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Diseo del sistema de pretratamiento de una planta de agua resid
Alcance: Hoja electronica, programada para el diseo del sistema de pretratmaiento d
Autores: Jaime Diaz Gomez
Profesor Universidad de Boyac
Bel!uis "epulveda #ancipe
$ngeniera "anitaria Universidad de Boyac
%ernando &lonso Gama
'studiante de $ngenieria de sistemas Universidad de Boyac
Referencias bibliogracas
(
)
*
+
"e presenta mediante un ejemplo la metodologa para el diseo del tratamiento preliminar !ue consiste de un sisuna planta de tratamiento de aguas residuales. a metodologa se /a implementado en una /oja de clculo !ue eplantas de tratamiento de aguas residuales del programa de $ngeniera "anitaria en la Universidad de Boyaca. a forma !ue al emplearla el estudiante puede corro-orar sus clculos manuales y los conceptos te0ricos. a utilidadconcepto de com-inar la comprensi0n y la implementaci0n te0rica con /erramientas !ue pueden /acer ms e2cie
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dor deeo dede talla
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3.56 ).+43++)* 3.664)477)(4 3.)734(7673) 3.)*37+4)4+)3.5; ).+6(646) 3.6;4355437* 3.)4;5+;56;6 3.)*37+4)4+)3.6 ).4(*)5+( 3.;3+436+;5* 3.)466;3++45 3.)*37+4)4+)
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3.65 ).5**(647 3.;46655*(); 3.)435(;535 3.)*37+4)4+)3.66 ).57+73(4 3.;7+666)+* 3.)+;*3;*64* 3.)*37+4)4+)3.6; ).5;73(54 3.;53++3*6+4 3.)+5644)*4) 3.)*37+4)4+)
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3.33+77*; 3.3((55;) 3.+*5***+ 3.;+(56(4 3.*;4;+*73.33+;7*) 3.3((55;) 3.+4);+46 3.;45)*56 3.+)(*4++3.334)756 3.3((55;) 3.+7673+5 3.;5)3;;7 3.++5)(53.334457; 3.3((55;) 3.+6+);+7 3.;67*475 3.+5*+4553.33466;7 3.3((55;) 3.4 ( 3.+;;;;;;3.337)3+6 3.3((55;) 3.4(4534+ (.3(*3)3; 3.4)757+)3.3374)(6 3.3((55;) 3.4*(*;4* (.3)4+()5 3.44*776;3.3376*;+ 3.3((55;) 3.4+534+) (.3*5(7;+ 3.4637*3;3.335(477 3.3((55;) 3.47)7777 (.3+6)67 3.735474;3.335+5)7 3.3((55;) 3.456)(5) (.34654; 3.7*+*66;3.335567) 3.3((55;) 3.4;*7;35 (.3764647 3.77(3(4(
3.3363;74 3.3((55;) 3.73;35(7 (.35557+) 3.765*73)3.336+3)7 3.3((55;) 3.7)+*++; (.367);+4 3.5(**+363.33653** 3.3((55;) 3.7*;+;47 (.3;+(55( 3.5*6654+3.336;;5; 3.3((55;) 3.74+4364 (.(3(+(*6 3.57*66++3.33;)64+ 3.3((55;) 3.77;*7; (.(36335* 3.566);3;3.33;47+; 3.3((55;) 3.76+37)* (.((*;7(5 3.6()3)(*3.33;6*45 3.3((55;) 3.7;645*; (.((;)6(; 3.6*433443.3(33;76 3.3((55;) 3.5()66;7 (.()*;5+ 3.645(55+3.3(3*+55 3.3((55;) 3.5)7;;4) (.()63+4 3.656+54*3.3(34657 3.3((55;) 3.5+36576 (.(*(43** 3.6;66+)+
3.3(36(7 3.3((55;) 3.54+4)35 (.(*+*456 3.;(6))7;3.3((3*)) 3.3((55;) 3.575;(*+ (.(*77(66 3.;*746)53.3(()*46 3.3((55;) 3.56(3+(5 (.(*6);57 3.;4*676;3.3((+)7+ 3.3((55;) 3.5;*6;)7 (.(*;+37( 3.;53343;3.3((73*5 3.3((55;) 3.637+4*4 (.(*;;455 3.;643;;;3.3((575* 3.3((55;) 3.6(65() (.(*;;77* 3.;;6;;**3.3((;(5) 3.3((55;) 3.6*3744; (.(*;++76 (.3((5(+63.3()34*( 3.3((55;) 3.6+))5*7 (.(*6+(4) (.3)*)4+(
3.3()(54 3.3((55;) 3.64*44*+ (.(*7666 (.3**735+3.3())6* 3.3((55;) 3.67++6+* (.(*+66* (.3+)557;
