizados para suministrar las sustancias químicas y depende de las descargas máximas y mínimasde los dosificadores. Los valores para cada equipo y los resultados obtenidos se

muestran en la Tabla 12.

Tabla 12. Flexibilidad de los Dosificadores de Sulfato y Cal

DOSIFICADORES DE SULFATO DEALUMINIO

Dosificador 1 Dosificador 2

DOSIFICADOR DECAL

Descarga Mínima (Kg/h) 15.930 20.254 12.040

Descarga Máxima (Kg/h) 275.742 232.756 38.947

Flexibilidad (Kg/h) 259.812 212.502 26.907

• Determinación del grado de concentración

Este parámetro se calculó utilizando el peso real dosificado y el caudal que entra a lacámara de disolución de cada dosificador. El caudal de agua que ingresa a lostanques se calculó utilizando el método volumétrico para cada uno de losdosificadores. El peso dosificado se halló a partir de la dosis necesaria de Sulfatoaplicada al agua para una turbiedad de 67NTU, cuyo valor fue 33mg/L La dosis deCal aplicada para esta turbiedad fue 12mg/L. Los valores de caudal, peso dosificadoy concentración se muestran en la Tabla 13.


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27

Tabla 13. Caudal en cada cámara de solución

Por lo tanto la concentración real de trabajo en los dosificadores es 3.29%.

• Determinación del Período de Retención en las Cámaras de Solución

Se determina para los caudales máximos y mínimos de agua que entra en las cámaras de

solución. Los datos para los diferentes dosificadores, se presentan en la Tabla 14.

Tabla 14. Tiempo de retención en los dosificadores

DOSIFICADORES DE SULFATO DEALUMINIO

Dosificador 1 Dosificador 2

DOSIFICADOR DECAL

V (L) 170 180 150

qmáx (L/s) 3.82 3.01 2.93

qmín (L/s) 0.2358 0.1161 0.062

Tomín (mín) 0.75 0.97 0.85

Tomáx (mín) 12 25.8 40.32

En los tres dosificadores se tienen períodos de retención por debajo de 1mín para loscaudales máximos, para caudales mínimos de entrada de agua a los tanques de solución,se obtienen períodos de retención mucho mayores a los recomendados. (5 minutos o

preferentemente 10 minutos para permitir la polimerización de los coagulantes ymejorar su eficiencia2).

2 CEPIS / OMS / OPS. Módulos de evaluación operación y mantenimiento de plantas de tratamiento de

agua para consumo humano. Mod.10. Página 7.

DOSIFICADOR CAUDAL

L/s

DOSIS

mg/L

PESO

DOSIFICADO

g/sSulfato 1 3.82 33 0.1260

Sulfato 2 3.01 33 0.0993

Cal 2.93 12 0.0352


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28

2.1.4 Mezcla Rápida

• Eficiencia del proceso de Mezcla rápida:

Mediante la realización de la Prueba de Jarras se determinaron las condiciones óptimasde concentración de coagulante y tiempo óptimo de mezcla. Se calculó la eficiencia porcomparación entre el Indice de Aglomeración (índice de Adhesión de partículas) Real yAparente, el cual se halla a partir de la turbiedad de agua cruda y turbiedad remanentedespués de la Sedimentación. Las condiciones del Agua Cruda con que se trabajó, semuestran en la Tabla 15. La turbiedad remanente obtenida para el ensayo fue 14 NTUvalor con el cual se calculó el Indice de Aglomeración Aparente ( A L=0.0565). Paracalcular el Indice de Aglomeración Real, se tomó la dosis hallada en la Prueba de Jarrasy se calibró el dosificador para aplicar esta dosis en la planta (11.82gr/min). Una vezrealizada la dosificación se tomó una muestra de agua coagulada en la plantainmediatamente después de la mezcla rápida y en el laboratorio, se simuló el proceso deFloculación - Sedimentación en el Equipo de Jarras (20 mín de Mezcla Lenta y 30 mín

de Sedimentación), obteniendo una turbiedad final de 22 NTU y con este valor secalculó el Indice de Aglomeración Real ( A R=0.003053 ).

Tabla 15 . Propiedades del agua cruda

Turbiedad (NTU) 67

Color (U.Pt-Co) 140

Alcalinidad (mg/L de CaCO3) 31.5

pH 7.63

Temperatura (ºC) 19.3

Con los datos obtenidos de A R y A L se calcula la eficiencia (I) de la unidad de MezclaRápida cuyo valor fue 54.034 valor que indica una eficiencia regular de Mezcla Rápida.

