UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN...

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Fundada en 1551

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS

E.A.P. DE INGENIERIA MECANICA DE FLUIDOS

DESCRIPCIÓN HIDRÁULICA DE LA BATERÍA DE FILTROS DE PLANTA Nº 1 DE LA ATARJEA

INFORME PROFESIONAL

Para optar el Título Profesional de :

INGENIRO MECÁNICO DE FLUIDOS

AUTOR

FÉLIX WILLY CRISTÓBAL ESCOBAR

LIMA – PERÚ 2005

DEDICATORIA El presente trabajo es dedicado íntegramente a mi Padre Juan Félix Cristóbal Morales QEPD, así como a mi Madre, Esposa, Hijo y Hermanos, que gracias a todos ellos he podido concretar mi carrera profesional de Ingeniería Mecánica de Fuidos, especializado en el área de Hidráulica e Hidrología. Asimismo, un agradecimiento especial al Sr. Director Ing. Guido Américo Rozas Olivera, puesto que siempre ha sido un profesional a carta cabal y ha brindado todo el apoyo necesario para aprender los elementos básicos de la Mecánica de Fluidos.

OBJETIVO

Descripción hidráulica de la Batería de Filtros de la Planta Nº 01 de La Atarjea, para calcular la pérdida total de carga hidráulica Hftotal.

ÍNDICE

OBJETIVO CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2

2.1.Mecanismos de Filtración 2 2.1.1. Mecanismos de Transporte 2

(a) Impacto Inercial (b) Intercepción

(c) Sedimentación

(d) Difusión

2.2. Factores que Influyen en la Filtración

2.2.1. Características de la Filtración

(a) Tipo de Partículas Suspendidas

(b) Tamaño de las Partículas Suspendidas

(c) Densidad de las Partículas Suspendidas

(d) Resistencia o Dureza de los Flóculos

(e) Temperatura

(f) Concentración de Partículas Suspendidas

(g) Potencial Z

(h) pH

2.2.2. Características del Medio Filtrante

(a) Tipo de Medio Filtrante

(b) Tamaño Efectivo del Material Filtrante

(c) Espesor de las Capas Filtrantes

2.2.3.Características Hidráulicas

(a) Tasa de Filtración

(b) Carga Hidráulica Disponible

(c) Calidad del Efluente

(d) Consideraciones Finales Sobre los Factores que Influyen en Filtración

2.3. Uso y Aplicación de la Filtración en el Tratamiento de Agua 2.4. Unidades y Tipos de Filtración

2.4.1. Filtración Lenta 2.4.2 Filtración Rápida

(a) Filtración Directa con Flujo Ascendente

(a-1) Límites de Parámetros Operacionales (a-2) Diferentes Posibilidades de Filtración Directa

(b) Filtración Directa con Flujo Descendente

(b-1) Límites de Parámetros Operacionales

(b-2) Diferentes Posibilidades de Filtración Directa (b-3) Diferentes Tipos de Controles en el Sistema de Filtración

2.5. Tipos de Filtración en Plantas de Tratamiento La Atarjea 2.5.1. Filtros Aquazur tipo T (Planta Nº 1) 2.5.2. Filtros Aquazur tipo V (Planta Nº 2)

CAPÍTULO III DESARROLLO DEL ESTUDIO HIDRÁULICO DE LA BATERÍA DE FILTROS DE PLANTA Nº 1

3.1. Esquema de Ubicación de la Filtración en el Proceso de Tratamiento de Agua

3.2. Descripción de las Unidades de Filtración

3.3. Operación de Lavado de Filtros en Planta Nº 1

3.3.1. Condiciones de Lavado del Filtro

3.3.2 Procedimiento de Lavado del Filtro

3.4. Vulnerabilidad de Unidades Hidráulicas de Filtración 3.5. Mejoramiento y Rehabilitación de Batería de Filtros de Planta Nº 1 3.6. Aparatos de Control 3.7. Anomalías que Producen Deficiencias en los Filtros CAPÍTULO IV PÉRDIDA DE CARGA HIDRÁULICA EN BATERÍA DE

26 FILTROS DE PLANTA Nº 1

4.1. Condiciones de Diseño

4.2. Condiciones Iniciales de la Arena 4.2.1. Características de la Arena en 36 Filtros de Planta Nº 1

4.3. Condiciones Iniciales de la Grava

4.3.1. Características de la Grava en 36 Filtros de Planta Nº 1

4.4. Cálculo de la Pérdida de Carga en el Sistema de Filtración

4.4.1. Pérdida de Carga a la Entrada del Filtro 4.4.2. Pérdida de Carga en el Lecho Filtrante

(a) En la Arena

(b) En la Grava

(c) En Todo el Lecho Filtrante

4.4.3. Pérdida de Carga por Toberas

(a) Pérdida de Carga por Entrada a la Tobera

(a-1) Por Contracción (a-2) Por Expansión (a-3) Pérdida Total (Contracción y Expansión)

(b) Pérdida de Carga por Contracciones

(c) Pérdida de Carga por Fricción en Tubería

(d) Pérdida de Carga a la Salida del Vástago (e) Pérdida de Carga Total en Toberas

4.4.4. Pérdida de Carga a la Salida de la Cámara 4.4.5. Pérdida de Carga por Accesorios

(a) Pérdida de Carga por Codos

(b) Pérdida de Carga por Tee

(c) Pérdida de Carga por Válvula

(d) Pérdida de Carga por Fricción

(e) Pérdida Total por Accesorios

4.5. Pérdida de Carga Total en el Filtro Nº 1 de Planta N° 1

4.6. Pérdida de Carga Total en Batería de Filtros de Planta N° 1

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS

A) TABLAS Y DIAGRAMA B) FOTOS C) VISTA DE PLANOS

Descripción Hidráulica de la Batería de Filtros de Planta No. 1 de La Atarjea. Félix Willy, Cristóbal Escobar.

Derechos reservados conforme a Ley

Elaboración y diseño en formato PDF por la Oficina General del Sistema de Bibliotecas y Biblioteca Central de la UNMSM

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN En la Planta de Tratamiento La Atarjea – Planta N° 1, que se muestra en la Lámina N° 01 la filtración representa la última etapa física del proceso de tratamiento del agua potable, que debe de cumplir con estándares de calidad necesarios, dado que es para Consumo Humano. La Planta de Tratamiento de Agua Potable “Gustavo Laurie Solis” o Planta Nº 01 La Atarjea, opera desde el año 1955, fue diseñado y construido inicialmente para un caudal de 5 m3/s, compuestos de 36 Unidades de Filtración por gravedad de 3.600 m2 de área de filtración total y que actualmente se encuentran en funcionamiento – Ver lámina N° 1 (ítem 08) Posteriormente en el año 1965 se amplió la capacidad de la Planta a 7,5 m3/s, con la modificación estructural de los filtros. Finalmente en el año 1977 se profundizan los falsos fondos de los Filtros a fin de incrementar la Producción a 10 m3/s como caudal teórico, pero actualmente el rendimiento se encuentra entre 70 a 80 % aproximadamente, esto debido a que existen varios Filtros del año 1955, encontrándose sus estructuras al nivel de las cámaras y falso fondo con debilitamiento, por lo que en cualquier momento pueden colapsar frente a eventos naturales (sismos) por resistencias elevadas de cargas. Es de importancia conocer el sistema de Filtración en la Batería de Filtros (36 unidades) de la Planta Nº 1, puesto que abastece a mas de un tercio de la Población de Lima, por lo que es de gran necesidad controlar el proceso, estado actual, capacidad real y vulnerabilidad en la Filtración, a fin de garantizar la dotación en cantidad y calidad como atención a la Demanda.




CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO La filtración consiste en la remoción de partículas suspendidas y coloidales presentes en una suspensión acuosa que escurre a través de un medio poroso. En general la filtración es la operación final que se realiza en una planta de tratamiento de agua y por consiguiente, es la responsable principal de la producción de agua de calidad coincidente con los patrones de potabilidad. La filtración en la Batería de Filtros de Planta N° 1 se da a través de Filtros Aquazur de tipo T, se trata de filtros rápidos de arena; de flujo descendente y con tasa de filtración constante, para un caudal de operación máxima de 10 m3/s, aquí se produce la clarificación completa del agua en el proceso de tratamiento de Agua Potable. 2.1. Mecanismos de Filtración

Como las fuerzas que mantienen a las partículas removidas de la suspensión adheridas a las superficies de los granos del medio filtrante son activas para distancias relativamente pequeñas, la filtración es usualmente considerada como el resultado de dos mecanismos distintos, pero complementarios: Transporte y adherencia. Inicialmente, las partículas a removerse son transportadas de la suspensión a la superficie de los granos del medio filtrante. Ellas permanecerán adheridas a los granos, siempre que resistan la acción de las fuerzas de corte debidas a las condiciones hidrodinámicas del escurrimiento. El transporte de partículas es un fenómeno físico e hidráulico, afectado principalmente, por los parámetros que gobiernan la transferencia de la masa. La adherencia entre partículas y granos es básicamente un fenómeno de acción superficial, que es influenciado por parámetros físicos y químicos.

2.1.1. Mecanismos de Transporte

La mayor parte de los trabajos realizados con el objeto de verificar los factores que influencien el transporte de las partículas, destacan la diferencia que existe entre la filtración de acción superficial y la profundidad. En el primer caso, la formación de un manto de partículas removidas está localizada encima de las




primeras capas del medio filtrante, es responsable de aproximadamente el 90% de la pérdida de carga total, mientras que, en el segundo caso, la penetración de partículas es profunda, produciéndose una distribución de pérdidas de carga en todo el medio filtrante. La acción física de cernido es un mecanismo dominante en la filtración de acción superficial, mientras que, en la filtración de acción a profundidad, este mecanismo es el de menor importancia entre otros responsables por el transporte de las partículas.

