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Floculación en lecho poroso(Continuación)

El presente trabajo trata sobre algunos aspectos relacIo-nados con la floculación en un lecho poroso, estudiadoscon base en la experimentación, en un modelo, delcomportamiento de la floculación de un tipo específico deagua.La floculación en lechos porosos consiste en un lecho degrava, a través del cual se hace circular un determinadocaudal del agua a tratar, mezclada intimamente con elcoagulante, para lograr la formación de los flocs, que enuna posterior sedimentación, produzca la clarificación delagua.Se ensayaron tres diferentes lechos de grava, con el Interésde determinar la granulometría adecuada que optimice elfuncionamiento del sistema, teniendo en cuenta que elporcentaje de remoción de turbiedad y de color (objetivode la floculación) sea el máximo, y estudiando el compor-tamiento de cada lecho en lo referente a la pérdida decarga, tiempo de retención, rata de flujo y gradiente develocidad; parámetros éstos que permiten llegar a estable-cer la eficiencia y funcionalidad de este sistema defloculación.La fuente de agua cruda para la realización de los ensayosproviene del río Bogotá, afluente a la planta de tratamientodel municipio de Mosquera, Cundlnamarca, en donde sedesarrolló el estudio.Los resultados derivados de este trabajo, permiten llegar ala conclusión de que este sistema funciona eficientementecomo floculador en tratamiento de aguas; siendo viable suimplementación desde varios puntos de vista:- Se logran reducir los costos de construcción, ope-

ración y mantenimiento de floculadores.- El tiempo de retención y la pérdida de carga en este

sistema son considerablemente menores que el de lossistemas convencionales.

- Dados los problemas de funcionamiento de floculado-res en las plantas de tratamiento de las poblacionespequeñas, en nuestro medio, los lechos de gravaofrecen una alternativa para lograr mejores resultadosa un menor costo.

MARIO ORTIZ ARCEIngeniero SanitarioProfesor, Universidad Nacional de ColombiaVELMAR JESUS GONZALEZ QUINTEROWALDO JESUS ORTIZ ROMERO

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Establecer la floculación en lechos poro~os nosólo significa una alternativa ante los métodos detratamiento convencionales, sino que proporcio-na' para esta operación un nuevo método de bajocosto. fácil manejo y funcionamiento. que puedellegar a convertirse en una solución viablecuando se trate de ampliar la cobertura delsuministro de agua. en especial hacia aquellaszonas. en donde por las condiciones propias delmedio, no se dispone de los recursos técnicos yeconómicos que se requieren para operar eficien-temente una planta de tratamiento con un ciertogrado de complejidad y sofisticación.

Un lecho de grava con características definidasbajo condiciones de laboratorio. puede emplear-se como floculador en una planta de tratamiento.por cuanto. dependiendo de las característicasdel agua a tratar. pueden obtenerse altaseficiencias en la remoción de la turbiedad y delcolor. presentando, por otra parte. algunasventajas si se le compara con los floculadoresconvencionales -mecánicos o hidráulicos-dado que en un sistema de floculación de estanaturaleza. se obtiene una considerable reduc-ción en el tiempo de retención yen la pérdida decarga.

Siendo la grava un elemento de fácil consecucióny los costos de construcción y mantenimientomenores. hacen que este sistema reporte benefi-cios económicos; cumpliendo la premisa deampliar la cobertura y mejorar la calidad de losservicios de agua potable. al menor costo posible.De lograrse una aplicabilidad directa con estemétodo. situamos frente a una interesantealternativa para lograr un objetivo esencial de lospaíses en vías de desarrollo frente al reto delsuministro de agua potable a su población.

GRADIENTE PARA FLOCULADORESEN LECHO POROSO

En un floculador en lecho poroso. el gradiente develocidad depende del tamaño de la grava. de larata de flujo. de la pérdida de carga y del área de la

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sección transversal del lecho. La ecuaciónderivada por Camp-Stein para el gradiente:

G=yfFvPuede desarrollarse para obtener una ecuaciónque permita calcular su valor con base en lascaracterísticas anotadas:

G=~en donde:

v = volumen de mezcla, cm>

G Gradiente en seq."v Velocidad en cms/seg.v Viscosidad cinemática en crns-v seq.

h Pérdida de carga, que para medios granula-res se ha definido por la ecuación deForcheimer, contenida en los estudios deRitcher, como:Potencia promedio disipada en(gr-cm)/sga.v + b.v2

Ph

en donde a y b son características del mediogranular.

CARACTERISTICAS GRANULOMETRICASDEL LECHO

En la ecuación de Forchei mer para el cálculo de lapérdida de carga se tienen en cuenta dos (2)paré metros, a vb. que dependen de las caracterís-ticas granulométricas del lecho. Estos paráme-tros se han definido como:

a _ 0.162 (1 - p)3V- C/J~. D2

. p3

b = ...:....0._:_0__:18_(,__1--¡-,-P_!.)_C/Js . D . p3

En donde:a = Seg./ cms.b = Seg2/cms.2P = Porosidad, en tanto por uno.v = Viscosidad cinemática en mm.2/seg.D = Diámetro nominal en mms.C/Js= Factor de forma.Los términos que intervienen en el cálculo de losparámetros a y b. se pueden obtener de la manerasiguiente:

p = e/(e + 1); siendo: e la relación de vacíos.