3.3()*55) 3.3((55;) 3.6543444 (.(*)+(6* (.343553;
3.3()+455 3.3((55;) 3.664)477 (.();4(*) (.34573*53.3()4)+5 3.3((55;) 3.6;43554 (.()7(65+ (.37*);4*3.3()4567 3.3((55;) 3.;3+4364 (.())+7(7 (.37565((3.3()7(;6 3.3((55;) 3.;(*4+3* (.((6*45 (.35(*7(;3.3()7+64 3.3((55;) 3.;))(7+ (.((*6;4* (.35*63*73.3()774+ 3.3((55;) 3.;*3*5( (.(3;3;;( (.354)*753.3()753; 3.3((55;) 3.;*6(4** (.(3*;;(+ (.3545373.3()7745 3.3((55;) 3.;+443** (.3;64;47 (.354)73+3.3()743* 3.3((55;) 3.;4)+(*4 (.3;);*45 (.35*;4)4
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3.3()7)4+ 3.3((55;) 3.;46655* (.3653*7( (.35(6*6)3.3()4;(5 3.3((55;) 3.;7+666) (.363;)(+ (.376;57)3.3()4+;; 3.3((55;) 3.;53++3+ (.35+7(75 (.374+)563.3()4335 3.3((55;) 3.;544)6* (.376(+5) (.37()474
3.3()++4 3.3((55;) 3.;63(+76 (.37(4*6+ (.3474)5+3.3()*6*4 3.3((55;) 3.;6+);(7 (.34+6(4; (.34(*35
3.3()*(5 3.3((55;) 3.;65;46+ (.3+6334) (.3+477)63.3())+7+ 3.3((55;) 3.;;((+*7 (.3+((*)( (.3*;77);3.3()(5)* 3.3((55;) 3.;;*6++) (.3*+)))( (.3***5453.3()3;45 3.3((55;) 3.;;7345+ (.3)5*337 (.3)767;+3.3()3(5* 3.3((55;) 3.;;556( (.3)3*;); (.3)3)()3.3((;*56 3.3((55;) 3.;;;3(*+ (.3(*4)*; (.3(*+5373.3((646) 3.3((55;) 3.;;;54** (.3375(6) (.3375((43.3((55;) 3.3((55;) ( ( (
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Descarga
Velocidad
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Tabla ': $RITERIOS DE DISEO !ARA "A RE(
>?$@'?$A "$#BAA
@ipo de reja
"eparaci0n entre Barras
&nc/o de -arras
&ngulo de inclinaci0n de la reja
+elocidad a tra,es de la re-a en diferentes
9elocidad ujo maCimo
9elocidad ujo medio
9elocidad ujo mnimo
Tabla /: $RITERIOS DE DISEO !ARA "A RE
>?$@'?$A "$#BAA
@ipo de reja
"eparaci0n entre Barras&nc/o de -arras
&ngulo de inclinaci0n de la reja+elocidad a tra,es de la re-a en diferentes .u-os
9elocidad ujo maCimo
9elocidad ujo medio
9elocidad ujo mnimo
'structura del canal
%orde libre en el canal de cribado
ongitud !ue ocupada la plantaforma para mantenimietno
"p
&-
"p&-
-
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$RITERIOS TEORI$OS DE DISEO DE" $RI
Tabla 2: 0actores de diseo de las re-as manuales 30actor de diseo *nidades
9elocidad a trav1s de la reja m8s 3.7
@amao de las -arras
&nc/o de -arras mm +Profundidad mm )4
"eparaci0n entre -arras mm +3
$nclinaci0n Grados +4
Perdida de carga permisi-le, reja o-struida mm
#Cima perdida de carga, reja o-truida mm
&ngulo de inclinacion de la reja
Tabla 4: 0actores de diseo de las re-as manuales 3
0actor de diseo *nidades
9elocidad a trav1s de la reja m8s 3.7
@amao de las -arras
&nc/o mm +Profundidad mm )4"eparaci0n entre -arras mm (3$nclinaci0n Grados +4
Perdida de carga permisi-le, reja o-struida mm
#Cima perdida de carga, reja o-truida mm&ngulo de inclinacion de la reja
-
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-
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)R*ESA
UE$D&D'" +A"OR
mecanica
mm +3
mm (3
54
.u-os
m8s 3.;
m8s 3.5
m8s 3.7
A 0IA
UE$D&D'" +A"OR
#ecanica
mm (3
m 3.33;
56
m8s (.)
