Diseño de una planta fime

DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE TIPO FIMEPARA LA FINCA LA ROSITA UBICADA EN LA VEREDA FIRAYA DEL MUNICIPIO DE SIACHOQUE, BOYACÁ ATARA CASTILBLANCO ALYSSON NYLOVNHA CUERVO CASTILLO GISELLE ZULAY HOLMAN EDUARDO MACIAS CEPEDA PÉREZ LAVERDE ÁNGELA JULIETH UNIVERSIDAD SANTO TOMAS INGENIERÍA CIVIL TRATAMIENTO DE AGUAS TUNJA 2015 DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE TIPO FIME PARA LA FINCA LA ROSITA LA VEREDA FIRAYA DEL MUNICIPIO DE SIACHOQUE, BOYACÁ ATARA CASTILBLANCO ALYSSON NYLOVNHA CUERVO CASTILLO GISELLE ZULAY HOLMAN EDUARDO MACIAS CEPEDA PÉREZ LAVERDE ÁNGELA JULIETH Proyecto presentado al Ingeniero Camilo Lesmes Fabián en el Área en el Área de Tratamiento de Aguas. UNIVERSIDAD SANTO TOMAS INGENIERÍA CIVIL TRATAMIENTO DE AGUAS TUNJA 2015 .................................................1......................................... 6 3 2...............................................................................2 FUENTE DE ABASTECIMIENTO......................................................................1 GENERAL.........................6 Cavitación..................................................................................1 Pre-Sedimentador................2 ESPECIFICOS.............................................. 18 6......................................... 14 4.......... 28 10 INFOGRAFÍA......................................1 LOCALIZACIÓN..20 6.................................1 CALCULOS.......1...........................4 Sumergencia..................................................... 28 9 BIBLIOGRAFÍA.. 21 6...................................3 Sistema de retro lavado................................... 5 2 OBJETIVOS...........................18 6.....................1....................................................................................................8 3.......TABLA DE CONTENIDO 1 INTRODUCCIÓN.........................17 6 DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO....22 6..................1 Cálculo del IRCA...................... 6 CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA....... 8 3......................................................................................................5 Altura dinámica de elevación..................................................................................16 5 PROPUESTA DE TRATAMIENTO..........................2 Tanque Sedimentador.......................................1.................1.............11 4..................................................7 3....................................1................................. 10 CARACTERIZACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA.......................................................................4 4 CONTAMINANTES........................1 IRCA..................................................3 CAPTACIÓN............................1..... 7 3.............................19 6..................................................................................................................................................................................................................................................................... 28 .............................................. 18 6............................................................................................................................................................... 24 8 CONCLUSIONES............ 6 2......................... ..8 Figura 2.......... Caracterización del agua río Cataca........................LISTA DE FIGURAS Figura 1 Esquema de suministro de agua potable.......................... Procesos básicos para un tratamiento convencional...11 Tabla 2....................................................................15 LISTA DE TABLAS Tabla 1...........13 ............................ Puntaje de riesgo para cálculo del IRCA........................ lo que se deriva en altos costos de inversión para las alcaldías de los distintos municipios. sino también se manifiesta en muchas de las tantas actividades que realizamos a diario. Sin embargo. no sólo forma parte en un alto porcentaje de nuestro organismo. juega un papel fundamental en el consumo y la elaboración de una gran variedad de productos. quienes asumen proyectos pretendiendo mejorar la calidad del recurso hídrico. la calidad del agua y la cobertura del servicio en el área rural. pues también se generan factores adversos como las enfermedades ocasionadas por el no tratamiento de las aguas desde su fuente de abastecimiento antes de ser distribuida a la población. se hace cada vez más difícil el contar con el recurso en un estado adecuado para el consumo humano. Hoy en día. De ahí la importancia de contar con una buena calidad del recurso y una adecuada continuidad del servicio de suministro. .1 INTRODUCCIÓN El agua. no son los únicos problemas de una red de agua potable. químicas y microbiológicas del agua extraída del Rio Cataca. Boyacá. vereda Firaya Municipio Siachoque.  Establecer el tipo de tratamiento requerido para el control de los parámetros que se encuentran fuera de los rangos admisibles.  Generar un diseño que contenga los tratamientos establecidos y se ajusten a los recursos de una población rural.2 OBJETIVOS 2.1 GENERAL Diseñar un sistema de tratamiento que garantice el cumplimiento de los parámetros de calidad del agua de la fuente de abastecimiento de la vereda Firaya ubicada en el municipio de Siachoque. vivienda y desarrollo territorial. . En este caso los habitantes de la vereda Firaya Municipio Siachoque. ministerio de ambiente. Boyacá 2.2 ESPECIFICOS  Realizar un análisis de las características físicas. Boyacá.  Determinar los parámetros que se encuentran en incumplimiento de los valores máximos admisibles establecidos en la Resolución 2115 de 2007 de ministerio de la protección social. Siachoque 20012010. se encuentra localizada en el municipio de Siachoque en el departamento de Boyacá. Esquema de Ordenamiento Territorial.1 LOCALIZACIÓN Figura 1 Localización Fuente: Google Earth 1 La vereda Firaya. . dista a 5 Km del centro del municipio y está cerca a la vía que conduce a Iguaza. Siachoque. 1 ALCALDÍA MUNICIPAL.3 CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA 3. en donde por medio de una tubería perforada y filtros en piedra.0 l/s en época de invierno.0 l/s en época de verano y de 80. 3. Esquema de Ordenamiento Territorial.3 CAPTACIÓN La captación en el Rio Cataca se realiza a través de una Galería de Infiltración. En el colector se capta un caudal de 0. Siachoque. los cuales ayudan a aumentar el caudal. Siachoque 2001-2010.3.076 l/s .Adicional a ello. que posee un caudal de 20. A continuación se presenta un esquema y descripción del funcionamiento de dicha captación: 2 ALCALDÍA MUNICIPAL. Componente Urbano.2 FUENTE DE ABASTECIMIENTO 2 La vereda Firaya se abastece del agua extraída del Rio Cataca. se encuentran ubicados varios filtros en piedra. se conduce el agua a una caja colectora. . debido a que están distribuidos por todo el lote. Siachoque. 3.Figura 2 Esquema de suministro de agua potable Fuente: Informe Servicios públicos 1. compartimentos en el punto D. llega un lecho de grava mediante una tubería de 4” en Gres y sale una tubería de PVC con el mismo diámetro a la caja principal. 4. Siachoque 2012. que cuenta con dos entradas en tubería de Gres de 8” (1. Informe de la Captación del Sistema de Acueducto. las cuales reciben el agua del nacimiento pasando por un lecho de grava. 3 ALCALDÍA MUNICIPAL. Los puntos A. que comunica con la caja principal (D) mediante una tubería de 3” en PVC. La salida del pozo es una tubería de 4” en Gres conectada a una caja de inspección de 30 x 30 cm en el punto (B). B y C se encuentran conectados a una caja con dos 2.2). . A la caja del punto (C). 3 En el punto (A) encontramos un pozo tipo alcantarillado construido con ladrillo y sin revestimientos. y a los extremos microbiológicos y de turbiedad ocurridos en invierno. mediante una tubería de 2”. el arrastre de sedimentos por erosión natural y las altas concentraciones de fosfatos.5. y un segundo compartimiento. que regula el caudal hacia el tanque de almacenamiento. Turbiedad y hierro total.4 CONTAMINANTES El agua captada de la fuente de abastecimiento se ve afectada por la degradación de las cuencas. 