CAPITULO

V

DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

CAPITULO V

DISEŇO DE PLANTA DE TRATAMIENTO 5.1. CARACTERISTICAS DEL LUGAR EN DONDE SE PROYECTARA LA CONSTRUCION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 5.1.1- LOCALIZACION El terreno en donde se proyectara construir la planta de tratamiento se

encuentra ubicado en el costado Nor-Oriente de la Villa de Quelepa. Sobre

callejón que conduce al caserío ojo de agua a Km. 1½ de la zona urbana de

Quelepa. (Ver crocris en el plano.) 5.2- TOPOGRAFIA DEL TERRENO El predio en donde estará ubicada la planta de tratamiento de aguas residuales

consiste en un terreno de naturaleza rustica con escasa vegetación se observan

mas que todo arbustos de poco tamaño, posee una topografía apropiada puesto

que tiene depresiones que buscan a una quebrada que lo limita al norte con el

rió de Quelepa, este terreno posee un área superficial de 5,725.50 m2

equivalentes a 8,192.04 Vr2.

5.2.1- LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO DEL TERRENO

El levantamiento topográfico efectuado en el inmueble. Donde se proyectara

construir la planta de tratamiento de aguas residuales, se realizo por planimetría

y altimetria, se tomaron ciertos puntos clave para poder hacer las curvas de nivel

y determinar las elevaciones, y con esto poder determinar los cortes y rellenos

para poder construir los distintos elementos que forman la planta de tratamiento.

Los registros de campo que se tomaron fueron:

5.3- ASPECTOS CLIMATOLOGICOS DEL LUGAR ● Altura sobre el nivel del mar 140m

● Temperatura promedio 32.0° C

● Temperatura máxima promedio 35.0° C

● Temperatura mínima promedio 24.0° C

● Humedad relativa del aire 70%

● Precipitación máxima anual 2,170mm

5.4 - PARAMETROS DE DISEŇO Y CARACTERISTICAS DEL EFLUENTE El parámetro de diseño se tomara de las Normas que actualmente están en

vigencia en nuestro país son las establecidas por CONACYT (Consejo Nacional

de Ciencia y Tecnología), las cuales se tomaran como marco de referencia y son

las que se mencionan en el decreto Nº 39, capitulo tercero art. 11 (Ver anexo Nº

1) emitido por el presidente de la republica, por medio del ministerio de medio

ambiente y recurso natural.

Las normas emitidas por CONACYT establecen los siguientes valores máximos

permisibles para aguas residuales de tipo ordinario:

TABLA 5.1

PARAMETROS VALOR MAXIMO PERMISIBLE

Demanda Bioquímica de oxigeno (DBO5) 30 mg/L

Demanda química de oxigeno (DQO) 30 mg/L

Potencial de hidrogeno (pH) 5-9

Sólidos suspendidos 60 mg/L

Sólidos sedimentables 30 mg/L

Aceites y grasas 1 mg/L

Fósforo total 3 mg/L

Temperatura 30 ± 5 °C

FUENTE: Propuestas de normas de especificaciones de calidad del agua

residual descargadas a un cuerpo receptor (CONACYT).

5.4.1- METODOLOGIA Y UBICACIÓN DEL MUESTREO DEL AGUA RESIDUAL La obtención de la muestra no fue posible tomarla debido a que en la villa de

Quelepa no existe una red de alcantarillado sanitario.

Para su clasificación se adopta un Análisis Bacteriológico que continuación se

presenta.

ANALISIS BACTERIOLOGICO (SE TOMO COMO PARAMETRO PARA EL DISEÑO DE LA PLANTA TOMANDO EN CUENTA QUE LA ALIMENTACION Y LA CULTURA DE LOS PUEBLOS SON SIMILARES)

5.4.2. - INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS

TABLA 5.2.

PARAMETROS UNIDADES RESULTADO OBTENIDO

LIMITES DE PROPUESTA

CONACYT OBSERVACIONES

Potencial

Hidrogeno (pH) ------ 7.68 6.0 - 8.5

El parámetro se

encuentra dentro

del rango

Sólidos

Suspendidos mg/L 128.0 60

El parámetro se

encuentra fuera del

rango

Sólidos

Sedimentables mg/L 8.00 1.0

El parámetro se

encuentra fuera del

rango

Sólidos Totales mg/L 825 ------

La norma no

establece nada

sobre este

parámetro

DBO5 Mg/L 222.6 30 El parámetro se

encuentra fuera del

rango

DQO Mg/L 415.00 100 El parámetro se

encuentra fuera del

rango

Aceites y

Grasas Mg/L ---- 10

El parámetro se

encuentra dentro

del rango

Hierro Mg/L ----- 5 El parámetro se encuentra dentro

del rango

5.5 - DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

5.51- MEMORIA DESCRIPTIVA DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO Los componentes que se han seleccionado para conformar el sistema de

tratamiento propuesto son los siguientes encontrándose enumerados por su

respectivo orden de secuencia:

a) Rejas

b) Desarenador

c) Medidor de caudal tipo Parshall

d) Trampa de Aceites y Grasas

e) Sedimentador circular tipo Dortmund

f) Digestor de lodos

g) Filtro percolador

h) Patios de secado de lodos

a) REJAS Las rejas se encuentran ubicadas al inicio del sistema constituyendo de esta

manera la primera operación unitaria dentro de todo el proceso de tratamiento, el

objetivo principal de este elemento es el de brindar protección a las siguientes

unidades que conforman a cada uno de los elementos de la planta de

tratamiento, al retener objetos de gran tamaño (trapos, palos etc.) cuando el

agua residual esta circulando a través de ellas.

Los sólidos removidos por las rejillas se colocaran sobre una loseta perforada

para su deshumedecimiento y a continuación serán enterrados o colocados en

contenedores de basura. El canal en el que se encuentra la reja se ha diseñado

de tal manera que la velocidad de las aguas residuales no se reduzca a menos

de 0.60 m/s para evitar la sedimentación de materiales pétreos.

b) DESARENADOR La función principal que realiza este elemento es de no permitir que ingresen a

las siguientes unidades las arenas gravas y todos aquellos materiales de

desgaste que poseen un peso específico superior al de los sólidos orgánicos

putrescibles presentes en el agua residual; esto se puede lograr encontrando la

sección hidráulica capas de mantener una velocidad de sedimentación constante

lo mas próxima o igual a 0.3 m/s ya que tal velocidad arrastra la mayoría de las

partículas orgánicas a través del canal desarenador y tiende a suspender de

nuevo a las que se hayan depositado, pero permite que la arena, que es mas

pesada se sedimente. La eliminación de esos materiales ayuda a proteger los

equipos mecánicos móviles contra la abrasión y contra el desgaste anormal y a

reducir la formación de depósitos pesados en las tuberías, canales y conductos,

así como a disminuir la frecuencia de limpieza en los digestores, la cual es

necesario realizar para remover las acumulaciones excesivas de arena en tales

unidades. Con el objeto de efectuar adecuadamente la limpieza sin necesidad

de obstaculizar el buen funcionamiento de esta parte del proceso de tratamiento

a la hora de retirar la arena y otros materiales que se sedimente en la cámara

desarenadora se diseñaran dos desarenadores

Para poner uno fuera de funcionamiento a través de las compuertas de acceso

del agua residual a cualquiera de ellos.