1.24 con D en cms. y:D = (1.19/L + 0.35)

L (la longitud más larga, medida directamentepara cada grano) en centímetros.

4l/>s = ----------2E2 +Ln.(1 + E)/(1 - E)

EE4

E L/D (1 - 4-4)1/2con = ; y E =

MODELO UTILIZADO PARA LOS ENSAYOSEl modelo, como planta piloto, empleado para larealización de los ensayos en el presente trabajo.consta principalmente de:A. Tanque de almacenamiento del agua cruda.Este tanque se emplea para regular el caudal delafluente de agua cruda al floculador; y paraasegurar una cabeza hidráulica constante, me-diante un rebosadero. El flujo de agua al modelose realiza por gravedad.

e

A

Tanque de alimentación

H

N

Tablerode

piezómetros

FIGURA N2 1.Planta piloto.

J

Dosificador

BTanque de coagulante

R

M

Sedimentador

K

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70 b«.1/60 7~v50 /.:V/ VíelQ)

40~

~V_/VQ)e

.~-o 30ca V V...o

~ /20

10

B. Tanque de almacenamiento del coagulante.De este tanque se conduce el coagulante por unaconexión a la conducción del agua. cruda alfloculador. de modo que en una caída deaproximadamente 1.50 metros desde el punto deentrada del coagulante. hasta el punto de entradaal floculador. se produce la mezcla rápida.C. Columna de floculación.La columna de floculación está construida enacrílico transparente para permitir la observacióndel grado de col matación. formación y caracterís-tica del floc a lo largo del lecho de grava. Estacolumna tiene una sección cuadrada de 0.15metros de lado y una altura de 2.00 metros. Parauniformar el flujo a través de ella se ha provisto unfalso fondo de 0.20 metros. con nueve (9)orificios simétricos. A partir del falso fondo ya lolargo de la columna. tiene un orificio cada 0.15metros. para permitir la conexión de los piezóme-tros a fin de medir la pérdida de carga. y con ella.el estado de colmatación del lecho.D. Sedimentador.En este trabajo se utilizó un sedimentador deplacas inclinadas. construido en acrílico. con unasalida inferior a manera de purga de lodos. ycanaletas en la parte superior para la recoleccióndel agua tratada.Los piezómetros conectados a la columna defloculación van sobre un tablero. para permitir lalectura directa de la pérdida de carga.La instalación de la Planta Piloto se muestra en lafigura número uno (1 ).

METODOLOGIALa calidad del agua a tratar tiene una incidenciadeterminante en la floculación; el conocimiento

de sus características físico-químicas permiteestablecer el tratamiento a seguir. para entrar aevaluar luego. la operación del sistema. Esteestudio. particularmente. se realizó en la planta detratamiento del municipio de Mosquera. Cundí-namarca; para la caracterización del afluente serealizaron los ensayos de turbiedad. color.alcalinidad y pH en un número estadísticamenterepresentativo.La funcionabilidad del sistema se evalúa con baseen los parámetros siguientes: Pérdida de carga.porcentaje de remoción de turbiedad y de color.tiempo de retención y gradiente de velocidad.En el trabajo presente se utilizaron tres (3)granulometrías con sus características definidas.manteniendo una altura del lecho de 1.60 metros.correspondientes a las fracciones:

Pasa tamiz 1 1/2" Retiene Tamiz 1"- Pasa Tamiz 1" - Retiene Tamiz 3/4"- Pasa Tamiz 3/4" - Retiene Tamiz 1/2"No se consideraron tamaños menores a 1/2"por cuanto se presenta prefiltr ación en el lecho yla colmatación del mismo no permite realizarcarreras de mayor duración.Con estas granulometrías se proyectaron nueve(9) carreras correspondientes a los gradientes de60. 40 Y 20 seg:-1 para cada lecho. Para todas lascarreras se utilizó la dosis óptima de ensayo deJarras diario y se tomaron muestras a la salida delsedimentador. para la determinación de lascaracterísticas físico-químicas del agua tratada.

Operación del sistemaEl agua afluente a la planta de tratamiento sebombea al tanque de almacenamiento del aguacruda. En este tanque se asegura la condición de

o 0.40 0.50 0.60 0.70 GRAFICA N2 1Relación entre velocidad (cm/seg)y Gradiente (seg-') para cada lecho

0.10 0.20 0.30

Velocidad (cm/seg)6 Ingenieria e Investigación

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35

30 !\\25

Cl \Q) 20~ -.o....o(¡j <,Q) 15"'O .......r-.oc.E <,Q) ........._¡.::

10 -----r--r--- -5

0.0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15

Caudal (Iitros/seg)

GRAFICA Ni 2 Correlación Caudal - Tiempo de aforo

cabeza constante mediante un rebosadero. Paracada ensayo se determina el caudal (litros porsegundo). correspondiente a la rata de flujoproyectadas en M3/M2_día; realizándose el flujohacia la columna por gravedad. En la columna defloculación se pueden observar la formación delos flocs. sus características y el estado decolmatación del lecho.

