Evaluación de la planta de potabilización de agua del municipio de Villamaría Aquamana S.A.
Autor: Garzón Varón, Oscar Andrés
Asesor: Londoño Carvajal,  Adela (Thesis advisor)
Fecha: 2003
Programa: Bogotá - Medicina -Fisioterapia
Facultad: Facultad de Medicina

Resumen: En este documento se presentan los procedimientos seguidos y resultados obtenidos en la evacuación realizada a la planta de potabilización de agua de la empresa de acueducto del municipio de Villamaría (Caldas) desarrollando la metodología establecida por la Organización Mundial de la Salud (O.M.S.), la Organización Panamericana de la Salud (O.P.S.), el CEPIS y acogida por el Ministerio de Salud de Colombia en el año de 1989, para la Evaluación, Operación y Mantenimiento de plantas de tratamiento de aguas para el consumo humano. El proceso de evaluación se desarrolló en tres etapas: en la primera se recopiló información referente al estado actual de la planta y población servida; la segunda consistió en la evaluación de la operación y mantenimiento de cada una de las etapas que constituyen el proceso de potabilización, un análisis de vulnerabilidad y de estructura administrativa; y por ultimo se plantean una serie de recomendaciones orientadas a la optimización de la planta. / Abstract: In this are presented the followed procedures and results obtained in the evaluation carried out to the plant makes drinkable water of the aqueduct company of Villamaria municipality (Caldas) developing the methodology established by the Health World Organization (H.W.O), the Health Panamericana Organization (H.P.O.), the CEPIS and reception by Health Ministry of Colombia in 1989, for Evaluation, Operation and Maintenance of water processing plants for human consumption. The evaluation process was developed in three phases: in the first one the referring information was compile to the present state of the plant and population served; the second consisted of the evaluation of the operation and maintenance of each one of the phases that constitute the process of makes water drinkable, an analysis of vulnerability and of administrative structure; and by least are presented a series of recommendations oriented to make better the plant.

EVALUACION DE LA PLANTA DE POTABILIZACION DE AGUA DEL MUNICIPIO
DE VILLAMARÍA
“AQUAMANA E.S.P.”
OSCAR ANDRES GARZON VARON
WILKINSON ROSAS OSORIO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MANIZALES
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
INGENIERIA QUÍMICA
MANIZALES
2003“EVALUACION DE LA PLANTA DE POTABILIZACION DE AGUA DEL MUNICIPIO
DE VILLAMARÍA
“AQUAMANA E.S.P.”
OSCAR ANDRES GARZON VARON
WILKINSON ROSAS OSORIO
Línea de Profundización:
Ing. Ambiental
Trabajo de grado para optar al titulo de Ingeniero Químico
MODALIDAD:
PASANTIA
DIRECTOR UNIVERSIDAD: ING. ADELA LONDOÑO CARVAJAL
DIRECTOR AD-HOC: ING. DIEGO HERNAN CORTES
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MANIZALES
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
INGENIERIA QUÍMICA
MANIZALES
2003
AQUAMANÁ E.S.P.TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN 1
OBJETIVOS 2
Objetivo General 2
Objetivos Específicos 2
1. INFORMACIÓN BASICA 3
1.1. CARACTERÍSTICAS DEL MUNICIPIO DE VILLAMARÍA 3
1.1.1. Hidrografía 4
1.1.2. Demografía 4
1.1.3. Población, Dotación y demanda 5
1.1.4. Acueducto 7
1.1.5. Alcantarillado 7
1.1.6. Aseo 8
1.1.7 Educación 8
1.1.8. Salud 9
1.1.9. Cobertura de vacunación 9
1.1.10. Tasas de mortalidad y esperanzas de vida. 9
1.2. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA AQUAMANA E.S.P. 10
1.3. SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA A LA PLANTA 11
1.3.1. Sistema Chupaderos. 12
1.3.2. Sistema La Albania. 13
1.4. IDENTIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA PLANTA. 14
