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EVALUACIÓN TÉCNICA DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA

RESIDUAL (PTAR), DE LA INSPECCIÓN DE PUEBLO NUEVO DEL MUNICIPIO DE NILO CUNDINAMARCA

EDUAR HERNAN VARGAS PALACIOS

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL MODALIDAD TRABAJO DE GRADO

BOGOTÁ D.C. 2016

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EVALUACIÓN TÉCNICA DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL (PTAR), DE LA INSPECCIÓN DE PUEBLO NUEVO DEL MUNICIPIO

DE NILO CUNDINAMARCA.

EDUAR HERNAN VARGAS PALACIOS - CODIGO: 503223

Proyecto de Trabajo de Grado para optar al título de Ingeniero Civil

Director: Ingeniero Ernesto Torres Quintero

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL MODALIDAD TRABAJO DE GRADO

BOGOTÁ D.C. 2016

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Nota de Aceptación

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_________________________________________ Firma del presidente del jurado

_________________________________________ Firma del jurado

_________________________________________ Firma del jurado

Bogotá D.C., 26, MAYO, 2016

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Declaratoria de originalidad:

“El siguiente documento ha sido preparado únicamente para dar cumplimiento a los requerimientos demandados por la Universidad Católica de Colombia para obtener el título de ingeniero civil. Para dar una ejecución favorable a este documentó, se aplicaron todos y cada uno de los conocimientos obtenidos durante la carrera universitaria, por otra parte se optó por la consulta e investigación en escritos y datos los cuales son correctamente referenciados, señalando las fuentes de información, como también a sus autores”.

Eduar Hernán Vargas Palacios Código: 503223

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DEDICATORIA

El presente trabajo de grado es dedicado a: A mi familia principalmente a mis padres que con su motivación y amor siempre estuvieron apoyándome. A mis hermanos que de una u otra manera estuvieron presentes en esta etapa tan importante de mi viva. A mi novia por apoyarme en los momentos más difíciles, y por brindarme un poco de su experiencia.

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AGRADECIMIENTOS

Principalmente a Dios por permitirme la salud y el conocimiento necesario para dar cumplimiento a los objetivos trazados al empezar esta etapa de mi vida profesional. A la Universidad Católica de Colombia y a sus decentes que la compones, que con su experiencia y buenos consejos hicieron de mí un gran hombre tanto en lo profesional como en lo personal. Al Ingeniero Jesús Ernesto Torres Quintero por su colaboración e incondicional apoyo como asesor de tesis, que con su experiencia y dedicación pudo ofrecerme la ayuda necesaria durante todo este proceso. Al señor Mauricio Bejarano gerente de empresas públicas de Nilo Cundinamarca (EMPUNILO), que permitió la ejecución de este proyecto, ofreciéndonos la ayuda necesaria para poder dar cumplimiento a los objetivos fijados inicialmente.

A mis compañeros de universidad con los que vivimos momentos tanto de felicidades como de frustración, y que pudimos solventar. A toda mi familia que es el eje principal de esta proyecto de vida, con sus buenos consejos y empuje hoy puedo decir gracias.

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 13

1. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ........................... 14

2. JUSTIFICACIÓN .......................................................................................... 15

3. OBJETIVOS ................................................................................................. 16

3.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................ 16

3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................... 16

4. MARCO REFERENCIAL .............................................................................. 17

4.1. MARCO TEORICO .................................................................................... 17

4.2. MARCO CONCEPTUAL ............................................................................ 18

4.3. MARCO NORMATIVO ............................................................................... 19

4.4. MARCO CONTEXTUAL ............................................................................ 22

4.4.1. LOCALIZACION GENERAL ................................................................... 22

4.4.2. MARCO ECONOMICO ........................................................................... 24

4.4.3. MARCO DEMOGRAFICO ...................................................................... 25

4.4.4. MARCO HIDROGARFICO...................................................................... 26

4.4.4.1. CUENCA DEL RIO PAGÜEY .............................................................. 26

4.4.4.2. TRIBUTARIOS RIO PAGÜEY: .............................................................. 26

4.4.4.3. USOS DEL AGUA ............................................................................... 27

4.4.5. EMPLEO .................................................................................................. 27

5. DISEÑO METODOLOGICO ......................................................................... 28

5.1. TIPO DE UNVESTIGACION ...................................................................... 28

5.2. METODOLOGIA ........................................................................................ 28

5.2.1. FASE N°1 - PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN, CON BASE EN LOS

CENSOS DE LOS AÑOS 1973, 1985, 1993 Y 2005, Y LOS CRITERIOS DEL

REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y

SANEAMIENTO BÁSICO RAS-2000.................................................................. 29

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5.2.2. FASE N°2 - ANÁLISIS DEL CONSUMO DE AGUA POTABLE, SEGÚN

CRITERIOS DEL REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA

POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO RAS-2000, Y ELEMENTOS DE DISEÑO

PARA ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS. ................................................ 31

5.2.3. FASE N°3 - TRABAJO DE CAMPO ......................................................... 33

5.2.4. FASE N°4 - DIAGNOSTICO DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS DE LA

PLANTA DE TRATAMIENTO ............................................................................. 34

6. RESULTRADOS .......................................................................................... 47

6.1. RESULTADOS FASE N°1 - PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN URBANA

PARA EL MUNICIPIO DE NILO ......................................................................... 47

6.1.1. MÉTODO GEOMÉTRICO ....................................................................... 47

6.1.2. MÉTODO EXPONENCIAL O LOGARITMICO ......................................... 48

6.1.3. MÉTODO ARITMÉTICO .......................................................................... 49

6.2. RESULTADOS FASE N°2 - ANÁLISIS DEL CONSUMO DE AGUA

POTABLE PARA EL MUNICIPIO DE NILO ........................................................ 51

6.2.1 DOTACIÓN NETA .................................................................................... 51

6.2.2 DOTACIÓN BRUTA .................................................................................. 51

6.2.3 CAUDAL MEDIO DIARIO ......................................................................... 52

6.2.4 CAUDAL MAXIMO DIARIO ...................................................................... 52

6.2.5 CAUDAL MÁXIMO HORARIO .................................................................. 53

6.2.6 CAUDAL DE RETORNO .......................................................................... 53

6.2.7 ANÁLISIS DEL CONSUMO DE AGUA POTABLE PARA LA INSPECCION

DE PUEBLO NUEBLO (NILO) ............................................................................ 54

6.2.8 CAUDAL DE RETORNO .......................................................................... 55

6.3. RESULTADOS FASE N°3 – TRABAJO DE CAMPO ................................ 56

6.4. RESULTADOS FASE N°4 – CALCULO DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS

DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO .................................................................. 58

6.4.1 CALCULOS REJILLA ............................................................................... 58

6.4.1.1 ÁREA ÚTIL DE LA REJILLA .................................................................. 58

6.4.1.2 PERDIDA DE CARGA GENERADA POR LA REJILLA ........................ 58

6.4.1.3 NUMERO DE BARROTES ................................................................... 59

6.4.2 TRAMPA DE GRASAS ............................................................................. 59

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6.4.3 TRATAMIENTO ANAEROBIO (UASB O RAFA) ..................................... 60

6.4.3.1 VOLUMEN DEL REACTOR................................................................... 60

6.4.3.1 ÁREA DEL REACTOR .......................................................................... 60

6.4.3.2 LONGITUD DEL REACTOR ................................................................. 61

6.4.3.3 CALCULO DE LA DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO) ........... 62

6.4.3.4 CALCULO DE LA DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO5) ... 62

6.4.3.5 CALCULO DE LOS SOLIDOS SUSPENDIDOS (SS) ........................... 62

6.4.3.6 FLUJO MASICO ................................................................................... 63

6.4.3.6 CARGA HIDRAULICA .......................................................................... 63

6.4.3.7 VELOCIDAD DE FLUJO EN LA CAMPANA ......................................... 63

6.4.4 SEPARADOR GAS – LÍQUIDO – SOLIDO (GLS) ................................... 63

6.4.4.1 AREA DE ABERTURA ......................................................................... 64

6.4.4.2 AREA DE SECCION TRANVERSAL DE LA CAMPANA ...................... 64

6.4.4.3 CARGA ORGANICA DE DBO .............................................................. 64

6.4.4.4 CARGA HIDRAULICA SUPERFICIAL .................................................. 65

6.4.5 CALCULO FILTRO ANAEROBIO DE FLUJO ASCENSIONAL ............... 65

6.4.5.1 TIEMPO DE DISEÑO ........................................................................... 65

6.4.5.2 VOLUMEN DEL FILTRO ANAEROBIO ................................................ 65

6.4.5.1 AREA SUPERFICIAL ........................................................................... 66

6.4.5.1 LONGITUD DEL FILTRO ..................................................................... 66

6.4.5.1 BASE DEL FILTRO .............................................................................. 66

6.4.6 CALCULO DEL LECHO DE LODOS DE ARENA .................................... 67

6.4.6.1 CALCULO DEL ÁREA DEL LECHO DE LODOS ................................. 68

6.4.6.2 CALCULO DEL ÁREA DEL LECHO DE LODOS ................................. 68

6.4.6.3 DIMENCIONES DE LA SECCIÓN ........................................................ 68

7. RESUMEN DE RESULTADOS .................................................................... 69

8. CONCLUSIONES ........................................................................................ 75

9. RECOMENDACIONES ................................................................................ 77

10. BIBLIOGRAFIA ......................................................................................... 78

11. ANEXOS ................................................................................................... 80

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Distribución de la población en el Municipio de Nilo ................................ 25

Tabla 2. Características de la cuenca rio Pagüey .................................................. 26

Tabla 3. Dimensiones recomendadas para las trampas de grasas, según el caudal

de diseño ............................................................................................................... 36

Tabla 4. Cargas Promedio de las Aguas Residuales Domesticas en el Area Rural

............................................................................................................................... 39

Tabla 5. Tiempos de retención hidráulica para filtros Anaerobios.......................... 43

Tabla 6. Tiempos de retención hidráulica para filtros Anaerobios.......................... 45

Tabla 7. Resultados cálculo proyección poblacional .............................................. 50

Tabla 8. Asignación del nivel de complejidad ........................................................ 50

Tabla 9. Periodo de diseño según el nivel de complejidad del sistema para

captaciones superficiales ....................................................................................... 50

Tabla 10. Dotation por habitante segun el nivel de complejidad ............................ 51

Tabla 11. Resultados cálculo consumo agua potable para el municipio de Nilo .... 54

Tabla 12. Resultados cálculo consumo agua potable para la inspección de Pueblo

Nuevo .................................................................................................................... 55

Tabla 13. Calculo del caudal de entrada a la planta ............................................. 56

Tabla 14. Calculo del caudal de salida a la planta ................................................ 57

Tabla 15. Resultados obtenidos mediante la tabla 3 ............................................. 59

Tabla 16. Tiempos de retención hidráulicos .......................................................... 60

Tabla 17. Criterios de Diseño para Lechos de Secado de Arena ......................... 67

Tabla 18. Resumen Cálculos Rejilla ...................................................................... 69

Tabla 19. Resultados de la Trampa de grasas para los años 2016, y 2041 ......... 70

Tabla 20. Resumen Cálculos Reactor UASB ......................................................... 71

Tabla 21. Resumen Cálculos Filtro Anaerobio ....................................................... 73

Tabla 22. Resumen Calculo Lecho de Lodos ....................................................... 74

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Localización General Municipio de Nilo (Cund). ..................................... 22

Figura 2. Mapa Politico de Nilo (Cund) ................................................................. 23

Figura 3. Estación Total Topcon GTS 226 YGPS RTK .......................................... 33

Figura 4. Esquema general de un reactor UASB ................................................... 37

Figura 5. Levantamiento topográfico de la PTAR .................................................. 56

Figura 6. Medición de los caudales de entrada y salida a la planta ....................... 57

Figura 7. Lecho tipico de secado de arena ............................................................ 68

Figura 8. Rejilla Actual en la Planta de Tratamiento (Pueblo Nuevo) .................... 69

Figura 9.Trampa de Grasas Planta de Tratamiento (Pueblo Nuevo) ..................... 70

Figura 10. Filtro Anaerobio de Flujo Ascencional Planta de Tratamiento (Pueblo

Nuevo .................................................................................................................... 73

Figura 11. Lecho de secado Planta de Tratamiento (Pueblo Nuevo)..................... 74

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INTRODUCCIÓN

En el contenido de este documento se presentara para dar un diagnóstico de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) ubicada en la Inspección de Pueblo Nuevo del municipio Nilo (Cundinamarca), con el fin identificar cuál o cuáles son los problemas que impiden su debido funcionamiento y desarrollar una alternativa a una problemática expuesta por Empunilo “Empresa de Servicios Públicos de Nilo”, esta alternativa buscara un manejo más adecuado de las aguas servidas de la inspección de pueblo nuevo, que se vería reflejado en la calidad del agua que es vertida él en rio Pagüey, y su repercusión en la calidad de vida de los habitantes que residen en las veredas aledañas aguas abajo del punto de vertimiento de estas. Habrá vinculación de la comunidad, siendo esta una responsabilidad que se encuentra dentro de los parámetros de la proyección social de la universidad Católica de Colombia, donde se verán aplicados todos los conocimientos adquiridos en el programa de ingeniería civil. Para determinar la mejor propuesta para el problema plateado por la Empresa de Servicios Públicos de Nilo, nos basaremos en la identificaron de la falencias por las cuales la planta de tratamiento de aguas residual no se encuentra en un funcionamiento adecuado y previendo los beneficios que esta tendrá para la comunidad. Para la ejecución del proyecto y los estudios de diseños necesarios, se ejecutara una propuesta teniendo en cuenta los lineamientos y las normas dadas en el Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS).

