Informe de captación y ptap

“Año de la Promoción de la Industria Responsable y Compromiso Climático”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERIA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil

TEMA :

CAPTACIÓN Y PLANTA DE TRATAMIENTO

DE AGUA POTABLE.

CURSO :

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y

ALCANTARILLADO

DOCENTE :

Ing. GASPAR MÉNDEZ CRUZ

ALUMNO :

CHOLAN CARUAJULCA, Teófilo Emanuel.

GRUPO :

“A”

Cajamarca, Octubre del 2014

CAPTACIÓN Y PLANTA DE TRATAMIENTO

1. INTRODUCCION.

Las principales fuentes de abastecimiento de agua son las que se cuenta con las aguas superficiales y el agua freática. En el pasado, las fuentes de superficie incluían solo las aguas dulces naturales, como lagos, ríos y arroyos; pero con la expansión demográfica y el uso desmedido del agua por persona en relación a los estándares de vida más altos, se debe tener en cuenta la desalineación y el aprovechamiento de aguas de desecho.

Para la selección de las fuentes de abastecimiento, se deben tener en cuenta los siguientes factores: la óptima calidad y costo, que sean adecuados, las cuales en gran parte son independientes. El costo es importante porque se puede trabajar con cualquier fuente si los usuarios estuvieran dispuestos a pagar el precio que lo amerita.

En algunos lugares, la demanda creciente excede la capacidad de las fuentes existentes de que nos impulsan a maximizar el aprovechamiento máximo del agua.

2. OBJETIVOS:

2.1. OBJETIVO GENERAL:

Tener nociones sobre el proceso de abastecimiento de agua potable desde la captación de rio y llevándolas según una planta de tratamiento convertirlas en aptas para el consumo humano.

2.2. OBJETIVO ESPECIFICO:

Realizar el diseño de captación, de acuerdo con los datos obtenidos en el primer trabajo, el diseño de la estructura de captación será para un rio.

Aplicar criterios razonables para el diseño de Planta de Tratamiento, cuyas estructuras y equipos que la componen garanticen suficiente cantidad de agua y la óptima calidad para consumo humano.

3. REVISIÓN DE LITERATURA.

El agua es inapreciable en forma natural y también lo es en cuanto a los beneficios que puede proporcionar. El agua es una de las mejores sustancias naturales para la supervivencia del hombre en este planeta.En el agua existen organismos vivientes, que pueden ser plantas acuáticas: Briofitas, Talofitas (algas), Pteridofitas (helechos, cola de caballo, etc.) o también animales acuáticos: vertebrados metazoarios (moluscos, artrópodos, anélidos, etc.), así mismo el agua también está compuesta por flora microbiana: hongos, bacterias, virus. Todos estos organismos existen en el agua cruda.

ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO Página 2

Fórmula del agua: H20

Peso molecular: 18 gr.

Características: incoloro, sabor insípido, conductor de corriente eléctrica.

AGUA POTABLE: Viene a ser el agua apta para el consumo humano y uso doméstico.

3.1. CAPTACIÓN. En el diseño de la captación, se debe tener en cuenta el tipo de agua que va a recibir, la cual debe ser analizada y tratada contra microorganismos, bacterias, virus, minerales, materia orgánica, algas y demás organismos que suele transportar el agua, de acuerdo a las normas dadas por la organización nacional de salud.

3.1.1.DEFINICIÓN DE CAPTACION. Viene a ser una estructura, que sirve para reunir adecuadamente una cierta cantidad de agua, con fines aprovechabas. Dicha estructura varía de acuerdo con la naturaleza de la fuente de abastecimiento (meteórica, superficial o subterránea), su localización y su magnitud. El tipo de toma usual y económica para una ciudad pequeña y de la Sierra es de un manantial, en el que se diseñará la caja de Captación en el punto o plintos de afloramiento, con todos sus accesorios y teniendo en cuenta su protección sanitaria adecuada.

3.1.2.FUENTES DE ABASTECIMENTO. La fuente de abastecimiento de agua, constituye el elemento primordial en todo diseño de un proyecto de Agua Potable, y se refiere a las posibles fuentes de las que se aprovechará el agua para cubrir las necesidades de la población. En términos generales podemos señalar:

Aguas de lluvia o meteóricas:Son aquellas que proceden directamente de la atmósfera, en forma de lluvia. Estas aguas se captan antes que lleguen a la superficie terrestre, por medio de áreas expuestas a la precipitación pluvial, para luego almacenarías en depósitos (Cisternas).

Aguas Superficiales:Son aquellas que se encuentran en el seno de los, ríos, lagos, quebradas, presas, etc. Requieren para, su utilización, de información detallada y completa que permita visualizar su estado sanitario, caudales disponibles y calidad del agua.Debido a su gran poder disolvente estas aguas en su recorrido se van transformando y recogiendo materiales de los suelos por los cuales pasan, a ello se suman los desechos de poblaciones o industrias que hacen, que generalmente se encuentren Contaminadas.

Fuentes Subterráneas.Estas aguas constituyen parte del ciclo hidrológico y son las que se infiltran en el terreno, y que por percolación se mantienen en movimiento a través de estratos geológicos capaces de contenerlas y permiten su circulación. Se pueden captar por medio de captaciones directas (manantiales, galerías


filtrantes, pozos poco profundos y profundos, y su explotación dependerá de las características hidrológicas y formación geológica del acuífero.

3.1.3.CLASES DE CAPTACIÓN Se tienen las siguientes:

Captación de Aguas Lacustres.

Generalmente la toma de agua de los lagos, es preferible a la de los ríos especialmente cuando este tiene gran recorrido. El agua de los lagos, grandes profundos, debido a la autodepuración por sedimentación que experimenta durante su largo reposo en ellos. es muy buena y presenta una temperatura uniforme Es conveniente por lo tanto, tomar el agua a una fuerte profundidad por debajo de la superficie del lago, Durante su autodepuración, el agua bajo la acción de la luz absorbe oxígeno del aire en la superficie. Este oxígeno, ya directamente o a través de microorganismos, descompone la materia orgánica transformándola en sustancias inorgánicas que no presentan inconvenientes desde el punto de vista de la higiene. En lagos carentes de desagüe ha de tenerse en cuento el peligro de ¡a excesiva concentración de sales. Los lagos pobres en sustancias alimenticias (olígotrobos) como agua potable y para el servicio industrial. La toma de agua para estos fines se efectúa mediante aberturas tubulares en el muro, protegidas con rejillas finas. Estos puntos de toma se encuentran a diferentes alturas, la más baja a unos 10 m, sobre el fondo del embalse, de modo que sea posible regular la temperatura del agua.

En caso, de que el agua fluvial que llega esta muy sucia, se debe disponer de una presa previa antes de la presa de la que se toma el agua,, si es que ésta se piensa utilizar como agua potable. En lo referente a la calidad del agua, es válido todo lo mencionado al hablar de tomas de agua de los lagos.

Adicionalmente, el lecho del embalse debe estar limpio de árboles, arbustos, etc; también es conveniente si la economía lo permite eliminar toda la tierra vegetal. Esta eliminación de sustancias putrefactas mejora sensiblemente la calidad del agua.

Captación de Aguas Fluviales.

La toma de cursos de agua superficial, se hace indispensable para proyectos de gran envergadura, ya sea paro C'C.HH, Irrigaciones o Abastecimiento de Agua para Ciudades que tengan gran cantidad de demanda, siempre y cuando se tenga la fuente disponible.

En estas captaciones es importante conocer el régimen de escorrentía del río, el caudal mínimo en tiempo de estiaje, con cierta probabilidad de ocurrencia, permitirá definir el límite seguro de abastecimiento para compararlo con las demandas estimadas-, para calcular dichos caudales es ideal contar con un período de registros de aforos (rara disponibles), existiendo técnicas hidrológicas para su estimación, en función de datos de pluviosidad, características fisiográficas de la cuenca. y algunos aforos de chequeo que requieren la intervención de especialistas, sobre todo cuando la inversión o la importancia de la obra a ejecutar es grande.


Así mismo, es de importancia conocer su caudal máximo, de igual forma que el caudal mínimo, específicamente para lograr un buen diseño de la estructura, con fines de estabilidad, protección y seguridad. Se da a conocer algunos tipos de toma. Así:

Toma sin estructura de control. Cuando el caudal mínimo del río es mayor que el gasto deseado a

derivar y tiene una sección apropiada para su captación. Toma con estructura de control.

El caudal mínimo del río es mayor que, el gasto deseado a derivar y no tiene una sección apropiada para su captación. Requiere de algunos elementos estructurales tales como: azud o barraje, muros de enconamiento, ventana de captación, canal de Conducción, vertedor de demasías, colchón de amortiguamiento, sección de control.

Toma sub superficial

Capta caudales reducidos de la napa freática sub superficial, Generalmente requiere de un dique transversal en el río o quebrada a modo de azud, tuberías perforadas, buzón de inspección y material filtrante.

Captación de Aguas Subterráneas.

La explotación de estas aguas podrá efectuarse a través de:

Manantiales.Los manantiales son puntos donde el agua proveniente de una fuente subterránea, debido generalmente a que el nivel de estas corta a la superficie terrestre y por consecuencia emerge hacia la superficie una cantidad de agua. Los manantiales tienen un factor de variación estacional, caracterizado por un efecto retardado con relación a los patrones de, lluvias (los manantiales producirán caudales normales hasta bien entrado el período de sequía, antes de disminuir paulatinamente. y quizás el caudal normal se reinicia hasta bien entrado el período de lluvias.Debido a la percolación y filtración del terreno, mayormente los manantiales no presentan organismos patógenos causantes de tantas enfermedades. Sin embargo muchos manantiales fluyen a través de piedra caliza o grietas y fisuras geológicas en las rocas. En esos casos, los efectos de filtración son mínimos y el flujo puede estar contaminado. Además es posible que la fuente no sea un verdadero manantial, sino un arroyo que tiene un pequeño trecho subterráneo y luego vuelve a emerger a la superficie.

Los orígenes de los manantiales son muchos, Pero se puede donde mostrar las posibles formas de origen de un manantial, así:

Por una depresión de la superficie del suelo que corta al nivel freático. Por la infiltración del agua de la lluvia en el interior de unos bloques de

desprendimiento acumulados al pie de un escarpe. Por una arenisca permeable que yace sobre una formación

impermeable de arcilla.


Por una falla que coloco unas formaciones impermeables frente a unos aluviones permeables.

Por una falla que da lugar a una zona fracturada abierta en una roca quebradiza.

