Producto Final Anexo No. 3 Cribado y Estudios Hidráulicos ... · clasificado como armazón de...

CAR

CRIBADO Y ESTUDIOS HIDRÁULICOS

DE CÁMARA DE LLEGADA HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI

Producto Final – Anexo No. 3

Cribado y Estudios Hidráulicos de la Cámara de

Llegada

Producto Final Julio 2011

Anexo No. 3

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DE LA CÁMARA DE LLEGADA HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI

TABLA DE CONTENIDO

CRIBADO

Introducción…………………………………………………………………………………………….. 1

1. Criterios de Diseño del Sistema de Cribado……………………………………………………. 1

2. Planos Relacionados……………………………………………………………………………… 2

3. Descripción del Sistema Existente………………………………………………………………. 3

3.1. Cribado Grueso……………………………………………………………………………………. 4

3.2. Cribado Fino……………………………………………………………………………………….. 5

4. Tecnología Seleccionada…………………………………………………………………………. 6

4.1. Sistema de Rejillas………………………………………………………………………………… 6

4.2. Equipos para Transporte de Sólidos Retenidos……………………………………………….. 6

4.3. Equipos para Lavado y Compactación de Sólidos Retenidos………………………………... 6

5. Diseño Referencial de Procesos para el Sistema de Cribado……………………………….. 7

5.1. Rejillas……………………………………………………………………………………………… 7

5.2. Manejo de los Sólidos Provenientes del cribado………………………………………………. 8

5.2.1. Transporte de Sólidos Retenidos…………………………………………………...9

5.2.2. Lavado y Compactación de Sólidos Retenidos en el Cribado Fino…………….9

6. Cálculo de las Pérdidas de Energía y Análisis del Diseño de las Nuevas Rejillas…………. 10

6.1. Rejillas Finas……………………………………………………………………………………….. 10

6.2. Rejillas Gruesas……………………………………………………………………………………. 12

7. Operación de las Instalaciones del Sistema de Cribado……………………………………… 14

8. Referencias Bibliográficas……………………………………………………………………….. 17


Anexo No. 3

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LISTA DE TABLAS

Tabla No. 1 Criterios de Diseño para el Proceso de Cribado ......................................................... 2

Tabla No. 2 Lista de Planos Relacionados al Proceso de Cribado ................................................. 3

Tabla No. 3 Clasificación de Rejillas para el Cribado ...................................................................... 3

Tabla No. 4 Retención de Sólidos en el Cribado Grueso y Fino ..................................................... 8

Tabla No. 5 Criterios de Diseño de los Lavadores/Compactadores .............................................. 10

Tabla No. 6 Datos de Entrada Rejillas Finas ................................................................................. 11

Tabla No. 7 Pérdidas en las Rejillas Finas con dos Unidades Fuera de Servicio ......................... 12

Tabla No. 8 Datos de Entrada Rejillas Gruesas ............................................................................ 13

Tabla No. 9 Pérdidas en las Rejillas Gruesas con Dos Unidades Fuera de Servicio ................... 14

Tabla No. 10 Operación de las Rejillas en Condiciones de Caudal Seco (7 m3/s ) ..................... 15

Tabla No. 11 Operación de las Rejillas en Condiciones de Caudal Máximo (26 m3/s ) ................ 16

LISTA DE FIGURAS

Figura No. 1 Sistema de Cribado Grueso de la PTAR El Salitre ..................................................... 4

Figura No. 2 Sistema de Cribado Fino de la PTAR El Salitre .......................................................... 5


Anexo No. 3

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CRIBADO Y ESTUDIOS HIDRÁULICOS Página 3-1


Introducción

El cribado constituye una etapa del tratamiento preliminar, por lo general en una instalación

ubicada en la cabecera de la planta, en la que se remueven objetos grandes que provienen

en el agua residual y que pueden interferir con el funcionamiento de los equipos ubicados

aguas abajo. Este proceso contempla varios aspectos tales como, la configuración de las

rejillas, el transporte de los sólidos retenidos, y con frecuencia el lavado y compactación de

estos últimos.

Los elementos retenidos en el proceso son de distinta naturaleza, por ejemplo: basura, par-

tes de árboles (hojas, ramas, etc.), piedras, plásticos, papel, trapos, cabellos, espumas y

elementos flotantes, etc. Así mismo, entre los equipos ubicados aguas abajo y que se pro-

tegen mediante el cribado se encuentran: bombas, agitadores, equipos difusores de aire,

etc. Adicionalmente, se busca proteger también elementos propios del proceso biológico

(filtros biológicos, reactores, microorganismos, etc.).