La medición del tiempo de retención en elfloculador se efectúa antes de la iniciación decada ensayo, determinando el tiempo que tardauna partícula de agua en atravesar el lechoporoso. La manera más común, en la práctica,para efectuar esta determinación es mediante elempleo de trazadores. Particularmente utilizamosun colorante y medimos su paso a través dellecho, tomando como el tiempo de retención, elperíodo que transcurre entre la aparición de lamáxima concentración del colorante a la entradadel floculador y a la salida del mismo.

Para establecer la eficiencia del sistema, setoman muestras del agua cruda y del agua trataday se miden, en ambos casos, los mismosparámetros para establecer las comparacionesrespectivas. Las muestras del agua tratada setoman a la salida del sedimentador a intervalos deuna hora. A estas muestras se les aplican losensayos de turbiedad, color, pH y alcalinidad.

La pérdida de carga permite establecer el gradode colmatación del lecho poroso; se evalúa cadauna (1) o dos (2) horas, con base en las lecturaspiezométricas. De este modo se puede conocer lapérdida de carga para cada uno de los piezómetros.

ANALlSIS y EVALUACION DE RESULTADOSDentro de los objetivos que motivaron la realiza-ción del presente estudio, se considera en primertérmino, la funcionalidad de un lecho porosocomo floculador. evaluada con base en losaspectos que gobiernan su comportamiento,mencionados anteriormente. Por otra parte debedestacarse el tipo de granulometría más adecua-do, que permita la optimización del funciona-miento del floculador. Son estos aspectos deespecial interés para entrar a detallar a continua-ción, de acuerdo con lo observado en eltranscurso de los ensayos realizados y con losresultados obtenidos.

Pérdida de cargaLa rata de flujo influye en la pérdida de carga y,por ende, en la carrera; se nota que para ratas detrabajo superiores a los 250 M3/M2-día, lapérdida de carga es mayor (en razón a la mayorpresión ejercida en el lecho), y durante laduración del -ensayo se produce una ciertacol matación; en tanto que siendo las ratas de


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trabaja del orden de 100 M3/M2_día. el lecho secolmata más rápidamente. estabilizándose lapérdida de carga como indicativo de su colmata-ción.Se han graficado los datos de pérdida de carga enfunción del tiempo de funcionamiento del flocula-dar. encontrándose una tendencia a la variaciónescalonada. independientemente dr la rata detrabajo. Se ha tratado de explicar este escalona-miento por la expansión cíclica del lecho. durantesu funcionamiento. Al expandirse las capassuperiores debido a la presión ejercida desdeabajo por una incipiente col matación. deja pasarlos flocs retenidos y la pérdida de carga tiende aestabilizarse. para luego aumentar al quedarretenidos nuevos flocs en el lecho.

Eficiencia en la remoción de turbiedad y de colorLa turbiedad y el color residuales. como porcen-taje de la turbiedad y del color del afluente alfloculador respectivamente. dan una medida de laeficiencia del lecho poroso como floculador paraplantas de tratamiento de agua potable. Laremoción del color y de la turbiedad constituyenlos objetivos más inmediatos de la floculación. yson los parámetros que determinan la eficacia delproceso; y en este caso. determinan y comprue-ban la funcionalidad de este sistema. En efecto. sise observan las tablas en donde se consignan lascaracterísticas del agua floculada y sedimentada.se encuentra que el promedio de remoción de'turbiedad y de color. para todos los ensayos. es de76.52% y de 67.7%. Esto como promedio. no dejaduda de que es un buen inicio para el propósitode determinar un lecho óptimo que dé el mejorrendimiento en el proceso de clarificación delagua.Se observa. además. que las ratas correspondien-tes a gradientes altos. dan eficiencias mayores.como se indica en la respectiva tabla. donde seha condensado para cada ensayo. la eficiencia enla clarificación. cuantificada como porcentajes deremoción de turbiedad y de color. Por ejemplo.para una rata de 377 M3/M2-día. (gradiente de60 seg:-'). la eficiencia en la remoción deturbiedad es de 83.2% y de color es de 70.0%.

Características de la floculaciónSe observó para cada ensayo. qué característicaspresentaba el floc. en lo referente a su tamaño.velocidad de sedimentación y abundancia en su

formación. Dentro de estos aspectos lo másdestacable puede resumirse así:Para las ratas correspondientes a los gradientesaltos. se presenta un floc grande. fácilmentesedimentable. con poca o escasa acumulación ala salida del floculador; pues la velocidad del agualo lleva fácilmente al sedimentador de placasinclinadas. en donde se forma. en corto tiempo.un depósito de lodos. Este hecho permite llegar ala conclusión de que para ratas altas se proyectancarreras más amplias. puesto que el continuoarrastre de los flocs no permite la colmataciónrápida del lecho. redundante esto en un mayorrendimiento.Para las ratas correspondientes a los gradientesbajos. se forma algo que bien podríamosdenominar microflocs. pues a lo largo del lechose puede notar la formación de un floc pequeño.retenido en los poros del lecho y que se acumula ala salida del floculador. Esto conlleva a que laduración de la carrera sea menor (la pérdida decarga se estabiliza más rápidamente) y a que sedisminuya la eficacia del proceso. puesto queestos flocs no son de rápida sedimentación.