c) MEDIDOR DE CAUDALES TIPO PARSHALL Los medidores de caudal son dispositivos que no forman parte en los procesos

unitarios que se realizan en el sistema de tratamiento, mas sin embargo son de

gran importancia a la hora de verificar o conocer cuanto es el caudal que esta

entrando a la planta. El medidor de caudal diseñado consiste en una canaleta

tipo parshall que esta formada por tres partes principales la entrada inicialmente

convergente, la garganta (W)6 o tramo angosto del canal y la salida o parte

divergente; se selecciono este tipo de aforador por su efectividad, su sencillez

puesto que su diseño esta basado en un simple estrangulamiento adecuado de

una sección capaz de ocasionar el régimen critico y por su construcción con

materiales comunes (concreto, ladrillo de obra etc.). El aforador estará ubicado a

continuación del desarenador con un margen de distancia apropiado para evitar

cualquier turbulencia ocasionada por la proximidad entre ambos elementos. El

punto en donde se tomara la lectura y la formula empleada para encontrar el

caudal se describen mas adelante en la memoria de calculo de este elemento.

d) TRAMPA DE ACEITES Y GRASAS La trampa de grasa su función principal consiste en retener todas aquellas

sustancias que poseen un peso especifico menor que el agua dando lugar a

flotar.

Su diseño se basa en encontrar una relación entre el largo y ancho capaz de

generar un tiempo suficiente para que los aceites empiecen a separarse del

agua (Aproximadamente 4 minutos), la forma de la trampa desengrasadora es

la de un tanque rectangular con unas pantallas deflectoras ubicadas una en la

entrada y otra en la salida con las que se evita la turbulencia. La pantalla que se

encuentra en la salida es de mayor tamaño y es la encargada de retener la

grasa, aceites y solventes y de sacar por el fondo las partículas sedimentadas

que pasaran al siguiente dispositivo de tratamiento.

e) SEDIMENTADOR CIRCULAR TIPO DORTMUND La función principal que realizan es la remoción de los SST aunque también

cabe mencionar que contribuyen a remover un porcentaje de la DBO

disminuyendo en gran medida con ello la eficiencia con que se diseñaran los

elementos posteriores. El tanque Sedimentador que se ha diseñado es circular

puesto que en muchas literaturas 5,6 sobre tratamiento de agua residual se ha

comprobado que cuanto más se alejan las partículas de la entrada, mayor será

la sección transversal del flujo y menores las profundidades de sedimentación, lo

que en conjunto, debe generar una sedimentación mas eficaz. El Sedimentador

circular es de flujo ascendente y radial lo que facilita la acción de clarificación del

agua y sedimentación de material a remover, acelerándose con el contacto

directo de las paredes; el agua ya clarificada sale del reactor por medio de

rebalses constantes en todo el perímetro de su área. El diseño del Sedimentador

tipo Dortmund consiste prácticamente en establecer el área superficial del

tanque y el tiempo de detención vendrá dictado por la profundidad del agua. Al

final la remoción de los sólidos suspendidos depende en gran parte del tiempo

de detención (ver memoria de cálculo). El lodo es depositado en el fondo y su

evacuación se logra por medio de la presión hidrostática.

f) DIGESTOR DE LODOS El digestor de lodo es el encargado de mineralizar la materia orgánica producida

en el proceso de sedimentación que se realizo en el sedimentador circular. El

tanque que se ha propuesto es de forma cilíndrica con una inclinación hacia el

centro en donde se sedimentara el fango, la estabilización que se producirá será

de tipo aerobia ya que esta presenta muchas ventajas como: - Formación de un

producto final inodoro - Producción de fangos con excelentes características de

deshidratación. - Recuperación de los valores fertilizantes básicos del fango. -

Menores problemas operativos - Menor inversión de capital - Por su forma más

sencilla que cualquier sistema de digestión anaerobia, su construcción se realiza

en menor tiempo y con menor personal. Los parámetros de diseño que se

consideran son: - El volumen de fango que se generara en el Sedimentador

durante 2.2hr (tiempo de detención del agua residual en el sedimentador). - La

carga o concentración para aguas residuales del tipo ordinario. - El peso

especifico del fango sin tratar. - El porcentaje de humedad que presenta el fango

o lodo sin que halla sido digerido antes. - La temperatura promedio en la zona de

estudio.

g) FILTRO PERCOLADOR

El objetivo principal de este dispositivo es lograr la remoción y estabilización de

la materia orgánica biodegradable en suspensión que ha quedado presente en el

agua residual después de haber pasado por el Sedimentador circular esto se

logra por medio de la película bacterial que se adhiere en el material filtrante

llevándose a cabo un proceso físico de contacto. La estabilización de la materia

orgánica biodegradable se realiza encontrando la eficiencia adecuada con la que

se controlara la DBO y a continuación se selecciona el medio filtrante

dependiendo de la carga orgánica y la carga hidráulica que entrara al filtro

percolador. Todo este proceso se inicia en el momento en que el agua residual

ya clarificada es rociada sobre el medio filtrante o material permeable al que se

adhieren las bacterias y microorganismos aerobios encargados de realizar la

estabilización de la materia orgánica.

h) PATIO DE SECADO DE LODOS Los patios o lechos de secado de lodos participan de manera exclusiva en la

deshidratación de los lodos digeridos a través de la exposición solar la que se

realiza extendiéndolo en una capa de 20 a 25cm como espesor máximo y

dejándolo secar. Una vez seco el fango se extrae y se le puede usar como

material de relleno o fertilizante.

MEMORIA DE CÁLCULO 5.6. Elementos que conforman el sistema de tratamiento a-) Canal de entrada: Para el diseño del canal de entrada se considera el caudal máximo que pueda

tenerse en la planta de tratamiento y este corresponde al caudal máximo horario

(Normas Técnicas ANDA)

Máximo de diseño es = 43.68 Lt/ seg.

Qmaximo = 43.68 Lt/ seg / 1000 Lts/m3 = 0.0437Mt3/seg

V =0.60 m/s.

Velocidad propuesta por Metcalf – Eddy, para rejillas de limpieza manual, Pág.

447.

Por continuidad se resuelve así:

Q = A * V (1)

A = Q/V = 0.0437 m³/seg /0.60 mt / seg = 0.073 m².

Se asume un ancho de canal b = 0.50

A = T * B, (donde T es igual al tirante o profundidad del flujo)

Despejando la profundidad nos queda:

T = A / B.

T = 0.73 m² / 0.50 m = 0.146 mts.

Si este valor se pasa a centímetros es igual:

T = 0.146 mts * 100 cmts / 1 mts = 14.6 cms = 15 cm.

