Download - Trabajo Canaleta y Dosificador
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMINTO DE AGUA POTABLE
MUNICIPIO DE PIVIJAY MAGDALENA.
ANGEL BOSSA RODRIGUEZ
PRESENTADO A:
ALVARO CASTILLO MIRANDA
UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA
PROGRAMA INGENIERIA CIVIL
SANTA MARTA D.T.C.H
2014
1
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA PARA EL MUNICIPIO DE
PIVIJAY, MAGDALENA
El municipio de Pivijay se encuentra ubicado en el departamento del Magdalena, considerado como uno de los municipios con más importancia y mayor extensión del departamento. El municipio se encuentra a 3 msnm, posee una extensión territorial de 1636 Km2, con coordenadas Norte: 10° 27’39” y Oeste: 74°36’55”. Éste limita al norte con los municipios de Reten, Salamina y Remolino; al este con el municipio de Aracataca y Fundación, al oeste con El Piñón; mientras que al sur con Algarrobo, Chivolo y Sabana de San Ángel. Varios afluentes abastecen de agua al municipio como lo son las quebradas el mundo y las piedras, y los Arroyos: Macondo, Taita, Consejo, San Pablo, Delirio, y Calvario.
1. ESTIMACION DE POBLACION, DOTACION Y CAUDAL DE DISEÑO.
1.1. POBLACION
Actualmente, el municipio consta de 39.198 habitantes, lo que significa que el nivel de complejidad del sistema será medio alto como se especifica en la Tabla A.3.1. Titulo A del Ras 2000.Para diseñar la planta de potabilización de agua en el municipio Pivijay hay que determinar el nivel de complejidad del propio sistema, basándonos en la población que demandará el líquido durante un periodo de diseño dado. Para éste caso el periodo de diseño del sistema será de 25 años, como se muestra en la Tabla 10. Artículo 69 decreto 2320.Para la determinación de la población futura se calculara por el método geométrico.
Método geométrico.
Pf=Puc (1+r )(tf−tu )
Pf = es la población (hab) correspondiente al año para el que se quiere proyectar la población.Puc = es la población (hab) correspondiente al último año censado con información.r = es la tasa de crecimiento anual en forma decimal.Tu = es el año correspondiente al último año censado con información.Tf = es el año al cual se quiere proyectar la información
2
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
Pf=39198(1+0.036)(2039−2014)
P2039=94898hab
Lo cual nos resulta de complejidad alta y por ende debemos realizar de nuevo los
cálculos para un periodo de diseño de 30 años:
Pf=39198 (1+0.036 )(2044−2014 )
P2044=113254 hab
1.2. DOTACION
Basándonos en el artículo 69 del decreto 2320, dicho decreto en la tabla #9 establece una dotación neta máxima de 150 L/hab-dia y un porcentaje de pérdidas del 25% para un clima cálido:
DBruta=DNeta
1−%perdidas
DBruta=150
lhab .dia1−0,25
DBruta=200l
hab .dia
3
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
.
1.3 CAUDAL DE DISEÑO
Para este diseño se utilizara un caudal de diseño el caudal máximo diario QMD C.1.4.1 del Ras 2000.
Caudal medio diario (Qmd)
Qmd=p∗dbruta
86400
Dónde:
Qmd = caudal medio diario.P = Población proyectada.dbruta = dotación bruta
Qmd=113254 Hab∗200 l /Hab .∗Día
86400
Qmd=262,16 l /s
Caudal máximo diario
QMD=Qmd∗K1
QMD= caudal máximo diario.Qmd= caudal medio diario.K1= coeficiente de consumo máximo.
Según la tabla B.2.5. RAS 2000 para un nivel de complejidad alto en el sistema, el K1 será de 1,20.
QMD=262,16 l /s∗1,20QMD=314,6 l / s
4
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE MEZCLA RAPIDA (CANALETA
PARSHAL)
Para el mezclado del coagulante y auxiliares de la coagulación se empleara una canaleta parshall ya que esta genera un resalto hidráulico adecuado para un buen mezclado.
