Obras de Captacion

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Rosa Verónica Reyes Rodríguez Carlos Miguel Vanegas Benavides CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y ESTUDIOS EN EL MEDIO AMBIENTE Obras de Captación Obras de Captación LECHO FILTRANTE

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Page 1: Obras de Captacion

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

Rosa Verónica Reyes RodríguezCarlos Miguel Vanegas Benavides

CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y ESTUDIOS EN EL MEDIO AMBIENTE

Obras de Captación Obras de Captación LECHO FILTRANTE

Page 2: Obras de Captacion

ÓDEFINICIÓN:

El sistema de lecho filtrante o unidades de prefiltraciónEl sistema de lecho filtrante o unidades de prefiltración,como también se denominan, es una obra de captación deagua y al mismo tiempo funciona como pretratamiento, sepueden clasificar de acuerdo a la dirección del flujo puedenpueden clasificar de acuerdo a la dirección del flujo, puedenser de dos tipos, horizontal y vertical. Los de flujo verticalpueden ser, a su vez, de dos tipos: descendentes yascendentesascendentes.

• Prefiltro Horizontal• Prefiltro Vertical

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• Prefiltro Horizontal:Principio de Funcionamiento

Este tipo de captación indirecta está ubicado en la ribera de cursos superficialesde agua, estando constituido por los siguientes elementos:

• Estructura de entrada

• Zona de Prefiltración

•Z

onaade

Sali

• Captación Directa

ida

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• Prefiltro Horizontal:

La estructura de entrada: R

Para proteger de la erosión ydistribuir uniformemente el

d l t d l ió

RIO

caudal en toda la sección sesugiere el uso de un muroseco de ladrillo hueco o decantos rodados sujetos porcantos rodados sujetos poruna malla de hierro redondo(gaviones). Este muro debeser construido con juntasser construido con juntasabiertas para que seaabsolutamente permeable.

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La zona de pre

• Prefiltro Horizontal:

La zona de pre filtración:

Esta es de tipo horizontal,

Capa Profundidad Diámetro mm

1 1.00 25-80

2 4 50 30 70p ,con velocidad de flujo de0.50 m/h. Conformadapor tres o más tramos

2 4.50 30-70

3 4.50 5-12

llenos de grava dediferentes diámetrosdispuestos en sentidod i L l i d

RIOdecreciente. La longitudde los tramos es variable ydepende de la calidad delagua del tamaño de laagua, del tamaño de lagrava y de la velocidad defiltración. Estos tramostienen las siguientestienen las siguientescaracterísticas:

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• Prefiltro Horizontal:

Captación directa:

Cuando se presenten aguas conbuenas características que permitanel uso directo de filtración lenta setili á l á d t ióutilizará la cámara de captación

lateral ubicada en la ribera de lafuente.

La entrada está protegida por unarejilla de hierro de Φ ¼” conseparación de 2 cm para evitar laseparación de 2 cm para evitar laentrada de material flotante.

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• Prefiltro Horizontal:

Zona de Salida: La zona de salida la constituye la cámara de recolección. Dichodispositivo cuenta con un sistema de control manual formado pordispositivo cuenta con un sistema de control manual formado porcompuertas de hierro y/o madera.

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Ventajas Restricciones

• Prefiltro Horizontal:

Ventajas

• En general, son máseficientes que los

Restricciones• Profundidades mayores de 1.5

m y anchos mayores de 5.0 mdificultan la limpieza de laeficientes que los

sedimentadores por lagran superficie específicadi ibl l

dificultan la limpieza de launidad. En general, serecomiendan profundidades nomayores de 1.0 m y anchosmáximos de 4 0 m Estasdisponible en la grava.

• Cuando opera concarreras largas, no sólo

máximos de 4.0 m. Estasrecomendaciones restringen eluso de estas unidades acaudales pequeños; la otraalternativa es considerarcarreras largas, no sólo

remueve partículasinertes, sino tambiénmicroorganismos

alternativa es considerarmuchas unidades en paralelo.

• Turbiedades mayores de 300

Conveniencia de su aplicación

microorganismos. yUNT demandan unidades de 8a 16 m de largo.

Conveniencia de su aplicación

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Restricciones

• Prefiltro Horizontal:

Restricciones• Este tipo de prefiltro no es

adecuado para la remoción de pmaterial coloidal (diámetro < 1 micrón). Debido a que las concentraciones de oxígeno disuelto en esta clase de prefiltro son generalmente bastante bajas, no tienen la

id dcapacidad para remover materia orgánica oxidable, color, hierro y/o manganeso.

