Obras de captación [modo de compatibilidad]
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Rosa Verónica Reyes RodríguezCarlos Miguel Vanegas Benavides
CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y ESTUDIOS EN EL MEDIO AMBIENTE
Obras de Captación Obras de Captación LECHO FILTRANTE
ÓDEFINICIÓN:
El sistema de lecho filtrante o unidades de prefiltraciónEl sistema de lecho filtrante o unidades de prefiltración,como también se denominan, es una obra de captación deagua y al mismo tiempo funciona como pretratamiento, sepueden clasificar de acuerdo a la dirección del flujo puedenpueden clasificar de acuerdo a la dirección del flujo, puedenser de dos tipos, horizontal y vertical. Los de flujo verticalpueden ser, a su vez, de dos tipos: descendentes yascendentesascendentes.
• Prefiltro Horizontal• Prefiltro Vertical
• Prefiltro Horizontal:Principio de Funcionamiento
Este tipo de captación indirecta está ubicado en la ribera de cursos superficialesde agua, estando constituido por los siguientes elementos:
• Estructura de entrada
• Zona de Prefiltración
•Z
onaade
Sali
• Captación Directa
ida
• Prefiltro Horizontal:
La estructura de entrada: R
Para proteger de la erosión ydistribuir uniformemente el
d l t d l ió
RIO
caudal en toda la sección sesugiere el uso de un muroseco de ladrillo hueco o decantos rodados sujetos porcantos rodados sujetos poruna malla de hierro redondo(gaviones). Este muro debeser construido con juntasser construido con juntasabiertas para que seaabsolutamente permeable.
La zona de pre
• Prefiltro Horizontal:
La zona de pre filtración:
Esta es de tipo horizontal,
Capa Profundidad Diámetro mm
1 1.00 25-80
2 4 50 30 70p ,con velocidad de flujo de0.50 m/h. Conformadapor tres o más tramos
2 4.50 30-70
3 4.50 5-12
llenos de grava dediferentes diámetrosdispuestos en sentidod i L l i d
RIOdecreciente. La longitudde los tramos es variable ydepende de la calidad delagua del tamaño de laagua, del tamaño de lagrava y de la velocidad defiltración. Estos tramostienen las siguientestienen las siguientescaracterísticas:
• Prefiltro Horizontal:
Captación directa:
Cuando se presenten aguas conbuenas características que permitanel uso directo de filtración lenta setili á l á d t ióutilizará la cámara de captación
lateral ubicada en la ribera de lafuente.
La entrada está protegida por unarejilla de hierro de Φ ¼” conseparación de 2 cm para evitar laseparación de 2 cm para evitar laentrada de material flotante.
• Prefiltro Horizontal:
Zona de Salida: La zona de salida la constituye la cámara de recolección. Dichodispositivo cuenta con un sistema de control manual formado pordispositivo cuenta con un sistema de control manual formado porcompuertas de hierro y/o madera.
Ventajas Restricciones
• Prefiltro Horizontal:
Ventajas
• En general, son máseficientes que los
Restricciones• Profundidades mayores de 1.5
m y anchos mayores de 5.0 mdificultan la limpieza de laeficientes que los
sedimentadores por lagran superficie específicadi ibl l
dificultan la limpieza de launidad. En general, serecomiendan profundidades nomayores de 1.0 m y anchosmáximos de 4 0 m Estasdisponible en la grava.
• Cuando opera concarreras largas, no sólo
máximos de 4.0 m. Estasrecomendaciones restringen eluso de estas unidades acaudales pequeños; la otraalternativa es considerarcarreras largas, no sólo
remueve partículasinertes, sino tambiénmicroorganismos
alternativa es considerarmuchas unidades en paralelo.
• Turbiedades mayores de 300
Conveniencia de su aplicación
microorganismos. yUNT demandan unidades de 8a 16 m de largo.
Conveniencia de su aplicación
Restricciones
• Prefiltro Horizontal:
Restricciones• Este tipo de prefiltro no es
adecuado para la remoción de pmaterial coloidal (diámetro < 1 micrón). Debido a que las concentraciones de oxígeno disuelto en esta clase de prefiltro son generalmente bastante bajas, no tienen la
id dcapacidad para remover materia orgánica oxidable, color, hierro y/o manganeso.
