Diseño de Cámara de Bombeo

Comparativa de ampliacin E.D.A.R. mediante reactor biolgico convencional o MBR

ANEJO B. CLCULOS

Anejo B: Clculos


Pg. 3

SUMARIOB.1. DATOS DE PARTIDA _______________________________________5B.1.1. B.1.2. B.1.3. Caudales y contaminaciones .................................................................. 5 Peso contaminaciones de entrada.......................................................... 7 Resultados a obtener .............................................................................. 7

B.2. CLCULOSB.2.1. B.2.2.

POR

UNIDAD

DE

TRATAMIENTO

OPCIN

A:

TRATAMIENTO BIOLGICO_________________________________9Pozo de gruesos...................................................................................... 9 Pozo de bombeo inicial .........................................................................10

B.2.2.1. Dimensionamiento del pozo de bombeo ........................................................ 12 B.2.2.2. Dimensionamiento de los equipos de bombeo............................................... 13

B.2.3.

Desbaste de slidos ..............................................................................19

B.2.3.1. Clculo de la materia retenida ........................................................................ 20 B.2.3.2. Tubera comunicacin con Homogeneizacin................................................ 21

B.2.4. B.2.5. B.2.6.

Homogeneizacin..................................................................................22 Bombeo a Reactor Biolgico.................................................................23 Reactor Biolgico...................................................................................27

B.2.5.1. Dimensionamiento de los equipos de bombeo............................................... 23 B.2.6.1. Datos de diseo.............................................................................................. 27 B.2.6.2. Clculos justificativos...................................................................................... 29

B.2.7.

Decantador secundario .........................................................................41

B.2.7.1. Clculo de la superficie................................................................................... 41 B.2.7.2. Comprobacin de la carga de slidos ............................................................ 42 B.2.7.3. Clculo del volumen........................................................................................ 42 B.2.7.4. Comprobacin de la carga sobre vertedero ................................................... 43

B.2.8.

Clculos justificativos lnea de fangos...................................................43

B.2.8.1. Recirculacin de fangos ................................................................................. 43 B.2.8.2. Recirculacin del licor ..................................................................................... 44 B.2.8.3. Purga de fangos ............................................................................................. 45 B.2.8.4. Espesado de fangos....................................................................................... 46 B.2.8.5. Deshidratado de fangos.................................................................................. 48

B.3. CLCULOS POR UNIDAD DE TRATAMIENTO OPCIN B: MBR __52B.3.1. B.3.2. B.3.3. Antecedentes.........................................................................................52 Reactor biolgico ...................................................................................52 Bombeo a MBR .....................................................................................56

Pg. 4

Anejo B: Clculos

B.3.3.1. Dimensionamiento de los equipos de bombeo................................................56

B.3.4. B.3.5.

Membranas de ultrafiltracin................................................................. 59 Perifricos Membranas de ultrafiltracin .............................................. 62

B.3.5.1. Soplantes de membranas................................................................................62 B.3.5.2. Bombas de permeado .....................................................................................63 B.3.5.3. Purga de fangos ..............................................................................................64 B.3.5.4. Dosificaciones de limpieza...............................................................................66

B.3.6.

Espesado y deshidratado de fangos .................................................... 67


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B.1. DATOS DE PARTIDAB.1.1. Caudales y contaminaciones

La EDAR proyectada se encuentra con una problemtica muy comn, que es la ampliacin de su instalacin debido al crecimiento demogrfico de las localidades que abarca. En este caso la poblacin equivalente inicial por la cual fue diseada la EDAR a sido ampliada un 50%, debido tanto a la crecida de poblacin durante los periodos estivales, como a la poblacin fija de los municipios. Por lo que la depuradora se ha quedado pequea y necesita una ampliacin de otra lnea de tratamiento, debido a que los rendimientos de tratamiento y el vertido a cauce pblico no cumple con la legislacin vigente. Para poder calcular y obtener un correcto dimensionamiento de la ampliacin de la planta depuradora es necesario partir de unos datos de partida lo ms detallados y contrastados posibles. En caso que nos ocupa los datos se obtienen a partir de la experiencia en las plantas actuales y de los datos ofrecidos por el ACA. Dichos valores se reflejan en la tabla B.1.1.1 que seguidamente se detalla.

