DIMENSIONAMIENTO DE UNA PLANTA DE AGUA POTABLE

INTRODUCCINEl tratamiento del agua nace como consecuencia del descubrimiento de que a travs de ella poda transmitirse el clera, como lo demostr John Snow, en Inglaterra, en 1800. El tratamiento de aguas es el conjunto de operaciones unitarias de tipo fsico, qumico o biolgico cuya finalidad es la eliminacin o reduccin de la contaminacin o las caractersticas no deseables de las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, de proceso o residuales; que sean nocivos para la salud humana. El proceso de conversin de agua comn en agua potable, se le denomina potabilizacin y suelen ser procesos variados de acuerdo a la naturaleza del agua a tratar. Estos procesos suelen consistir generalmente en Floculacin, Filtracin y Desinfeccin si el agua proviene de manantiales naturales, aguas subterrneas, arroyos y lagos tanto naturales como artificiales; en el caso de que se quiera tratar agua salada, el proceso a aplicar sera la smosis inversa o la Filtracin.Entonces se denomina agua potable al agua "bebible" en el sentido que puede ser consumida por personas y animales sin riesgo de contraer enfermedades. El trmino se aplica al agua que ha sido tratada para su consumo humano segn unos estndares de calidad determinados por las autoridades locales e internacionales.DISEO DE PLANTA DE POTABILIZACIN DE AGUAPROCESO DE POTABILIZACINCAPTACIN

DESBASTE

COAGULACIN

FLOCULACIN

DECANTACIN

FILTRACIN

AFINO CON CARBN ACTIVO

DESINFECCIN

DEPSITOS DE SERVICIO

Captacin: El proceso comienza con la toma del agua cruda de su fuente natural y que se lleva a cabo mediante unas rejas de captacin, suficiente para que entre bastante caudal pero no tierra ni grandes cuerpos en suspensinDesbaste: El agua es circulada por unas rejillas, que impiden que los materiales grandes suspendidos en el agua entren a la estacin.Coagulacin: Consiste en hacer pasar el agua cruda y turbia rpidamente a travs de un canal donde se va mezclando con un coagulante, como el sulfato de aluminio, cloruro frrico y sulfato frrico; con el objeto de que las partculas de impureza que se encuentran en suspensin en el agua se unan entre s, formando otras de mayor peso y tamao, que sern ms fciles de eliminar.Floculacin: Consiste en someter el agua en un agitacin, mezcla o movimiento lento, que ayuda a la unin de varias molculas compuesta por los ingredientes qumicos y las partculas de impureza del agua (como los cogulos) con otras de mayores tamaos, llamadas flculos. Decantacin: Luego de la Coagulacin y la Floculacin, el lquido es conducido hacia los estanques que Decantacin, con la finalidad de permitir la precipitacin o decantacin de las partculas de impurezas hacia el fondo del estanque, esa permanece ac por varias horas. Luego, desde el fondo se extraen las impurezas y el agua purificada que queda en la superficie es enviada a la siguiente etapa.Filtracin: En esta etapa el agua entra a un estanque para el proceso de clarificacin, dentro de dicho estanque hay capas internas de arena y piedras de distintos tamaos que actan como filtros, dentro de estas capas quedan retenidas la mayora de partculas en suspensin que no lograron ser eliminadas en etapas anteriores. El agua al llegar al fondo del estanque, esta cristalina, y de ah es enviada a la siguiente etapa.Afino con Carbn Activo: Luego de la Filtracin, el agua pasa por unas columnas que contienen Carbn Activo, con el objetivo de disminuir la materia orgnica, el olor, el color y el sabor presente, ya que se quedan retenidas en la superficie del adsorbente. Desinfeccin: En este proceso ocurre la destruccin de los ltimos microorganismos que an podran encontrarse presentes en el agua y que no pudieron ser eliminados en procesos anteriores. El agente qumicos desinfectante ms utilizado es el cloro residual, el cual es introducido al agua a travs de difusores y es la ms aplicable, puesto que tiene gran capacidad de oxidar sustancias inorgnicas.Depsitos de Servicio: Finalmente, luego del proceso de Potabilizacin, el agua es bombeada para su posterior almacenaje en los llamados depsitos de servicio, para luego ser distribuidas.PUNTOS A CONSIDERAR PARA LA POTABILIZACIN DEL AGUA