(a) Impacto Inercial

Durante el escurrimiento, las líneas de corriente divergen al estar cerca de los granos del medio filtrante, de modo que las partículas suspendidas, con cantidad de movimiento suficiente para mantener su trayectoria, colisionan con los granos, según se muestra en la figura N° 1

Para caracterizar la eficiencia de este mecanismo fueron propuestos dos modelos matemáticos:

Dvd

II oos

µρ18

2

= ....(1)

c

Fig. N°1 Mecanismo de Impacto Inercial




gDv

FF i

g

i22

= ..(2)

donde :

II = parámetro adimensional que representa la eficiencia del mecanismo

ρs = densidad de las partículas suspendidas (ML-3) d = diámetro de las partículas suspendidas (L) D = diámetro de los granos del medio filtrante (L) voo

= velocidad de aproximación (LT-1)

µ = viscosidad absoluta del agua (ML-1T-1) Fi = fuerza de inercia (MLT-2) Fg = fuerza de gravedad (MLT-2) vi = velocidad intersticial (LT-1) g = aceleración de la gravedad (LT-2)

Las ecuaciones (1) y (2) tienen en común que la eficiencia del mecanismo depende del tamaño de los granos y de la velocidad de aproximación, ya que la velocidad intersticial es igual a la de aproximación dividida por la porosidad media del medio filtrante. El efecto del impacto inercial es despreciable cuando se consideran partículas suspendidas de un tamaño comprendido entre 0,01 y 0,10 µm y de densidad entre 1,00 y 2,65 Kg/m3 cuando el régimen de escurrimiento es laminar.

c

Fig. N°2 Mecanismo de Intercepción




(b) Intercepción

Normalmente, el régimen de escurrimiento durante la filtración es laminar, y por lo tanto, las partículas se mueven a lo largo de las líneas de corriente. Debido a que las partículas suspendidas tienen densidad aproximadamente igual a la del agua, ellas serán removidas de la suspensión cuando, con relación a la superficie de los granos del medio filtrante, las líneas de corriente están a una distancia menor que la mitad del diámetro de las partículas suspendidas, como lo muestra la figura N° 2. La ecuación (3), propuesta por Ives, fue desarrollada para partículas suspendidas y granos del medio filtrante de forma esférica.

Dd

I = ...(3)

donde:

I = parámetro adimensional de intercepción d = diámetro de las partículas suspendidas (L) D = diámetro de los granos del medio filtrante (L)

(c) Sedimentación

El efecto de la gravedad sobre las partículas suspendidas durante la filtración fue sugerido hace más de 70 años, cuando Hazen consideró los poros de los filtros lentos de arena como pequeñas unidades de sedimentación. Sin embargo, la contribución de este mecanismo fue considerada despreciable por mucho tiempo, pues la velocidad de sedimentación de las partículas suspendidas y, especialmente, la de los pequeños flóculos, es mucho más pequeña en comparación con la velocidad intersticial. La velocidad de sedimentación de las partículas puede calcularse por la ecuación de Stokes, representada por la siguiente ecuación:

µρρ

18

)( 2dgv as

s

−= ...(4)




vs = velocidad de sedimentación de las partículas (LT-1) ρs = densidad de las partículas (ML-3)

ρa = densidad del agua (ML-3) d = diámetro de las partículas (L) µ = viscosidad absoluta del agua (ML-1T-1)

g = aceleración de la gravedad (LT-2)

Para g=9,8 m/s2, ρa =1000 kg/m3; µ = 10−3 kg/m/s y partículas de arcilla

suspendida de d = 10 �µ�m y ρ�=2.500 Kg/m3, vs resulta aproximadamente igual a 0,1 mm/s. El análisis del escurrimiento alrededor de una esfera muestra que la velocidad tangencial decrece hasta hacerse cero en la superficie del grano.

La figura N° 3 muestra el esquema del mecanismo de sedimentación, resaltando la acción de la gravedad sobre la partícula suspendida.

oo

as

oo

s

v

dg

v

v

µρρ

18

)( 2−= ...(5)

Siendo vs/voo la relación de la velocidad de sedimentación y la velocidad de aproximación de la partícula en suspensión respecto a la superficie del grano, y que tiende a ser cero en el punto tangencial. donde:

g = aceleración de la gravedad (LT-2) voo = velocidad de aproximación (LT-1) vs = velocidad de sedimentación, determinada en la ecuación (4)

c

F i g . N ° 3 M e c a n i s m o d e S e d i m e n t a c i ó n




(d) Difusión

Se ha observado que las partículas relativamente pequeñas presentan un movimiento errático cuando se encuentren suspendidas en un medio líquido. Este fenómeno, resultado de un bombardeo intenso a las partículas suspendidas por las moléculas de agua, es conocido como movimiento Browniano y es debido al aumento de la energía termodinámica y a la disminución de la viscosidad del agua. El movimiento de partículas mayores que 1 µ�m es afectado por la fuerza de arrastre y de inercia de las mismas, y por lo tanto, la intensidad del movimiento de difusión resulta inversamente proporcional al tamaño de las partículas suspendidas. La figura N° 4 muestra, esquemáticamente, como se produce el transporte de partículas por el mecanismo de difusión.

A pesar de que la floculación pericinética se produce debido al movimiento Browniano, parece que la misma no es significativa en la filtración; por lo tanto, el mecanismo de difusión ha sido evaluado por otros parámetros, tales como: la relación entre la traslación media de las partículas suspendidas y el diámetro de los granos del medio filtrante, o por el número de Peclet.

2.2. Factores que Influyen en la Filtración

La eficiencia de la Filtración está relacionada con las características de la suspensión y del medio filtrante, con la hidráulica de la filtración y la calidad del efluente. Por

c

F i g . N ° 4 M e c a n i s m o d e D i f u s i ó n




ejemplo, la filtración de agua cruda en filtros lentos de arena, y la de agua coagulada en filtros rápidos de arena, resultan de interacciones distintas entre los granos del medio filtrante y las partículas suspendidas, pues un factor importante de ser tenido en cuenta en la filtración lenta puede, muchas veces, no ser importante para la filtración directa.

2.2.1 Características de la Filtración

De modo general, la eficiencia de remoción de partículas suspendidas en un medio filtrante, está relacionada con las siguientes características de la suspensión:

- Tipo de partículas suspendidas; - Tamaño de las partículas suspendidas; - Densidad de las partículas suspendidas; - Resistencia o dureza de las partículas suspendidas (flóculos); - Temperatura del agua a ser filtrada; - Concentración de partículas en el afluente; - Potencial Zeta de la suspensión; y - pH del afluente.

(a) Tipo de Partículas Suspendidas

La filtración de flóculos que no sedimentan en una planta de ablandamiento difiere sustancialmente del caso en que se tienen flóculos provenientes de pretratamiento con una sal de fierro o aluminio. Por otro lado, el tipo de partículas primarias presentes en el agua cruda influye en la eficiencia de la filtración. Por ejemplo, la existencia de algas en el afluente a los filtros de una instalación de filtración directa, influye en la formación de curvas de pérdida de carga más acentuadas que aquellas en que el afluente solo posee partículas suspendidas coaguladas de arcilla o sílice.

(b) Tamaño de las Partículas Suspendidas

Existe un tamaño crítico de partículas suspendidas, del orden de 1 µm, para el cual se tiene menos oportunidad de contacto entre la partícula suspendida y el grano del medio filtrante. Este hecho se puede observar desde el principio cuando el medio filtrante está limpio, hasta el final de la carrera de filtración.




Algunos productos químicos, como los coagulantes tradicionales y polímeros, pueden usarse para ajustar el tamaño de las partículas suspendidas de modo de obtener una eficiencia mayor. Las partículas menores que el tamaño crítico serán removidas eficientemente debido a la acción de otros mecanismos, como la interceptación y sedimentación.

(c)Densidad de las Partículas Suspendidas

Cuanto mayor sea la densidad de las partículas suspendidas, mayor será la eficiencia de remoción de las partículas de tamaño superior al crítico mencionado anteriormente.

(d) Resistencia o Dureza de los Flóculos

La dureza de los flóculos es otro factor importante en la filtración rápida, pues los flóculos débiles tienden a fragmentarse y penetrar fácilmente en el interior del medio filtrante, favoreciendo que ocurra el traspase final de la turbidez límite, mientras que los flóculos duros o resistentes no se fragmentan fácilmente, pero producen una pérdida de carga mayor.

(e) Temperatura

En general, el aumento de temperatura conduce a una eficiencia mayor pues se tiene un aumento de energía termodinámica en las partículas del agua y consecuentemente, la difusión se vuelve un mecanismo importante cuando se tienen partículas suspendidas menores de una micra. Por otro lado, la disminución de la viscosidad facilita la acción del mecanismo de sedimentación de partículas mayores de 1 µm.

(f)Concentración de Partículas Suspendidas

Cuando el medio filtrante se encuentra limpio la eficiencia de remoción depende de la concentración de partículas suspendidas en el afluente. Después de algún tiempo de filtración, la eficiencia de remoción aumenta con el aumento de concentración de las partículas suspendidas en el afluente, pues las partículas retenidas hacen de colectoras con otras partículas suspendidas. Evidentemente, al existir una eficiencia de remoción mayor con el aumento de concentración, la curva de pérdida de carga en función del tiempo será más acentuada.




(g) Potencial Z

Cuando las partículas suspendidas y los granos del medio filtrante tienen potencial Z del mismo signo, la interacción entre las capas dificulta la adherencia, reduciendo la eficiencia de remoción. Como los materiales filtrantes usuales presentan potenciales Z negativas, sería conveniente que las partículas suspendidas tuviesen potencial Z negativo.

(h) pH

El pH influye en la capacidad de intercambio iónico entre las partículas suspendidas y los granos del medio filtrante. Para valores de pH inferiores a 7,0 disminuye el intercambio de cationes y aumenta el intercambio de aniones sobre las superficies positivas; mientras que para valores de pH superiores a 7,0 se produce un aumento en el intercambio de cationes y una disminución en el intercambio de aniones sobre las superficies negativas.

2.2.2. Características del Medio Filtrante

Entre las características del medio filtrante que influyen en la filtración, se destacan: - El tipo del medio filtrante; - El tamaño efectivo del material filtrante; y - El espesor de la capa filtrante.