Tiempo de retenciónEl tiempo de retención se calcula mediante laexpresión siguiente: tret = (viL) . P (seg.)en donde:tret = Tiempo de retención en el floculador. en

seg.Longitud del lecho. en centímetros.Velocidad media de flujo. en cms/seg.Porosidad del lecho. en tanto por uno.

LvPCon esta expresión se calculan los tiempos deretención para cada ensayo. para compararloscon los medidos en la práctica. observando queno se presenta una diferencia notable; de dondese concluye que esta expresión se puede utilizar afe de su comprobación práctica.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESA partir de los resultados que el presente estudioarrojó sobre la floculación con lechos porosos.puede concluirse y se comprueba. una vez más. laeficiencia de este sistema; anotando que seobtuvieron porcentajes de remoción de turbiedaddel orden de 83.3% y de remoción de color del70%.Se insiste en que la calidad del agua es factor deter-

TABLA ICaracterísticas físicas y geométricas del lecho

Fracción Gs L(mm.) D(mm.) E E P !/Js a b

11/2"-1 " 2.53 39.20 18.97 2.066 0.100 0.41 0.4405 1.14 X 10-2 1.843 X 10-21" - 3/4" 2.54 30.109 16.64 1.9675 0.100 0.422 0.5346 8.873 X 10-2 1.556 X 10-23/4" - 1/2" 2.58 24.32 14.776 1.646 0.999 0.437 0.7381 5.044 X 10-3 1.14 X 10-2

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minante para preestablecer ciertas variables dentrodel tratamiento. tales como dosis y tipo de coagulan-te. por ejemplo. Aunque dentro de la teoría de lafloculación en lechos porosos. existen paráme-tros que mantienen una tendencia afín. Indepen-dientes de la calidad del agua a tratar. la PlantaPiloto adquiere una importancia especial. porcuanto su aplicabilidad es directa y centrada enun proyecto específico. Antes de recomendareste sistema de floculación. se debe tener encuenta su Importancia y se hace necesarioproyectar ensayos para una propuesta de diseño.A continuación. se enuncian las conclusionesque particularmente se extraen del trabajopresente en lo referente a los factores inherentesa la floculación con lecho poroso.

Lecho de grava

Para evitar prefiltración con la consiguientecolmatación del lecho de una manera rápida.deben preferirse granulometrías por encima de3/4". Nótese la reducción de la eficiencia de laremoción de turbiedad y de color para el lechonúmero tres (3). (fracción 3/4" - 1/2"). en dondese presenta sólo una buena eficiencia para la ratade trabajo más baja. por prefiltración en el lecho;pero en este caso la colmatación del lecho nopermite carreras de mayor duración. Nótese que:

Fracción: 1 1/2" - 1"Remoción de turbiedad promedio: 81.3' (paratodos los ensayos).Remoción de color promedio: 68.9%.Fracción: 1" - 3/4":Remoción de turbiedad promedio: 82.9%.

Remoción de color promedio: 65.8%.Fracción: 3/4" - 1/2":Remoción de turbiedad promedio: 65.4%Remoción de color promedio: 68.6%

Tiempo de retenciónEl tiempo de retención. para este experimento.oscila entre los 90 y los 600 segundos. (1.5 a 1Ominutos). Esto representa con respecto a losfloculadores convencionales una reducción has-ta del 66.6% (Mark Hammer recomienda parafloculadores convencionales tiempos de reten-ción no menores de 30 minutos).

Rata de flujoHemos determinado que la rata de flujo para elóptimo funcionamiento del floculador debe seralta para este tipo de agua. pues permite elcontinuo arrastre de los flocs hacia el sedimenta-doro evitándose así. una pronta colmatación dellecho. lo que ocasionaría un lavado frecuente.Si bien es cierto que se recomienda aumentar laaltura de agua sobre el lecho para evitar lacolmatación del mismo. cuando se trabaja conratas bajas. con las ratas altas se produce un flocpesado y fácilmente sedimentable; en tanto quepara ratas bajas se produce un floc muy pequeño.microfloc.Recomendamos para el tratamiento con ratasbajas. menores de 100 M3/M2-día. eliminar lasedimentación y llevar el agua con los microflocsdirectamente a la filtración. para que seanretenidos por los filtros y se obtenga unaclarificación con mayores resultados satisfacto-nos.

TABLA 11Floculación en lecho poroso

Fecha 08-V-84

Ensayo Nº 1

Características del lecho Parámetros del ensayo

a b Rata G VFracción G. L(mm.) D(mm.} (seg/cm) (seg2/cm2

) (M3/M2}día (cm/seg) (cm/seg-1) tretencion (seg)

11/2"-1" 2.53 39.20 18.97 1.141 x 10-2 1.84 X 10-2 377 60 0.436 120

Lecturas piezométricas (cm) Características de la muestra

Hora 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Nivel UT Color pH Alcalin.