Para disear un Sistema de Tratamiento de Agua Potable debemos tomar en consideracin los siguientes puntos: Sistema Actual a Disear: Dada la importancia que los datos relacionados con los servicios sanitarios existentes, tendrn para los futuros diseos, es necesario presentar y describir en la forma ms detallada posible, las condiciones y caractersticas del sistema de agua potable en servicio, para lo cual, deber observarse las varias partes del sistema haciendo referencia a los puntos que a continuacin se indican: Captaciones: (para cada uno de los sistemas) Nombre de la fuente o del sitio Origen del agua: ro, quebrada, manantial, laguna, etc. Situacin de las fuentes con respecto a la poblacin, distancia y diferencias de elevacin. Caudal: aforo a la fecha, determinacin a mximo estiaje (caudal mnimo) y en crecientes en varias pocas del ao. Estado de las captaciones: estructuras, condiciones sanitarias, posible utilizacin, etc. Calidad del agua: en invierno, en verano y a la fecha. Se tomaran muestras de agua para examen fsico-qumico completo. En los casos que sean posibles se tomaran muestras para exmenes bacteriolgicos.

Aducciones Longitudes y pendientes. Dimetros y secciones. Materiales empleados. Pozos de revisin, vlvulas de aire, de desage, etc.

Tratamiento: Debe describirse las unidades existentes indicando: Tipo: sedimentadores, aeradores, filtros, etc. Nmero y capacidad de cada una. Tasas de trabajo. Accesorios. Estado de conservacin y funcionamiento.

Reserva: Capacidad. Altura con respecto a la poblacin. Material de construccin. Tipo de cubierta y bocas de visita. Vlvulas y accesorios. Estado de conservacin. Registros de consumo (anual, diario, horario).8

Otros: Entre otros puntos importantes se puede tratar: Red de distribucin Estaciones de bombeo DISEOEl diseo de la planta de tratamiento de agua potable se realizar desde el momento en que el agua ingresa por tanto no necesitaremos realizar clculos del sistema de captacin ni de aduccin, sino desde el almacenamiento del agua cruda y su tratamiento de potabilizacin.

Considerando las caractersticas fsico-qumicas y microbiolgicas del agua, para lograr obtener un agua potable de calidad, con las caractersticas requeridas, y apta para su consumo, se determina el siguiente proceso como mecanismo de tratamiento de potabilizacin.

Sistema de almacenamiento: Se realizar el diseo de un tanque el cual nos ayudara a almacenar el agua que posteriormente ser tratada. El tanque tendr una capacidad de almacenamiento segn la necesidad esta sea para tener, para abastecimiento normal de la empresa, poblacin etc. Adems se debe tomar en cuenta el caudal que se tiene.

Diseo del tanque de almacenamiento

Volumen del tanque de almacenamiento

Donde:: Volumen del tanque de almacenamiento (m3)Q: caudal de diseo (m3/da)Tr: tiempo de retencin (da)

Altura del tanque

Donde:: Volumen del tanque (m3): rea del tanque (hay que asumir) (m2)

Dimensionamiento de la Bomba del Tanque de Almacenamiento Diseo de la bomba

Donde:D: dimetro (m)V: velocidad (m/da)

Prdidas por friccin H2 en tuberas impulsin.

Donde:

L = Longitud de la tubera C = Coeficiente Hazzen Williams (125) D = Dimetro de la tubera

Prdidas por accesorios

Donde:L = Longitud de la tubera C = Coeficiente Hazzen Williams (125) D = Dimetro de la tubera en impulsin. HAC: Perdidas por accesorios

Clculo de la altura total de bombeo

Donde:ADT: Clculo de la altura total de bombeo PEQUIPO: Presin a la que trabajan los equipos (desionizador y descationizador)

Calculo de flujo msico

Donde:: Densidad del agua (kg/m3)W: flujo msico (kg/s)Q: caudal (m3/s)

Clculo de la potencia de la bomba

Dnde:Hp: Potencia de la bomba

Desionizador Intercambiador de Cationes y Aniones: Este equipo consta de dos tanques gemelos, que nos van a ayudar a eliminar, los cationes y los aniones presentes en el agua y que son responsables de la elevada dureza y alcalinidad en la misma. Este equipo ser una secuencia primero el agua ingresara al tanque para intercambio de cationes y posteriormente al intercambio de aniones. Se consultara las mejores resinas de intercambio y su regeneracin, el retrolavado para la regeneracin de la resina se lo har manualmente el tiempo de regeneracin es de 30 a 60 segundos, en el intercambiador de cationes se lo har cada 200m3 es decir cada 4 meses y en el intercambiador de aniones se lo har cada 100m3 es decir cada 2 meses. Se recomienda utilizar las siguientes resinas: en el intercambiador de cationes la resina acido fuerte tipo gel KW-8, y en el intercambiador de aniones la resina base fuerte tipo gel AW-4. Como el agua no posee turbiedad, el agua pasara directamente a la etapa de desinfeccin. Se trabajara con el mismo caudal. DISEO DEL INTERCAMBIADOR DE CATIONES