(a) Tipo de Medio Filtrante

El tipo de medio filtrante debe seleccionarse basándose en la calidad que se desea para el agua filtrada. Adicionalmente, también debe tenerse en cuenta, la duración de la carrera de filtración y la facilidad de lavado. Un medio filtrante ideal es aquel de una determinada granulometría y granos de un cierto peso específico, que requiere una cantidad mínima de agua para ser lavado específicamente y que es capaz de remover la mayor cantidad posible de partículas suspendidas, produciendo un efluente de buena calidad.




(b) Tamaño Efectivo del Material Filtrante

Los materiales filtrantes se especifican sobre la base de por lo menos cuatro características:

ü Tamaño efectivo (Te): en relación al porcentaje (en peso) que pasa por las mallas de una serie granulométrica, el tamaño efectivo se refiere al tamaño de granos correspondiente al porcentaje de 10 %.

ü Coeficiente de uniformidad (Cu): con relación al porcentaje (en peso) que pasa por las mallas de una serie granulométrica, el coeficiente de uniformidad es igual a la relación entre el tamaño de los granos correspondiente al 60% y el tamaño de los granos correspondiente al 10%.

ü Forma: la forma de los granos normalmente se evalúa en función del coeficiente de esfericidad (Ce), que es igual a la relación entre el diámetro de una esfera, de velocidad de sedimentación igual a la del grano considerado, y el tamaño medio de los granos entre dos mallas consecutivas de la serie granulométrica, entre las que se preparó el medio filtrante.

ü Peso específico (Pe): el peso específico del material es igual al peso de los granos dividido por el volumen efectivo que ocupa los granos.

Estas cuatro características son muy importantes para especificar los materiales que componen un medio filtrante de dos o más capas.

(c)Espesor de las Capas Filtrantes

La operación ideal de un filtro es aquella en que la pérdida de carga máxima se produce en el mismo instante en que el efluente presenta la turbiedad límite, conforme se puede observar cualitativamente en la Figura N° 5. que muestra la curva de pérdida de carga y turbidez del efluente en función de la duración de la carrera de filtración y del espesor del medio filtrante, para una determinada tasa de filtración, turbiedad límite fijada, pérdida de carga límite fijada, e invariables las demás características de la suspensión y del medio filtrante.




2.2.3. Características Hidráulicas

Las características hidráulicas que influyen en la eficiencia de la filtración son: la tasa de filtración, la carga hidráulica disponible, la calidad del efluente y algunas consideraciones que influyen en la filtración. (a) Tasa de Filtración

El empleo de tasas de filtración bajas no asegura, necesariamente, la producción de agua filtrada de mejor calidad y mayor volumen de agua producida por carrera de filtración. Al inicio de la carrera de filtración se observará que luego de algunos minutos, la calidad del efluente es prácticamente la misma cuando el pretratamiento se realiza eficientemente. Sin embargo cuando el pretratamiento es deficiente la calidad del efluente filtrado es mejor para tasas de filtración muy bajas. Las variaciones de velocidad durante una carrera de filtración son muchas veces inevitables y pueden afectar sustancialmente la calidad del efluente. De un modo general, los efectos de las variaciones de tasa de filtración dependen principalmente de la magnitud de la variación producida, de la tasa de filtración, de la perdida de carga presentada por el filtro en el momento en que ocurre la variación de la tasa de filtración, y de la forma en la que se realiza la variación.

c

Fig. N°5 Punto Óptimo de Operación enfunción de la Carrera de Filtración yespesor de la capa filtrante

Pérdida de carga

Agua filtradaPunto óptimo

Dur

ació

n de

la c

arre

ra d

e fil

traci

ón

Espesor de la capa filtrante




(b) Carga Hidráulica Disponible

La carga hidráulica a fijarse en un filtro influye significativamente en la duración de la carrera de filtración. Este parámetro es empírico y normalmente es seleccionado por el proyectista. Sin embargo, estudios mostraron que los filtros de tasa declinante producen carreras de filtración más largos que los de tasa constante para una misma pérdida de carga en el medio filtrante y la misma tasa de filtración promedio. Esto significa que los filtros de tasa constante necesitarían de una carga hidráulica disponible superior a los de tasa declinante para obtener carreras de filtración de la misma duración. Por otro lado, fijar la carga hidráulica con la que un filtro o un sistema de filtración debe operar, depende de otros factores, como el espesor y granulometría del medio filtrante, aspectos económicos, etc.

(c) Calidad del Efluente

La calidad del efluente está relacionada con diversas características inherentes al filtro propiamente dicho, al uso a que se destina el agua filtrada, y a la existencia de una operación eficiente. Los patrones de potabilidad varían entre los diversos países, por lo tanto, de un modo general, la turbidez del efluente no debe superar a 5 NTU y preferentemente, no ser inferior a 1 NTU. Se aconseja que el agua filtrada no presente color, por lo tanto se toleran valores inferiores a 5 unidades. Desde el punto de vista bacteriológico, los filtros constituyen una barrera sanitaria a los microorganismos, obteniéndose una eficiencia de remoción superior al 99%.

Es usual obtener agua filtrada que presente las condiciones antes mencionadas a través de filtros de capa única de arena y de dos o más capas. Sin embargo, la calidad del agua filtrada no es constante desde inicio hasta el final de la carrera de filtración. La Figura N° 6 muestra la variación de la calidad del agua filtrada después de que el filtro recién lavado entró en operación.




(d) Consideraciones Finales Sobre los Factores que Influyen en la Filtración

Desde el punto de vista académico, representar los factores por separado facilita la comprensión de la influencia que ejerce cada uno en la eficiencia de la filtración. En la realidad, la filtración es una operación compleja que no puede ser analizada simplemente en función de una variable, sin tener en cuenta la influencia de los demás. La filtración de diferentes suspensiones en un mismo medio filtrante y con las mismas características hidráulicas, da como resultados efluentes de diferentes calidades y curvas de pérdidas de cargas de formas distintas. Algunas aguas tienen curvas de pérdida de carga aproximadamente lineal mientras que otras presentan curvas exponenciales de la pérdida de carga en función del tiempo. Debido a la complejidad de la filtración, se procuró obtener un parámetro que relacione las principales variables de la filtración a fin de que la misma se realice eficientemente.

L

HDvK oo

∆∆

=3

...(6)

donde: K = índice de la filtrabilidad voo = velocidad de aproximación (LT-1) D = diámetro de los granos del medio filtrante (L) ∆H = pérdida de carga en la capa filtrante de espesor ∆L (L)

c

Fig. N°6 Variación de la Calidad del efluente DurantelaCarrera de Filtración

Cal

idad

tiempo




2.3. Uso y Aplicación de la Filtración en el Tratamiento de Agua

El uso de la filtración en el tratamiento de agua no es reciente, teniendo noticias de que la primera instalación de filtración en arena fue construida en el siglo XIX, en Inglaterra. Este tipo de instalación funcionaba con tasas de filtración inferiores a 4 m3/m2/día; y por necesitar de un área relativamente extensa, no obtuvo éxito en los Estados Unidos donde en cambio se desarrollaron los filtros rápidos de arena a finales del siglo XIX. Estas últimas instalaciones filtraban agua sometida preliminarmente a las operaciones de coagulación, floculación y sedimentación, y funcionaban con tasa constante e igual a 120 m3/m2/día. Hasta 1950 muy poco se había alterado en la práctica de filtración, siendo consideradas dos condiciones para el cierre de la carrera de filtración: (1) que la carga hidráulica disponible se utilizara totalmente; y (2) que la turbidez, o la concentración de sólidos en el agua filtrada, alcanzara un valor predeterminado. La operación ideal era aquella en que las dos condiciones ocurrían simultáneamente. Más tarde con la necesidad del aumento de la tasa de filtración, el tiempo de funcionamiento de los filtros entre lavados sucesivos disminuyó a la misma carga hidráulica disponible, lo que indicaba que era necesario efectuar cambios en el medio filtrante para que se mantuviera la duración de las carreras de filtraciones en condiciones anteriores. Mucho se ha investigado sobre los medios filtrantes y como consecuencia, han surgido los filtros de flujo ascendente, los filtros de dos capas (antracita y arena), y los de tres capas (antracita, arena y granate).

Esquemas de Instalaciones de Tratamiento de Agua en Cuanto a la Función de la Unidad de Filtración




2.4. Unidades y Tipos de Filtración

Los tipos principales de las unidades de filtración en función de la tasa de filtración, sentido de escurrimiento, presión, y demás características inherentes a la instalación.

2.4.1. Filtración Lenta

Ventajas: ü La mayor ventaja de esta unidad reside en su simplicidad. Este filtro sin

controlador de velocidad y con controles de nivel mediante vertederos es muy sencillo y confiable de operar con los recursos disponibles en el medio rural de los países en desarrollo.

Restricciones:

ü El filtro lento sólo no debe operar con aguas con turbiedades mayores a 20 ó 30 NTU, esporádicamente se pueden aceptar picos de 50 a 100 NTU.

ü La eficiencia de esta unidad se reduce a temperaturas inferiores a los 4 ºC. ü La presencia de biocidas o plaguicidas en el afluente pueden modificar o

destruir el proceso microbiológico que sirve de base a la filtración lenta.

ESQUEMAS DE INSTALACIONES DE TRATAMIENTO DE AGUAEN CUANTO A LA FUNCION DE LA UNIDAD DE FILTRACION.

AGUACRUDA

Mezcla Rápida. Floculación

FloculaciónMezcla Rápida FiltraciónAGUACRUDA

Sedimentación.

Empleo deProductosQuímicos.

Agua conprecipitados decarbonato de

calcio

FiltraciónMezc. RápidaAGUACRUDA

AGUA CONDUREZA

ELEVADA

Filtración.AireaciónAGUACON FE

Y MN

Sedimentación Filtración

Filtración




Características Generales de Construcción y Operación: ü Velocidad de filtración; de 0,935 a 2,805 m3/m2/día ü Tamaño del lecho; Grande, ½ acre (2.023 m2) ü Profundidad del lecho; 30,50 cm de grava, 1,06 cm de arena, generalmente

reducida a no menos de 61 cm por raspado. ü Tamaño de la arena; tamaño efectivo de 0,25 a 0,35 a 0,35 mm, coeficiente

de no uniformidad: 2 a 2,5 a 3 mm. ü Distribución del tamaño de granos de arena en el filtro; No estratificado. ü Sistema de drenaje inferior; laterales de arcilla seleccionados, tendidos en

piedra gruesa, y descargando a los drenes principales de arcilla o concreto. ü Pérdida de carga; 1,52 cm inicial a 3,04 cm final. ü Duración del ciclo entre limpiezas; 20 a 30 a 60 días ü Penetración de la materia suspendida; Superficial.