Parmetros diseo inicial (ao 1991) Hab. Equivalentes Qdiario (m3/d) Qmedio (m3/h) Qpunta (m3/h) 14.250 2.850 119 285

Necesidades actuales (ao 2006) 21.375 4.275 178.12 427.5

Necesidades Futuras (ao 2016) 28.500 5.700 237.5 570

Tabla.B.1.1.1 Datos de crecimiento futuro

Cmo ya se coment en la memoria de este proyecto debido a la experiencia en los estudios demogrficos de las poblaciones que nos ocupan el ayuntamiento prev un crecimiento tal que:

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Anejo B: Clculos

=Donde: P1= Poblacin ao 2005 P2= Poblacin ao 2015 N= 10 (nmero aos horizonte)

(Ec.B.1.1.1)

Por otra parte de acuerdo con el Artculo 2 de la Directiva del Consejo (91/271 CEE) de Mayo 1991 sobre el Tratamiento de las Aguas Residuales Urbanas, se entiende una dotacin media por habitante equivalente de 200 l/hab-eq da y la carga orgnica biodegradable con una demanda bioqumica de oxgeno de 5 das (DBO5) de 60 gr de oxgeno por da. De esta forma las cargas contaminantes y los datos de diseo considerados para el dimensionamiento de la ampliacin de la EDAR se muestran en la tabla B.1.1.2.

Parmetros diseo Hab. Equivalentes Qdiario (m3/d) Qmedio (m3/h) Qpunta (m3/h) DBO5 (gr/hab da) MES(gr/hab da) NTK (gr/hab dia DQO(gr/hab da) 28.500 5.700 237.5 570 60 80 12 120

Tabla.B.1.1.2 Parmetros de diseo


Pg. 7

B.1.2.

Peso contaminaciones de entrada

En la tabla B.1.2.1 se reflejan los pesos totales de contaminaciones de entrada a la EDAR proyectada mediante la siguiente conversin:

=

Parmetros diseo Hab. Equivalentes Qdiario (m3/d) Qmedio (m3/h) Qpunta (m3/h) DBO5 (Kg/da) MES (Kg/da) NTK (Kg/da) DQO (Kg/da) 28.500 5.700 237.5 570 1710 2280 342 3420

Tabla.B.1.2.1 Totales contaminaciones entrada

B.1.3.

Resultados a obtener

Las reducciones previstas en las contaminaciones expresadas en porcentaje se reflejan en la tabla B.1.3.1 y son suficientes para cumplir con la normativa pertinente de vertido a cauce pblico.

Pg. 8

Anejo B: Clculos

Parmetro Reduccin de DQO tratamiento secundario Reduccin de DBO5 tratamiento secundario Reduccin de MES tratamiento secundario Reduccin de NTK tratamiento secundario Reduccin de P tratamiento secundario

% de reduccin 80 % 92 % 92 % 75 % 95 %

Tabla.B.1.3.1 Parmetros de diseo

Las contaminaciones de salida tal y cmo se justifica en la memoria vienen regidas por las normativas especificadas en el apartado 4.3. y se reflejan en la tabla B.1.3.2.

PARMETRO DQO DBO5 S.S. pH N total* P total Sequedad del fango

CONCENTRACIN 125 mg/l 25 mg/l 35 mg/l 5,5-9,5 15 mg/l 2 mg/l 20 %

Tabla.B.1.3.2 Concentraciones de salida


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B.2. CLCULOS POR UNIDAD DE TRATAMIENTO OPCIN A: TRATAMIENTO BIOLGICOB.2.1. Pozo de gruesos

La unidad de pozo de gruesos existente es un recinto de seccin cuadrada tal y como se refleja en la tabla B.2.1.1. en la que se indican las dimensiones del recinto.

Pozo de gruesos Longitud til (m) Ancho til (m) Profundidad til (m) Seccin (m2) Volumen (m ) Equipos instalados3

3,25 3,7 1,7 12,03 20,44 Cuchara bivalva, compuerta de cierre

Tabla.B.2.1.1 Caractersticas Pozo de gruesos

Con stos datos se calculan los tiempos de retencin hidrulico (TRH) en el pozo de gruesos mediante la ecuacin (Ec.B.2.1.1).

