AMPLIACIN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE LA CIUDAD DE SAPOSOA

EXPEDIENTE TECNICO: MEJORAMIENTO Y AMPLIACIN DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE LA CIUDAD DE RIOJA

MEMORIA DE CLCULO

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

INDICE

11.BASES DE DISEO

11.1Poblacin

11.2Cantidad de Aguas Residuales Crudas

21.3Calidad del Agua Residual Cruda

21.4Resumen de las Bases de Diseo

31.5Normas de diseo

32.CLCULOS DE PROCESOS DE TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES

32.1Clculo de procesos de tratamiento

32.1.1Borde Libre

42.1.2Reja

62.1.3Desarenador

72.1.4Medidor de caudal

82.1.5Lagunas facultativas

102.1.6Lagunas de maduracin

102.1.7Clculo hidrulico de conductos sistema de distribucin y recoleccin de la PTAR

MEMORIA DE CLCULOPLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

1. BASES DE DISEO

Las bases de diseo correspondiente al presente proyecto son los especificados en el estudio definitivo de alcantarillado.

1.1 Poblacin

La poblacin total estimada de la ciudad de Rioja al ao 2010 es de 19,663 habitantes y se calcula que al ao 2030, correspondiente al horizonte del proyecto, ascender a 26,925, habitantes de los cuales se considera que sern atendidos 26,655 personas, es decir el 99.0% del total de la poblacin. La poblacin total, nivel de cobertura y poblacin servida para diferentes perodos del proyecto de la ciudad de Rioja se presenta en el cuadro 1.

Cuadro 1.- Poblacin Total, Cobertura y Poblacin Servida

AoPoblacin Total (Hab)Cobertura (%)Poblacin Servida (Hab)

0201019,66344.7%8,793

1201119,97497.0%19,375

5201521,27097.0%20,632

10202023,00998.0%22,549

15202524,89099.0%24,641

20203026,92599.0%26,655

Fuente: Elaboracin propia

1.2 Cantidad de Aguas Residuales Crudas

La cantidad de aguas residuales municipales a ser drenado por el sistema de alcantarillado y tratada por la planta de tratamiento de aguas residuales y especificados en el estudio de factibilidad se indica en el cuadro 2.

Cuadro 2.- Caudales a ser Drenados a la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales

AoPoblacin

ServidaCaudal PromedioCaudal Mximo

Habm3/dL/sm3/dL/s

020108,7935,32461.69,583110.9

1201119,3754,67454.18,41397.4

5201520,6324,46451.78,03693.0

10202022,5494,53852.58,16894.5

15202524,6414,62853.68,33196.4

20203026,6555,01958.19,034104.6

Fuente: Elaboracin propia

1.3 Calidad del Agua Residual Cruda

El proyecto se ha desarrollado a partir de la contribucin per cpita establecido en la Norma Tcnica OS.090 Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales- del Reglamento Nacional de Construcciones, en razn que la literatura especializada, reporta valores similares y que corresponden a condiciones normales de contribucin, lo cual garantizar el adecuado funcionamiento de las obras proyectadas. Estos valores son:DBO 5 das, 20C, g/hab-da

50

Slidos en suspensin g/hab-da

90

Nitrgeno kjedhal total g/hab-da

12

Coliformes fecales N de bacterias/hab-da

2.0E+11

Teniendo en cuenta que la planta de tratamiento de aguas residuales tratar al ao 2030 un caudal promedio de 58.1 L/s y que corresponde a una poblacin servida equivalente de 26,655 personas, se obtiene a partir del balance de masa los siguientes valores unitarios para las aguas residuales crudas:

DBO 5 das, 20C, (mg/L)

266Slidos en suspensin (mg/L)

478Nitrgeno kjedhal total (mg/L)

64Coliformes fecales (NMP/100 mL)

1.1E+07

De esta manera, la calidad de las aguas residuales municipales a ser drenado por el sistema de alcantarillado y a ser tratado por la planta de tratamiento de aguas residuales se indica en el cuadro 3.

