VI. DISE O Y C LCULOS: 4.1 CAPTACIÓN :
El diseño hidráulico y dimensionamiento de la captación dependerán dependerán de la topografía de textura del suelo y de la clase cl ase del manantial Caudal Máximo Diario Qmáx d = 45.53 Qmáx d = 0.04553
L/seg m 3/seg
Luego para manantial lateral y ascendente, tenemos: - Mananti Manantial al Lateral Lateral:: Qmax.d = Qmax.d aforo =
0.90 L/seg 0.99 L/seg
Máximo 1 L/seg 10% mas del Qmax.d
- Manantial Manantial Asc Ascendent endente e o de fondo: fondo: Qmax.d = 4.90 L/seg Qmax.d aforo = 5.39 L/seg Considerando:
Máximo 5 L/seg 10% mas del Qmax.d
Manantial Lateral Ascendente Total
Número 18 6 24
Q (L/seg) 0.90 4.90
Total (L/seg) 16.20 29.40 45.60
NOTA: 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 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 diámetro de los orificios de entrada a la cámara húmeda sea suficiente para captar este caudal a) Caudal de Diseño. Qmax.d = max.d aforo =
0.90 0.99
L/seg L/seg
b) Diseño del Material Filtrante.
Zona Permeable:
Teniendo en cuenta las condiciones de Bertran d15 filtro d85 fi f iltro
Donde: d15 : d85 :
<4
ó
d15 filtro d85 filtro
Diámetro de la abertura del tamiz que pasa el 15% Diámetro de la abertura del tamiz que pasa el 85%
>5
El calculo de los diámetros de los estratos del suelo se supone supone que a través través de un análisis granulométrico, se ha encontrado, encontrado, para nuestro caso nos asumimos: d15 suelo: 0.002 mm d85 suelo: 0.345 mm
1. Cálcu lo de los diám etro s de estr atos d e filtro s:
FILTRO I:
d15 Filtro I = d85 Suelo
3.70 < 4
d15 Filtro I = d15 Filtro I =
Luego :
Por lo tanto el Filtro I ----- se utiliza:
3.7 x 1.277
d85 Suelo mm
Arena Gruesa Gruesa
( 1mm - 2mm)
FILTRO II:
d15 Filtro II = d15 Filtro I
7.00
>5
d15 Filtro II = d15 Filtro II =
Luego :
Por lo tanto el Filtro II ---- se utiliza :
7 x 8.936
d15 Filtro I mm
Grava Media
( 5mm - 30mm)
FILTRO III:
d15 Filtro III = d15 Filtro II Luego :
6.00
d15 Filtro III = d15 Filtro III =
Por lo tanto el Filtro III --- se utiliza:
>5
6 x 53.613
d15 Filtro II mm
Grava Gruesa
( 30mm - 70mm)
2. Cálcu lo del Coeficien te de Perm eabilid ad:
Asumimos:
Arena Gruesa Gruesa Grava Media Grava Gruesa
K1 = K2 = K3 =
0.5 cm/seg 10.0 cm/seg 100.0 cm/seg
Por razones de construcción consideramos los si guientes espesores de estrato: b 1 = Arena Gruesa Gruesa 0.30 m b 2 = Grava Media 0.40 m b 3 = Grava Gruesa 0.50 m
El calculo de los diámetros de los estratos del suelo se supone supone que a través través de un análisis granulométrico, se ha encontrado, encontrado, para nuestro caso nos asumimos: d15 suelo: 0.002 mm d85 suelo: 0.345 mm
1. Cálcu lo de los diám etro s de estr atos d e filtro s:
FILTRO I:
d15 Filtro I = d85 Suelo
3.70 < 4
d15 Filtro I = d15 Filtro I =
Luego :
Por lo tanto el Filtro I ----- se utiliza:
3.7 x 1.277
d85 Suelo mm
Arena Gruesa Gruesa
( 1mm - 2mm)
FILTRO II:
d15 Filtro II = d15 Filtro I
7.00
>5
d15 Filtro II = d15 Filtro II =
Luego :
Por lo tanto el Filtro II ---- se utiliza :
7 x 8.936
d15 Filtro I mm
Grava Media
( 5mm - 30mm)
FILTRO III:
d15 Filtro III = d15 Filtro II Luego :
6.00
d15 Filtro III = d15 Filtro III =
Por lo tanto el Filtro III --- se utiliza:
>5
6 x 53.613
d15 Filtro II mm
Grava Gruesa
( 30mm - 70mm)
2. Cálcu lo del Coeficien te de Perm eabilid ad:
Asumimos:
Arena Gruesa Gruesa Grava Media Grava Gruesa
K1 = K2 = K3 =
0.5 cm/seg 10.0 cm/seg 100.0 cm/seg
Por razones de construcción consideramos los si guientes espesores de estrato: b 1 = Arena Gruesa Gruesa 0.30 m b 2 = Grava Media 0.40 m b 3 = Grava Gruesa 0.50 m
Longitud total del estrato (L) : L = b 1 + b 2 + b 3 L = 1.20 m Asumimos como gradiente hidráulico igual a la pendiente del terreno, sabiendo que es igual: i % = 15%
Como la direccion del fl ujo es perpendicular a los estratos, utiliza la siguiente fórmula: seg/cm Donde : Kv : Permeabilidad Permeabilidad total total y perpendicu perpendicular lar al estrato. estrato. K c : Permeabilidad Permeabilidad de cada cada estrat estrato. o. b c : Ancho Ancho de cada cada estrat estrato. o. L : Longitu Longitud d tota totall de los estrat estratos. os. Reemplazando: 1 / Kv = 1/120 x (30/0.5 (30/0.5 + 40/10 + 50/100) 1 / Kv = 0.5375 seg/cm → Kv = 1.860 cm/seg ó Kv = 0.0186 m/seg
