1 DISEÑO ALIVIADERO

Para el diseño de la PTAR es necesario y conveniente efectuar descargas de aguas lluvias recolectadas, con el objeto de tratar únicamente las aguas residuales domesticas generadas por la población de Quetambu, este se localizará antes de ingresar las aguas residuales a la planta de tratamiento de aguas residuales, teniendo en cuenta que cerca a este tramo existe un desagüe natural donde la topografía permite la descarga del agua sin un costo excesivo. 1.1 CAUDAL DE ALIVIO El caudal de alivio corresponde al caudal medio diario de agua residual que llega a la estructura multiplicado por el factor de dilución, el cual debe ser mayor que 1. El aliviadero a implementarse funcionará cuando el gasto en el emisario o colector principal sea igual a tres veces el gasto medio de aguas residuales, considerando que el emisario es un colector principal situado dentro del perímetro y que desagua en un cauce de poco caudal. Esta condición significa que el colector aguas abajo del aliviadero transportará un caudal máximo de 3 Qm y el aliviadero se dimensiona para un vertido máximo de:

CaudalAguasdiluidas = 3 × 9.71 l s⁄ = 29.13 l s⁄

CaudalAguasVertidas = �Q���Q���������− Q�������������

CaudalAguasVertidas = �545.73 l s⁄ �− 29.13 l s⁄ = 516.60 l s⁄

CaudaldeAlivio = 1.2 × 29.13 l s⁄ = 34.96 l s⁄ Para el diseño se contempla un aliviadero de tipo frontal consistente en un muro transversal de longitud L, que asciende con un talud 3:1, un orificio lateral localizado a la entrada y de un diámetro D. El muro se diseña con altura suficiente para que en tiempo normal, sin lluvias, pase por el orificio el caudal de aguas residuales. El vertedero se calcula de una longitud suficiente para verter la diferencia entre el caudal máximo que llega al aliviadero y el caudal que pasa por el orificio.

Figura 1. Esquema aliviadero frontal

D

ht hsh1

ho

h2

HT

M

Ø

4:1

D L

VE

RTE

DE

RO

CORTE LONGITUDINAL

PLANTA

Tabla 1. Parámetros de Diseño Aliviadero Frontal Q lleno 536.02 l/s Q ARD 9.71 l/s Relación Dilución 1:3 Pendiente de colector de llegada 35.76% Pendiente de colector de salida 5.62% n 0.010

1.1.1 Condiciones Hidráulicas para el conducto de llegada El caudal total correspondiente a 169.31 l/s se puede transportar por un colector de 20” con pendiente 5.62%. A tubo lleno tendrá: Qlleno: 2242.774 l/s Vlleno: 13.98 m/s a. Relaciones Hidráulicas con Qt:

� � = 545.73 � �⁄ 2242.774 = 0.24⁄⁄

y/D=0.377 v/V= 0.681 Y= 0.17 Por lo tanto: Vreal: 9.52 m/s = �� b. Relaciones Hidráulicas con Caudal de Aguas Diluidas (QS) Qlleno: 2242.8 l/s Vlleno: 14 m/s � � = (29.13 � �⁄ ) 2242.8 � �= 0.010⁄⁄⁄ De acuerdo a Tablas: y/D=0.377 v/V= 0.681 Y= 0.17 = �� Por lo tanto: Vreal: 9.52 m/s y �� 2�⁄ = 4.619 Cota Tubería de Llegada (Batea): 3147.77 Cota Clave: 3148.278 Cota Lámina de Agua: 3147.94 1.1.2 Calculo del diámetro del orificio lateral Cuando llega el Qt el orificio lateral debe ser capaz de evacuar qa, este orificio trabajará como un orificio sumergido según la siguiente fórmula:

q� = CA�2gh�

q� = 34.96 l s⁄

77.010.01

==C

A = π∅�

4 Reemplazando en la ecuación y despejando h1:

h� = 0.17 −∅2

Al reemplazar se obtiene:

0.035 m� s⁄ = 0.77 ∗ 0.79 × π∅�

4 √2 ∗ 9.81 × �0.17 −∅2

0.01305 = ∅� ∗ �0.17 −∅2

∅ = 0.2442 m

Por tanteo se encuentra la solución a esta ecuación de tercer grado:

∅ = 0.2442m = 0.01305m El área del orificio será:

A = π ��0.2442m��

4�= 0.0468m�

La altura del muro transversal que forma el vertedero debe ser tal que por el orificio lateral se evacúe

q� = 34.96l/s

�� = � × ��2�ℎ� Reemplazando:

0.169 � � �⁄ = 1.70 × 0.050� ��2 × �ℎ�

ℎ� = �0.035 � � �⁄

0.77 ∗ 0.0506� �√2 × 9.8�

�

= 0.041�

La altura total del muro frontal será:

�� = ℎ� +∅2 = 0.041� +

10 × 0.0254�2 = 0.17�

Para encontrar la longitud del vertedero frontal calculamos la energía de vertimiento Hv:

�� = ℎ� +��

�

2� = 0.17� + 0.74� = 0.91�

�� = 545.73 � �⁄ − 29.13 � �⁄ = 516.60 � �⁄

�� = 1.7 ∗ � ∗ ��

�/�

0.5166 � � �⁄ = 1.7 ∗ �∗ 0.91� �/�

� =0.5166 � � �⁄

1.7 ∗ 0.91� �/� = 0.35� = ������ �1.00� La longitud encontrada es muy pequeña por lo tanto se adoptara una longitud de 1.0 m. Recalculando Hv

H� = �Q�

1.7 ∗ L��/�

H� = �0.5166

1.7 ∗ 1.0��/�

= 0.45m Para hallar la altura M de la estructura a Ht se le debe sumar h2 y se le debe dar una seguridad, si se toma este valor como 1 m se tiene:

H� = H� +V�

�

2g

V� =Q�

h� × L =0.5166 m� s⁄

h� × 1.0m

h� = 0.45 +�0.5166 m� s⁄ ��

h�� × (1.0)� × 2 × 9.81

h� = 0.45 +13.6 × 10��

h��

Resolviendo por tanteos se tiene que:

0.5053 = 0.45 +13.6 × 10��

0.5053� Por lo tanto h2= 0.5053 m. M = Ht + h2 +0.5 m

M = 0.17 m +0.5053 m +0.50 m = 1.17 m Cota Borde Vertedero: 3147.938 Cota Batea Orificio Salida: 3147.77 Cota Lámina de Agua: 3147.94 Cota Clave Orificio: 3148.194