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1. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

En la Inspección de Pueblo Nuevo del municipio de Nilo Cundinamarca se encuentran las instalaciones de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) la cual no se encuentra en un óptimo funcionamiento, motivo por el cual no existe un manejo adecuado de las aguas servidas de la inspección. Las personas que se encuentran habitando las veredas aledañas a la PTAR localizadas aguas abajo del vertimiento de las aguas servidas son los principales afectados por este problema, ya que su principal fuente de abastecimiento de agua es el rio que trasporta estas aguas. El vertimiento de estas aguas no solo afecta a la población que habita las zonas cercanas, también se ven afectados los diferentes ecosistemas que se desarrollan a lo largo del rio, generando peligro para las especies que predominan en la zona. Lo que se busca con el diagnóstico de la PTAR es presentar una solución que mitigue los principales problemas que se presentan, para proporcionar una mejor calidad de vida a los habitantes además de reducir el riesgo para las especies que se localizan en estos ecosistemas. Una vez planteado el problema en el que se encuentra la población, por intervención del señor Mauricio Bejarano gerente de EMPUNILO y la participación de Eduar Hernán Vargas Palacios estudiante de último semestre de ingeniería civil de la universidad Católica de Colombia, y oriundo de dicha inspección, se plantea un diagnóstico en pro de dar una solución que minimice esta problemática, además de mejorar el impacto ambiental al cual se ve expuesto.

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2. JUSTIFICACIÓN

La Empresa Prestadora de Servicios Públicos de Nilo Cundinamarca (EMPUNILO), ha venido ejerciendo una gran labor en la parte social con la comunidad de Nilo Cundinamarca, ubicado sobre la vía Bogotá D.C. Girardot a aproximadamente a 3 horas de viaje. Una de sus problemáticas más preocupantes es el de la parte de saneamiento ambiental, la cual es de mucha importancia por ser un lugar de bastante crecimiento turístico y económico, en dicho municipio se encuentra la Inspección de Pueblo Nuevo ubicado en la cabecera a 11 Km del casco urbano, donde su población aproximada son de 150 familias las cuales hacen parte de la red de alcantarillado sanitario. En la inspección de Pueblo Nuevo encontramos que la PTAR, la cual fue diseñada y construida hace más de 10 años, y que hoy en día no cuenta con un funcionamiento adecuado para el tratamiento de las aguas servidas, las cuales son vertidas al cauce del rio Pagüey, el cual a unos pocos kilómetros adelante se convierte en el rio Nilo que posteriormente desemboca en el rio Sumapaz. En consecuencia se vio en la necesidad de trabajar para dar un diagnostico eficaz en pro de la comunidad y de su medio ambiente.

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3. OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO GENERAL

Generar un diagnóstico adecuado para el óptimo funcionamiento de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) de la Inspección de Pueblo Nuevo del Municipio de Nilo Cundinamarca.

3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Recolectar y analizar la información existente, (en campo), con el fin de verificar las posibles causas del mal funcionamiento de la PTAR.

Realizar los procedimientos y estudios necesarios donde podamos identificar las principales falencias (estructuras en mal estado, que no cumplan con el apropiado funcionamiento, etc.).

Generar una comparación de resultados de las estructuras actuales con las estructuras proyectadas, donde se muestre el cambio al que se ven afectadas las estructuras.

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4. MARCO REFERENCIAL

4.1. MARCO TEÓRICO

El saneamiento de comunidades implica una atenta y adecuada disposición de las aguas servidas donde interviene una serie de sistemas y elementos como los son, “los sistemas de alcantarillados los cuales se distinguen según el tipo de agua que conduzcan, alcantarillado sanitario, alcantarillado pluvial y alcantarillado combinado o mixto”1, estas aguas son debidamente recolectadas y transportadas por estos sistemas, y sor llevadas a una planta de tratamiento donde se le aplica un tratamiento adecuado, lo que se desea con este tratamiento es que el aguas residuales sean vertidas con un nivel de contaminación mínima.

De no ser por estos sistemas y elementos las comunidades y el medio ambiente se verían en altísimo riesgo de contaminación, por este motivo es de suma importancia que se le dé un manejo adecuado a este tipo de aguas contaminadas.

Las aguas servidas tienen varios orígenes:

1. Aguas residuales domesticas: Son aquellas provenientes de sanitarios, lavaderos, cocinas y otros elementos domésticos. Estas aguas están compuestas por solidos suspendidos (generalmente materia orgánica biodegradable).

2. Aguas residuales industriales: Se originan de los procesos industriales o manufactureros y, debido a su naturaleza, pueden contener, además de los componentes citados anteriormente respecto a las aguas domésticas, elementos tóxicos tales como, plomo, mercurio, níquel.

3. Aguas lluvias: Provienen de la precipitación pluvial y debido a su efecto de lavado sobre tejados, calles, pueden contener una gran cantidad de solidos suspendidos”2.

1 LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. 2ed.bogota: Escuela Colombiana de Ingeniería, 2003. P. 266. 2 Ibid., p. 265.

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4.2. MARCO CONCEPTUAL

Estos son algunos significados utilizados para el desarrollo del proyecto.

Carbono Orgánico Total (COT): Prueba instrumental para medir la cantidad total de carbono en el AR. Es otro medio para determinar la materia orgánica presente en el agua. Color Aguas Residuales: Las aguas residuales domesticas frescas son generalmente de color gris y a medida que el agua envejece cambia de color gris oscuro y luego a negro. El color negro de las aguas residuales sépticas es producido principalmente por la formación de sulfuros metálicos. Compuestos Orgánicos Volátiles (COV): En aguas residuales es común encontrar compuestos orgánicos volátiles (COV), los cuales al ser emitidos por la atmosfera pueden contribuirse en contaminantes tóxicos para los usuarios o en gases u orgánicos latamente reactivos, que puedan contribuir a la producción de ozono o de compuestos muy olorosos. Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO): Es la cantidad de oxigeno que requieren los microorganismos para oxidar (estabilizar) la materia orgánica biodegradable en condiciones aerobias. Cuando se refiere a la DBO necesaria para oxidar todo el material orgánico carbonaceo biodegradable se denomina demanda bioquímica ultima de oxigeno carbonacea (DBOUC). Demanda Química de Oxigeno (DQO): Se usa para medir el oxígeno equivalente a la materia orgánica oxidable químicamente mediante un agente químico oxidante fuerte, por lo general bicromato de potasio en un medio ácido y alta temperatura. Temperatura: Es un parámetro importante en aguas residuales por su efecto sobre las características del agua, sobre las operaciones y procesos de tratamiento, en general las aguas residuales son más cálidas que las de abastecimiento, la temperatura óptima para la actividad bacterial es de 25°C a 35°C.

Turbiedad: Prácticamente, constituye una medida óptica del material suspendido en el agua. Las aguas residuales crudas son, en general, turbias; en aguas residuales tratadas puede ser un factor importante de control de calidad.3

3 ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. 1ed Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería, 2000. p. 35-70.

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4.3. MARCO NORMATIVO

Las normas en Colombia que rigen el estudio, diseño y construcción de un sistema

de alcantarillado, plantas de tratamiento de aguas residuales, están sujetas al

Reglamento Técnico del Sector de Aguas Potable y Saneamiento Básico (RAS-

2000).

LEYES Y DECRETOS NACIONALES

Ley 09 de 1979

Reglamenta el Código Sanitario Nacional.

Artículo 10: Todo vertimiento de residuos líquidos deberá someterse a los requisitos y condiciones que establezca el Ministerio de Salud, teniendo en cuenta las características del sistema de alcantarillado y de la fuente receptora correspondiente. Artículo 14: Se prohíbe la descarga de residuos líquidos en las calles, calzadas, canales o sistemas de alcantarillado de aguas lluvias. Artículo 38: Se prohíbe colocar letrinas directamente sobre fuentes de agua.

Ley 142 de 1994

Establece el Régimen de

Servicios Públicos domiciliarios y se

dictan otras disposiciones.

Artículo 2: El estado intervendrá en los servicios públicos, conforme a las reglas de competencia de que trata esta Ley, en el marco de lo dispuesto en los artículos 334, 336, y 365 a 370 de la Constitución Política. Artículo 6: Prestación directa de servicios por parte de los municipios. Los municipios prestarán directamente los servicios públicos de su competencia, cuando las características técnicas y económicas del servicio, y las conveniencias generales lo permitan y aconsejen. Artículo 9: Derecho de los usuarios. Los usuarios de los servicios públicos tienen derecho, además de los consagrados en el Estatuto Nacional del Usuario y demás normas que consagren derechos a su favor, siempre que no contradigan esta ley.

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Ley 373 de 1997

Establece el programa de ahorro y uso eficiente del

agua.

Artículo 1: Programa para el uso eficiente y ahorro del agua. Todo plan ambiental regional y municipal debe incorporar obligatoriamente un programa para el uso eficiente y ahorro del agua. Se entiende por programa para el uso eficiente y ahorro de agua el conjunto de proyectos y acciones que deben elaborar y adoptar las entidades encargadas de la prestación de los servicios de acueducto, alcantarillado, riego y drenaje, producción hidroeléctrica y demás usuarios del recurso hídrico. Artículo 7: Consumos básicos y máximos. Es deber de la Comisión Reguladora de Agua Potable y Saneamiento Básico de las Corporaciones Autónomas Regionales y demás autoridades ambientales, de acuerdo con sus competencias, establecer consumos básicos en función de los usos del agua, desincentivar los consumos máximos de cada usuario y establecer los procedimientos, las tarifas y las medidas a tomar para aquellos consumidores que sobrepasen el consumo máximo fijado.

Ley 400 de 1997 y

Decreto 33 de 1998

Normas Colombianas de

Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-98.

Artículo 5: Responsabilidad de los diseños. Para efectos de la asignación de las responsabilidades correspondientes, deben consultarse las definiciones de constructor, diseñador, arquitectónico, diseñador estructural, diseñador de los elementos no estructurales, ingeniero geotecnista, revisor de los diseños, propietario, interventor y supervisor técnico, establecidas en el Título II de esta ley. Artículo 8: Uso de materiales y métodos alternos. Se permite el uso de materiales estructurales, métodos de diseño y métodos de construcción diferentes a los prescritos en esta ley y sus reglamentos, siempre y cuando se cumplan los requisitos establecidos en los artículos siguientes.

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Resolución 1096 de 2000

Por el cual se adopta el

Reglamento Técnico para el sector de Agua Potable y Saneamiento Básico-RAS

ARTÍCULO 5: Las autoridades territoriales y/o empresas prestadoras de servicios públicos domiciliarios de agua potable y saneamiento básico, exigirán para la ejecución de diseños, consultorías, interventorías, obras y servicios propios del sector, que la persona natural o jurídica ejecutora acredite los requisitos de idoneidad y experiencia fijados en el presente Reglamento Técnico. ARTÍCULO 10: Los proyectos que se lleven a cabo en el territorio nacional en el sector de agua potable y saneamiento básico, cubiertos por el alcance de este Reglamento deberán ser ejecutados por profesionales que tengan las calidades y los requisitos de idoneidad que trata el Título II. ARTÍCULO 15: La entidad territorial correspondiente debe presentar en forma concreta el (los) problema(s) o la(s) necesidad(es) que se va(n) a abordar con el proyecto de agua potable o saneamiento básico, con el fin de justificar su ejecución en la medida en que se obtengan beneficios sociales en al área de su jurisdicción.

Resolución 151 de 2001

de la comisión de regulación de Agua Potable

Regulación integral de los

servicios públicos de Acueducto, Alcantarillado y

Aseo

Artículo 334: La Constitución Política establece la intervención del Estado en los servicios públicos, por mandato de la ley, para racionalizar la economía con el fin de conseguir el mejoramiento de la calidad de vida de los habitantes, la distribución equitativa de las oportunidades y los beneficios del desarrollo y la preservación de un ambiente sano. Artículo 1.3.1.1 Personas que pueden prestar servicios públicos domiciliarios. De conformidad con el artículo 15 de la Ley 142 de 1994 pueden prestar los servicios públicos: a) Las empresas de servicios públicos; b) Las personas naturales o jurídicas que produzcan para ellas mismas, o como consecuencia o complemento de su actividad principal, los bienes y servicios propios del objeto de las empresas de servicios públicos; c) Los municipios cuando asuman en forma directa, a través de su administración central, la prestación de los servicios.