m8s (
m8s 3.;
m 712
m '
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
-
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A3
Tabla 6: Datos de diseo para el cribado 3 des
D&@A" @APAG?&%$>A"
cota batea de la tuberia de entrada 8'
>ota de Eivel de referencia Ffondo de canal )
>ota aguas de-ajo de la reja Gruesa *
>ota aguas de-ajo de la reja 2na +
$audales de diseo
$audal M9imo ;orario #
-
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+ericacion de Datos
$RITERIO *IDAD
$riterios de Diseo de la re-a gruesaTipo de re-aAngulo de inclinaci@n
Separaci@n entre %arras m
Anc>o de %arras m
+elocidad .u-o maimo m8s+elocidad .u-o medio m8s
+elocidad .u-o mnimo m8s
$riterios de Diseo de la re-a 0ina
Tipo de re-a
Angulo de inclinaci@n
Separaci@n entre %arras m
Anc>o de %arras m
+elocidad .u-o maimo m8s
+elocidad .u-o medio m8s
+elocidad .u-o mnimo m8s
-
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-
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DISEO DE SISTEMA TRAT
&plicando la ecua
da !reliminar
renador1
717B (
3
3 &plicando la ecua
3
7175B
7172C
717'C6
R
3.333+5
3.3(4 (
)3
3.4(
3 ()54
D&@A" D'&"
d*)
d**
&plicando ecuacion de la 'ner
reliminar
?
?
?
g
vd +
2
2
2
2
-
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+A"OR
Donde /43mecanica
54
7174
3.3( '
3.;3.5 &plicando 'cuaci
3.7
#ecanica
54
3.3(
3.33;
(.)
( (
3.;
d*)L
d*+
gvd +2
2
3
3
`
22`
2
vd +
-
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MIETO !RE"IMIAR #$RI%A
$A"$*"O DE "AMIAS DE A)*A
i0n de la 'nergia entre en punto ( y )
Polinomio (
=3.4)5*73(34 3.33*576+57
ion de la energia entre el punto ) y *
Polinomio )
=3.4)+33()+* 3.334*6*4*5
d))
d)*
ia para los puntos ( y ) al 43K de o-trucci0n de lareja gruesa
hLg
vdZ +++=
2
2
3
33
-
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Polinomio *
716/2CCC2 7172'//46
n de la energia entre los puntos * y+
Polinomio +
=3.43)7;44(5 3.3(357535+
d))L
d)+
hLgvd ++=2
2
4
4
50
2
3
3
2hL
g
vd ++=
-
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O&
9aria-les punto ( y )>oe2ciente de eCpansi0n Me 3.*
)NGravedad )g (;.7)
resolviendo en polinomio
& (
B =3.4)5*73(34
>oe2ciente independiente > 3.33*576+57
3.4(*3+(*;4(
9alor del polinomio '! =*.5)74'=335
?esolviendo el polinomio )
coe2cientes
& (
B =3.4)+33()+*
>oe2ciente independiente > 3.334*6*4*5)
3.43)7;44(5
'!uaci0n
9alor del polinomio '! =+.5;35'=335
?esolviendo el polinomio *
coe2cientes
>oe2ciente de d*)>oe2ciente de d))
?esolviendo d) d)
>oe2ciente de d**>oe2ciente de d)*
valor de d*resolviendo d* d*
-
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& (
B =3.4)*;;;*+5>oe2ciente independiente > =3.3*())+4(7
3.736*743*)+
'!uaci0n
9alor del polinomio '! =;.;574'=336
?esolviendo el polinomio +
coe2cientes
& (
B =3.43)7;44(5
>oe2ciente independiente > 717'75F575
7144C25456
'!uaci0n
9alor del polinomio '! 21C5/E775
>oe2ciente de d*)L>oe2ciente de d))L
valor de d)Lresolviendo d)L d)L
>oe2ciente de d*)L>oe2ciente de d))L
valor de d+
resolviendo d)L d+
-
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RES*ME DATOS DE DISEO SISTEMA