Por la estructura laminar (hojosa) de una roca granítica. Por el afloramiento de un acuífero artesiano. Por la presencia de una esquistosidad dominante en una dirección,

Por el afloramiento de unas gravas y un basalto permeable que cubren una roca granítica impermeable.

Obras de captación.La captación se puede hacer de 2 formas, dependiendo de la clase de terreno:

a) Si el terreno es rocoso o el agua aflore por cavernas, la captación se hace mediante una caja que impide que el agua siga saliendo libremente.

b) Si el terreno es permeable la captación se hace mediante drenes que colecten el agua en un solo punto; estos drenes abarcan una zona bastante grande.

c) Se debe buscar tener un filtro de área conveniente de tal manera que cumpla con un gradiente hidráulico menor a 0.3 para evitar así la tubificación.

Por consiguiente en el estudio de la captación de manantiales los vamos a considerar en dos casos:

A.- Captación de Manantiales de Ladera.

Supongamos una ladera en la que hay un estrato acuífero confinado entre dos estratos impermeables que afloran; para la captación hay necesidad de hacer un corte que deje el manantial al descubierto. La cámara se construye de concreto armado o simple, lleva abertura a los costados para permitir el ingreso del agua; el techo de la cámara tiene la misma pendiente que la del terreno para facilitar el resbalamiento de cualquier material que se desprenda él que correrá libremente e irá a colocarse en cualquier sitio de reposo. En la excavación se deja un pequeño espacio abierto que se rellena con cascajo en la parte inferior y el resto con arcilla o con concreto pobre, esto tiene por objeto impedir el ingreso de agua superficial, cuya recolección se hace en un punto más alto mediante un dren exterior.

La salida del agua se hace mediante una tubería perforada que tiene que pasar por un sistema de filtros conformado por arena y gravas; la tubería lleva además una válvula que sirve para controlar el paso del agua. Además cuenta con un sistema de rebose y también con un sistema de limpieza.

B.- Captación de Manantiales en terreno plano.

La captación de estos manantiales constituye un serio problema. Estos manantiales pueden deberse a la rotura del material que forma la superficie o también pueden ser originados por el afloramiento de la napa; en ambos casos la zona se encuentra inundada constituyendo los pantanos con vida animal y vegetal ; luego el primer trabajo que hay que hacer es la limpieza, eliminando las sustancias orgánicas, en


seguida, se hace el drenaje con el objeto de bajar el nivel del agua por debajo de la superficie del terreno; a continuación se construye la cámara la que deberá sobresalir cierta altura sobre el nivel del terreno para protegerla de la entrada del agua del exterior.

También estas cámaras se construyen usando el sistema de doble cámara. Si el agua está cerca de la superficie la entrada se hará por el fondo den donde se coloca grava, piedra o cualquier material filtrante; tiene además un rebose y su tapa. Estas cámaras se construyen deprimiendo la napa a 3m de profundidad.

Con el objeto de garantizar la protección de la cámara el agua debe ser drenada en toda la zona de tal manera que no aparezca la superficie.

La pendiente de los tubos que se usan para sacar el agua es inferior a la pendiente del terreno.

La cámara debe estar protegida en una zona de radio de por lo menos igual a 10 m, estableciéndose lo que se llama la “tierra de nadie”.

3.2. SEDIMENTACION Las aguas superficiales en su desplazamiento cargan material granular y partículas de todo tamaño. Para la sedimentación es necesario reducir la velocidad del agua hasta el punto de causar la deposición de las partículas en suspensión dentro de un determinado tiempo de detención, para cada partícula existe una velocidad máxima que debe darse al agua por encima de la cual no sedimenta.

La sedimentación se produce cuando la componente vertical de la velocidad de una partícula dentro del agua es mayor que la velocidad de arrastre motivada por el flujo. Es por éste motivo que la partícula cae por su propio peso.

Para dar éste tratamiento al agua, se hace muy necesario un análisis de las partículas que el agua lleva en suspensión; después de la captación de acuerdo al diámetro de las partículas se escogen las estructuras necesarias para dar el tratamiento al agua; pueden ser desarenadores y/o sedimentadores.

3.2.1.DESARENADOR. Estructura que tiene por finalidad, separar las partículas gruesas del agua, que se encuentran en suspensión. Generalmente un desarenador consta de 3 zonas:

ZONA DE ENTRADA.- Compuesta por una transición que une el canal de conducción; en algunos casos tubería y la zona de desarenación. La longitud de transición tiene la función de distribuir uniformemente las líneas de flujo dentro de la zona de desarenación; evitará también que se produzcan los llamados corto circuitos y por consiguiente la formación de zonas muertas en la estructura. En ésta zona se ubican dos compuertas para orientar el flujo hacia la compuerta de limpieza.

ZONA DE DESARENACION.- Esta es la zona donde se llevará a cabo el recojo de las partículas analizadas; las partículas se recogerán en el fondo de la misma.


ZONA DE SALIDA.- Estará conformada por un vertedero que mantendrá la velocidad que no altera a los sedimentos.

3.2.2.SEDIMENTADOR. Estructura que cumple con las mismas funciones que el desarenador, sólo que en ésta estructura se albergarán a partículas más pequeñas que las tratadas en el desarenador; son de iguales características.

3.3. AFORADOR PARSHALL Estructura que se encarga de controlar los caudales de llegada, la forma en que se determina el caudal es muy directa; sólo basta medir el tirante de agua en la garganta del mismo y aplicando una fórmula nos da a conocer el caudal; en algunos casos ésta misma estructura se usará para realizar la mezcla rápida del floculante con el agua, aprovechando el resalto que en éste se produce. Su diseño está en función del caudal con que se diseña, estas dimensiones son estándares y se encuentran en tablas.

3.4. MEZCLA RAPIDA Generalmente se compone de una caseta de dimensiones estándar: 1.00 x 1.00 x 1.20 m. a donde llegan las tuberías de conducción del caudal a tratar; al igual que el Aforador Parshall, aprovechará la turbulencia del agua para realizar la mezcla del floculador y el agua cruda.La dosificación del floculante cualquiera que sea el utilizado, sea Sulfato de Aluminio o Sulfato de Fierro está en función de la turbidez y del caudal a tratar. En algunos casos sólo será necesario aplicar Sulfato de Cobre para matar las algas y los microorganismos que el agua lleva consigo; esto se realiza en épocas de verano donde las aguas no llevan material en suspensión excesivo. El análisis de la turbidez se realiza por el método de jarras y haciendo uso de los Turbidímetros.

3.5. FLOCULADORES En el caso de Floculadores el agua y el elemento químico reaccionan y las partículas de limo y arcilla se agrupan para decantarse después en el decantador.

Los floculadores se clasifican en:

a) Hidráulicos

b) Mecánicos.

3.5.1.FLOCULADORES HIDRAULICOS. Están compuestos por una serie de pantallas cuya separación está en función del caudal y de la velocidad de viaje del agua. Estos floculadores a su vez pueden ser:

Floculadores Hidráulicos Horizontales. Floculadores Hidráulicos Verticales.

VENTAJA DE LOS FLOCULADORES HORIZONTALES:

Son más usados para Plantas de Tratamiento pequeñas. No tienen corto circuito; el agua queda retenida


No tiene partes móviles de tal manera que su operación y mantenimiento son más simples que los floculadores mecánicos.Si bien la pérdida de carga necesaria para producir un determinado gradiente de velocidad es mayor, no requiere de consumo de energía; lo que es muy ventajoso cuando el flujo llega por gravedad a la planta.El tiempo de retención varía de 15 a 20 min.

DESVENTAJA DE LOS FLOCULADORES HORIZONTALES:

Se produce más pérdida de carga y por lo tanto el Gradiente de Velocidad en los giros de 180 de flujo es mayor que en los tramos rectos.Los tabiques son fijos, producen velocidad constante para cada flujo. Si se combina el caudal, la velocidad también cambia.

La longitud del canal y el número de tabiques está función de la velocidad y del tiempo de retención y no del gasto el cual sólo determina la sección del canal.

3.5.2.FLOCULADORES MECANICOS. Pueden ser:

Rotatorios. Recíprocos.

Estos floculadores necesitan de energía para su funcionamiento lo que los hace más costosos.

3.6. DECANTADORES Estructuras encargadas de retener en su fondo los flóculos formados al añadirle al agua elementos químicos para formar los flóculos. Tienen las siguientes partes:

3.6.1.ZONA DE ENTRADA. Permitirá la distribución uniforme del flujo dentro del decantador. Ésta zona comprende un vertedero y la cortina de distribución que puede ser una pantalla de orificios.

3.6.2.ZONA DE SALIDA. Conformada por una estructura rectangular con volumen y por consiguiente con longitudes adecuadas para le sedimentación de los flóculos.

3.6.3.ZONA DE SALIDA. Constituida por un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la finalidad de recolectar al afluente sin perturbar la sedimentación de las partículas.

3.6.4.ZONA DE RECOLECCION DE LODOS. Zona conformada por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados, una tubería y una válvula para una limpieza periódica.

Para esta zona se pueden presentar 2 soluciones:

Sedimentador convencional de forma regular y flujo horizontal, muy recomendado por su simplicidad.


Sedimentador laminar de flujo horizontal, cuya ventaja sobre el anterior es la de contar con mayor área de sedimentación por M2 de superficie, con lo que se consigue disminuir el tamaño de la unidad.

3.7. FILTROS Los filtros son las últimas estructuras que dan un Tratamiento Físico al agua; estos filtros pueden ser clasificados en:

Filtros rápidos con lecho mixto (arena y antracita). Filtros rápidos con lecho de arena. Filtros lentos con lecho de arena.

3.7.1.FILTROS RAPIDOS. Por lo general éste tipo de filtros necesitan de energía para su funcionamiento.

3.7.2.FILTROS LENTOS. Este tipo de filtros contiene como lecho filtrante a cualquier material estable; en Plantas de Tratamiento de Agua Potable es usual tener como material granular a la arena, por ser más barata, inerte y durable.

Un filtro lento consta básicamente de: Un tanque que contiene un volumen de agua. Un lecho de arena. Una capa soporte. Dispositivos de control y regulación del filtro.

3.7.3.FILTRO LENTO MODIFICADO. Esta estructura consta de un vertedero a la salida del afluente; tiene la función de establecer una altura mínima de agua sobre él lecho filtrante. A medida que la colmataci6n aumenta en el lecho filtrante, la pérdida de carga se aumenta y consecuentemente la altura del agua sobre la arena hasta llegar a un nivel máximo, regulado por un vertedero de rebose que mantiene el caudal de entrada y la sección de la unidad constante.

