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Universidad Nacional de Cajamarca Ingeniera Civil

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INTRODUCCIN. ...03OBJETIVOS. ....03JUSTIFICACION. ....03ALCANSES. .....04REVICION DE LITERATURA. ..........04DISEO Y CLCULOS. ............14CAPTACIN. .......14Captacin de Manantial Lateral. ..............14Captacin de Manantial de Fondo. ..........21Cmara de Reunin. ......24PRETRATAMIENTO. .........27Sedimentador. .......27TRATAMIENTO. ............31FLOCULACION. ......31DECANTACIN. .....38FILTRACIN. ......42DESINFECCIN. .....44CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ......45BIBLIOGRAFIA. ............46

ANEXOS. .....47Captacin de Agua de lluvia. ...48PLANOS. .50

I. INTRODUCCIN

En la vida profesional del ingeniero civil se encontrara con diversos problemas sociales graves como la falta de agua en comunidades rurales, que tendr que resolverlos mediante la formulacin de proyectos o en la ejecucin de alguno de ellos y tendr que tener ciertos criterios de diseo y construccin.Una vez realizados los clculos de los caudales necesarios para cubrir las necesidades de agua potable de una comunidad, el siguiente paso es la localizacin de la fuente de agua. Para ello se diseara una captacin de manantial en ladera y de manantial ascendente, para luego darle un pretratamiento y tratamiento.

II. OBJETIVOSDisear las diferentes Estructuras Hidrulicas para la Captacin de Manantiales Laterales y Ascendentes.Disear las diferentes Estructuras Hidrulicas en el proceso de Tratamiento de Agua.

III. JUSTIFICACINLa justificacin para este tipo de diseos se basa en puntos de vista como el tcnico y el econmico, y el social.Punto de vista tcnico, las estructuras deben funcionar eficientemente hasta que cumplan su periodo de diseo esto lo logramos aplicando correctamente los criterios establecidos en el reglamento.Punto de vista econmico, se justifica puesto que la captacin en manantial es una estructura de construccin y operacin simple y adems porque son las ms requeridas en nuestra zona, y probablemente nos encontremos con la necesidad de alguna de ellas.Punto de vista Social, se justifica puesto que para que la vida en toda ciudad o comunidad se desarrolle en forma normal, es necesario que sta pueda satisfacer sus necesidades indispensables; dentro de estas est el abastecer con el lquido elemento diseando y construyendo la infraestructura adecuada sin perder de vista el desarrollo sustentable.IV. ALCANCES Para el diseo de las estructuras hidrulicas se tendr en cuenta los siguientes parmetros:Dimetro de la partcula:0.0092Tipo de Floculador:VERTICALVelocidad de filtracin:0.15 Cm/sTemperatura:23 C Adems se tiene los caudales calculados en el trabajo anterior como se muestra:Caudal medio:Q m = 24.13 L/seg.Caudal mximo diario:Q mx d = 31.37 L/seg.Caudal mximo horario:Q mx h = 43.43 L/seg.