ARREGLAR IMÁGENES IMÁGENES
d1= d2= d3= d4=
K1 = K2 = K3 =
3 2.5 2 1.5
0.5 10.0 100.0
cm/seg cm/seg cm/seg
0.80 m 3. Chequeo de cada estrato estrato :
Para observar si se presenta el fenómeno de TUBIFICACION del material filtrante es decir: i > 30% Estrato I: A 1 =
Hallamos una sección promedio 3.00 2
2.50
0.80
2.200 m²
Según DARCY : K1 = Q aforo = I=
Donde :
→
Estrato II: A 1 =
0.50 0.990 0.0900
cm/seg L/seg < 0.3
= 0.005 m/seg = 0.00099 m3/seg (si cumple)
Hallamos una sección promedio 2.50 2
2.00
0.80
1.800 m²
Según DARCY :
Donde :
→
K2 = Q aforo = I= Estrato III: A 1 =
10.00 0.990 0.0055
cm/seg L/seg < 0.3
= 0.100 m/seg = 0.00099 m3/seg (si cumple)
Hallamos una sección promedio 2.00
1.50
0.80
1.400 m²
2 Según DARCY :
K3 = Q aforo = I=
Donde :
→
100.00 0.990 0.0007
cm/seg L/seg < 0.3
= 1.000 m/seg = 0.00099 m3/seg (si cumple)
Chequeo para toda la Estratificación:
A p =
3.00 2
1.50
0.80
1.800 m²
Según DARCY :
Donde :
→
Kv = Q aforo = I=
1.86 0.990 0.0296
cm/seg L/seg < 0.3
= 0.0186 m/seg = 0.00099 m3/seg (si cumple)
Se observa que no existe TUBIFICACION en ningún estrato 4. Cálcu lo del c audal cap az de atravesar po r la estratif icación:
Qf = Qf =
0.0186 x 1.8 0.005023 m seg
x 0.15 = 5.02
L/seg
Los espesores de los estratos del filtro, son suficientes para filtrar el caudal máximo aforado. Qa = 0.990 < Qf = 5.02 5. Cálculo de la carga s ob re el orificio de ing reso:
Se recomienda que: H = h1 + hf
≤ 40 cm
Pero: Donde: H: h1 : hf : V: g: Asumimos : Entonces :
Carga Carga sobre sobre el orif orificio icio Carga para producir la velocidad de pasaje Perdida de carga disponible Velocidad Velocidad de pasaje en los orificios orificios (0.50 - 0.60 m/seg m/seg como máximo) máximo) 2 gravedad 9.81 m/seg
V= h1 = hf = hf =
0.55 0.023 30% 0.36
m/seg (Promedio) m del espesor del filtro m
Luego :
H=
0.0230
+ 0.36
= 0.38
m < 0.40 m
6. Cálc ul o d el área y número de o rif ici os :
Usaremos la formula de orificios para paredes delgadas:
Donde : Q R max : C d : V : A :
Caudal máximo aforado 0.00099 Coeficiente de Descarga ( 0.60 - 0.82):
m /seg
Veloc Velocida idad d de pasa pasaje je ( 0.50 - 0.60 ) : Área del orificio.
m/seg
Asumimos: 0.73 Asumimos: 0.56
De la fórmula: A =
0.002422
Consideramos orificios de diámetro de 1'' es decir diámetro menor al diámetro del material del Filtro III: d filtro III = 1 '' = 2.54 cm
Luego: a=
0.00051
m2
Luego :
:.
n = 4.7 4.78 5 n=
orificios de 1''
7. Cálculo del vo lum en d e almacenam iento:
Donde :
Volumen n de almacen almacenam amient iento o (m ) V a : Volume Caudal máxim máximo o diario diario ( m /seg) /seg) Q máx d : Caudal T r : Tiempo de retención (seg)
onsiderando:
T r = Qmáx d = Va = Va =
4.00 0.00090 0.216 216
minutos = m/seg m Lts
240.00 seg
Luego optamos por las siguientes medidas para la caja de captación: H = 0.50 m Va < H*a*b a = 0.70 m 0.216 < 0.245 b = 0.70 m
(Cumple)
(cumple)
8. Cálc ul o d el di ám etr o d e sali da d e la tub ería de c on du cc ión:
Será tratada como orificio y se calculará en:
Donde: Q máx d : C d : A cnd : g: H:
Caudal máximo diario Coeficiente de Descarga rea del conducto ( m )
0.00090 (0.60 - 0.83)
gravedad 9.81 Carga sobre la tubería
m/seg2
m seg Asumimos: 0.72
H = 0.44 m
Luego reemplazamos: A cnd =
0.000428
m
0.0233 0.92''
D= D=
m =
1''
9. Cálc ul o d e la tu ber ía d e des agüe o lim pi eza:
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:
Donde :
Q s : au a e sa a m seg Va : Volumen almacenado ( m 3 ) t: tiempo de salida ( seg ) Q aforado : Caudal aforado ( m /seg )
Entonces: Qs=
t = 120 seg
0.00279 m seg
Para calcular el diámetro de la tubería de desagüe lo analizaremos como orificio de pared gruesa (boquilla) donde el caudal viene expresado por:
Donde: C : Coeficiente de gasto g : gravedad 9.81 m/seg2 H : Carga sobre la tubería
Entonces :
A =
0.00109
m2
C = 0.82
0.0372 1.46''
D= D=
m =
2''
10. D is eñ o de la t u b ería d e Re b os e:
Caudal a evacuar:
Q aforado = Q máx d =
0.000990 0.000900
m seg m /seg
QE =
0.000090
m /seg
además de servir de sección circular que debe evacuar el total captado: Suponiendo: V = 3.00 m/seg Usando la ecuación de compatibilidad.
