Leccion 6. Caudales de diseo y canal de entradaEl flujo de aguas residuales domsticas y urbanas, depender especialmente de:Nmero de habitantesConsumo de agua potable (dotacin)Coeficiente de retorno (usualmente entre 0,70 y 0,85).Caudales de infiltracinConexiones erradasAportes institucionales, comerciales e industrialesEl caudal medio diario (L/s) aportado a un sistema de tratamiento ser:6.1.Aporte domsticoEl caudal domstico corresponde nicamente al aporte de aguas residuales derivado de las actividades humanas (vida hogarea) en las zonas residenciales. Se calcula a partir del consumo de agua potable por persona (dotacin)[1], considerando que sta -en su mayor porcentaje- es retornada al alcantarillado (entre un 70 y 85%, que corresponde al coeficiente de retorno sanitario) y el nmero de habitantes.El coeficiente de retorno es la fraccin porcentual del consumo total de agua potable que es usada en el hogar (e.g. descarga de sanitarios, ducha, lavado de manos) y que se transforma en agua residual. Este valor se estima entre el 70 y el 85%, con lo cual, los coeficientes de retorno sanitario se encuentran entre 0,70 y 0,85.

El caudal domstico se puede calcular as:

Donde,Qdomcorresponde al aporte de aguas residuales de las actividades domsticas (L/s).ddotacin o cantidad de agua potable consumida por habitante y por da (L/hab*d).Pnmero de habitantes proyectado para el periodo de diseo asignado.CRcoeficiente de retorno sanitario (entre 0,70 y 0,85, pero usualmente corresponde se utiliza 0,80).Tabla10. Valores de consumo domstico e industrial por ciudades.DotacinBogot D.C.MedellnManizalesPereira

Domstica (L/hab*d)126150124160

Industrial (m3/mes)587203319279

Valores de la Contralora General de la Repblica, 2000. Tomados de:http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000088/lecciones/seccion4/capitulo05/04_05_01.htm6.2.Aporte industrialPueden estimarse unos valores de aporte de aguas residuales industriales de entre0,4 a 1,5 L/s por hectrea de suelo de uso industrial, dependiendo del nivel de industrializacin de la poblacin (mayores valores para ciudades con mayores industrias).6.3.Aporte comercial e institucionalPuede adoptarse un valor de0,5 L/s por hectrea de suelos de uso comercial e institucional.6.4.Aportes adicionalesLas conexiones erradas (drenajes de aguas lluvias conectados a la red sanitaria en zonas donde hay alcantarillado separado), pueden sumar al flujo de aguas residuales, unos 0,2 L/s*ha.De igual manera, en poca de invierno, si se tiene una red de alcantarillado unitario (llamado tambin combinado), el aporte de aguas lluvias puede estimarse en unos 2 L/s*ha.6.5.Caudales de diseoUna vez se haya estimado el caudal medio diario Qmd con la suma de los aportes de aguas a la red de alcantarillado, deben estimarse el caudal mnimo y el caudal punta que puede llegar, en un momento determinado, al sistema de depuracin. Las oscilaciones abruptas de caudal pueden causar disminucin en la eficiencia del tratamiento y fallas a nivel hidrulico en las unidades. Por esta razn, debe preverse y evaluarse el funcionamiento de cada unidad y componente de la depuradora con cada uno de estos caudales (mnimo, medio y punta).La estimacin de los caudales mnimo, medio y punta, de aguas residuales, deber estar apoyada nicamente en mediciones in situ. Jams debern tomarse supuestos, expresiones empricas y otras formulaciones matemticas como valores de diseo.

Algunas expresiones para la estimacin de los caudales de diseo se presentan en la Tabla 11.Tabla11. Frmulas empricas para el clculo de los caudales mnimo y punta para diferentes tamaos de poblacin(Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012)

Pregunta de anlisis: por qu el caudal punta de una poblacin pequea puede ser hasta cinco veces el valor del caudal medio diario y para una poblacin mucho ms grande es slo del doble de su valor?

En algunas ocasiones, suele hablarse tambin del caudal mximo horario QMH. No obstante, este concepto es equivalente al del caudal punta para el caso de los sistemas de depuracin de aguas residuales, ya que como lo demostr Lozano-Rivas (2007), los hidrogramas de las aguas residuales al interior de las redes de alcantarillado, sufren una atenuacin de su caudal punta, descrito por los modelos que rigen el comportamiento del trnsito de dicho hidrograma(Lozano-Rivas, Modelacin Hidrolgica de Caudales de Aguas Residuales en Sistemas de Alcantarillado de Flujo Decantado, 2007).6.6.Canal de entrada a la depuradoraLa entrada de aguas residuales a la depuradora, generalmente se hace mediante un canal de seccin rectangular. Dependiendo de las condiciones topogrficas, este canal se proyectar antes del pozo de muy gruesos o despus de este, siempre anterior a la unidad de desbaste.Este canal que se disea con la frmula de Manning, deber tener un ancho y profundidad mnimo, con un rea vertical til, mayor o igual a las dimensiones del colector de aguas residuales que conduce el caudal a la depuradora. Los criterios bsicos de diseo se exponen en la Tabla 12.Tabla12. Criterios de diseo para el canal de entrada(Lozano-Rivas, Material de clase para las asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012).ParmetroValor o rango

Altura mnima de lmina de agua0,3 m (a caudal medio)

Velocidad de flujo en el canal0,6 a 1,0 m/s (a caudal medio)

Borde libre (por encima del caudal punta al final del periodo de diseo)0,3 a 0,4 m

Coeficiente de rugosidad de Manning0,014 (independientemente del material de construccin)

Foto3. Canal de ingreso a una PTAR. Foto: William Antonio Lozano-Rivas.Ejemplo 6.1.Dimensionar un canal de entrada a una depuradora con un caudal medio diario de 69 L/s y una velocidad de flujo de 0,6 m/s. El colector de alcantarillado es de 12 pulgadas, con una pendiente del 1,5%.Solucin:Siendo el colector de alcantarillado de 12 pulgadas y un rea transversal de 0,073 m2, el canal deber proyectarse con un rea til igual o mayor que esta.El rea mojada del canal est dada por su ancho y dos veces su altura. Asumiendo un canal de seccin cuadrada:

Esta rea mojada es mayor a la del colector de alcantarillado. Asumiendo una seccin cuadrada, el canal tendr unas dimensiones de 0,34 m de ancho y 0,34 m de altura til (lmina de agua).La pendiente requerida para el canal, en estas condiciones, se determina con la frmula de Manning:

[1]La dotacin en Colombia se estima que oscila entre 90 a 130 L/hab*d.