3. Alterando parámetros como: color aparente. La caja principal posee dos compartimentos. uno de ellos encargado de recibir los aportes del pozo (A) y las cajas de los puntos (B) y (C). debido a cultivos en la zona. con una tubería de salida perforada de 4”. encargado de recibir los excesos del primero. . En ellos se evidencia una alta concentración de turbidez debido al arrastre de tierra y capa vegetal aguas arriba de la captación. A continuación se presenta una tabla con los resultados que arrojó dicho análisis. Los demás resultados son en general bastante buenos y se encuentran dentro del rango de los valores permitidos. .4 CARACTERIZACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA Con el fin de revisar los parámetros de calidad de agua del Río Cataca y verificar su respectiva correspondencia con el decreto 1575 de 2007 y la resolución 2115 del mismo año. además de un valor de hierro total y color aparente fuera del límite admisible. Se realizó en el afluente la toma de una muestra del recurso hídrico y se llevó a cabo el análisis fisicoquímico y microbiológico de la misma. Caracterización del agua río Cataca Fuente: Reporte de resultados caracterización del agua Serviquímicos E.U .Tabla 1. 4. así: . asignando así a cada uno de los parámetros analizados un puntaje de riesgo en correspondencia con los lineamientos contenidos en el Artículo 13 de la Resolución 2115 de 2007 del ministerio de la protección social.1 IRCA Con base a los resultados obtenidos. vivienda y desarrollo territorial. o IRCA. ministerio de ambiente. químicas y microbiológicas del agua para consumo humano. se determina el grado de riesgo de ocurrencia de enfermedades relacionadas con el no cumplimiento de las características físicas. corresponde a valores especificados en el artículo 13 de la resolución mencionada para cada uno de los parámetros analizados. Puntaje de riesgo para cálculo del IRCA Fuente: Autores La columna “Riesgo por parámetro”.Tabla 2. . 1. donde: IRCA ( ) = ∑ Puntaje de riesgo asignado a las características no aceptables ∗100 ∑ Puntajes de riesgo asignados atodas las características analizadas Reemplazando. razón por la cual se procede a analizar las posibilidades de tratamiento para este recurso hídrico.85%: IRCA ( ) = 22.4. se aplica la fórmula contenida en el Artículo 14 de la Resolución 2115 de 2007. pero no inviable sanitariamente. . permitió designar un nivel de riesgo “Medio” . Dicho cuadro. ello con el fin de clasificar el nivel de riesgo con que cuenta el recurso hídrico con el que actualmente se abastece la población de la vereda Firaya del municipio de Siachoque.5 ∗100 78 IRCA=28. debido a que el IRCA calculado se encuentra en el rango de 14.1 Cálculo del IRCA Para el cálculo del Índice de Riesgo de la Calidad del Agua para consumo humano.1 a 35%. Boyacá. lo que corresponde a un agua “No apta para el consumo humano” . se obtendría un IRCA del 28.85 Con base en el cual se revisa el Cuadro N° 7 del Artículo 15 de la resolución. Boyacá. Figura 3. se puede establecer que los procesos que deben llevarse a cabo para el tratamiento del recurso hídrico son de tipo FIME. Componentes del sistema de tratamiento . A continuación se presenta un esquema de los tratamientos que se desarrollaran para la potabilización del agua obtenida del Rio cataca del Municipio de Siachoque. Fuente: Autores Los componentes que se tendrán en cuenta para conseguir la potabilización del agua para la finca la Rosita se representan en el siguiente esquema.5 PROPUESTA DE TRATAMIENTO De acuerdo a la caracterización obtenida. Esquema tratamiento seleccionado. Figura 4. 6.  Temperatura del agua 13 °C para la cual la viscosidad dinámica 0.2 Tanque Sedimentador El sedimentador fue adaptado en un tanque plástico para continuar utilizando este tipo de material en el sistema garantizando facilidad para el transporte y la instalación  vs= Velocidad de sedimentación g ( ρs−ρH 2O) 2 d 18 μ .01 mm correspondiente a un fango medio.1 Pre-Sedimentador Los parámetros para el diseño del Pre-Sedimentador fueron:  Caudal de 23 ml/s.  Tamaño de las partículas a remover 0.01202 g/cm*s.  Gravedad específica del material.1.1 CALCULOS 6.1.Fuente: Autores 6 DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO 6.  