D= D=
0.0251 m 0.99''
=
0.990
L/seg
1''
11. Cálc ul o de la t ub ería d e Ven tilac ión:
Se hará uso de un tubo de PVC de D = 2 '' , sobresaliendo 50 cm y en cuyo extremo se colocara un sombrero de ventilación.
Q máx d = Q máx aforado = Presión de salida del agua =
4.90 5.39 0.35
L/seg L/seg mca
= =
0.00490 0.00539
m3/seg m3/seg
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 0.10m, en el cual se ubicará el vertedero rectangular. 1. Cálculo del vo lum en d e almacenam iento:
Donde :
3 V A : Volumen de almacenamiento (m ) 3 Q máx d : Caudal máximo diario ( m /seg) T r : Tiempo de retención (seg)
onsiderando: T r = V A =
3.00 0.882 m³
minutos =
180.00 seg
2. Dimen sio nes de la Prim era Cám ara:
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: H= a= b=
0.20 m 1.70 m 1.80 m
Presión agua que emerge > Presión del agua almacenada Presión agua que emerge = 0.4 mca = 350 kg/m² ión del agua almacenada = Peso del agua almacenada Área de agua almacenada Peso del agua almacenada = Densidad-agua * VA Peso del agua almacenada = 882.00 Kg Área del agua almacenada = axb= 3.06 m² Presión del agua almacenada = 288.24 Kg/m2
< 350
OK
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 m H = 0.80 m a = 1.70 m b = 1.80 m 3. Dimens ion es de la Segu nd a Cám ara:
V A =
0.882 m³
H = 0.60 m a = 1.00 m b = 1.60 m 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 m H = 1.40 m a = 1.00 m b = 1.60 m
4. Cálc ul o d el di ám etr o d e sali da d e la tub ería de c on du cc ión:
Será tratada como orificio y se calculará con la siguiente expresión: Donde:
m 3 /seg : Caudal máximo diario : 0.0049 C d : Coeficiente de Descarga ( 0.60 - 0.82) Asumimos: 0.78 2 A cnd : Área del conducto ( m ) g : gravedad 9.81 m/seg 2 H : Carga sobre la tubería 0.50 m
Q
máx d
De la fórmula: A cnd =
0.002006
m2
0.0505 1.99 ''
m
Luego : D = D =
= 2 ''
5. Cálc ul o d e la tu ber ía de d esag üe o de li m pi eza:
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: Q s = Donde : Q s : Va : t : Q af :
Va t
+ Q aforo
Caudal de salida ( m 3 /seg ) Volumen almacenado ( m 3 ) tiempo de salida ( seg ) Caudal aforado ( m 3 /seg )
= 0.882 m 3 = 3 min = 180 seg 3 = 0.0054 m /seg
Q s =
0.882 + 0.0054 = 0.0103 m 3/seg 180 Para calcular el diámetro de la tubería de desagüe lo realizaremos como orificio de pared gruesa (boquilla), donde el caudal viene expresado por: Donde : C : Coeficiente de gasto = g : gravedad H : Carga sobre la tubería
Entonces :
A =
0.0037
D = D =
0.0682 m 2.69 ''
m2
Luego : = 3 ''
0.82 9.81 0.60
m/seg 2 m
6. Cálc ul o de la t ub ería d e Reb os e:
Caudal a evacuar: Q Aforo : Caudal máximo aforado Q máx d : Caudal máximo diario
QE =
0.490
= 5.39 L/seg = 4.90 L/seg
L/seg
= 0.0005
m3/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: 5.39 m 3/seg Suponiendo una velocidad de evacuación : V = 2.00 m/seg Por Continuidad :
Q=VxA= D = D =
V x л D2 4
0.0586 m 2.31 ''
,
= 2.5 ''
7. Cálc ul o de la tu ber ía d e Ven tila ción :
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. Q máx d =
45.53
L/seg
=
0.04553
m3/seg
1. Cálculo del vo lum en d e almacenam iento:
Donde :
3 V A : Volumen de almacenamiento (m ) 3 Q máx d : Caudal máximo diario ( m /seg) T r : Tiempo de retención (seg)
Considerando: T r :
2.00
V A = V A =
0.04553 5.464
Optamos por las siguientes medidas : H=
1.60
minutos = 120.00 m
3
120 seg
( 1' - 3')
a= b=
2.10 2.10
Luego las dimensiones finales de la Cámara de Reunión, considerando un borde libre para efectos de aireación y construcción, serán: Borde libre : 0.60 m H = 2.20 m a = 2.10 m b = 2.10 m 2. Cálc ul o d el di ám etr o d e sali da d e la tub ería de c on du cc ión:
Será tratada como orificio y se calculará en: Donde: Q