=Siendo: TRH: tiempo de retencin hidrulico V= volumen del recinto Qm= caudal medio

(Ec.B.2.1.1)

Pg. 10

Anejo B: Clculos

Qp= punta

Por lo tanto:

=

=

=

=

=

=

Segn la bibliografa consultada [3] los valores aconsejados de TRH en pozos de gruesos es de ms de 10 min. a caudal medio y >5 min. a caudal punta. En este caso se estara justo a la mitad de los valores aconsejados, pero es necesario destacar que el valor del volumen til del pozo depende simplemente de la comunicacin con el bombeo y debido a la cota de llegada del colector. Por lo tanto ya que sera muy complicado la remodelacin de la obra civil existente (estamos hablando de un pozo de 12 m de profundidad) se cree conveniente no realizar ningn cambio en ste tratamiento inicial, siendo conscientes de que el tiempo de decantacin es un poco justo y que los trabajos de extraccin de slidos de la cuchara bivalva se aumentarn debido a la crecida de caudal y la acumulacin de residuo en el recinto existente. Dicha decisin no afectara al tratamiento del agua residual, ya que detrs de este recinto se dimensiona una mejora en el desbaste de finos con el que se librar a la instalacin de slidos superiores a 1 mm. B.2.2. Pozo de bombeo inicial

El pozo de bombeo inicial est adosado al pozo anterior de gruesos y las caractersticas se muestran en la tabla B.2.2.1.

Pozo de bombeo inicial Longitud til (m) Ancho til (m) 3,25 3,7


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Profundidad til (m) Seccin (m ) Volumen (m ) Equipos instalados3 2

1,6 12,02 19,24 Reja cestn, bombas sumergidas

Tabla.B.2.1.1 Caractersticas Pozo de bombeo

Con stos datos igual que en el apartado anterior se calculan los tiempos de retencin hidrulico (TRH) en el pozo de bombeo inicial mediante la misma ecuacin (Ec.B.2.2.1).

=Siendo: TRH: tiempo de retencin hidrulico V= volumen del recinto Qm= caudal medio Qp= punta

(Ec.B.2.2.1)

Por lo tanto sustituyendo los valores en la ecuacin (Ec.B.2.2.1) tenemos los valores siguientes:

=

=

=

=a) Caudales a considerar: -Diario: 5700 m3/d

=

=

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Anejo B: Clculos

-Medio:238 m3/d -Mximo: b) 570 m3/d

Perodo de funcionamiento: -N1 de horas de funcionamiento: -Caudal de bombeo requerido: 8 h/d 570 m /h3

c)

Dimensionamiento del bombeo: -Caudal de bombeo adoptado: -Tipo de bombas: -N1 de bombas en servicio: -N1 de bombas en reserva -Caudal unitario:3 570 m /h

Sumergible 4 ud 0 ud 142,50 m3/h

B.2.2.1. Dimensionamiento del pozo de bombeo La expresin que proporciona la capacidad mnima til de la arqueta de bombeo viene dada por la ecuacin (Ec.B.2.2.1.1) y se refleja a continuacin:

=Donde: V: volumen til del pozo (m3) QE: capacidad de la bomba (l/seg) Z: frecuencia de arranque (N/hora) Los datos necesarios son: N bombas: N de arranques mximos por hora:

(Ec.B.2.2.1.1)

2 4

ud. ud.


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Caudales de bombeo (4 bombas): Volmenes de regulacin requeridos: Volumen residual:

570 m3/h

8 m3

Volumen total (4 bombas) segn ecuacin (Ec.B.2.2.1.1):

=

=

=

Dimensiones de planta del pozo de bombeo: Longitud: Anchura Altura de regulacin: Altura residual: Altura reulacin: Altura total regulacin: 1,60 0,30 m 1,30 m m 4,72 4,72 m m

Debido a que ampliar el bombeo existente en obra civil complicara en exceso la obra a realizar y encarecera muchsimo el coste del proyecto se opta por realizar ms arrancadas de las bombas produciendo un desgaste mayor de stas en caudales punta que normalmente no se producirn. Si se mirara el funcionamiento a caudales medios el nmero de arrancadas de las bombas sera de:

=

=

=

un valor ms que aceptable, teniendo en cuenta que tambin se puede rotar el funcionamiento de stas en cada arrancada. B.2.2.2. Dimensionamiento de los equipos de bombeo La expresin que proporciona la potencia de los grupos de bombeo viene dada por la ecuacin (Ec.B.2.2.2.1).