Canal de Entrada (Figura. 5.1)

TABLA 5.3

PARÁMETROS DE DISEÑO PARA REJAS DE BARRAS

CONCEPTO LIMPIEZA MANUAL

LIMPIEZA MECANICA

Tamaño de la barra

Ancho en cm. 0.5 – 1.5 0.5 – 1.5

Profundidad en cm. 2.5 – 7.5 2.5 – 7.5

Separación en cm. 2.5 - 5.0 1.6 – 7.5

Inclinación respecto a la vertical, en º

30 – 45

0 - 30

Velocidad de aproximación, en m/s

0.3 – 0.6

0.6 – 0.9

Perdida de carga admisible, en cm.

15

15

"TRATAMIENTO Y DEPURACION DE LAS AGUAS RESIDUALES "

(METCALF& EDDY PAG 447)

De la tabla 5.3 se toman los siguientes datos:

- Para la cámara de rejas se emplearan pletinas

- Inclinación de la reja = 45 º con la vertical

- Profundidad de la pletina propuestas = w = 1" = 2.54 cms = 0.0254 mts.

- Anchura de pletina = t = 3/16 = 0.2" = 0.508 cms = 0.0058 mts.

- Separación libre entre cada pletina = a = 1" = 2.54 cms = 0.0254 mts.

- Ancho de canal de entrada, b = 0.50 mts.

- Bu = ancho útil ancho libre ( sumatoria de todos los espacios entre cada

barra)

Donde:

E= a / a+t = 0.0254 mts / 0.0254 + 0.0058 mts = 0.814 (2)

E = Eficiencia

E = la eficiencia varia entre 0.60 a 0.85, siendo mas comunes 0.75 (Pequeñas

Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales, Máx. Lotear Hess, Pág. 7)

Bu = B * E (3)

Bu = (0.50 * 0.814) mts = 0.41 mts

Ancho total ocupado por las pletinas es BP

Bp = B – BU

Bp = (0.50 – 0.41) mts = 0.09 mts.

Comprobación:

Au = Área útil

Au = A – E

Au = 0.073 mt² * 0.0.059 mts

Au = 0.014 mt²

Ap = A – AU

Ap = 0.073 mt² – 0.146 mts

Ap = 0.013 mt².

De esta manera se encuentra el número de pletinas.

# De pletinas = BP / t = 0.09 mts/ 0.00508 mts. = 17.72 =18

# De pletinas = 17.72 = 18 pletinas.

B = (# de pletinas * ancho de pletinas) + (# de pletinas aproximadas * por la

profundidad de pletinas propuestas).

B = 17 (0.00508) + 18 (0.0254)

B = 0.0986 + 0.4572

B = 0.56 mts.

Comprobando la perdida de carga ≤ 15 cms.

La ecuación que se utiliza es propuesta del libro tratamiento de aguas residuales

en pequeñas poblaciones, Critest chobanogloos.

Hf = 1.43 * V² – V² / 2g. (4)

Donde:

Hf = Perdidas de cargas en metros

V = Velocidad a través de las barras.

V = velocidad aguas arriba de las rejas o (V = V * E) velocidad de

aproximación.

G = aceleración gravitacional (9.81 m / seg.)

V = (0.6 m / s) / E

V = (0.6 m / s / 0.814)

V = 0.737 m/s

Hf = 1.43 (0.74 ² m/s – 0.6 ² m/s) / 2 (9.8)

Hf = 1.43 (0.5476 – 0.36) / 19.6

Hf = 1.43 (0.1876) / 19.06 = 0.014 mts.

Hf = 1.4 cms.

Cumple con la tabla 5.2. Las perdidas de carga admisibles no deben de pasar 15

cms, analizando para un 50% de obstrucción en las rejas.

Donde:

V = 2 V (por continuidad)

Aguas arribas = entre barra.

A * V = A * V / 2

2 AV = AV

2 V = AV/ A

2V = V

Sustituyendo:

Hf = 1.43 (2 V² - V²) / (2 * 9.8)

Hf = 1.43 ((2 * 0.6)² - (0.6) ²) / 19.6 = 0.079 m

Hf = 7.8 cms = 8 cms

Comentarios: cuando la reja tenga una perdida de carga aguas abajo igual a

ocho centímetros será necesario limpiarlas.

DESARENADOR DE FLUJO HORIZONTAL

PARÁMETRO DE DISEÑO:

V = 0.3 m/s (Velocidad que permite que la arena de 0.2 mm. Se sedimente,

Metcalf – Eddy, Pág. 457.

Longitud adicional por turbulencia La = 0.25 L. L = Longitud del canal desarenador.

Consideremos a tomar en cuenta para el caudal.

- Para caudal Max. Horario – 0.0437 m³ / s.

Para Qmed. Horario = Qmax. Horario (25 años)

P0 = P2029 = 5,286

Pf = Puc + Ka ( Tf – Tuc)

Pf = 5286 hab + 98 (2,029 – 2,004)

Pf = 5286 hab + (198842.0 – 196392.0)

Pf = 7,736 hab

Q promedio = consumo (l/hab*d * población (hab)

86400

Q = (80 L/h/d) (7,736) (1/ 86400)

Q = (75) (7.736) /(86400) = 7.163 L/s.

Q med h = 7.163 L/s (2.4) 1.10; Factor de infiltración = 1.10

Q med h = 18.910 L/s = 0.019 m³ / s.

Para Qmin h * Qmax. Horario actual

Qmin= (5,286 * 80) (1/ 86400) (2.4) (1.10) = 12.11 L/s

Q min = 12.921 L/s = 0.013 m³/s.

Luego el caudal máximo:

Q máx. h = 0.0437 m³/seg.

Q med. h = 0.019 m³/seg

Q min. h = 0.013 m³/seg.

1.- Para la sección de control rectangular elegida, se requiere un desarenador de

sección transversal parabólica para conseguir una velocidad constante (Metcalt

– Eddy, Pág. 459)

Para una sección parabólica:

A = (2/3) HT (5)

Donde:

H = altura

T = anchura superior

2.- Suponiendo T = 0.50 m (anchura del canal de entrada de la planta)

Q = A * V (1)

Sustituyendo 5 en 1

Q = 2/3 * HT * N; (Q = Qmax h)

H = 3/2 *Q / T V = 3 (0.0437) / 2 (0.5) (0.30) = 0.1311 / 0.30 = 0.437 m

H = 44 cms.