: Caudal máximo diario : 0.04553 C d : Coeficiente de Descarga ( 0.60 - 0.82) 2 A cond : Área del conducto ( m ) g : gravedad 9.81 m/seg 2 H : Carga sobre la tubería 1.50 máx d
De la fórmula: A cond =
0.010760
D = D =
0.1170 m 4.61 ''
m 3 /seg Asumimos: 0.78
m2
Luego : = 6 ''
3. Cálc ul o d e la A ltu ra q ue ev ite la en tra da d e aíre:
Primer Criterio:
h
PE = PS
Condición para que no entre el aíre : VE = hf = hL =
Luego:
ZC - ZS = VS = Q/A = h=
0 0 0.5
m/seg m VS2/2g
1.5 2.496 0.48
VS2/2g m/seg m
0.543
V D1/2
= h < 1.50
m
Segundo Criterio:
h=
(Para salidas puntual)
h=
0.724
V D1/2
(Para salida lateral del flujo)
El valor obtenido por "h" debe satisfacer la ecuación de POLIKOVK para evitar la formación de remolinos. h > 0.50 D V 0.55 ……………… (1) g D1/2 Donde: D : Diámetro de la tubería = 6 '' 0.1524 V : Velocidad de la tubería = Q/A = 2.496 h : Carga de agua necesaria para evitar cavitación
m m/seg
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. Cálc ul o d e la tu ber ía de d esag üe o de li m pi eza:
Q s =
Va t
x 1.5
Donde : 3 Q s : Caudal de salida ( m /seg ) Va : Volumen almacenado ( m 3 ) t : tiempo de salida ( seg ) Q s =
5.464 120
= 5.464 m³ = 2 min = x 1.5
= 0.06830
120 seg m3/seg
el diámetro de la tubería Donde : C : Coeficiente de gasto = g : gravedad H : Carga sobre la tubería
Entonces :
A =
0.0149 m²
D = D =
0.1376 m 5.42 ''
Luego : = 6 ''
5. Cálc ul o de la t ub ería d e Reb os e:
Q máx d = 45.53 L/seg Suponiendo una velocidad de evacuación : V= 2.00 m/seg Por Continuidad : Q=VxA= V x л D2
0.82 9.81 1.60
m/seg 2 m
4 D = D =
0.1703 m 6.70 ''
= 8 ''
6. Cálc ul o de la tu ber ía d e Ven tila ción :
Se hará uso de un tubo de PVC de D = 2 '' , sobresaliendo 50 cm y en cuyo extremo se colocara un sombrero de ventilación.
la zona, de la
odo que el gasto
4.2 PRETRATAMIENTO: Para el presente trabajo se considerará el diseño como si l a captación fuese de un Río, para hacer posible el diseño de las Estructuras Hidráulicas en el Pretratamien Datos de diseño:
El Docente asignó los datos de tamaño de partícula y temperatura de agua. Qmáx d = ø=
Datos de diseño: Tamaño particula a Viscosidad Cinemática : Temperatura del agua: Densidad Relativa : Gravedad :
ν =
T° = S= g=
0.0455 0.0085 0.008333333 28 2.65 9.81
DISE O DEL DESARENADOR: DIMENSIONAMIENTO DE LA UNIDAD: Cálculo de la velocidad de Sedimentacón (Vs): Aplicando la Fórmula de Stockes :
ø < 0.01 cm
Calculo de la velocidade de sedimentacion.
Vs =
0.780
Calculo del numero de Reynolds
Re =
0.7952
Regimen de transicion
Calculo de la velocidad de sedimentacion real.
1º Iteracion. Cd= Vs=
33.884 0.736
Re= Cd= Vs=
0.751 33.884 0.736
Re=
0.751
2º iteracion
3º iteracion
Cd= Vs=
33.884 0.736
NOTA: Calculada la velolcidad de Sedimentación, se determinara la zona de sedimentacion velocidad la cual constituirá la velocidad maxima teorica que podria permitirse a la velocida VELOCIDAD DE ARRASTRE (Vd)
Vd=
14.84 cm/sg
VELOCIDAD HORIZONTAL (Vh)
Fac. Seg. Vh=
0.4 5.94 cm/seg
Sección Transversal de la Unidad (At) :
At =
0.77 m²
Profundidad (H) y el ancho (B) de la zona de sedimentación : B= H=
2H At/B
H= B=
0.60 m 1.20 m
As =
6.19 m²
Cálculo de la área superficial (As):
Longitud de la Zona de Sedimentación : L= As/ B = Se recomienda
5.16 m 5<
Lf/M
Lf=
8.6m
Lf= 1.66*L Luego las dimensiones finales de la Zona de Sedimentación serán: Lf=1.25 * L Lf= 10.700m Lf= 10.70m Dimensiones del canal By-Pass para una tubería de Ø 2'' A = Q/V Asumiendo: V= 1m/seg Q= 0.04553m3/seg A= 0.04553m2 Hacemos: b = 2h Y definimos las dimensiones del canal h=√(A/2) h= 0.151m h= 0.16m b= 0.32m b= 0.32m
Dimensiones de la transición
θ= 12.5º B= 1.20m b= 0.32m L1= 1.98m
12.5º Carga de agua sobre el vertedero de salida
Q= 0.0455m3/seg B= 1.20m H2= 0.08m Velocidad de paso por el vertedero de salida V = n * (H2)^(1/2) n= 1.9 H2= 0.08m V= Cumple las condiciones