Cuadro 3.- Contribucin Orgnica de las Aguas Residuales

AoPoblacin ServidaCaudalCarga Orgnica (DBO)

Habm3/dL/sg/hab-dkg/dmg/l

020108,7935,32461.645.039674

1201119,3754,67454.145.0872187

5201520,6324,46451.746.2953214

10202022,5494,53852.547.41,070236

15202524,6414,62853.648.71,200259

20203026,6555,01958.150.01,333266

Fuente: Elaboracin propia

1.4 Resumen de las Bases de Diseo

En el cuadro 4 se presenta el resumen general de las bases de diseo para el diseo de las estructuras hidrulicas y de los procesos para el tratamiento de aguas residuales municipales de la ciudad de Rioja.

Cuadro 4.- Resumen Bases de Diseo

Parmetro201120202030

Poblacin total (hab)19,97423,00926,925

Poblacin servida (hab)19,37522,54926,655

Caudal promedio

m3/da

L/s

Caudal mximo

m3/da

L/s4,674

54.1

8,413

97.44,538

52,5

8,168

94.55,019

58,1

9,034

104.6

Caudales de diseo (L/s)

Estructuras hidrulicas *

Procesos de tratamiento115

60115

60115

60

Cargas orgnicas (kg/da)8721,0701,333

Concentracin del desecho (mg/l)

Demanda bioqumica de oxgeno

Coliformes fecales (NMP/100 ml)187

9.8E+07236

1.0E+08266

1.1E+08

* El valor mayor corresponde al caudal de bombeo a la PTAR

Fuente: Elaboracin propia

1.5 Normas de diseo

En el diseo y clculo de cada uno de los procesos de tratamiento de aguas residuales para la ciudad de Rioja, se ha respetado las Normas Tcnicas del Reglamento Nacional de Edificaciones RNE, en especial la Norma OS.090 Plantas de tratamiento de aguas residuales, publicado en junio del ao 2006.

Complementariamente, se ha tenido en cuenta el documento titulado Design of Municipal Wastewater Treatment Plants WEF (Water Environmental Federation) Manual of Practice N 8 Fourth Edition; ASCE (American Society of Civil Engineering) Manual and Reports on Engineering Practice N 76. Este ltimo tiene categora de gua oficial de diseo en los Estados Unidos de Norteamrica y de muchos pases latinoamericanos.

2. CLCULOS DE PROCESOS DE TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES

2.1 Clculo de procesos de tratamiento

2.1.1Borde Libre

El borde libre, es la medida de seguridad de las lagunas en general contra cualquier efecto de rebalse de las aguas depositadas en ella, por efecto del oleaje producido por accin del viento y/o sismo. En el caso de la accin del viento se ha aplicado la ecuacin modificada de Stevenson que considera que la altura de las olas es una funcin de la velocidad del viento y de la longitud mxima de la flecha de agua. En el caso de sismo, se ha tenido en cuenta lo establecido por el Reglamento Nacional de Edificaciones NTE E.030 que considera al Departamento de San Martn como Zona 2, con un coeficiente ssmico de 0.3 g. De este modo, el borde libre por la accin combinada de la accin del viento y el sismo ha sido definido como una vez y medio el valor calculado, como una medida de seguridad.