1.4.1. Coagulación. 14
1.4.2. Floculación. 15
1.4.3. Sedimentación. 16
1.4.4. Filtración. 17
1.4.5. Desinfección. 18
2. EVALUACIÓN DE CADA ETAPA DE POTABILIZACION EN LA
PLANTA 19
2.1 ABASTECIMIENTO 192.1.1. Bocatoma sistema La Albania 19
2.1.2. Bocatoma sistema Chupaderos. 19
2.1.3. Evaluación de los Desarenadores 19
2.1.3.1 Desarenador sistema la Albania. 19
2.1.3.2 Desarenador sistema Chupaderos. 21
2.2. COAGULACIÓN 22
2.2.1 Manejo y almacenamiento del Coagulante. 22
2.2.2. Calibración de los dosificadores de Coagulante. 22
2.2.2.1 Calibración Dosificador No 1 22
2.2.2.2 Calibración Dosificador No 2 23
2.2.3. Unidad de coagulación (Canaleta Parshall) 23
2.2.4. Determinación de los parámetros óptimos de Coagulación. 25
2.2.5. Perdida de carga en el agua efluente de la Canaleta
hasta la entrada a los floculadores 27
2.3. FLOCULACION 27
2.3.1. Floculadores 1 y 2 28
2.3.2. Floculadores 3 y 4 29
2.3.3. Resultados de la prueba con trazadores en los cuatro Floculadores. 31
2.3.4. Gradientes y tiempos óptimos de mezcla lenta hallados
experimentalmente (Prueba de Jarras). 35
2.4. SEDIMENTACIÓN 38
2.4.1. Clasificación y eficiencia de los sedimentadores según los registros de
turbiedad 39.
2.4.2. Calculo del volumen de los sedimentadores 42
2.4.2.1. Sedimentadores 1 y 2 42
2.4.2.2. Sedimentadores 3 y 4 43
2.4.3. Eficiencia según las velocidades de sedimentación en relación
con la remoción de turbiedad 44
2.4.4. Determinación de la velocidad critica de sedimentación teórica de
diseño en cada Sedimentador 45.
2.4.5. Resultados de la prueba con trazadores en los cuatro Sedimentadores 47.
2.5. FILTRACIÓN 502.5.1. Duración del lavado 51
2.5.2. Desplazamiento de la grava 53
2.5.3. Espesor de los lechos de arena y antracita 54
2.5.4. Granulometría del lecho filtrante 54
2.5.5. Bolas de lodo 56
2.5.6. Determinación del peso especifico 57
2.5.7. Porosidad 59
2.5.8. Eficiencia de los filtros según los registros de turbiedad del agua
afluente y efluente en cada unidad 60
2.6. DESINFECCION 62
2.6.1. Determinación del punto de quiebre al agua cruda que ingresa a la
planta 63
2.6.2. Relación concentración - tiempo 64
2.6.3. Cloro residual total y coliformes totales en la red de distribución. 65
2.7. CARACTERIZACION DEL AGUA QUE INGRESA Y SALE DE LA
PLANTA 66
3. EVALUACIÓN ADMINISTRATIVA. 68
3.1. Descripción de las instalaciones. 69
3.2. Higiene de trabajo 69
4. ANALISIS DE VULNERABILIDAD 70
5. CONCLUSIONES 71
6. RECOMENDACIONES 84
7. BIBLIOGRAFÍA 90
ANEXOSLISTA DE TABLAS
Tabla 1: Proyecciones municipales de población en el periodo 1995 – 2005 4
según el DANE (14)
Tabla 2: Proyecciones de población para el periodo 2006 – 20015 5
Tabla 3: Caudales calculados para diferentes años 7
Tabla 4: Alumnos matriculados y docentes en los distintos niveles
de formación. 8
Tabla 5: Porcentajes de vacunación en menores de un año. 9
Tabla 6: Tasa de mortalidad infantil, materna, general y esperanza
de vida (8). 10
Tabla 7: Número de suscriptores y consumo por sectores en el año 2002. 11
Tabla 8: Parámetros calculados para diferentes caudales de operación del
desarenador sistema La Albania. 20
Tabla 9: Parámetros calculados para diferentes caudales de operación
del desarenador sistema Chupaderos. 21
Tabla 10: Comparación de las dimensiones físicas reales de la canaleta
Parshall con las especificadas en la teoría. 24
Tabla 11: Comparación de las pendientes reales de la canaleta Parshall
con las especificadas en la teoría. 24
Tabla 12: Valores de las principales laminas de agua y cálculos hidráulicos
para diferentes caudales de operación en la Canaleta Parshall. 24
Tabla 13: Resumen de los parámetros óptimos determinados en la
"Prueba de Jarras". 26
Tabla 14 : Perdidas de carga reales y teóricas entre la salida de la canaleta.