O 174.3 170.5 170.7 170.5 170.6 170.6 170.7 170.9 170.9 170.9 170.7 170.6 170.5 2.6 50 6.68 1801 174.4 170.7 170.8 170.6 170.8 170.9 170.9 171.0 171.0 170.9 170.9 170.6 170.5 4.2 10 6.54 1402 1 750 170.7 170.9 170.8 170.9 170.9 170.9 171.0 171.0 171.0 171.0 170.8 170.5 4.1 10 6.53 1343 175.5 170.8 170.9 170.9 170.9 170.9 171.0 171.0 171.0 1710 171.0 170.9 170.5 4.7 15 6.57 1404 176.4 170.9 170.9 171.0 171.0 171.0 171.0 171.0 171.0 171.1 171.0 170.9 170.5 5.3 30 6.15 1675 178.9 171.0 171.0 171.0 171.0 171.0 171.0 171.0 171.0 171.2 171.0 171.0 170.5 6.4 20 6.47 13622 180.2 171.0 171.0 171.0 171.0 171.0 171.0 171.0 171 1 171.2 171.2 171.0 170.5 5.0 25 6.33 11023 5.5 20 6.62 15624 4.5 10 6.14 9225 180.6 171.0 171.0 171.0 171.1 171.0 171 1 171.0 171.1 171.3 171.2 171.0 170.5 2.0 10 6.56 15026 1810 171 O 171.0 171.0 171.1 171.1 171.1 171.1 171.1 171.3 171.2 171.0 170.5 3.5 10 6.36 11227 184.2 171.0 171.0 171.0 171.1 171.1 171.1 171.2 171.2 171.3 171.2 171.0 170.5 5.6 (5 6.38 13028 184.4 171.0 171.1 171.0 171.1 171 1 171.2 171.2 171.3 171.4 171.2 171.0 170.5 6.5 15 6.35 12029 184.6 171.0 171.2 171.1 171 1 171.2 171.3 171.2 171.3 171.4 171.3 171 1 170.5 5.5 15 6.48 13648 185.0 171 1 171.2 171.2 171.2 171.3 171.3 171.2 171.3 171.4 171.3 171 1 170.5 3.5 20 6.42 13049 185.5 171.1 171.2 171.3 171.3 171.3 171.3 171.3 171.4 171.4 171.3 171.1 170.5 3.5 15 6.50 14050 186.0 171.1 171.3 171.3 171.4 171.3 171.4 171.4 171.4 171.4 171.4 171.3 170.5 3.8 10 6.31 11051 186.9 171.2 171.3 171.3 171.4 171.4 171.4 171.4 171.4 171.5 171.4 171.4 170.5 3.0 15 6.41 12052 189.0 171.2 171.4 171.3 171.4 171.4 171.4 171.4 1714 171.5 171.5 171.4 170.5 5.0 10 6.20 10053 189.2 171.5 171.5 171.5 171.5 171.6 171.6 171.6 171.6 171.6 171.6 171.4 170.5 5.2 5 6.00 80


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TABLA 111Pérdida de carga en los piezómetros 2 - 7 - 12

Ensayo Nº 1 Fracción 11/2" - 1"Rata (M3/M2 día) 377

ITiempo Pérdida de carga Cms

enhoras 2 7 12

O 3.8 3.6 3.71 3.7 3.5 3.82 4.3 4.1 4.23 4.7 4.5 4.64 5.5 5.4 5.55 7.9 7.9 7.9

22 9.2 9.2 9.225 9.6 9.5 9.626 13.2 9.9 10.027 10.2 13.1 13.228 13.4 13.2 13.429 13.6 13.3 13.548 13.9 13.7 13.949 14.4 14.2 14.450 14.9 14.6 14.751 15.7 15.5 15.552 17.8 17.6 17.653 17.7 17.8 17.8

TABLA IVRemoción de turbiedad y de color

Ensayo Nº 1 Fracción 11/2" - 1"Rata (M3/M2-día) 377

Agua cruda

Turb, inic, Color inic. pH AlcaL

26 50 6.67 183

Ag ua tratada

Turb. Color pH AlcaLRemoc. Remoc.turbo color

4.36 15 6.38 125.5 83.2% 70.0%

Tiempo Turb. Color Remoc. Remoc.en eflu. eflu. turbo color

horas % %

O - - - -1 4.2 10 83.8 80.02 4.1 10 84.2 80.03 4.7 15 81.9 70.04 5.3 30 79.6 40.05 6.4 20 75.3 60.0

22 5.0 25 80.8 50.023 5.5 20 78.8 60.024 4.5 10 82.6 80.025 2.0 10 92.3 80.026 3.5 10 86.5 80.827 5.6 15 78.4 70.028 6.5 15 75.0 70.029 5.5 15 78.8 70.048 3.5 20 86.5 60.049 3.5 15 86.5 70.050 3.8 10 85.4 80.051 3.0 15 88.6 70.052 3.0 10 88.6 80.053 3.2 5 88.7 90.0

10 Ingeniería e Investigación

Pérdida de cargaPara la pérdida de carga, se obtuvo unacorrelación exponencial con el tiempo de funcio-namiento y la rata de trabajo, como se aprecia enlas gráficas numeras 6, 10 Y 14.En estas gráficas se aprecia el aumento de lapérdida de carga con el tiempo de funcionamiento,como era de esperarse, por la colmatación dellecho poroso.Obtener una correlación múltiple para la pérdidade carga, con el tiempo de funcionamiento y larata de flujo, sería un resultado interesante,disponiéndose para esto de un mayor número deensayos.Sin embargo, se presentan a consideración los

20

18

15

14CñE~ 12ro~roo 10Q)

urouu 8.Q;a,

6

4

2

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-- -- - ajuste

o 10 20 30 50 5540Tiempo (Horas)

Pérdida de carga para la carreraEnsayo NR 1Rata: 377 M3/M2 - dia

INGENIERIA CIVIL

ajustes para la rata más alta, en cada uno de loslechos ensayados, de la pérdida de carga, enfunción del tiempo de funcionamiento del flocu-lador: 10

Lecho 11/2" - 1"·hf = 3.55 . tO.