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4.4. MARCO CONTEXTUAL

4.4.1. LOCALIZACIÓN GENERAL

El municipio de Nilo Cundinamarca, se encuentra identificado por las siguientes características geográficas que lo delimitan y determinan, la altura sobre el nivel de mar del casco urbano es de 336 metros, al norte limita con el municipio de Tocaima y Viota, al sur con Melgar (Tolima), al oriente nuevamente con Melgar y Tibacuy y al occidente con Agua de Dios y Ricaurte. La región hidrográfica comprende la cuenca del mismo río y las quebradas que a él llevan sus aguas. El río Pagüey es el más importante del Municipio, más por su ubicación estratégica dentro del conjunto del territorio, que por su caudal mismo. Nace en el cerro del Toboso, en la parte Nororiental del Municipio a 1500 metros de altura. Recorre el Municipio de Noreste a Suroeste en un trayecto de 37 kilómetros aproximadamente, para luego desembocar en el río Sumapaz.4

Figura 1. Localización General Municipio de Nilo (Cund).

Fuente. Google Earth

4 ALCALDIA MUNICIPAL NILO-CUDINAMARCA, Plan de Desarrollo Municipal 2012-2015. {En línea}. {22 de Marzo de 2016} disponible en: < http://www.nilo-cundinamarca.gov.co/apc-aa-files/38346137376664383130643237346333/GOBIERNO_CON_PROYECCI_N_SOCIAL.pdf >.

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Su área rural está conformada por veintidós (22) veredas, las cuales conforman la

división política administrativa del municipio y que son: Malachí (Sector Cajón y

Belén), San Jerónimo, Bella Vista, La Sonora, Montebello, Pajas Blancas, Pueblo

Nuevo (Inspección), Batavia, La Fragua, Agua de Diosito, Los Curos, San Bartolo,

Limones, Mesa Baja, La Esmeralda (Inspección), Cobos. Para la protección de las

Cuencas, por una parte se están reforestando y se construyeron dos plantas de

tratamiento de aguas residuales ubicadas en la zona urbana y otra en la

inspección de Pueblo Nuevo.5 La inspección de Pueblo Nuevo la componen

aproximadamente 80 predios quien a su vez mediante el sistema de acueducto

sanitario es llevada estas aguas a la Planta de Tratamiento.

Figura 2. Mapa Politico de Nilo (Cund)

Fuente. Alcaldía Municipal Nilo-Cundinamarca, Plan de Desarrollo Municipal 2012-2015.

5 ALCALDIA MUNICIPAL NILO-CUDINAMARCA, op. Cit, p. 11-12

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4.4.2. MARCO ECONÓMICO

El Municipio se sustenta fundamentalmente en las actividades agrícolas,

ganadería en un 30% en la zona sur y, en forma accesoria por su cercanía a

Melgar y Girardot, el turismo. La agricultura se presenta principalmente en los

renglones de café, banano, mango, naranja, mandarina, guanábana, papaya y

maíz, aunque con serios problemas de productividad, especialmente en el área del

café, afectado fuertemente por el fenómeno de la broca y desarrollándose

esencialmente en la zona norte de Nilo.6

En los últimos años el municipio de Nilo ha tenido un crecimiento significativo e

importante en el tema del turismo, muchas familias buscan un descanso, una

forma de recreación, y este por ser un clima cálido es muy apetecido por estas

personas.


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4.4.3. MARCO DEMOGRÁFICO

El municipio de Nilo tiene un gran problema en la medición de su población debido

a que en su territorio tiene una considerable población flotante aportada por las

instalaciones del ejército: Centro Nacional de Entrenamiento (Tolemaida) y

Escuela de Formación de Soldados Profesionales (ESPRO).

Estas dos unidades albergan más de 12.000 personas en conjunto, la gran

mayoría (más del 90%) hombres entre los 18 y los 45 años, que fueron censados

por el DANE en el municipio, sin embargo en las proyecciones que ha realizado

dicha entidad desde entonces, se ha distorsionado esta realidad y aun cuando se

ha conservado la población total, la población por edades y género está muy

distante de la situación real.

Esta situación impacta los indicadores de gestión de la administración municipal

debido a que no existe la cantidad de población que debe ser atendida y esto

implica que los porcentajes de cobertura que se pueden lograr son muy pequeños

comparados con los esperados.7

Tabla1. Distribución de la población en el Municipio de Nilo

AÑO ZONA RURAL ZONA URBANA TOTAL

1973 4484 433 4917

1985 7226 567 7793

1993 4252 680 4932

Fuente. Plan parcial de mejoramiento integral. Zona urbana la Esmeralda. EOT-NILO

“De la anterior tabla se concluye que la densidad total es de 22.61 Hab / Km2. El

municipio de Nilo registró un aumento porcentual anual de su población en 0,55

%”.8

7 ALCALDIA MUNICIPAL NILO-CUDINAMARCA, op. Cit, p. 15-16 8 ALCALDIA MUNICIPAL NILO-CUDINAMARCA, Plan parcial de mejoramiento integral zona urbana la Esmeralda. {En línea}. {22 de Marzo de 2016} disponible en: < http://www.nilo-cundinamarca.gov.co/apc-aa-files/38346137376664383130643237346333/PLAN_LA_ESMERALDA_NILO.pdf >.

26

4.4.4. MARCO HIDROGRÁFICO

La hidrografía en el municipio de Nilo cuenta con un amplio recurso hidráulico, por

sus abundantes cuerpos de agua, entre los más importantes encontramos la

quebrada La porquera, la quebrada Pajas blancas y el rio Pagüey.

4.4.4.1. CUENCA DEL RIO PAGÜEY

El rio Pagüey nace en la parte alta, en el municipio de Tibacuy, este rio atraviesa

al municipio de Nilo y es el que alimenta al acueducto que a su vez surte de agua

potable tanto al casco urbano de Pueblo Nuevo como el de Nilo, y que desemboca

en el rio Sumapáz, en la siguiente tabla se describen las principales características

de la cuenca:

Tabla 2. Características de la cuenca rio Pagüey

ALTITUD 1500 a 500 msnm

LONGUITUD 80 Km., aprox.

PENDIENTE 1.2%

AREA 350 Km2

CAUDAL MEDIO 4.5 m3/s Fuente. Plan parcial de mejoramiento integral. Zona urbana la Esmeralda. EOT-NILO

4.4.4.2. TRIBUTARIOS RIO PAGÜEY:

Los afluentes y drenajes de la margen izquierda son escasos, cortos e

intermitentes siendo principalmente drenajes de escorrentías. Entre los cuerpos de

aguas permanentes y más importantes se tienen la Quebrada Pacoli, Chelenchela

y Zanja Seca.

Por la margen derecha, son más abundantes, pero igualmente cortos e

intermitentes, siendo las principales quebradas y drenajes las siguientes:

Quebrada Malachi como la más importante, Quebrada Peña Negra, La Guamita

que drena por el área del proyecto, Quebrada Pétalo, Zanja La Figueroa, Zanja

Dulce, con drenajes paralelos y subdendríticos.9


27

4.4.4.3. USOS DEL AGUA

El uso general del agua en el municipio está dado por los siguientes factores:

Uso doméstico: Principalmente para consumo humano, aseo y preparación de alimentos, entre otros.

Uso Agropecuario: Alimentación de animales y riego de cultivos y pastos.

El uso del agua subterránea en las áreas de influencia del proyecto no tiene uso.

La calidad de las aguas en toda la zona de influencia, está considerada de

aceptable calidad. Sin embargo, para uso doméstico, se recomiendan los

tratamientos convencionales para su potabilización.

4.4.5. EMPLEO

Uno de los principales problemas que se presentan en el municipio hace

referencia al bajo nivel de empleo generado por concepto de actividades

agropecuarias,

También se ha podido establecer, con base en datos del SISBEN que el 55% de la

población es joven, es decir, se ubica entre los 15 y 44 años lo cual se puede

interpretar como una oferta importante de mano de obra disponible,

El empleo en la cuenca hidrográfica del río Sumapáz tiene que ver con

principalmente con la actividad agrícola especialmente con el cultivo de café,

plátano, banano, cacao, frutales, y demás cultivos, acompañados de una actividad

ganadera importante dadas las grandes extensiones de pastos.

Las veredas que registran un número importante de jornales son entre otras: Batavia,

Buenos Aires, Pueblo Nuevo, Malachí entre otras.10

10 ALCALDIA MUNICIPAL NILO-CUDINAMARCA, op. Cit, p. 27

28

5. DISEÑO METODOLÓGICO

5.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN

Se precisa un tipo de investigación cuantitativo-experimental, por su análisis de

información y trabajo de campo, con lo cual se definen los diseños para los

principales elementos de la estructura.

5.2. METODOLOGÍA

Se establecieron las siguientes fases para la elaboración del proyecto:

Fase N°1: Proyección de la población, con base en los censos de los años 1973,

1985, 1993 y 2005, y los criterios del Reglamento Técnico del Sector de Agua

Potable y Saneamiento Básico RAS-2000.

Método Geométrico

Método Exponencial o Logarítmico

Método Aritmético

Fase N°2: Análisis del consumo de agua potable, según criterios del Reglamento

Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico RAS-2000, y

elementos de diseño para acueductos y alcantarillados.

Caudal Medio Diario (Qmd)

Caudal Máximo Diario (QMD)

Caudal Máximo Horario (QMH)

Fase N°3: Trabajo de campo.

Levantamiento topográfico de la planta y sus respectivos detalles.

Medición del caudal de entrada a la planta de tratamiento.

Fase N°4: Diagnostico de las obras hidráulicas de la planta de tratamiento.

Calculo de la rejilla

Calculo de la trampa de grasas

Cálculos reactores RAFA o UASB

Calculo filtro Anaerobio de flujo ascendente

Calculo Lecho de secado de Lodos

29

5.2.1. FASE N°1 - PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN, CON BASE EN LOS CENSOS DE LOS AÑOS 1973, 1985, 1993 Y 2005, Y LOS CRITERIOS DEL REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO RAS-2000.

El EOT del Municipio de Nilo Cundinamarca nos brinda valiosa información como

lo son los censos de población de los años 1973, 1985, 1993, los cuales son de

gran ayuda al momento del cálculo de la proyección, señalado en la tabla N°5

distribución y proyección de la población en el municipio.

Para la proyección de la población se establece inicialmente el nivel de

complejidad, el cual depende de la cantidad de habitantes y volumen económico

de la región o municipio, mencionado en la tabla A.3.1 del RAS-2000.

Posterior a esto se fija el periodo de diseño, el cual viene dado por el nivel de

complejidad del sistema, indicado en la tabla B.4.2 del RAS-2000.

Con los valores obtenidos anteriormente se analiza la proyección de la población

por los siguientes métodos:

Método Geométrico: Es útil en poblaciones que muestren una importante

actividad económica, que genera un apreciable desarrollo y que poseen

importantes áreas de expansión las cuales pueden ser dotadas de servicios

públicos sin mayores dificultades. La ecuación que se emplea es la siguiente:

𝑃𝑓 = 𝑃𝑢𝑐(1 + 𝑟)𝑇𝑓−𝑇𝑢𝑐 Dónde: r= Tasa de crecimiento anual

𝑟 = (𝑃𝑢𝑐

𝑃𝑐𝑖)

1(𝑇𝑢𝑐−𝑇𝑐𝑖)

− 1

Pf= Población correspondiente al año al que se requiere realizar la proyección.

Puc= Población correspondiente a la proyección del DANE (habitantes).

Pci= Población correspondiente al censo inicial con información (habitantes).

Tuc= Año correspondiente al último año proyectado por el DANE.

Tf= Año al cual se requiere proyectar la población.11

11 REGLAMENTO TECNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMINETO BASICO. Titulo B Sistema de Acueducto.RAS-2000. Bogotá: 2000. P. 27-28.

30

Método Exponencial o Logarítmico: Requiere conocer por lo menos tres censos para poder determinar el promedio de la tasa de crecimiento de la población, en donde el último censo corresponde a la proyección el DANE. Se recomienda su aplicación a poblaciones que muestren apreciable desarrollo y posean abundantes áreas de expansión, La ecuación que se emplea es la siguiente:

𝑃𝑓 = 𝑃𝑐𝑖 ∗ 𝑒𝐾(𝑇𝑓−𝑇𝑐𝑎)

Dónde: K= Es la tasa de crecimiento de la población la cual se calcula como el promedio de las tasas calculadas para cada par de censos.

𝐾 =𝐿𝑛𝑝𝑐𝑝 − 𝐿𝑛𝑃𝑐𝑎

𝑇𝑐𝑝 − 𝑇𝑐𝑎

Pcp= Población del censo posterior (proyección del DANE). Pca= Población del censo anterior (habitantes). Tcp= Año correspondiente al censo posterior. Tca= Año correspondiente al censo anterior. Pf= Año al cual se requiere proyectar la información.