Parshall y la entrada a cada Floculador. 27
Tabla 15: Dimensiones Floculadores 1 y 2. 28
Tabla 16: Valores determinados para diferentes caudales de operación
en los floculadores 1 y 2. 29
Tabla 17: Dimensiones de los Floculadores 3 y 4. 30Tabla 18: Valores determinados para diferentes caudales de operación
en los Floculadores 3 y 4. 31
Tabla 19: Datos de operación y valores encontrados en la prueba con
trazadores realizada a los cuatro Floculadores. 32
Tabla 20: Turbiedad residual del agua efluente de los floculadores a
diferentes tiempos. 34
Tabla 21: Fracción de turbiedad remanente en el agua efluente de los
floculadores con el tiempo. 34
Tabla 22: Clasificación de los sedimentadores según la turbiedad del
agua producida. 39
Tabla 23: Valores de turbiedad diaria promedio del agua efluente de
cada sedimentador registrados en Octubre de 2003. 40
Tabla 24: Análisis de frecuencias a los valores de turbiedad registrados
en Octubre de 2003. 41
Tabla 25: Clasificación de cada Sedimentador de acuerdo al análisis de
frecuencias. 41
Tabla 26: Dimensiones de los sedimentadores 1 y 2. 42
Tabla 27: Dimensiones Sedimentadores 3 y 4. 43
Tabla 28: Datos experimentales y remociones calculadas en la prueba
para determinar la eficiencia de los sedimentadores. 44
Tabla 29: Velocidades reales y teóricas de flujo en el Sedimentador 1 para
diferentes caudales. 45
Tabla 30: Velocidades reales y teóricas de flujo en el Sedimentador 2 para
diferentes caudales. 46
Tabla 31: Velocidades reales y teóricas de flujo en el Sedimentador 3 para
diferentes caudales. 46
Tabla 32: Velocidades reales y teóricas de flujo en el Sedimentador 4 para
diferentes caudales. 47
Tabla 33: Datos de operación y valores encontrados en la prueba con
trazadores realizada a los cuatro Sedimentadores. 48
Tabla 34: Dimensiones de los Filtros de la planta de potabilización. 50
Tabla 35: Áreas superficiales reales de cada filtro. 51
Tabla 36: Turbiedad del agua de lavado a diferentes tiempos en cada filtro. 52Tabla 37: Espesor de los lechos de arena y antracita en cada filtro. 54
Tabla 38: Porcentaje de arena y antracita del total de lecho filtrante en
cada unidad. 54
Tabla 39: Coeficiente de uniformidad de cada muestra de lecho. 55
Tabla 40: Porcentaje de lodos en el lecho de cada filtro. 56
Tabla 41: Clasificación dada por la O.M.S. (12) para el medio filtrante
de los filtros según el porcentaje de bolas de lodo. 56
Tabla 42: Clasificación del lecho de cada filtro de acuerdo a la tabla
anterior. 57
Tabla 43: Pesos específicos de cada material en los seis filtros. 57
Tabla 44: Relaciones de diámetros optimas entre la arena y la antracita. 58
Tabla 45: Porosidad del material de cada filtro determinada
Experimentalmente. 59
Tabla 46: Velocidad de filtración para diferentes caudales en cada filtro. 60