El propósito de este anexo es el de seleccionar una alternativa para la ampliación del sis-

tema de cribado en la PTAR El Salitre. Inicialmente, se describe el sistema existente. Se-

guidamente, se discuten aspectos acerca de estas últimas tales como consideraciones de

diseño, ventajas y desventajas, para luego definir la alternativa recomendada. Finalmente

se realiza el diseño del sistema de cribado y se describen las estrategias de operación.

1. Criterios de Diseño del Sistema de Cribado

Existen diversas consideraciones en el diseño de instalaciones de cribado grueso y fino.

Estas incluyen parámetros como:

■ Número de canales de cribado

■ Tipo y tamaño de los espaciamientos (ya sea entre barras u orificios)

■ Velocidades de aproximación

■ Diferencias de nivel entre diferentes procesos

■ Caídas de presión

Algunos de estos parámetros de diseño están relacionados entre sí, y requieren un enfoque

interactivo para el diseño. El número de canales de cribado en las condiciones actuales

debe considerar la redundancia de procesos y las velocidades de aproximación en los ca-

nales de cribado. Normalmente, ningún equipo de cribado se diseña para una redundancia

del 100% en condiciones de caudal pico, ni tienen mecanismos para el tratamiento de ex-


Anexo No. 3

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cesos. Se debe configurar el sistema de manera que los canales puedan ser aislados del

sistema y vaciados.

El espaciamiento entre barras del sistema de cribado debe ser consecuente con el tipo de

retención deseada. En plantas de tratamiento de aguas residuales municipales con airea-

ción por difusores, se utilizan comúnmente barras con espaciamientos de 6 mm o menos.

Una vez establecido el espaciamiento entre barras, se debe determinar la pérdida de energ-

ía en el cribado a las velocidades de aproximación promedio y máxima (teniendo en cuenta

la línea piezométrica de la planta).

El área sumergida del sistema de cribado corresponde al área en contacto con el agua re-

sidual. Esta área puede incrementarse en varias formas, logrando una relación óptima entre

al ancho y la altura durante el diseño, mediante una selección correcta de la tecnología de

cribado y variando el grado de inclinación de las rejillas con respecto al flujo.

La cantidad estimada de sólidos retenidos en las rejillas también es importante para la se-

lección de la tecnología de cribado, dado que esta afecta tanto la pérdida de energía en los

procesos, como los equipos de cribado mismos.

Los requerimientos de operación y mantenimiento varían según la tecnología a utilizar. Los

sistemas con limpieza mecánica y con mecanismos de control, reducen la necesidad de

tiempo de dedicación del operador de la planta a estos procesos. Aún así, los procesos

deben ser supervisados por el operador de la planta durante las rondas de inspección.

Los anteriores parámetros serán especificados en la Sección No. 7 de este Anexo. Tam-

bién es importante que el sistema de cribado cumpla con los siguientes criterios de diseño:

Tabla No. 1

Criterios de Diseño para el Proceso de Cribado

Velocidad de Aproximación 0,3 - 0,9 m/s

Pérdidas Menores a 750

mm

2. Planos Relacionados

La Tabla No. 2 describe los planos del diseño de referencia relacionados al proceso de

cribado.


Anexo No. 3

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Tabla No. 2

Lista de Planos Relacionados al Proceso de Cribado

Número Nombre

G – 07 Perfil Hidráulico de la Planta Existente con Todas las Unidades en

Operación Fase I

G – 09 Perfil Hidráulico de la Planta Propuesta Fase II

M – 07 Trabajos de Cabecera Planta Localización

M – 09 Estructura de By-pass, Cribado y Área de Cribado - Planta

M – 10 Estructura de By-pass, Cribado y Área de Cribado – Planta El. 40

M – 11 Estructura de By-pass, Cribado y Área de Cribado - Sección

M – 12 Canales de Rejillas Gruesas y Finas – Detalle

3. Descripción del Sistema Existente

El proceso de cribado existente en la PTAR El Salitre incluye los siguientes componentes:

■ Cribado Grueso – Consta de cinco pares de rejillas gruesas de acero inoxidable en se-

rie, con espaciamiento de 100 mm entre barras. Estas rejillas, ubicadas previas a cada

bomba de tipo tornillo, interceptan sólidos gruesos.

■ Cribado Fino – Consta de cuatro unidades mecánicas de cribado, provistas de rejillas

con 25,4 mm de espaciamiento entre barras. Estas unidades están ubicadas posterio-

res de la descarga de las bombas tipo tornillo y previas a los desarenadores.