Método Aritmético: Supone en crecimiento vegetativo balanceado por la

mortalidad y la emigración, La ecuación que se emplea es la siguiente:

𝑃𝑓 = 𝑃𝑢𝑐 +𝑃𝑢𝑐 − 𝑃𝑐𝑖

𝑇𝑢𝑐 − 𝑇𝑐𝑖∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑢𝑐)

Dónde: Pf= Población correspondiente al año para el que se requiere realizar la proyección (habitantes). Puc= Población correspondiente a la proyección del DANE (habitantes).

Pci= Población correspondiente al censo inicial con información (habitantes).

Tuc= Año correspondiente al último año proyectado por el DANE.

Tf= Año al cual se requiere proyectar la población.12

12 REGLAMENTO TECNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMINETO BASICO, op. Cit, P. 27-28

31

5.2.2. FASE N°2 - ANÁLISIS DEL CONSUMO DE AGUA POTABLE, SEGÚN CRITERIOS DEL REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO RAS-2000, Y ELEMENTOS DE DISEÑO PARA ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS.

De acuerdo con los resultados de la fase 1 del proyecto, se calcularan los valores

de los caudales máximo diario (Qmd), caudal máximo diario (QMD), caudal

máximo horario (QMH), para lo cual nos basaremos en los criterios suministrados

por el RAS-2000.

Dotación Neta: Corresponde a la cantidad mínima de agua requerida para satisfacer las necesidades básicas de un suscriptor o de un habitante. Dependiendo de la forma de proyección de la demanda de agua, sin considerar las pérdidas que ocurran en el sistema de acueducto, para lo cual utilizaremos la Tabla B.2.3 del reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS-2000, donde dependiendo del nivel de complejidad y clima de la región, nos arroja un valor de dotación neta en (L/hab*dia).

Dotación Bruta: Para el cálculo de la dotación bruta nos basaremos en la siguiente ecuación (B.2.8):

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎

1 − %𝑝

Dónde:

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 = Dotación Bruta 𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎 = Dotación Neta

%p = Perdidas máximas admisibles (El porcentaje de perdidas máximas admisibles no deberá superar el 25%).13

13 REGLAMENTO TECNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMINETO BASICO, op. Cit, p. 30-37

32

Caudal Medio Diario: Es el caudal calculado para la población proyectada (fase 1) teniendo en cuenta la dotación bruta asignada, la cual se calcula con la siguiente ecuación (B.2.12):

𝑄𝑚𝑑 =𝑝 ∗ 𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎

86400

Dónde: P= Número de habitantes proyectado

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎= Dotación Bruta (L/hab*dia).

Caudal Máximo Diario: Este caudal corresponde al consumo máximo

registrado durante 24 horas a lo largo de un periodo de un año. Se calcula a partir de la siguiente ecuación (B.2.10):

𝑄𝑀𝐷 = 𝑄𝑚𝑑 ∗ 𝑘1 Dónde: QMD = Caudal Máximo Diario

𝑄𝑚𝑑 = Caudal Medio Diario

k1 = Coeficiente de consumo Diario Caudal Máximo Horario: El caudal máximo horario corresponde al consumo

máximo registrado durante una hora en un periodo de un año sin tener en cuenta el caudal de incendio y se calcula con la siguiente ecuación (B.2.11):

𝑄𝑀𝐻 = 𝑄𝑀𝐷 ∗ 𝑘2

Dónde: QMH = Caudal Máximo Horario

𝑄𝑚𝑑 = Caudal Medio Diario

k1 = Coeficiente de consumo Máximo Horario14

14 REGLAMENTO TECNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMINETO BASICO, op. Cit, p. 38,39

33

5.2.3. FASE N°3 - TRABAJO DE CAMPO

Para los trabajos de campo se realizaron las siguientes actividades: Levantamiento topográfico de la planta de tratamiento con estación total

Topcon GTS 226. Georreferenciación con GPS RTK. Medición y cálculo de caudales tanto de entrada a la planta como a la salida

de la misma, por método convencional. Para los trabajos de campo se utilizaron los siguientes equipos: Estación Total Topcon GTS 226.

Figura 3. Estación Total Topcon GTS 226 y GPS RTK

Fuente. Autor

34

5.2.4. FASE N°4 - DIAGNOSTICO DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

Calculo de la rejilla

Las rejillas deben colocarse aguas arriba de las estaciones de bombeo o de cualquier dispositivo de tratamiento subsecuente que sea susceptible de obstruirse por el material grueso que trae el agua residual sin tratar, las rejillas se pueden dividir en: • Limpiadas manualmente • Limpiadas mecánicamente • En forma de canasta • Retenedoras de fibra15 Para este caso se utilizara el método manual, y se basara en las ecuaciones del Ing. WILLIAM ANTONIO LOZANO RIVAS, MCs, PhD, en su trabajo titulado Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales del año 2012. A continuación las ecuaciones a utilizar:

Área útil de la rejilla

𝐴𝑟 = 𝐵𝑐 ∗ (𝐿

𝐿 + 𝐵) ∗ (1 −

𝐺

100)

Dónde:

𝐴𝑟= Área útil decanal en la zona de la rejilla (m2).

𝐵𝑐= Ancho del canal (m).

𝐿= Luz o espacio entre barrotes (m). 𝐵= Ancho de los barrotes (m). 𝐺= Grado de colmatación (usualmente se utiliza 30%).16

15 REGLAMENTO TECNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMINETO BASICO. Titulo E Tratamiento de Aguas Residuales. RAS-2000. Bogotá: 2000. P. 50,51 16 LOZANO-Rivas. Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y Medio Ambiente. Mod Tesis, 2012, p. 54-60

35

Perdida de carga generada por la rejilla

𝛥𝐻 = (𝑉𝑝

2

9,1)

Dónde:

𝛥𝐻= Perdida de cargas generada por la rejilla (m). 𝑃𝑝= Velocidad de paso entre la rejilla (m/s), (0,3 - 0,6) m/s.

Numero de barrotes

𝑁 = (𝐵𝑟 − 𝐿

𝑏 + 𝐿)

Dónde:

𝑁= Numero de barrotes.

𝐵𝑟= Ancho del canal en la zona de la rejilla (m). 𝐿= Luz o espacio entre barrotes (m).

𝑏= Ancho de los barrotes (m).17

Trampa de grasas

Son tanques pequeños de flotación donde la grasa sale a la superficie, y es retenida mientras el agua aclarada sale por una descarga inferior. No lleva partes mecánicas y el diseño es parecido al de un tanque séptico. Recibe nombres específicos según al tipo de material flotante que vaya a removerse.

Domiciliar: Normalmente recibe residuos de cocinas y está situada en la propia instalación predial del alcantarillado.

Colectiva: Son unidades de gran tamaño y pueden atender conjuntos de residencias e industrias. En Sedimentadores: Son unidades adaptadas en los sedimentadores (primarios en general), las cuales permiten recoger el material flotante en dispositivos

17 LOZANO-Rivas. op. Cit, p. 54-60

36

convenientemente proyectados, para encaminarlo posteriormente a las unidades de tratamiento de lodos.18 En la siguiente tabla del Ing. WILLIAM ANTONIO LOZANO RIVAS, MCs, PhD, en su trabajo titulado Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales del año 2012, dependiendo del caudal (l/s), se puede determinar las dimensiones de la trampa de grasas y compararla con las medidas tomadas en campo, y poder determinar un diagnostico en este aspecto.

Tabla 3. Dimensiones recomendadas para las trampas de grasas, según el caudal de diseño

Fuente. Lozano-Rivas, material de clase para la asignatura de tratamiento de aguas residuales,

2012.

TRATAMIENTO ANAEROBIO (UASB O RAFA)

El reactor o proceso de flujo ascensional y manto de lodos anaerobio, conocido en inglés como UASB y en español como RAFA o PAMLA, es un proceso en el cual el agua residual se introduce en el fondo del reactor y fluye a través de un manto de lodos conformado por granos biológicos o partículas de microorganismos. El tratamiento se efectuado por contacto del agua residual con el lodo granulado o flatulento, en el cual se deben desarrollar bacterias con buenas características de sedimentación, bien mezclado por el gas en circulación. El éxito del proceso UASB radica en la generación de lodos o bioconglomerado que permita su retención en el reactor. Las bacterias tienen la capacidad de generar gránulos en ambientes naturales o artificiales.

18 REGLAMENTO TECNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMINETO BASICO. op. Cit, p. 50,51

37

El UASB es un reactor económico cuando se forma un lodo de buen asentamiento, lo cual es factible con aguas residuales ricas en carbohidratos.19

En el reactor tipo UASB se pueden definir 4 zonas principales: La zona 1 lecho de lodos. La zona 2 la manta de lodos. La zona 3 bajo nivel de turbulencia. La zona 4 del diagrama sirve como sedimentados.20

Figura 4. Esquema general de un reactor UASB

Fuente. Reactores Anaerobios de flujo (RAFA o UASB) Antología 2011.

Volumen del reactor

El volumen efectivo de tratamiento es el volumen ocupado por el manto de lodo y de biomasa activa. Un volumen adicional existe entre el volumen efectivo y la unidad de recolección ce gas donde se produce una cierta separación adicional de sólidos y la biomasa se diluye.

𝑉𝑟 = 𝑇𝑅𝐻 ∗ 𝑄 Dónde:

𝑉𝑟= Volumen del reactor (m3). 𝑇𝐻𝑅= Tiempo de retención hidráulica (s). 𝐿= Caudal (m3/s)

19 ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. 1ed Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería, 2000. p. 696-701. 20 CENTRO TECNOLÓGICO ARAGÓN, Reactores Anaerobios de flujo (RAFA o UASB) Antología 2011. {En línea}. {10 de Abril de 2016} disponible en: <http://chita.aragon.unam.mx/papime100310/documentos/RAFA.pdf>.

38

Área del reactor

𝐴𝑟 =𝑉𝑟

ℎ

Dónde:

𝐴𝑟= Volumen del reactor (m2). 𝐷= Altura del reactor (m).

Longitud del reactor

𝐿𝑟 = √𝐴𝑟 ∗ 2

Dónde:

𝐿𝑟= Altura del reactor (m).

𝐴𝑟= Volumen del reactor (m2).

Ancho del reactor

𝐴 =(

𝑙𝑎)

𝐿𝑟

Dónde:

𝐴= Ancho del reactor (m). 𝑙

𝑎⁄ = Relación longitud ancho (el ancho corresponde a la medida en campo)

𝐿𝑟= Longitud reactor (m).

39

Calculo de la demanda química de oxigeno (DQO) Para el cálculo de la demanda química de oxigeno (DQO), se basó en los parámetros consignados en la Tabla 1.10 cargas promedio de las aguas residuales domesticas en el área rural del libro Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño.

Tabla 4. Cargas Promedio de las Aguas Residuales Domesticas en el Área Rural

TABLA 1.10 CARGAS PROMEDIO DE LAS ARD EN EL

AREA RURAL

PARAMETRO (L/hab*dia)

DQO 75-80

DBO5 30-35

SS 25-30 Fuente. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño

𝐷𝑄𝑂 =(𝐶 ∗ ℎ𝑎𝑏)

𝑄𝑑

Dónde:

𝐷𝑄𝑂= Demanda Química de Oxigeno (g/m3). C= Parámetro de la tabla 1.10 (L/hab*dia)

ℎ𝑎𝑏= Habitantes. 𝑄𝑑= Caudal de diseño

Calculo de la demanda bioquímica de oxigeno (DBO5)

Para este parámetro se utilizara la tabla 4 nombrada anteriormente:

𝐷𝐵𝑂5 =(𝐶 ∗ ℎ𝑎𝑏)

𝑄𝑑

Dónde:

𝐷𝐵𝑂5= Demanda Bioquímica de Oxigeno (g/m3). C= Parámetro de la tabla 1.10 (L/hab*dia)

ℎ𝑎𝑏= Habitantes. 𝑄𝑑= Caudal de diseño

40

Calculo de los sólidos suspendidos (SS) Para este parámetro se utilizara la tabla 4 mencionada anteriormente:

𝑆𝑆 =(𝐶 ∗ ℎ𝑎𝑏)

𝑄𝑑

Dónde:

𝑆𝑆= Solidos suspendidos (g/m3). C= Parámetro de la tabla 1.10 (L/hab*dia)

ℎ𝑎𝑏= Habitantes 𝑄𝑑= Caudal de diseño

Flujo másico

𝐹 = Vr ∗ carga

Dónde:

𝐹= Flujo másico (KgDOQ/d). 𝑉𝑟= Volumen del reactor (m3).

Carga hidráulica

𝐶ℎ =𝑄

𝐴𝑟

Dónde:

𝐶ℎ= Carga hidráulica (m/h). 𝑄= Caudal (m3/s).

𝐴𝑟= Área del reactor (m3).

41

Velocidad de flujo en la campana

𝑉𝑓 = 4 ∗ 𝐶ℎ

Dónde:

𝑉𝑓= Velocidad de flujo (m/h).