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Anejo B: Clculos

= Donde: Pa: potencia absorbida en C.V.

(Ec.B.2.2.2.1)

c : coeficiente igual a 1,25 para aguas residuales.3 W : peso especfico del lquido (kg/dm ), que en este caso al tratarse de agua ser 1.

H : carga total o altura manomtrica en metros. Q : caudal a elevar en l/sg, en este caso ser el caudal punta de 158,3 l/sg.

: rendimiento de la bomba que se ha tomado igual a 0,81 al considerar la bomba de altapresin. La altura manomtrica se consigue teniendo en cuenta tanto el desnivel geomtrico existente, como las prdidas de carga en la tubera. En las pginas que siguen se ha determinado la altura manomtrica total segn las grficas y mtodos de clculo adjuntados al final del documento y segn la documentacin consultada [3]. B.2.2.2.1. Clculo altura manomtrica estacin de bombeo

Datos de partida

Fluido Caudal de bombeo N1 de bombas en servicio Caudal unitario Desnivel geomtrico

Agua residual 570 m3/h 4 ud 142,5 m3/h 61695-603,10=13,85 m


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Prdidas de carga Tubera de impulsin bomba Material Caudal Dimetro Velocidad Longitud Accesorios y puntos singulares Vlvula retencin Vvula compuerta Codo 90 Entronque Prdida de carga Por metro de tubera Total tubera Total accesorios y singulares 0,032 m/m 0,39 m 0,566 m 1 ud (0,35 m.eq) 1 ud (0,05 m.eq. 2 ud (0,07 m.eq) 1 ud (0,026 m.eq) Acero inoxidable 142,5 m3/h 150 mm 2,24 m/sg 12,15 m

Prdidas de carga colector impulsin bombeo Material Caudal Dimetro Velocidad Longitud Acero inoxidable 570 m3/h 300 mm 2,24 m/sg 4,00 m

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Anejo B: Clculos

Accesorios y puntos singulares Te salida Prdida de carga Por metro de tubera Total tubera Total accesorios y singulares 0,018 m/m 0,072 m 0,8 m 2 ud (0,4 m.eq)

Prdidas de carga tubera entrada a rototamices Material Caudal Dimetro Velocidad Longitud Accesorios y puntos singulares Vvula compuerta Codo 90 Entrada Prdida de carga Por metro de tubera Total tubera Total accesorios y singulares 0,026 m/m 0,156 m 0,54 m 2 ud (0,07 m.eq. 2 ud (0,1 m.eq) 1 ud (0,2 m.eq) Acero inoxidable 285 m3/h 200 mm 2,52 m/sg 6,00 m


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ALTURA MANOMTRICA Desnivel geomtrico Prdida carga tubera Prdida carga accesorios ALTURA MANOMTRICA 13,85 m 0,618 m 1,906 m 16,37 m

Por lo tanto con estos datos, la potencia del grupo de bombeo viene dada por la ecuacin (Ec.B.2.2.2.1) antes referenciada:

=

=

=

=

B.2.2.2.2. Clculo de la sobrepresin por golpe de ariete Las expresiones que nos permiten calcular la sobrepresin, h, en la conduccin son: La frmula de Michaud: y la frmula de Allievi:

=

(Ec.B.2.2.2.2.2)

= +H: presin esttica en m.

(Ec.B.2.2.2.2.3)

A: velocidad de propagacin de la onda (m/seg) V: velocidad inicial del agua (m/sg) C: 1 en tuberas con juntas de expansin

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Anejo B: Clculos

: mdulo de Poison K: mdulo de masa del agua, 2070 MN/m2 d: dimetro de la tubera en mm E: mdulo de elasticidad de la tubera (MN/m ) e: espesor de la pared de la tubera g: aceleracin de la gravedad, g=9,81 m/sg2 T: tiempo de cierre, sg2