V. REVISIN DE LITERATURAFUENTES DE ABASTECIMIENTOLas fuentes de agua constituyen el principal recurso en el suministro de agua en forma individual o colectiva para satisfacer sus necesidades de alimentacin, higiene y aseo de las personas que integran una localidad.Su ubicacin, tipo, caudal y calidad del agua sern determinantes para la seleccin y diseo del tipo de sistema de abastecimiento de agua ha construirse. Cabe sealar que es importante seleccionar una fuente adecuada o una combinacin de fuentes para dotar de agua en cantidad suficiente a la poblacin y, por otro, realizar el anlisis fsico, qumico y bacteriolgico del agua y evaluar los resultados con los valores de concentracin mxima admisible recomendados por la OMS. Adems de estos requisitos, la fuente de agua debe tener un caudal mnimo en poca de estiaje igual o mayor al requerido por el proyecto; que no existan problemas legales de propiedad o de uso que perjudiquen su utilizacin y; que las caractersticas hidrogrficas de la cuenca no deben tener fluctuaciones que afecten su continuidad.Tipos de fuentes de agua Agua de lluviaEl agua de lluvia se emplea en aquellos casos en que no es posible obtener agua superficial de buena calidad y cuando el rgimen de lluvia sea importante. Para ello se utilizan los techos de las casas o algunas superficies impermeables para captar el agua y conducirla a sistemas cuya capacidad depende del gasto requerido y del rgimen pluviomtrico. Aguas superficialesLas aguas superficiales estn constituidas por los arroyos, ros, lagos, etc. Que discurren naturalmente en la superficie terrestre. Estas fuentes no son tan deseables, especialmente si existen zonas habitadas o de pastoreo animal aguas arriba. Sin embargo, no existe otra fuente alternativa en la comunidad, siendo necesario para su utilizacin, contar con la informacin detallada y completa que permita visualizar su estado sanitario, caudales disponibles y calidad de agua. Aguas subterrneasParte de las precipitaciones en la cuenca se infiltra en el suelo hasta la zona de saturacin, formando as las aguas subterrneas. La explotacin de stas depender de las caractersticas hidrolgicas y de la formacin geolgica del acufero. La captacin de aguas subterrneas se puede realizar a travs de manantiales, galeras filtrantes y pozos (excavados y tubulares).MANANTIALESSe puede definir al manantial como un lugar donde se produce el afloramiento natural de agua subterrnea. Por lo general el agua fluye a travs de una formacin de estratos con grava, arena o roca fisurada. En los lugares donde existen estratos impermeables, stos bloquean el flujo subterrneo de agua y permiten que aflore a la superficie.Los manantiales se clasifican por su ubicacin y su afloramiento. Por su ubicacin son de ladera o de fondo; y por su afloramiento son de tipo concentrado o difuso.En los manantiales de ladera el agua aflora en forma horizontal; mientras que en los de fondo el agua aflora en forma ascendente hacia la superficie. Para ambos casos, si el afloramiento es por un solo punto y sobre un rea pequea, es un manantial concentrado y cuando aflora el agua por varios puntos en un rea mayor, es un manantial difuso.1. CAPTACIN DE MANANTIALES: Elegida la fuente de agua e identificada como el primer punto del sistema de agua potable en el lugar del afloramiento, se construye una estructura de captacin que permita recolectar el agua, para que luego pueda ser transportada mediante las tuberas de conduccin hacia el reservorio de almacenamiento. La fuente en lo posible no debe ser vulnerable a desastres naturales, en todo caso debe contemplar las seguridades del caso.El diseo hidrulico y dimensionamiento de la captacin dependern de la topografa de la zona, de la textura del suelo y de la clase del manantial; buscando no alterar la calidad y la temperatura del agua ni modificar la corriente y el caudal natural del manantial, ya que cualquier obstruccin puede tener consecuencias fatales; el agua crea otro cauce y el manantial desaparece. Es importante que se incorporen caractersticas de diseo que permitan desarrollar una estructura de captacin que considere un control adecuado del agua, oportunidad de sedimentacin y facilidad de inspeccin y operacin.Tipos de captacinCuando la fuente de agua es un manantial de ladera y concentrado, la captacin constar de tres partes: La primera, corresponde a la proteccin del afloramiento; la segunda, a una cmara hmeda para regular el gasto a utilizarse; y la tercera, a una cmara seca que sirve para proteger la vlvula de control. El compartimiento de proteccin de la fuente consta de una losa de concreto que cubre toda la extensin del rea adyacente al afloramiento de modo que no exista contacto con el ambiente exterior, quedando as sellado para evitar la contaminacin. Junto a la pared de la cmara existe una cantidad de material granular clasificado, que tiene por finalidad evitar el socavamiento del rea adyacente a la cmara y de aquietamiento de algn material en suspensin. La cmara hmeda tiene una canastilla de salida para conducir el agua requerida y un cono de rebose para eliminar el exceso de produccin de la fuente.Si se considera como fuente de agua un manantial de fondo y concentrado, la estructura de captacin podr reducirse a una cmara sin fondo que rodee el punto donde el agua brota. Constar de dos partes: La primera, la cmara hmeda que sirve para almacenar el agua y regular el gasto a utilizarse; la segunda, una cmara seca que sirve para proteger las vlvulas de control de salida y desage. La cmara hmeda estar provista de una canastilla de salida y tuberas de rebose y limpia.Si existen manantiales cercanos unos a otros, se podr construir varias cmaras de las que partan tubos o galeras hacia una cmara de recoleccin de donde se inicie la lnea de conduccin. Adyacente a la cmara colectora se considera la construccin de la cmara seca cuya funcin es la de proteger la vlvula de salida de agua.