𝐶ℎ= Carga hidráulica (m/h). 21

SEPARADOR GAS – LÍQUIDO – SOLIDO (GLS)

“Otra parte importante y critica en el diseño de un reactor UASB es la campana o el separador GLS el cual es fundamental para lograr un buen funcionamiento del reactor a fin de mantener un lodo sedimentable (en su mayoría granular), un efluente clarificado (libre de gases) y unos gases adecuadamente separados”.22

Área de abertura

𝐴𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 =Q

Vf

Dónde:

𝐴𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎= Área de abertura (m2). 𝑄= Caudal (m3/s).

𝑉𝑓= Velocidad de flujo (m/h).

Área de sección transversal de la campana

𝐴𝑐𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑎 = 𝐴𝑟 − 𝐴𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝜋𝑅𝑐2

Dónde:

𝐴𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎= Área de abertura (m2). 𝐴𝑐𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑎= Área de campana (m2).

𝑅𝑐= Radio mayor de la campana (m).

𝐴𝑟= Área del reactor (m2).

21 CENTRO TECNOLÓGICO ARAGÓN, Reactores Anaerobios de flujo (RAFA o UASB) Antología 2011. {En línea}. {10 de Abril de 2016} disponible en: <http://chita.aragon.unam.mx/papime100310/documentos/RAFA.pdf>. 22 CAICEDO, Javier. Diseño, Construcción y Arranque de Reactor UASB. Piloto Para el Tratamiento de Lixiviados. Manizales: Universidad Nacional. Área Sanitaria. Especialista en Ingeniería Ambiental, 2006. 22-23p.

42

Carga orgánica de DBO

CO =DQO5 ∗ Q

Vr

Dónde:

𝐶𝑂= Carga orgánica de DBO (KgDBO/m3*dia) 𝐷𝑄𝑂5= Demanda bioquímica de oxigeno (Kg/m3) 𝑄= Caudal de diseño (m3/d) VR= Volumen del reactor (m3)

Carga hidráulica superficial

CHS =Q

Ar

Dónde:

𝐶𝐻𝑆= Carga hidráulica superficial (m/d) 𝑄= Caudal de diseño (m3/d) VR= Área del reactor (m3)

FILTRO ANAEROBIO DE FLUJO ASCENSIONAL Es un crecimiento adherido propuesto por Young McCarthy en 1969, para el tratamiento de residuos solubles. De los tratamientos anaerobio es el más sencillo de mantener como una película microbial adherida y por que como el flujo es ascensional el riesgo de taponamiento es mínimo. El filtro anaerobio está constituido por un tanque o columna, relleno con un medio sólido para el soporte del crecimiento biológico anaerobio, el proceso no utiliza recirculación ni calentamiento y produce una cantidad mínima de lodos, las pérdidas de energía a través del lecho son mínimas, el filtro anaerobio usa como medio de soporte de crecimiento piedras, anillos de plásticos o bioanillos de plásticos colocados al azar. Para aguas residuales de baja concentración es preferible diseñarlos con base en el tiempo de retención hidráulica, en general la recirculación puede ser necesaria cuando la DQO del residuo es mayor de mg/l.23

23 ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. 1ed Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería, 2000. p. 706-707.

43

Para el cálculo del filtro anaerobio se tomara como punto de partida el cálculo del tiempo de retención hidráulica, para lo cual se determinara de la tabla E.4.29 (tiempos de retención hidráulica) RAS-2000 título E de la siguiente manera:

Tabla 5. Tiempos de retención hidráulica para filtros Anaerobios

Fuente. RAS-2000 título E

Cálculo del tiempo de diseño

Td =td1 + td2

2

Dónde:

𝑇𝑑= Tiempo de diseño (h) td1 𝑦 𝑡𝑑2 = Se obtienen de la tabla 5 (h)

Para el cálculo del volumen del filtro se usara la siguiente ecuación:

Vf = Q ∗ Td Dónde: 𝑉𝑓= Volumen del filtro (m3)

𝑇𝑑= Caudal de diseño (m3/s)

Td= Tiempo de diseño (h)

44

Ya calculado el volumen del filtro se procede a al dimensionamiento del mismo área superficial, longitud y base, la altura se tomara de la obtenida de la topografía.

Área superficial

As =Vf

h

Dónde:

A𝑠= Área superficial (m2) 𝑉𝑓= Volumen del filtro (m3)

h= Altura del filtro (tomada de la topografía (m)

Longitud del filtro

Lf = √As ∗ 2 Dónde: L𝑓= Longitud del filtro (m)

A𝑠= Área superficial (m2)

Base del filtro

Bf =Lf

2

Dónde: B𝑓= Base del filtro (m)

L𝑓= Longitud del filtro (m)

45

SECADO DE LODOS DE ARENA

Los lechos de secado de arena constituyen uno de los métodos más antiguos para

reducir el contenido de humedad de los lados en forma natural. Posiblemente es el

método más usado en plantas pequeñas, de menos de 100 L/s, para secado de

lodos, durante los últimos cien años.

El lecho típico de arena para secado de lodos es un lecho rectangular poco

profundo con fondos poroso colocados sobre un sistema de drenaje. El lodo se

aplica sobre el lecho en capas de 0,2-0,3 m y se deja secar. El desaguado se

efectúa mediante drenaje de las capas inferiores y evaporación de la superficie por

acción del sol y el viento, una vez formada una capa de lodo sobrenadante, el

agua es removida por decantación y por evaporación.24

Algunas de las ventajas y desventajas de los lechos de secado de arena, se

relaciona a continuación:

Tabla 6. Tiempos de retención hidráulica para filtros Anaerobios

Ventajas Desventajas Cajos costo si hay terreno disponible Diseño empírico que no permite

análisis económico certero No requiere operación especial

Consumo de energía bajo Requiere áreas grandes

Poco sensible a cambios en la características de los lodos

Requiere lodo estable

Sensible a cambios de clima

Consumo de químicos bajos Visible ala público

Contenido alto de sólidos en la pasta

Requiere gran cantidad d mano de obra para la remoción de la pasta

Fuente. Jairo Alberto Romero Rojas (Teoría y Principios de Diseño)

Para el cálculo del lecho de secado de lodos, se utilizara la Tabla 26.25 del libro

Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño de Jairo Alberto

Romero Rojas

24 ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. 1ed Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería, 2000. p. 831.

46

Área del lecho de secado Al = 𝐿𝑝 ∗ 𝐻𝑏

Dónde:

A𝑙= Área del lecho de secado (m2) 𝐿𝑝= Lodo primario (m2/Hb) “Tabla 17”

h= Altura del filtro (tomada de la topografía (m)

El lecho de secado se dividirá en cuatro secciones así:

Sn =𝐴𝑙

4

Dónde:

𝐶𝑛= Sección (m2) A𝑙= Área del lecho de secado (m2)

Lados de la sección

L = √𝑆𝑛

L = 𝐵 Dónde:

𝐿= Lados sección (ml) 𝐶𝑛= Sección (m2)

Espesores del lecho filtrante De la Tabla 6 se pueden obtener los espesores del lecho filtrante, y se relacionan a continuación: Espesor arena: 0,25 m Espesor grava: 0,25 m Espesor sobre la arena: 0,9 m

47

6. RESULTRADOS 6.1. RESULTADOS FASE N°1 - PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN URBANA PARA EL MUNICIPIO DE NILO A continuación se presenta los cálculos de la proyección poblacional para cada método: 6.1.1. MÉTODO GEOMÉTRICO

𝑟 = (𝑃𝑢𝑐

𝑃𝑐𝑖)

1

(𝑇𝑢𝑐−𝑇𝑐𝑖)-1

𝑟 = (567

433)

1

(1985−1973)-1

𝑟 = 0,023

Fuente. Autor

Se hallaron 4 diferentes tasa de crecimiento anual (r) de los años (1973-1958), (1985-1993), (1993-2005) y (1973-2005), a los cuales se le hallo el promedio de la siguiente manera: 𝑟(1973−1985) = 0,023

𝑟(1985−1993) = 0,023 𝑟 =(0,023+0,023+0,138+0,064)

4= 0,062

𝑟(1993−2005) = 0,138

𝑟(1973−2005) = 0,064

Luego de determinar la tasa de crecimiento anual (r) promedio, se calcula la población proyectada para los diferentes años:

𝑃𝑓 = 𝑃𝑢𝑐(1 + 𝑟)𝑇𝑓−𝑇𝑢𝑐

𝑃2016 = 3201(1 + 0,062)2016−2005 = 6204 ℎ𝑎𝑏 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑎ñ𝑜 2016

𝑃2028 = 6204(1 + 0,062)2027−2016 = 12023 ℎ𝑎𝑏 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑎ñ𝑜 2028

𝑃2041 = 6204(1 + 0,062)2041−2016 = 27911 ℎ𝑎𝑏 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑎ñ𝑜 2041

Rata de crecimiento (r) (1973-1985)

Puc= 567

Pci= 433

Tuc= 1985

Tci= 1973

Años de proyección (año) 25

48

6.1.2. MÉTODO EXPONENCIAL O LOGARITMICO

𝒌 =𝑳𝒏𝑷𝒄𝒑−𝑳𝒏𝑷𝒄𝒂

𝑻𝒄𝒑−𝑻𝒄𝒂

𝒌 =𝑳𝒏(𝟓𝟔𝟕)−𝑳𝒏(𝟒𝟑𝟑)

𝟏𝟗𝟖𝟓−𝟏𝟗𝟕𝟑

𝒌 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟐

Fuente. Autor

Se hallaron 4 diferentes tasa de crecimiento de la población (k) de los años (1973-1958), (1985-1993), (1993-2005) y (1973-2005), a los cuales se le hallo el promedio de la siguiente manera:

𝑘 =(1973−1985)= 0,023

𝑘 =(1985−1993)= 0,023 𝑘 =(0,023+0,023+0,129+0,063)

4= 0,059

𝑘 =(1993−2005)= 0,129

𝑘 =(1973−2005)= 0,063

Luego de determinar la tasa de crecimiento de la población (k) promedio, se calcula la población proyectada para los diferentes años:

𝑃𝑓 = 𝑃𝑐𝑖 ∗ 𝑒𝑘(𝑇𝑓−𝑇𝑐𝑎)

𝑃2016 = 3201𝑒0,0592(2016−2005) = 6139 ℎ𝑎𝑏 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑎ñ𝑜 2016

𝑃2028 = 6139𝑒0,0592(2027−2016) = 11773 ℎ𝑎𝑏 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑎ñ𝑜 2027

𝑃2041 = 6139𝑒0,0592(2041−2016) = 26967 ℎ𝑎𝑏 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑎ñ𝑜 2041

TASA DE CRECIMIENTO DE LA POBLACION (K) (1985-1973)

Pcp= 567

Pca= 433

Tcp= 1985

Tca= 1973

49

6.1.3. MÉTODO ARITMÉTICO

Censo poblacional para el Municipio de Nilo

Año Población (urbana)

Población (total)

1973 433 4917

1985 567 7793

1993 680 4932

2005 3201 14224 Fuente. EOT Nilo Cundinamarca

𝑃𝑓 = 𝑃𝑢𝑐 +𝑃𝑢𝑐 − 𝑃𝑐𝑖

𝑇𝑢𝑐 − 𝑇𝑐𝑖∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑢𝑐)

𝑃𝑓2016 = 3201 +3201 − 433

2005 − 1973∗ (11)

Se calcularon las proyecciones de la población para los siguientes años:

𝑃𝑓2016 = 4153 ℎ𝑎𝑏 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑎ñ𝑜 2016



En la siguiente tabla se muestran los resultados de los cálculos de la proyección poblacional por los diferentes métodos que nos presenta el RAS-2000, partiendo de la información de los censos suministrados por el EOT del Municipio de Nilo Cundinamarca (1973, 1985, 1993, 2005), tanto para la población urbana como para la rural.

Puc= 3201

Pci= 433

Tuc= 2005

Tci= 1973

Tf 2016

50

Tabla 7. Resultados cálculo proyección poblacional

LA POBLACION DEFINITIVA PARA CADA AÑO ES LA SIGUIENTE:

AÑO POBLACION METODO

PROMEDIO GEOMETRICO LOGARITMICO ARITMETICO

2016 URBANA 6204 6139 4152,5 5498

TOTAL 19148 18863 17423 18478

2028 URBANA 12024 11773 5104 9634

TOTAL 25777 25016 20623 23805

2041 URBANA 27912 26967 6315 20398

TOTAL 37631 35831 24694 32719 Fuente. Autor

Luego de tener los resultados de la proyección poblacional se determina en nivel de complejidad, para ello entramos a la Tabla A.3.1 (Asignación del nivel de complejidad) con el número de habitantes calculado (5498 hab) nos arroja un nivel de complejidad Medio y una capacidad económica Baja.