3.8. DESINFECCION La desinfección en una Planta de Tratamiento es ya un proceso químico que se le da al agua haciéndola que sea capaz de ser consumida por los pobladores de una determinada ciudad.

La desinfección se realiza con rapidez con:

Cal clorada (Ca O C12) Hipoclorito de Sodio (Na O Cl)

Los compuestos clorados aplicados al agua pueden ser dosificados y aplicados mediante:

Bombas desinfectadoras. Hidroinyectores. Equipos de montaje local (Hipoclorador de Sifón, Frasco de Mariote).

4. DISEÑO Y CÁLCULOS:


4.1. CAPTACIÓN :

El diseño hidráulico y dimensionamiento de la captación dependerán de la topografía de la zona, de la textura del suelo y de la clase del manantial.

Caudal Máximo Diario:

Qmáx d = 45.53 L/segQmáx d = 0.4553 m3 /seg

Luego para manantial lateral y ascendente, tenemos:

-Manantial Lateral:

Qmáx .d=0.90 L/seg Máximo 1 L/seg

Qmáx .d . aforo=0.99 L/seg 10% más del Qmáx.d

-Manantial Ascendente o de fondo:

Qmáx .d=4.90 L/seg Máximo 5 L/seg

Qmáx .d . aforo=5.39 L/seg 10% más del Qmáx.d

Considerando:

Manantial Número Q (L/seg) Total (L/seg)

Lateral 18 0.90 16.20

Ascendente 6 4.90 29.40

Total 24 45.60NOTA:

Se ha considerado que la captación tanto de manantiales laterales como ascendentes, se hallan en la misma cota de terreno para facilitar el cálculo de la Cámara de Reunión.

A. DISEÑO DE CAPTACIÓN EN MANANTIAL LATERAL:

Para el dimensionamiento de la captación es necesario conocer el caudal máximo de la fuente, de modo que el diámetro de los orificios de entrada a la cámara húmeda sea suficiente para captar este caudal o gasto.

a) Caudal de Diseño.

Qmáx .d=0.90 L/segQmáx .d . aforo=0.99 L/seg

b) Diseño del Material Filtrante.

Se encuentra con material para capas de filtro de ½”, 1” y 2 ½”.

Zona Permeable: Teniendo en cuenta las condiciones de Bertram.


d15Filtro

d85Filtro<4

d15Filtro

d85Filtro>5

Dónde:

d15 : Diámetro de la abertura del tamiz que pasa el 15%

d85 : Diámetro de la abertura del tamiz que pasa el 85%

El cálculo de los diámetros de los estratos del suelo se supone que a través de un análisis granulométrico, se ha encontrado, para nuestro caso nos asumimos:

d15 suelo: 0.002 mmd85 suelo: 0.345 mm

1. Cálculo de los diámetros de estratos de filtros:

FILTRO I:

d15Filtro I

d85 Suelo=3.70<4

Luego, para evitar el lavado del suelo erosionable y la colmatación de los orificios de captación:

d15Filtro I=3.7 ∙ d85 Suelo

d15Filtro I=1.277mm

Por lo tanto se utilizará como material de Filtro I: Arena Gruesa (1mm – 2mm)

FILTRO II:

d15Filtro II

d15 Filtro I=7.00>5

Luego:

d15Filtro II=7 ∙ d15Filtro I

d15Filtro II=8.936mm

Por lo tanto se utilizará como material de Filtro II: Grava Media (5mm – 30mm)

FILTRO III:

d15Filtro III

d15 Filtro II=6.00>5

Luego:

d15Filtro III=6 ∙ d15 Filtro II

d15Filtro III=53.613mm


Por lo tanto se utilizará como material de Filtro III: Grava Gruesa (30mm – 70mm)

2. Cálculo del Coeficiente de Permeabilidad:

Asumimos:

FILTRO K (cm/seg) De acuerdo a la separata

I 1x10-² a 3x10-1 K1 = 0.50 cm/segII 1 - 100 K2 = 10.00 cm/seg

II > 100 K3 = 100.00 cm/seg

Por razones de construcción consideramos los siguientes espesores de estrato:

Arena Gruesa b 1 = 0.30 mGrava Media b 2 = 0.40 m

Grava Gruesa b 3 = 0.50 m

Longitud total del estrato (L):

L=b1+b2+b3

L=1.20m

Asumimos como gradiente hidráulico igual a la pendiente del terreno, sabiendo que es igual:

i=∆hL

Como la dirección del flujo es perpendicular a los estratos, utiliza la siguiente fórmula para hallar la permeabilidad total:

1K v

=1L∑ bc

K c

(seg /cm)

Dónde:

Kv: Permeabilidad total y perpendicular al estrato (cm/seg).

Kc: Permeabilidad de cada estrato (cm/seg).

bc : Ancho de cada estrato (cm).

L: Ancho total de estratos (cm).


Reemplazando:

1K v

= 1120

∙( 300.5+ 4010 + 50100 )

1K v

=0.5375 segcm

K v=1.860cmseg

≈K v=0.0186mseg

Asumimos los siguientes valores para “d”:

d1 = 3.00 m

d2 = 2.50 m

d3 = 2.00 m

d4 = 1.5 m

Profundidad = 0.80 m


3. Chequeo de cada estrato:

Para observar si se presenta el fenómeno de TUBIFICACIÓN del material filtrante, es decir: i>30%

i=Qaforo

A ∙K v

ESTRATO I: Hallamos una sección promedio.

A1=( 3.00+2.502 ) ∙0.80=2.200m2

Según Darcy: Q=K ∙ A ∙i

Dónde: K1=0.50cmseg

=0.005m / seg

Qaforo=0.99Lseg

=0.00099m3/seg

i=0.0900<0.3(Sí Cumple)

ESTRATO II: Hallamos una sección promedio.

A1=( 2.50+2.002 ) ∙0.80=1.800m2



=0.100m /seg

Qaforo=0.99Lseg

=0.00099m3/seg

i=0.0055<0.3(Sí Cumple)


ESTRATO III: Hallamos una sección promedio.

A1=( 2.00+1.502 ) ∙0.80=1.400m2



=1.000m /seg

Qaforo=0.99Lseg

=0.00099m3/seg

i=0.0007<0.3(Sí Cumple)

4. Chequeo para toda la estratificación:

Ap=( 2.70+0.902 )∙0.80=1.440m2


Dónde: K v=1.86cmseg

=0.0186m /seg

Qaforo=0.99Lseg

=0.00099m3/seg

i=0.0296<0.3(Sí Cumple)

Se observa que no existe TUBIFICACIÓN en ningún estrato.

5. Cálculo del caudal capaz de atravesar por la estratificación:

Qcapaz deatravesar=Qf=K v ∙ A ∙ i

Qf=0.0186 ∙1.8 ∙0.15

Qf=0.005023m3

seg=5.02L /seg

Los espesores de los estratos del filtro, son suficientes para filtrar el caudal máximo aforado.

Qa=0.990Lseg

<Qf=5.02 L/seg

6. Cálculo de la carga sobre el orificio de ingreso:

Se recomienda que:H=h1+hf ≤40cm

Pero: h1=1.49∙V 2

2∙ g


Dónde:

H: Carga sobre el orificio.

h1: Carga para producir la velocidad de pasaje.

Hf: Pérdida de carga disponible.

V: Velocidad de pasaje en los orificios. (0.50 - 0.60 m/seg como máximo)

g: Gravedad: 9.81 m/seg2

Asumimos: V = 0.55 m/seg (Promedio)

h1 = 0.023 m

hf = 30% del espesor del filtro

hf = 0.36 m

Luego: H = 0.0230 + 0.36 = 0.38 m < 0.40 m (Cumple)

7. Cálculo del área y número de orificios:

Usaremos la fórmula de orificios para paredes delgadas:QRmáx=Cd ∙ A ∙V

Dónde:QRmáx: Caudal máximo aforado = 0.00099 m3/segCd: Coeficiente de descarga (0.60 – 0.82) Asumimos: 0.73V: Velocidad de pasaje (0.50 - 0.60): m/seg Asumimos: 0.56

De la fórmula:

A=QRmáx

Cd ∙V= 0.00099m3/seg0.73 ∙0.56m /seg2

A = 0.002422 m2 = 0.2422 cm2

Consideramos orificios de diámetro de 1” es decir diámetro menor al diámetro del material del Filtro III:

Dfiltro III = 1” = 2.54 cm

Luego: a=π ∙d2

4

a=0.00051m2

Luego: n= Aa

n=4.78

∴n=5orificios de1

8. Cálculo del volumen de almacenamiento:


V a=Qmáxd ∙ T rDónde:

Va: Volumen de almacenamiento (m3)Qmáx d: Caudal máximo diario (m3/seg)Tr: Tiempo de retención (seg)… (3 – 5 minutos)

Considerando: Tr = 4.00 minutos = 240.00 segQmáx d = 0.00090 m3/segVa = 0.216 m3

Va = 216 Lts

Luego optamos por las siguientes medidas para la caja de captación:

H = 0.50 ma = 0.70 mb = 0.70 m

V a<H ∙a ∙b0.216<0.245Cumple

9. Cálculo del diámetro de salida de la tubería de conducción:

Será tratada como orificio y se calculará en:

Qmáx d=Cd ∙ Ac ∙√2gH

Dónde:

Qmáx d: Caudal máximo diario = 0.00090 m3/seg

Cd: Coeficiente de descarga (0.60 – 0.83): Asumimos: 0.72

Ac: Área del conducto (m2)

g: Gravedad = 9.81m/seg2

H: Carga sobre la tubería

H=V a

a ∙b

H = 0.44 m

Luego reemplazamos:

Ac = 0.000428 m2

Ac=π4D2→D=√ 4 ∙ Ac

π

D = 0.0233 m

D = 0.92” = 1”


10. Cálculo de la tubería de desagüe o limpieza.

Esta tubería debe desaguar un caudal igual al máximo aforado del manantial, más el volumen almacenado en la cámara húmeda en un tiempo determinado, entonces:

Qs=V a

t+Qaforado

Dónde:

Qs: Caudal de salida (m3/seg)

Va: Volumen almacenado (m3)

t: tiempo de salida (seg) → t = 120 seg

Qaforado: Caudal aforado (m3/seg)

Entonces:

Qs = 0.00279 m3/seg

Para calcular el diámetro de la tubería de desagüe lo analizaremos como orificio de pared gruesa (boquilla) donde el caudal viene expresado por:

Qs=C ∙ A ∙√2gH

Dónde:

C: Coeficiente de gasto → C = 0.82

g: gravedad = 9.81 m/seg2

H: Carga sobre la tubería

Entonces: A = 0.00109 m2

Ac=π4D2→D=√ 4 ∙ Ac

π

D = 0.0372 m

D = 1.46” = 1 ½”

11. Diseño de la tubería de rebose:

Caudal a evaluar:

QE=QAforado−Qmáx d

Qaforado = 0.000990 m3/seg

Qmáx d = 0.000900 m3/seg

QE=0.000090m3/ seg


Esta tubería además de servir de rebose, también cumple cierta función ante posibles obstrucciones o cierre de válvulas además se comporta como un vertedero de sección circular que debe evacuar el total captado: 0.990 L/seg

Suponiendo:

V = 3.00 m/seg

Usando la ecuación de compatibilidad.