Dimenci@n Simbolo
Diseo de las re-illas gruesa 3 0ina
Area de los Espaciamientos AEspaciamiento total entre barras
Separaci@n entre barras
umero de separaciones
Espaciamiento total de la re-a
umero total de barras G%
Anc>o de las barras
Anc>o de la re-a
$oeciente de Eciencia
"ongitud de la re-a "
longitud =ue ocupa la re-a en el canal
Resultados del desarrollo de la ecuacion
Resultados aplicaci@n de la ecuacion de la ene
<ura de la lamina de agua agua arri-a de la reja gruesa
9elocidad aguas arri-a de la reja gruesa
9elocidad a traves de las a-erturas de la reja gruesa
Perdidad de carga a traves de la reja gruesa
Resultados aplicaci@n de la ecuacion de la ene
<ura de la lamina de agua agua a-ajo de la reja gruesa
9elocidad aguas a-ajo de la reja gruesa
Resultados aplicaci@n de la ecuacion de la energia en el p
<ura de la lamina de agua agua arri-a de la reja gruesa
9elocidad aguas arri-a de la reja gruesa
ET
Sp
GSp
ER
Ab
Ac$E
"c
d)9)
9?/
d*9*
d)L
9)L
-
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9elocidad a traves de las a-erturas de la reja gruesa
Perdidad de carga a traves de la reja gruesaResultados aplicaci@n de la ecuacion de la ene
<ura de la lamina de agua agua a-ajo de la reja %ina
9elocidad aguas a-ajo de la reja %inaPerdidad de carga a traves de la reja %ina /
$alculo de la Energia en los puntos
Energia en el punto ' E'
Energia en el punto / E/
Energia en el punto 2 E2
Energia en el punto 4 E4
Diseo del $anal
&nc/o
Profundo
argo
ongitud desde el tu-o /asta 2nal de la seccion
ongitud desde el 2nal de la seccion /asta la reja gruesa
longitud de la placa de mantenimiento reja gruesa
separacion entre la placa y la reja 2na
longitud de la placa d emantenimiento reja 2na
Diseo >idraulico de conducto de
<ura de lamina de agua en el conducto de entrada9elocidad del uido en la tu-eria de entrada
9?L/43K
d+
9+
&>Pc
c
ongitud desde la placa de mantenimiento de la reja 2na /asta la seccion deldesarenador
-
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DE $RI%ADO
+alor *nidadRe-a )ruesa Re-a 0ina *nidad
3.3677777775 3.3743.) 3.(* m
3.3+ 3.3( m
4 (*
3.) 3.(* m
+ ()
3.3( 3.33; m
3.)+ 71/4 m
6*.********** 4+.(777777775 K
3.;+3+3676() 3.;+3+3676() m
3.)+**;4757; 3.)+**;4757; m
de la energia
gia en el punto ' 3/
3.4(* m
3.7* m8s
3.573)**;(6( m8s
3.33;))6((+5 m
gia en el punto / 32
3.43)7;44(5 m
3.7+74(+7(55 m8s
nto ' 3 / al 67H de obstrucci@n
3.736*743*)+ m
3 4*+)(65*6) m8s
m)
-
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3.7+(37)+64; m8s
3.33;(+*(36+ mgia en el punto 2 3 4
3.++;*5+5+54 m
3.5)*))5((3( m8s3.37+)3*+(3( m
de calculo
3.4);7677434 m
3.4**));*456 m
3.4)*;;;*+5* m3.+573*+(+66 m
3.)+ m
3.;36*743*)+ m
+.6675;(*4*5 m
3.4 m
3.4 m
(.) m
3.4 m
(.) m
3.4 m
entrada
3.++3665m3.+(44(353(m8s
-
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-
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36/91Linea
-
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37/91
'scala
vertica
l)J(
0.4409
0.04
0.513d2
Actualizar
-
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38/91
D'@&' @?&E"9'?"