Tabla 47: Valores de turbiedad promedio diaria que entra y sale de cada
filtro durante Octubre de 2003. 61
Tabla 48: Análisis de las frecuencias de turbiedad en el agua efluente
de cada filtro en Octubre de 2003. 62
Tabla 49: Clasificación de los filtros según la calidad del agua producida
respecto al tiempo (12). 62
Tabla 50: Valores de cloro libre, combinado, residual y demanda de cloro
para diferentes dosis iniciales de Cloro. 63
Tabla 51: Resultados del muestreo realizado en la red de distribución. 66
Tabla 52: Caracterización del agua cruda y tratada el 16 de Junio del 2003. 67LISTA DE GRAFICAS
Gráfica 1: Proyección municipal de población en el periodo 1995 – 2005 5
Gráfica 2: Turbiedad del agua cruda que ingresa a la planta en función
del tiempo (periodo Mayo 2002 a Mayo 2003). 25
Grafica 3: Concentración de Cloruros a la salida de cada Floculador en
función de la relación t/To. 33
Gráfica 4: Comparación de la eficiencia del flóculo formado en los 4
floculadores. 35
Gráfica 5: Turbiedad residual en función del tiempo de floculación para
diferentes gradientes
Turbiedad inicial 1 de 14 U.N.T.. 36
Gráfica 6: Turbiedad residual en función del tiempo de floculación para
diferentes gradientes.
Turbiedad inicial 2 de 68 U.N.T. 36
Gráfica 7: Turbiedad residual en función del tiempo de floculación para
diferentes gradientes.
Turbiedad inicial 3 de 400 U.N.T.. 37
Gráfica 8: Turbiedad residual en función del tiempo de floculación para
diferentes gradientes
Turbiedad inicial 4 de 1200 U.N.T.. 37
Grafica 9: Concentración de Cloruros a la salida de cada Sedimentador
en función de la relación t/To. 49
Gráfica 10: Logaritmo de la turbiedad del agua efluente del lavado de
cada filtro en función del tiempo. 53
Gráfica 11: Cloro residual total en función de la dosis aplicada. 64UNIVERSIDAD BIBLIOTECA ALFONSO CALVAJAL ESCOBAR
NACIONAL DE
COLOMBIA
S M
EDE ANIZALES
Resumen de Trabajo de Grado
CARRERA INGENIERIA QUÍMICA
1er Apellido: GARZON 2do Apellido: VARON Nombre: OSCAR ANDRES
1er Apellido: ROSAS 2do Apellido: OSORIO Nombre: WILKINSON
TITULO DEL TRABAJO: EVALUACION DE LA PLANTA DE POTABILIZACION DE AGUA DEL
MUNICIPIO DE VILLAMARÍA “AQUAMANA E.S.P.”
NOMBRE DEL DIRECTOR DEL TRABAJO: Ing. GONZALO MORANTE G
RESUMEN DEL CONTENIDO
En este documento se presentan los procedimientos seguidos y resultados obtenidos en la evaluación
realizada a la planta de potabilización de agua de la empresa de acueducto del municipio de Villamaría
(Caldas) desarrollando la metodología establecida por la Organización Mundial de la Salud (O.M.S.), la
Organización Panamericana de la Salud (O.P.S.), el CEPIS y acogida por el Ministerio de Salud de
Colombia en el año de 1989, para la Evaluación, Operación y Mantenimiento de plantas de tratamiento
de aguas para consumo humano.