CLCULO DEL NIVELES DE OLAS Y RIZOS DE AGUACaractersticasUnidMnimoPromedioMximo

VIENTO

Velocidad de vientom/s51020

Mx distancia entre orillasm160160160

Altura de olam0.050.110.23

SISMO

Coeficiente ssmico (K)g0.30.30.3

Perodo predominante (t)s0.90.90.9

Profundidadm1.71.71.7

Altura de olam0.180.180.18

Altura totalm0.230.280.40

Coeficiente de seguridadm

Borde libre calculadom1.51.51.5

Borde libre adoptadom0.340.420.60

0.600.600.60

2.1.2 RejaEl agua residual cruda fluir por un canal de 0.45 m de ancho hacia la cmara de rejas que tendr un ancho de 0.55 m en el que se ubicar una reja de limpieza manual de 25 mm de abertura e inclinada 45 con respecto a la horizontal, compuestas de perfiles de acero inoxidable de 32 mm x 6 mm. El by pass se inicia antes de la reja, finalizando aguas abajo del mismo y tiene un ancho de 0.45 m. La altura de desborde es de 0.40 m por encima del fondo del canal. La altura total de la reja es de 0.85 m y la cantidad de material retenido fluctuar entre 130 a 215 L/da y equivalente a 105 170 kilogramos por da.

DATOS DE DISENOMXIMOPROMEDIO

Caudall/s11560

Ancho canal al inicio de rejam0.450.45

Ancho canal despues de rejam0.450.45

Nmero de canalesN11

Pendiente canalm/10002.502.50

Espesor de barras mm66

Separacin entre barrasmm2525

Factor de forma 2.422.42

Inclinacin de reja (horiz)4545

RESULTADOS

Ancho efectivo de cmara de reja m0.550.55

Espesor de marco de rejam0.0000.00

Ancho de cmara de rejam0.550.55

Nmero de barrasN1816

Altura critica en conducto de llegada a rejam0.1650.107

Tirante CANAL en cmara de rejas sin hfm0.2330.176

Velocidad CANAL en cmara de rejas sin hfm/s0.8980.758

Tirante en CANAL despus de cmara de rejam0.2850.147

Velocidad CANAL despus de cmara de reja m/s0.8960.742

Caida a la salida de la rejacm5.20.03

Condiciones en CAMARA DE REJAS LIMPIA

Prdida de carga realmm1510

Tirante aguas a nivel de rejam0.2480.157

Velocidad en canal de rejas aguas arribam/s0.840.69

Velocidad entre barrasm/s1.050.87

Residuos retenidos (promedio)l/d129129

Residuos retenidos (mximo)l/d214214

Condiciones en CAMARA DE REJAS SUCIA

Bloqueo de espaciamiento %1020304010203040

Prdida de carga mm30538713620365890

Tirante aguas arribam0.2630.2860.3200.3690.1670.1830.2050.237

Velocidad en canal de rejas aguas arribam/s0.7940.7310.6540.5670.6510.5970.5330.460

Velocidad entre barrasm/s1.1051.1431.1691.1820.9060.9350.9530.961

Cada ADOPTADA al inicio de ensanche a rejascm1010101010101010

CLCULO DE CAMARA DE REJAS2.1.3 Desarenador

La alimentacin al desarenador se ejecutar por medio de un canal de 0.45 m de ancho y cuatro por mil de pendiente hasta cada uno de los dos desarenadores del tipo parablico. Las dimensiones tiles de cada desarenador son 0.92 m de ancho, 0.97 m de profundidad til, 15.0 m de longitud, borde libre de 0.35 m. El retiro de la arena se ejecutar con ayuda de un cucharn, complementndose con el drenaje de fondo con el cual estn equipados cada uno de los dos desarenadores.

La cantidad de arena a ser retirada diariamente estar comprendida entre 0.30 a 3.0 m3 y equivalente a 0.30 y 3.0 toneladas mtricas respectivamente. Aguas arriba de cada desarenador se ha proyectado ataguas a fin aislar la unidad y proceder a su mantenimiento.

