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OPTIMIZACION SISTEMA DE FLOCULACION

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE

SANTA FE DE ANTIOQUIA

I. DIAGNOSTICO SISTEMA ACTUAL

El sistema de floculación esta compuesto por un floculador hidráulico deflujo horizontal y por dos módulos de floculadores mecánicos los cuales presen- tan la siguiente distribución

Edificio Plaza 51 Cra 23 Cll 51 Of 408 C Telefax 8811735 Manizales



Cálculo del tiempo de retención

Se pretende mejorar la capacidad de la Planta de tratamiento con un caudal de diseño de 200 lps

Timpo de retención en el floculador hidráulico

Caudal de diseño Qd = 200 lpsQd = 0,2 m3/seg

Ancho floculador B = 6,4 mEspaciamiento entre tabiqu b = 1,25 mProfindidad h = 3 mEspesor tabique e = 0,3 mCaudal

Velocidad de paso v = 0,0533 m/seg

Número de tabiques n = 3 unid

a = 1,1 m

F. Mecanico 1 F. Mecanico 2

F. Hidráulico

Entrada

Canal de

Pantallas

AvQ ⋅=




tdh = 385,31 seg6,42 min

Tiempo de retención en el floculador mecánico

B = 4 mL = 5,2 mH = 3 m

Volumen del floculador V = 62,4 m3

Caudal de cada floculador mécanicoQm = 0,1 m3/seg

Tiempo de retención tdm = 624 seg10,4 min

Timpo total de retenciónTd = tdm + tdhTd = 16,8 min

El tiempo de retención es menor que el tiempo mínimo permitido en elras 2000 C.5.5.2.1 de 20 minutos

Cálculo del gradiente en el floculador hidráulico

k = 3,2γ = 9790,2 Nw/m3

μ = 1,14E-03 Nw*s/m2

G = 5,76 s-1

EL gradiente es muy bajo, no permite la formación adecuada del floc, y no cumple con el RAS 2000 C.5.5.2.1 el que debe estar entre 15 y 70 s-1

( )v

aebBNt −++=

21

3

2 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

BgvKG

μγ


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II. DISEÑO FLOCULADOR HIDRAULICO DE FLUJO VERTICAL

CARACTERISTICAS GENERALES

Caudal de diseño de la planta

Qd = 200 lps

Se proponen la construcción de dos módulos de floculadores hidráulicos de flujovertical con el fin de facilitar las operacones de mantenimiento y cumpliendo conla normatividad (RAS 2000 C.5.5.2.5) Por lo cual el caudal de diseño de cada módulo será igual a la mitad del caudal todal de la Planta

Caudal de diseño Q = 100 lpsQ = 0,1 m3/seg

Médidas del floculador

El ancho y largo del floculador de flujo de flujo vertical son fijas y dependen de lasdimensiones de la estructura actual para el ancho y para el largo depende de lapropuesta de optimización para los floculadores mecánicos.

Ancho de cada módulo b = 2,05 m Largo L = 9 mProfundidad H = 2 m

Volumen por módulo V = 36,9 m3

Tiempo de retención T0 = 369 segT0 = 6,15 min

2 05 m

9,0 m

2 05 m




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Este tiempo de retención es parcial para todo el sistema de floculación, ya que escomplementario con la floculación mecánica por esta razón no cumple de formaindividual con el RAS 2000 C.5.5.1.1. para tiempos de retención en floculadoreshidráulicos deben estar entre 20 y 30 min.

Gradiente del sistema G (promedio) = 40 s-1

Valor escogido de acuerdo a la recomendación RAS 2000 C.5.5.1.1, El gradientemedio de velocidad debe estar entre 20 y 70 s-1

viscocidad υ = 1,01E-06 m2/seg

Coeficiente Orificio Cd = 0,7

Figura 1. Parámetros floculador eje vertical

PARAMETROS DE DISEÑO

1. Pérdida total

La pérdida de carga total del sistema se halla mediante la siguiente ecuación

H

h1

hf

hf

h2

V

V2

V3

hf

Orificio

e


gvtG

hT0

2

=



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vtGh 0

2

= Ec. 1 (III.45, Arboleda Valencia)

hT = 0,061 m6,079 cm

2. Espaciamiento entre tabiques

El caudal que pasa por cada tabique en flujo ascendente o descendente esta dadopor:

Donde V es la velocidad de paso entre los tabiques y A es el área transversal a ladirección del flujo y esta dada por el ancho del módulo b y el espaciamiento entre tabiques e

Ec. 2

v2 es la velocidad de paso entre tabiques y es asumida inicialmente como 0,2 m/s

Asumida v2 = 0,2 m/s

e = 0,2439 m

Espaciamiento asumido e = 0,30 m

Se escoge un valor constructivo para elespaciamiento, pot lo cual se calcula de nuevo la velocidad de paso entre tabiques