Las rejillas de aguas residuales pueden ser clasificadas según el tamaño de apertura en la

rejilla de acuerdo con la Tabla No. 3:

Tabla No. 3

Clasificación de Rejillas para el Cribado

Espaciamiento Entre Barras

(mm) Clasificación de la Rejilla

Mayor a 36 Armazones de Rejas y

Rejillas Desviadoras

6 a 36 Rejillas Gruesas

0,5 a 6 Rejillas Finas


Anexo No. 3

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Como se puede observar, las rejillas denominadas en la PTAR El Salitre como Rejillas Fi-

nas, corresponden realmente a la categoría de Rejillas Gruesas.

3.1. Cribado Grueso

El cribado grueso de limpieza manual localizado previo a la toma de succión de las bombas

de tipo tornillo, tiene un espaciamiento entre barras aproximado de 100 mm y puede ser

clasificado como armazón de rejas. El armazón de rejas previene que objetos grandes co-

mo troncos, tablas y otros objetos pesados sean elevados por las bombas a las otras es-

tructuras de conducción y entren a los canales de flujo, como canaletas Parshall y otras

estructuras de tratamiento preliminar.

Las rejillas del cribado grueso existentes, parecen estar en un buen estado físico. El mono-

rriel, sin embargo, muestra signos de corrosión y se recomienda su reparación o sustitución.

A pesar de algunas dificultades en las operaciones de mantenimiento y limpieza (durante

caudales altos especialmente), se podría afirmar que el sistema de cribado grueso opera

como estaba previsto y se mantiene en buenas condiciones. Los pares de rejillas ubicados

en cada uno de los cinco canales de flujo, se limpian uno a la vez mientras los cuatro res-

tantes permanecen en operación. Los sólidos retenidos son removidos con una barra de

acero y depositados en una cesta en la parte inferior de las rejillas. En la Figura No. 1 se

observa la distribución de las rejillas anteriormente mencionada.

Figura No. 1

Sistema de Cribado Grueso de la PTAR El Salitre


Anexo No. 3

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3.2. Cribado Fino

Las 4 unidades automáticas de cribado fino (cada una provista de una rejilla) están locali-

zadas al frente de las cámaras desarenadoras. Cada rejilla tiene 2,0 m de ancho por 2,5 m

de altura, con un espaciamiento entre barras de 25,4 mm (ver Figura No. 2).

Figura No. 2

Sistema de Cribado Fino de la PTAR El Salitre

Los canales de aproximación a las rejillas tienen una profundidad de 2,43 m con una eleva-

ción máxima del agua de 2,08 m. Para un caudal de 10 m3/s con 4 rejillas en operación, la

elevación del agua alcanza 1,99 m. El borde libre se encuentra alrededor de 0,65 m, cálculo

realizado a partir del perfil hidráulico (ver Plano G-07).

Los sólidos con tamaños menores a 25 mm que pasan por las rejillas, actualmente impac-

tan adversamente la operación del sistema de bombeo de lodos. Aunque los operadores no

reportan problemas mayores de funcionamiento, se considera que rejillas más finas podrían

aliviar muchos de los problemas operativos que existen aguas abajo debido a la acumula-

ción de sólidos finos. Estos sólidos, que en la mayoría de los casos no son biodegradables,

por lo general se acumulan tanto en el fondo de los clarificadores primarios, como en la

superficie de los espesadores de lodos y en la manta de espuma del digestor.

El sistema de cribado existente de la PTAR El Salitre no será modificado en el diseño de la

ampliación y optimización de la PTAR El Salitre. Como se verá más adelante las nuevas

estructuras de rejillas tendrán la capacidad de cribar todo el caudal aferente a la Planta.


Anexo No. 3

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4. Tecnología Seleccionada

4.1. Sistema de Rejillas

En el informe técnico “Tratamiento Preliminar – Cribas, Transporte del Cribado, Lavado

y Compactación”, entregado por el Consorcio en Marzo de 2010, se incluyó un resumen

de ventajas y desventajas de los tipos de tecnologías de cribado presentadas. De acuerdo

con el análisis realizado por el Consorcio en dicho informe se seleccionaron las siguientes

tecnologías para el cribado en la PTAR El Salitre Fase II:

■ Las rejillas gruesas seleccionadas son rejillas impulsadas por cadena. Éstas tienen un

amplio uso y pueden manejar altas cargas de sólidos con una alta eficiencia de separa-

ción, además la pérdida hidráulica a través de ellas es baja, las instalaciones no requie-

ren de grandes alturas incluso en canales profundos, también son sistemas cerrados

que evitan la dispersión de olores. Estas características las hacen las rejillas adecuadas

para el nuevo cribado grueso en la PTAR El Salitre.

■ Las rejillas finas serán de tipo placa perforada, ésta tecnología ha sido ampliamente

probada, tiene una alta eficiencia de separación de sólidos. También son sistemas muy

compactos que requieren poco espacio para su instalación, además son sistemas ce-

rrados que evitan la dispersión de olores. De acuerdo con estas características este tipo

de rejillas finas son las adecuadas para el nuevo cribado fino en la PTAR El Salitre.