0.5m/seg <1m/seg
Longitud total sin incluir muros LT = L1 + L + 0.20 L1= 1.98m L= 10.70m LT= 12.88m Caida del fondo en la zona de sedimentación h1 = 0.05*(L - 0.30) Donde: L= 10.7m h1= 0.52m Profundidad en el extremo de la zona de sedimentación
H1 = H + h1 H= 0.60m h1= 0.52m H1= 1.12m H1= 1.20m ° Diseño de la zona de lodos Se sabe que: Vs = ( Q×Ts×C)/S Donde: Q : Qmáxd = 0.045530 m³/seg Ts : Tiempo que se require para limpiar la estructura Ts (LIMPIEZA SEMANAL) : C : Caudal de sólidos (Asumido) S : Peso espeífico de las arenas Vs = 0.045530 m³/seg 2650.00 Kg/m³ Vs =
0.1559
604800 seg m3 a la semana
Para una limpieza mensual tenemos que el volumen de sólidos es: Vs= 4×0.1559
=
0.624 m³
→
Vs = L.B.P'
P' = Vs/( L.B ) P' =
0.624 m³ 10.70 m
P' =
0.05 m
Altura total de desarendador (HT) HT = P + P'
= 0.41 m HT = 0.46 m
Cálculo de la pendiente S 1 S1 = (P - y)/L1 S1 = 0.13 S1 = 13% Cálculo de la pendiente S 2 S2 = P'/L
0.05 m
S2 = 0.01 S2 = 0.94% ° Diámetro del orificio de evacuación de partículas sedimentarias Se hallará mediante la siguiente fórmula
Donde: QFLUJO =
0.0455 m³/seg
Va DESARENADOR = B.H.Lf Va DESARENADOR = Va DESARENADOR =
30 minutos →
TLAVADO = QDESCARGA =
1.20 m 5.341 m³
0.045530 m³/seg
QDESCARGA =
0.048497 m³/seg
Ahora aplicando la fórmula para descarga a través de un orificio:
Donde: T = H : Carga sobre el orificio A=Q : Caudal de descarga c : Coeficiente de descarga a : Área del orificio Entonces:
0.46 m 0.048497 m³/seg
=
2 √(0.46 m) 0.589a√(2x
→
a = 0.055 m² 0.055 m² D = 0.264 m
a = π (12 x 0.0254 m)² 4
→ →
Por lo tanto las dimensiones de la compuerta de fondo será: ° Diseño de la Compuerta de limpia Nos asumimos a = 0.15 m y b = 0.20 m Caudal máximo de salida, se calculará como un orificio: Qs = Cd.a.b.(2gH) 1/2 Cd = 0.6 Qs =
H = 0.46 m
0.053982032
m³/seg
Cálculo del canal de limpia con máxima eficiencia hidráulica: b = 2y Donde: A = 2b×b = 2b2 P =2b + 2b = 4b R = (2b2/4b) = b/2
Area hidraulica Perímetro mojado Radio hidráulico
Remplazando en Mannig: Donde: S = 2.00 %o n = 0.016
0.002 (Para canales revestidos de concreto)
0.053982 m³/seg =
(b/2)2/3 *
2b² 0.016
Luego despejando b, tenemos: b= y = 0.13 m
≈
0.2087
Chequeo de velocidades V = Q/A
Entonces:
0.053982 m³/seg 0.13 m * 0.25 m
V = 1.727 m/seg 0.60 ≤ 1.727
≤ 5.00
to.
m3/sg cm (Dato proporcionado por el docente) cm²/seg (°C) (Arena) m/seg2
a base de la horizontal.
< 16
OK
H= H2 =
At/2H At/2 =
Donde: As = L x B At = H x B
0.383
<20
n: 1.8 - 2.0
7 Días 0.015 2650
604800 seg Kg/m2 Kg/m3 0.015 kg/m²
1.20 m
0.52 m
8.56 m 1800 seg
5.341 m³ 1800 seg
0.589
9.81 m/seg²)
D = 10.41'' D = 12'' = 0.0730 m²
a = 0.28 m b = 0.28 m
0.20 m 0.15 m
= 0.0020^1/2
0.25 m
m/seg
OK
= 0.30 m = 0.30 m
4.3 PLANTA DE TRATAMIENTO: : ne presente traba o se POTABILIZACION DEL AGUA: Para el tratamiento físico químico, se recomienda siguientes procesos: - Floculación - Decantación. - Filtración - Desinfección. 4.3.1 FLOCULACI N CANALETA PARSHALL: MEZCLA RAPIDA: Se considerará como una unidad de mezcla. Sección convergente
Garganta
Ha D
2/3A
P
W
A
PLANTA
M
B
F
E
PERFIL 1. Ancho del canal de entrada : 2. Anc ho d e garganta :
Asumimos :
1/3 D 1/3
0.40 0.133
W=
0.20 m
3. Dimensio nes estánd ar del aforado r Parsh all:
Mediante la siguiente Tabla se tiene: W A B C D E F G H N P R Para W = W= A = B= C=
6" 62.07 60.96 39.37 39.69 60.96 30.48 60.96 30.49 11.43 90.17 40.64
9
tenemos:
20.10 cm 87.95 cm 86.36 cm 36.10 cm
D= E= F= G=
4. Cálculo d e un Resalto Hidráulico c om o un ida
* Características del canal: a) Capacidad : Q = b) Geometría : hallamos las dimensiones "h ho = K x Qn W Pulg 3 6 9 12 24 Luego para :
m 0.075 0.150 0.229 0.305 0.610 W = 9 '' ho = ho =
1.486 0.210 m
~ Características Hidráulicas:
a) Condiciones hidráulicas antes del resalto: - Altura del agua en la sección 1 : h1
Por Manning : Q = [A1 * R2/3 * S1/2 ]/n
Donde: A1 = W x h 1 = 0.20 R = A1 / P1 = ( 0.201 h1) / ( 2h1 + 0. n = 0.016 Reemplazando valores: h1 (m) 0.03 0.04 0.05 Interpolando para hallar " h 1" Q max d = * Velocidad en la sección ( 1 ): Q=
0.04553
A1 =
W x h1 =
m3/seg 0.0111 m²
* Comprobación del tipo de resalto ( con el Nº Fr Fr = V1/ (g x h1)1/2 Por lo tanto es un "salto estable" por b ) Condiciones hidráulicas después del resa - Altura después del resalto: "h 2" h2 = - (h1/2) + ( (2 x V 12 h1)/g + h12/4)1 - Velocidad en la sección ( 2 ): A2 = D x h 2 =
0.164 m²
- Extensión del resalto : "L" L= - Pérdida de Carga en el resalto: " h p " hp = ( h2 - h1 )³ / ( 4 x h 1 x h2 )
5. Cond icion es de Mezcla:
- Tiempo de Mezcla: "TM"
6. Gradiente de Velocidad (G) :
Donde : Potencia disponible p
μ = 0.000000833 m²/s μ= 8.33E-05 W = Peso específico del a G=
1000 8.333E-05
G=
2470.47
Por lo tanto las dimensiones de la Canaleta Parshal que cumplen con todas las condiciones. AFORADOR PARSHALL: En el paso se colocará verticalmente una regleta c obtendrá "ho", para luego de la tabla 2 para w = 6" ho = 1.842 x Q 0.636 Entonces confeccionamos la tabla Nº 1 TABLA Nº 1 ( REGLETA PARA AFOROS EN CAN
DOSIFICADOR:
CARGA (cm)
Q (L/s)
1 5 10 15 20 22 24 26 28 30
0.30 0.80 1.50 19.40 30.50 35.40 40.60 46.00 51.70 57.60
1) Empleando una dosificación máxima de 75 p.p. sulfato de aluminio en 24 horas es: C= x Dosificación/10^6 C= 45.53 x 75 x 10^6 2) Con la cantidad diaria máxima ha aplicar, se hac solución concentrada al 10% la cantidad de litros q=
295.0344 0.10
= 2950.344
3) El equipo dosificador, será de orificio fijo, con flot capacaidad de: q= 2950.344 = 122.931 24 4) Por lo tanto el tanque, de Entrada
Tanque 1
desagüe
solución
válvula de interconexión desagüe Tanque 2
4.3.2 FLOCULADOR HORIZONTAL ( Dato asignado por el docente) MEZCLA LENTA:
El floculador horizontal de tabiques móviles, se
Zona I:
to = V = L I =
8.00 0.20 8.00
to = V = L II =
10.00 0.15 10.00
Zona II:
Longitudes de los Canales:
1. Sección del Canal:
Zona I:
A I =
Q VI
=
A II =
Q VII
=
Zona II:
2. Cálcu lo de lo s Esp aciam iento s:
Tabiques planos de asbesto-cemento: Borde Libre: 0.15 m Profundidad de Canal: 1.00 m Por lo que los espaciamientos serán aI = 0.228 1.00 aII =
0.304 1.00
3. Espaciam iento entre la pun ta del tabiqu e y la
bI = bI = bI =
1.5 aI 1.5 0.35 m
0.23
4. Anc ho del Tabique:
II = 2.5 + bI III = 2.5 + bII
II = III =
5. Número de Tabiqu es:
Primer tramo: NI =
L I II
Segundo tramo: NII = L II I II
=
=
6. Long itud de Floculador en cada Tramo:
LF I = NI x aI
34
LF II = NII x aII
31
Las dimensiones del floculador incluyendo el espes 7.82 m 2.85 m 17.12 m 6. Pé rd id as d e Ca rg a:
Por cambio de dirección (h1). por fricción en tramos rectos (h2). η = Asbesto - Cemento Cº = 0.000004 0.00000225 0.1021 (r1)^(4/3)
=
0.0477 0.1320
(r2 )^(4/3) = g= g=
0.0672 9.8 980
S=
0.375
V cm/seg 1er Tramó 20 2do tramo 15
cm. 0.204 0.115
7. Cálcu lo d e la poten cia dis ipad a en la zona:
P = δ x h f
to P = Potencia disipada. hf = Pérdida de carga. -
hf1 = hf1 = hf2 = hf2 =
Primer tramo: P I =
1000 8
P II =
1000 10
Segundo tramo:
Por lo tanto el gradiente de velocidad en cada zona G=
P u
G I =
0.495 8.33E-05
G II =
0.236 8.33E-05
Primer tramo:
Segundo tramo:
Como 10 seg-1 < 30 seg-1 <
G1 G2
4.3.3 DECANTACION DISEÑO DEL DECANTADOR: Consideraciones para el diseño:
Qmáx d = Profundidad del tanque : h1 = Espaciamiento entre placas : e = Longitud de placas : l= Longitud relativa : L= Carga superficial : q= Ángulo de inclinación : θ= Constante crítica de un Sedimentador (Sc) : Sc = Zona de entrada
Zona de lodos 1. Zona de Sedim entación :
a= L= A =