: sobrepresin debidad al golpe de ariete.Pero lo ms recomendable para el clculo de golpe de ariete es una simulacin del fenmeno utilizando un software que est basado en el modelo elstico. Como por ejemplo el utilizado aqu desarrollado por ISTEC ingeniera (Hitrans) y que a continuacin se muestran los diferentes valores obtenidos para la impulsin del presente proyecto. CARACTERSTICAS DE LA INSTALACIN Fluido Caudal de Bombeo: Conduccin Material: Dimetro Nominal: Dimetro interior: Espesor: Longitud: Prdida de carga: Velocidad de circulacin: Altura geomtrica: AISI-304 300 mm 300 mm 2 mm 4m 0,618 m 2,24 m/s 0,20 m Agua residual 570 m3/h


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Altura manomtrica: RESULTADOS DELA SIMULACIN Tiempo de parada (Frmula de Mendiluce) Celeridad de la onda Longitud crtica: Tipo de impulsin Golpe de ariete (frmula de Michaud) 0,4 m Presin mxima a prever en parada

16,37

2,07 seg. 542,17 m/s 561,15 m Corta

16,77

La tubera de inoxidable utilizada en la impulsin, tiene una presin nominal de 10 kg/cm2, o lo que es lo mismo 100 m.c.a., con lo cual soporta la sobrepresin mxima producida por el golpe de ariete que es de 16,77 m. B.2.3. Desbaste de slidos

El desbaste se realiza por medio de tamices estticos y tienen por objeto retener y separar los cuerpos voluminosos flotantes y en suspensin, que arrastran consigo el agua residual. Debido al paso del tiempo los tamices estn bastante estropeados, tambin los caudales de tratamiento son diferentes y adems los tamices actuales presentaban problemas con las grasas y aceites de entrada. Por todos estos detalles se opta por cambiar los tamices estticos por rototamices con limpieza automtica capaces de tratar el caudal total de entrada a planta. La capacidad unitaria del tamiz adoptado debe ser como mnimo de 285 m3/h. De acuerdo con la figura B.2.3.1, podemos observar las dimensiones del tamiz adoptado buscando referencias en los suministradores habituales de este tipo de maquinaria industrial de depuracin. Este tipo de tamices de tambor rotativo, son bastante eficaces para el desbaste de aguas residuales, es interesante procurar un desbaste de gruesos previo y en caso de que las aguas este cargadas de grasas y aceites dotarlo de limpieza con agua caliente sobre el tambor.

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Anejo B: Clculos

Tabla.B.2.3.1 Caractersticas Pozo de bombeo B.2.3.1. Clculo de la materia retenida Al tratarse de rejas finas

mm, se ha adoptado un volumen de retencin de 20

l/hab y ao [3], con lo cual se tiene:

=

!

"

=

!1 ud.

N de tornillos transportadores-compactadores:


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% de reduccin: Capacidad de la prensa: Horas de funcionamiento: Volumen diario de residuos:

1/4 1 m3/h 8 h/da 1,6/4 = 0,4 m3

Puesto que un contenedor de los que existen actualmente en la planta depuradora tiene una capacidad de 5 m :3

! !

=

Por lo tanto el contenedor se recoger cada 12 das aproximadamente. Se supone que la planta no funcionar siempre a rgimen completo y se estima dos recogidas mensuales del contenedor de residuos de desbaste. B.2.3.2. Tubera comunicacin con Homogeneizacin

Prdidas de carga Tubera comunicacin Material Caudal Dimetro Velocidad Longitud Accesorios y puntos singulares Vvula compuerta Codo 90 Entronque 2 ud (0,065 m.eq. 5 ud (0,08 m.eq) 2 ud (0,026 m.eq) Acero inoxidable 570 m3/h 300 mm 2,24 m/sg 24 m

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Anejo B: Clculos

Prdida de carga Por metro de tubera Total tubera Total accesorios y singulares 0,015 m/m 0,36 m 0,582 m

Es necesario que la cota de salida del rototamiz est por encima del valor de prdida de carga total para evitar que nos rebose el agua en el interior de la caseta, el valor estimado asegurando el funcionamiento es de 1,2 m. La tubera actual y la cota dnde estn instalados los tamices hoy en da es suficiente para la instalacin de los nuevos rototamices. En tal caso slo es necesario el cambio de maquinaria nueva capaz de desbastar todo el agua de entrada. B.2.4. Homogeneizacin

Para controlar las caractersticas del agua de entrada, y evitar transtornos en el recinto biolgico, se proyecta un depsito de homogeneizacin con las caractersticas de la tabla B.2.4.1, a instalar entre la caseta de pretratamiento y el reactor biolgico actual. Con este recinto controlaremos el pH del agua residual y en caso de puntas de aguas contaminadas podremos retenerlas y homogeneizarlas mediante una aireacin de toda la mas lquida. Tambin se instalar un agitador para que en los momentos de paro de la aireacin se mantenga agitado el recinto y no decanten los slidos al fondo del depsito.