Conveniencia de su aplicaciónConveniencia de su aplicación

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Criterios de Diseño• Prefiltro Horizontal:

• Calidad del agua: • Turbiedad máxima: 150 UN (Con filtración lenta)• Turbiedad máxima: 750 UN (Con sedimentación simple y

filtración lenta)• Capacidad máxima:Capacidad máxima:

• 10.8 m3/h (Recomendada)• Velocidad óptima de filtración:

• 0.50 m/h• Medio Filtrante:

• Grava de 1/4" a 2" colocada en sentido decreciente En contacto• Grava de 1/4 a 2 , colocada en sentido decreciente. En contacto con los muros se colocará material de diámetro mayor que el de los orificios.

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• Prefiltro Horizontal:Procedimiento para el

DiseñoMétodo Simplificado 1 2 3Método Simplificado

•Calcular la capacidad necesaria del prefiltro y asimilarla a su inmediata

1 2 3

Q B (m) Diámetro del Dren

M3/h H=0.7 m H=1.00 m Φ (in)

3.6 10.30  7.20 3p ysuperior de la columna 1•Seleccionar la altura del prefiltro (entre 0.7 y 1 m) de acuerdo a las condiciones locales y adóptese el

5.4 15.40  10.80 3

7.2 20.50  14.40 4

9 25.70  18.00 4

10 8 30 85 21 60 4condiciones locales y adóptese el ancho correspondiente de la columna 2.•Obtener el diámetro correspondiente

10.8 30.85  21.60 4

14.4 41.15  28.80 5

18 51.43  36.00 6

21.6 61.70  43.20 6

al dren de la columna 3. 25.2 72  50.40 8

28.8 82.30  57.60 8

32.4 92.60  64.80 8

36 102.85 72.00 836 102.85 72.00 8

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• Prefiltro Horizontal:

Método Completo:

N°  Datos  Unidad Criterios ResultadosCaudal de Diseño (Q)  m3/s

Método Completo:

(Q) /

FVNQA

.3600

=   Área transversal de cada unidad Número de unidades (N) adim

Velocidad óptima de Filtración (VF) 

m/h 

2  Profundidad de la grava (H)  m HAB=   Ancho de cada unidad 

Se obtiene por interpolación λ1 adim

3 1

011

CCLnl =   Longitud del primer tramo del prefiltro con grava de 3.0 a 4.0 cm 

Turbiedad  máxima del agua cruda (C0) 

UT 

Turbiedad efluente del primer UT

tramo (C1) UT

4 Para el segundo tramo λ2 adim

2

122

CCLnl =   Longitud del segundo tramo del prefiltro con grava de 2.0 a 3.0 cm

Turbiedad afluente (C1)  UTTurbiedad efluente (C ) UT 2Turbiedad efluente (C2)  UT

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Procedimiento para el • Prefiltro Horizontal:

DiseñoP l λ di

5 Para el tercer tramo λ3  adim

3

233

CCLnl =   Longitud del tercer tramo del prefiltro con grava de 1.0 a 2.0 cm 

m Turbiedad afluente (C2)  UTTurbiedad efluente (C3)  UT

6      321 lllL ++=   Longitud total de la unidad  m 

7Volumen de agua contenido en 

l id d (∀)m3  lBq

h L 1 ∀− Altura de agua adicional requerida para7  la unidad (∀) 

mLB

h L

.1

1=Altura de agua adicional requerida para 

aplicar la tasa de lavado m

Tasa de levado (qL)  m3/m2

8 V l id d d d (VL) / i.. LBVLQL C d l d l d 3/8  Velocidad de descarga (VL)  m/min

60QL= Caudal de lavado m3/s

9      VLHhf 3/11=   Pérdida de carga en la grava  m 

 

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Procedimiento para el • Prefiltro Horizontal:

Diseño

10 Número de losas sobre el canal de 

limpieza (n) adim

1+−

=n

anBe  Ancho de las ranuras del canal de 

limpieza m 

Ancho de cada losa (a) mAncho del canal de limpieza (b) m QL2

11 Ancho del canal de limpieza (b) m

( )[ ] gbeCnQLh

df 21 2

2

2 += Pérdida de carga en el canal de 

limpieza m Coeficiente de descarga de las 

ranuras (Cd) adim

12      21 fff hhh +=   Pérdida de carga durante unadescarga

m descarga

13  Altura del canal de limpieza (h2)  m  21 2/1 hhHh ++=   Presión de agua sobre la compuerta 

14    ( )fC hhgV −= 2   Velocidad en la compuerta de descarga

m/s( )fC descarga

15     C

C VQLA =   Sección de la compuerta  m2 

 