a 4a 4a2
m m m
Si :
Vo = 130 x (0.91 + 12 x 0.4 Vo = 0.0080 Vo = 0.80
Re =
#N/A
2. Tiempo de retención :
T = 75.00 seg T = 1.25 min 3. Cálcu lo del área d e sed im ent os :
A = Q / vo A = 5.69 m²
Como se tiene dos unidades, el area es: At = 2 x A At = 11.38 m² 4. Dimensiones d e cada unidad:
Área = L=
4a2 4a
5. Número total de p lacas:
N=
93.0
6. Zona d e entrada:
Estará compuesto por un tabique difusor con la Profundidad = 3.00 m Ancho = 1.20 m Caudal = 0.04553 h f =
Entonces :
1.1
Entonces hallamos : h 4
3.30 4
0.83 m
h 5
3.30 5
0.66 m
h 6
3.30 6
0.55 m
Si no hay remoción mecánica de lodos, los orificios encima del fondo. Por lo tanto : Orificios más bajos (h1) tomemos :
Los orificios más altos deberán estar entre h/5 o h/6 Orificios más altos (h5) tomemos : Separación vertical = Separación horizontal = 0.60
3.30
2
0.70 3.3 1.60
7. Cálcu lo del área d e cad a or ific io :
Optando por φ = Optando por φ =
5.08 cm 2 ''
ao =
0.00203
8. Cálcu lo d el núm ero to tal de o rific ios :
n = Ao / ao Ao = Q / Vo Vo = 0.15 m/s Ao = 0.30 m²
n=
150
9. Cálcu lo d e la cort ina de o rific ios :
B = 6D + 1.5n H D B= 1.20 m D= 2.00 nH = 12 n = n H * n v nv = 13 H = 3D + 13x1.5D H= 1.14 m 10. Zona d e salida:
Está compuesta por un vertedor de pared delga
deflector de viento.
0.3 0.3 h
P
11. Vertedor de salida:
Q = 1.84 L h 0 3/2 ho = 0.07520
12. Dis eñ o del can al d e sal id a:
Se diseñará para máxima eficiencia B = 2h v ≤ 0.20 m/s v = 0.20 m/s Q= VxA A = B x h A = 2h² entonces
h = 0.34 m B = 0.67 m 13. Zona de lod os:
3.00 4.70 0.60 1.10 1.10 1.10
14. Volumen d e lodos:
VL = 15. Volum en total a evacuar:
3.97 m³
Vt = 3.972 + 3x(4.8 + 1.10 Vt = 29.89 m³ 16. Válvu la de lim pieza del d ecan tado r:
Tiempo de vaciado: T = 2.0 horas = H = 1.10 + 0.48 + 3 H= 4.34 m
Qdesc= 29.89 / 7200 + 0.0455 Qdesc= 0.050
Cd = 0.82 A = D= D= D=
0.007 m² 0.09 m 9.14 cm 3.60 "
D= 4" 4.3.4 FILTRACIÓN - Como la velocidad de filtración es: - Velocidad de Filtración: - eg n cuadro . Caudal : . Caudal :
Q= Q=
0.04553 3933.79
1. Carga por metro c uadrado:
q= 1.7 L/s q = 1.7 x 24 x3600/1000 q= 146.88 2. Carga su perficial:
q= 3. Área su perficial:
146.88
A = Q / q A = 26.78 m²
Se considera 2 unidades como minimo.
Número de filtros : 4 Área de cada filtro = 6.70 m² Dimensiones de cada filtro Ancho = 3.00 m Largo = 2.20 m 4. Característic as d e los m ateriales d el lecho filt
Arena Coefic. de uniformidad: Díametro efectivo: Peso especifico: Profundidad: Grava Profundidad: Peso especifico: 5. Cálc u lo de h :
h = Q x t /A t= 120 seg h = 0.82 m 6. Expans ión del lecho filtrante:
Arena = 0.30 Altura de expansión total: he = 6.0 cm Altura de agua por carga en el filtro: Hcf = (0.15 + 0.10 + 0.4 + 2 Hcf = 1.73 m 7. Dimension amiento del cisterna:
Vc = Q * t Vc = 0.04553 x 4 x 60 Vc = 10.9 m3 Vc = A x H A = B x L L = 1.2 B Vc = 1.20 B² x H Para
8. Lavado del filtro:
B = 2.00 m H = 2.30 m L = 2.40 m
Se hára por reflujo, mediante bombeo de agua, p de dicha bomba:
Ht = hf =
H + hf 10% H
Ht = 1.1 x ( 1.73 ) Ht = 1.90 m
t= Q= n=
8 min 0.0228 0.70
Reemplazando, encontramos la pote P = 0.83 HP Por lo tanta la bomba tendr
4.3.5 DESINFECCIÓN: La desinfección de aguas de abastecimiento s dentro de una estación de tratamiento de agua microorganismos que puedan haber presentes transmisión hídrica Como último proceso a realizar en una Planta lo cual se empleará el "Cloro"; con este procedim agu Dosis: Para la dosis , se considerará como val consumo humano, además de que el agua está r coagulación, floculación, filtración. Con éstas con Dosis :
0.80 ppm
C = Qmax d x Dosificación/10^6 C= 45.53 x 0.80 C = 3.15 Kg/día C=
3.15 x
2.2 lb/dia
C=
6.92 lb/día
Cantidad mínima de Cloro para asegurar la cant en la parte más alejada de la ciudad.