• Determinación del tiempo de Mezcla

El tiempo de mezcla puede determinarse por medio del Ensayo de Trazadores odeterminando la longitud del resalto y la velocidad media del agua.

Con la realización de la Prueba de Trazadores, se obtuvo un tiempo de mezcla de 2.8s.Esta prueba se realizó adicionando Cloruro de Sodio en el resalto donde se efectúa la

dosificación del Sulfato. Las muestras para determinación de cloruros se tomaron aguasabajo del mismo. Los resultados y las condiciones de realización del ensayo se presentan en el Anexo G.

Calculando la velocidad media del agua y la longitud del resalto, se obtuvo un tiempode mezcla de 1.301s. Las ecuaciones para el cálculo se muestran en el anexo F.


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• Determinación de la Intensidad de mezcla

En la determinación de la intensidad de mezcla, se calcula el gradiente de velocidad enla unidad, para esto es necesario realizar un Análisis Hidráulico de la misma. Comoanterior al Resalto Hidráulico donde se realiza la Mezcla Rápida se encuentra una

Canaleta, también se realiza la evaluación hidráulica a esta unidad. Las ecuacionesfueron tomadas del libro de Arboleda Valencia y se presentan en el Anexo F.

Canaleta Parshall

Fig 9 Esquema de la Canaleta Parshall

Tabla 15. Dimensiones de la Canaleta

REAL TIPO REAL TIPO

ABCDE

1.65m1.6m1.2m1.6m0.92m

1.677m1.645m1.22m1.572m0.915m

FGKNW

0.6m0.93m

0.076m0.23m0.88m

0.61m0.915m0.076m0.229m0.915m

En la tabla 15 se observa que las medidas reales de la Canaleta, son muy similares a losvalores tipo encontrados en la bibliografía. (Arboleda Valencia). Con estos valores se

calculan las condiciones de entrada, de la garganta y de salida, al igual que las pérdidasde carga . Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 16.

De acuerdo con los resultados obtenidos, se observa que en la Canaleta se produce unResalto muy débil y que el valor de sumergencia está por encima del recomendado, sinembargo esto no ocasiona problemas, porque esta estructura no es utilizada comodispositivo de Mezcla Rápida.


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30

Tabla 16. Condiciones reales y tipo de la Canaleta Parshall

CONDICIONES DE LA CANALETA Parshall MEDIDASREALES

MEDIDASTIPO

Caudal 1.138 m3/s 1.138 m3/s

Altura de la lámina de agua a la entrada de la canaleta (ha) 0.66 m 0.66 mAncho de la canaleta en la sección de medida D’ 1.327 m 1.353 m

Velocidad en la sección D’ (vo) 1.299 m/s 1.274 m/s

Energía específica (E) 0.967 m 0.972 m

Velocidad antes del resalto (v1) 3.387 m/s 3.467 m/s

Altura antes del salto hidráulico (h1) 0.382 m 0.359 m

Número de Froude (Nf) 1.751 1.848

Altura después del resalto (h2) 0.774 m 0.776 m

Sumergencia (S) 0.824 m 0.829 m

Pérdida de carga (hf) 0.116 0.113

Análisis del Resalto donde ocurre la dosificación

Fig 10. Resalto hidráulico

El Análisis Hidráulico del Resalto se realiza de forma similar al de la Canaleta. Lasecuaciones utilizadas, los datos y los criterios de evaluación se encuentran en el AnexoF. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 17.

El tiempo de mezcla utilizado para el cálculo del gradiente en esta unidad, fue elcalculado a partir de las velocidad media del agua y la longitud del resalto, ya que esmas aproximado que el determinado mediante la prueba de trazadores.


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Tabla 17. Condiciones Hidráulicas del Resalto

CONDICIONES DEL RESALTO HIDRAULICO VALORESProfundidad del Agua 0.217m

Profundidad Crítica 0.4509m

Caudal por unidad de ancho del vertedero 0.9483 m2/sVelocidad antes del resalto 4.38m/s

Número de Froude 3.0

Altura conjugada 0.819m

Velocidad después del Resalto 1.16m/s

Velocidad Media 2.77m/s

Pérdida de carga 0.3068m

Longitud del Resalto 3.612m

Tiempo de mezcla 1.301s

Gradiente de Velocidad 1480.372s-1

Con relación a lo recomendado el gradiente generado en la cámara de coagulación, seencuentra dentro del rango óptimo para mezcladores hidráulicos que se encuentra entre1000s-1 y 2000s-1.