El proceso de evaluación se desarrolló en tres etapas: en la primera se recopiló información referente
al estado actual de la planta y población servida; la segunda consistió en la evaluación de la operación
y mantenimiento de cada una de las etapas que constituyen el proceso de potabilización, un análisis de
vulnerabilidad y de estructura administrativa; y por ultimo se plantean una serie de recomendaciones
orientadas a la optimización de la planta.
ABSTRACT
In this document are presented the followed procedures and results obtained in the evaluation carried
out to the plant that makes drinkable water of the aqueduct company of Villamaria municipality (Caldas)
developing the methodology established by the Health World Organization (H.W.O), the Health
Panamericana Organization(H.P.O), the CEPIS and reception by Health Ministry of Colombia in 1989,
for Evaluation, Operation and Maintenance of water processing plants for human consumption.
The evaluation process was developed in three phases: in the first one the referring information was
compile to the present state of the plant and population served; the second consisted of the evaluation
of the operation and maintenance of each one of the phases that constitute the process of makes water
drinkable, an analysis of vulnerability and of administrative structure; and by least are presented a
series of recommendations oriented to make better the plant.
PALABRAS CLAVES: Planta potabilización de agua, VillamaríaINTRODUCCIÓN
Debido a la gran importancia que tiene el agua para la vida y conscientes de la
responsabilidad de la empresa prestadora del servicio en Villamaría de brindar agua
potable que cumpla con las normas establecidas por la legislación Colombiana,
surgió la necesidad de desarrollar una evaluación detallada de la operación y
administración de la planta de potabilización con el propósito de dar solución a los
problemas mas significativos presentes en la planta de tratamiento actualmente.
La evaluación se desarrolló siguiendo los criterios establecidos en los módulos
elaborados por la O.P.S. (12) y en el libro "Teoría y Practica de la purificación del
agua" de Jorge Arboleda (2), en los cuales se plantean aspectos tan importantes
como la gestión administrativa y operación de las unidades de captación,
conducción, coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección .
Al final del presente documento se presentan las conclusiones generales y
específicas y las recomendaciones pertinentes con el fin de que la empresa realice
las modificaciones del caso y así garantizar el correcto funcionamiento de la planta
de potabilización.
1OBJETIVOS
Objetivo General
Enunciar los procedimientos seguidos y los resultados obtenidos en la evaluación de
la operación de la planta de potabilización de agua de la empresa de acueducto de
Villamaría (AQUAMANÀ E.S.P.), según la metodología planteada por la
Organización Panamericana de la Salud en los módulos de evaluación, operación y
mantenimiento de plantas de tratamiento de agua para el consumo humano y en el
libro "Teoría y practica de la purificación del agua " de Jorge Arboleda.
Objetivos Específicos
• Mostrar la información recopilada acerca de los aspectos más importantes del
estado actual de la planta de potabilización y la población beneficiada.
• Determinar la calidad del agua efluente de la planta de acuerdo a lo establecido
en la legislación Colombiana para agua potable (Decreto 475 de 1998).
• Reportar los resultados de la evaluación de cada una de las etapas que
constituyen el proceso de potabilización (Captación, Coagulación, Floculación,
Sedimentación, Filtración y Desinfección) efectuado en la planta de tratamiento
de la empresa de acueducto de Villamaría (Aquamaná E.S.P.).
• Comparar los criterios de diseño y parámetros de operación de la planta con lo
establecido en el RAS 2000.
• Analizar la estructura administrativa actual de la empresa de acueducto de
Villamaría y sus efectos sobre la operación de la planta de potabilización.
• Analizar la vulnerabilidad de la planta frente a perturbaciones externas que
puedan afectar su funcionamiento con base a estudios efectuados previamente.
• Identificar las fallas existentes en el proceso de potabilización encontradas
durante la evaluación y plantear soluciones realizables a corto, mediano y largo
plazo.