3.- Determinación de la profundidad y altura cinética para la sección de control

igualando la energía especifica aguas arriba a la existente en sección de control

tendremos

(Figura. 5.2)

H + V² / 2g = dc + Vc² / 2g + 0.10 Vc² (6)

Donde:

H = profundidad

V² / 2g = altura cinética

Dc = profundidad

Vc² / 2g = altura cinética

0.10 Vc² / 2g = perdida de carga.

De acuerdo a Metcalf – Eddy, a profundidad crítica la profundidad "Dc" agua

debajo de la sección de control es:

Dc = 2 Vc² / 2g; (7)

Sustituyendo ecuaciones:

H + V² / 2g = 2 Vc² / 2g + Vc² / 2g + 0.10 Vc² / 2g

H + V² / 2g = 3.10 Vc² / 2g

Vc² = 2g (H + V² / 2g) * 1 / 3.10

Vc = (2g / 3.10 * H+ V² / 2g) ½ (8)

Sustituyendo valores:

_______________________________

Vc = √ 2 * 9.8 / 3.10 * 0.44 + (0.30)² / 2 * 9.8 ________________________

Vc = √6.322580645 * 0.444591836

Vc = 1.67 m / s. Velocidad en la sección de control.

Encontrando el ancho de la sección de control de vertedero = W:

Ac = dc * w = g / Vc; Área de la sección de control

Ac = Q / vc

Ac = 0.0437 m³ s / 1.67 m/s

Ac = 0.02616 m².

Encontrando:

Dc = 2 Vc² / 2g

Dc = 2 (1.67)² / 2 * 9.8 =

Dc = 0.2845 m.

W = Ac / dc = 0.02616 m² / 0.2845 m = 0.092 m

W = 9.0 cms.

Para un caudal Medio Horario = Qmed H = 0.025 m³ / s.

Ac = (Q² * W / g) 1/3 = dc * w Metcalf – Eddy, pag. 461.

Donde:

Ac = Area en la sección transversal para cualquier caudal, conociendo.

W (W = Anchura de b sección transversal)

W = Constante

G = 9.8 m / s.

Ac = ((0.019)² * 0.09 / 9.8) 1/3 = 0.015 m².

Dc = Ac / w = 0.015 m² / 0.09 = 0.166 m.

Dc = 16.57 = 17 cms.

Aplicando Bernulli

H + V² / 2g = dc + dc / 2 + 0.10 d / 2

H = 1.55 dc - V² / 2g

H = 1.55 (0.20) – (0.30)² / 2 * 9.8

H = 0.31 – 0.0004591836735

H = 0.305 = 0.31 m = 31 cms. Esta es la profundidad de la sección parabólica

del desarenador a caudal medio.

Anchura "T"

T = 3Q. (Caudal medio) 2HV

T = 3/2 * 0.019 / 0.31 * 0.30 = 0.31 m = 31 cms.

T = 30 cms. (Anchura a caudal medio)

Para un caudal Mínimo Qmin = 0.013 m³ / seg.

Ac = (Q² * W / g) 1/3 = dc * w

Ac = {[(0.013)² * 0.09] / 9.8} ⅓ = 0.012 m².

Ac = dc * w

Dc = Ac / w = 0.012 / 0.09 = 0.14 m.

Dc = 14 cm.

H =1.55 dc - V² / 2g

H = 1.55 * 0.14 – (0.3)² / 2 * 9.8 = 0.217 – 0.003 = 0.21

H = 21 cms (Profundidad a caudal mínimo)

T = 3 Q / 2 HV. (Caudal mínimo)

T = 3/2 * 0.014 / 0.21 * 0.30 = 0.333 m

T = 33 cms (anchura a caudal mínimo)

La longitud del desarenador se calcula en base a la velocidad en que las

partículas que pasa la malla # 65, se sedimenten.

Vs = 1.1 m / min.

Luego:

V = d / t

T = d / Vs; donde d = H bajo condiciones de Qmax h; H = 0.44 m.

T = 0.44 m / 1.10 m / minutos

T = 0.4 min * 60 seg / 1 min = 24 seg.

Para la caja arena se tiene:

V = L / T; donde: V = 0.3 m/s

L = V * T (9)

L = 0.3 m /s * 24 seg = 7.2 m

Para evitar la turbulencia se incrementa la longitud 25% de la longitud total:

Lt = 1 (1.25)

Lt = 7.2 m * 1.25

Lt = 9 m.

Para el diseño final (dimencionamiento), la sección parabólica fig. 5.3, se

aproximara mediante líneas rectas como se puede ver en la fig. 5.4

(Figura 5.3)

(Figura 5.4)

Las pérdidas de carga aguas abajo de la sección de control del vertedero puede

calcularse asi:

Hf = 10% de la altura cinética = 0.10 Vc² / 2 g.

H = 0.10 Vc² / 2 g.

H = 0.10 * (1.67)² / 2 * 9.8 = 0.014 mts. H = 1.4 cms

MEDIDOR DE CAUDAL PARSHALL Para diseñar el canal de medición de canales Parshall se toma como parámetro

de diseño el caudal Máximo Horario (Qmax h) proyectado a 25 años.

CALCULO DEL CANAL DE MEDICION PARSHALL Qmax h = 0.0437 m³ / seg = Q min h = 0.0120 m³ / seg = 12.0 L/ s.

TABLA 5.4. Limites de Aplicación, Medidores Parshall con Descarga Libre.

W GARGANTA CAPACIDAD L/S

PULG. CM. MINIMO MAXIMO

3 7.6 0.9 53.8 6 15.2 1.5 110.4

9 22.9 2.6 251.9

1 30.5 3.1 455.6

1.5 45.7 4.3 696.2

2 61.0 11.9 936.7

3 91.5 17.3 1426.3

4 122.0 36.8 1921.5

5 152.5 62.8 2422.0

6 183.0 74.4 2929.0

7 213.5 115.4 3440.0

8 244.0 130.7 3950.0

10 305.0 220.0 5660.0

"MANUAL DE HIDRAULICA" ( J.M. DE AZEVEDO NETTO, GUILLERMO

ACOSTA, PAG 474).

Se selecciona un ancho de garganta de W = 305.0 debido a que el caudal

Máximo y Mínimo están comprendidos dentro de este intervalo que se

representa en litros. Segundos.

TABLA 5.5.

DIMENCIONES TIPICAS DE MEDIDORES PARSHALL (CM)

W A B C D E F G K N

1" 2.5 36.3 35.6 9.3 16.8 22.9 7.6 20.3 1.9 2.9

3" 7.6 46.6 45.7 17.8 2.9 38.1 15.2 30.5 2.5 5.7

6" 15.2 62.1 61.0 33.0 40.3 45.7 30.5 61.0 7.6 11.4

9" 22.9 88.0 86.4 38.0 57.5 61.0 30.5 45.7 7.6 11.4

1" 30.5 137.2 134.4 61.0 84.5 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

1½" 45.7 144.9 142.0 76.2 102.6 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

2" 61.0 152.5 149.6 91.5 120.7 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

3" 91.05 167.7 164.5 122.0 157.2 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

4" 122.0 183.0 179.5 152.5 193.8 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

5" 152.5 192.3 194.1 183.0 230.3 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

6" 183.0 213.5 209.0 213.5 266.7 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

7" 213.5 228.8 224.0 244.0 303.0 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

8" 244.0 244.0 239.2 239.2 340.0 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9

10" 305.0 274.5 427.0 427.0 475.9 122.0 91.5 183.0 15.3 34.3

"MANUAL DE HIDRAULICA" (J.M. DE AZEVEDO NETTO, GUILLERMO

ACOSTA, PAG 472).