-
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39/91
9$"@& 'E P&
0.24
0.51
0.5 0.2434
0.5297 0.5332
-
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40/91
>A?@' &=&L FP'
0.513
0.01
0.6084d2' 50! o"struccion#
-
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D' & ?'J& G?U'"&
0.24 0.15 $
-
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42/91
@& D' "$"@'#& D' >?$B&DA
0.5 0.2434 1.2 0.5
0.524
0.476
1.2
-
7/24/2019 dimensionamiento-de-plantas-de-agua-residual.xlsx
43/91
%$ D' "$"@'#& D' >?$B&DA
0.5027
0.4494
0.5027d2
-
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-
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Li d
-
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46/91
0
0.01 0.009%& A"
-
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D'@&' @?&E"9'?"& D' & ?'J& %$E&
0.24 0.15 $
-
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-
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+ARIA%"ES $OSTATES
Eumeros de desarenadores O ( u
O 3 u@iempo de ?etencion 73
9elocidad Horizontal 3.*
9elocidad de "edimentacion(.)3.3)
(5*3
Gravedad g ;.6($A*DA"ES
>audal maCimo audal medio audal minimo !md 3.3(;4
$alculo del Anc>o del $analpaso ': Mantener la lanima de agua saliendo del c
Altura de la seccion ; 7144C256
Anc>o del canal @ 3.65!rofundidad del canal !c 71C6
!aso 2: Aplicar %ernoulli entre
Donde
/
21' En canales rectangulares la !rofundidad critica es:
21/ ReemplaJando
212 por lo tanto %ernoulli
Eumero de desarenadores para>audal de emargencia
@r9/9s9s9s
9c
g
Vh
Donde
hg
Vdg
VH
C
L
L
C
C
21,0
:
22
2
22
1
=
++=+
g
V
g
Vd
CC
C 2
2 22
==
g
V
g
V
g
V
g
VH
CCC
21,0
22
2
2
2222
1 ++=+
-
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g
V
g
VH C
21,3
2
1=+
-
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nidades
nidadesseg
m8s
m8minm8seg
ribadom
m D'@&'
l canal 3 la seccion del control
9elocidad critica
Perdida de >arga
3.(4
712 m
'15/ m?s
216 Area de la seccion de control
*8m)=d
m8s)
m*8s
m*8sm*8s
214 Resol,iendo para +c
9c)8)g
dc
+c
Actualizar
+=
g
VH
g
VC
21.3
1
2
2
1
2
C
V
Qa =
0.4494
0.95
-
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a 7176
K 71'5 m
Area de laseccion de
control
m/
Anc>o de laseccion de
control
-
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55/91
'>>$AE D' >AE@?A D' D'"&?'E&DA?
!aso 4: Diseo del canal para el
Donde
g
41' caudal unitario en la seccion de control!
-
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56/91
a 717/C5F7/2F m/Area en laseccion de
control
-
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DISEO DESAREADOR
caudal medio
9elocidad criticagravedad
Profundidad >ritica
3.(6 m
414 calculando la altura de la seccion de control; 3.)5 m
412 $alculando la profundidad critica en laseccion de control
dc
0.4494
0.95
-
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T 3.5) m
416 Anc>o de la l9mina de agua en el canal delmdesarenador
-
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59/91
'@&' @?&E"9'?"& D' D'"&?'E&DA?
!aso 4: Diseo del canal para el caudal minimo
Area de .u-o en la seccion de control a
!rofundidad $ritica en la secciond e control
"amina de agua en el canal del desarenador ;Anc>o de la lamina de agua en el canal T
!aso 6: Diseo del canal para el caudal m9imo de emergencia
$audal maimo de emergencia
-
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60/91
longitud maCima adicional *.4
se dopta una longitud adicional ).)
-
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!aso F: calculo de tiempo
717'C F1' Tiempo de retencion >idra
71'''5F45'mT;
71'5m' m
F1' Tiempo de sedi
7175B !aso 51 $al
7176 cantidad de arena *371/C4''5F6 m teorica (333333
7146 m
71B5 m >antidad de arena P@&? 3.)