Conveniencia de su aplicaciónConveniencia de su aplicación
Criterios de Diseño• Prefiltro Horizontal:
• Calidad del agua: • Turbiedad máxima: 150 UN (Con filtración lenta)• Turbiedad máxima: 750 UN (Con sedimentación simple y
filtración lenta)• Capacidad máxima:Capacidad máxima:
• 10.8 m3/h (Recomendada)• Velocidad óptima de filtración:
• 0.50 m/h• Medio Filtrante:
• Grava de 1/4" a 2" colocada en sentido decreciente En contacto• Grava de 1/4 a 2 , colocada en sentido decreciente. En contacto con los muros se colocará material de diámetro mayor que el de los orificios.
• Prefiltro Horizontal:Procedimiento para el
DiseñoMétodo Simplificado 1 2 3Método Simplificado
•Calcular la capacidad necesaria del prefiltro y asimilarla a su inmediata
1 2 3
Q B (m) Diámetro del Dren
M3/h H=0.7 m H=1.00 m Φ (in)
3.6 10.30 7.20 3p ysuperior de la columna 1•Seleccionar la altura del prefiltro (entre 0.7 y 1 m) de acuerdo a las condiciones locales y adóptese el
5.4 15.40 10.80 3
7.2 20.50 14.40 4
9 25.70 18.00 4
10 8 30 85 21 60 4condiciones locales y adóptese el ancho correspondiente de la columna 2.•Obtener el diámetro correspondiente
10.8 30.85 21.60 4
14.4 41.15 28.80 5
18 51.43 36.00 6
21.6 61.70 43.20 6
al dren de la columna 3. 25.2 72 50.40 8
28.8 82.30 57.60 8
32.4 92.60 64.80 8
36 102.85 72.00 836 102.85 72.00 8
• Prefiltro Horizontal:
Método Completo:
N° Datos Unidad Criterios ResultadosCaudal de Diseño (Q) m3/s
Método Completo:
1
(Q) /
FVNQA
.3600
= Área transversal de cada unidad Número de unidades (N) adim
Velocidad óptima de Filtración (VF)
m/h
2 Profundidad de la grava (H) m HAB= Ancho de cada unidad
Se obtiene por interpolación λ1 adim
3 1
011
/λ
CCLnl = Longitud del primer tramo del prefiltro con grava de 3.0 a 4.0 cm
Turbiedad máxima del agua cruda (C0)
UT
Turbiedad efluente del primer UT
tramo (C1) UT
4 Para el segundo tramo λ2 adim
2
122
/λ
CCLnl = Longitud del segundo tramo del prefiltro con grava de 2.0 a 3.0 cm
Turbiedad afluente (C1) UTTurbiedad efluente (C ) UT 2Turbiedad efluente (C2) UT
Procedimiento para el • Prefiltro Horizontal:
DiseñoP l λ di
5 Para el tercer tramo λ3 adim
3
233
/λ
CCLnl = Longitud del tercer tramo del prefiltro con grava de 1.0 a 2.0 cm
m Turbiedad afluente (C2) UTTurbiedad efluente (C3) UT
6 321 lllL ++= Longitud total de la unidad m
7Volumen de agua contenido en
l id d (∀)m3 lBq
h L 1 ∀− Altura de agua adicional requerida para7 la unidad (∀)
mLB
h L
.1
1=Altura de agua adicional requerida para
aplicar la tasa de lavado m
Tasa de levado (qL) m3/m2
8 V l id d d d (VL) / i.. LBVLQL C d l d l d 3/8 Velocidad de descarga (VL) m/min
60QL= Caudal de lavado m3/s
9 VLHhf 3/11= Pérdida de carga en la grava m
Procedimiento para el • Prefiltro Horizontal:
Diseño
10 Número de losas sobre el canal de
limpieza (n) adim
1+−
=n
anBe Ancho de las ranuras del canal de
limpieza m
Ancho de cada losa (a) mAncho del canal de limpieza (b) m QL2
11 Ancho del canal de limpieza (b) m
( )[ ] gbeCnQLh
df 21 2
2
2 += Pérdida de carga en el canal de
limpieza m Coeficiente de descarga de las
ranuras (Cd) adim
12 21 fff hhh += Pérdida de carga durante unadescarga
m descarga
13 Altura del canal de limpieza (h2) m 21 2/1 hhHh ++= Presión de agua sobre la compuerta
m
14 ( )fC hhgV −= 2 Velocidad en la compuerta de descarga
m/s( )fC descarga
15 C
C VQLA = Sección de la compuerta m2
• Prefiltro Vertical :Principio de Funcionamiento
Esta captación indirecta se ubica en el fondo del cauce y está formada por lossiguientes elementos:
• Captación Directa
• Zona de Prefiltración
• Zona de Salida
Zona de pre filtración: Este prefiltro utiliza grava como medio filtrante, con las siguientes
Prefiltro Vertical
p g , gcaracterísticas:
Capa Profundidad (m)
Diámetro mm
RIO
( )
1 0.1 15-252 0.2 10-153 0.5 5-10 RIO
Siendo el flujo verticaldescendente con baja velocidad(Vf=0.25 m/h). El sistema derecolección está formado poruna tubería perforada de PVCque desmboca en una cámara derecolección. Las paredesrecolección. Las paredeslaterales están formadas pormuros secos de cantos rodados,sin armadura, o por bolsas de
t P tl d ti 1cemento Portland tipo 1
Prefiltro Vertical
Captación directa:
. Cuando se presenten aguas con buenas características que permitan el uso directo de filtración lenta se
tili á l á d t ióutilizará la cámara de captación lateral ubicada en la ribera de la fuente.