4.2. Equipos para Transporte de Sólidos Retenidos

Estas unidades cerradas, ayudan a la reducen la propagación de olores y evitan la manipu-

lación o contacto innecesario por parte de los operarios. También existen equipos disponi-

bles para el embolsado directo de los materiales colectados. Los transportadores de correa

son abiertos y se pueden configurar para cubrir largas distancias y lidiar con cambios de

elevación. Sin embargo, este tipo de transportadores no proporciona ningún nivel de des-

hidratación o compactación durante el transporte, como es el caso de los sistemas tipo tor-

nillo sinfín y transportadores de pistón.

Para la ampliación y optimización de la Planta El Salitre se recomienda un transportador de

correa para transportar el material proveniente de las rejillas gruesas y para el transporte

del material retenido por las rejillas finas se utilizarán dos canales de lavado. Estos siste-

mas se utilizan normalmente debido a su sencillez y buen rendimiento.

4.3. Equipos para Lavado y Compactación de Sólidos Retenidos

De acuerdo con lo indicado en el informe técnico “Tratamiento Preliminar – Cribas,

Transporte del Cribado, Lavado y Compactación”, entregado por el Consorcio en Marzo


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de 2010, estos sistemas reducen significantemente el contenido de humedad y el volumen

de sólidos, con lo que se reducen los costos del transporte de material. Por esta razón El

Consorcio recomienda la utilización de estos sistemas para la ampliación y optimización de

la PTAR El Salitre.

La forma a utilizar en el diseño de la Planta es un lavador/compactador de tipo tornillo sinfín

seguido por un tubo de compresión, ésta es la forma más común para estos sistemas. El

número de equipos lavadores/compactadores puede ser independiente del número de sis-

temas de cribado, sin embargo, se deben prever situaciones de redundancia en el proceso

y consideraciones operacionales.

5. Diseño Referencial de Procesos para el Sistema de Cribado

5.1. Rejillas

El diseño de las rejillas se ha realizado para tratar hasta 26 m3/s de caudal afluente en tem-

porada de lluvia. En estas condiciones 14 m3/s serán transportados hasta la nueva estación

de bombeo y los 12 m3/s restantes serán dispuestos en el canal de derivación con com-

puertas radiales (ver Planos M – 09 y M – 10).

Las rejillas gruesas de tipo cadena con múltiples rastrillos para las nuevas unidades de tra-

tamiento preliminar, constan de un total de ocho (8) juegos de rejillas de barra de 38 mm

(1,5 pulgadas) de espaciamiento. Estas cribas de barra se ubicarán dentro de un total de

ocho (8) canales de 2,0 metros de ancho cada uno, como se verá más adelante, los cana-

les antes del cribado tendrán un ancho de 1,6 m (para mayor detalle de la sección ver Pla-

no M – 12). Las instalaciones de las rejillas consisten de diez (10) canales, dos (2) de los

canales se reservan para futuras unidades de rejillas. Como se podrá observar más adelan-

te en el presente Anexo, las velocidades de aproximación en el canal de 1,6 m de ancho

oscilan entre 0,23 y 0,54 metros por segundo (ver Tabla No. 9), basadas en el caudal

mínimo y máximo respectivamente, teniendo en cuenta seis (6) canales en operación. El

cribado grueso está diseñado para ser continuamente auto-limpiado por medio del sistema

de cadena, esta unidad recoge materiales gruesos acumulados en las rejillas, y los trans-

porta a una zona de carga para su almacenamiento y posterior disposición.

Dentro de los ocho (8) canales de cribado grueso se encuentran posteriormente las instala-

ciones de cribado fino. Éstas constan de un total de ocho (8) unidades mecánicas, de lim-

pieza automática, con 6 mm (0,25 pulgadas) de abertura. Las velocidades de diseño oscilan

entre 0,26 y 0,61 metros por segundo basadas en el caudal mínimo y máximo, respectiva-

mente, teniendo en cuenta seis (6) canales en operación. Los cribados finos mecánicos

están diseñados para ser auto-limpiados continuamente, y los materiales colectados son

descargados en prensas individuales provistas para cada unidad. Estas prensas lavan,

comprimen, deshidratan, y transportan los sólidos retenidos a los contenedores de basura

en el nivel inferior de las instalaciones propuestas.


Anexo No. 3

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Las instalaciones tanto de cribado grueso como de cribado fino se han diseñado para tratar

las cargas establecidas con dos unidades fuera de servicio. Adicionalmente, todos los cana-

les serán provistos de compuertas de aislamiento para permitir la separación de estos para

su mantenimiento y flexibilidad operacional.

