DISENO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO

Profesor: Dr. Christian Villalta CalderonENVE-4120

Universidad Politecnica de Puerto Rico

Propósito del diseño

Dimensionar y detallar lo que sedesea construir en todos losdetalles esenciales.

Producir un esquema quepermita la construcción exacta yubicación de lo que se deseaconstruir.

TOMA DE AGUA

REJILLAS

ESTACIÓNDE BOMBAS

COAGULACIÓNALÚMINA, CAL,CLORURO FÉRRICOQuímico

MEZCLARÁPIDAFísico

SEDIMENTACIÓN Físico

FILTRACIÓNFísico-Químico

DESINFECCIÓN(CLORO) Químico

TANQUE DE DISTRIBUCIÓN Físico-Químico

RED DE DISTRIBUCIÓNDE AGUA POTABLE

ESQUEMA PLANTA DE

POTABILIZACIÓN

PREOXIDACIÓN(PRECLORINACIÓN)Químico

AEREACIÓN

Físico-Químico

FLOCULACIÓNFísico

Diseño para tratamiento de agua

Dimensionar los tanques de los procesosde tratamiento con la capacidadvolumétrica necesaria que permita ocurrirel fenómeno que se desea para purificar elagua.

Determinar las dimensiones de largo,ancho y profundidad de cada tanque encada proceso en base a una geometríaapropiada para que ocurra lo que debeocurrir adecuadamente (floculación,filtración, etc).

Diseño para tratamiento de agua

Determinar las capacidad de los tanques dealmacenaje de sustancias químicasnecesarias para el funcionamiento adecuadode los procesos de tratamiento de las aguasen una planta de filtración.

Definir como es la entrada y salida del aguadesde cada tanque.

Determinar los puntos de inyección de lassustancias químicas.

Criterios de Diseño

Usualmente determinadosempíricamente a través de la practica.

Envuelven cantidades tales como:

Tiempo de residencia del agua en eltanque necesario para que el procesoocurra adecuadamente.

Q = V/t Q= v*t

Criterios de Diseño

También los criterios de diseño pueden sercantidades intensivas como:

Flujo de masa por unidad de volumen(lbs/dia-1000 gal, lbs/dia-1000 pies3,kg/dia-m3).

Esta forma de criterio es la mayormenteutilizada para el diseno y construccion deprocesos de tratamientos biologicos enaguas residuales.

V = dM/dt / (dM/dt-V)

Criterios de Diseño

Envuelven cantidades intensivas talescomo:

Flujo volumetrico/tiempo-area superficialdel tanque (gal/min-pie2; gal/dia-pie2;pie3/dia-pie2; m3/dia-m2.

Representado genéricamente por Q/A. Permite la determinación del área del

tanque.

A = Q/ (Q/A)

Detalles Importantes

Manera en como se introduce el agua enel tanque.

Manera en que sale el agua del tanque.

Proporciones adecuadas para el tanque.◦ COCIENTE LARGO/ANCHO L/W

◦ COCIENTE LARGO/PROFUNDO L/H

◦ COCIENTE ANCHO/PROFUNDO W/H

Detalles Importantes

Uso de pantallas para controlar el flujo de agua en eltanque.

Manera como se conectan los tanques en el tren detratamiento con canales o tuberías.

Propiciar el flujo de canal abierto para que sea lafuerza de gravedad la que mueva el agua de unproceso (tanque) a otro proceso (tanque).

Envuelve determinar la elevación del fondo del tanquedel tope del tanque y de la superficie del agua paraflujo promedio y flujo máximo.

Detalles Importantes

Determinar el volumen de los tanques dealmacenamiento de agentes químicos a serutilizados diariamente o recurrentemente en losprocesos de tratamiento.

Se necesita determinar el flujo de masa necesariode agentes químicos para un periodo deoperación dado (meses, anos).

Se utiliza el peso especifico del agente químicoen cuestión (liquido solido o gaseosos), P.e elfloculador GC-850.

TOMA DE AGUA

INTRODUCCION

• Una vez que se conocen losrequerimientos de suministro de unproyecto y habiendo evaluado ladisponibilidad de recursos de agua enel sitio propuesto, los ingenieros en suetapa de planeamiento nos vemosante una de estas tres situaciones:

INTRODUCCION

1. La razón a la cual los recursos estándisponibles siempre esta en exceso delos requerimientos.

2. La cantidad total disponible de recursosen un periodo de tiempo es igual o enexceso de los requerimientos totales,pero en algunos momentos esa razón derequerimiento excede la disponible.