2.4.2. Filtración Rápida

La filtración rápida, realizada por gravedad, es usualmente empleada en plantas de tratamiento para fines de abastecimiento público. Puede ser de flujo ascendente, obteniéndose así el denominado “filtro ruso”, y ser operado con tasa de filtración constante o declinante. Cuando es de flujo descendente la filtración rápida puede realizarse con tasa declinante o constante, en filtros de capa única de arena o de capas múltiples. El método de operación de los filtros depende, esencialmente, de la forma como se aplica la carga hidráulica disponible. Por otro lado, la utilización de la carga hidráulica disponible está relacionada con la pérdida de carga en el medio filtrante y el dispositivo de control. La tasa de filtración está relacionada con la carga hidráulica disponible y la resistencia del filtro (pérdida de carga en el medio filtrante + pérdida de carga en las tuberías, y accesorios + perdida de carga en el dispositivo de control, etc.), a través de la siguiente expresión:

filtrodelsistencia

disponiblehidráulicaaCFiltracióndeTasa

Re

arg=

...(7)




Tasa de Filtración Constante

Cuando el caudal afluente es constante y la entrada a los filtros se hace de modo que el caudal total es dividido equitativamente y permite que el nivel del agua en el interior de cada filtro varíe in dependientemente de los otros, la tasa de filtración será constante si la resistencia del filtro es acompañada por el aumento de la carga hidráulica disponible. El nivel del agua variará desde un mínimo, cuando el medio filtrante se encuentra limpio; hasta un máximo, cuando el filtro debe lavarse. Al inicio de la operación, el medio filtrante estará limpio y por lo tanto, para evitar que el nivel mínimo se localice debajo de la superficie de la capa filtrante, debe preverse la instalación de una válvula en la tubería del efluente para ajustar el nivel mínimo.

Ventajas:

ü Las baterías de tasa declinante operan con una carga hidráulica que por lo menos es la cuarta parte de lo que requeriría un filtro de tasa constante en condiciones equivalentes.

ü La operación con tasa declinante reduce la posibilidad de deterioro del efluente, al dejar que cada filtro de la batería tome el caudal que puede tratar, de acuerdo al estado de colmatación del lecho filtrante.

ü No se requiere de tanque elevado ni equipos de bombeo para el lavado de los filtros.

Restricciones: ü Para el caso de plantas grandes, como el lavado de un filtro toma todo el

caudal que produce la batería, deberán considerarse varias baterías de filtros dependiendo del caudal de diseño de la planta, para no anular el abastecimiento al sistema de distribución, durante el tiempo que toma esta operación (7 a 8 min).

ü Este tipo de filtros se lava en forma escalonada y si el sistema indica que hay que lavar uno, hay que hacerlo aunque sea la hora de máximo consumo.

ü En plantas pequeñas, se soluciona dándole al reservorio mayor capacidad.

Características Generales de Construcción y Operación: ü Velocidad de filtración; de 9,35 a 280,5 m3/m2/día. ü Tamaño del lecho; Pequeño, 1/100 a 1/10 de acre (404,7 m2). ü Profundidad del lecho; 45,60 cm de grava, 76 cm de arena, o no menos, no

reducido por lavado.




ü Tamaño de la arena; 0,45 mm y mayores; coeficiente de no uniformidad: 1,5 y menor, según el sistema de drenes inferiores.

ü Distribución del tamaño de granos de arena en el filtro; Estratificado con los granos más pequeños o más ligeros en la parte superior y los más gruesos o más pesados en el fondo.

ü Sistema de drenaje inferior; 1)Tubos laterales perforados descargando a los tubos principales; 2)Placas porosas sobre la capa de entrada; 3)Bloques porosos con canales incluidos.

ü Pérdida de carga; 30,48 cm inicial a 2,74 cm final. ü Duración del ciclo entre limpiezas; 12 a 24 a 72 horas. ü Penetración de la materia suspendida; Profunda.

(a) Filtración Directa con Flujo Ascendente

El agua ingresa por la parte inferior, haciéndose la colección por medio de tuberías provistas de bocas e instaladas en el medio filtrante

(a-1) Límites de Parámetros Operacionales

(Límites de Parámetros de Tecnología de Tratamiento de Agua con aplicación de coagulantes)

Parámetros 1 2 3 4Tecnología de tratamiento de agua

* Entre 5.5 y 8.5

**Valores que no causan enfermedad a la población

Turbiedad 10 20 50 100Color verdadero 5 5 10 10Total de Fe (mg/l) 1,0 2,5 5 5Manganeso como Mn (mg/l) 0,2 0,2 0,5 0,5pH * * * *Coliformes Totales por 100 ml 1000 5000 10000 20000Coliformes fecales por 100ml 200 500 2000 4000TOC (mg/l) 1 1 1,5 2Algas 250 500 750 1000BOD5 (mg/l) 1,5 1,5 5 5Sustancias potenciales ** ** ** **




(a-2) Diferentes Posibilidades de Filtración Directa

(b) Filtración Directa con Flujo Descendente

Los filtros de flujo con corrientes descendentes están siendo muy utilizados en algunos países de Europa, América del Sur y Centro América. Estos filtros son usados como unidades completas de clarificación. (b-1) Límites de Parámetros Operacionales

(Límites de Parámetros de Tecnología de Tratamiento de Agua con aplicación de coagulantes)

Desinfección,fluorización, control

de pH

Desinfección,fluorización,control de pH

Coagulación CoagulaciónCoagulante Coagulante

Filtración Filtración

Coagulación

Flujo ascendente enfiltración constante

con flujosdescendentes

durante el proceso

Filtración de flujodescendente con

constantedeclinación

Coagulación

Flujo ascendente enfiltración constante

con flujosdescendentes

durante el proceso

Coagulación

Flujoascendente en

filtraciónconstante


CALIDAD DEL AGUA

Coagulación

Fflujoascendente en la

filtración condeclinación





(b-2) Diferentes Posibilidades de Filtración Directa

Parámetros 5 6 7 8Tecnología de tratamiento de agua

* Entre 5.5 y 9.0**Valores que no causan enfermedad a la población

Turbiedad 20 20 100 200Color verdadero 25 25 100 150Manganeso como Mn (mg/l) 0,5 0,5 1,0 1,0Total de Fe (mg/l) 3,0 3 10,0 15,0pH * * * *BOD5 (mg/l) 1,5 1,5 5 10,0Coliformes Totales por 100 ml 5000 5000 5000 20000Coliformes fecales por 100ml 200 500 1000 5000TOC (mg/l) 2,0 2,0 5,0 5,0Algas 500 500 1000 2500Sustancias potenciales ** ** ** **

CALIDAD DEL AGUA

Coagulación

Constancia odeclinacion de

filtración


de pH

Coagulación Coagulación

Retención Floculación

Coagulación Coagulación

Coagulante Coagulante

Filtración Floculación



filtración


filtración

Filtración


de pH



(b-3) Diferentes Tipos de Controles en el Sistema de Filtración A.- Control de nivel de agua a través de válvula instalada en la salida de agua filtrada.

Valvula de entrada DETECTOR DE NIVEL

ALTURA DE AGUAAgua decantada SOBRE LA CAPA

FILTRANTE. . . . . . . . . . . . . . . h= cte

. . . . . . . . . . . . . . . CAPA FILTRANTE

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . CAPA SOPORTE

. . . . . . . .FONDO FALSO

Val. Control de sal.

B.- Control de caudal por vertedero u orificio en la entrada .

Orificio vertedero.

ALTURA DE AGUASOBRE LA CAPA

FILTRANTE

Agua decantada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CAPA FILTRANTE

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . CAPA SOPORTE

. . . . . . . .FONDO FALSO

Placa de orificio

C.- Control de caudal por regulador instalado en la salida de agua filtrada conválvula que regula el caudal por intermedio de un medidor tipo venturi a la salida del filtro.

Valvula de entrada


FILTRANTE

. . . . . . . . . . . . . . . h=cte

. . . . . . . . . . . . . . . CAPA FILTRANTE

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . CAPA SOPORTE Val. Control de sal.

. . . . . . . .FONDO FALSO

Medidor de caudal

D.- Control de caudal por regulador instalado en la salida de agua filtrada con caudal declinante

Valvula de entrada


FILTRANTE Carga aplicada.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CAPA FILTRANTE

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . CAPA SOPORTE

. . . . . . . .FONDO FALSO

Placa de orificio




2.5. Tipos de Filtración en Plantas de Tratamiento La Atarjea

En la Planta de Tratamiento de la Atarjea se utiliza filtros rápidos de patente Degremont y son de tipo T y V, es decir varían en su diseño, velocidades de filtración y lavado.

2.5.1. Filtros Aquazur, tipo T (Planta Nº 1)

Se caracteriza por: ü Un Lecho filtrante de granulometría homogénea, y que permanece

homogénea después del lavado. ü Un lavado por retorno simultáneamente de aire a fuerte caudal y de agua a

caudal reducido, seguido de un aclarado a caudal medio, que no provoca expansión del lecho filtrante.

ü Una pequeña altura de agua por encima de la arena: 0,50 m ü Una caída geométrica reducida, en general 2 m, que evita que debido a un

atascamiento excesivo se produzca una importante desgasificación del agua.