Con respecto al punto de adición de Coagulante, este debe ubicarse a una longitud Lmdel vertedero (Zona 1 de la figura 10), para asegurar una dispersión homogénea ycontinua del coagulante en toda la masa de agua. En el caso de la planta, la distancia a laque se encuentra el punto de aplicación es menor, lo que implica que el coagulante nosea adicionado de la manera correcta, disminuyendo la eficiencia del proceso.

La distancia Lm, se relaciona con las variables H y P, de acuerdo a la ecuación deScimeni3:

46.054.0

**45.1 H P Lm = (1)

Reemplazando los valores de P y de H, se obtiene una longitud de 1.138m desde elvertedero hasta el punto donde debería ser aplicado el coagulante.

2.1.5 Conducción de agua coagulada

Se calcularon las pérdidas de carga para los canales de agua coagulada que van a lasdiferentes unidades de floculación, utilizando las fórmulas para canales rectos que seencuentran en el Anexo F. Las dimensiones de cada uno de ellos se presentan en laTabla 18 y los resultados obtenidos en la Tabla 19.

3 CEPIS / OMS / OPS. Módulos de evaluación operación y mantenimiento de plantas de tratamiento deagua para consumo humano. Mod.7. Página 27.


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Tabla 18. Dimensiones del canal de agua coagulada

CANALAncho (m) Alto

(m)Altura lámina de agua Largo

(m)

Canal de Entrada Unidad hidráulica 1.2 2.0 1.8 32

Canal de Entrada Unidad Compacta 1 1.17 1.14 1.0 3.8Canal de Entrada Unidad Compacta 2 1.17 1.14 1.0 12

Tabla 19. Pérdidas de carga en el canal de agua coagulada

Unidad C L(m)

Q(m3/s)

R(m)

At(m2)

V(m/s)

hf(m)

Hidráulico 60 50 0.4 0.45 2.16 0.1851 0.004

Compacta 1 60* 14 0.25 0.369 1.17 0.2136 0.0018

Compacta 2 60 30 0.25 0.369 1.17 0.2136 0.0038

Mixtas 150 25 0.09 0.061 0.047 1.915 0.2751

* Este valor fue hallado en www.unesco.org.uy/phi/libros/microcentrales/lauter5.html

Los valores de pérdidas de carga medidos experimentalmente con una manguera denivel fueron para el Hidráulico 0.07m, la Unidad Compacta uno 0.2m y la UnidadCompacta dos 0.35m.

Los tiempos de retención del agua coagulada se hallaron utilizando trazadores y seutilizaron en el cálculo de los gradientes de velocidad para cada canal. Los resultadosobtenidos se muestran en la Tabla 20.

Tabla 20. Gradientes en los canales de conducción de agua coagulada

Unidad Tiempo deretención en el

canal (s)

Gradientes(s-1)

Hidráulico 26.3 37.623

Compacta 1 8.9 42.991

Compacta 2 16.1 46.834

Mixtas 19 366.818

Los gradientes de velocidad de las estructuras de interconexión entre Unidades deMezcla Rápida y Unidades de Floculación, no deben exceder a 100s-1, por lo tanto, seobserva que los gradientes en los canales de conducción de agua coagulada hacia lasUnidades Hidráulica y Unidades Compactas 1 y 2, se encuentran por debajo de ésterango, mientras que la Unidad Mixta sobrepasa de manera considerable este valor, loque puede influir de manera perjudicial el proceso de Floculación en éstas unidades.


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2.2 FLOCULACIÓN

Para la evaluación de este proceso, se tuvieron en cuenta las variables de Floculación(halladas en el laboratorio), los caudales de trabajo, gradientes y características de cadauna de las unidades de Floculación.