Foto 01: Manantial en ladera

Foto 01: Cmara Hmeda

1. PRETRATAMIENTO:CRITERIOS DE DISEO:SEDIMENTADOR.Estructura que cumple con las mismas funciones que el desarenador, slo que en sta estructura se albergarn a partculas ms pequeas que las tratadas en el desarenador; son de iguales caractersticas.DESARENADOR.El desarenador tiene por objeto separar del agua cruda: El arena y partculas en suspensin gruesa con el fin de evitar se produzcan depsitos en las obras de conduccin, proteger las bombas de la abracion, y evitar sobrecargas en los procesos posteriores de tratamiento.Esta unidad se puede dividir en cuatro partes o zonas con fines descriptivos:

Zona de Entrada.- Consiste en una transicin que une el canal o tubera de llegada de la captacin. Tiene como funcin el conseguir una distribucin ms uniforme de las lneas de flujo dentro de la unidad, uniformizando a su vez la velocidad. Se consideran dos compuertas en la entrada para orientar el flujo hacia la unidad, o hacia el canal de bypass durante la operacin de limpieza. Zona de Desarenacin.- La parte principal de la unidad consiste en un canal en el cual se realizan el proceso de depsito de partculas con pendiente en el fondo para facilitar la limpieza. Zona de salida.- Conformada por un vertedero de rebose diseado para mantener una velocidad que no altere el reposo de la arena sedimentada. Zona de depsito y eliminacin de la arena sedimentada.- constituida por una tolva con pendiente de 10% para impulsar el deslizamiento de la arena hacia un canal de 0.10m de alto por 0.30m de ancho, que facilita su salida a travs de la compuerta de igual seccin hacia la caja de desage. Para el anlisis en la planta de pre tratamiento se tendr en cuenta el dimetro de la partcula para lo cual se analizara de la siguiente manera.

CRITERIOS DE DISEO: Donde:Vs: Velocidad de sedimentacin.g: Aceleracin de la gravedad.s: Gravedad especifica o densidad relativa.Cd: Coeficiente de arrastre.d: Dimetro de la partcula.

Para: (FLUJO LAMINAR) ; Se utilizara para clculo del SEDIMENTADOR. .. STOKESDonde:Vs: Velocidad de sedimentacin.D: Dimetro de la partcula. : Viscosidad cinemtica.

Para: (FLUJO EN TRANSICIN) ; Se utilizara para clculo del DESARENADOR.Cd . ALLEN

Para: (FLUJO TURBULENTO) ; Se utilizara para clculo del DESRIPIADOR.Cd . NEWTON

2. TRATAMIENTO:a) AFORADOR PARSHALLEstructura que se encarga de controlar los caudales de llegada, la forma en que se determina el caudal es muy directa; slo basta medir el tirante de agua en la garganta del mismo y aplicando una frmula nos da a conocer el caudal; en algunos casos sta misma estructura se usar para realizar la mezcla rpida del floculante con el agua, aprovechando el resalto que en ste se produce. Su diseo est en funcin del caudal con que se disea, estas dimensiones son estndares y se encuentran en tablas.

b) MEZCLA RAPIDAGeneralmente se compone de una caseta de dimensiones estndar: 1.00 x 1.00 x 1.20 m. a donde llegan las tuberas de conduccin del caudal a tratar; al igual que el Aforador Parshall, aprovechar la turbulencia del agua para realizar la mezcla del floculador y el agua cruda.La dosificacin del floculante cualquiera que sea el utilizado, sa sea Sulfato de Aluminio o Sulfato de Fierro est en funcin de la turbidez y del caudal a tratar. En algunos casos slo ser necesario aplicar Sulfato de Cobre para matar las algas y los microorganismos que el agua lleva consigo; esto se realiza en pocas de verano donde las aguas no llevan material en suspensin excesivo. El anlisis de la turbidez se realiza por el mtodo de jarras y haciendo uso de los Turbidmetros.

c) FLOCULADORESEn el caso de Floculadores el agua y el elemento qumico reaccionan y las partculas de limo y arcilla se agrupan para decantarse despus en el decantador.Los floculadores se clasifican en:- Hidrulicos- Mecnicos. Floculadores Hidrulicos.- Estn compuestos por una serie de pantallas cuya separacin est en funcin del caudal y de la velocidad de viaje del agua. Estos floculadores a su vez pueden ser: Floculadores Hidrulicos Horizontales.Ventajas:- Son ms usados para Plantas de Tratamiento pequeas.- No tienen corto circuito; el agua queda retenida- No tiene partes mviles de tal manera que su operacin y mantenimiento son ms simples que los floculadores mecnicos.- Si bien la prdida de carga necesaria para producir un determinado gradiente de velocidad es mayor, no requiere de consumo de energa; lo que es muy ventajoso cuando el flujo llega por gravedad a la planta.- El tiempo de retencin vara de 15 a 20 min.Desventajas:- Se produce ms prdida de carga y por lo tanto el Gradiente de Velocidad en los giros de 180 de flujo es mayor que en los tramos rectos.- Los tabiques son fijos, producen velocidad constante para cada flujo. Si se combina el caudal, la velocidad tambin cambia.- La longitud del canal y el nmero de tabiques est funcin de la velocidad y del tiempo de retencin y no del gasto el cual slo determina la seccin del canal. Floculadores Hidrulicos Verticales.