2.5.2. Filtros Aquazur, tipo V (Planta Nº 2)

Debido a la mayor velocidad de filtración, más elaborada habrá de ser la tecnología, especialmente en los aspectos: ü De la elección del o de los materiales filtrantes ü De su altura ü Del método de lavado ü De la hidráulica en general




Medio Filtrante Tipo de Arena : Arena cuarzosa Tamaño efectivo : 0,95 mm Altura : 1,00 m

Material de soporte Grava : 0,5 cm Altura : 5,0 cm Falso fondo (Lozas pre-fabricadas equipado con toberas)

N° de toberas : 6.144 toberas de polipropileno Tasa de filtración : 240 m3/m2/día Lavado : Aire y agua Tiempo de retención : 6-12 min. Flujo pistón : 25% - 48% Espacios muertos : 58% - 65% Eficiencia de mezcla : 0,8 – 1,3

ü Se trata de filtros rápidos de arena; de flujo descendente y con tasa de filtración constante, para un caudal dado, independientemente del grado de atascamiento del lecho filtrante.

ü En el nivel inferior al intermedio entre las baterías, se tiene una galería de conductos.

ü En el nivel superior al intermedio entre las baterías, se tiene también una galería de Operación.

ü Las dos baterías, de cada una de las dos alas del edificio están rodeadas por un canal distribuidor del agua decantada, este canal es de sección rectangular uniforme, salvo un tramo que tiene, un sifón invertido, que completa el circuito, cruzando por debajo de la galería.

ü El ingreso del agua a cada filtro se hace a través de cuatro compuertas batientes. Estas compuertas se cierran solas durante el lavado del filtro, ya que, el rebose de las aguas utilizada se hace a un nivel superior al nivel de agua en el canal distribuidor.

ü La tasa de filtración del diseño original era de 5 (m³/hora)/m², cuando la capacidad de la planta resultaba 5 m³/s. Cuando se amplió la capacidad de la planta de 5 a 7,5 m³/s, sin aumentar el área filtrante, la tasa se incrementó a 7,5 (m³/hora)/m². En la actualidad esta planta ha sido habilitada para un rendimiento de 10 m³/s, nuevamente sin aumentar el área filtrante, con lo que




la tasa de filtración ha quedado aumentada a 10 (m³/hora)/m², trabajando en consecuencia de una manera forzada.

3.3. Operación de Lavado de Filtros en Planta Nº 1

3.3.1. Condiciones de Lavado del Filtro

Un filtro se va lavar cuando presenta las siguientes condiciones: ü Pérdida de carga del Filtro mayor o igual 2,20m. ü Porcentaje de apertura de válvula de filtración menor al 30%. ü Tiempo de carrera de filtración mayor a 48 horas ü Turbiedad de salida del Filtro mayor a 1 NTU. Debido a que los Filtros de Planta Nº 1 son antiguos, existen problemas operacionales, por lo que se han realizado diferentes evaluaciones para lavar un filtro ya sea por perdida de carga, porcentaje de apertura de válvula filtrada, carrera de filtración y por calidad de agua en turbiedad. Actualmente se trabaja y opera por perdida de carga y que no debe ser mayor a 2,20m.

3.3.2. Procedimiento de Lavado del Filtro

Los pasos del procedimiento de lavado del filtro están determinados según como sigue: ü Se selecciona el Filtro a lavar en función a la perdida de carga. ü En el tablero de mando del filtro se pulsa el botón para seleccionar las 02

bombas de agua, este proceso se denomina Desatascado, este proceso tiene una duración de 2 minutos.

ü Después del desatascado se paraliza una bomba de agua y se pone en funcionamiento el compresor de aire, este proceso se denomina Soplado y tiene una duración de 6 minutos. Aquí trabaja a la par la bomba y el compresor liberando el lecho filtrante entre grano y grano de las partículas en suspensión.

ü Continúa el proceso de Enjuague , se apaga el compresor y se pone en marcha la bomba de agua que inicialmente funcionó para el desatascado, el tiempo de duración de este proceso es de 8 a 10 minutos, dependiendo de la clarificación superficial de las celdas del filtro.




ü Finalmente se apagan las 02 bombas de agua y el filtro queda con una pérdida de carga entre 0,70m a 1,00m.

3.4. Vulnerabilidad de Unidades Hidráulicas de Filtración

ü El arrastre de partículas floculentas asociado con el incremento de caudal, hacen

que los filtros se colmaten rápidamente produciéndose la pérdida de agua por rebose hacia los canales. Como se mencionó, el área de filtración no es suficiente para compensar el incremento de caudal por tiempos prolongados, además que el dispositivo de regulación del filtro no es el apropiado para estas condiciones.

ü La regulación del nivel de agua no presenta una eficiencia al 100%, como consecuencia de que no existe una calibración y ajuste de las válvulas de apertura y cierre automático, pues cuando existe mayor producción se produce arrastre de sedimentos por la aceleración filtrada y cuando se baja la producción ocurre que las válvulas se cierran totalmente.

ü Actualmente el área de filtración es el mismo al del año 1955. ü A mayor caudal de producción se produce el incremento acelerado de pérdida de

agua por rebose. (ver punto a Fig. Nº 7) ü Tiempo de carrera de filtración corto (de 20 a 25 horas), se incrementa los costos

de operación por el mayor lavado de unidades de filtración, así como consumo de agua y energía.

ü Mayor pérdida de agua por lavado de filtros (aproximadamente 4.000 m3 al día). ü La cámara de filtración trabaja en condiciones de ahogamiento. (ver punto b Fig.

Nº 7) ü El sistema de regulación de agua filtrada no trabaja de acuerdo a las condiciones

operativas, produciéndose el rebose del agua. (ver punto c Fig. Nº 7) ü Disminución del caudal de agua producida. ü Problemas estructurales en la cámara de filtración, así como en la losa de

sostenimiento del medio de filtración y toberas de filtración. ü Debido a la antigüedad los Filtros presentan problemas estructurales (en años

anteriores colapsaron 4 filtros), este es un indicador de que las unidades de filtración de la Planta Nº 01 están en situación critica.




3.5. Mejoramiento y Rehabilitación de Batería de Filtros de Planta Nº 1

ü Los Filtros de la Planta de Tratamiento de Agua Potable N°1, tiene 48 años

de funcionamiento ininterrumpido, y fue diseñada para un caudal de 5 m3/s variándose luego a 7,5m3/s y finalmente a 10m3/s, sufriendo modificaciones tanto estructurales como hidráulicas, para soportar la variación de producción de agua potable, conllevando a problemas en la capacidad de operación.

ü Tomándose en consideración los aspectos mencionados en los puntos anteriores para la rehabilitación de la Planta Nº 1, no como ampliación sino más bien para dar sostenibilidad del Abastecimiento, a través de la implementación de 08 Filtros, con los cuáles se estaría compensando la Producción mientras dure la rehabilitación de los 36 Filtros, que se estarían realizando en forma progresiva.

ü Tomándose en consideración que en las reparaciones a ejecutar en los Filtros de Planta 1, se debe tener cuidado de reducir al mínimo las interferencias con el funcionamiento de las instalaciones existentes, por tanto, antes de la

Punto (a)

Punto (c)

Punto (b)

Fig. Nº 07 Vista Frontal de Filtro




reparación de los problemas estructurales, precedentemente es indispensable se construya una batería de 8 Filtros rápidos, con los que se producirá un volumen de agua que compense la producción de agua de la mitad de la Planta 1 para reparación y luego la segunda mitad, lógicamente con diseños hidráulicos y estructurales mejorados.

3.6. Aparatos de Control

Son dispositivos para mejorar el control y funcionamiento de los filtros.

ü Piezómetro, que sirve para medir el estado de atascamiento del lecho filtrante. ü Compuertas y válvulas, que da la información sobre el caudal de agua filtrada

y la equidistribución del caudal de ingreso. ü Turbidímetro, que sirve para medir la calidad del agua filtrada. Lo ideal es

controlar la turbiedad del agua a la salida de cada filtro. ü Bombas de agua y compresor, que da la cantidad de agua y aire que debe

utilizarse cuando se lava cada filtro. 3.7. Anomalías que Producen deficiencias en los Filtros

PROBLEMA CAUSA Bajo y sobre nivel de agua Porcentaje de apertura de la válvula de filtración, captador de presión

descalibrado Bajo nivel de arena de lavado Toberas rotas, mucho caudal Rebose de un filtro Filtro atascado, apertura de válvula de filtración

Alta turbiedad Mal lavado de un filtro, pérdida de carga alta, ingreso de agua turbia Pérdida de carga que no cambia Falla en el sistema electrónico Mal funcionamiento de los equipos electrónicos, Filtro con muchas horas de carrera de lavado

Sistema electrónico, falta de precisión y calibración de los equipos

Inicio con alta pérdida de carga Mal lavado de un filtro, incumplimiento de las instrucciones de lavado Partículas flotantes y presencia de algas Mal limpieza de filtros y Decantadores, falta de remoción de partículas en

suspensión Toberas rotas Antigüedad de las toberas, plásticos que se incrustan por la no remoción




CAPÍTULO IV

PÉRDIDA DE CARGA HIDRÁULICA EN BATERÍA DE FILTROS DE PLANTA Nº 1

Tomando en consideración el Filtro Nº 1.

4.1. Condiciones de Diseño

Caudal de Planta : Qplanta = 36.000 m3/h Temperatura : Tplanta = 20 ºC Viscosidad cinemática : γ = 1,00E-06 m2/s Numero de toberas : Ntoberas = 6,144 Número de Filtros : Nfiltros = 36 Número de celdas por Filtro : Nceldas = 2 Dimensiones de cada celda : lcelda = 12,50 m acelda = 3,955 m Área del filtro : Afiltro = 2 lcelda acelda Afiltro = 98,875 m2

Caudal del filtro : Qfiltro = filtros

Planta

NQ

600.3

Qfiltro = 0,278 m3/s

4.2. Condiciones Iniciales de la Arena Diámetro efectivo : Defectivo = 1,10 mm (promedio Planta Nº 1) Porosidad : Po = 0,355 (Ver Tabla Nº 1) Altura del lecho filtrante : Llecho = 1,03 m (altura de diseño) Coeficiente de esfericidad: Ce = 0,95 (para partículas casi esféricas,

Ver Tabla Nº 1)

4.2.1. Características de la Arena en 36 Filtros de Planta Nº 1




Considerando que los datos de diámetro efectivo, porosidad y nivel de arena corresponden a la evaluación efectuada en Mayo del 2005, por ser la última información obtenida.