2.2.1 Variables de Floculación

Para encontrar las variables de Floculación se trabajaron las mismas calidades de aguacruda escogidas anteriormente, a las cuales se le aplicaron los datos óptimosencontrados de Coagulación y Mezcla Rápida. Los ensayos se realizaron en ellaboratorio utilizando la Prueba de Jarras y los resultados fueron los siguientes:

Tabla 21. Tiempo óptimo de mezcla lenta

TURBIEDAD REMANENTETIEMPO DEMEZCLA LENTA 15 NTU 50 NTU 150 NTU 250 NTU

5 6.3 26 - -

10 4.1 18 8.7 -

15 1.0 12 5.3 21

20 1.3 10 5.5 17

25 1.5 4.5 4.2 10

30 2.1 7 4.4 9.5

35 - - 4.5 8.4

40 - - - 12

TIEMPO OPTIMO DE MEZCLA LENTA

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

TIEMPO DE MEZCLA LENTA ( mïn)

T U

R B I E D A D R E M A N E N T E ( N T U )

Turbiedad 15 NTU

Turbiedad 50 NTu

Turbiedad 150 NTu

Turbiedad 250

Fig 11. Tiempo óptimo de mezcla lenta


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34

Tabla 22. Tiempo óptimo de Mezcla Lenta para cada turbiedad trabajada

TURBIEDAD (NTU) TIEMPO OPTIMO DE MEZCLA LENTA(mín)

15 15

50 25150 25

250 35

Gradiente óptimo de Mezcla Lenta

Los resultados obtenidos para cada una de las turbiedades trabajadas se muestran en laTabla 23.

Tabla 23. Gradiente óptimo de mezcla lenta

CONDICIONES DELENSAYO

TURBIEDAD REMANENTE

Rpm G (s-1) 15 NTU 50 NTU 150 NTU 250 NTU

10 6 5.5 23 16

15 9 3.0 13 13 10.3

20 12 1.6 10 5.5 8.5

25 19 1.9 5.5 5.3 4.3

30 23 3.5 8.1 3.8 5.1

35 30 4.0 25 4.3 14

40 34 - - - 26

GRADIENTE OPTIMO DE MEZCLA LENTA

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

GRADIENTE DE MEZCLA LENTA (RPM)

T U R B I E D A D R E M A N E N T E

Turbiedad 15 NTU

Turbiedad 50 NTU

Turbiedad 150 NTU

Turbiedad 250 NTU

Fig 12. Gradiente óptimo de mezcla lenta


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35

Tabla 24. Gradiente óptimo de mezcla lenta para las turbiedades trabajadas

TURBIEDAD (NTU) GRADIENTE OPTIMO DE MEZCLA LENTA(s-1)

15 18

50 18

150 23

250 18

2.2.2 Distribución de agua en las unidades

La distribución de los flujos de agua se halló con Trazadores para las cámaras deFloculación de la Unidad Hidráulica y las cámaras de las Unidades Mixtas.

En la Unidad Hidráulica el diseño del canal establece que el agua se divida en dos zonas

iniciales de igual caudal, 200L/s cada una, y después se unen para pasar por la zona dos.

Para las Unidades Mixtas, se tiene un cámara de donde se distribuye el agua a los cuatromódulos de Floculación - Sedimentación.

En las Unidades Compactas, se trabajó con un caudal de 250L/s en cada una.

Teniendo en cuenta los volúmenes útiles de cada zona y los resultados de la Prueba deTrazadores, se obtuvo el siguiente porcentaje de flujo que ingresa en cada zona y semuestra en la Tabla 27.

Tabla 25. Distribución de agua en el Floculador Hidráulico

Cámara deFloculación

Porcentaje de Flujo queingresa %

Caudal que ingresaL/s

Zona1

Lado derecho 1 46.05 184.2

UnidadHidráulica

Lado Izquierdo 53.95 215.8

1 29.75 26.77

2 23.65 21.28

3 24.49 22.04

UnidadesMixtas

4 22.11 19.91

2.2.3 Tiempo real de retención en las unidades.

Los tiempos de retención se calcularon a partir de los volúmenes útiles de cada unidad ylos caudales de trabajo. Los resultados se muestran en la Tabla 26.