2.1 DISEÑO DE LA CANALETA PARSHALL
En este diseño se utilizo un mezclador hidráulico diseñando una canaleta parshall, la canaleta debe cumplir los siguientes parámetros establecidos por el RAS 2000 en el titulo C:
Parámetro 1. La velocidad mínima en la garganta debe ser mayor de 2 m/s.
Parámetro 2.La velocidad mínima del efluente debe ser aproximadamente 0.75 m/s.
Parámetro 3. El resalto no debe ser oscilante; es decir que el número de Froude (Fr) no debe estar entre 2.5 y 4.5.
Parámetro 4. El número de Froude debe estar entre 1.7 y 2.5 o entre 4.5 y 9.0.
Parámetro 5. Ha/w debe estar entre 0.4 y 0.8. Donde Ha es la altura del agua y w es el ancho de la canaleta.
Parámetro 6. Debe disponerse de un dispositivo aguas abajo con el fin de controlar la posición del resalto hidráulico.
2.2 SELECCIÓN DE CANALETA PARSHALL:Se escogió la canaleta de W= 9 in, de igual manera se desarrollaran los cálculos de esta, una por encima y otra por debajo, es decir W= 6 in ; W= 9 in y W= 1 ft.
5
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
Fuente: Serie autodidactica de medición.
2.3 CONDICIONES DE ENTRADA.
2.3.1 Altura del agua en el punto del aforo (ha):
ha=(QK )1n
Q= Caudal de diseño
K= constantes dependientes de W.
Canaleta 1: W= 6 in
6
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
Para un Q=0,11 m3/seg se obtuvo un k=0,381 y n= 1,58
ha=( 0,110,381 )11,58=0,455m
ha
W=2,99
No cumple con la especificación del RAS 2000
Canaleta 2: W= 9 in
Para un Q=0,11 m3/seg se obtuvo un k=0,535 y n= 1,58
ha=( 0,110,535 )11,53=0,355m
ha
W=1,55m
No cumple con la especificación del RAS 2000
Canaleta 3: W= 1 ft
Para un Q=0,11 m3/seg se obtuvo un k=0,69 y n= 1,522
ha=( 0,110,69 )1
1,522=0,3m
ha
W=0,98m
No cumple con la especificación del RAS 2000
2.3.3 ANCHO DE LA CANALETA EN LA SECCION DE MEDIDA:
7
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
D'=23
(D−W )+W
Canaleta 1: W= 6 in.
Para este W tenemos D= 0,403 m
D'=23
(0,403−0,1524 )+0,1524=0,3195m
Canaleta 2: W= 9 in.
Para este W tenemos D= 0,575 m
D'=23
(0,575−0,1524 )+0,2286=0,4595m
Canaleta 3: W= 1 ft.
Para este W tenemos D= 0,845 m
D'=23
(0,845−0,1524 )+0,3048=0,3195m
2.3.4 VELOCIDAD EN LA SECCION D´ (Va)
va=Qd
D'∗ha
Canaleta 1: W= 6 in.
Qd= 0,11 m3/seg ; D´= 0,3195m ; ha= 0,455m
va=0,11
0,3195∗0,455=0,755m /s
Cumple con la especificación, va ≈ 0.75 m/s
Canaleta 2: W= 9 in.
8
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
Qd= 0,11 m3/seg ; D´= 0,4595m ; ha= 0,355m
va=0,11
0,4595∗0,355=0,673m /s
Cumple con la especificación, va ≈ 0.75 m/s
Canaleta 3: W= 1 ft.
Qd= 0,11 m3/seg ; D´= 0,3195m ; ha= 0,3m
va=0,11
0,3195∗0,3=0,552m /s
No cumple con la especificación, va ≠ 0.75 m/s
2.3.5 ENERGIA ESPECÍFICA (Ea)
E=v a2
2 g+ha+N
Canaleta 1: W= 6 in.