Homogeneizacin Dimetro til (m) Profundidad til (m) Seccin (m2)3 Volumen (m )

24 6,5 452,39 2940,53


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Equipos instalados

Agitador, parrillas, bombas sumergidas

Tabla.B.2.4.1 Caractersticas Recinto Homogeneizacin

Debido a la falta de espacio en la finca se opta por una instalacin del recinto de homogeneizacin con un tiempo de retencin a caudal medio algo menor al aconsejado [3], pero suficiente para nuestro caso dado la naturaleza de las aguas de entrada a la planta.

=

=

=

Se obtiene un tiempo de retencin hidrulico superior a 12 horas, lo cual se considera ptimo para la instalacin. Segn documentacin consultada [3], es necesario mantener el lquido aireado y agitado, a 3 3 razn de 1 m /h por m de volumen del recinto, entonces:

#

=

=

La agitacin del recinto se realizar mediante un agitador sumergido de 3Kw de potencia capaz de mantener el agua agitada y no permitir la decantacin de la materia en las etapas de ausencia de oxgeno. B.2.5. Bombeo a Reactor Biolgico

Tras el tratamiento de homogeneizacin se bombear el agua hasta el recinto biolgico mediante un sistema de bombas sumergidas instaladas en el propio recinto de homogeneizacin, por lo que no es necesario calcular el pozo de bombeo. Pero si es necesario calcular las prdidas de carga en tubera y los equipos necesarios a instalar dentro del recinto de homogeneizacin. B.2.5.1. Dimensionamiento de los equipos de bombeo La expresin que proporciona la potencia de los grupos de bombeo viene dada por la ecuacin (Ec.B.2.5.1.1) ya conocida:

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Anejo B: Clculos

= Donde: Pa: potencia absorbida en C.V.

(Ec.B.2.5.1.1)

c : coeficiente igual a 1,25 para aguas residuales.3 W : peso especfico del lquido (kg/dm ), que en este caso al tratarse de agua ser 1.

H : carga total o altura manomtrica en metros. Q : caudal a elevar en l/sg, en este caso ser el caudal punta de 158,3 l/sg.

: rendimiento de la bomba que se ha tomado igual a 0,81 al considerar la bomba de altapresin. La altura manomtrica se consigue teniendo en cuenta tanto el desnivel geomtrico existente, como las prdidas de carga en la tubera. En las pginas que siguen se ha determinado la altura manomtrica total, mediante los mismos mtodos utilizados anteriormente. B.2.5.1.1. Clculo altura manomtrica estacin de bombeo

Datos de partida Fluido Caudal de bombeo N1 de bombas en servicio Caudal unitario Desnivel geomtrico Agua residual 570 m3/h 4 ud 142,5 m3/h 7,0 m


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Prdidas de carga Tubera de impulsin bomba Material Caudal Dimetro Velocidad Longitud Accesorios y puntos singulares Vlvula retencin Vvula compuerta Codo 90 Entronque Prdida de carga Por metro de tubera Total tubera Total accesorios y singulares 0,032 m/m 0,29 m 0,566 m 1 ud (0,35 m.eq) 1 ud (0,05 m.eq. 2 ud (0,07 m.eq) 1 ud (0,026 m.eq) Acero inoxidable 142,5 m3/h 150 mm 2,24 m/sg 9m

Prdidas de carga colector impulsin bombeo Material Caudal Dimetro Velocidad Longitud Acero inoxidable 570 m3/h 300 mm 2,24 m/sg 17,00 m

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Anejo B: Clculos

Accesorios y puntos singulares Codo 90 Entrada Prdida de carga Por metro de tubera Total tubera Total accesorios y singulares 0,018 m/m 0,30 m 0,7 m 5 ud (0,1 m.eq) 1 ud (0,2 m.eq)

ALTURA MANOMTRICA Desnivel geomtrico Prdida carga tubera Prdida carga accesorios ALTURA MANOMTRICA 7,0 m 0,59 m 1,27 m 8,86 m

Por lo tanto con estos datos la potencia del grupo de bombeo viene dada utilizando la ecuacin (Ec.B.2.5.1.1):

=

=

=

=

Debido a que el depsito de homogeneizacin ir variando en volumen ocupado, la cota de altura geomtrica de impulsin de las bombas tambin ir variando, pero para el clculo realizado se a escogido el caso ms desfavorable. Cabe indicar que cuando el depsito tenga almacenado ms agua la altura geomtrica variar y en consecuencia las bomba nos darn ms caudal.