37; con r2 0.94368

Lecho 1" - 3/4"hf = 4.896 . tO.

13; con r2 = 0.95363

Lecho 3/4" - 1/2":hf = 15.80. (1.018'); con r2 = 0.49225

En donde:hf Pérdida de carga en centímetros.t = Tiempo de funcionamiento en horas.

10

9

8

7

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3

2

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Real

Ajuste._oO 10 20 30 40

Tiempo (Horas)

GRAFICA NI! 4 Turbiedad efluente durante la carreraEnsayo NI! 1Turbiedad inicial: 26 UTDosis de coagulante: 120 mg./litro

50

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40

(]) 301:(])::s~o(5o 20

OO 20 3010 40 50

Tiempo (Horas) .

GRAFICA NI! 5. Color efluente durante la carreraEnsayo NI! 1Color inicial: 50Dosis de coagulante: 120 mg./litro

100

10

E.e<tiel:ao(])"tJ<ti"tJ

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1.0

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15e9 ~\1 -::;:.O:\4~

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------ -----~0.1

O 10 20 30 40 50 55

Tiempo (Horas)

GRAFICA NI! 6 Correlación Pérdida de carga - Tiempopara las veloci~ades proyectadas.Lecho: 1 1/2" - 1"

Ingenieria e Investigación 11

INGENIERIA CIVIL

TABLA VFloculación en lecho poroso

Fecha 03-V-84Ensayo Nº 4


Fracción G, L (mm) O (mm)a b Rata G V

tretenclon (seg)(seg/cm) (seg2/cm2) (M3/M2}día (seg-1) (cm/seg)

1" - 3/4" 2.54 30.109 16.64 8.873 X 10-2 1.556 X 10 2 419 60 0.485 90



O 176.0 171.2 171.1 171.2 171.2 171.3 171.3 171.2 171.3 171.4 171.2 170.8 171.0 18 40 6.55 1601 176.1 171.3 171.4 171.2 171.2 171.3 171.3 171.2 171.3 171.3 171.0 171.0 171.0 5.0 20 6.28 1322 176.2 171.4 171.4 171.4 171.4 171.4 171.3 171.3 171.3 171.3 171.2 170.9 171.0 5.6 40 6.65 1603 176.4 171.5 171.5 171.4 171.5 171.4 171.5 171.5 171.5 171.4 171.4 171.0 171 O 5.2 15 6.54 1444 176.5 171.6 171.6 i 71.5 171.5 171.4 171.4 171.4 171.5 171.5 171.5 170.9 171.0 3.9 15 6.26 1345 176.5 171.5 171.5 171.4 171.5 172.4 171.5 171.5 171.5 171.5 171.5 171.0 171.0 3.9 15 6.52 1406 176.8 171.6 171.6 171.5 171.5 171.4 171.5 171.5 171.5 171.4 171.2 170.8 171 O 3.6 5 6.31 12024 176.9 171.6 171.6 171.6 171.6 171.5 171.5 171.6 171.6 171.6 171.2 170.8 171.0 3.4 10 6.44 12225 177.0 171.5 171.5 171.4 171.5 171.5 171.5 171.6 171.7 171.7 171.4 170.8 171 O 3.5 10 6.51 13026 178.0 171.9 171.9 171.8 171.7 171.5 171.6 171.6 171.6 171.7 171.4 171 1 171.0 3.0 10 6.50 13027 178.4 171.6 171.6 171.6 171.6 171.7 171.8 171.7 171.6 171.7 171.5 171.0 171.0 3.8 5 6.39 12028 178.5 171.6 171.6 171.6 171.6 171.7 171.8 171.7 171.6 171.7 171.5 171.0 171.0 3.8 5 6.38 12029 178.5 171.8 171.8 171.7 171.7 171.6 171.8 171.9 171.9 171.9 171.7 171.0 171.0 2.5 10 6.37 11030 178.7 171.9 171.8 171.8 171.8 171.6 171.7 171.8 171.7 171.6 171.3 171.0 171.0 2.6 5 6.31 10048 179.3 172.0 172.0 172.0 171.9 171.8 171.8 171.9 171.8 171.7 171.5 170.9 171.0 2.5 5 6.23 12449 179.5 171.9 171.9 171.8 171.9 171.8 171.8 171.9 171.9 171.6 171.6 171.0 171.0 2.7 10 6.50 13050 179.6 172.0 172.0 172.1 172.1 172.1 172.1 172.1 172.1 171.8 171.9 171.0 171 1.8 15 6.30 12451 179.8 172.0 172.0 172.1 172.0 172.0 172.1 172.0 171.9 171.9 171.9 171.0 171.0 2.0 5 6.38 11252 180.1 172.1 172.1 172.1 172.0 172.0 172.1 172.0 . 171.9 171.9 171.9 171.0 171.0 2.5 20 6.36 15053 180.2 172.2 172.2 172.1 172.0 172.0 172.1 172.0 171.9 171.9 171.9 170.9 171 O 4.5 5 6.32 11054 180.2 172.2 172.2 172.1 172.0 1720 172.1 172.0 172.9 171.9 171.9 170.9 171.0 4.0 10 6.34 112