FILTRO N °

DIAMETRO EFECTIVO ( m )

POROSIDADNIVEL DE ARENA

( m )

DISEÑO 0,95 0,400 1,001 1,10 0,355 1,032 1,20 0,462 1,023 0,98 0,375 0,994 1,05 0,375 0,965 1,05 0,418 0,936 1,05 0,455 0,897 0,94 0,387 1,028 0,94 0,406 0,849 1,00 0,424 0,9610 1,09 0,412 0,9411 1,20 0,343 0,9312 1,10 0,412 1,0313 1,10 0,394 0,9914 0,95 0,387 1,0115 1,15 0,420 0,8916 1,10 0,403 0,9917 1,20 0,429 1,0018 1,15 0,429 0,9919 1,00 0,420 0,9920 0,95 0,441 1,0321 0,98 0,449 1,0122 1,15 0,474 0,7023 0,97 0,426 0,9924 1,10 0,412 1,0225 0,95 0,409 1,0326 1,20 0,525 1,1527 1,30 0,476 1,0128 1,05 0,458 0,8229 0,96 0,394 0,9830 1,10 0,467 1,0031 0,96 0,387 1,0832 0,90 0,433 0,9833 1,10 0,474 1,0234 1,20 0,500 1,0535 1,20 0,500 0,8436 1,15 0,524 1,02

PROMEDIO 1,07 0,429 0,98




4.3. Condiciones Iniciales de la Grava Diámetro efectivo : Defectivo = 0,005 m (promedio Planta Nº 1) Porosidad : Po = 0,400 (Ver Tabla Nº 1) Altura del lecho filtrante : Llecho = 0,05 m (altura de diseño) Coeficiente de esfericidad: Ce = 0,82 (para partículas redondeadas,

Ver Tabla Nº 1)

4.3.1. Características de la Grava en 36 Filtros de Planta Nº 1

Las condiciones de la grava se consideran de acuerdo al diseño e igual para toda la batería de filtros de Planta Nº 1.

4.4. Cálculo de la Pérdida de Carga en el Sistema de Filtración

Para el cálculo de la perdida de carga en el sistema de filtración se considera los siguientes puntos: ü Entrada al Filtro ü Lecho filtrante (arena y grava) ü Toberas ü Salida de la cámara ü Accesorios

4.4.1. Perdida de Carga a la Entrada del Filtro (ver Foto Nº 6)

Número de orificios del Filtro: Norificios= 4

0.45m

0.25m

FILTRO DIAMETRO EFECTIVO ( m )

POROSIDADNIVEL DE GRAVA

( m )

DISEÑO 0,005 0,400 0,05




Dimensiones de orificio de entrada al filtro Dimensión un orificio : lorificio = 0,45 m Aorificio = 0,25 m

Caudal de un orificio : Qorificio = orificios

filtro

N

Q = 0,070 m3/s

Pérdida de carga de un orificio: Hforificio = g

vk orificio

2

2

…

(a)

Velocidad de un orificio : Vorificio = orificio

orificio

A

Q …

(b) Área de un orificio : Aorificio = lorificio aorificio

Aorificio = 0,1125 m2

Reemplazando en la ecuación (b), con g = 9,81 m/s2 Vorificio = 0,622 m/s

Coeficiente de pérdida : k = 11

2 −vC

Coeficiente de velocidad : Cv = 0,99 (Ver Tabla N° 2) Reemplazando datos : k = 0,02 De la ecuación de pérdida (a) : Hforificio = 0,00039 m (Para un orificio) Hforificio = 0,039 cm Pérdida de carga para 4 orificios: Hf4orificios = Hforificio Norificios Hf4orificios = 0,156 cm




4.4.2. Perdida de Carga en el Lecho Filtrante (ver Lámina Nº 3 y Nº 4)

(a) En la Arena

De la ecuación de Fair y Hatch para pérdida de carga en lechos filtrantes no estratificados

2

3

2 6)1(

−=ceo

oarena DCP

Pv

gL

fHfγ

…(c) Donde

Coeficiente de Kozeny : f = 5,00 (1) Altura del lecho : L = 103 cm Gravedad : g = 981 cm/s2 Viscosidad cinemática : γ = 1,00E-02 cm2/s Porosidad : Po = 0,36 (Ver Tabla Nº 1) (1) Constante experimental y adimensional igual a 5, Ref. Libro de José Arboleda CEPIS

Coeficiente de esfericidad : Ce = 0,95 (Para partículas casi Esféricas, Ver Tabla Nº 1) Diámetro de la arena : Dc = 0,11 cm

Velocidad de filtración : v = 875,98278,0=

filtro

filtro

A

Q m/s

v = 0,0028 m/s v = 0,28 cm/s

Reemplazando datos en (c) Hfarena = 45,06 cm (b) En la Grava

De la ecuación de Fair y Hatch para granos no esféricos y diámetro uniforme

2

3

2

gra

6)1(

−=ceo

ova DCP

Pv

gL

fHfγ

…

(d)




Donde Coeficiente de Kozeny : f = 5,00 (1) Altura del lecho : L = 5,00 cm Gravedad : g = 981 cm/s2

Viscosidad cinemática : γ = 1,00E-02 cm2/s Porosidad : Po = 0,40 (Ver Tabla Nº 1) Coeficiente de esfericidad : Ce = 0,82 (Para partículas redondeadas, Ver Tabla Nº

1) Diámetro de la arena : Dc = 0,50 cm

Velocidad de filtración : v = 875,98278,0=

filtro

filtro

A

Q m/s

v = 0,0028 m/s v = 0,28 cm/s

Reemplazando datos en (d)

Hfgrava = 0,09 cm (c) En todo el Lecho Filtrante Hflecho = Hfarena + Hfgrava

(1) Constante experimental y adimensional igual a 5, Ref. Libro de José Arboleda CEPIS

Por lo tanto la perdida total será: Hflecho = 45,06 cm +0,09 cm Hflecho = 45,15 cm 4.4.3. Perdida de Carga por Toberas (ver Lámina Nº 3 y Foto Nº 13)

La perdida de carga en Toberas se puede cuantificar de la siguiente manera: ü Por entrada ü Por contracción ü Por fricción ü Por salida




Dimensiones de una tobera

(a) Perdida de Carga por Entrada a la Tobera

Caudal de la tobera : Qtobera = toberas

filtro

N

Q=

144.6278,0

Qtobera = 4,52 E-05 m3/s

Caudal por ranura : Qranura = ranuras

tobera

NQ

= 36

0552,4 −E

Qranura = 1,2556 E-06 m3/s Dimensión de cada ranura : lranura = 20 mm

d2=1,40 cm

18,60 cm

d1=4,30 cm

Nivel de agua

A A

36 ranuras de 2cm x 0,3mm

contracción

expansión 4,30 cm

DETALLE A-A




aranura = 0,30 mm Área de ranura : Aranura = lranura aranura Aranura = 6,00 E-06 m2

Velocidad por ranuras : vranura = 0600,6062556,1

−−=

EE

AQ

ranura

ranura m/s

vranura = 0,209 m/s

En las ranuras se va a producir dos tipos de perdidas de carga: Contracción y Expansión

(a-1) Por Contracción

Hfc = g

vk ranura

2

2

…

(e) Coeficiente de pérdidas : k = 1 (Ver Tabla Nº 3, Item 1) Reemplazando datos en (e): Hfc = 0,00222635 m Hfc = 0,223 cm (Para una ranura) Para 36 ranuras : Hf36c = Nranuras Hfc

Hf36c = 8,028 cm




(a-2) Por Expansión

Hfe = g

vvranura

2)( 2

12 −

…

(f)

Por ecuación de continuidad: v1 = 1A

Qtobera m/s

Área del tubo : A1 = 4

21dπ

Diámetro del tubo de la tobera: d1 = 4,30 cm Por lo que el A1 y v1 serán: A1 = 0,00145 m2 V1 = 0,031 m/s Reemplazando datos en (f): Hfe = 0,0022 m Hfe = 0,22 cm (Para una ranura) Para 36 ranuras : Hf36e = Nranuras Hfe

Hf36e = 7,92 cm

(a-3) Perdida Total (Contracción y Expansión) Hfentrada = Hf36c + Hf36e Por lo tanto la perdida total será: Hfentrada = 8,028 cm + 7,920 cm Hfentrada = 15,948 cm




(b) Perdida de Carga por Contracciones

g

vdd

kHf ncontracció 2

)1( 22

1

2−= …

(g)

De las dimensiones :

De los datos : K = 0,450 (Ver Tabla Nº 3, Item 2) d1 = 0,043 m (de la figura) d2 = 0,014 m (de la figura) A1 = 0,00145 m2 Área del tubo de la tobera : A2 = 0,00015 m2 (calculo similar a A1)

Por ecuación de continuidad : v2 = 2A

Qtobera m/s = 00015,0

1052,4 5−x

V2 = 0,301 m/s

Reemplazando en la ecuación (g): Hfcontracción = 0,0031 m

d2=1,4cm

V2

d1=4,30 cm




Hfcontracción = 0,31 cm

(c) Perdida de Carga por Fricción en Tubería

Por la fórmula de Darcy Weisbach

2

222

2gdvL

fHf fricción = …

(h) De las dimensiones :

Cálculo del número de Reynolds :

Re = γ

22dv

Reemplazando datos se obtiene : Re = 4.214 Del diagrama de Moody : f = 0,018 (Ver Diagrama Nº 1) Longitud de la Tubería : L2 = 0,186 m

Reemplazando en la ecuación (h) :

d2=1,4cm

d1=4,30 cm

V2

d1=4,30 cm

L2=18,60 cm




Hffricción = 0,0011 m Hffricción = 0,11 cm

(d) Pérdida de Carga a la Salida del Vástago

Por la fórmula de Darcy Weisbach Hfsalida =g

vk

2

22 …

(i) Coeficiente de pérdida por salida: k = 1 (Ver Tabla N° 3, Item 3)

Reemplazando en la ecuación (i): Hfsalida = 0,0046 m Hfsalida = 0,46 cm

(e) Pérdida de Carga Total en Toberas Hftoberas = Hfentrada + Hfcontracción + Hffricción + Hfsalida