5.2. Manejo de los Sólidos Provenientes del cribado

Hay varias consideraciones de diseño para el transporte, lavado, y compactación de sólidos

retenidos. Dado que el material será transportado de un lugar a otro, el equipo deberá ser

dimensionado para manejar la totalidad de los sólidos en condiciones de caudal máximo,

teniendo en cuenta el espaciamiento entre barras de las rejillas, además los sistemas de

recolección y transporte de sólidos, bombas y unidades compactadoras de sólidos deben

ser dimensionados para un total de diez (10) unidades de rejillas.

La cantidad de sólidos retenidos varía significativamente con el espaciamiento de las ba-

rras. Para instalaciones con sistemas de cribado ya instalados, las cantidades históricas de

sólidos retenidos sólo son útiles si se utiliza la misma tecnología de cribado con el mismo

espaciamiento entre barras (para efectos de optimización, expansión, etc.). En caso de im-

plementar tecnologías con configuraciones distintas, los valores históricos de cantidades de

sólidos no serán de mucha utilidad para calcular las necesidades de transporte y manejo de

estos.

Para estimar la cantidad de material retenido en las nuevas instalaciones de cribado se uti-

lizó la captura de sólidos estimada por Vulcan Industries, Inc. para el modelo de rejilla VMR.

Para las rejillas gruesas (38 mm) se estima que la cantidad de sólidos retenida se encuen-

tra alrededor de 2 ft3/MGD (1,3 m3/m3/s) de agua tratada. En el cribado fino la retención de

sólidos es igual a la relación dada para una rejilla de 6 mm (12,5 ft3/MGD (8,08 m3/m3/s))

menos la retención en las rejillas gruesas. Los resultados se muestran en la siguiente Ta-

bla.

Tabla No. 4

Retención de Sólidos en el Cribado Grueso y Fino

Retención de sólidos (m3/h)

Cribado

captura de

sólidos

(ft3/MGD)

captura de

sólidos

(m3/m

3/s)

Caudal

7 m

3/s 14 m

3/s 26 m

3/s

Grueso (38 mm) 2 1,3 0,4 0,8 1,5

Fino (6 mm) 10,5 6,79 2 4 7,2


Anexo No. 3

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Para el cribado grueso con un espaciamiento de barras de 38 mm bajo un caudal máximo,

la cantidad de sólidos retenidos estará alrededor de 1,5 m3/hora. Mientras que para el cri-

bado fino con un espaciamiento de barras de de 6 mm bajo un caudal máximo, la cantidad

de sólidos retenidos estará alrededor de 7,2 m3/hora.

5.2.1. Transporte de Sólidos Retenidos

Para el transporte del material capturado por el cribado grueso se utilizará un sistema

transportador de banda. Este sistema dispondrá los sólidos retenidos en un contenedor, el

cual se encontrará en un edificio cerrado para minimizar el impacto por olores.

Los sólidos provenientes del cribado fino contendrán grandes cantidades de materia orgá-

nica, por lo que el manejo de este material debe ser distinto al del material proveniente del

cribado grueso. Para la limpieza de las rejillas finas se utilizará un atomizador con agua

caliente. Por otro lado, el transporte de los sólidos se realizará hidráulicamente en un canal

de lavado para posteriormente ser descargados en el sistema lavador/compactador. El

agua residual recogida del material proveniente del cribado será retornada por una bomba

sumergible al inicio del tratamiento de aguas.

Se necesitan dos (2) canales para el transporte de sólidos retenidos en el cribado fino, uno

por cada cuatro (4) rejillas, la disposición de estos sistemas vista en planta se muestra en el

Plano M – 09. Cada canal de lavado tiene una tasa de flujo alrededor de doce litros por

segundo (12 L/s).

Las ventajas de los canales de lavado son las siguientes:

■ Es un sistema de transporte simple para material con alto contenido orgánico.

■ Bajo mantenimiento (no está compuesto por partes movibles).

■ No se generan olores ya que el transporte es realizado con agua.

■ No hay bloqueo de sólidos.

5.2.2. Lavado y Compactación de Sólidos Retenidos en el Cribado Fino

Como se indicó anteriormente, los sólidos retenidos en el cribado fino son transportados en

un canal de lavado para luego ser dispuestos en un sistema lavado/compactador de sóli-

dos. Allí los sólidos son lavados y la materia orgánica y fecal es removida para luego ser

retornada al tratamiento de aguas. Posteriormente, los sólidos lavados son compactados

obteniendo un material con un contenido de humedad de aproximadamente el 40%.