CALCULO DE DESARENADOR PARABLICOCaudal mximol/s115.0

Caudal promediol/s60.0

Nmero de unidadesN2

Profundidad mxima m0.96

Relacin ancho:prof0.95

Ancho mximo m0.91

Caudal mximo)l/s115.0

Peso especfico2.65

Dimetro (cm) max 0.04cm0.015

Profundidad canal arenam0.30

Tiempo entre limpiezas )das2

TemperaturaC25

CALCULO

Unidades operativasN1

rea (m2)m20,58

Viscosidad (cm2/s)cm2/s0,01

Vel sedim bruta (cm/s)cm/s2,25

Vel sedim neta (cm/s)cm/s1,41

Tasa (m3/m2-d)m3/m2-d1214,60

Veloc arrastre (cm/s)cm/s19,71

Largo Q promedio (m)m8.97

Largo seleccionadom10.00

Largo de diseo (m)m15.00

rea unitaria realm29.12

Volumen arenas-max (m3)m3 2.98

Volumen arenas-min (m3)m3 0.30

Volumen de almacenamientom34.71

Profundidad mxima (cm)cm96.00

Tiempo de sedimentacin mnimaseg68.29

Longitud vertedero x desarenadom0.82

Tasa (m3/m2-d)m3/m2-d1089.475

rea requerida (Metcalf & Eddy)

Tasam2/1000m3-d0,94

rea requeridam2 9.37

m3/m2-d1060,54

DIMENSIONES SECCIONES TRANSVERSAL

DISEO

Profundidad*

mAncho

m

0.000.00

0.190.41

0.310.52

0.400.59

0.490.65

0.570.70

0.640.75

0.710.78

0.780.82

0.940.90

0.950.91

0.960.91

0.970.92

* Contado a partir de la base

DETALLES COMPLEMENTARIOS DE DESARENADOR

Ancho de canal de fondo0.30

Profundidad de canal de fondoinicio 0.20

Profundidad de canal de fondoSalida 0.30

Altura de vertedero0.78 m

Ancho del vertedero0.82 m

Longitud total15 m

Borde libre0.40 m

Cierre mediante ataguias

Dren de fondo160 mm

Canal de alimentacin0.45 m

Canal de salida0.45 m

2.1.4 Medidor de caudal

Inmediatamente despus de la cmara de rejas se ha considerado la instalacin de un medidor de caudal del tipo rgimen crtico modelo palmer bowlus de 0.45 m de ancho y 0.225 m de garganta. El la figura 1 se muestra la curva correspondiente al referido medidor palmer bowlus.

Figura 1.- Curva de caudal del medidor tipo vertedero rectangular

2.1.5Lagunas facultativasSe han proyectado tres lagunas de seccin trapecial con dimensiones promedios de 160.0 m de largo, 80.0 m de ancho, 1.75 m de profundidad y 12,800 metros cuadrados de rea superficial. La tasa de aplicacin promedio es de 348 Kg DBO/ha-d y el perodo de retencin inicial de 12.2 das. Se estima que la remocin de carga orgnica ser del orden del 71% y de slidos sedimentables del 70% siendo la probable DBO total remanente de 78 mg/L y la soluble de 46 mg/L. Para optimizar el rea de las lagunas, se ha considerado un talud de 1:2 tanto exterior como interior y en primera etapa se construirn las tres lagunas proyectadas en razn que la proporcin de caudales entre la primera y segunda etapa es del 90.4%.

Cada laguna facultativa contar con tres estructuras de salida de 1.8m de ancho y dispondr de pantalla para la retencin de flotantes. El tubo de salida de cada estructura es de 250 mm DN, el mismo que descargar al sistema de recoleccin de las aguas residuales pre tratadas y que alimentar a las lagunas facultativas.CLCULO DE LAGUNAS FACULTATIVAS Y DE MADURACINDATOS DE DISENO