TABLA VIPérdida de carga en los piezómetros 2 - 7 - 12

Ensayo Nº 4 Fracción 1" - 3/4"Rata (M3/M2-día) = 419

Tiempo Pérdida de carga Cmsen

horas 2 7 12

O 4.8 4.7 5.21 4.8 4.8 5.13 4.8 4.9 5.34 4.9 5.0 5.55 5.0 5.0 5.56 5.2 5.3 6.0

24 5.3 5.4 6.125 5.5 5.5 6.226 6.1 6.4 6927 6.8 6.6 7.428 6.9 6.7 7.529 6.9 6.7 7.530 6.8 7.6 7.748 7.3 7.5 8.349 7.6 7.7 8.550 7.6 7.5 8.651 7.8 7.7 8.852 8.0 8.0 9.153 8.0 8.1 9.254 8.0 8.1 9.2

TABLA VIIRemoción de turbiedad y de color ....

Ensayo Nº 4 Fracción 1" - 3/4"Rata (MJ/M2-día) = 419


Agua cruda----

Turb. inic. Color inic. pH Alcal.- .

21 50 6.64 166.---_. ~-------

Agua tratada--fuj--jjRemoc. Remoc.Turb. Color pH _Alcal. ~ __ color

.-3.5 10 6.42 125 83.3% 80.0%

.._---- ----_ ..

Tiempo ColorRemoc. Remoc.

Turb.en eflu. Eflu.turbo Color

Horas % %

O1 5.0 20 77.27 66662 5.6 40 74.54 33.333 5.2 15 76.36 75.004 3.9 15 82.27 75.005 3.9 15 82.27 75.006 3.6 5 83.64 91.66

24 3.4 10 84.54 83.3325 3.5 10 84.09 833326 3.0 10 86.36 83.3327 3.8 5 82 73 91.6628 3.8 5 82.73 91.6629 2.5 10 8863 833330 2.6 5 88.18 91.6648 2.5 5 88.63 91 6649 2.7 10 87.73 83 3350 1.8 15 91.82 75.0051 2.0 5 90.90 91.6652 2.5 20 88.63 666653 4.5 5 79.54 91.6654 4.0 10 81.81 83.33

INGENIERIA CIVIL

10

9

8

7VlE~ 6roCl~u 5Q)"'C

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3

2

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- --1--Ajuste

o 20 5030 4010

Tiempo (Horas)

GRAFICA NI! 7 Pérdida de carga para la carrera

Ensayo NI! 4Rata: 419 (M'IM2-dia)

6

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JReal

--- --- Ajuste

5

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2

o 10 20 5030 40Tiempo (Horas)

GRAFICA NI! 8 Turbiedad efluente durante la carreraEnsayo NI! 4Turbiedad inicial: 21 UTDosis de coagulante: 120 mg./litr

50

I~

/' \J\ I 1//'

40

Q) 30eQ)::J

~ooÜ 20

10


GRAFICA NI! 9 Color efluente durante la carreraEnsayo NI! 4Color inicial: 50Dosis de coagulante: 120 mg./litro

100

10 v - 0.50 cm/seg --=

-----"'"" -

~<\ cf(\/se~9~~

~

~

V - 0.16,cm/seg

1

1.0

o.o 10 20 30 40 50 55

Tiempo (Horas)

GRAFICA NI! 10 Correlación Pérdida de carga - Tiempopara velocidades proyectadas

Lecho: 1" - 3/4"

Ingenieria e Investigación 13

INGENIERIA CIVIL

TABLA VIIIFloculación en lecho poroso

Fecha 06-VI-84Ensayo Nº 7


a b Rata G VFracción G. L (mm) O (mm) (seg/cm) (seg2/cm2

) (M3/M2)día (seq') (cm/seg) !,.tencion (seg)