Se determinaron mediante el uso de Trazador con NaCl y se obtuvieron los siguientesresultados:


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36

Tabla 26. Tiempos de retención Floculador Hidráulico

Cámara deFloculación

Tiempo de RetenciónTeórico(mín)

Tiempo de Retención Real(mín)

Zona 1

Lado derecho 1

1 1.61 1.75

2 1.599 1.73

3 1.656 1.79

4 1.58 1.71

5 1.572 1.70

Lado Izquierdo

1 1.61 1.49

2 1.599 1.48

3 1.656 1.53

4 1.58 1.465 1.572 1.45

Zona 2

6 4.99 3

7 4.98 3

8 4.89 4

9 4.87 4

10 4.86 4

11 4.85 6

Unidad Compacta 1 38 38

Unidad Compacta 2 38 38

1 9.3 7.472 9.3 9.39

3 9.3 9.07

UnidadesMixtas

4 9.3 10.05

De acuerdo con estos datos, el agua debería permanecer dentro de las Unidades deFloculación alrededor de 8mín. en la Zona 1 y 29.5mín. en la Zona 2 teóricamente.Tomando en cuenta los valores reales, el tiempo de permanencia en cada Zona son 8mín. y 24mín. respectivamente, tiempo que no se ve alterado para la Zona 1 yligeramente para la Zona 2. Sin embargo, estos tiempos no corresponden en todos loscasos a los tiempos individuales de cada una de las cámaras.

2.2.4 Análisis Hidráulico

• Unidad de Floculación Hidráulica

Para el análisis se utilizó el modelo simplificado de Wolf Resnick el cual consideraexplícitamente fracción pistón (P), fracción mezclada (1-P) y fracción muerta (m),como características hidráulicas. No se incluye de manera explícita la evaluación decortocircuitos. Los datos se hallaron mediante la Prueba de Trazadores, utilizando


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Cloruro de Sodio En el Anexo G se encuentran los datos de los resultados y las gráficasobtenidas de acuerdo con este análisis.

Tabla 27. Distribución de Flujos según el modelo de Wolf Resnick FloculadorHidráulico

Cámara defloculación

tang FracciónPistón

P

FracciónMezclada

(1-P)

Fracción muertam

Zona 1

Lado derecho

1 0.3106 0.2932 0.1731 0.8269 -0.7943

2 0.3106 1.9052 0.5763 0.4237 0.4610

3 0.3106 4.2748 0.2339 0.7661 -0.3279

4 0.6211 3.8219 0.8451 0.1549 0.2651

5 0.9317 3.4624. 0.8812 0.1188 -0.0573

Lado Izquierdo1 0.3106 3.011 0.6825 0.3175 0.5449

2 0.3106 3.7703 0.7292 0.2708 0.5741

3 0.3106 4.2064 0.7502 0.2498 0.5859

4 0.6211 3.9244 0.8485 0.1515 0.2680

5 0.9317 4.0137 0.8956 0.1044 -0.0403

Zona 2

6 1.0204 2.8031 0.8679 0.1321 -0.1757

7 1.0204 3.9047 0.9015 0.0985 -0.1319

8 2.2088 3.2164 0.9423 0.0577 -1.3441

9 3.2128 2.5233 0.9090 0.091 -2.375110 3.6144 2.3823 0.9519 0.0481 -2.7970

11 4.2168 0.3422 0.7684 0.2316 -4.4877

De acuerdo con estos resultados, se observa un porcentaje alto de fracción pistón en lamayoría de las cámaras, de esta manera, esta fracción de flujo que ingresa a cada una delas cámaras, permanece en ellas el mismo tiempo.

Los resultados para fracción mezclada, nos indican que existe una mezcla parcial o totaldel fluido que entra a la cámara con el que se encuentra allí, lo que indica que estasfracciones de masa líquida pueden estar sometidas a períodos de tratamiento mayores o

menores al especificado.La fracción muerta, registra un indicativo de la existencia en las cámaras de espaciosque no son alcanzados por el flujo de agua, dejando parte del volumen útil de la unidadsin aprovechar, también esto puede ser causado por la acumulación de lodos en lasestructuras. Los valores negativos de esta fracción se deben a que parte del flujo quesale de las cámaras, retorna posteriormente a ellas, después de aprovechar temporal yreiteradamente parte del espacio de la siguiente cámara.


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• Determinación de gradientes reales

Para calcular los gradientes totales por unidad de floculación se empleó la siguienteecuación:

tov

g h

G f

*

*= (2)

Donde:

G = Gradiente (s-1)hf = Pérdidas de carga totales (m)g = Aceleración de la gravedad (m/s2)ν = Viscosidad cinemática = 1.01x10-6 m2/s a 20°C* to = Tiempo de retención (s)* Valor suminist

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