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• Prefiltro Vertical :Principio de Funcionamiento

Esta captación indirecta se ubica en el fondo del cauce y está formada por lossiguientes elementos:

• Captación Directa

• Zona de Prefiltración

• Zona de Salida

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Zona de pre filtración: Este prefiltro utiliza grava como medio filtrante, con las siguientes

Prefiltro Vertical

p g , gcaracterísticas:

Capa Profundidad (m)

Diámetro mm

RIO

( )

1 0.1 15-252 0.2 10-153 0.5 5-10 RIO

Siendo el flujo verticaldescendente con baja velocidad(Vf=0.25 m/h). El sistema derecolección está formado poruna tubería perforada de PVCque desmboca en una cámara derecolección. Las paredesrecolección. Las paredeslaterales están formadas pormuros secos de cantos rodados,sin armadura, o por bolsas de

t P tl d ti 1cemento Portland tipo 1

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Prefiltro Vertical

Captación directa:

. Cuando se presenten aguas con buenas características que permitan el uso directo de filtración lenta se

tili á l á d t ióutilizará la cámara de captación lateral ubicada en la ribera de la fuente.

La entrada está protegida por una rejilla de hierro de Φ ¼” con separación de 2 cm para evitar laseparación de 2 cm para evitar la entrada de material flotante.

Page 18: Obras de Captacion

Sistema de Control:

Prefiltro Vertical

El sistema de control es manual y está formado por compuertas de hierroy/o madera

• CaptaciónDirecta

C

Directa

Compuerta

Compuerta

Page 19: Obras de Captacion

Ventajas Restricciones

Prefiltro Vertical

Ventajas

• La limpieza completa es máságil que en los otros casos,

Restricciones

• Este tipo de captación serecomienda usarlo con plantas defiltración lenta con y sin

porque la altura de la grava encada compartimiento es de sólo50 cms. Incluso puede ejecutarsed t d l i

filtración lenta con y sinsedimentación simple laminar,para lo cual las turbiedades de lasaguas deberían ser inferiores a 150y 750 UN respectivamente.

dentro del mismocompartimiento.

T bié l t j

• Este tipo de prefiltro no esadecuado para la remoción dematerial coloidal (diámetro < 1

i ó ) D bid l• También posee las ventajas yapresentadas en los prefiltroshorizontales.

micrón). Debido a que lasconcentraciones de ox{igenodisuelto en esta clase de prefiltroson generalmente bastante bajas,no tiene la capacidad para remover

Conveniencia de su aplicación

no tiene la capacidad para removermateria orgánica oxidable, color,hierro y/o manganeso.

Conveniencia de su aplicación

Page 20: Obras de Captacion

Criterios de DiseñoPrefiltro Vertical

• Velocidad máxima del curso de agua: • 3 m/s• 3 m/s

• Calidad del agua: • Turbiedad máxima= 150 UN (Con filtración lenta)• Turbiedad máxima= 750 UN (Con sedimentación simple y

filtración lenta)• Capacidad máxima del prefiltroCapacidad máxima del prefiltro

• 9 m3/h (recomendada)• Velocidad de filtración

• 0.25 m/h

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Procedimiento para el Prefiltro Vertical

Diseño

Para el diseño de un prefiltro múltiple se utiliza el siguiente procedimiento:p p g p

• Calcular la capacidad necesaria del prefiltro y asimilarla a su inmediata superiorde la columna 1

• Seleccionar el área necesaria de la columna 2• Decidir dimensiones del prefiltro en base a condiciones locales• Seleccionar el diámetro del dren secundario (4) considerando el área máxima

d d l (3) ió á i t d d 250drenada, columna (3) y una separación máxima entre drenes de 250 m.• Seleccionar el diámetro del dren principal de la columna 4 de acuerdo al área

total del prefiltro en la columna 3.

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Prefiltro Vertical

1 2 3 4Q (m3/h) A*B Area m2 Criterio para la elección del dren

Area má ima Φ (in)Area máximadrenada

Φ (in)

3.6 14.4 7.4 25 4 21 6 16 8 35.4 21.6 16.8 37.2 28.8 30 49 36.6 48.2 510 8 43 2 53 510.8 43.2 53 514.4 57.6 53 618 72 94 621.6 86.4 94 821.6 86.4 94 825.2 100.8 230 828.8 115.2 230 832.4 130 230 836 144 230 8