3/4"-1/2" 2.58 24.32 14.776 5.044 Xl 0-3 1.14 X 10-' 514 60 0.595 186



O 188.5 172.0 172.0 172.0 172.0 172.0 172.0 171.9 171.9 i71.9 171.8 171.3 170.5 - - - -1 189.5 172.0 172.0 172.0 172.0 172.1 171.9 171.8 171.8 171.8 171.8 171.5 170.5 4.9 50 6.75 1603 190.2 172.1 172.1 172.1 172.0 172.0 172.0 171.9 171.9 171.8 171.8 171.3 170.5 5.5 25 6.56 1385 190.5 172.2 172.2 172.2 . 172.1 172 1 172.1 172.1 172.0 172.0 171.7 171.2 170.5 3.9 20 6.63 1407 - 3.5 15 6.43 12426 191.5 172.4 172.5 172.4 172.5 172.4 172.4 172.3 172.2 172.2 172.0 171.0 170.5 3.8 20 6.74 21027 3.9 15 6.36 12428 191.5 172.6 172.7 172.6 172.6 172.4 172.5 172.4 172.4 172.3 172.2 171.4 170.5 3.5 15 6.36 12029 194.5 173.0 172.9 172.8 172.6 172.5 172.5 172.4 172.1 172.0 172.0 171.3 170.5 3.8 15 6.38 12430 194.6 173.0 173.0 172.9 172.7 172.7 172.6 172.5 172.5 172.3 171.9 171.1 170.5 3.2 20 6.36 12046 196.2 173.9 173.8 173.4 173.2 173.2 173.0 173.0 172.6 172.4 172.0 171.4 170.5 3.9 15 6.66 11048 197.7 174.5 174.2 173.9 173.8 173.4 173.4 173.2 172.9 172.5 172.1 171.2 170.5 4.2 15 6.52 11650 204.2 175.0 174.8 174.4 174.0 173.8 173:7 173.4 173.0 172.7 172.5 171.3 170.5 4.0 20 6.12 12052 207.4 175.5 175.0 174.5 174.4 174.0 173.8 173.5 173.2 173.0 172.5 171.3 170.5 3.5 10 6.91 13053 208.7 175.6 175.2 174.6 174.5 174.1 173.9 173.7 173.3 173.1 172.5 171.3 170.5 3.2 10 6.70 13654 300.2 176.1 175.5 175.0 174.9 174.4 174.2 173.9 173.5 173.1 172.5 171.3 170.5 3.6 15 6.56 110

TABLA IXPérdida de carga en los piezómetros 2 - 7 - 12

Ensayo NQ7 Fracción 3/4" - 1/2"Rata (M3/MLdía) 514

Tiempo Pérdida de carga Cms.en

horas 2 7 12

O 16.5 16.5 17.21 17.5 17.6 18.03 18.1 18.2 18.95 18.3 18.4 19.3

26 19.1 19.1 20.528 18.9 19.0 20.129 21.5 22.0 23.230 21.6 22.0 23.546 22.3 23.2 24.848 23.2 24.3 26.550 29.2 30.5 32.952 31.9 33.6 36.153 33.1 34.8 37.454 124.1 126.0 128.9


TABLA XRemoción de turbiedad y de color

Ensayo NQ7 Fracción 3/4" - 1/2."Rata (M3/M2-día) 514.00

Agua cruda

Turb. inic. Color inic. pH Alcal.

16 60 6.90 190

Agua tratada

Alcal.Remoc. Remoc.

Turb. Color pH turbo color

3.9 18 6.54 132 75.6% 70.0%

Tiempo Turb. Color Remoc. Remoc.en eflu. eflu. turbo color

horas % %

O1 4.9 50 69.38 16.73 5.5 25 65.63 58.335 3.9 20 75.63 66.677 3.5 15 78.13 75.00

26 3.8 20 75.63 66.6727 3.9 15 75.63 75.0028 3.5 15 78.12 75.0029 3.8 15 76.25 75.0030 3.2 20 80.0 66.6746 3.9 15 75.62 75.0048 4.2 15 73.75 75.0050 4.0 20 75.00 66.6752 3.5 10 78.12 83.3353 3.2 10 80.00 83.3354 3.6 15 77.5 75.00

INGENIERIA CIVIL

40

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35

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20


GRAFICA NI! 11 Pérdida de carga para la carreraEnsayo NII 7Rata: 514 (M3/M2 - día)

OL- ~ J_ L_ _L J_~

O 10 20 30 5040Tiempo (Horas)

GRAFICA NI! 12 Turbiedad efluente durante la carreraEnsayo NI! 7Turbiedad Inicial: 16 UTDosís de coagulante: 120 mg./lltro

50

10

Real

----- Ajuste

'\--¡-...-_\_; ~ ~ 0 ~j- -- ti

40

Ql 30eQl::l

1ii(5(5o 20

55 o 10 20 30 40 50Tiempo (Horas)

GRAFICA NII 13 Color efluente durante la carreraEnsayo NI! 7Color inicial: 60Dosis de coagulante: 120 mg./lltro

100

V :::::0.60cm/seg -r-

-~ 0.42 cm/seg --..... 2.0C~ ~~.~

I

1

10

1.0

o.O 20 30 40 50 5510

Tiempo (Horas)GRAFICA NII 14Correlación Pérdida de carga - Tiempopara velocidades proyectadasLecho: 3/4" - 1/2"


INGENIERIA CIVIL

TABLA XIRemoción

deturbiedad - Color

Ensayo Fracción Rata % UT %C

1 377 83.2 70.02 1 1/2" - 1" 255 84.9 70.03 117 75.7 66.6

4 419 83.3 80.05 1" - 3/4" 292 82.2 50.06 100 83.2 67.3

7 51'4 75.6 70.08 3/4" - 1/2" 366 38.5 67.19 192 82.1 68.7

TABLA XIITiempo de retención medido

Vs.Tiempo de retención calculado

Ensayo Fracción Rata tr medo tr cale.

1 377 120 1502 11/2" - 1 255 240 2223 117 600 482

4 419 90 138.55 1" - 3/4" 292 180 198.86 100 570 417

7 514 186 117.58 3/4" - 1/2" 366 205 165.39 192 355 315

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