Q=V ∙ A=V ∙ π4D 2

D=√ 4QVπD = 0.0251 m

D = 0.99” = 1”

12. Cálculo de la tubería de Ventilación:

Se hará uso de un tubo de PVC de D = 2 ‘‘, sobresaliendo 50 cm y en cuyo extremo se colocará un sombrero de ventilación.

B. DISEÑO DE CAPTACIÓN EN MANANTIAL ASCENDENTE:

a) Parámetros de Diseño.

Qmáx .d=4.90Lseg

=0.00490m3/seg

Qmáx .d . aforo=5.39Lseg

=0.00539 m3

seg

Presión de salida del agua = 0.35 mca

Además el diseño de la Caja de Captación estará formada por dos cámaras una

Colectora, que será la encargada de captar directamente el flujo de agua, y el segundo

almacenará el agua para conducirla a la Cámara de Reunión.

Para ambas cámaras se considerará el mismo volumen de almacenamiento, teniendo entre ellas un muro de 0.10 m, en el cual se ubicará el vertedero rectangular.


V a=Qmáxd ∙ T r

Dónde:

Va: Volumen de almacenamiento (m3)Qmáx d: Caudal máximo diario (m3/seg)Tr: Tiempo de retención (seg)… (3 – 5 minutos)

Considerando:Tr = 3.00 minutos = 180.00 seg


Qmáx d = 0.00490 m3/segVa = 0.882 m3

Va = 882 Lts

2. Dimensiones de la Primera Cámara:

Para garantizar la continuidad del flujo debe cumplirse que la altura del nivel del agua almacenada debe ser menor que la altura de presión de salida del agua 0.40 mca.

Por lo que las dimensiones de caja de captación, serán:

V a=Qmáxd ∙ T r

Luego optamos por las siguientes medidas para la primera cámara:

H = 0.20 ma = 1.70 mb = 1.80 m

Presión agua que emerge > Presión del agua almacenadaPresión agua que emerge = 0.35 mca = 350 kg/m2

Presióndel aguaalmacenada=Peso del aguaalmacenadaÁrea de aguaalmacenada

Pesodel aguaalmacenada=Densidad agua ∙V A

Pesodel aguaalmacenada=882.00Kg

Áreadel aguaalmacenada=a∙b=3.06m2

Presióndel aguaalmacenada=288.24 Kgm2

<350ok

Luego las dimensiones finales de la Primera Cámara (Caja de captación),

considerando un borde libre para efectos de aireación y construcción, serán:

Borde Libre = 0.60 mH= 0.80 ma = 1.70 mb = 1.80 m

3. Dimensiones de la Segunda Cámara:

V a=0.882m3

Luego las dimensiones finales de la 2º Cámara (Caja de almacenamiento),

considerando un borde libre para efectos de aireación y construcción, serán:

Borde Libre = 0.60 m

Considerando además la parte superior del nivel de agua almacenada al tirante sobre la cresta.


h = 0.20 mH = 1.40 ma = 1.00 mb = 1.60 m


Será tratada como orificio y se calculará con la siguiente fórmula:


Dónde:


Cd: Coeficiente de descarga (0.60 – 0.82)… Asumimos: 0.78



H: Carga sobre la tubería = 0.50 m

De la fórmula:

Ac = 0.002006 m2

Ac=π4D2→D=√ 4 ∙ Ac

π

Luego:

D = 0.0505 m

D = 1.99” = 2”

5. Cálculo de la tubería de desagüe o de limpieza:

Esta tubería debe desaguar un caudal igual al máximo aforado del manantial más el volumen aforado en la cámara húmeda en un tiempo determinado, entonces:

Qs=V a

t+Qaforo

Dónde:


Va: Volumen almacenado (m3) = 0.882 m3

t: tiempo de salida (seg) = 3 min = 180 seg

Qaforado: Caudal aforado (m3/seg) = 0.0054 m3/seg

Qs=0.882180

+0.0054=0.0103m3/ seg


Para calcular el diámetro de la tubería de desagüe lo realizaremos como orificio de pared gruesa (boquilla), donde el caudal viene expresado por:


Dónde:

C: Coeficiente de gasto… C = 0.82




Ac=π4D2→D=√ 4 ∙ Ac

π

Luego:

D = 0.0682 m

D = 2.69” = 3”

6. Cálculo de la tubería de Rebose:

Caudal a evaluar:

QE=QAforado−Qmáx d

Qaforo: Caudal máximo aforado = 5.39 L/seg

Qmáx d: Caudal máximo diario = 4.90 L/seg

QE=0.490Lseg

=0.0005m3/seg

Esta tubería además de servir de rebose, también cumple cierta función ante posibles obstrucciones o cierre de válvulas.

Asimismo esta tubería se comporta como un vertedero de sección circular y pared ancha.

El caudal a evacuar es el total captado: 0.00539 m3/seg

Suponiendo una velocidad de evacuación: V = 2.00 m/seg

Por continuidad.

Q=V ∙ A=V ∙ π4D 2

D=√ 4QVπD = 0.0586 m


D = 2.31” = 2 ½”


Se hará uso de un tubo de PVC de D = 2 '', sobresaliendo 50 cm y en cuyo

extremo se colocara un sombrero de ventilación.

C. DISEÑO DE LA CÁMARA DE REUNIÓN:

Una cámara de reunión es una estructura que sirve para reunir caudales, dichos caudales serán los que se tienen en función del número de captaciones.

Qmáx .d=45.53Lseg

=0.04553m3/seg


V A=Qmáx d ∙ T r

Dónde:

VA: Volumen de almacenamiento (m3)Qmáx d: Caudal máximo diario (m3/seg)Tr: Tiempo de retención (seg)

Considerando:Tr = 2.00 minutos = 120.00 seg (1’ – 3’)

V A=0.04553 ∙120.00

VA = 5.464 m3

Optamos por las siguientes medidas:

V A=Qmáx d ∙ T r

H = 1.60 ma = 2.10 mb = 2.10 m

Luego las dimensiones finales de la 2º Cámara de reunión, considerando un borde libre para efectos de aireación y construcción, serán:

Borde Libre = 0.60 m

H = 2.20 ma = 2.10 mb = 2.10 m


Será tratada como orificio y se calculará en:


Dónde:



Cd: Coeficiente de descarga (0.60 – 0.82)… Asumimos: 0.78




De la fórmula:

Ac = 0.010760 m2

Ac=π4D2→D=√ 4 ∙ Ac

π

Luego:

D = 0.1170 m

D = 4.61” = 6”

3. Cálculo de la Altura que evite la entrada de aíre:

a) Primer Criterio:

Condición para que no entre el aíre: PE = PS

VE = 0 m/seg

hf = 0 m

hL =0.5 VS2/2g

Luego:

ZC - ZS = 1.5 VS2/2g = h


PEγ

+V E2

2g+ZC=

PSγ

+V S2

2 g+ZS+h f +hL

VS = Q/A = 2.496 m/seg

h = 0.48m < 1.50 m

b) Segundo Criterio:

h = 0.543 VD1/2 (Para salida puntual)

h = 0.724 VD1/2 (Para salida lateral del flujo)

El valor obtenido por "h" debe satisfacer la ecuación de POLIKOVK para evitar la formación de remolinos.

h> 0.50DV0.55

g D1/2 … (1)

Dónde:

D: Diámetro de la tubería = 6”

V: Velocidad de la tubería = Q/A = 2.496 m/seg

h: Carga de agua necesaria para evitar cavitación.

Considerando una salida lateral del flujo:

h = 0.71 m < 1.50 m

En (1)

h = 0.033 m < 1.50 m

Con las comprobaciones realizadas observamos que todos los valores son

menores a la dimensión admitida: 1.50 m

Finalmente el valor mínimo de "h" es: 0.71 m < 1.50 m

4. Cálculo de la tubería de desagüe o de limpieza:

Qs=(V a

t ) ∙1.5Dónde:


Va: Volumen almacenado (m3) = 5.464 m3

t: tiempo de salida (seg) = 2 min = 120 seg

Qaforado: Caudal aforado (m3/seg) = 0.00539 m3/seg

Qs=( 5.464120 )∙1.5=0.06830m3 /seg


Para calcular el diámetro de la tubería de desagüe lo realizaremos como orificio de pared gruesa (boquilla), donde el caudal viene expresado por:


Dónde:

C: Coeficiente de gasto… C = 0.82




Ac=π4D2→D=√ 4 ∙ Ac

π

Luego:

D = 0.1376 m

D = 5.42” = 6”

5. Cálculo de la tubería de Rebose:

Qmáx d=45.53 L/seg

Suponiendo una velocidad de evacuación:

V = 2.00 m/seg

Usando la ecuación de compatibilidad.

Q=V ∙ A=V ∙ π4D 2

D=√ 4QVπD = 0.1703 m

D = 6.70” = 8”


Se hará uso de un tubo de PVC de D = 2 '', sobresaliendo 50 cm y en cuyo extremo se colocara un sombrero de ventilación.

4.2. PRETRATAMIENTO

Para el presente trabajo se considerará el diseño como si la captación fuese de

un Río, para hacer posible el diseño de las Estructuras Hidráulicas en el Pretratamiento.


Datos de diseño:El Docente asignó los datos de tamaño de partícula y temperatura de agua.

Qmáx d = 0.0455 m3/segDiámetro de la partícula: ø = 0.0085 cmViscosidad cinemática: 0.008333 = ט cm2/segTemperatura del agua: T° = 28 °CDensidad Relativa: S = 2.65 (Arena)Gravedad = 9.81 m/seg2

A. DISEÑO DEL DESARENADOR:

1. Dimensionamiento de la Unidad:

Cálculo de la velocidad de Sedimentación (VS):

Aplicando la fórmula de Stockes: ø < 0.01cm

Cálculo de la Velocidad de Sedimentación:

V S=118∙ g ∙

(s−1 )ט

∙d2

V S=0.78cm / seg

Cálculo del número de Reynolds

ℜ=V s ∙ d

טℜ=0.7952 … Régimen laminar.