Volumen de resina necesaria

DISEO DEL TANQUE DE INTERCAMBIADORES DE CATIONESVolumen del Tanque

Dnde:Volumen del tanque intercambiador de cationes Volumen de la resina necesaria= Expansin de la resina al retrolavarla

Altura del tanque asumida

rea del tanque

Dnde: = rea del tanque intercambiador de cationes

Dimetro

Altura de los difusores

Altura de los difusores

Diseo mecnico del tanqueEspesor de las tapas torio-esfricas

P= presin mximaE= factor de soldaduraDi= Dimetro internoS= Resistencia del material

Clculo de Radio

Espesor del falso fondo

Dnde: a=rP= (1 psi/pie r)

Deflexin del falso fondo

Dnde:=DeflexinR= radioP= (1psi/pieD1)Em=Mdulo de elasticidadFm=Espesor comercial del falso fondo

Espesor del envolvente

Dnde:P= Presin mximaEs= factor de soldaduraDi= Dimetro internoS= Resistencia del material

DISEO DEL INTERCAMBIADOR DE ANIONESDISEO DEL TANQUE INTERCAMBIADOR DE ANIONESVolumen del Tanque

Dnde:= Volumen del tanque intercambiador de aniones= Volumen de la resina necesaria= Expansin de la resina al retrolavarla

Altura del tanque asumida

rea del tanque

Dnde: = rea del tanque intercambiador de cationes

Dimetro

Diseo mecnico del tanqueEspesor de las tapas torio-esfricas

P= presin mximaE= factor de soldaduraDi= Dimetro internoS= Resistencia del material

Clculo del Radio

Espesor del falso fondo

Dnde: a=rP= (1 psi/pie r)

Deflexin del falso fondo

Dnde:=DeflexinR= radioP= (1psi/pieD1)Em=Mdulo de elasticidadFm=Espesor comercial del falso fondo

Espesor del envolvente

Dnde:P= Presin mximaEs= factor de soldaduraDi= Dimetro internoS= Resistencia del material

Desinfeccin: Se lo har con hipoclorito en un tanque de cloracin se trabajara con el mismo caudal. Se considera como dosis necesaria 1,5 mg/L para que la desinfeccin sea eficaz, la solucin ser al 5%.

DISEO DEL TANQUE DE CLORACIN

Dosificacin

Clculo del peso de hipoclorito

Dnde:: Peso del cloro en g/h: Caudal de diseo en m3/h: Dosis de cloro necesario en g/m3

Clculo del peso del producto comercial

Dnde: : Peso del producto comercial g/h: Porcentaje de cloro activo q contiene el producto comercial

Clculo de la demanda horaria de la solucin

Dnde: : Peso del producto comercial Kg/h: Demanda horaria de la solucin en l/h : Concentracin de la solucin

Clculo del volumen de la solucin

Dnde: : Tiempo de retencin.

DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE DE CONTACTO PARA LA MEZCLA DE CLORO

Clculo del volumen del tanque de hipoclorador

Dnde: Volumen del tanque hipoclorador de almacenamiento en m3 : Caudal de diseo en m3/da : Tiempo de retencin en das : Factor de Seguridad 10%

Asumimos un rea

rea del tanque

Dnde:rea del tanque Hipoclorador de almacenamiento

Altura del tanque

Dnde: Altura del tanque Hipoclorador de almacenamiento

DIMENSIONAMIENTO DE UNA PLANTA DE AGUA POTABLE

INGENIERA DE PLANTASDIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA PROPUESTO PARA LA POTABILIZACIN DEL AGUA

DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA PROPUESTO PARA LA POTABILIZACIN DEL AGUA INTERCAMBIADOR ANIONESINTERCAMBIADOR CATIONESSalidaCaudalTANQUE DE CLORACINTANQUE DE ALMACENAMIENTODESIONIZADOR