De la tabla anterior son tomados los valores que corresponde a una garganta.

Ver figura (5.5)

W = 10" A = 274.5; B = 427.0; C = 427; D = 475.9; E = 122.0; F = 91.5; G = 183; K = 15.3 ; N = 34.3. Figura (5.5)

PUNTO DE MEDICION

La medida de carga H es recomendable tomarla a ⅔ A ó ⅔ B

"MANUAL DE HIDRAULICA" (J.M. DE AZEVEDO NETTO,

GUILLERMO ACOSTA, PAG 474). En este se tomara a (⅔) A sustituyendo esta

expresión:

PM = ⅔ B

PM = ⅔ * 427 cms = PM = 284.7 cms. = 285 cms = 2.85 mts.

MEDICION DEL CAUDAL

El caudal se obtiene empleando la formula siguiente propuesta

Q = k H ⁿ (10)

Donde:

K = Coeficiente que depende de la relación de estrechamiento

H = Medidor de la carga o altura en la zona de medición

n =es un exponente que depende del tamaño del medidor.

Los valores de n y k son tomados de la siguiente tabla.

TABLA 5.6.

VALORES DEL EXPONENTE N Y EL COEFICIENTE K.

W

n K

K

Pulg. , pies m U. métricas U. inglesas

3" 0.076 1.547 0.176 0.0992

6" 0.152 1.580 0.381 2.06

9" 0.229 1.530 0.535 3.07

1" 0.305 1.522 0.690 4.00

1½" 0.457 1.538 1.054 6.00

2" 0.610 1.550 1.426 8.00

3" 0.915 1.566 2.182 12.00

4" 1.220 1.578 2.935 16.00

5" 1.525 1.587 3.728 20.00

6" 1.830 1.595 4.515 24.00

7" 2.135 1.601 5.306 28.00

8" 2.440 1.606 6.101 32.00

“Manual de Hidráulica" (J. M. De Acevedo Netto, Guillermo Acosta Pág. 476.

Una forma directa de obtener el caudal con aproximaciones bastantes aceptables, sin utilizar las tablas.

Es con la formula siguiente, que se obtiene, Acevedo Netto y Guillermo Acosta.

Y con apoyo de datos de parshall. (Manual de Hidráulica, J. M. De Acevedo

Netto, Guillermo Acosta. Pág. 475.

Q = 2.2 WH 3/2 (11) DONDE: Q = Caudal en m³ / seg.

W = Ancho de la garganta, M (el caso de este proyecto = 2.440

H = Carga, M.

CONDICIONES DE DESCARGA

El flujo a través de un medidor Parhall se puede verificar en dos condiciones

diferentes, que corresponden a dos regimenes distintos:

a) Flujo o Descarga libre (D.L.)

b) Ahogamiento o Sumersión (S)

En el caso del flujo libre es suficiente medir la carga H para determinar el caudal

(fig. 5.4). Si el medidor es ahogado, será necesario medirse también, una

segunda carga H2, en un próximo a la sección final de la garganta (fig. 5.4)

La relación H2, / H (grado de sumersión S) constituye la razón de sumersión:

Si H2, / H ≤ 0.60 (60%) para los Parshall con W = 3,6 ό 9 pulgadas, → DL.

Si H2, / H ≤ 0.60 (70%) para los Parshall con W = 1 a 8 pies, → DL.

(Figura. 5.6)

Si los limites anteriores se exceden será entonces necesario, medir las dos

alturas para calcular el caudal. La descarga real será inferior a la obtenida por la

formula, siendo indispensable aplicar una corrección C negativa a la ecuación

Q = KHⁿ - C; C = K [H (H2 / H)] ⁿ Q = K [Hⁿ - H2 ⁿ] (12)

De cualquier manera la sumergencía nunca deberá exceder el límite práctico de

95%, pues arriba de este valor, no se puede contar con la precisión deseable

("MANUAL DE HIDRAULICA" (J.M. DE AZEVEDO NETTO, GUILLERMO

ACOSTA, PAG 473)

PERDIDA DE CARGA

La perdida de carga que tiene lugar en un medidor Parshall esta en función de

su tamaño W, del gasto Q y el grado de sumersión S con que trabaja la

estructura.

Para calcular la perdida de carga usaremos el siguiente nomograma figura 5.5

recomendado por J.M. DE AZEVEDO NETTO, GUILLERMO ACOSTA, PAG

479.

(Figura. 5.7)

De acuerdo al nomograma anterior las perdidas de carga reportada a Qmax

h = 43.7 L / s, es de 3.65 cms y a Qmin 12.0 L / s; 2.85 cms.

TRAMPA DE GRASAS Y ACEITES

Parámetro de diseño:

Tiempo de retención

3 min.................... hasta 10 L / s

4 min.................... 10 – 20 L / s

5 min. …………….. mas de 20 L/ s

Relación entre largo y ancho.

1.8: 1.0

Tasa de aplicación

4 L / s / m² = 0.25 m² por cada L/ s

Según Manual de Dispositivo de Aguas Residuales (referencia bibliografíca N 5,

Pág. 476)

40 L por cada L/ s; P= 0.937 kg / m³

Los parámetros de diseños de separadores de grasa antes mencionados se

encuentran en la norma Alemana DIN 4040

La salida del desarenador debe tener una cubierta contra malos olores de 60

mm. De espesor, pero no debe haber ninguna en la parte lateral de la entrada

de agua.

Q max = 43.7 L/s = 0.0437 m³ /s

Tiempo de retención = 5 minutos

Área Superficial 0.25 m² = Área Superficial 1 L/seg. 43.7 L/seg. Área Superficial * 0.25 m² / 1 L/seg. = 1/ 43.6 L/seg.

Área superficial = 43.7 * 0.25 m² = 10.9 m²

DIMENCION SUPERFICIAL DEL DESARENADOR. Area Superficial = L * B

Area Superficial = 1.8 b²

(Figura 5.8)

b² = 10.9 m² / 1.8 = 6.055555556

b = 2.46 m

h = 1.8 b

h = 1.8 * 2.46

h = 4.43 mt.

VOLUMEN ACUMULADO.

En un tiempo de 5 minutos.

Q = V / T

V = T * Q (13)

T = 5 minutos * 60 seg / minutos = 300 segundos.

V = 300 segundos * 0.0437 m³ / seg = 13.11 m³

PARA EL FONDO DEL DESENGRASADOR. (Figura 5.9)

A * B = V V = A B A = V / B

A = (a + 2 a) * h

A = 3 a / 2 * h

V / b = 3a /2 h

V = 3a / 2 * b * h

2 V = 3a * b * h

a = 2 V / 3 * b * h

a = 2 * 13.08 / 3 * 2.46 * 4.43

a = 26.16 / 32.6934

a = 0.80 m.