Cálculo de la Velocidad de Sedimentación real:

V S=√ 43 ∙ g∙ d ∙ (s−1 )Cd

Cd=24ℜ + 3

√ℜ +0.34

1° Iteración:Cd = 1.477Vs = 0.352

2° Iteración:Re = 0.360Cd = 1.477Vs = 0.352

3° Iteración:Re = 0.360Cd = 1.477Vs = 0.352


NOTA: Calculada la velocidad de Sedimentación, se determinara la zona de sedimentación a base de la velocidad la cual constituirá la velocidad máxima teórica que podría permitirse a la velocidad horizontal.

Cálculo de la velocidad de Arrastre (Vd):

V d=161 ∙√dV d=14.84cm / seg

Cálculo de la velocidad Horizontal (Vh):

V h=0.40∙√V ∙d

Factor de seguridad = 0.4

V h=5.94cmseg

<16 cmseg

ok

Cálculo de la Sección transversal de la Unidad (At):

At= QV H

At=0.77m2

Cálculo de la Profundidad (H) y el ancho (B) de la zona de sedimentación:

B = 2H H = At/2HH = At/B H2 = At/2 = 0.383

H = 0.60 mB = 1.20 m

Cálculo del área superficial (As):

As=V H

V S

∙ At

Dónde:As=L ∙BAt=H ∙B

As=6.188 cm2


Cálculo de la Zona de Sedimentación:

L = As/B = 5.157 m

Se recomienda: 5 < Lf/M < 20

Lf=1.66 ∙ LL = 8.56 m

Luego las dimensiones finales de la Zona de Sedimentación serán:Lf=1.25 ∙ LLf=10.70mLf=10.70m

2. Dimensiones del canal By - Pass para una tubería de Ø 2''

A=QV

Asumiendo: V = 1 m/segQ = 0.04553 m3/segA = 0.046 m2

Hacemos:B = 2h

Y definimos las dimensiones del canal:

h=√ A2h = 0.151 m h = 0.16 mb = 0.32 m


L

bQD S 1 S 2 S 3

EntradaTransición de

SalidaTransición de

B

L1

QD

y

P

P'

3. Dimensiones de la transición:

L1=B−b2 tgθ

θ = 12.5°B = 1.20 mb = 0.32 m

L1=1.98m

12.5°

4. Carga de Agua sobre el vertedor de salida

H 2=( Q1.84 B )

2/3

Q = 0.0455 m3/segB = 1.20 m

H 2=0.08m

5. Velocidad de paso por el vertedero de salida

V=n∙ (H 2 )12 n :1.8−2.0

n = 1.9


H2 = 0.08 m

V=0.5 mseg

<1m /seg

Cumple las condiciones

6. Longitud total sin incluir muros

LT = L1 + L + 0.20L1 = 1.98 mL = 10.70 m

LT = 12.88 m

7. Caída del fondo en la zona de sedimentación

h1=0.05∙ (L−0.30 )Dónde:

L = 10.7 mh1=0.52m

8. Profundidad en el extremo de la zona de sedimentación

H1 = H + h1

H = 0.60 mh1 = 0.52 m

H1 = 1.12 mH1 = 1.20 m

4.3. TRATAMIENTO

NOTA: En el presente trabajo se considerará el diseño como si la captación fuese de un Rio para hacer posible el diseño de las Estructuras Hidráulicas de la Planta de Tratamiento.

POTABILIZACION DEL AGUA:

Para el tratamiento físico químico, se recomienda un tratamiento que pase por los siguientes procesos:

- Floculación

- Decantación.

- Filtración

- Desinfección.

4.3.1. FLOCULACIÓN

CANALETA PARSHALL:

MEZCLA RAPIDA:

Se considerará como una unidad de mezcla.


1. Ancho del canal de entrada: D = 0.40 m

2. Ancho de garganta:

1/3 D < W < 1/2 D

1/3 (0.40) < W < 1/2 (0.40)

0.133 < W < 0.200

Asumimos: W = 0.20 m = 7.90 “= 9”

3. Dimensiones estándar del aforador Parshall:

Mediante la siguiente Tabla se tiene:

W 6" 9" 1'A 62.07 87.95 137.16B 60.96 86.36 134.30C 39.37 36.10 60.98D 39.69 57.47 84.46E 60.96 78.20 91.44F 30.48 30.48 60.96G 60.96 45.72 91.44H 30.49 30.48 38.10N 11.43 11.43 22.86P 90.17 107.95 149.23R 40.64 40.64 50.00

Para W = 9 tenemos:

W = 20.10 cm D = 57.47 cm H = 30.48 cmA = 87.95 cm E = 78.20 cm N = 11.43 cmB = 86.36 cm F = 30.48 cm P = 107.95


cmC = 36.10 cm G = 45.72 cm R = 40.64 cm

4. Cálculo de un Resalto Hidráulico como unidad de mezcla:

* Características del canal:

a) Capacidad: Q = 0.0455 m3/seg

b) Geometría: hallamos las dimensiones "ho"

ho=K ∙Qn

WK n

Pulg m3 0.075 3.704 0.6466 0.150 1.842 0.6369 0.229 1.486 0.63312 0.305 1.276 0.65724 0.610 0.795 0.645

Luego para: W = 9” tomamos: K = 1.486 n = 0.633

ho=1.486 ∙0.045530.633

ho = 0. 210 m

~ Características Hidráulicas:

a) Condiciones hidráulicas antes del resalto:

- Altura del agua en la sección 1: h1

Por Manning: Q= Aɳ∙R2 /3 ∙ S1/2

Dónde:

A1=W ∙h1=0.20 ∙h1 Ѕ = N / F = 0.375

R=A1 /P1=(0.201 ∙ h1)/(2∙ h1+0.201)

n = 0.016 Canaleta de concreto

Reemplazando valores:

h1 (m) Q (m3/seg)

0.03 0.0190.04 0.0290.05 0.040

Interpolando para hallar “h1"


Qmáx d = 0.04553 h1 = 0.055 m

* Velocidad en la sección ( 1 ): V1 = Q / A1

Q = 0.04553 m3/seg

A1=W ∙h1=0.0111m2 V1 = 4.11 m/s

* Comprobación del tipo de resalto (con el Nº Froude)

Fr=V 1

¿¿Fr = 5.59

Por lo tanto es un "salto estable" por estar dentro del rango de 4.5 a 9.0

b) Condiciones hidráulicas después del resalto:

- Altura después del resalto: "h2"

h2=−( h12 )+( 2∙V 12 ∙ h1g+h12

4 )1/2

h2 = 0.41 m

- Velocidad en la sección ( 2 ):

V2 = Q / A2

A2=D ∙h2=0.164m2

V2 = 0.28 m/s

- Extensión del resalto: "L"

L=6 ∙(h2−h1)L=2.12m

- Pérdida de Carga en el resalto: " hp”

hp=(h2−h1) ³4 ∙ h1∙ h2

hp=0.49m

5. Condiciones de Mezcla:

- Tiempo de Mezcla: "TM"

TM= 2LV 1+V 2

TM=0.97 seg < 1

6. Gradiente de Velocidad (G):

G=√ Pμ=√W ∙hpμ ∙T

Dónde:


W ∙h pT

= Potencia disponible por unidad de volumen

μ = 0.000000833 m2/s (agua a 28° C)

μ=8.33∙10−5 Kg - seg/m2 (agua a 28° C)

W = Peso específico del agua = 1000 Kg/m3

G=√ 1000 ∙0.498.333 ∙10−5∙0.97

G=2470.47 seg−1>1000 seg−1ok

Por lo tanto las dimensiones de la Canaleta Parshall están bien planteadas, ya que cumplen con todas las condiciones.

AFORADOR PARSHALL:

En el paso se colocará verticalmente una regleta centimetrada, de donde se obtendrá "ho", para luego de la tabla 2 para w = 6"

ho=1.842 ∙Q0.636→Q=( ho

1.842 )1 /0.636

Entonces confeccionamos la tabla Nº 1

TABLA Nº 1 (REGLETA PARA AFOROS EN CANALETA PARSHALL)

CARGA (cm)

Q (L/s)

1 0.305 0.8010 1.5015 19.4020 30.5022 35.4024 40.6026 46.0028 51.7030 57.60

DOSIFICADOR:

1) Empleando una dosificación máxima de 75 ppm. La cantidad máxima de Kg de sulfato de aluminio en 24 horas es:

C=Qmáxd ∙ Dosificación

106

C=45.53 ∙75 ∙86400106

=295.03KgdeAl2 (SO 4 )324 horas

2) Con la cantidad diaria máxima a aplicar, se hace la solución, empleando una solución concentrada al 10% la cantidad de litros de solución diarios será.


CARGA (cm)

Q (L/s)

31 60.7032 63.8033 67.0034 70.2035 73.5036 76.8037 80.2038 83.6039 87.1040 90.60

q=295.03440.10

=2950.34 Lts de solución /24 horas

3) El equipo dosificador, será de orificio fijo, con flotador, deberá tener una capacidad de:

q=2950.34424

=122.931 Lts /hora

4) Por lo tanto el tanque, de solución deberá tener una capacidad mínima de 1000 litros para dosificar durante 8 horas; esto quiere decir que se tendrá que preparar solución de sulfato de aluminio 3 veces diarias.

4.3.2 FLOCULADOR HORIZONTAL

MEZCLA LENTA:

El floculador horizontal de tabiques móviles, se ha creído considerar dos zonas:

Zona I:to = 8.00 minV = 0.20 m/segL1=8.00 ∙0.20 ∙60=96.00m

Zona I:to = 10.00 minV = 0.15 m/segL1=10.00 ∙0.15∙60=90.00m


Longitudes de los Canales:

L=V ∙ t

1. Sección del Canal:

Zona I:

A I=QV I

=0.045530.20

=0.228m2

Zona II:

A II=QV II

=0.045530.15

=0.304m2

2. Cálculo de los Espaciamientos:

Tabiques planos de asbesto-cemento: 1.00 ∙2.50mBorde Libre: 0.15 mProfundidad de Canal: 1.00 m

Por lo que los espaciamientos serán de:

a I=0.2281.00

=0.23m

a II=0.3041.00

=0.30m

3. Espaciamiento entre la punta del tabique y la pared:

b I=1.5 ∙ a I b II=1.5∙ a IIb I=1.5 ∙0.23 b II=1.5∙0.30b I=0.35m b II=0.45m

4. Ancho del Tabique:I=L+b

I I=2.5+b I I I=2.85m


I II=2.5+b II I II=2.95m

5. Número de Tabiques:

Primer Tramo:

N I=LII I

=96.002.85

=34

Segundo Tramo:

N II=LIII II

=90.002.95

=31

6. Longitud de Floculador en cada Tramo:

LF=N °tabiques ∙ a

LF I=N I ∙ aI=34 ∙0.23=7.82mLF II=N II ∙ a II=31 ∙0.30=9.30m

Las dimensiones del floculador incluyendo el espesor de los tabiques (1 cm), será:

6. Pérdidas de Carga:

Por cambio de dirección (h1).Por fricción en tramos rectos (h2).