Pg. 27

El golpe de ariete en este caso no es necesario su clculo ya que los factores son mucho ms favorables que los del bombeo anterior y no peligra en absoluto la instalacin de bombeo debido a este tipo de sucesos. Se instalarn por consiguiente 4 bombas con capacidad de 142,5 m3/h para elevar y dosificar el agua retenida en el depsito de homogeneizacin. B.2.6. Reactor Biolgico

Tras los tratamientos descritos se encuentra el reactor biolgico que se realiza por el sistema de tratamiento de fangos activos en aireacin prolongada, que no precisan de decantacin primaria. En la planta actual existe una lnea de tratamiento dotada de carrusel y aireacin mediante parrillas de difusores y acelerador de flujo en su interior. Esta variante de fangos activos se realiza con tiempos de retencin hidrulica y edad del fango muy elevados. De esta forma el fango llega a estabilizarse aerbicamente, debido los prolongados perodos de aireacin y el desequilibrio entre la cantidad del fango en el tanque y la cantidad de materia orgnica que llega [5]. Para la ampliacin de la EDAR se trata de optimizar el proceso disponiendo de otro carrusel con oxidacin prolongada en paralelo al actual. En las siguientes pginas se realiza el clculo para el total de la contaminacin sabiendo que los resultados finales se tendrn que dividir por el nmero de carruseles, que en este caso ser de dos. B.2.6.1. Datos de diseo Al no existir decantacin primaria, en la tabla B.2.6.1.1 se detallan los datos de diseo para la configuracin del reactor biolgico. En un proceso biolgico de fangos activos por aireacin prolongada la edad del fango oscila entre 20 y 30 das, de acuerdo con el texto Manual de diseo de estaciones depuradoras de aguas residuales, de Aurelio Hernndez Lehmann [6]. De acuerdo con la tabla del texto anterior comentado se tiene una DBO5 soluble en el efluente de 6 mg/l.

Qmedio

237,5 m3/h

Pg. 28

Anejo B: Clculos

Qpunta Kg DBO5/da Kg SST/da Kg N-NT/da

570 m /h 1710 2280 342

3

Tabla.B.2.6.1.1 Datos de diseo Reactor Biolgico

El rendimiento del proceso biolgico ser por tanto:

=

!

!

! =

Se han adoptado como valores normales para un proceso de fangos activos de aireacin prolongada [6]: Coeficientes cinticos: Coeficiente de crecimiento de los microorganismos: Y=0,65 Coeficiente de mortandad: Kd=0,06 Slidos en suspensin en el licor mezcla: MLSS: 4.000 mg/l Carga msica para aireacin prolongada en baja carga: Cm = 0,08 Se considera que el % de voltiles es inferior al de los fangos activos convencionales al existir una mayor mineralizacin, y se considera del 70%. Edad del fango, (S / frmula Degremont)

$ =

(

+

)=

+

=

(Ec.B.2.6.1.1)


Pg. 29

Edad del fango para una Nitrificacin estable a temperaturas de 20C y de 25 C;

= = =

(Ec.B.2.6.1.2)

Habr nitrificacin estable siempre que Ef>En Adoptamos por tanto = DBO5 en el efluente 6 mg/l B.2.6.2. Clculos justificativos Se realizan a continuacin todos los clculos necesarios para definir el tratamiento biolgico. B.2.6.2.1. Clculo del volumen del reactor El nmero de microorganismos en el reactor vendr dado por la ecuacin (Ec.B.2.6.2.1.1):

=V: Volumen del reactor biolgico

% %

(Ec.B.2.6.2.1.1)