3. Los recursos totales disponibles sonmenores que los requerimientos totales.

INTRODUCCION

• En el primer caso, a run-of-river projectpuede ser formulado como solucion en el cualel agua puede ser directamente utilizada delrio conforme las necesidades se dan.

• Un embalse de almacenamiento es la solucional segundo caso.

• En el tercer caso deberiamos mirar unaalternativa adicional tal como el agregado deuna fuente extra u otro sitio de proyecto.

Análisis de Almacenamientoy Rendimiento

• Rendimiento Seguro (Firm Yield)

• La cantidad de flujo mayor, o la mayor razónde flujo, que estará disponible en un lugardado de un río todo el tiempo.

• Para un embalse, es la extracción anualpromedio que bajaría el nivel del embalse alnivel mínimo permitido una vez durante elperiodo de sequía más crítico en registro.

Análisis de Almacenamientoy Rendimiento

Curva de flujo y duración

◦Técnica para determinar elrendimiento seguro en ríos noregulados. Es un gráfico de ladescarga en función del por ciento detiempo que el flujo es igualado oexcedido.

Análisis de Almacenamientoy Rendimiento

Análisis de Almacenamientoy Rendimiento

Curva de flujo y duración:

Se hace para valores diarios, semanales omensuales. Pueden utilizarse valores anuales si haysuficientes datos.

Se ordenan de mayor a menor. Se determina la probabilidad de excedencia para

cada dato. Se prepara una gráfica de caudal en función de la

probabilidad de excedencia. El rendimiento seguro es el caudal que corresponde

a una excedencia de 99% del tiempo.

DISENO DE LA TOMA DE AGUA

OBJETIVOS INSTRUCIONALES

Conocer la estructura de las tomas de agua.

Conocer y aprender los requisitos y criteriosde diseno para una toma de agua.

Aprender un posible procedimiento de disenopara una toma de agua.

Diseñar una toma de agua.

Criterios de Ubicación

• Las tomas de agua se deben localizar en lugaresdonde:

• Se pueda evitar la contaminación del agua de latoma.

• Donde se pueda pronosticar los posibles cambios enel curso del río.

• Donde se pueda minimizar los efectos de lasinundaciones el material flotante.

Criterios de Ubicación

• CONT. Las tomas de agua se deben localizar enlugares donde:

• En lugares donde se pueda proveer el accesoadecuado para el mantenimiento y las reparacionesde la toma.

• Donde se pueda garantizar el flujo ininterrumpidode agua de la calidad y cantidad requeridaembalsando.

Criterios de Ubicación

• Donde se pueda proveer una provisión para futurasexpansiones de la toma.

• Donde se pueda mantener la capacidad para el flujode diseño durante periodos de sequía.

• Donde se pueda minimizar el impacto en la vidaacuática.

• En un lugar donde existan buenas condicionesgeológicas, o sea un lugar con formaciones estables.

• Proveer espacio adecuado para maniobrar vehículoscerca de la estructura.

TIPOS DE TOMAS

Existen diferentes tipos de tomas de agua, estas son las siguientes:

Torre: Dentro y rodeada de agua (Lagos)

Toma de Ribera: en los ríos

Toma con sifón: en los ríos

Suspendidas

Flotantes

De Lecho Poroso

Morning Glory, Daguey

Morning Glory, Daguey

Morning Glory, Daguey

EJEMPLO DE DISENO TOMAS DE AGUAS

Ejemplo

• Usando como criterio de diseno tomas de ribera.

• Ubicación: Profundidad mínima del agua es de 6 pies, usualmente implica embalsar aguas debajo de la toma.

• Tipo: ribera

• Estructura: que permita entrada de agua a diferentes profundidades.

• Boca de la toma: sección transversal debe permitir Vmaxde 1.5 p/s, debe poder ser reducida a menos de 1 p/s si se acumula mucha basura.

• Barras gruesas de acero provistas a la entrada de 0.5-0.75 in de espesor espaciadas a 2-3 in de cada una. Vmax a través de las barras debe ser < 2 p/s

Ejemplo

• Rejillas finas: instaladas aguas debajo de las barras oantes del desarenador con aperturas de 3/16-3/8 in yevitan la entrada de desperdicios pequeños comopalitos, corteza, hojas y peces.

• Capacidad hidráulica: demanda máxima diaria de lospróximos 50 años.

• Velocidades tuberías: 3-4 p/s para minimizar laacumulación de sedimentos en estas.

• Tubería debe estar protegida por 3-4 p de cubierta y1 yd^3 de piedra por pie lineal de tubería.

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