Tabla 8. Asignación del nivel de complejidad

Fuente: RAS-2000

Tabla 9. Periodo de diseño según el nivel de complejidad del sistema para captaciones superficiales

Fuente: RAS-2000

51

6.2. RESULTADOS FASE N°2 - ANÁLISIS DEL CONSUMO DE AGUA POTABLE PARA EL MUNICIPIO DE NILO

6.2.1 DOTACIÓN NETA La dotación neta está dada por el nivel de complejidad y el clima de la región donde se está haciendo el estudio, para este caso el nivel de complejidad es medio y el clima es cálido, por lo cual arroja una dotación neta de 125 (L/hab*dia). Esta información la suministra el por el RAS-2000 Tabla B.2.3.

Tabla10. Dotation por habitante según el nivel de complejidad

Fuente: RAS-2000

6.2.2 DOTACIÓN BRUTA La dotación bruta la obtenemos de la relación de la Dotación neta ya antes calculada (125 L/hab*dia) entre las perdidas máximas admisibles, para este caso tenemos un %p del 25%.

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =𝑑𝑛𝑒𝑡𝑎

1 − %𝑝

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =(125

Lhab

∗ dia)

1 − 0,25= 167 (

L

hab∗ dia)

52

6.2.3 CAUDAL MEDIO DIARIO Para el cálculo de caudal medio diario (Qmd), se utiliza la proyección poblacional promedio de los métodos anteriormente mencionados y se aproxima al número mayor, este cálculo se hace para cada una de las poblaciones y al final se genera una tabla con los valores resultantes.

𝑄𝑚𝑑 =𝑝 ∗ 𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎

86400

𝑄𝑚𝑑2016 =5498 ℎ𝑎𝑏 ∗ 167(𝐿/ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑑𝑖𝑎)

86400=

Fuente. Autor

𝑄𝑚𝑑2016 = 10,63𝐿

𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎 ; 𝑄𝑚𝑑 = 11

𝐿

𝑠𝑒𝑔

𝑄𝑚𝑑2028 = 18,59𝐿


𝐿

𝑠𝑒𝑔

𝑄𝑚𝑑2041 = 39,35𝐿


𝐿

𝑠𝑒𝑔

6.2.4 CAUDAL MAXIMO DIARIO Para el cálculo del caudal máximo diario (QMD) se utilizaron los resultados de os cálculo del caudal medio diario (Qmd), para este caso tenemos un coeficiente de consumo (k1), igual a 1,3, y se generaron los siguientes resultados:

𝑄𝑀𝐷 = (𝑄𝑚𝑑 ∗ 𝑘1)

𝑄𝑀𝐷 = (11𝐿

𝑠𝑒𝑔∗ 1,3)

Fuente. Autor

𝑄𝑀𝐷2016 = 14,2 𝐿/𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎 ; 𝑄𝑀𝐷 = 14𝐿

𝑠𝑒𝑔

𝑄𝑀𝐷2028 = 25,45 𝐿/𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎 ; 𝑄𝑀𝐷 = 25𝐿

𝑠𝑒𝑔

𝑄𝑀𝐷2041 = 51,15𝐿

𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎 ; 𝑄𝑀𝐷 = 51

𝐿

𝑠𝑒𝑔

PROYECCION POBLACIONAL

AÑO ZONA URBANA

2016 5498

2028 9634

2041 20398

CAUDAL MEDIO DIARIO

AÑO Qmd (L/seg)

2016 11

2028 19

2041 39

53

6.2.5 CAUDAL MÁXIMO HORARIO Para el cálculo del caudal máximo horario (QMH) repetimos el procedimiento del punto anterior pero utilizando los resultados del caudal máximo diario (QMD), para este caso tenemos un coeficiente de consumo (k2), igual a 1,5, y se generaron los siguientes resultados:

𝑄𝑀𝐻 = (𝑄𝑀𝐷 ∗ 𝑘2)

𝑄𝑀𝐻 = (14𝐿

𝑠𝑒𝑔∗ 1,5)

Fuente. Autor

𝑄𝑀𝐻2016 = 21 𝐿/𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎 ; 𝑄𝑀𝐻 = 21𝐿

𝑠𝑒𝑔

𝑄𝑀𝐻2028 = 38,18 𝐿/𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎 ; 𝑄𝑀𝐻 = 38𝐿

𝑠𝑒𝑔

𝑄𝑀𝐻2041 = 76,73𝐿

𝑠𝑒𝑔 𝑠𝑒 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎 ; 𝑄𝑀𝐻 = 77

𝐿

𝑠𝑒𝑔

6.2.6 CAUDAL DE RETORNO “Se considera caudal de retorno al agua que es vertida al alcantarillado sanitario por usos domésticos tale como riego, lavado de pisos cocina entre otros, se calcula a partir del caudal medio diario (Qmd), y con un coeficiente de retorno que oscila entre 65% y 85%”25, para este caso se usara un coeficiente del 75%.

𝑄𝑟 = (𝑄𝑚𝑑 ∗ 𝐶𝑅)

𝑄𝑟 = (11 𝐿/𝑠𝑒𝑔 ∗ 0,75)

𝑄𝑟 = 8,25𝐿

𝑠𝑒𝑔 𝑄𝑟 = 8

𝐿

𝑠𝑒𝑔

25 LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. 2ed.bogota: Escuela Colombiana de Ingeniería, 2003. P. 293,294.

CAUDAL MAXIMO DIARIO

AÑO QMD (L/seg)

2016 14

2028 25

2041 51

54

A continuación se presenta un cuadro donde podemos observar los resultados obtenidos de los cálculos que se generaron para esta fase del trabajo:

Tabla 11. Resultados cálculo consumo agua potable para el Municipio de Nilo

CONSUMO DE AGUA POTABLE

Año Población Caudal Medio Diario

(Lts/seg) Caudal Max Diario

(Lts/seg) Caudal Max Horario

(Lts/seg)

2016 5498 11 14 21

2028 10150 20 25 38

2041 20398 39 51 77

Fuente. Autor

6.2.7 ANÁLISIS DEL CONSUMO DE AGUA POTABLE PARA LA INSPECCIÓN DE PUEBLO NUEVO (NILO) El censo de la Inspección de Pueblo Nuevo muestra que la componen aproximadamente de 80 a 90 predios, donde podemos calcular una población aproximada de 450 habitantes. 𝐻𝑎𝑏𝑝/𝑛𝑢𝑒𝑣𝑜2016 = (90 ∗ 5) = 450 𝐻𝑎𝑏

Dónde: El número de predios se multiplica por una cantidad promedio de habitantes por predio (5 Hab). Con base en la información calculada anteriormente se calcula el caudal de diseño y se calcula el porcentaje (%) de habitantes para la Inspección de Pueblo Nuevo, así:

(%) =450𝐻𝑎𝑏∗1

5498 𝐻𝑎𝑏 = 8,2 %

55

El 8,2% de la población urbana total de Nilo para el año 2016 corresponde a la población de la inspección de Pueblo Nuevo, de esta manera se genera la siguiente tabla:

POBLACION PUEBLO NUEVO (2016)

PREDIOS 90

HAB 450

HAB (%) 8,2% Fuente. Autor

Partiendo de esta información se calcula el caudal de diseño obteniendo los siguientes resultados: Tabla 12. Resultados cálculo consumo agua potable para la inspección de Pueblo

Nuevo

Consumo Agua Potable Población Para la inspección de Pueblo Nuevo

Año Població

n Caudal Medio

Diario (Lts/seg) Caudal Max

Diario (Lts/seg) Caudal Max

Horario (Lts/seg)

2016 450 0,87 1,13 1,69

2028 788 1,52 1,98 2,97

2041 1669 3,22 4,19 6,28 Fuente. Autor

6.2.8 CAUDAL DE RETORNO

Nuevamente se calcula el caudal de retorno para la inspección de Pueblo Nuevo arrojando el siguiente resultado:

𝑉 = (𝑄/𝑡)

𝑄𝑟 = (0,87 𝐿/𝑠𝑒𝑔 ∗ 0,75)

𝑄𝑟 = 0,65𝐿

𝑠𝑒𝑔 𝑄𝑟 = 0,7

𝐿

𝑠𝑒𝑔

56

6.3. RESULTADOS FASE N°3 – TRABAJO DE CAMPO

En esta fase se realizó un levantamiento topográfico de la planta y sus respectivos detalles, en donde se levantaron todas las dimensiones (largo, ancho y alturas) de las obras hidráulicas (tuberías, tanque de grasas, reactor UASB, filtros, lecho de lodos entre otras), por otra parte se utilizó un GPS RTK con el cual se obtuvieron las coordenadas para poder georreferenciar los detalles levantados, se lograron obtener aproximadamente 250 puntos, con los cuales se pudo dibujar cada uno de los detalles de la planta.

Figura 5. Levantamiento topográfico de la PTAR

Fuente. Autor

Asimismo con métodos artesanales se determinó el caudal tanto de entrada a la planta como el de salida, y se obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla 13. Calculo del caudal de entrada a la planta

CAUDAL DE ENTRADA

x (m) TIEMPO (seg) VELOCIDAD (m/s)

1

1,46 0,685

1,46 0,685

1,59 0,629

1,57 0,637

1,57 0,637

VELOCIDAD PROMEDIO (m/s) 0,65

AREA TRANSVERSAL (m2) CAUDAL

0,0025 CAUDAL (m3/s) 0,002

CAUDAL (m3/d) 142,5

CAUDAL (L/seg) 1,65

Fuente. Autor

57

Para la medición del caudal de entrada a la planta se determinó una longitud de un metro (x), y un trozo de papel el cual se arrojaba en el punto cero y se hace la lectura del tiempo (s), se realizó este procedimiento durante 5 periodos, arrojando valores diferentes, con los cuales se calculó la velocidad, y una vez teniendo la velocidad promedio y el área transversal obtuvimos el caudal de entrada a la planta, los resultados se consignan en la tabla 12, y para el cálculo del caudal a la salida de esta, se utilizó un método más práctico y eficiente, que trata de medir el caudal en un balde de 5 litros de volumen, y se registró el tiempo que demora en llenarse el recipiente, este procedimiento se repitió durante 4 periodos y arrojo los

Tabla 14. Calculo del caudal de salida a la planta

CAUDAL DE SALIDA

TIEMPO (s) VOLUMEN (lts)

1 8,14 10

2 8,78 10

3 8,97 10

4 8,67 10

promedio 8,64 10

CAUDAL

CAUDAL (m3/s) 0,002

CAUDAL (m3/d) 100

CAUDAL (L/seg) 1,2

Fuente. Autor

Figura 6. Medición de los caudales de entrada y salida a la planta

Fuente. Autor

58

6.4. RESULTADOS FASE N°4 – CÁLCULO DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

6.4.1 CÁLCULOS REJILLA

Para el cálculo de los parámetros de la rejilla, se tomaron como datos de entrada los que presentan en la siguiente tabla:

DATOS DE ENTRARDA

Qmd (m3/s) 2016 0,002

Dimensiones canal (m) 0,4

0,4

Ancho barrotes (m) 0,022

Separación entre barrotes (m) 0,033

Velocidad mínima de aproximación a la rejilla (m/s) 0,6

Fuente. Autor

El caudal fue calculado anteriormente, las dimensiones del canal y los datos de los barrotes fueros obtenidos de la topografía, la velocidad de aproximación fue extraída del numeral E.4.4.2.4 donde se encuentra un rango de (0,3-0,6 m/s) para rejillas limpiadas manualmente RAS-2000 título E.

6.4.1.1 ÁREA ÚTIL DE LA REJILLA

𝐴𝑟 = 𝐵𝑐 ∗ (𝐿

𝐿 + 𝐵) ∗ (1 −

𝐺

100)

𝐴𝑟 = 0,4𝑚 ∗ (0,033𝑚

0,033𝑚 + 0,022𝑚) ∗ (1 −

30

100) = 0,17𝑚2

6.4.1.2 PÉRDIDA DE CARGA GENERADA POR LA REJILLA

𝛥𝐻 = (𝑉𝑝

2

9,81)

𝛥𝐻 = ((

0,6𝑚𝑠 )

2

(9,81𝑚

𝑠2 )) = 0,04𝑚

59

6.4.1.3 NUMERO DE BARROTES

𝑁 = (𝐵𝑟 − 𝐿

𝑏 + 𝐿)

𝑁 = (0,4𝑚 − 0,033𝑚

0,022𝑚 + 0,033𝑚) = 7 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑜𝑡𝑒𝑠

6.4.2 TRAMPA DE GRASAS

En la siguiente tabla se encuentran diferentes dimensiones para el diseño de la trampa de grasas, donde dependiendo del caudal de entrada a la planta se pueden determinar las medidas mínimas.

Tabla 3. Dimensiones recomendadas para la trampa de grasas

Fuente. Lozano-Rivas, plantas de tratamiento de aguas residuales 2012

El caudal de entrada a la planta Q= 1,65 l/seg por lo tanto se tienen las

siguientes dimensiones:

Tabla 15. Resultados obtenidos mediante la tabla 3

Año 2016 2041

Caudal (L/seg) 1,65 3,22

Longitud (m) 1,5 2

Ancho( m) 1,1 1,13

Altura (m) 2,2 2,4

Fuente. Autor

60

6.4.3 TRATAMIENTO ANAEROBIO (UASB O RAFA) 6.4.3.1 VOLUMEN DEL REACTOR Para el cálculo de los principales detalles del reactor anaerobio UASB, se iniciara

con el diseño del volumen del reactor, el cual depende del tiempo de retención

hidráulico, y se obtiene de la tabla E.4.26 (tiempos de retención hidráulicos

aplicados a diferentes rangos de temperatura) título E.