SEDIMENTADOR CIRCULAR TIPO DURTMUND PARAMETROS DE DISEŇO

- Tamaño de los tanques, Según Melcalt – Eddy (Pág. 473) el diámetro de un

sedimentador puede variar entre 5.6 a 6.0 m , aunque frecuentemente los hay

de 12 a 30 metros.

- Tiempo de detención

Para caudal promedio = 2.0 – 2.5 horas.

- Carga superficial

Para caudal promedio = 740 – 1230 gal. /pie * d.

- Velocidad de arrastre (velocidad crítica horizontal)

VH = [ (8 K (S-1) g d )/ f ] ½ (14)

(Tomado de Crites – Tchobanoglous, Pág. 312)

VH = Velocidad horizontal a la cual se inicia el arrastre de las partículas de ø =

100 µm ó >. K = constante de cohesión que depende de material arrastrado (0.04 para arena

uní granular - 0.06 para partículas mas aglomeradas).

S = Gravedad especifica de las partículas

g = Aceleración debida a la fuerza de la gravedad

d = Diámetro de las partículas ø

f = Factor de fricción de Darcy – Weisbach (valores mas usuales desde 0.02

hasta 0.03)

La tabla 5.7, la carga superficial recomendada para Aguas Residuales sin tratar

se muestra de la siguiente forma:

Tabla 5.7. Valores recomendados de la carga superficial para distintas suspensiones.

Suspensión

Carga Superficial m³/m² día

Intervalo Caudal Punta

Agua Residual sin tratar

Floculo de sulfato de

alumina.

Floculo de hierro *

Floculo de cal *

24 - 48

14 - 24

21 - 32

21 - 48

48

24

32

48

* Mezclado de Sólidos suspendidos sedimentables en el agua residual sin tratar

y con otros sólidos suspendidos y coloidales arrastrados por el floculo.

“TRATAMIENTO Y DEPURACION DE LAS AGUAS RESIDUALES " (MELCATF

& EDDY PAG. 472)

De la tabla 5.7 se toma una carga superficial promedio de 48 m³/m²d, se

considera un sedimentador de forma circular.

1.- Calculando el área superficial.

Q / A = carga (pagina 298 Metcalf – Eddy)

A = Carga * Q

A = 86400 S / dia * 0.0437 m³ / seg. / 48 m³ / m² d. este valor se toma de la

A = 78.66 m².

2.- DIMENSIONAMIENTO: (Figura 5.10)

A = π r ² ό π D² / 4

A 4 = π D²

D² = A 4 / π

D² = 78.66 * 4 / π

D² = 100.15

D = 10 M.

r ² = A/ π

r ² = 78.66 / π

r ² = 25.03

r = 5.00 m

3.- TIEMPO DE RETENCION:

Tabla 5.8. Tiempos de detención para diversas cargas de superficie y profundidades de

tanques.

Carga de superficie

M³/dia.m²

Tiempo de retención, horas

Profundidad

2.10 m

Profundidad

2.40 m

Profundidad

3.0 m

Profundidad

3.6 m

16

24

32

40

3.2

2.1

1.6

1.25

3.6

2.4

1.8

1.4

4.5

3.0

2.25

1.8

5.4

3.6

2.7

2.2

“TRATAMIENTO Y DEPURACION DE LAS AGUAS RESIDUALES " (MELCATF

& EDDY PAG. 472)

Se asume una profundidad de h = 3.60 mts. De la tabla anterior.

T = Profundidad / Vc

T = 3.60 m = 0.09 d = 2.16 h = 2.20 horas

40 m³ / m² * día

4.- PARA EL VOLUMEN:

V = π r ² h

V = π * (5) ² * 3.6

V = 282.7 m³

5.- ENCONTRANDO LA VELOCIDAD DE ARASTRE:

V H ² = [(8 k (S – 1) g * d) / f]½

Utilizando los siguientes valores.

K = 0.05

S = 1.05

g = 9.8

d = 100 µm

f = 0.030

Sustituyendo en la ecuación:

VH ² = 8 * 0.05 (1.05 * 1) 9.8 * 100 * 10¯³ / 0.030

VH ² = 0.40 * 0.05 * 0.98 / 0.030

VH ² = 0.0196 / 0.030 = 0.65333 V = 0.8083 m /s.

6.- Comprobando la velocidad de arrastre con la velocidad horizontal "V H" bajo

condiciones del caudal máximo horario = Q máx. h.

Vh = Q / A

A = es el area del flujo

A = π r h, para un cilindro perimetral

A = π * 5 * 3.6

A = 56.55 m²

Vh = 0.0437 m³ / seg / 56.55 m²

Vh = 7.73 * 10-4 m / seg. = 0.000773 m/seg

Comentario: el valor de Vh es menor que la velocidad de arrastré razón por la

cual el material sedimentado no será resuspendido.

7.- Determinación de la tasa de remoción.

Donde:

DBO = Demanda Bioquímica de Oxigeno

SST = Sólido Suspendidos Totales

En un tiempo = T = 2.20 horas.

R = t (T omado de tchobanoglous, Pág. 303,304) (15) a + b * t Donde: R = Porcentaje de Remoción esperado %

T = Tiempo Nominal de retención, h

a, b = Constantes Empíricas.

TABLA 5.9. Valores de las constantes empíricas "a" y "b"

Variable a,h b

DBO 0.018 0.020

SST 0.0075 0.014

Adaptado de Crites & Tchobanoglous, Pág. 304.

R DBO = t / a + b * t

R DBO = 2.20 / 0.018 + 0.020 * 2.20

R DBO = 2.20 / 0.018 + 0.014 * 2.20 = 2.20 / 0.062 = 35.5% = 36%

R sst = t / a + b * t

R sst = 2.20 / 0.0075 + 0.0014 * 2.20 = 2.20 / 0.0075 + 0.0308 = 2.20 / 0.0383 =

57.4 = 57% Como la remoción del 57% los sst nos quedan

= 445 {1-445(57 / 100)} = 191.35 mg/l Se asume el dato de una tesis de moncagua ya que en Quelepa no hay Red de

Alcantarillado sanitario, se asume este valor.

8.- CALCULAR LA PENDIENTE DEL TANQUE EN EL FONDO

Según Metcalf – eddy, Pág. 476, la pendiente en el fondo del tanque, será del

8%

8 / 100 = y / 5

y 100 = 8 * 5

y = 40 / 100

y = 0.40 m.

DIGESTOR AEROBICO

PARAMETRO DE DISEÑO

El volumen de agua residual se calcula con un tiempo de 2.20 horas

T = 2.20 horas * 3600 seg. / 1h

Q = V r / t

V r = t Q

V r = 7920 seg * 0.0437 m³ / seg

Vr = 345.10 m³

Calculando Wss = Peso de sólidos secos

Wss = % R sst * Vr * concentración de sólidos (16)

De la remoción de sólidos suspendidos totales (Rsst) calculada en el diseño del

sedimentador se tiene:

Rsst = 57%

Entonces:

W sst = Rsst * Vr * concentrado de sólidos

W sst = (57 / 100 * 100 mg / L) * 346.10 M³ / 1000 L / m³

W sst = 57 mg / L * 345310 m³ / 1000 L / m³

W sst= 19.7 kg La concentración que se tomara será la mínima que propone Metcalf – Eddy

Tabla 5.10. (Metcalf – Eddy Pág. 241)

Composición típica de agua residual domestica en mg/l

Calculo del volumen del fango

V f = Wsst / y; Metcalf – Eddy, pag 478. (17)

Y = peso especifico del fango

% = porcentaje de humedad

Los valores del peso específico y porcentaje de humedad se muestran en las

tablas 5.9 y 5.10 respectivamente.