η = Asbesto - Cemento Cº = 0.01

(V 1 ∙η )2=0.000004 (V 2 ∙ η )2=0.00000225

r1=APm

=0.1021 r2=APm

=0.1320

r143=0.0477 r2

43=0.0672

g = 9.8 m/seg2

g = 980 cm/seg2

S=0.375 (Pendiente del canal)


VV 2

2g h1=3N ∙

V 2

2 gS=

(V ∙η )2

r4 /3 h2=S ∙ LFhf=h1+h2

m/seg cm. cm. cm. cm. cm.1er

Tramó20 0.204 21.43 0.0004602 1.97 23.40

2do tramo

15 0.115 11.02 0.0001617 2.40 13.42

7. Cálculo de la potencia disipada en la zona:

P=δ ∙h ft o

→δ=1000Kg /m3

P = Potencia disipada.hf = Pérdida de carga.

- hf1 = 23.75 cm- hf1 = 0.2375 m

- hf2 = 14.16 cm- hf2 = 0.1416 m

Primer tramo:

P I=1000∙0.2375

8∙60→P I=0.495Kg /m

2 ∙ seg

Segundo Tramo:

P II=1000 ∙0.141610 ∙60

→P II=0.236Kg /m2∙ seg

Por lo tanto el gradiente de velocidad en cada zona es:

G=√ Pμ μ=8.33∙10−5 Kg - seg/m2

Primer tramo:

G I=√ 0.4958.33 ∙10−5

→G I=77.05327 seg−1

Segundo Tramo:

G II=√ 0.2368.33∙10−5→G II=53.22315 seg

−1

Como podemos observar la gradiente de velocidad cumple con los parámetros establecidos, ya que oscila entre los siguientes valores:


10 seg−1 < G I < 100 seg−1

30 seg−1 < G II < 60 seg−1

4.3.3 DECANTACION

DISEÑO DEL DECANTADOR:

Consideraciones para el diseño:

Qmáx .d=0.04553m3/seg

Profundidad del tanque: h1 = 3.00 mEspaciamiento entre placas: e = 0.05 mLongitud de placas: l = 0.60 mLongitud relativa : L = 12.00Carga superficial : q = 130.00 m3/m2/díaÁngulo de inclinación : θ = 65°Constante crítica del Sedimentador: Sc = 1 1/8 (láminas paralelas)

1. Zona de Sedimentación:

a = a mL = 4a mA = 4a2 m

Si: V o=q ∙ ( senθ+Lcosθ )

Sc

V o=130 ∙ (0.91+12∙0.42 )86400 ∙1.125

V o=0.0080m /sV o=0.80cm /s


ℜ=V o ∙ d

טℜ=480.00 < 500 (existe flujo laminar)

2. Tiempo de retención:

T= lV o

l: Longitud de placas.

T=¿75.00 segT = 1.25 min

3. Cálculo del área de sedimentos:

A= QV o

A=5.69m2

Como se tiene dos unidades, el área es:At=2 ∙ A

At=11.38m2

4. Dimensiones de cada unidad:

Área: 4a2 = 5.69 a = 1.20 m

L = 4a L = 4.80 m

5. Número total de placas:

N= L−0.20e

+1

N=93.0Placas6. Zona de entrada:

Estará compuesto por un tabique difusor con las siguientes características:Profundidad = 3.00 mAncho = 1.20 mCaudal = 0.04553 m3/seg

Entonces: h f=1.1 ∙3.00=3.30m

Luego hallamos:h4=3.304

=0.83m

h5=3.30

5=0.66m


h6=3.30

6=0.55m

Si no hay remoción mecánica de lodos, los orificios más bajos deberán estar a h/4 o h/5 por encima del fondo. Por lo tanto:

Orificios más bajos (h1) 0.66 ≤ h1 ≤ 0.83

Tomemos: h1 = 0.70 m

Los orificios más altos deberán estar entre h/5 o h/6 de la superficie del agua. Por lo tanto:

Orificios más altos (h5) 0.55 ≤ h5 ≤ 0.66

Tomemos: h5 = 0.60 m

Separación vertical = 20.00 cmSeparación horizontal = 15.00 cm

Bafle de Madera

7. Cálculo del área de cada orificio:

Optando por φ = 5.08 cmOptando por φ = 2”

ao=π ∙ D2

4

ao=0.00203m2

8. Cálculo del número total de orificios:

n = Ao/ao

Ao = Q/ Vo


Vo = 0.15 m/s Vo = (0.10 – 0.15 m/s) Ao = 0.30 m2

n = 150 orificios

9. Cálculo de la cortina de orificios:

B=6D+1.5 ∙ nH ∙ D

B = 1.20 mD = 2”

nH = 12 orificios horizontales.

n=nH ∙ nVnV=¿ 13 orificios verticales.

H=3D+1.5 ∙ nV ∙ DH=1.14m

10. Zona de salida:

Está compuesta por un vertedor de pared delgada, un canal de salida y un deflector de viento.

11. Vertedor de salida:

Q=1.84 ∙ L ∙ ho3/2

ho=0.07520m

12. Diseño del canal de salida:

Se diseñará para máxima eficiencia hidráulica:

B = 2hv ≤ 0.20 m/sv = 0.20 m/s

Q=V ∙ A


A=B ∙ HA=2h2

Entonces:

h=√ Q2V

h = 0.34 m h ≈ 0.35 m

B = 0.67 m B ≈ 0.70 m

13. Volumen de lodos:

VL = 3.97 m3

14. Volumen total a evacuar:

V t=3.972+3 ∙ (4.8+1.10+0.20+1.10 ) ∙1.2

V t=29.89m3

15. Válvula de limpieza del decantador:

Tiempo de vaciado: T = 2.0 horas = 7200 sH = 1.10+0.48+3H = 4.34 m

Qdesc=V T

T+Qmáxd

Qdesc=29.897200

+0.04553

Qdesc=0.050m3/s

Qdesc=Cd ∙ A ∙√2gh

Cd = 0.82 A = 0.007 m2

D = 0.09 mD = 9.14 cmD = 3.60”D = 4”

4.3.4 FILTRACIÓN

- Como la velocidad de filtración es: > 0.10 cm/seg - Velocidad de Filtración: 0.17 cm/s

- Según cuadro proporcionado por el docente en clase, la velocidad de filtración está ubicado dentro de Filtros Rápidos con Lecho de Arena, el cual presenta las siguientes características:


. Caudal: Q = 0.04553 m3/seg

. Caudal: Q = 3933.79 m3/día

1. Carga por metro cuadrado:

q = 1.7 L/s

q=1.7 ∙24 ∙ 36001000

q = 146.88 m3/m2/día

2. Área superficial:

A = Q / qA = 26.78 m2

Se considera 2 unidades como mínimo.Número de filtros: 4Área de cada filtro = 6.70 m2

Dimensiones de cada filtro: Ancho = 3.00 mLargo = 2.20 m

3. Características de los materiales del lecho filtrante:

ArenaCoeficiente de uniformidad: Cu = 1.5 (1.5 – 1.7)Diámetro efectivo: E = 0.4 mm (0.4 – 0.7)Peso específico: S = 2.65 Profundidad: P = 20 cm (15 – 30)

GravaPeso específico: S = 2.6 Profundidad: P = 40 cm (30 –45)

4. Cálculo de h:

h=Q∙ tA

t = 120 seg → 2 min

h=0.82m → h = 0.75 m


5. Expansión del lecho filtrante:

Arena = 0.30 (28% - 40%)

Altura de expansión total:he = 6.0 cm

Altura de agua por carga en el filtro:

Hcf = (0.15 + 0.10 + 0.4 + 20) + 0.82 + 0.06Hcf = 1.73 m

6. Dimensionamiento del cisterna:

t = 4minV c=Q ∙ tV c=0.04553 ∙4 ∙60

V c=10.9m3

V c=A ∙ H

A=B ∙ LL=1.2 B

V c=1.20 ∙B2 ∙ H

Para: B = 2.00 mH = 2.30 mL = 2.40 m

7. Lavado del filtro:

Se hará por reflujo, mediante bombeo de agua, por lo que se calculará la potencia de dicha bomba:

P=γ ∙Q ∙H t

75 ɳ

Ht = H + hfHf = 10% H

H t=1.1∙ (1.73 ) H t=1.90m

Q=V c

t

t = 8 min Tiempo de retrolavadoQ = 0.0228 m3/s


n = 0.70 (0.5 – 0.75)

Reemplazando, encontramos la potencia de la bomba:

P = 0.83HP

Por lo tanta la bomba tendrá una potencia de: 1.0 HP

4.3.5 DESINFECCIÓN:

La desinfección de aguas de abastecimiento se puede considerar como el proceso en general dentro de una estación de tratamiento de agua que tiene como objetivo la inactivación de los microorganismos que puedan haber presentes en el agua, minimizando así la probabilidad de transmisión hídrica de enfermedades.

Como último proceso a realizar en una Planta de Tratamiento, es la desinfección del agua para lo cual se empleará el "Cloro"; con este procedimiento aseguramos la calidad microbiológica del agua.

Dosis: Para la dosis , se considerará como valor permisible 0.80 ppm, como valor apto para el consumo humano, además de que el agua está relativamente limpia después de los procesos de coagulación, floculación, filtración. Con éstas consideraciones, se usará la siguiente dosificación:

Dosis: 0.80 ppm 0.80 mg/Lt

C=Qmáxd ∙ Dosificación

106

C=45.53 ∙0.80 ∙86400∙106

C = 3.15 Kg/díaC=3.15 ∙2.2 lb /díaC = 6.92 lb/día

Cantidad mínima de Cloro para asegurar la cantidad necesaria de Cloro Residual en la parte más alejada de la ciudad.

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES: La captación se planteó el diseño de una caja de captación tomando en

cuenta el Qd, Qc y la presión de salida. Para el sedimenatdor se diseñó tomando en cuenta el tamaño de partícula. El aforador Parshall se diseñó con la finalidad de controlar el caudal y para

obtener la mezcla rápida del agua con el floculante (Sulfato de Aluminio). El floculador se ha diseñado para la formación de flóculos (flock) para

separar las partículas sólidas de la liquidas.