Anexo No. 3

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Usualmente, estos sistemas se utilizan para el material proveniente de rejillas gruesas me-

nores a 1,5 pulgadas (38 mm) y de todas las rejillas finas, por lo que en el desarrollo de

este proyecto se utilizará lavador/compactador solamente para el material proveniente de

las rejillas finas.

El diseño de los lavadores/compactadores consta de tres (3) sistemas. En temporada seca

solamente será operada una (1) unidad, mientras que durante temporadas de lluvia ope-

rarán dos (2) unidades con una unidad en reserva. Los criterios de diseño son los siguien-

tes:

Tabla No. 5

Criterios de Diseño de los Lavadores/Compactadores

Número de Unidades 3

Cantidad Máxima de Sólidos

Crudos (m3/h)

7,5

Caudal (m3/s)

Volumen Máximo de Material

Cribado (m3/h), Factor de

Seguridad = 1,5

7 3

14 6

26 10,8

Porcentaje típico de reducción

de peso 65%

Humedad típica del material

compactado 40%

Otras ventajas de las unidades compactadoras de material cribado son que el producto

compactado tiene bajo contenido orgánico (10% – 20%) minimizando el potencial de olores.

Además, se reduce el volumen de material en un 65% al 75% implicando un menor costo

en el transporte para su disposición final.

6. Cálculo de las Pérdidas de Energía y Análisis del Diseño de las Nuevas Rejillas

6.1. Rejillas Finas

La Tabla No. 6 describe los datos de entrada para el cálculo de las pérdidas en las nuevas

rejillas finas y las características de la selección de la rejilla fina. La altura aguas abajo de

las rejillas finas ha sido obtenida del perfil hidráulico y del Anexo No. 2 (ver Plano G – 09 y


Anexo No. 3

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Tabla No. 3 del Anexo No. 2 Estructura de Entrada - Niveles Hidráulicos en Estructu-

ras de Entrada Para Caudales de Exceso).

Tabla No. 6

Datos de Entrada Rejillas Finas

No. Rejillas en operación (con dos uni-

dades fuera de servicio) 6

Ancho del Canal de Aproximación (m) 1,6

Ancho del Canal en Rejillas (m) 2

Perforación, mm 6

Superficie Libre, % 51

Ángulo de Instalación 70

Coeficiente de Descarga, C 0,62

Las pérdidas en las rejillas finas se pueden calcular a través de la siguiente ecuación:

Donde,

HL = Pérdida de Energía, m

g = Aceleración gravitacional, 9,81 m/s2.

C = Coeficiente de descarga, típicamente 0,62

Q = Caudal aguas arriba de la rejilla, m3/s

Ae = Área efectiva de la rejilla, m2

El área efectiva de la rejilla debe corregirse de acuerdo con el porcentaje de colmatación

(b), el cual modifica dicha área teniendo en cuenta el espacio que ocupa el material reteni-

do. El área de la rejilla se multiplica por el porcentaje de área libre típico para este tipo de

rejillas (51%), teniendo en cuenta también el porcentaje de colmatación. Los cálculos de las

pérdidas fueron realizados asumiendo dos (2) unidades fuera de servicio, para cinco (5)

condiciones de caudal de acuerdo con los niveles aguas abajo de las rejillas finas y para

diferentes porcentajes de colmatación. Los resultados se muestran en la siguiente Tabla.


Anexo No. 3

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Tabla No. 7

Pérdidas en las Rejillas Finas con dos Unidades Fuera de Servicio

Cau-

dal

(m3/s)

Lámi-

na de

Agua

(m)

Área

Hidráuli-

ca (m2)

Velocidad

de Aproxi-

mación

(m/s)

HL

(mm)

, b

10%

HL

(mm)

, b

20%

HL

(mm)

, b

30%

HL

(mm)

, b

40%

Eleva-

ción

Aguas

Abajo

Eleva-

ción

Aguas

Arriba

con b =

40%

26 4,46 7,14 0,61 305 371 461 591 41,460 42,051

21,5 3,948 6,32 0,57 277 335 414 527 40,948 41,475

14 3,2 5,12 0,46 211 250 303 381 40,200 40,581

7 2,2 3,52 0,33 153 174 204 247 39,200 39,447

3 1,2 1,92 0,26 126 139 157 183 38,200 38,383

De acuerdo con estos resultados la máxima pérdida en las rejillas finas es de 591 mm, ésta

se presenta para un caudal pico de 26 m3/s. La pérdida máxima con un porcentaje de col-

matación del 40% es la que determina la altura aguas arriba de la rejilla fina para el cálculo

de las pérdidas en las rejillas gruesas.