Constituyente

Concentración

Fuerte media baja

Sólidos en total 1200 700 350 Disueltos, en total 850 500 250 Fijos 525 300 145 Volátiles 325 200 105 Suspendidos en total 350 200 100 Fijos 75 50 30 Volátiles 275 150 70 Sólidos sedimentables (ml/l) 20 10 5 Demanda bioquímica de oxigeno, 5 días, 20º C 300 200 100

Carbono orgánico total ( COT) 300 200 100 Demanda química de oxigeno (DQO) 1000 500 250 Nitrógeno ( total como N) 85 40 20 Orgánico 35 15 8 Amoniaco libre 50 25 12 Nitritos 0 0 0 Nitratos 0 0 0 Fósforo (total como P) 20 10 6 Orgánico 5 3 2 Inorgánico 15 7 4 Cloruros* 100 50 30 Alcalinidad (como Ca Co з)* 200 100 50 Grasa 150 100 50

Tabla 5.11. Peso especifico del fango sin tratar, producido a partir de distintos tipos de

aguas residuales.

Tipo de sistema de

alcantarillado

Intensidad del agua

residual* Peso especifico**

Separativo

Separativo

Unitario

Unitario

Débil***

Media

Media

Fuerte

1.02

1.03

1.05

1.07

Adaptado de Metcalf – Eddy, pagina 478

* Véase tabla 5.9

** Véase tabla 5.10

*** Debido a la infiltración o elevado consumo de agua.

Tabla 5.12 Cantidad normal de fango producido por distintos procesos de tratamiento.

PROCESO DE TRATAMIENTO

CANTIDAD NORMAL DE FANGO

HUMEDA

D

%

PESO

ESPECIF. DE S.

DEL FANGO

PESO

ESPECIF. DEL FANGO

SÓLIDOS SECOS

M³/ miles de m³ de

A.R

T miles

de m³ de A.R

M³/ 1000

personas y dias

Kg/ miles de m³ de

A.R.

Kg/ 1000 personas y dias

Sedimentación primaria - sin digerir 2.950 3.30 1.09 95 1.40 1.02 150 56 - Digeridos en tanques separados 1.450 1.65 0.53 94 -- 1.03 90 34 - Digerido y deshidratado en lechos de arena -- 0.25 0.16 60 -- -- 90 34 Digerido y deshidratado en filtro de vaciado -- 0.36 0.12 72.5 -- 1.00 90 34 Filtro Percolador 0.745 0.83 0.27 92.5 1.33 1.025 57 22 Precipitación química 5.120 5.80 1.9 92.5 1.93 1.03 396 150 Deshidratado en filtro de vació -- 1.51 0.55 72.5 -- -- 396 150 Sedimentación primaria y fango activado: -- -- -- -- -- -- -- -- Sin Digerir 6.900 7.8 2.55 96.00 -- 1.02 280 106 - Sin Digerir y deshidratado en filtro de vació 1.480 1.55 0.56 80.0 -- 0.95 280 106 - Digerido en tanque separado 2.700 3.00 1.00 94.0 -- 1.03 168 63 - Digerido y deshidratado en lechos de arena -- 0.45 0.5 60.0 -- -- 168 63 Digerido y deshidratado en filtros de vació -- 0.92 0.33 80.0 -- 0.95 168 63 Fango activado -- -- -- -- -- -- -- - Fango húmedo 19.400 20.00 7.2 98.5 1.25 1.005 270 102 - deshidratado en filtro de vació -- 1.50 0.53 80.0 -- 0.95 270 102 Secado por calentadores térmicos -- 0.30 0.08 4 -- 1.25 270 102 Fosas séptica, digerido 0.900 -- 0.32 90.0 1.40 1.04 97 37 Tanque Imhotf, digerido 0.500 -- 0.18 85.0 1.27 1.04 83 31

De la tabla 5.11 se toma un valor del peso especifico de 1.03 Kg. /dm³ de tabla

5.12 que se tomara el 95 % de porcentaje de humedad.

Vf = 19.7 Kg. / 1.03 Kg. / d m³ * 0.05

Vf = 19.7 kg / 0.0515 = 382.5 d m³

Vf = 382.5 d m³ * 1 m³ / 1000 d m³

Vf = 0.3825 m³ Este volumen es calculado parar un tiempo de 2.20 horas y este dato sirve para

hacer el calculo de 24 horas.

0.3825 m³ 2.20

X 24

X 2.20 = 24 * 0.3825

X = 9.18 / 2.20

X = 4.17 m³ / d Se propondrá un tiempo de retención de 30 días según lo indica la tabla 5.13 de

donde se considerara una temperatura aproximada de 32°C adicionando 5 días

por lluvias u otros fenómenos anormales que alteren el volumen de detención,

luego se sustituye en la siguiente ecuación.

Vdd = 4.17 m³ / día * 30 días

Vdd = 125.10 m³

Calculo del diámetro del tanque circular tomando una profundidad de 3.0 mts.

(Unda – Opazo, Pág. 302)

r²= V / π * h

r²= 125.10 m³ / π * 3.0

r² = 13.26

r= 3.64 m

r= 3.65 m

Tabla 5.13. Digestión discontinua de los lodos de sedimentación libre a diferentes

temperaturas.

Temperatura

º F

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Temperatura,

º C 10.0 15.6 21.1 26.7 32.2 37.8 43 49 54 60

Periodo de

digestión,

días

75 56 42 30 25 24 26 16 14 18

Tipo de

digestión Mesofilica Termofilica

Adaptado de Fair, Geyer, Okun, Ingeniería sanitaria y de aguas residuales, tomo

4, Pág. 653.

La pendiente del fondo del tanque deberá ser muy pronunciada con valores de 1

en la vertical por 4 en la horizontal (Unda – Opazo, Pág. 300), lo incrementara

0.55 metros el fondo del tanque en su parte central.

FILTRO PERCOLADOR: PARAMETRO DE DISEŇO

Filtros profundos = 1.50 – 3.0 mts Filtros bajos = 0.90 – 1.50 mts Tasa baja = 2 * 10E6 gal / ac / día

Tasa alta = 15 * 10 E6 – 30 * 10 E6 gal / ac / día

Según estudio bacteriológico el DBO5 obtenido fue de 222.60 mg / L, a este

valor se le restara el 25% de DBO5 removido en la sedimentación (realmente la

remoción de DBO.