Velocidad con el nuevo e v2 = 0,1626 m/seg

3. Número de tabiquesEc. 3 (III.46, Arboleda Valencia)

n = 30 tabiques

4. Pérdida por tabiqueEc. 4 (III.47, Arboleda Valencia)

hf = 0,002026 m0,203 cm

gT

Htv

n 02=

nhh T

f =

2vbQe =

AVQ ⋅=




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4. Pasos superiores

Asumiendo un valor de h1

h1 = 0,1 m

h2 = h1 - hf

h2 = 0,097974 m

Coeficiente h2/h1 = 0,9797 m

Cálculo del Coeficiente de Sumergencia con base en la Tabla III.10 Arboleda Val. para el cálculo del gasto unitario por metro de vertedero

α = 0,352

Gasto unitario Ec. 5 (III.48, Arboleda Valencia)

q = 0,064768 m3/seg/m

Con este valor del gasto unitario por Ml de vertedero podemos calcular un anchoteórico para el floculador de acuerdo a:

Ec. 6 (III.49, Arboleda Valencia)

Q = 0,1 m3/seg

b = 1,544 m

Como se ha definido un ancho fijo para cada módulo del floculador, calculamosde nuevo el gasto unitario real

Ancho real b = 2,05 mQ = 0,1 m3/seg

Gasto unitario real q = 0,048780 m3/seg/m

Teniendo en cuenta que

Se asume α = 0,402

h1 = 0,065948096 m

qQb =

184,1 hq α=

184,1 hq α=




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h2 = h1 - hf

hf = 0,002026177 m

h2 = 0,0639 m

Coeficiente h2/h1 = 0,969

Verificación α = 0,402(Tabla III.10, Arboleda Valencia)

5. Pasos inferioresEc. 6 (III.50, Arboleda Valencia)

Q = 0,1 m3/segCd = 0,7hf = 0,002026 m

A= 0,7165 m2

Altura del orificio inferiorEc. 7

a = 0,34951021 mMedida constructiva a = 0,35 m

Velocidad en el orificioEc. 8

v3 = 0,1394 m/s

Gradiente en el orificio Ec.III-51 Arboleda Valencia


Coeficiente f = 0,04

fghCdQA22=

baQv⋅

=3

υRHfvG

8

3

=

bAa =




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(f = 0,04 - 0,03, Arboleda Valencia)

Radio Hidráulico RH = A/PA = 0,7175 m2P = 4,8 m2

RH = 0,149479167 m

G = 9,47 S-1

Es menor que el gradiente de paso general por lo cual el floc no se mantendrá íntegro durante el paso por los orificios sumergidos

G (sistema) < G (orificios)

40 < 9,47

Orificios inferiores

Con el fin de evitar depósitos en el fondo, se deberán construir orificios de fondo en los tabiques que lleguen hasta el, equivalentes al 5% del flujo

5 % del caudal Qd orificio = 0,005 m3/seg

Gradiente en el orificio de fondoEc.III-51 Arboleda Valencia


Coeficiente f = 0,04(f = 0,04 - 0,03, Arboleda Valencia)

Radio Hidráulico RH = A/Pborif = 0,4aorif = 0,15

A = 0,06 m2P = 1,1 m2

RH = 0,054545455 mv = 0,083333333 m/s

G = 7,25 S-1

Se mantiene en gradiente por debajo del general del floculador.

υRHfvG

8

3

=




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u

DISEÑO SISTEMA DE FLOCULACIÓN MECÁNICA

1. Caracteristicas generales

Caudal de diseño de la planta

Qd = 200 lps

Se proponen la contrucción de dos módulos de floculadores mecánicosindependientes compuestos cada uno de dos compartimientos con su respec- tivo motor y sistema de paletas agitadoras Por lo cual el caudal de diseño de cada módulo será igual a la mitad del caudal todal de la Planta

Caudal de diseño por mód Q = 100 lpsQ = 0,1 m3/seg

Médidas del floculador

Las medidas del floculador son establecidas de acuerdo a la estructura existente y al objetivo propuesto el cual es tener dos módulos de floculación indepen-dientes

Medidas por compartimiento

Ancho b = 4 m Largo L = 4 mProfundidad útil H = 3 m

Volumen V (por comp) = 48 m3

Cada módulo esta compuesto por dos compartimientos

El volumen total de cada módulo es

V = 96 m3

Tiempo de retención

dtVQ =

QVt d =




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QVt d =

t d = 960,0 segt d = 16 min

Timpo de detención total del sistema de floculación

T d = t d (hidráulico) + t d (mecánico)

T d = 22,15 min

Este valor cumple con el RAS 2000 en el cápitulo C.5.5.2.1 donde se expresa que el tiempo de retención debe estar entre 20 y 40 min




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