Floculadores Mecnicos.- Pueden ser: Rotatorios. Recprocos.Estos floculadores necesitan de energa para su funcionamiento lo que los hace ms costosos.

d) DECANTADORESEstructuras encargadas de retener en su fondo los flculos formados al aadirle al agua elementos qumicos para formar los flculos. Tienen las sgtes partes: Zona de Entrada.- Permitir la distribucin uniforme del flujo dentro del decantador. esta zona comprende un vertedero y la cortina de distribucin que puede ser una pantalla de orificios. Zona de Salida.- Conformada por una estructura rectangular con volumen y por consiguiente con longitudes adecuadas para le sedimentacin de los flculos. Zona de Salida.- Constituida por un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la finalidad de recolectar al afluente sin perturbar la sedimentacin de las partculas. Zona de Recoleccin de Lodos.- Zona conformada por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados, una tubera y una vlvula para una limpieza peridica.Para esta zona se pueden presentar 2 soluciones:- Sedimentador convencional de forma regular y flujo horizontal, muy recomendado por su simplicidad.- Sedimentador laminar de flujo horizontal, cuya ventaja sobre el anterior es la de contar con mayor rea de sedimentacin por M2 de superficie, con lo que se consigue disminuir el tamao de la unidad.

e) FILTROSLos filtros son las ltimas estructuras que dan un Tratamiento Fsico al agua; estos filtros pueden ser clasificados en:-Filtros rpidos con lecho mixto (Arena y Antracita)-Filtros rpidos con lecho de arena.-Filtros lentos con lecho de arena. Filtros Rpidos.- Por lo general ste tipo de filtros necesitan de energa para su funcionamiento. Filtros Lentos.- Este tipo de filtros contiene como lecho filtrante a cualquier material estable; en Plantas de Tratamiento de Agua Potable es usual tener como material granular a la arena, por ser ms barata, inerte y durable.Un filtro lento consta bsicamente de:-Un tanque que contiene un volumen de agua.-Un lecho de arena.-Una capa soporte.-Dispositivos de control y regulacin del filtro. Filtro Lento Modificado.- Esta estructura consta de un vertedero a la salida del afluente; tiene la funcin de establecer una altura mnima de agua sobre l lecho filtrante. A medida que la colmataci6n aumenta en el lecho filtrante, la prdida de carga se aumenta y consecuentemente la altura del agua sobre la arena hasta llegar a un nivel mximo, regulado por un vertedero de rebose que mantiene el caudal de entrada y la seccin de la unidad constante.

f) DESINFECCIONLa desinfeccin en una Planta de Tratamiento es ya un proceso qumico que se le da al agua hacindola que sea capaz de ser consumida por los pobladores de una determinada ciudad.La desinfeccin se realiza con rapidez con:- Cal clorada (Ca 0 C12)- Hipoclorito de Sodio (Na 0 Cl)Los compuestos clorados aplicados al agua pueden ser dosificados y aplicados mediante:- Bombas desinfectadoras.- Hidroinyectores.- Equipos de montaje local (Hipoclorador de Sifn, Frasco de Mariote).

Desinfeccin con Cloro: El cloro en forma lquida, gaseosa o de hipoclorito es el principal producto qumico para destruir las bacterias en los suministros de agua, indudablemente es el mtodo de desinfeccin ms generalizado por las mltiples ventajas que ofrece: efectivo, econmico y de fcil control. La dosis de cloro agregada el agua depende de la cantidad de impureza por eliminar y el residuo deseado de cloro en el agua. Una dosis de uno o dos mg/Lt. Suele ser suficiente para destruir todas las bacterias y dejar un residuo adecuado. En las corrientes de afluente de las plantas de tratamiento de agua, se mantiene un residuo de cloro de 0.1 0.2 ppm. Con un factor de seguridad en agua mientras se enva al consumidor.

VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

CONCLUSIONES: Se logro disear captaciones en manantial de ladera y de fondo con sus respectivas cmaras hmedas y cecas. Para recoger todos estos caudales se construyo una cmara de reunin. Para satisfacer el caudal mximo de diseo (31.40 L/seg) de la Captacin, se contaron con los siguientes manantiales:

MANANTIALNUMEROQ ( L/seg )TOTAL ( L/seg )

LATERAL50.683.40

ASCENDENTE74.0028.00

TOTAL1231.40

Para el Pre tratamiento se cont con el diseo del un Sedimentador. Para la Planta de Tratamiento se cont con las siguientes estructuras:

Aforador Parshall: Con la finalidad de controlar el caudal a tratar y tambin como instrumento de mezcla rpida entre el agua cruda y el floculante. Floculador: Se cont con un Floculador Vertical. Decantador: Se dise un Decantador cumpliendo con todos los parmetros de criterios y normas segn el RNC. Adems se cont con el diseo de un Bable de madera a la entrada del decantador y vertederos triangulares de pared delgada a la salida del mismo. Filtro: Se dise tres (03) Filtros Rpidos con un lecho filtrante constituido por antracita y arena, adems se dise un retrolavado por bombeo con una potencia de 1.0 HP. Desinfeccin: Para este proceso se cont con la aplicacin de Cloro en una dosis de 0.80 ppm. Obteniendo as una cantidad mnima de Cloro de 4.77 Lb/da, para asegurar la dosis necesaria de Cloro Residual en la parte ms alejada de la ciudad.

RECOMENDACIONES: Se recomienda hacer un estudio muy detallado del crecimiento de la poblacin para no sobredimensionar las estructuras.

Es recomendable pintar las captaciones y las cmaras humedas con Sulfato de Cobre para evitar las algas.

Tambin las tuberas en la caja de vlvulas, para facilitar el reconocimiento de las mismas. Adems se debe cercar las captaciones, para prohibir el deterioro de las mismas.

Es necesario realizar en campo la obtencin de datos para el diseo como el dimetro de partculas, densidad de partculas, entre otros datos para un ptimo diseo de las estructuras de la planta de tratamiento.

VII. BIBLIOGRAFA:

Separata de Abastecimiento de Agua y Alcantarillado Ing. Gaspar Mndez Cruz Reglamento Nacional de Construcciones www.virtual.unal.edu.co/cursos

ANEXOS

CAPTACION DE AGUA DE LLUVIALa captacin de agua de lluvia es un medio fcil de obtener agua para consumo humano y/o uso agrcola. En muchos lugares del mundo con alta o media precipitacin y en donde no se dispone de agua en cantidad y calidad necesaria para consumo humano, se recurre al agua de lluvia como fuente de abastecimiento. Al efecto, el agua de lluvia es interceptada, colectada y almacenada en depsitos para su posterior uso. En la captacin del agua de lluvia con fines domsticos se acostumbra a utilizar la superficie del techo como captacin, conocindose a este modelo como SCAPT (sistema de captacin de agua pluvial en techos). Este modelo tiene un beneficio adicional y es que adems de su ubicacin minimiza la contaminacin del agua. Adicionalmente, los excedentes de agua pueden ser empleados en pequeas reas verdes para la produccin de algunos alimentos que puedan complementar su dieta.VENTAJAS Y DESVENTAJASLa captacin de agua de lluvia para consumo humano presenta las siguientes ventajas: Alta calidad fsico qumica del agua de lluvia. Sistema independiente y por lo tanto ideal para comunidades dispersas y alejadas. Empleo de mano de obra y/o materiales locales. No requiere energa para la operacin del sistema. Fcil de mantener. Comodidad y ahorro de tiempo en la recoleccin del agua de lluvia.COMPONENTESEl sistema de captacin de agua de lluvia en techos est compuesto de los siguientes elementos:CaptacinRecoleccin y conduccinInterceptorAlmacenamiento, Ver Figura 1.5. TRATAMIENTO. Es necesaria que el agua retirada y destinada al consumo directo de las personas sea tratada antes de su ingesta. El tratamiento debe estar dirigido a la remocin de las partculas que no fueron retenidas por el dispositivo de intercepcin de las primeras aguas, y en segundo lugar al acondicionamiento bacteriolgico. El tratamiento puede efectuarse por medio de un filtro de mesa de arena seguido de la desinfeccin con cloro. En la Hoja Tcnica HT-04 Filtros de Mesa de Arena Construccin, Operacin y Mantenimiento se detalla el diseo de estos filtros.

Figura 1. SISTEMA DE CAPTACION DE AGUA PLUVIAL EN TECHOS

PLANOS

Abastecimiento de Agua y Alcantarillado Pg. 33