Área superficial As= Q Vs  D= Diámetro del tanque √  As= Área superficial tanque πD 4  Vs= √ 2 Velocidad del agua Q As  d= 4A π Tamaño de partículas a remover 18 μVs g ( ρs−ρH 2 O)  Trh= Tiempo de retención H Vs . Coeficiente de Hazen para tubería PVC 150. a continuación se describe el diseño de estos dos componentes.01146   cm2/s.6. Temperatura del agua 15°C con una viscosidad cinemática de 0. Altura sobre el nivel del mar 1350 m.1.3 Sistema de retro lavado El sistema de lavado para los filtros está integrado por el sistema de bombeo por medio de la cual se conduce el agua hasta el tanque elevado y la red instalada en cada tanque para conducir el agua a través del lecho filtrante.3∗1 √Q 4 .  Calculo de diámetros 1. Los parámetros para el diseño del Sistema de Bombeo:   Caudal de 1 l/s.  Sistema de bombeo El diseño se realiza utilizando la metodología propuesta en el libro Elementos para el diseño para acueductos y alcantarillados de López Cualla. Tubería de impulsión  Diámetro D= 1. 0 6.5 metros de longitud de tubería recta de diámetro de una pulgada. luego la longitud equivalente total es igual a 9.5×�s+1.3 m. Velocidad de la tubería Vs= Q A 6.  Perdidas unitarias de la succión J= [ Q 2. un codo de 90º radio corto.63 278.5 m = 11. Tubería de Succión   Se utiliza el diámetro comercial siguiente. Velocidad de la tubería Q A Vi= 2. La pérdida total de los accesorios es de 9.7 m.1.1.54 . y 1.5 Altura dinámica de elevación  Perdidas en la succión Para la instalación de la succión se utilizan una válvula globo.7 m + 1. en este caso 1¼”.5∗C∗D ] 1 0.4 Sumergencia �=2. una entrada de borda.  Perdidas en la succión Js=J∗longitud equivalente total  Perdidas en la impulsión Para la instalación de la impulsión se utilizan una válvula globo. La pérdida total de los accesorios es de 15. entonces la longitud equivalente total es igual a 11. una te de paso lateral.8 m. y 24 metros de longitud de tubería recta de diámetro de una pulgada. dos codos de 90º radio corto.5 m + 24 m = 35.  Perdidas unitarias de la impulsión J=  [ Q 2.5 m.63 0.54 Perdidas en la impulsión Ji=J∗longitud equivalente total  Altura de la velocidad de descarga V i2 Vd= 2g .2785∗C∗D ] 1 0. según la temperatura 15º. Pb=  γ∗Q∗Hdt e Potencia del motor requerido Pm=Pb∗K .798 KN/m3. y se estima una eficiencia (e) del 65%. Cotas del sistema Tabla 3 Cotas del sistema Fuente: Autores  Altura dinámica total Hdt=Hi+ Hs+Vd +Js + Ji  Cálculo de la potencia  Potencia inicial Para estas condiciones el peso específico es 9. la altura máxima de succión es de 760 mm Hg.33−  1.2∗altura msnm 1000 Altura estática total (Het) Para una temperatura de 15º C.8 m.20 m en el tanque. equivalente a 10.18 m. la distancia de las paredes laterales o el fondo del pozo a la coladera. a razón de 1. La altura estática de succión mínima (He min) es la sumatoria de los valores calculados de Sumergencia.2 m x 1000 m de nivel. la altura total del tanque con capacidad de 1500 litros es de 2 m. se va a dejar un borde libre de 0. Este valor debe corregirse teniendo en cuentea la elevación en msnm. por lo tanto: Hlb=10.1. He max = 1.341 HP Pf =Pm∗fc 6.33 m de agua. Potencia en caballos de fuerza HP El factor de conversión (fc) para caballos de fuerzas es de 1. He min = 0.6 Cavitación  Altura barométrica A nivel del mar.95 m. la presión de vapor es de 0. La altura estática de succión máxima (He max) es la diferencia de la altura total del tanque con el borde libre estimado. Het=He max −He min  Altura de velocidad . 7 Unidades de filtración  Lechos filtrantes Tabla 4 Características de los lechos filtrantes Fuente: Autores  Filtro Grueso Ascendente FGA  Área superficial ) .2 Vs Hv= 2g  Cabeza neta de succión [ ] ¯ v2 CNPSd= Altura − Altura estática+ Perd . fricción+ Succión − Pvapor 2g ( 6.1. As=  Diámetro del tanque D=  Q ∗36 Vs √ 4A π Velocidad de filtración Vf = 144 Q π D2  Filtro Grueso Dinámico FGDi  Diámetro del tanque D=  √ 144 Q πVf Velocidad de filtración Vf = 144 Q 2 πD  Filtro Lento de Arena  Diámetro del tanque D= √ 144 Q πVf . 8 Control de caudal en los filtros A la salida del filtro se instalara un vertedero de orificio para verificar el caudal y controlar el paso del agua a la siguiente unidad.1.  Ao=  Do= Área del orificio Q Cd √ 2 gH Diámetro del orificio √ 4 Ao π 6. Velocidad de filtración Vf = 144 Q 2 πD 6.2 RESULTADO MEMORIAS DE CALCULO . 8 CONCLUSIONES 9 BIBLIOGRAFÍA 10 INFOGRAFÍA . la calidad del agua y el tipo de tratamientos a implementar.7 RESULTADOS ESPERADOS Según las características del sistema. realice una estimación de los resultados esperados en la calidad final del agua.