Por lo tanto la perdida total será: Hftoberas = 15,948 cm + 0,31 cm + 0,11 cm + 0,46 cm Hftoberas = 16,828 cm

4.4.4. Perdida de Carga a la Salida de la Cámara (ver Lámina Nº 3)

Hfcámara =g

vk cámara

2

2

…

(j) Coeficiente de pérdida por salida: k = 0,5 (Ver Tabla Nº 3, Item 4)

Velocidad del agua en la Cámara: Vcámara = cámara

filtro

A

Q




Área de la Cámara : Acámara = 4

2cámaradπ

Diámetro de la Cámara : dcámara = 0,53 m

Por lo tanto : Acámara = 0,221 m2 vcámara = 1,26 m/s

Reemplazando en la ecuación (j): Hfcámara = 0,0405 m Hfcámara = 4,05 cm

4.4.5. Perdida de Carga por Accesorios

(a) Perdida de Carga por Codos (ver Foto Nº 17)

Hfcodos =

+

gv

gv

k ba

22

22

…

(k) En el tramo comprendido entre la cámara de recolección y la arqueta de filtración se tiene 2 codos, de las siguientes características:

Coeficiente de Pérdida : k = 0,35 (Ver Tabla Nº 3, Item 5)

De los datos de diseño : da = 0,53 m

db = 0,43 m

Cálculo del Área : Aa = 0,221 m2

Ab = 0,145 m2




Determinación de la velocidad : va =a

filtro

A

Q; vb

=b

filtro

A

Q

va = 1,26 m/s vb = 1,91 m/s

Reemplazando en la ecuación (k): Hfcodos = 0,0934 m Hfcodos = 9,34 cm

(b) Perdida de Carga por Tee (ver Foto Nº 18)

Hftee =g

vk a

2

2

…

(l)

Coeficiente de pérdida : k = 1,50 (Ver Tabla Nº 3, Item 6)

Reemplazando en la ecuación (l): Hftee = 0,1214 m Hftee = 12,14 cm

(c) Perdida de Carga por Válvulas (ver Foto Nº 16)

Hfválvula =g

vk b

2

2

…

(m)

Coeficiente de pérdida : k = 0,30 (Ver Tabla Nº 3, Item 7)




Reemplazando en la ecuación (m):

Hfválvula = 0,0558 m Hfválvula = 5,58 cm

(d) Perdida de Carga por Fricción (ver Foto Nº 17)

Entre codo y codo Hffricción =b

b

gdLv

f2

2

…

(n) Considerando : L = 3,21 m

f = 0,018

Reemplazando en la ecuación (n): Hffricción = 0,025 m Hffricción = 2,50 cm

(e) Perdida de Carga Total por Accesorios

Hfaccesorios = Hfcodos + Hftee + Hfválvula + Hffricción Hfaccesorios = 9,34 cm + 12,14 cm + 5,58 cm + 2,50 cm

Hfaccesorios = 29,56 cm

4.5. Pérdida de Carga Total en el Filtro Nº 1 de Planta Nº 1

PUNTOS Hf (cm) Entrada al Filtro 0,156 Lecho Filtrante 45,150 Toberas 16,828 Salida de la Cámara 4,050

Accesorios 29,560 Total 95,744




4.6. Pérdida de Carga Total en Batería de Filtros de Planta Nº 1

Para los 35 filtros restantes se resuelve siguiendo el mismo procedimiento que se realizó para el Filtro Nº 1, pero tomando las características inherentes a cada filtro.

FILTRON °

ENTRADA AL FILTRO( cm )

ARENA( cm )

GRAVA( cm )

TOBERAS( cm )

SALIDA DE LA CAMARA( cm )

ACCESORIOS( cm )

TOTAL( cm )

ECUA. PARA Hf

( cm )

1 0,156 45,06 0,09 16,828 4,05 29,56 95,74 Hfo = 0.6119Q2 + 7.3898Q -11,81

2 0,156 18,99 0,09 16,828 4,05 29,56 69,67 Hfo = 0.6127Q2 + 1.9778Q - 11,25

3 0,156 69,74 0,09 16,828 4,05 29,56 120,42 Hfo = 0.6111Q2 + 7.1434Q - 11,83

4 0,156 58,91 0,09 16,828 4,05 29,56 109,59 Hfo = 0.6122Q2 + 6.0285Q - 0.6404

5 0,156 35,73 0,09 16,828 4,05 29,56 86,41 Hfo = 0.6126Q2 + 3.675Q - 0.3977

6 0,156 23,25 0,09 16,828 4,05 29,56 73,93 Hfo = 0.6119Q2 + 2.4217Q - 0.317

7 0,156 68,36 0,09 16,828 4,05 29,56 119,04 Hfo = 0.6118Q2 + 6.9915Q - 0.7558

8 0,156 45,78 0,09 16,828 4,05 29,56 96,46 Hfo = 0.6123Q2 + 4.6971Q - 0.5122

9 0,156 38,16 0,09 16,828 4,05 29,56 88,84 Hfo = 0.6123Q2 + 3.9254Q - 0.4348

10 0,156 35,73 0,09 16,828 4,05 29,56 86,41 Hfo = 0.6128Q2 + 3.6718Q - 0.3895

11 0,156 63,10 0,09 16,828 4,05 29,56 113,78 Hfo = 0.6121Q2 + 6.4544Q - 0.6906

12 0,156 38,44 0,09 16,828 4,05 29,56 89,12 Hfo = 0.6122Q2 + 3.9545Q - 0.4411

13 0,156 44,87 0,09 16,828 4,05 29,56 95,55 Hfo = 0.6126Q2 + 4.6009Q - 0.4905

14 0,156 66,27 0,09 16,828 4,05 29,56 116,95 Hfo = 0.6118Q2 + 6.7811Q - 0.7451

15 0,156 27,91 0,09 16,828 4,05 29,56 78,59 Hfo= 0.6127Q 2 + 2.881Q - 0.3202

16 0,156 40,69 0,09 16,828 4,05 29,56 91,37 Hfo = 0.6124Q2 + 4.1788Q - 0.4454

17 0,156 26,19 0,09 16,828 4,05 29,56 76,87 Hfo = 0.613Q 2 + 2.7021Q - 0.2804

18 0,156 28,23 0,09 16,828 4,05 29,56 78,91 Hfo = 0.6128Q2 + 2.9118Q - 0.3076

19 0,156 41,06 0,09 16,828 4,05 29,56 91,74 Hfo = 0.5833Q2 + 4.6925Q - 2.3515

20 0,156 37,98 0,09 16,828 4,05 29,56 88,66 Hfo = 0.613Q 2 + 3.8957Q - 0.3929

21 0,156 32,22 0,09 16,828 4,05 29,56 82,90 Hfo = 0.6136Q2 + 3.3033Q - 0.3074

22 0,156 12,56 0,09 16,828 4,05 29,56 63,24 Hfo = 0.6131Q2 + 1.3192Q - 0.1397

23 0,156 40,96 0,09 16,828 4,05 29,56 91,64 Hfo = 0.6126Q2 + 4.2046Q - 0.4487

24 0,156 38,06 0,09 16,828 4,05 29,56 88,74 Hfo = 0.6115Q2 + 3.9272Q - 0.4768

25 0,156 53,21 0,09 16,828 4,05 29,56 103,89 Hfo = 0.6121Q2 + 5.4515Q - 0.5821

26 0,156 11,37 0,09 16,828 4,05 29,56 62,05 Hfo = 0.6131Q2 + 1.1984Q - 0.1254

27 0,156 13,90 0,09 16,828 4,05 29,56 64,58 Hfo = 0.6091Q2 + 1.5173Q - 0.378

28 0,156 20,77 0,09 16,828 4,05 29,56 71,45 Hfo = 0.6132Q2 + 2.1497Q - 0.2138

29 0,156 58,31 0,09 16,828 4,05 29,56 108,99 Hfo = 0.6117Q2 + 5.9747Q - 0.6558

30 0,156 21,06 0,09 16,828 4,05 29,56 71,74 Hfo = 0.6133Q2 + 2.177Q - 0.2135

31 0,156 69,39 0,09 16,828 4,05 29,56 120,07 Hfo = 0.6117Q2 + 7.098Q - 0.7713

32 0,156 43,76 0,09 16,828 4,05 29,56 94,44 Hfo = 0.6124Q2 + 4.4919Q - 0.4895

33 0,156 20,00 0,09 16,828 4,05 29,56 70,68 Hfo = 0.6125Q2 + 2.0827Q - 0.2472

34 0,156 13,32 0,09 16,828 4,05 29,56 64,00 Hfo = 0.6131Q2 + 1.3962Q - 0.1462

35 0,156 10,66 0,09 16,828 4,05 29,56 61,34 Hfo = 0.6141Q2 + 1.1113Q - 0.0686

36 0,156 11,09 0,09 16,828 4,05 29,56 61,77 Hfo = 0.6132Q2 + 1.17Q - 0.1223

TOTAL 5,616 1.325,09 3,24 605,808 145,80 1.064,16 3.149,71




CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

ü Se ha dado a conocer todo lo referente a la filtración en la Producción de Agua para

Consumo Humano en la Planta Nº 1 de La Atarjea, y que representa el abastecimiento a más de 1/3 de la Población de Lima.

ü La Filtración representa la última etapa física en el Tratamiento de Agua para

Consumo Humano. ü Todas las estructuras hidráulicas, accesorios, equipos, etc., que intervienen en la

Filtración son de vital importancia, puesto a que si alguno de ellos no cumple su función en el proceso, éste se ve deteriorado tanto en la calidad como en la cantidad, es por ello que deben existir planes de contingencia y emergencia en el mantenimiento y proceso de producción en las Plantas de La Atarjea.

ü No se debe exigir tanto la producción en la Planta Nº 1 de La Atarjea, si bien es

cierto su capacidad instalada es de 10m3/s, esta no se cumple durante las 24 horas, actualmente se llega a una producción de 7,5m3/s en promedio por día, esto como se explicó anteriormente que por ser estructuras construidas en el año 1955, están a punto de colapsar a mayor exigencia en la continuidad de la producción de agua.