Caudal m3/d5022

Caudal l/s58.13

Demanda bioqumica de oxgenomg/l266

Demanda bioqumica de oxgenokg/da1336

Carga per-capita g DBO/hab-d50

Temperatura ambiental mnimaC22.0

Temperatura invierno terico (agua)C25.6

Temperatura invierno de diseo (agua)C25.0

Evaporacin mm/da5.0

Infiltracin mm/da3.0

Precipitacin mm/da5.0

LAGUNASFACULTATIVMADURA 1

Nmero de lagunasN33

Profundidad de lagunam1.701.50

Largo de laguna (espejo de agua)m160.0100.0

Ancho de laguna (espejo de agua)m80.080.0

Pendiente de diques interno H/V2.02.0

CALCULOS

Largo de laguna (fondo)m153.294.0

Ancho de laguna (fondo)m73.274.0

Relacin largo/ancho2.01.3

Volumen unitario m3 2039711208

Volumen totalm36119233624

Periodo de retencin das12.26.9

Carga aplicadakg DBO/ha-da348159

Carga mximakg DBO/ha-da537

Porcentaje de carga mxima%65

rea superficial totalha3.82.4

rea superficial unitariaha1.30.8

Caudal afluentem3/da50224907

Caudal efluentem3/da49074835

Poblacin equivalentehab26717

Dotacin per-capita (l/hab/da)l/hab-d188

REMOCION DE CARGA ORGANICA Y BACTERIANA

DBO soluble (mg/l)mg/l4619

DBO total (mg/l)mg/l7837

Remocin total%7186

Tasa de decaimiento (1/da) (1.0 a 1.2) 1/da1.201.20

Dispersin0.4650.762

K (mort)1.6831.683

a6.2566.013

Coliformes afluente (num/100 ml)NMP/100 ml1.1E+081.8E+05

Coliformes efluente (num/100 ml)NMP/100 ml1.8E+053.3E+03

2.1.6 Lagunas de maduracinSe han proyectado tres lagunas de seccin trapecial con dimensiones promedios de 100.0 m de largo, 80.0 m de ancho, 1.5 m de profundidad y 8,000 metros cuadrados de rea superficial. La tasa de aplicacin promedio es de 159 kg DBO/ha-d y el perodo de retencin inicial de 6.9 das. Se estima que la remocin de carga orgnica total ser del orden del 86% y de slidos sedimentables del 90% siendo la probable DBO remanente de 12 mg/L, con una DBO total remanente de 37 mg/L y soluble de 29 mg/L, pero se estima que la DBO promedio ser de 30 mg/L. En primera etapa se construirn las tres por motivo que la proporcin entre primera etapa y segunda etapa es de solamente 90.2%.

Cada laguna de maduracin contar con tres estructuras de salida de 1.80m de largo y se ubicar a unos cinco metros del borde interior de la laguna y estar dotada de vertederos laterales con sus correspondientes pantallas para la retencin de slidos flotantes. El tubo de salida de cada estructura es de 250 mm DN, el mismo que descargar al sistema de recoleccin de las aguas residuales tratadas.

2.1.7Clculo hidrulico de conductos sistema de distribucin y recoleccin de la PTAREn los siguientes cuadros se presentan los clculos hidrulicos de los conductos para diferentes condiciones de funcionamiento.

Frmula de Manning

n = 0.014

TramoCONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO

Dimetr(mm)S

(o/oo)Caudaldiseo

(L/s)V

(m/s)Tirante

(mm)Tiran. Relat

(Y/D)RH

(m)P

(Pa)Tirantecrtico

(mm)NmeroFroude

FUNCIONAMIENTO NORMAL

Caudal total 4505.00115.001.2372550.5660.1215.92320.82

Primer tramo4505.0076.671.1182000.4450.1045.11860.83

Segundo tramo3505.0038.330.9391540.4390.0803.91400.80

Tercer tramo 2505.0012.780.71198.30.3930.0532.6870.77

UNA LAGUNA FUERA DE SERVICIO

Caudal total 4505.00115.001.2372550.5660.1215.92320.82

Primero y segundo tramo4505.00115.001.2372550.5660.1215.92320.82

Tercer tramo3505.0057.501.0401950.5580.0934.61740.80

Ingreso a cada laguna2505.0019.170.7911240.4940.0623.01080.77

MEMORIA DE CLCULO