6.2. Rejillas Gruesas

La Tabla No. 8 describe los datos de entrada para el cálculo de las pérdidas en las nuevas

rejillas gruesas, de acuerdo con las características descritas en la Sección 6.1. La altura

aguas abajo de las rejillas gruesas ha sido calculada con base en los cálculos realizados

para las rejillas finas.


Anexo No. 3

CAR



Tabla No. 8

Datos de Entrada Rejillas Gruesas

No. Rejillas en operación (Con

dos unidades fuera de servicio) 6

Ancho del Canal de Aproxima-

ción (m) 1,6

Ancho del Canal en Rejilla (m) 2

Espaciamiento entre barras, e

(mm) 38

Espesor de la barra, w (mm) 8

Coeficiente Geometría de barra 2,42

Superficie Libre, ao 0,8261

ao = e /

(e + w)

Ángulo de Instalación 75

Las pérdidas en las rejillas gruesas se pueden calcular a través de la siguiente ecuación:

Donde,

HL = Pérdida de Energía, m

b = Factor de forma de las barras, 2,42 para barras con la forma A (rectangular) de acuerdo

con el RAS 2000.

w = Espesor máximo de la sección transversal de las barras, en la dirección de flujo, m

e = Espaciamiento o separación mínima entre barras, m

h = Altura o cabeza de velocidad del flujo de aproximación, m

Ѳ= Ángulo de la rejilla con la horizontal

La anterior ecuación no tiene en cuenta la acumulación de material sólido en el espacia-

miento entre las barras, la cual aumenta las pérdidas a través de la rejilla. Para esto, se

considera un porcentaje de colmatación, el cual corrige el espesor de la barra (w) au-

mentándole el espacio que ocupa el material retenido y corrige el espaciamiento entre las

barras (e) restándole el mismo factor. Los cálculos de las pérdidas para las rejillas gruesas

con dos unidades fuera de servicio y las diferentes condiciones de caudal se muestran en la

siguiente Tabla.


Anexo No. 3

CAR



Tabla No. 9

Pérdidas en las Rejillas Gruesas con Dos Unidades Fuera de Servicio

Cau-

dal

(m3/s)

Lámi-

na de

Agua

(m)

Área

Hidráu-

lica (m2)

Velocidad

de Aproxi-

mación

(m/s)

HL

(mm)

, b

10%

HL

(mm)

, b

20%

HL

(mm)

, b

30%

HL

(mm)

, b

40%

Eleva-

ción

Aguas

Abajo

Eleva-

ción

Aguas

Arriba

26 5,05 8,08 0,54 18 37 68 154 42,051 42,205

21,5 4,47 7,15 0,5 15 32 59 134 41,475 41,609

14 3,58 5,73 0,41 10 21 39 89 40,581 40,67

7 2,45 3,92 0,3 5 11 21 48 39,447 39,495

3 1,38 2,21 0,23 3 7 12 28 38,383 38,411

Las pérdidas en las rejillas pueden alcanzar hasta 1 metro (WEF, 2010), en Colombia el

RAS recomienda que éstas no sean mayores a 75 cm calculadas sin tener en cuenta el

porcentaje de colmatación. La pérdida para las rejillas gruesas no superará 154 mm y para

las rejillas finas estará alrededor de 591 mm, indicando que las pérdidas en el sistema de

cribado diseñado no superan los límites recomendados. La pérdida en el sistema de criba-

do se limita a 745 mm en condiciones de máxima colmatación y caudal máximo.

7. Operación de las Instalaciones del Sistema de Cribado

Elevar los niveles del agua en la toma de las bombas de la estación de bombeo implica un

alto gradiente hidráulico a través de las instalaciones y los canales de las rejillas. Como

consecuencia las velocidades horizontales de diseño de aproximación a las rejillas con ba-

se en ocho (8) sistemas de cribado en operación son bajas y podría presentarse deposición

de sólidos. Cuando las velocidades horizontales están por debajo de 0,3 m/s los sólidos

más pesados (como las arenas) pueden sedimentarse en los canales.

Por esta razón, existen métodos para minimizar la deposición de sólidos, los cuales se

muestran a continuación:

■ Mezclado con Aire: Consiste en la instalación de difusores para mezclar los sólidos en el agua. Un proceso en donde se aplica esta tecnología de forma similar son los desa-renadores aireados. Sin embargo, la aplicación de esta tecnología debe de ser recha-zada debido al impacto por olores.


Anexo No. 3

CAR



■ Mezclado con Bombas tipo Jet: Consiste en bombas sumergibles las cuales bombean agua residual a través de un sistema de tuberías sumergido con puertos de descarga. Como consecuencia de esto el agua residual bombeada mezcla los sólidos contenidos en el caudal afluente. Este sistema es instalado en las cámaras del afluente y en los ca-nales después de las rejillas. Típicamente el mezclado por medio del sistema de bom-bas tipo Jet opera con un temporizador.