XDBO5 : Carga Entrada de DBO5 (kgDBO5/da) X : Concentracin de slidos en suspensin en el reactor biolgico (Kg/da) Cm : Carga msica

de forma que:

=

=

Pg. 30

Anejo B: Clculos

El reactor est compuesto por dos lneas, y cada una de ellas segn se ha visto en los clculos anteriores debe de ser de al menos 2671,87 m3 de volumen. Se adopta un carrusel de las medidas y dimensiones que se detallan el la figura B.2.6.2.1.1 y se reflejan en la tabla B.2.6.2.1.1. Como se puede observar el volumen es mayor al necesario ya que se adapta la necesidad a los sistemas de construccin prefabricada que tienen volmenes predefinidos y justos segn los nmeros de paneles prefabricados instalados. Se opta por esta opcin para simplificar los trabajos de obra civil y sobre todo los costes de ejecucin. Tambin se reducen los tiempos de ejecucin, ya que este tipo de montajes se pueden realizar en pocos das y adems no requiere encofrados in situ que provocan el retardo de los montajes y su encarecimiento.

Caractersticas del reactor (medidas tiles) N de lneas Volumen unitario Superficie unitaria Ancho canal Profundidad Longitud tramo recto 2 ud 2676,53 m3 594,78 m2 6,53 m 4,50 m 36,00m

Tabla. B.2.6.2.1.1 Dimensiones Reactor Biolgico


Pg. 31

Fig.B.2.6.2.1.1 Dimensiones Reactor Biolgico Con esto el Volumen del reactor es de 2676,53 m3 y el total de 5353,06 m3. B.2.6.2.2. Comprobacin del tiempo de retencin hidrulico en el reactor

& =

=

=

=

Luego las dimensiones del reactor biolgico son adecuadas dado que el tiempo de retencin debe estar entre 16 y 30 horas. B.2.6.2.3. Comprobacin de la carga msica La carga msica viene dada por la ecuacin (Ec.B.2.6.2.3.1):

Pg. 32

Anejo B: Clculos

=Si sustituimos:

' %

(Ec.B.2.6.2.3.1)

=

' %

=

=

( ''

Dado que se encuentra entre 0,05 y 0,15 el resultado es adecuado. B.2.6.2.4. Comprobacin de la carga volmica La carga volmica viene dada por la ecuacin (Ec.B.2.6.2.4.1):

= '

'

(Ec.B.2.6.2.4.1)

=

=

=

Dado que se encuentra entre 0,16 y 0,35 el resultado es adecuado. B.2.6.2.5. Clculo de las necesidad terica de oxgeno La necesidad de oxgeno para un proceso de fangos activos convencional sin nitrificacin, puede calcularse por la ecuacin (Ec.B.2.6.2.5.1):

= )Siendo: DBO = Kg DBO5 eliminados al da MLSSV = Kg MLSSV en el reactor biolgico

+

( ''

(Ec.B.2.6.2.5.1)

Los coeficientes A y B varan segn el texto y autor que escoja. El primer trmino de la ecuacin (ADBO), es lo que se conoce como necesidades de oxgeno para la sntesis, siendo el proceso por el cual la materia orgnica del agua (representada por la DBO) se asimila y se transforma, en parte, en materia viva.


Pg. 33

El consumo de oxgeno en energa en este proceso viene dado por la ecuacin (Ec.B.2.6.2.5.2). Este valor supone que la totalidad de la contaminacin, debida a partculas o colides absorbidos sobre la materia celular, sea ms tarde solubilizada y metabolizada, no quedando materia orgnica almacenada en la membrana celular.

=

(Ec.B.2.6.2.5.2)

Lo anterior slo se cumple con edades del fango suficientemente altas, del orden de 12 das o ms como es el caso del presente proyecto. En perodos de alta carga la membrana celular almacena materias orgnicas de partculas o coloides sin haberse metabolizado, es decir sin consumo de oxgeno. As, es posible, disminuir las necesidades diarias de oxgeno, del orden de un 20% como mximo. Esto slo se logra con cargas muy altas, es decir para edades del fango de un da o menos. Sin embargo, esta economa va diminuyendo al aumentar la edad del fango, y desaparece a los 12 das. Se puede admitir un decrecimiento lineal, con relacin a la edad del fango y establecer la siguiente ecuacin (Ec.B.2.6.2.5.3).:

=con a

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