Para este W, N=0,114. g= 9,81 m/s2 ; va=0,755 m/s ; ha= 0,455m
E= 0,7552
2∗9,81+0,455+0,114=0,5986
Canaleta 2: W= 9 in.
Para este W, N=0,114. g= 9,81 m/s2 ; va=0,673 m/s ; ha= 0,355m
E= 0,6732
2∗9,81+0,355+0,114=0,4927
Canaleta 3: W= 1ft.
Para este W, N=0,229. g= 9,81 m/s2 ; va=0,552 m/s ; ha= 0,299m
9
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
E= 0,5522
2∗9,81+0,299+0,229=0,5438
2.3.6 ANALISIS V1
E=h1+v12
2 g+N
E=Energia especificaantes del resalto hidraulicoh1=Profundidad del agua antes delresalto
v1=Velocidaddel agua antes delresalto
g=Gravedad (9,81ms2 )
Siendo h1 :
h1=Q
W∗v1
W=Ancho de la gargantade la canaleta parshall
Luego, reemplazando h1 en la Ecuación. E=h1+v12
2 g+N Tenemos:
v13−2g v1E=−2Qg
w
Iterando la ecuación anterior en Excel, determinamos el valor de v1.
V1Canaleta 1≈ V1Canaleta 2≈ V1Canaleta3≈ 2,433 m/s
Las velocidades de las 3 canaletas cumplen con la especificación del RAS
V1 > 2m/s
2.3.7 ALTURA ANTES DEL RESALTO HIDRAULICO.
10
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
h1=Q
W∗v1
Canaleta 1: W= 6 in.
h1=0,11
0,1524∗2,433=0,296m
Canaleta 2: W= 9 in.
h1=0,11
0,2286∗2,433=0,197m
Canaleta 3: W= 1 ft.
h1=0,11
0,3048∗2,433=0,1483m
2.3.8 NUMERO DE FROUDE
F=v1
√g∗h1Canaleta 1: W= 6 in.
F= 2,433
√9,81∗0,296=1,43
No cumple con lo especificado (1,7≤Fr≥2,5 y 4,5≤Fr≥9)
Canaleta 2: W= 9 in.
F= 2,433
√9,81∗0,197=1,7
Cumple con lo especificado (1,7≤Fr≥2,5 y 4,5≤Fr≥9)
Canaleta 3: W= 12 ft.
F= 2,433
√9,81∗0,1483=2,01
11
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
Cumple con lo especificado (1,7≤Fr≥2,5 y 4,5≤Fr≥9)
2.3.9 ALTURA DESPUES DEL RESALTO (h2)
h2=h12
(√1+8F2−1 )
Canaleta 1: W= 6 in.
h2=0,2962
(√1+8¿1,4262−1 )=0,468m
Canaleta 2: W= 9 in.
h2=0,1972
(√1+8¿1,72−1 )=0,4m
Canaleta 3: W= 12 ft.
h2=0,14832
(√1+8¿2,012−1 )=0,355m
2.3.10 VELOCIDAD DESPUES DEL RESALTO. VC
vc=Q
C∗h2
Canaleta 1: W= 6 in.
Para este W, C= 0,394 m
vc=0,11
0,394∗0,468=0,595 m
s
Canaleta 2: W= 9 in.
Para este W, C= 0,38 m
12
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
vc=0,11
0,38∗0,4=0,724 m
s
Canaleta 3: W= 1ft.
Para este W, C= 0,61 m
vc=0,11
0,61∗0,468=0,355 m
s
3.2.11 SUMERGENCIA.
S=hb
ha
=h2−N
ha
Canaleta 1: W= 6 in.Para este W, N= 0,114m h2= 0,468 m ha= 0,455m
S=0,468−0,1140,455
=0,8
No cumple con la especificación ya que S>0,6
Canaleta 1: W= 9 in.Para este W, N= 0,114m h2= 0,355 m ha= 0,455m
S=0,455−0,1140,355
=0,8
No cumple con la especificación ya que S>0,6
Canaleta 3: W= 1 ft.Para este W, N= 0,229m h2= 0,355 m ha= 0,3m
13
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
S=0,355−0,2290,3
=0,4
Cumple con la especificación ya que S<0,7
De esta forma nos damos cuenta que la canaleta que se escogió (W= 9 in),
cumple con todas las especificaciones, menos con ha/W y la sumergencia por
poco margen.