Se diseñó un decantador de alta velocidad para liberar el agua de las partículas más pequeñas formadas por el floculador.

El filtro por condiciones de trabajo se tomó en cuenta el diseño de un filtro rápido.

Para el caso del trabajo se ha considerado la planta de tratamiento para aguas de río, puesto que para captaciones de manantial no es necesario todas las estructuras señaladas.

RECOMENDACIONES: Se recomienda diseñar estructuras hidráulicas económicas, seguras y de

calidad, para lo cual se deben elegir valores con criterios aplicables a la realidad de la zona.

Datos obtenidos y los cálculos deben ser lo más confiables y completos, pues de ellos va a depender un buen diseño de acorde con la realidad de las necesidades.

Un estudio adecuado de las estructuras hará que se utilice adecuadamente las mismas y que no se sobredimensionen pues ello perjudicaría en los gastos del proyecto.

6. BIBLIOGRAFIA.

Separata del curso de abastecimiento de agua y alcantarillado: Ing. Gaspar Méndez Cruz.

Abastecimiento de agua y alcantarillado – Vierendel Abastecimiento De Agua - Simón Arocha

TEMA DE INVESTIGACIÓN: Captación agua de lluvia

Una de las soluciones para hacer frente a la escasez de agua es el aprovechamiento eficiente del agua de lluvia, tradición milenaria que se practica desde hace 5000 años. A lo largo de distintas épocas, culturas en todo el mundo desarrollaron métodos para recoger y utilizar el recurso pluvial, sin embargo con el progreso de los sistemas de distribución entubada, estas prácticas se fueron abandonando.

Ahora ante el reto que supone el aumento de la población y la escasez del suministro, tanto en las zonas urbanas como rurales, la captación de agua de lluvia y nuevos sistemas para su correcta gestión, vuelven a verse como una solución para ahorrar y aumentar las reservas de agua.

Situación en el Mundo y en AméricaEn países como Inglaterra, Alemania, Japón o Singapur, el agua de la lluvia se aprovecha en edificios que cuentan con el sistema de recolección, para después utilizarla en los baños o en el combate a incendios, lo cual representa un ahorro del 15% del recurso.En la India se utiliza principalmente para regadío, pero cada vez se desarrollan más políticas encaminadas a la captación en ciudades como Bangalore o Delhi.


http://hidropluviales.com/?p=604


En la República Popular de China se resolvió el problema de abastecimiento de agua a cinco millones de personas con la aplicación de tecnologías de captación de agua de lluvia en 15 provincias después del proyecto piloto “121” aplicado en la región de Gainsu.En Bangladesh se detuvo la intoxicación por arsénico con la utilización de sistemas de captación de agua de lluvia para uso doméstico.

Brasil tiene un programa para la construcción de un millón de cisternas rurales para aumentar el suministro en la zona semiárida del noreste.

En las Islas del Caribe (Vírgenes, Islas Caicos y Turcas), Tailandia, Singapur, Inglaterra, EUA y Japón entre otros, existe un marco legal y normativo que obliga a la captación de agua de lluvia de los techos.

En Israel se realiza microcaptación de agua de lluvia para árboles frutales como almendros y pistachos.

En los Estados Unidos y Australia, la captación de agua de lluvia se aplica principalmente para abastecer de agua a la ganadería y al consumo doméstico. En algunos estados de ambos países se ha desarrollado regulaciones e incentivos que invitan a implementar estos sistemas.Situación en México

Solo una parte ínfima del agua de lluvia es utilizada. De acuerdo a los especialistas, se podría reducir el rezago en abastecimiento de agua en el país si se aprovecharan los métodos de captación y gestión del agua de lluvia.

Si se captara toda la lluvia en los techos y en algunos suelos, se podría ahorrar de 10% a 15% del agua que se consume en los hogares.

Si se aprovechara el 3% de la lluvia que cae cada año en el país, alcanzaría para suministrar de agua no potable para usos como limpieza o sanitarios a 13 millones de personas, para que 50 millones de animales pudieran beber o para regar 18 millones de hectáreas de cultivo.

Cosecha de lluvia

Es la práctica de recolectar y utilizar el agua de lluvia que se descarga de las superficies duras, como los techos o el escurrimiento de suelos. Es una técnica ancestral que está recuperando su popularidad ahora que cada vez más gente, está buscando maneras de usar las fuentes de agua de forma más inteligente.

Hoy, muchas áreas rurales dependen de la cosecha de agua de lluvia, pero las zonas urbanas que son atendidas por servicios municipales, tienden a olvidar este recurso. La



cosecha de lluvia es una solución muy importante para las grandes urbes en donde se está gastando más agua de la que se dispone. Un problema que se viene agravando además con las transformaciones que está produciendo el cambio climático.

Para poder captar agua de lluvia es necesario que las superficies expuestas a la precipitación pluvial permitan su escurrimiento, ya sea porque la superficie es impermeable o porque su capacidad de absorción es inferior a la de infiltración en terrenos con pendiente.

En los centros urbanos, las áreas expuestas a la lluvia son mayoritariamente impermeables (techos, calles y estacionamientos), por lo que la captación se puede realizar con inversiones relativamente pequeñas. La conducción de los escurrimientos a los cuerpos de almacenaje se efectúa por medio de canalones en techos (liga a drenajes sifónicos), tuberías de lámina y/o PVC y canaletas con o sin rejillas en los pisos.

Conceptos relacionados con la captación pluvial

Área de captación: Lugar donde se almacenan los escurrimientos de agua de lluvia, antes de realizar su disposición final. Por lo general se utilizan superficies como los techos de las casas, escuelas, almacenes, etc., que deben estar impermeabilizados. También se puede captar el agua que escurre de calles o estacionamientos por medio de canales.

Estructura de captación: Recolectan las aguas en los sistemas de alcantarillado pluvial, se utilizan sumideros o bocas de tormenta como estructuras de captación, aunque también pueden existir descargas domiciliarias donde se vierta el agua de lluvia que cae en techos y patios.

Sistema de conducción: El sistema de conducción se refiere al conjunto de canaletas o tuberías de diferentes materiales y formas que conducen el agua de lluvia del área de captación al sistema de almacenamiento. El material utilizado debe ser liviano, resistente, fácil de unir entre sí y que no permita la contaminación con compuestos orgánicos o inorgánicos.Dispositivo de retiro de contaminantes y filtración: Antes de conducir el agua a la infraestructura de almacenamiento se recomienda colocar un dispositivo que retire y filtre los contaminantes que puede arrastrar el agua a su paso por las superficies, como pueden ser sedimentos, metales, grasas y basuras. De esta forma el agua llegará sin residuos tóxicos al lugar de almacenamiento.Tanques de almacenamiento: Se trata de tinacos o sistemas modulares en donde se conserva el agua de lluvia captada, se pueden situar por encima o por debajo de la tierra. Deben ser de material resistente, impermeable para evitar la pérdida de agua por goteo o transpiración y estar cubiertos para impedir el ingreso de polvo, insectos, luz solar y posibles contaminantes. Además, la entrada y la descarga deben de contar con mallas para evitar el ingreso de insectos y animales; deben estar dotados de dispositivos para el retiro de agua. Deben ser de un material inerte, el hormigón armado, de fibra de vidrio, polietileno y acero inoxidable son los más recomendados.Tanques tormenta: Un tanque de tormentas es una infraestructura de alcantarillado consistente en un depósito dedicado a capturar y retener el agua de lluvia, sobre todo cuando hay precipitaciones muy intensas, para disminuir la posibilidad de inundaciones en los casos en que la capacidad de escurrido del agua es menor que el volumen de lluvia. Tiene además la función de hacer una predepuración al evitar que las primeras lluvias, que son las más contaminadas, se viertan directamente a sistemas naturales acuáticos. Estos dispositivos destinados a laminar los caudales máximos de una avenida, son particularmente importantes en las áreas donde se ha producido una impermeabilización masiva de las cuencas por lo general a causa de la urbanización. Son particularmente importantes en el caso de que la red de alcantarillado sea un sistema unitario, es decir que conduce, mezclándolas, las aguas negras y las aguas pluviales.


Vertedor: Es la estructura de una obra hidráulica de almacenamiento a través de la cual se descargan los volúmenes que exceden la capacidad del embalse, con objeto de evitar fallas por desbordamiento.

Beneficios de la cosecha de lluvia

Económicos

El agua de lluvia es un recurso gratuito y fácil de mantener. Relativamente limpio que se puede utilizar en actividades que no requieran de su consumo.

Reducción en las tarifas de agua potable entubada por la disminución en su uso, ya sea en sanitarios, para lavar (superficies, vehículos o ropa), riego de jardines o cultivos, entre otras posibilidades

Medioambientales

Recargar los acuíferos abatidos. Conservación de las reservas de agua potable (ríos, lagos, humedales) Fomenta una cultura de conservación y uso óptimo del agua

Sociales

Disminuir el volumen de agua lluvia que entra al sistema de drenaje combinado (sanitario y pluvial), evitando que se sature y reduciendo las inundaciones y el volumen de descargas de aguas negras. Aumentando su disponibilidad para otros usos.

Reducir la utilización de energía y de químicos necesarios para tratar el agua de lluvia en la ciudad, disminuyendo también el gasto que genera mover y tratar el agua negra del drenaje a distancias lejanas.

Aminorar el volumen de agua potable usada en aplicaciones no potables (sanitarios) o de consumo humano (regar jardín).

Aun cuando las ventajas son numerosas, es necesario indicar también que los sistemas de captación de agua de lluvia cuentan con algunas desventajas tales como:

Depender directamente de la cantidad de precipitación presentada en la zona. La instalación de sistemas adecuados representa una inversión inicial que tarda unos años

en amortizarse. Se debe tener cuidado con posible contaminación del agua por materia orgánica o animales,

razón por debe pasar por un proceso de limpieza antes de ser almacenada en un lugar seguro y bien cerrado.

Y aunque en algunos lugares se considere como agua potable, no es recomendable, ya que depende de las condiciones de cada lugar y de los lugares por los que escurre.

Agua de lluvia ¿potable?

Las propiedades físicas y químicas del agua de lluvia son generalmente superiores a las que presentan fuentes de agua subterránea que pueden ser más duras debido a los minerales que se encuentran en el subsuelo. El agua de lluvia es en teoría pura, sin


embargo al caer se escurre a través de superficies arrastrando contaminantes que pueden ser tóxicos. Por ejemplo, en estudios realizados por Organización Mundial de la Salud (OMS) se ha comprobado que en algunos techos tanto de zonas urbanas como rurales, se han registrado valores altos en plomo que se puede atribuir a la composición de los materiales con los que han sido elaborados. También algunos análisis han detectado niveles altos de coliformes totales y coliformes fecales, contaminación que puede ser producida por el excremento de las aves, roedores, etc.