21. INFORMACIÓN BÁSICA
1.1. CARACTERÍSTICAS DEL MUNICIPIO DE VILLAMARIA
La información que se muestra a continuación fue tomada del libro "Estructura
Económica y Social del Departamento de Caldas" de la Gobernación de Caldas
Editado en Manizales en el año 2002 (8).
El casco urbano del municipio se encuentra ubicado en la región centro sur del
departamento a una distancia de 9 Km del centro de Manizales. Esta ubicado a 5° 3’
de latitud Norte, 75° 31’ de longitud oeste del meridiano de Grenwich, y a una altura
de 1920 m.s.n.m.
Tiene una superficie territorial de 457.8 Km2 de acuerdo con el IGAC (Instituto
Geográfico Agustín Codazzi), que equivale al 6.1% del territorio del departamento,
una temperatura promedio de 18 °C y un piso térmico que comprende desde el
páramo de las nieves perpetuas del nevado del Ruiz hasta el clima templado en la
región de Rió claro.
El municipio de Villamaría se encuentra Limitada por el norte con Manizales del cual
lo separa una distancia de 9 Km. , por el occidente con Chinchiná, por el sur con
Santa Rosa de Cabal (departamento de Risaralda) y por oriente con el
departamento del Tolima cobijando los municipios del Líbano , Villahermosa;
Casabianca y Herveo.
Administrativamente se encuentra dividido en una cabecera municipal con 43
barrios en área urbana y 39 veredas en el área rural.
31.1.1. Hidrografía
El municipio de Villamaría se encuentra ubicado en la cuenca del río Chinchiná
dividiéndose su red hídrica en dos grandes áreas, la del río Chinchiná, abastecida
por 13 micro cuencas y la del río claro que a su vez es tributario del de Chinchiná.
Cerca de 7.500 has. del municipio pertenecen al Parque Nacional Natural de los
Nevados que constituye una gran reserva de agua ya que de sus cumbres
desciende ríos y quebradas como los Cuervos, Chupaderos, Juntas, Molinos y
Nereidas que abastecen las zonas bajas de asentamientos humanos, áreas
agrícolas y otras como la quebrada California que surte el acueducto de Gallinazo,
el cual suministra el servicio de agua a una parte del área urbana de Manizales. El
municipio posee numerosas fuentes de aguas termales localizadas por encima de
los 2.500 m.s.n.m., evidenciando la intensa actividad volcánica regional.
1.1.2. Demografía
En la tabla 1 y gráfica 1 a continuación se muestra la proyección de población para
el periodo 1995 - 2005 en el municipio de Villamaría con base en el Censo de 1993
tomada del libro "Proyecciones Municipales de Población por Área 1995 - 2005"
Editado por el DANE (14) en el año 2000.
Tabla 1: Proyecciones municipales de población en el periodo 1995 - 2005 según el
DANE (14)
Año 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Cabecera 28233 28896 29573 30263 30964 31675 32394 33123 33861 34606 35355
Resto 11406 11569 11733 11898 12063 12227 12389 12551 12712 12871 13026
Total 39639 40465 41306 42161 43027 43902 44783 45674 46573 47477 48381
4Proyeccion poblacional para el municipio de Villamaria Periodo 1995 - 2005
49000
48000
47000
46000
45000 setnatibaH
44000
43000
42000
41000
40000
39000
1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
Año
Gráfica 1: Proyección municipal de población en el periodo 1995 - 2005
Extrapolando la anterior gráfica (asumiendo linealidad) se obtiene la proyección para
el período 2006 - 2015. Los valores se relacionan en la siguiente tabla
Tabla 2: Proyecciones de población para el periodo 2006 - 20015
Año 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
No habitantes (total) 49199 50075 50950 51826 52702 53578 54454 55330 56205 57081
1.1.3. Población, Dotación y demanda
En la determinación del caudal que requiere la población para cada año según las
proyecciones poblacionales en el Municipio dadas, se utilizan los criterios
establecidos en los índices A, B y C del RAS 2000 (15)
Los Cálculos pertinentes para una población de 46573 habitantes estimada para el
2003 son los siguientes.