un tratamiento que pase por los
Sección divergente
Hb H
C
G superficie del agua N
D = 0.40 m < W < < W < < W <
1/2 D
= 7.90 ''
= 9 ''
1/2 0.200
0.40
9" 87.95 86.36 36.10 57.47 78.20 30.48 45.72 30.48 11.43 107.95 40.64
1' 137.16 134.30 60.98 84.46 91.44 60.96 91.44 38.10 22.86 149.23 50.00
57.47 cm 78.20 cm 30.48 cm 45.72 cm
H= N= P= R=
30.48 cm 11.43 cm 107.95 cm 40.64 cm
de mezcla:
0.0455
m3 / seg
o"
K
n
3.704 1.842 1.486 1.276 0.795
0.646 0.636 0.633 0.657 0.645
tomamos : 0.04553
K = 1.486 0.633
n = 0.633
h1 .201) canaleta de concreto
S=N/F=
Q (m3 /seg) 0.019 0.029 0.040
h1 = 0.055 m
0.04553 V1 = Q / A1
V1 =
4.11 m/s
oude) Fr = 5.59 estar dentro del rango de 4,5 a 9,0
lto:
/2
h2 = 0.41 m V2 = Q / A2 V2 = 0.28 m/s
L = 6 x (h 2 -h1) 2.12 m
hp = 0.49 m
0.375
TM = 2 L /(V 1+ V2) TM = 0.97 seg
< 1 seg
r unidad de volumen Kg - seg /m² ua =
(agua a 28° C) (agua a 28° C) 1000 Kg/m³
0.49 0.97 seg -1
> 1000 seg -1
OK
l están bien planteadas, ya
entimetrada, de donde se Q = (ho/1.842) 1/0.636
LETA PARSHALL) CARGA (cm)
Q (L/s)
31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
60.70 63.80 67.00 70.20 73.50 76.80 80.20 83.60 87.10 90.60
. La cantidad máxima de Kg de
86400
= 295.0344
Kg de Al2(SO4)3/24 horas
la solución, empleando una de solución diarios será. Lit de solución / 24 horas ador, deberá tener una Lit / hora
válvula de flotador Regla graduada tuvo de 1/2 PVC orificio dosificador manguera flexible dosis
ha creido considerar dos zonas:
min m/seg 0.20
60
96.00 m
0.15
60
90.00 m
min m/seg
0.04553 0.20
0.228
m2
0.04553 0.15
0.304
m2
1.00
2.50
de: 0.23 m 0.30 m
pared:
bII = bII = bII =
1.5 aII 1.5 0.45 m
0.30
2.85 m 2.95 m
96.00 2.85
34
90.00 2.95
31
0.23
7.82
0.30
9.30
or de los tabiques (1 cm), será: 9.30 m 2.95 m
0.01
m/seg² cm/seg²
(pendiente del canal)
cm.
cm.
cm.
cm.
20.82
0.0002312
2.93
23.75
10.68
0.0000824
3.49
14.16
δ=
1000
kg/m3
0.2 60
P I =
0.495
Kg/m2.seg
0.14 60
P II =
0.236
Kg/m2.seg
23.75 cm 0.2375 m 14.16 cm 0.1416 m
es: u=
8.33E-05
Kg - seg /m²
1/2
G I = 77.05327139 seg -1
1/2
G II = 53.22315362 seg -1
< 100 seg-1 < 60 seg-1
0.04553 3.00 m 0.05 m 0.60 m 12.00 130.00 65 º 1 1/8
m3/seg
m3/m2/día (Láminas paralelas)
Zona de s alida
2) / (86400 x 1.125) m/s cm/s
< 500 (existe flujo laminar)
l : Longitud de placas
= 5.69
a = 1.20 m L = 4.80 m
Placas siguientes. Características: m3/seg 3.00
3.30 m
más bajos deberán estar a h/4 o h/5 por 0.66
≤ h1 ≤
h1 = 0.70 m
0.83
de la superficie del agua. Por lo tanto:
≤ h5 ≤ 0.55 h5 = 0.60 m
0.66
20.00 cm 15.00 cm
Bafle de Madera
m2
Vo = (0.10 - 0.15 m/s)
orificios
" orificios horizontales nv = orficios verticales orificios verticales
a, un canal de salida y un
Deflector de viento:
h 2 h 1
m
idraúlica
B h
h ≈ 0.35 m B ≈ 0.70 m
2.60 4.80
0.20+1.10)x 1.2
7200 s
3 m³/s
> 0.10 cm/seg 0.17 cm/s
m3/seg m3/día
m³/m²/día m³/m²/día
V=
0.17 cm/s
(Dato asignado por el docente)
ante:
Cu = E= S= P=
1.5 0.4 mm 2.65 20 cm
P = 40 cm S = 2.6
(1,5 - 1,7) (0,4 - 0,7) (15 - 30) (30 - 45)
2 min h = 0.75 m (28% - 40%)
) + 0.82 + 0.06 t = 4 min
ARENA =
20 cm
GRAVA =
40 cm
or lo que se calculará la potencia
Tiempo de retrolavado m³/s (0.5 - 0.75)
eficiencia
ncia de la bomba
una potencia de:
1.0 HP
e puede considerar como el proceso en general que tiene como objetivo la inactivación de los n el agua, minimizando así la probabilidad de e enfermedades. de Tratamiento, es la desinfección del agua para iento aseguramos la calidad microbiológica del a. or permisible 0.80 ppm, como valor apto para el lativamente limpia después de los procesos de ideraciones, se usará la siguiente dosificacion: 0.80 mg/Lt
x 86400
x 1.0E-06
idad necesaria de Cloro Residual