ü Finalmente debería existir en un futuro inmediato la implementación de la Planta

Nº 1 en 02 Decantadores y 08 Filtros de una capacidad total de 3m3/s, con el fin de mitigar los problemas actuales de las unidades de filtración en Planta Nº 1, pues estos han sido construidos en el año de 1955.

ü La determinación de la pérdida de carga hidráulica en el proceso de filtración en la

Planta Nº 1 de la Atarjea, representa un parámetro fundamental para el adecuado funcionamiento de las unidades hidráulicas (canaletas, celdas, lecho filtrante, anclajes, falso fondo, toberas, cámara de filtración, válvulas, tuberías, arqueta, etc.), debido a que si este valor es mayor a 2,20m significaría que se debe poner en limpieza (Lavado del Filtro).

ü Como Egresado de la Escuela de Ingeniería Mecánica de Fluidos y habiendo

realizado prácticas Pre-profesionales en la Planta de Tratamiento de Agua Potable – La Atarjea en el año 1998, se me asignó elaborar un trabajo de investigación referente a “Determinación de la Pérdida de Carga Hidráulica en los Filtros de Planta Nº 1 y Nº 2”, puesto a que se había implementado el sistema de




automatización en la apertura de las válvulas de filtración en la Planta Nº 1 y se necesitaba conocer en esos momentos como era el comportamiento hidráulico de los filtros, debido a que el porcentaje de apertura de las válvulas de filtración guarda relación directa con la pérdida de carga. Cabe resaltar que la determinación de la pérdida de carga hidráulica de los Filtros se realizó en una hoja de cálculo (Excel) y que al variar las condiciones inherentes de cualquiera de los 36 Filtros, se obtendría rápidamente el valor de esta pérdida de carga.

ü Finalmente se espera que esta Monografía sirva para orientar en la Construcción,

Operación y Proceso de Tratamiento de alguna Planta de Agua Potable que tenga características similares al de La Atarjea.




BIBLIOGRAFÍA - Teoría, Diseño y Control de los Procesos de Clarificación del Agua/Centro

Panamericano de Ingeniería y Ciencias del Ambiente (CEPIS)/Jorge Arboleda 1973 - Manual de Tratamiento de Agua para Consumo Humano en Plantas de Tratamiento

La Atarjea/SEDAPAL – LA ATARJEA - Plantas Modulares de Tratamiento de Agua/CEPIS (Lima –Perú)/Documentos

Técnicos Nº 8. Lima 1982 (actualizado 1990) - Introducción a la Mecánica de Fluidos/4ta Edición/Fox, Robert W/McGraw - Hill

(México) - Mecánica de Fluidos/3era Edición/Shames/McGraw - Hill (Colombia) - Mecánica de Fluidos/9ena Edición/John Finnemoré, Joseph Franzini/McGraw – Hill - Mecánica de Fluidos I y II/Francisco Ugarte Palacin/UNI 1991 - Manual del Agua Potable/Spellman/Frank R./Acribia - Agua y Saneamiento/A. Pérez, M. Camilo y F. Mogrinyá/Federación

ISF/Universidad Politécnica de Cataluña - Filtración en Arena/ LENNTECH/Agua Residual y Purificación/HH Delft, Holanda




ANEXOS

ANEXO A

TABLAS Y DIAGRAMA

TABLA Nº 1 Factores de esfericidad y forma de los materiales granulares (de forma no laminar) y porosidades típicas asociadas a ellos en lechos estratificados de filtros rápidos de arena.

(Ce) (s ) (Po)1 Esféricos 0,95 6 0,3552 Desgastados 0,94 6,1 0,3753 Redondeados 0,82 6,4 0,4004 Agudos 0,81 7,4 0,4155 Angulares 0,78 7,7 0,4306 Triturados 0,7 8,5 0,480

ItemFactor de FormaEsfericidad Porosidad

Descripción

Referencia: Libro de Tratamiento de Aguas Residuales - UNI

TABLA Nº 2

1 Bordes afilados 0,99 Casi no hay rozamiento

2 Bordes no afilados <0,99Con mucho rozamiento generalmente Cv=0,75

Orificio Cv ConsideraciónItem

Observación: Cv =1 (No hay rozamiento, caso ideal) Referencia: Libro de Teoría de Mecánica de Fuidos

TABLA Nº 3 Pérdida de carga en función de v2/2g (válvulas y accesorios) aplicados en el diseño de unidades de filtración, de acuerdo a la Teoría, Diseño y Control de los Procesos de Clarificación del Agua del CEPIS

1 Embocadura tipo entrante 1,00"Hidraulics" Daugherty (Av) "Hidraulics" Schoder & Dawson

2Pérdidas localiadas en estrechamiento brusco de sección (d1/d2=3)

0,45 Manual of Br. Water Eng. Practice

3 Tubería que abastece un depósito (S2>>>S1; d1/d2=0)

1,00 Mecánica de Fluídos Francisco Ugarte Palacin

4 Tubería a la salida de un depósito (embocadura)

0,50 "Hidraulics" Daugherty (Av) "Hidraulics" Schoder & Dawson

5 Codo de radio largo (90º) 0,35 Manual of Br. Water Eng. Practice (Vol. II)

6 Tees entrada central 1,50 "Hidraulics" Schoder & Dawson

7 Válvula de mariposa abierta 0,30 Según Azevedo Neto, Unidades de Filtración

Coeficiente de Perdida de Carga en: k AutoridadItem

Referencia: Escuela Universitaria de Ing. Técnica Agrícola de Ciudad Real/Cátedra de Ing. Rural/ www.ingenieriarural.com Universidad Tecnológica de Checó/Programa de Ing. Civil/Grupo Hidráulica Aplicada

DIAGRAMA DE MOODY

DIAGRAMA Nº 1

-43-




ANEXO B

FOTOS

Vista de Margen Izquierda de Planta Nº 1 Vista de Margen Derecha de Planta Nº 1

Batería de Filtros de Planta Nº 1 (1 al 9) Batería de Filtros de Planta Nº 1 (10 a l 8)

FOTO Nº 1

FOTO Nº 4FOTO Nº 3

FOTO Nº 2

-44-

Canal de Ingreso Decantador a los Filtros Canal de Distribución a Batería de Filtros Margen Derecha

Vista de un Filtro (formado por 2 celdas) Compuertas de ingreso a celda del Filtro

FOTO Nº 5


FOTO Nº 6

ORIFICIOS DE

ENTRADA AL FILTRO

-45-

Vista de Cucharas en Ventana de Ingreso a Filtro Sellado de Compuerta por Mantenimiento del Filtro

Vista de Lecho Filtrante (arena) Vista de Falso Fondo

FOTO Nº 9

FOTO Nº 12

FOTO Nº 10

FOTO Nº 11

-46-

Vista de Orificios en Falso Fondo (Toberas) Arena extraída del Filtro por Mantenimiento

Tubería de Salida de Agua Filtrada Válvula de apertura o cierre (Lavado del Filtro)

FOTO Nº 16

FOTO Nº 13 FOTO Nº 14

FOTO Nº 15

TEEVÁLVULA

-47-

Tubería de Recolección de Agua Filtrada Margen Izquierda Tubería de Recolección de Agua Filtrada Margen Derecha

Nivel Piezométrico (Hf del Filtro) Tablero de Apertura y Cierre del Válvula de Filtración

FOTO Nº 17

FOTO Nº 20

FOTO Nº 18

FOTO Nº 19

CODOS

3,21 m (Longitud entre codos)

-48-

Arqueta de Agua Filtrada

Canal de Conducción de Agua Filtrada Sala de Bombas de Agua para Lavado del Filtro

FOTO Nº 21


FOTO Nº 22

-49-

Válvula de Apertura y Cierre en Operación de Lavado Tubería de Alimentación de Agua para Lavado del Filtro

Arqueta Principal de Agua Filtrada en Planta 1

FOTO Nº 28

FOTO Nº 25 FOTO Nº 26

FOTO Nº 27

-50-




ANEXO C

VISTAS DE PLANOS

RÍO RÍMAC

LÁMINA Nº 1

PLANTA DE TRATAMIENTO LA ATARJEA

Item 8: Filtros de Planta Nº 1

-51-

A la Ciudad

VISTA DE PLANTA DEL FILTROPLANTA N° 1

LÁMINA Nº 2

Q

CA

NA

L D

E A

GU

A D

EC

AN

TAD

ACELDA 2

CELDA 1

CANALETA DE PURGA PARA LAVADO

3,95

5 m

3,95

5 m

1,75

m

12,50 m

ORIFICIO DE ENTRADA AL FILTRO (0,45m x 0,25 m)

-52-

TOBERAS

CANAL DE DISTRIBUCION DE AGUA DECANTADA

PERFIL LONGITUDINAL DEL FILTROPLANTA N° 1

LÁMINA Nº 3

12,50 m

CÁMARA DE RECOLECCIÓN DE AGUA

ARENA

CANALETA DE LAVADO

TUBERIA DE LAVADO CON AGUA

TUBERIA DE LAVADO CON AIRE

1,00 m

1,00 m

0,05 m

GRAVALECHO FILTRANTE

FALSO FONDO

SALIDA DE LA CÁMARA

-52-

SECCIÓN TRANVERSAL DEL FILTROPLANTA N° 1

LÁMINA Nº 4

3,955 m 3,955 m1,75 m

1,00 m

1,00 m

0,05 m

ARENA

CÁMARA DE RECOLECCIÓN DE AGUA FILTRADA

FALSO FONDO

LECHO FILTRANTE GRAVA

-52-

LÁMINA Nº 5

VISTA DE PLANTA DEL SISTEMA DE LAVADOPLANTA N° 1

SALA DE BOMBAS Y COMPRESOR

9,22 m

m6096,0=φ

1,83

m VALVULA MARIPOSA

1,30 m

φ = 0 5334. m

m6096,0=φ

4 m

6,40 m1,21 m

VALVULA COMPUERTA

ARQUETA DE FILTRACION

CELDA 1 CELDA 2

m5588,0=φ

Bomba 1Compresor Bomba 2

-52-

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