5La población en la zona urbana de Villamaría esta entre los 12500 y 60000 según la
proyección municipal para el año 2003 (ver tabla 1) por lo cual el nivel de
complejidad es medio alto (15).
La dotación mínima (cantidad mínima de agua para satisfacer las necesidades de
un habitante sin considerar perdidas en la red) es de 130 litros/habitante*día de
acuerdo al nivel de complejidad.
Asumiendo un porcentaje de perdidas técnicas de agua en la red de distribución del
15 % según registros de agua no contabilizada en la empresa, la dotación bruta
viene dada por:
D
D bruta = 1-mi 0ni .m 15a D bruta =152.94litros/ha*dia
El Caudal Medio Diario (Q ) se calcula para la población a partir de la dotación
md
bruta, así.
Q
md=Poblacion*D bruta=46573*152.94 Q md=82.44litros/s.
86400 86400
El Caudal Máximo Diario (Q ) que es el consumo máximo registrado durante 24
MD
horas en un período de un año se calcula de la siguiente formula.
Q MD = Q md*k1 Donde k1 es el coeficiente de consumo máximo diario
(igual a 1.2 según el nivel de complejidad) (15).
Por lo cual Q MD =82.44*1.2 Q MD = 98.93litros/s
La planta de potabilización del municipio debe estar en capacidad de tratar 1 Caudal
Máximo Diario (Q ). En la siguiente tabla se relacionan los Q calculados para
MD MD
cada año de acuerdo a las proyecciones poblacionales del municipio en el período
2003 - 2015.
6Tabla 3: Caudales calculados para diferentes años
Año 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Q (litros/s) 98.9 100.9 102.8 104.5 106.4 108.2 110.1 111.9 113.8 115.6 117.5 119.4 121.2
MD
1.1.4. Acueducto
Este servicio es prestado desde 1988 por las empresas públicas de Villamaría,
entidad que cambio su razón social en septiembre de 1998 por AQUAMANA E.S.P.
Las aguas son captadas de las bocatomas de las quebradas Chupaderos y
Chupaderitos ( La Albania) y conducidas a la planta de tratamiento de la Florida,
construida en 1992 y que posee un sistema de tratamiento tipo convencional, para
posteriormente ser distribuida al área urbana del municipio con una cobertura del
100 % (6).
Según cifras de esta empresa, el total de metros cúbicos consumidos en el año
2000 ascendió a 1679.555, cifra ligeramente inferior al 0.4% del consumo en el año
1999 con un valor facturado mensual promedio de 140 millones de pesos. Por su
parte el número de usuarios al servicio de acueducto llego al año 2.000 a 6.981,
superior en un 4% frente al total del año 1999 (6).
1.1.5. Alcantarillado
El servicio de alcantarillado es prestado en la zona urbana por la empresa
AQUAMANA E.S.P.. Las aguas residuales domesticas e industriales son
recolectadas a través de una red de alcantarillado mixta para aguas lluvias y negras
que finalmente vierten al río Chinchiná y la quebrada la Diana estimándose una
cobertura para el año 2002 de 95% (6).
71.1.6. Aseo
La recolección de basuras y el aseo del municipio están a cargo de la empresa
AQUAMANA E.S.P. que viene atendiendo este servicio desde el año 1998. Cuenta
para estas labores con 2 vehículos debidamente acondicionados, en el año 2000, el
municipio alcanzó un total de 4.023 toneladas de residuos sólidos, los cuales son
depositados en el relleno sanitario de la Esmeralda ubicado en la ciudad de
Manizales (6).
1.1.7. Educación
La educación en el municipio es impartida en su mayoría por el sector público. La
siguiente tabla muestra el número de alumnos y profesores en los diferentes centros
educativos para diferentes años (8).
Tabla 4: Alumnos matriculados y docentes en los distintos niveles de formación.