Además en zonas urbanas con alto nivel de polución en el aire, la situación empeora ya que la atmósfera se contamina de los elementos como: 79% de nitrógeno, 21% de oxígeno y en menor cantidad otros gases o contaminantes naturales y/o producto de la actividad humana. A esto hay que sumarle que en las ciudades las superficies por las que escurre como calles o techos, tienen niveles más altos de químicos, hidrocarburos, basuras y otros contaminantes.

Por esta razón, si se quiere aprovechar el recurso pluvial en zonas urbanas, se recomienda que el líquido pase por un proceso que retire sedimentos y grasas primero y si se quiere una mayor calidad puede pasar por un proceso de filtrado que retire a mayor profundidad los contaminantes. Una vez se ha pasado por este proceso el agua debe ser almacenada en un lugar seguro y bien sellado.

Sin embargo, si se quiere utilizar para consumo humano se recomienda que pase por un proceso de potabilización. Además, en algunas ciudades se ha registrado lluvia con una alto nivel de acides, resultado de la contaminación de la atmósfera por a las emanaciones industriales y de los vehículos, en estas situaciones se debe revisar la calidad del aire.

Lluvia ácida

El agua de lluvia se considera ácida cuando sus valores de pH son inferiores a los considerados normales. El pH es una escala que va de 0 a 14 y nos indica que tan ácida o alcalina es una sustancia. El agua pura tiene un valor de pH de 7, que se considera neutro; valores de pH menores a 7 son ácidos, como el jugo de limón que tiene un pH de 2.3 y valores superiores a 7 se consideran alcalinos, por ejemplo, la sangre humana con un valor de 7.3.

Este fenómeno se produce principalmente debido a la quema de combustibles que lanzan a la atmósfera gases de dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx), los cuales reaccionan químicamente con el vapor de agua y otras sustancias de la atmósfera para formar ácidos sulfúrico (H2 SO4) y nítrico (HNO3), dos ácidos fuertes que cuando caen a la superficie mezclados con el agua de lluvia producen una disminución en el pH de la lluvia por debajo de 5.0, lo cual es conocido como lluvia ácida.

PH del agua de lluvia en diferentes regiones del mundo


Los efectos nocivos que la lluvia ácida ocasiona sobre las áreas naturales son muy diversos y dependen del tipo de ecosistemas; así por ejemplo, en ríos y lagos, éste fenómeno ha provocado una acidificación de sus aguas, dañando a plantas y animales que las habitan, y en casos extremos, se produce una aniquilación completa de especies sensibles a la acidez del agua.

La lluvia ácida empobrece los suelos, tanto de bosques, como de zonas de cultivo, ya que a su paso por éstos, lava los nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas, al tiempo que libera elementos tóxicos, como el aluminio y el magnesio, que se acumulan en sus tejidos y acaba con microorganismos útiles en los procesos de formación, descomposición y nutrición del suelo.

La lluvia ácida puede tener efectos indirectos sobre la salud, ya que las aguas acidificadas pueden disolver metales y sustancias tóxicas de los suelos, rocas, conductos y tuberías y posteriormente transportarlos hacia los sistemas de agua potable.

Debido a esta situación y a que el escurrimiento pluvial arrastra contaminantes y aceites de superficies como suelos y tejados, el agua de lluvia debe pasar por un mínimo proceso de filtración y limpieza para uso humano y para ayudar a que no contamine ecosistemas naturales.

Agua potable

De manera generalizada, puede decirse que el agua potable es aquella que está libre de sustancias y microorganismos que puedan afectar la salud. Los requerimientos de potabilidad del agua, que pueden variar dependiendo de múltiples factores, son los siguientes:


Que posea menos de 10 bacterias intestinales por litro. Que no contenga impurezas químicas. Que no presente sabor, olor ni color o turbiedad objetables. Que no provenga de manantiales sujetos a contaminación por aguas negras.

La provisión de agua potable y de saneamiento es un factor significativo en la salud de la población, especialmente entre la infantil. El acceso al agua potable y al saneamiento adecuado son elementos cruciales para la reducción de la mortalidad y morbilidad entre la población menor de cinco años, en la disminución tanto de la incidencia de enfermedades de transmisión hídrica como la hepatitis viral, fiebre tifoidea, cólera, disentería y otras causantes de diarrea, así como posibles afecciones resultantes del consumo de agua con componentes químicos patógenos, tales como arsénico, nitratos o flúor.

Contaminantes en el agua

Carbono orgánico total (COT): Concentración de carbono orgánico oxidable presente en el agua.

DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxígeno): Cantidad de oxígeno consumido por la actividad metabólica de microorganismos, en un período de cinco días, a 20 °C considerando la suma de las concentraciones solubles y en suspensión.

Sólidos totales disueltos (STD): Cantidad total de sólidos expresada en mg/L o ppm, que permanecen en una muestra de agua cuando ésta se evapora totalmente.

Sólidos suspendidos totales (SST): Concentración de partículas que son retenidas en un medio filtrante de microfibra de vidrio, con un diámetro de poro de 1.5 micrómetros o su equivalente.

Métodos para purificar el agua

Desinfección por ebullición

Para eliminar las bacterias es necesario que el agua hierva de 15 a 30 minutos. Es una forma sencilla y económica de desinfección al alcance de la mayoría de los hogares. Entre las desventajas de este método destaca la concentración del contenido de minerales disueltos, debido a la vaporización del agua.

Desinfección con cloro

La cloración es uno de los métodos más rápidos, económicos y eficaces para eliminar las bacterias contenidas en el agua. La cantidad de cloro que debe agregarse al agua depende de la concentración que tenga el compuesto de esta sustancia que venden en su región; generalmente, tres gotas por litro suelen ser suficientes. Después de agregar el cloro, es importante esperar media hora antes de tomar el agua. El agua ya viene clorada de la red, por lo que puede suceder que al agregarle más cloro el exceso se manifieste en el sabor (haciéndolo muy desagradable); esto no representa riesgos para su salud.

Desinfección con plata iónica

En el mercado existen algunos productos para desinfectar agua y verduras que utilizan compuestos de plata iónica o coloidal. Aunque los fabricantes recomiendan esperar


aproximadamente diez minutos después de añadirlos al agua, es preferible esperar el doble del tiempo sugerido.

Filtros de cerámica

Estos filtros separan materia sólida del líquido gracias a que tienen un poro muy fino, es decir, retienen partículas muy pequeñas. Un inconveniente de estos filtros es que sobre ellos pueden desarrollarse colonias de microorganismos. Por lo tanto, al comprar un filtro de este tipo, será importante verificar que éste libere o esté impregnado con plata iónica, ya que esta sustancia tiene un efecto germicida. El filtro más sencillo está formado por una barra de cerámica cubierta por un cilindro metálico que se adapta a la llave del agua. Un filtro de cerámica con plata iónica proporciona unos 60 litros de agua por día. Si se le da un mantenimiento adecuado, este implemento puede tener una duración de por lo menos 5 años.

Filtro de carbón activado

En este sistema el agua pasa por un filtro de carbón activado, el cual contiene millones de agujeros microscópicos que capturan y rompen las moléculas de los contaminantes. Este método es muy eficiente para eliminar el cloro, el mal olor, los sabores desagradables y los sólidos pesados en el agua. También retiene algunos contaminantes orgánicos, como insecticidas, pesticidas y herbicidas. El riesgo que representan estos filtros es que pueden saturarse y contaminarse con microorganismos, por tanto, es preciso cambiarlos cada cinco meses, de lo contrario, si no se cuenta con un sistema de desinfección colocado después del filtro (como luz UV o plata iónica), el agua ya no es segura para beber. El equipo de filtración por carbón activado incluye un tanque de fibra de vidrio, una válvula de control y el filtro; puede durar hasta 6 años.

Purificación por ozono

Como purificador de agua, el ozono es un gas muy efectivo porque descompone los organismos vivos sin dejar residuos químicos que puedan dañar la salud o alterar el sabor del agua. En general, se considera que sus ventajas son las siguientes: reduce de manera importante el aspecto turbio, el mal olor y sabor del agua, así como la cantidad de sólidos en suspensión. No sólo elimina las bacterias causantes de enfermedades, sino que también inactiva virus y otros microorganismos que el cloro no puede destruir. El equipo consta de un generador de ozono, dos válvulas y un secador de aire, y tiene la capacidad para purificar aproximadamente 300 litros de agua diarios por alrededor de 6 años. Su principal desventaja es su elevado costo; además, requiere mantenimiento constante, instalación especial y utiliza energía eléctrica.

Desinfección por rayos ultravioleta (UV)

En una primera etapa, el agua pasa por un filtro que retiene las partículas en suspensión. Después pasa por un filtro de carbón activado, el cual elimina el mal olor, sabor y color en el agua, así como el cloro. Por último, el agua es purificada por medio de luz ultravioleta, que se encarga de destruir las bacterias. Este método es automático, efectivo, no daña al medio ambiente y es fácil de instalar; además, puede purificar hasta 200 litros de agua al día. Los filtros de este tipo de equipos se deben reemplazar cada seis meses y el bulbo de la lámpara de rayos UV debe cambiarse cada año.

Purificación por ósmosis inversa

El proceso de ósmosis inversa utiliza una membrana semipermeable que separa y elimina del agua sólidos, sustancias orgánicas, virus y bacterias disueltas en el agua. Puede eliminar alrededor de 95% de los sólidos disueltos totales (SDT) y 99% de todas las bacterias. Las


membranas sólo dejan pasar las moléculas de agua, atrapando incluso las sales disueltas. Por cada litro que entra a un sistema de ósmosis inversa se obtienen 500 ml de agua de la más alta calidad, sin embargo, deben desecharse los otros 500 ml que contienen los SDT. Durante la operación, la misma agua se encarga de limpiar la membrana, disminuyendo los gastos. Un equipo de filtración por ósmosis incluye un filtro de sedimentación, uno de carbón activado, una membrana, una lámpara de rayos UV y dos posfiltros. Su rendimiento diario es de 200 litros de agua y, con un mantenimiento adecuado, puede utilizarse hasta por 10 años. Este método no es recomendable cuando se trata de agua dura, esto es, agua que contiene un alto porcentaje de sales de calcio y magnesio.


Informe de captación y ptap

Engineering

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