■ Modificaciones Estructurales: El ancho de los canales en las rejillas ha sido reducido de 2 m a 1,6 m. Esto provee un incremento en la velocidad horizontal de aproximación del 25%. Por otro lado, en el lugar donde se instalan las rejillas el ancho del canal se incre-menta a 2 metros.

Durante los eventos de lluvia cuando el caudal afluente a la Planta se encuentre entre 14

m3/s y 26 m3/s, la línea de gradiente hidráulico se incrementará a través del sistema de cri-

bado. El objetivo durante este periodo es cribar todo el caudal afluente, el cual ocurrirá du-

rante 4 a 8 horas. Bajo estas condiciones algunos sólidos podrían sedimentarse en los ca-

nales. Es así como después de un evento de lluvia los operadores de la Planta deberán

aislar canales e incrementar las velocidades de aproximación, como consecuencia se re-

suspenderán los sólidos sedimentados. La Tabla No. 10 describe las velocidades de

aproximación en el canal de las rejillas bajo diferentes condiciones de elevación del agua

en la toma de las bombas de la estación de bombeo, para la condición crítica de sedimen-

tación en los canales (caudal seco de 7 m3/s):

Tabla No. 10

Operación de las Rejillas en Condiciones de Caudal Seco (7 m3/s )

Velocidad de Aproximación (m/s)

Número de Rejillas en Servicio

Elevación de Opera-ción de las Bombas

Lámina de

Agua (m)

Área Hidráulica

(m2)

8 7 6 5 4

40,2 3,2 5,12 0,171 0,195 0,228 0,273 0,342

39,2 2,2 3,52 0,249 0,284 0,331 0,398 0,497

38,2 1,2 1,92 0,456 0,521 0,608 0,729 0,911

Cada canal de rejillas tendrá una compuerta deslizante motorizada (ver Plano M – 10). Ésta

permitirá a los operadores de la Planta cerrar un canal de rejillas rápidamente. La propuesta

del Consorcio es tener 8 canales donde se instalarán una rejilla gruesa y una rejilla fina en

cada uno. De esta manera el sistema de cribado está dimensionado para manejar 26 m3/s

como caudal máximo durante los eventos de lluvia. Durante tiempo seco estarán en opera-

ción entre 4 y 8 sistemas de cribado dependiendo de la estrategia de operación de la plan-

ta.


Anexo No. 3

CAR



Por otro lado la velocidad de aproximación a las rejillas se debe mantener por debajo de 0,9

m/s, para evitar forzar el paso del material retenido a través de las rejillas. En la Tabla No.

11 se muestran las velocidades de aproximación a los canales en las rejillas bajo la condi-

ción crítica de velocidades máximas (caudal máximo de 26 m3/s).

Tabla No. 11

Operación de las Rejillas en Condiciones de Caudal Máximo (26 m3/s )

Velocidad de Aproximación (m/s)

Número de Rejillas en Servicio

Elevación de Opera-ción de las Bombas

Lámina de

Agua (m)

Área Hidráulica

(m2)

8 7 6 5 4

41,46 4,46 7,14 0,455 0,520 0,607 0,729 0,911

40,20 3,2 5,12 0,635 0,725 0,846 1,016 1,270

39,20 2,2 3,52 0,923 1,055 1,231 1,477 1,847

38,20 1,2 1,92 1,693 1,935 2,257 2,708 3,385

Para poder mantener la velocidad de aproximación menor a 0,9 m/s, la operación de la

Planta deberán mantener el nivel en el pozo de succión de las bombas por encima de la

elevación 40,20 m y operar como mínimo seis (6) canales de acuerdo con los resultados de

la Tabla No. 11.

Las compuertas deslizantes motorizadas en cada canal proveen flexibilidad en la operación

de la Planta para utilizar el número de canales de rejillas como se requiera, y desempeñar

eficientemente las rejillas y mantener la velocidad de aproximación adecuada para no per-

mitir sedimentación de sólidos en el canal y el paso de los sólidos retenidos en las rejillas.


Anexo No. 3

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8. Referencias Bibliográficas

1. Water Environment Federation and the American Society of Civil Engi-

neers/Environmental and Water Resources Institute (2010). “Design of Municipal

Wastewater Treatment Plants”, WEF Manual of Practice No. 8 (MOP 8), ASCE Ma-

nuals and Reports on Engineering Practice No. 76” Fifth Edition.

2. Ministerio de Desarrollo Económico. (2000). Titulo E: Tratamiento de Aguas Resi-

duales. En Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico

RAS - 2000.

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