Dimenciones de la ca-a de aren
encia Anc>o 3.*+m "argo ;.)
m !rofundo 3.37m >alculo >ota en la seccion de
m/
TS
m2?s
m/
QR 3.7*mm3.7*QR
-
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m >alculo de la energia! en la se
m
-
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e retenci@n 3 tiempo de sedimentacion
lico en el desarenador para caudal m9imo
*3.75 seg
3.4( min
mentacion para caudal maimo3.*5 min
)).) seg
ulo de la ca-a de arena
arena agua tratada
del desarenador
mm
m control a
-
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cion de control 3.*7(;7(;3* m
-
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65/91
9$"@& 'E P
0.53320.5297
(idraulico
)e*a ruesa
0.51
0
0.5
0.4409 0.513
-
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-
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67/91
&E@& D' "$"@'#& D' P?'@?&@$'E@A
>A?@' &=&LFP'?%$ D' "$"@'#& D' >?$B&DA
.24
0.2434
1.2
0.5 0.2434
1.2
0.5
0.524
0.5027
0.476
0.4494
+er,il
-
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68/91
-
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69/91
idraulico -/
0.9084
-
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70/91
0.06
-
7/24/2019 dimensionamiento-de-plantas-de-agua-residual.xlsx
71/91
0.34
0
-
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72/91
-
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73/91
0.17
0.87
0.362
.35740.95
-
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74/91
-
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DISEO +ERTEDERO S*TRO
+ARIA%"ES $OSTATESDescripcion SIM%O"O +A"OR *ID
0lu-os
$audal #
-
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76/91
>arga so-re el vertedero H 3.3; m
ongitud del vertedero 3.(6 m (6 cm
Profundidad del canal / 3.)+ m9elocidad en el canal 9 3.*+ m8s
-
7/24/2019 dimensionamiento-de-plantas-de-agua-residual.xlsx
77/91
0"*(OS ITERMEDIOS para dibG?&%$>& D'">?$P>$AE "$#BAA 9&A?
0lu-o < 71764F& >arga so-re el vertedero H 3.)4
m ongitud del vertedero 3.(( ((
Profundidad del canal / 3.+9elocidad en el canal 9 3.45
0lu-o < 7172'/D >arga so-re el vertedero H 3.(+
p ongitud del vertedero 3.(+ (+
Profundidad del canal 3.);9elocidad en el canal 9 3.+4
0lu-o < 717/52
3.*4)5
3.)4
3.()3.(+
3.(4
3.(6
&ctualizar
-
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78/91
% >arga so-re el vertedero H 3.()
r ongitud del vertedero 3.(4 (4
Profundidad del canal 3.)59elocidad en el canal 9 3.+)
-
7/24/2019 dimensionamiento-de-plantas-de-agua-residual.xlsx
79/91
-o 0"*(OS ITERMEDIOS pUE$D&D G?&%$>& D'">?$P>$AE "$#BAA
0lu-o arga so-re el vertedero Hm
n ongitud del vertedero
cm m Profundidad del canalm8s 9elocidad en el canal 9
0lu-o >arga so-re el vertedero Hm
o longitud del vertedero
cm m profundidad del canalm8s velocidad en el canal 9
0lu-o 4.+) m
3.(6 Xse re!uiere mas modulos
3.)( numero de modulos )+ K volumen de cada modulo
(3)3 77.3;4
() /oras >audal para cada modulo
+.4 m 4.4363.5 atm &rea de cada moduo
7+ >H+=D
-
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87/91
!aso /: +ericacion de las cargas aplicadas
carga 0rganica 9olumetrica
>A9 3.;473(++7
>arga Hidraulica 9olumetrica
>H9 ).3333*3)79eri2cacion de la velocidad ascencional para
-
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!aso 2: Eciencias del Reactor
'2ciencia de remoci0n de D
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Eumero de a-erturas simples
K Eumero a-erturas do-le
K EYmero e!uivalente de a-erturas simplesongitud de cada a-ertura
mg8l ongitud total de a-erturasmg8l &nc/o de cada a-ertura
Zrea total de las a-erturas
!aso B: +ericaci@n de ,elocidades a tra
Wg >H:+=D
-
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)
(
+*.4
(+3.+m
4.7
,Ns de las aberturas
3.;6*45(+* m8/
(.4445(+); m8/ la Jona de decantaci@n
)
*.4 m
5 m3.* m
(.6+ m
7.++ m
().66 m)
+4 a 73
si +4 (
si73 (.4
el paso desde el digestor a lan
m)
9a
veri2cacionde las ta-las9a
s
st
Hg
-
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!aso '7: +ericacion de la tasa supercial de los decantadores