W (UNIDAD
ORIGINAL)
W (CM)
W (M) A (M) B(M)
C (M) D (M) E (M) F (M)
G (M) K (M)
N (M) k n
Q (m3/seg
)
G (m/seg2)
pulgada 6 15,24
0,1524 0,621 0,61 0,39 0,403 0,61 0,305 0,61 0,076
0,114
0,381 1,58 0,11 9,8
pulgada 9 22,86
0,2286 0,88 0,864 0,38 0,575 0,763 0,305 0,45 0,076
0,114 0,53 1,53 0,11 9,8
pie 1 30,480,3048 1,372 1,344 0,61 0,845 0,915 0,61
0,915 0,076
0,229 0,69 1,522 0,11 9,8
ha (m) ha/W D´(m)
V en D´(m/seg)
energía especifica
vel antes del
resalto (m/seg)
Alt antes del resalto
h1 (m)
numero de froude
Alt después
del resalto h2 (m)
Vel después
del resalto v2 (m/seg)
Sumergenc
ia
0,455537
2,98909 0,3195
0,7558633 0,5986867 2,4330604
0,29665716 1,4269621 0,46843596 0,59599997 0,8
0,355636
1,55571 0,4595
0,6730849 0,4927505 2,4330604
0,19777144 1,7 0,39982242 0,72400564 0,8
0,299259
0,98182 0,6649
0,5527994 0,5438501 2,4330604
0,14832858 2,0180291 0,35560182 0,50710615 0,4
14
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
3. DOSIFICACIÓN
Los procesos que deben llevarse a cabo en esta etapa del tratamiento del agua potable son la dosificación y la mezcla rápida. Una vez adicionados los coagulantes y auxiliares de la coagulación deben dispersarse rápida y homogéneamente en el cuerpo de agua, para lo cual deben emplearse las unidades de mezcla rápida. La cantidad o dosis de coagulante se determino por medio de ensayos de jarra a una muestra de agua (la tratada), donde arrojo un resultado lo cual fue una dosis de 30mg/l.
3.1 CANTIDAD ÓPTIMA DEL PRODUCTO QUÍMICO (COAGULANTE)
Con un caudal de diseño 100 L/s=0.10 m3/s y una dosis de 30mg/l la cantidad óptima de producto es:
C p=Q∗D
15
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
Dónde:
C p=Cantidad de producto adosificar
D=Dosis
Q=Caudal dediseño
Luego:
C p=100ls∗30
mgl
=3000
mgs
∗1 gr
1000mg=3gr /s
3.2 CANTIDAD DE PRODUCTO POR TURNO
CPt=Cpt
Dónde:
CPt=Cantidad de producto por turnode dosificacion
t=Turnolaboral de Dosificación ,de 8horas
Luego:
CPt=3000
mgs
∗3600 s
1hr∗8h
1JD
∗1kg
106mg
CPJ=86,4kg
Se calculo el volumen de preparación del coagulante a un 8% de concentración:
8KG→100 l
86,4Kg→V
V=86,4 gr∗100 l8Kg
=1080 ltur
3.3 CALCULO CAUDAL DE DOSIFICACION
16
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE
Qd=VT
=Vt
Dónde:
Qd=caudal dedosificaciónV=Volumen de litros por turnoJ=Jornadalaboral de Dosificación ,con8 horas
Luego:
Qd= 1080 l8hJ
∗60min /h=2.25 l /min
3.4 DIMENSIONES DEL TANQUE DE DOSIFICACION
Vt=2.25
lmin
∗1440min
1D=3240 l=3,2m 3
Para este volumen se requiere de un tanque plástico de ETERNIT de 4000 litros.
17