La entrada está protegida por una rejilla de hierro de Φ ¼” con separación de 2 cm para evitar laseparación de 2 cm para evitar la entrada de material flotante.
Sistema de Control:
Prefiltro Vertical
El sistema de control es manual y está formado por compuertas de hierroy/o madera
• CaptaciónDirecta
C
Directa
Compuerta
Compuerta
Ventajas Restricciones
Prefiltro Vertical
Ventajas
• La limpieza completa es máságil que en los otros casos,
Restricciones
• Este tipo de captación serecomienda usarlo con plantas defiltración lenta con y sin
porque la altura de la grava encada compartimiento es de sólo50 cms. Incluso puede ejecutarsed t d l i
filtración lenta con y sinsedimentación simple laminar,para lo cual las turbiedades de lasaguas deberían ser inferiores a 150y 750 UN respectivamente.
dentro del mismocompartimiento.
T bié l t j
• Este tipo de prefiltro no esadecuado para la remoción dematerial coloidal (diámetro < 1
i ó ) D bid l• También posee las ventajas yapresentadas en los prefiltroshorizontales.
micrón). Debido a que lasconcentraciones de ox{igenodisuelto en esta clase de prefiltroson generalmente bastante bajas,no tiene la capacidad para remover
Conveniencia de su aplicación
no tiene la capacidad para removermateria orgánica oxidable, color,hierro y/o manganeso.
Conveniencia de su aplicación
Criterios de DiseñoPrefiltro Vertical
• Velocidad máxima del curso de agua: • 3 m/s• 3 m/s
• Calidad del agua: • Turbiedad máxima= 150 UN (Con filtración lenta)• Turbiedad máxima= 750 UN (Con sedimentación simple y
filtración lenta)• Capacidad máxima del prefiltroCapacidad máxima del prefiltro
• 9 m3/h (recomendada)• Velocidad de filtración
• 0.25 m/h
Procedimiento para el Prefiltro Vertical
Diseño
Para el diseño de un prefiltro múltiple se utiliza el siguiente procedimiento:p p g p
• Calcular la capacidad necesaria del prefiltro y asimilarla a su inmediata superiorde la columna 1
• Seleccionar el área necesaria de la columna 2• Decidir dimensiones del prefiltro en base a condiciones locales• Seleccionar el diámetro del dren secundario (4) considerando el área máxima
d d l (3) ió á i t d d 250drenada, columna (3) y una separación máxima entre drenes de 250 m.• Seleccionar el diámetro del dren principal de la columna 4 de acuerdo al área
total del prefiltro en la columna 3.
Prefiltro Vertical
1 2 3 4Q (m3/h) A*B Area m2 Criterio para la elección del dren
Area má ima Φ (in)Area máximadrenada
Φ (in)
3.6 14.4 7.4 25 4 21 6 16 8 35.4 21.6 16.8 37.2 28.8 30 49 36.6 48.2 510 8 43 2 53 510.8 43.2 53 514.4 57.6 53 618 72 94 621.6 86.4 94 821.6 86.4 94 825.2 100.8 230 828.8 115.2 230 832.4 130 230 836 144 230 8