1.- Calculo de la Eficiencia:

El caudal de diseño será: 0.0437 m³ / seg * 1000 L / m³ * 1 gal / 3.7850 L *

86400 seg / 1 día

QD = 997537.64876

QD = 0.997537 * 10 E6 gal / día

La eficiencia estimada del filtro será del 82% y se calcula

E = DBO5 inicial - DBO final (tomado de tchobanoglous Pág. 438. (18)

DBO inicial

Donde el DBO final = 30 mg / L (norma CONACYT, VER TABLA 5.2)

Conociendo el DBO5 inicial y DBO final se sustituye en la ecuación 18 y se

calcula la eficiencia.

E = DBO5 inicial – DBO final / DBO5 inicial

E = 222.60 mg / L – 30 m/L / 222.60 mg/ L

E = 0.865 * 100

E = 87%

DBO después del filtro = 222.60 – 222.60 (0.86522911)

DBO después del filtro = 30 mg / L

Dicho valor se encuentra dentro del rango permisible de la norma CONACYT lo

que indica que la eficiencia esperada del filtro es aceptable.

2.- CALCULO DEL VOLUMEN DEL FILTRO

E² = 100 (Tchobonoglous) Pág. 436 (19)

1 + 0.0561 * [W / V * F] ½

DONDE:

E = Eficiencia de la remoción de DBO

W = Carga de la DBO al filtro; lb / día

V = Volumen del medio del filtro 10³ pie³

F = Factor de recirculación.

Donde:

F = 1 + R____

(1 + R/10)²

R = Relación de recirculación Q1 / Q

Q1 = Caudal de recirculación

Q = Caudal de agua residual

F = 1+0____

(1 + 0 / 10) ²

F= 1

Para W = Q * DBO5 inicial * 8.34

8.34 factor de conversión, lb. / [Mgal. (Mg/L)]

W = 0.997537 x 106 gal / día * 222.60 mg / l * 8.34

W = 1851.91 lb. DBO5 / día.

Se despeja el volumen V de la ecuación 19 ________ E = 100 / 1 + 0.0561 √ W / VF

V = W (0.0561)² / F (100 / E – 1)²

V = 1851.91* (0.0561)² / 1 (100 / 87-1)² = 5.828349671 / 0.022327916 =

26.2X10³ P³

V = 261.03 X 10³ P³

3.- Calculo de dimensiones del filtro percolador

V = L * A * h

Donde: L = 2 A

261.03 x 10³ pie³ = 2 A * A * h

261.03 X 10³ pie³ = 2 A³ x h

Para un h = 3.0 m = 9.84 pies (según Unda Opazo, Pág. 313

261.03 x10³ pie³ = 2 A² x 9.84 pie

A² = 261.03 x 10³ / 261.03 x 10³ / 19.68

A² = 261.03 x 10³ / 19.68

A² = 13263.71951

A = 115.17 pies = 35.11 Mts

115.17 pies * 1m / 3.28 pies = 35.11mts

2 A = 70 mts = 229.6 pies

4.- ENCONTRANDO LA CARGA ORGANICA VOLUMETRICA

Lorg = W / V = L * A * h = L = 2 A

Lorg = 1851.91 / 70 (35 *3) = 1851.91 / 7350

Lorg = 0.2519 lb. DBO5 / m³ * día = 7.14 lb. DBO5 * 10³ / P³ * días

Lorg = 7.14 lb. DBO5 / P³ * días

5.- Encontrando la tasa de carga hidráulica del agua residual (LW)

LW = Q / Area

LW = 0.997537x106 gal/dia.

ENCONTRANDO LA TASA DE CARGA HIDRAULICA

LW = Q / Area

Area = 35.11 mts x 229.6 pies

Area = 115.17 pies x 229.6 pies

Area = 26.443 pie²

LW = 0.997537 x 106 gal / día / 26.443 pies²

LW = 37.72 gal / pie. día = 0.026 galones / pies².min.

Tabla 5.14. Crites & Tchobanoglous, Pág. 433.

INFORMACION USUAL DE DISEÑO PARA VARIOS TIPOS DE FILTROS

PERCOLADORES NO SUMERGIDOS

Elemento Carga Baja Carga

Intermedia

Carga

Alta

Carga

Alta Desbaste

- Medio filtrante

- Tamaño, pulg.

Superficie especifica,

pie²/pie³

- Espacio vació, %

- Peso especifico

lb/pie³

- Tasa de carga

hidráulica, gal/pie².

Min.

- Tasa de carga

orgánica, lb

DBO5/10³ pie³.

- Relación de

recirculación

- Arrastres de sólidos

- Eficiencia de

remoción de DBO5,%

- Moscas en el filtro

Piedra/

desechos

1-5 / 2-5

12 - 30

40 - 55

50 - 90

0.02 - 0.06

5 – 25

0

Intermitente

80 – 90

Muchas

Piedra/

desechos

1-5 / 2-5

12 – 30

40 – 55

50 – 90

0.06 – 0.16

15 – 30

0 – 1

Intermitente

50 – 80

Algunas

Piedra/

desechos

1-5 / 2-5

12 – 30

40 - 55

50 – 90

0.06 -

0.16

30 -80

1 – 2

Continuo

65 – 90

Pocas

Plástico

24x24x48

24 – 60

92 – 97

2 – 6

0.2 –

0.120

50 – 200

1 – 2

Continuo

65 – 90

Pocas o

ninguna

Plástico madera

de pino

24x24x48†

24-60/12-15

92 – 97/ 70 – 80

2 – 6/ 9 – 12

0.8 – 3.2

100 – 500

1 – 4

Continuo

40 – 70

Pocas o

ninguna

† Dimensiones en pulgadas de un modulo común de medio filtrante plástico.

48x48x20 pulgadas de madera de pino, si hay disponibilidad.

De acuerdo a la tabla 5.14 el filtro percolador propuesto se clasifica como filtro

de carga baja (0.02 - 0.06 gal/pie². Minutos por lo que el material que servirá de

medio filtrante será piedra que cumpla con lo especificado en dicha tabla es

decir una relación de vació de 40 – 55%, peso especifico entre 50 y 90

lb/pies³etc.

En el Salvador (Planta de tratamiento de aguas residuales en suchitoto depto de

Cuscatlan) la piedra que ha sido usada como medio filtrante para que se adhiera

la película bacteterial es la piedra volcánica.

PATIOS DE SECADO

Población de Diseño = 5,286 habitantes (25 años)

El área es igual a la población de diseño por factor superficial

Area = 5,286 Hab. * 0.04 m² / hab.

Área = 211.44 m²

Se proponen 2 patios:

A = 211.44 m² / 2 m.

A = 105.72 m.

Los patios utilizados se construirán de forma rectangular.

A = Ancho * Largo

Ancho = W

Largo = L

Asumiendo que el ancho W = 7 mt

L = A / W

L = 105.72 M / 7

L = 15.10

Para la construcción de los 2 patios con las siguientes dimensiones

W = 7 metros

L = 16 metros.