Tabla 16. Tiempos de retención hidráulicos

Fuente. RAS-2000 título E (Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico

Para este caso la temperatura promedio del municipio de Nilo oscila entre los 24 –

26 °C, lo cual muestra un rango de 7 – 9 horas diarias, y resultan los siguientes

resultados:

𝑉𝑟 = 𝑇𝑅𝐻 ∗ 𝑄

𝑉𝑟 = [8 ℎ (1 𝑑𝑖𝑎

24 ℎ)] ∗ [0,0016𝑚3/𝑠 (

86400 𝑠

1 𝑑𝑖𝑎)] = 46,08 m3

6.4.3.1 ÁREA DEL REACTOR

𝐴𝑟 =𝑉𝑟

ℎ

𝐴𝑟 =46,08 m3

3,25 𝑚= 14,18 𝑚2

La altura (h= 3,25 m) se determinó a partir de la topografía.

61

6.4.3.2 LONGITUD DEL REACTOR

Para la calcular la longitud del reactor se basara en la información de la topografía,

de donde se calculara la relación longitud ancho para de esta manera determinar

los valores teóricos tanto de la longitud como del ancho de la planta de la siguiente

manera:

𝐿 = 5,52 𝑚

𝐴 = 2,57 𝑚 Datos tomados de la topografía.

Relación:

𝑅 =5,52 𝑚

2,57 𝑚= 2,1

De esta manera se calculara los valores teóricos tanto de la longitud como del

ancho del reactor.

Longitud reactor:

𝐿 = √𝐴𝑟 ∗ 2

𝐿 = √14,18 𝑚 ∗ 2= 5,31 m

Ancho reactor:

𝐵 =𝐿

𝑅

𝐵 =5,31 𝑚

2,1= 2,53 𝑚

62

6.4.3.3 CÁLCULO DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO (DQO)

Con base en los parámetros anteriormente mencionados se obtiene el siguiente

resultado:

𝐷𝑄𝑂 =(𝐶 ∗ ℎ𝑎𝑏)

𝑄𝑑

𝐷𝑄𝑂 =80

𝐿ℎ𝑎𝑏

∗ 𝑑𝑎𝑖 ∗ 450 ℎ𝑎𝑏

143 𝑚3/𝑑𝑖𝑎= 252 𝑔/𝑚3

6.4.3.4 CÁLCULO DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGENO (DBO5)

𝐷𝐵𝑂5 =(𝐶 ∗ ℎ𝑎𝑏)

𝑄𝑑

𝐷𝐵𝑂5 =65

𝐿ℎ𝑎𝑏


143 𝑚3/𝑑𝑖𝑎= 205 𝑔/𝑚3

6.4.3.5 CÁLCULO DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS (SS)

𝑆𝑆 =(𝐶 ∗ ℎ𝑎𝑏)

𝑄𝑑

𝑆𝑆 =30

𝐿ℎ𝑎𝑏


143 𝑚3/𝑑𝑖𝑎= 95 𝑔/𝑚3

63

6.4.3.6 FLUJO MÁSICO

𝐹 = Vr ∗ carga

𝐹 = 46,08m3 ∗ 0,11𝐾𝑔𝐷𝑄𝑂

𝑚3 ∗ 𝑑= 5,06

𝐾𝑔𝐷𝑄𝑂

𝑑

6.4.3.6 CARGA HIDRÁULICA

𝐶ℎ =𝑄

𝐴𝑟

𝐶ℎ =0,0016

𝑚3𝑠

14,18𝑚2= 1,13 ∗ 10−4

𝑚

𝑠∗ (

3600𝑠

ℎ) = 0,406

𝑚

ℎ

6.4.3.7 VELOCIDAD DE FLUJO EN LA CAMPANA

𝑉𝑓 = 4 ∗ 𝐶ℎ

𝑉𝑓 = 4 ∗ 0,406𝑚

ℎ= 1,62

𝑚

ℎ

6.4.4 SEPARADOR GAS – LÍQUIDO – SOLIDO (GLS)

En la sección de las campanas de un reactor los objetivos más importantes son

los siguientes:

- Separación y descarga adecuadas del biogás en cada reactor.

- Permitir el deslizamiento del lodo dentro del compartimiento de digestión.

- Servir como una clase barrera (stopper) para expansiones excesivas rápidas del

manto de lodos (en su mayoría), dentro de los sedimentados.

- Prevenir el lavado (salida) de lodo granular flotante (y floculante).26

26 CAICEDO, Javier. Diseño, Construcción y Arranque de Reactor UASB. Piloto Para el Tratamiento de Lixiviados. Manizales: Universidad Nacional. Área Sanitaria. Especialista en Ingeniería Ambiental, 2006. 23p.

64

6.4.4.1 ÁREA DE ABERTURA

𝐴𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 =Q

Vf

𝐴𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 =0,0016

𝑚3𝑠

1,62𝑚ℎ

∗ (ℎ

3600𝑠)= 3,55𝑚2

6.4.4.2 ÁREA DE SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA CAMPANA

𝐴𝑐𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑎 = 𝐴𝑟 − 𝐴𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝜋𝑅𝑐2

𝑅𝑐 = √𝑨𝒓 − 𝑨𝒂

𝝅

𝑅𝑐 = √14.18𝑚2 − 3,55𝑚2

𝜋= 1,84𝑚

𝐴𝑐𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑎 = 𝐴𝑟 − 𝐴𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎

𝐴𝑐𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑎 = 14,18m2 − 3,55𝑚2 = 10,63𝑚2

6.4.4.3 CARGA ORGÁNICA DE DBO

𝐶𝑂 =𝐷𝑄𝑂5 ∗ 𝑄

𝑉𝑟

𝐶𝑂 =(110

𝑔𝑚3) ∗ (

𝐾𝑔1000𝑔) ∗ 143

𝑚3𝑑

47,5 𝑚3= 0,33

𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂

𝑚3 ∗ 𝑑𝑖𝑎

65

6.4.4.4 CARGA HIDRÁULICA SUPERFICIAL

𝐶𝐻𝑆 =𝑄

𝐴𝑟

𝐶𝐻𝑆 =143

𝑚3𝑑

14,6𝑚2= 9,8

𝑚

𝑑

6.4.5 CALCULO FILTRO ANAEROBIO DE FLUJO ASCENSIONAL

Para el cálculo de los componentes del filtro anaerobio se inicia con el tiempo de

diseño

6.4.5.1 TIEMPO DE DISEÑO

Td =td1 + 𝑡𝑑2

2

Td =4 + 6,5

2= 5,25 ℎ

Donde td1y td2 se obtienen de la tabla 5 (Tiempos de retención hidráulica para

filtros Anaerobios).

6.4.5.2 VOLUMEN DEL FILTRO ANAEROBIO

Con el tiempo de diseño se procede a calcular el volumen del reactor de la

siguiente manera:

V𝑓 = 𝑄 ∗ 𝑇𝑑

V𝑓 = 0,00165𝑚3

𝑠∗ 5,25 ℎ ∗ (

3600𝑠

ℎ) = 31,18 𝑚3

66

6.4.5.1 ÁREA SUPERFICIAL

Para el cálculo del área superficial del filtro se toma como altura “h” la profundidad

del filtro la cual se obtuvo de la topografía.

A𝑠 =𝑉𝑓

ℎ

A𝑠 =31,18 𝑚3

2,5 𝑚= 12, 47 m2

Y por último se calcula la longitud y la base del reactor teniendo en cuenta de que

se trabajara con una relación base - largo de 1:2.

6.4.5.1 LONGITUD DEL FILTRO

L𝑓 = √A𝑠 ∗ 2

L𝑓 = √12,47 m2 ∗ 2= 5,0 m

6.4.5.1 BASE DEL FILTRO

B𝑓 =L𝑓

2

B𝑓 =5,0m

2= 2,5 𝑚

67

6.4.6 CÁLCULO DEL LECHO DE LODOS DE ARENA

Con base en la información ya obtenida en los puntos anteriores y la tabla 17 se

calcularan los parámetro de diseño del lecho de lodos.

Tabla 17. Criterios de Diseño para Lechos de Secado de Arena

Características Criterio Características Criterio

Área requerida per cápita Distancia entre drenajes principales

2.5 – 6 m

Lodo primario 0.09 m2/hb Distancia entre tuberías laterales de drenaje

2.5 – 3 m

Lodo primario y filtro percolador

0.15 m2/hb Espesor de la grava

20 – 46 cm

Lodo primario y lodos activados

0.18 m2/hb Tamaño de la grava

3 – 25 mm

Otros lodos 0.1 – 0.25 m2/hb Profundidad de la arena

20 – 46 cm

Carga de sólidos secos Coeficiente de uniformidad de la arena

<4

Lodo primario 134 kg/m2-año Tamaño efectivo de la arena

0.3 – 0.75 mm

Lodo primario y filtro percolador

110 kg/m2-año Ancho del lecho para limpieza manual

7.5 mm

Lodo primario y lodos activados

73 kg/m2-año Longitud del lecho de secado

< 60 m

Altura sobre la arena

0.5 – 0.9 m Cobertura Plástico – fibra de

vidrio

Diámetro tubería drenaje principal

>0.10 m Operación

Para remoción manual la pasta

debe contener 30 – 40% de sólidos


68

6.4.6.1 CÁLCULO DEL ÁREA DEL LECHO DE LODOS

El área obtenida se dividirá en cuatro compartimientos cuadrados en donde se

depositaran los lodos resultantes de la planta de tratamiento.

Al = 𝐿𝑝 ∗ 𝐻𝑏

Al = 0,09 𝑚2

𝐻𝑏∗ 450 𝐻𝑏 = 40,5 𝑚2

El valor (Lp) fue obtenido de la Tabla 17 (Criterios de Diseño para Lechos de

Secado de Arena) para un lodo primario.

6.4.6.2 CÁLCULO DEL ÁREA DEL LECHO DE LODOS

Sn =𝐴𝑙

4

Sn =40,05 m2

4= 10 𝑚2 ; Cada sección tendrá un área de 10 m2

6.4.6.3 DIMENSIONES DE LA SECCIÓN

L = √𝑆𝑛

L = √10 𝑚2 = 3,15 𝑚 ; 𝐿 = 𝐵

Figura 7. Lecho tipico de secado de arena


69

7. RESUMEN DE RESULTADOS

REJILLA

Para el caso de la rejilla se obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla18. Resumen Cálculos Rejilla

PARA EL AÑO 2016

PARA EL AÑO 2041

Qmd (m3/s) 0,0016

Qmd (m3/s) 0,0032

Dimensiones canal (m) 0,4

Dimensiones canal (m)

0,4

0,4

0,4



Separación entra barrotes (m) 0,033

Separación entra barrotes (m) 0,033

Velocidad en la rejilla (m/s) 0,6

Velocidad en la rejilla (m/s) 0,6

Ar (m2)= 0,168

Ar (m2)= 0,168

P(m)= 0,016

P(m)= 0,032

DH(m)= 0,040

DH(m)= 0,040

N 7

N 7 Fuente. Autor

Actualmente la planta cuenta con una rejilla rectangular de 6 barrotes como se

muestra en la figura 7.

Figura 8. Rejilla Actual en la Planta de Tratamiento (Pueblo Nuevo)

Fuente. Autor

70

TARMPA DE GRASAS

Se obtuvieron los siguientes resultados, los cuales se compararon para los

diferentes años:

Tabla19. Resultados de la Trampa de grasas para los años 2016, y 2041

Año 2016 2041

Caudal (L/seg) 1,65 3,22

Longitud (m) 1,5 2

Ancho( m) 1,1 1,13

Altura (m) 2,2 2,4

Fuente. Autor

Figura 9.Trampa de Grasas Planta de Tratamiento (Pueblo Nuevo)

Fuente. Autor

Actualmente la planta de tratamiento cuenta con una trampa de grasas que

funciona como desarenador, información suministrada por el operario de la planta,

y sus dimensiones se describen a continuación:

Longitud: 1,35 m

Base: 0,9 m

Altura: 1,62 m

71

REACTOR UASB O RAFA

En la Tabla 19 se hace un comparativo donde muestran los resultados obtenidos

para cada uno de los años:

Tabla20. Resumen Cálculos Reactor UASB

CALCULO DETALLES DEL REACTOR UASB (2016)

CALCULO DETALLES DEL REACTOR UASB (2041)

THR (h) 8

THR (h) 8

THR (d) 0,33

THR (d) 0,33

Q (l/s) 1,65

Q (l/s) 3,22

h (m)= 3,25

h (m)= 3,25

Q (ml/min) 98965,82

Q (ml/min) 193218,19

Vr (ml) = 47503592,86

Vr (ml) = 92744729,97

Vr (l) = 47503,6

Vr (l) = 92744,7

Vr (m3) = 47,5

Vr (m3) = 92,7

As (m2) 14,6

As (m2) 28,5

B (m)= 2,52

B (m)= 3,78

L (m)= 5,41

L (m)= 7,55

Ar (m2) 13,61

Ar (m2) 28,54

Año Población

Año Población

2016 450

2041 1669

Año Q (m3/d)

Año Q (m3/d)

2016 143

2041 278

DQO (g/m3) 252,61

DQO (g/m3) 479,88

DBO5 (g/m3) 110,52

DBO5 (g/m3) 209,95

SS (g/m3) 94,73

SS (g/m3) 179,96

DQO (Kg/m3) 0,25

DQO (Kg/m3) 0,48

DBO5 (Kg/m3) 0,11

DBO5 (Kg/m3) 0,21

SS (Kg/m3) 0,09

SS (Kg/m3) 0,18

FLUJO MASICO

FLUJO MASICO

Vr (m3) = 47,5

Vr (m3) = 92,7

CARGA 0,11

CARGA 0,21

F(KgDOQ/d)= 5,25

F(KgDOQ/d)= 19,47 Fuente. Autor

72

Continuación de la Tabla 19 Resumen Cálculos Reactor UASB

CARGA HIDRAULICA

CARGA HIDRAULICA

Q (m3/S)= 0,0016

Q (m3/S)= 0,0032

Ar (m2) = 14,62

Ar (m2) = 28,54

Ch (m/h) = 0,41

Ch (m/h) = 0,41

VELOCIADD DE FLUJO DE LA CAMPANA

VELOCIADD DE FLUJO DE LA CAMPANA

Ch (m/h) = 0,41

Ch (m/h) = 0,41

Vf (m/h) = 1,63

Vf (m/h) = 1,63

AREA DE ABERTURA

AREA DE ABERTURA

Q (m3/S)= 0,002

Q (m3/S)= 0,003

Vf (m/s) = 0,00045

Vf (m/s) = 0,00045

Área abertura(m2)= 3,65

Área abertura (m2)= 7,13

AREA DE SECCION TRANSVERSAL DE LA CAMPANA

AREA DE SECCION TRANSVERSAL DE LA CAMPANA

Ar (m2) 13,61

Ar (m2) 28,54



Rc= (m) 9,96

Rc= (m) 21,40

CARGA ORGANUICA

CARGA ORGANUICA

DBO5 (g/m3) 110,52

DBO5 (g/m3) 209,95

Q (m3/d) 143

Q (m3/d) 278

Vr (m3) = 47,5

Vr (m3) = 92,7

CO (KgDBO/m3*dia) 0,33

CO (KgDBO/m3*dia) 0,63

CARGA HIDRAULICA SUPERFICIAL

CARGA HIDRAULICA SUPERFICIAL

Q (m3/d) 143

Q (m3/d) 278

As (m2) 14,6

As (m2) 28,5

CHS (m/d) 9,79

CHS (m/d) 9,75 Fuente. Autor

En esta tabla están consignados todos los resultados obtenidos de más

relevantes, véase también en anexo memorias de cálculos.

73

CALCULO FILTRO ANAEROBIO DE FLUJO ASCENSIONAL

En la siguiente tabla se muestra las dimensiones de los filtros tanto para el año

2016 como para el 2041:

Tabla 21. Resumen Cálculos Filtro Anaerobio

Rango del tiempo de retención hidráulica (h)

Volumen filtro (2016)

Volumen filtro (2041)

Q (m3/s) 0,00165

Q (m3/s) 0,0032

td1 4

Td (seg) 18900

Td (seg) 18900

td2 6,5

Vf (m3) 31,2

Vf (m3) 60,9

Td 5,25

Ar (m2) 12,5

Ar (m2) 24,3

L (m) 5,0

L (m) 7,0

B 2,5

B (m) 3,5

H 2,5

H (m) 2,5

Fuente. Autor

Figura10. Filtro Anaerobio de Flujo Ascensional Planta de Tratamiento (Pueblo Nuevo)

Fuente. Autor

En esta unidad de la planta, se observa el filtro anaerobio en dos secciones en el

cual, por uno de ellos ingresa el agua por la parte inferior asciende hasta la

superficie donde por medio de un vertedero ingresa a la segunda sección, con las

siguientes dimensiones:

Longitud: 4,15 m

Base: 2,0 m

Altura: 1,15 m (esta altura no contempla el espesor del material filtrante).

74

CALCULO DEL LECHO DE LODOS DE ARENA

Para el cálculo de del lecho de secado se basó en la información de la tabla 17

que a su vez son tomados del libro de Jairo Alberto Romero Rojas Teoría y

Principios de Diseño, los resultados se señalan a continuación:

Tabla22. Resumen Calculo Lecho de Lodos

Datos para el año 2016

Datos para el año 2041

Habitantes 450

Habitantes 1669

Lodo primario (m2(hb) 0,09

Lodo primario (m2(hb) 0,09

Área lecho de secado (m2) 40,5

Área lecho de secado (m2) 150,2

Lecho de secado (4 secciones) (m2) 10,13

Lecho de secado (4 secciones) (m2) 37,6

Base de la sección (m) 3,2

Base de la sección (m) 6,1

Longitud de la sección (m) 3,2

Longitud de la sección (m) 6,1

Altura lecho (m) 0,9

Altura lecho (m) 0,9

Espesor de la arena (m) 0,25

Espesor de la arena (m) 0,25

Espesor de la grava (m) 0,25

Espesor de la grava (m) 0,25 Fuente. Autor

Figura11. Lecho de secado Planta de Tratamiento (Pueblo Nuevo)

Fuente. Autor

Esta planta cuneta con un lecho de secado, de 4 secciones, las cuales van

conectadas a una tubería de 6 plg que transportan el lodo proveniente del reactor

UASB.

Longitud: 2,15 m

Base: 2,4 m

Espesor sobre la arena: 0,85 m

75

8. CONCLUSIONES

Para el cálculo de la proyección poblacional, se tuvo en cuenta la información obtenida tanto de la Alcaldía Municipal como la del DANE, con esta información (censos 1973, 1985, 1993 y 2005 de Nilo Cundinamarca), se proyectó la población para los años 2016, 2028, y 2041 arrojando los resultados mostrados en la tabla 7 (Resultados cálculos proyección poblacional).

Uno de los inconvenientes que se presenta en esta región es la información de la población, debido a la población flotante generada por la escuela de soldados profesionales (Espro) y Tolemaida, esta población hace que en algunos momentos del año incremente la población del municipio, produciendo cálculos de población muy altos que se ven reflejado el cálculo y diseños de diferentes estructuras.

Es de suma importancia tener los datos de la población actual de la Inspección de Pueblo Nuevo que alimenta a la PTAR, ya que los cálculos fueron generados a partir de la población total del Municipio de Nilo, se recomienda que para un futuro estudio, se tengan los valores de los censos reales de la inspección de Pueblo Nuevo.

Inicialmente se procede a hacer los cálculos para la rejilla, donde muestra que para el año actual (2016) y para el año proyectado 2041, la rejilla no tiene un cambio significativo, de igual manera la rejilla actual cumple con los requisitos mínimos de funcionamiento.

Posterior al cálculo de la rejilla, se calcula la trampa de grasas y haciendo una comparación con respecto a la estructura actual y los cálculos para el año 2041, se puede concluir que para un mejor funcionamiento de la trampa de grasas para el año 2041 se debe de construir o adecuar una de mayor volumen, estos resultados se muestran en la Tabla 19.

En los cálculo de reactor UASB una de las estructuras más importante de la planta de tratamiento, muestran que para el año 2041 se deben de hacer una serie de cambios en la estructura (largo, base), con los cuales la planta podrá funcionar de la mejor manera.

De igual manera, para el filtro Anaerobio, los cálculos muestra que para el año 2014, se deben de hacer algunas adecuaciones, para su mejor funcionamiento, los cuales se muestran en la tabla 21.

76

Por último se tiene los cálculos del lecho de lodos, en donde se depositaran lo lodos generados por el reactor UASB, estos resultados muestran, como en los cálculos anteriores se deben de adecuar, de manera que puedan funcionar de la mejor manera, estos cálculos están registrados en la tabla 22.

La de Planta de Tratamiento de aguas Residuales de la Inspección de Pueblo Nuevo cuenta con estructuras hidráulicas que hoy en día cumplen con un funcionamiento adecuado, pero que para el año 2041 como lo muestran los cálculos anteriormente obtenidos, se deben de hacer ajustes para su buen desempeño.

A partir de la información en campo, se pudo obtener la información de las estructuras actuales, y de esta manera hacer una comparación de las estructuras, también se puede concluir que las estructuras actuales están en buenas condiciones estructurales.

A partir de la visita de campo, se pudo observar que a pesar de la falta de mantenimiento de la planta esta funciona en óptimas condiciones, y que cumple con su objetivo principal, se sabe que un buen mantenimiento de cualquier estructura genera un mejor desempeño de esta.

77

9. RECOMENDACIONES

Para un buen funcionamiento de cualquier Plata de Tratamiento de Aguas Residuales, y en particular de esta, se deben de tener en cuenta algunos aspectos, como lo son:

Mantenimiento de todas las estructuras hidráulicas, como limpieza de las mismas, de igual manera un análisis al agua tanto al ingresar a la planta como de salida, de esta manera se garantiza el control del funcionamiento de la planta.

Una disposición final de los lodos generados por el lecho de lodos, y verificar que el lecho filtrante este en buenas condiciones de tal manera que cumpla con su objetivo.

Se recomienda generar censos óptimos donde se vea reflejado solo la población actual de la inspección de Pueblo Nuevo, ya que esta información son la base principal para este tipo de estudios, también es de mucha importancia crear conciencia ante la población, para el buen uso de este líquido.

Para Estudios y Proyectos similares a este se recomienda un análisis de laboratorio a esta aguas, con el fin de identificar de manera más clara y eficiente los componentes de esta, ya que partiendo de estos resultados se puede determinar de una mejor manera el tipo de planta conveniente.

Se aconseja determinar que otro tipo de planta es favorable construir en este sector, aparte de la tipo UASB, teniendo en cuenta los factores económico, social, tiempo, tecnología etc.

78

10. BIBLIOGRAFIA

1. ALCALDIA MUNICIPAL NILO-CUDINAMARCA, Plan de Desarrollo Municipal 2012-2015. {En línea}. {22 de Marzo de 2016} disponible en: < http://www.nilo-cundinamarca.gov.co/apc-aa-files/38346137376664383130643237346333/GOBIERNO_CON_PROYECCI_N_SOCIAL.pdf >.

2. ALCALDIA MUNICIPAL NILO-CUDINAMARCA, Plan parcial de mejoramiento integral zona urbana la Esmeralda. {En línea}. {22 de Marzo de 2016} disponible en: < http://www.nilo-cundinamarca.gov.co/apc-aa-files/38346137376664383130643237346333/PLAN_LA_ESMERALDA_NILO.pdf >.

3. CAICEDO, Javier. Diseño, Construcción y Arranque de Reactor UASB.

Piloto Para el Tratamiento de Lixiviados. Manizales: Universidad Nacional. Área Sanitaria. Especialista en Ingeniería Ambiental, 2006.

4. CENTRO TECNOLÓGICO ARAGÓN, Reactores Anaerobios de flujo (RAFA o UASB) Antología 2011. {En línea}. {10 de Abril de 2016} disponible en: <http://chita.aragon.unam.mx/papime100310/documentos/RAFA.pdf>.

5. LÓPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo. Elementos de diseño para acueductos y

alcantarillados. 2 ed. Bogotá D.C.: Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, 2003. 546 p. ISBN 958-8060-36-2.

6. LOZANO-Rivas. Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y Medio Ambiente. Mod Tesis, 2012.

7. MASKEW FAIR, Gordon; CHARLES G, John y OKUN, Daniel.

Abastecimiento de agua y remoción de aguas residuales. México D.F., Editorial Limusa, 1998. 547 p. ISBN 968-18-0466-X

8. OICATA, Daniel, ORJUELA, Duvan. Diseño Hidráulico de los Elementos Principales para el Acueducto – AACUPASA “Asociación de Usuarios de las Veredas, Pasquillita y Santa Rosa”, Ubicado en la Localidad 19 Ciudad Bolívar – BOGOTÁ D.C: Universidad Católica de Colombia. Facultad de Ingeniería Civil. Modalidad Tesis, 2015.

79

9. REGLAMENTO TECNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMINETO BASICO. Titulo B Sistema de Acueducto.RAS-2000. Bogotá: 2000.

10. REGLAMENTO TECNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMINETO BASICO. Titulo E Tratamiento de Aguas Residuales. RAS-2000. Bogotá: 2000.

11. ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. 1ed Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería, 2000.

80

11. ANEXOS

ANEXO 1. Memorias de cálculo

81

ANEXO 2. Plano topográfico de la planta de tratamiento de aguas residuales con

sus respectivos detalles y perfil longitudinal.

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