Preescolar Primaria Secundaria
Años Alumnos Docentes Alumnos Docentes Alumnos Docentes
1995 366 12 4298 134 3043 152
1997 479 11 4177 179 3285 172
1999 570 11 4464 134 3619 160
2000 624 20 4647 140 3564 175
El número de alumnos matriculados en el 2003 totalizó 8835 de los cuales 1968
pertenecen a la zona rural y 6867 a la zona urbana y su distribución fue 624 en
preescolar, 4647en primaria y 3564 en secundaria. Respecto al personal docente
para el mismo año, se registraron 335 educadores de los cuales 20 orientaron la
educación preescolar, 140 la primaria y 175 la secundaria lo cual representa una
relación alumno docente de 31 estudiantes en preescolar, 33 en primaria y 20 en
secundaria.
81.1.8. Salud
El sistema de salud en el municipio está integrado por el Hospital San Antonio de
Villamaría que cuenta con un personal de planta de 8 médicos, 2 odontólogos, 1
enfermera rural y 19 auxiliares de enfermería (8).
1.1.9. Cobertura de vacunación
La vacunación en los niños menores de un año ha tenido un deterioro con el paso
del tiempo, pues se evidencia que los porcentajes de vacunación han descendido
del 100% en 1995 para la hepatitis B hasta 65.4% en al año 2000 (8).
Tabla 5: Porcentajes de vacunación en menores de un año.
Año Polio D.P.T1 Hepatitis B B.C.G.2 Triple Viral
1995 77.3 75.3 100.0 49.1 100.0
1996 100.0 100.0 100.0 49.0 100.0
1997 79.9 79.9 91.8 53.0 100.0
1998 82.0 83.8 76.2 47.2 73.6
1999 88.2 88.2 86.0 78.3 63.9
2000 68.9 68.6 65.4 41.0 62.0
1 Se refiere a Difteria, Tosferina y Tetano 2 Se refiere a Tuberculosis.
1.1.10. Tasas de mortalidad y esperanzas de vida
En Villamaría la tasa de mortalidad infantil se incrementó de manera significativa
con respecto al período 1990 – 1995 (ver tabla No 6), situación que refleja un
deterioro de los controles preventivos de algunas patologías de la población infantil,
tales como atelectasia primaria del recién nacido, asfixia del nacimiento y síndrome
de dificultad respiratoria. Las causas de mortalidad detectadas para diferentes
edades fueron en orden infarto al miocardio, agresión con disparo y neumonía (8).
9Tabla No 6: Tasa de mortalidad infantil, materna, general y esperanza de vida (8)
Infantil1 Materna2 General2 Esperanza de
Años vida
1995 2.3 - 3.6 79.0
1996 7.3 2.9 4.1 77.0
1997 7.2 - 4.8 73.7
1998 15.6 1.4 3.9 76.7
1999 16.0 1.5 4.7 74.2
1 Tasa por mil nacidos vivos 2 tasa por mil habitantes
1.2. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA AQUAMANA E.S.P.
La empresa fue creada mediante el acuerdo del Concejo Municipal el 10 de
Diciembre de 1986 bajo el nombre de Empresas Públicas de Villamaria. El 10 de
Septiembre de 1996 por acuerdo No 054 nace la empresa de Industria y Comercio
del orden municipal denominada “AQUAMANA E.S.P.” (6).
Actualmente la empresa cuenta con una nómina de aproximadamente 55
empleados organizados de acuerdo al nivel jerárquico que ocupa cada uno en la
organización (información tomada de la empresa).
AQUAMANA E.S.P. provee de agua potable a los sectores comercial, industrial,
oficial, a los estratos residenciales 1, 2, 3 y 4, y a 100 viviendas en la zona rural
pertenecientes todas al estrato socioeconómico bajo – bajo (6). La relación del
número de suscriptores y el consumo en m3 por sectores en el 2002 se muestra en
la tabla 7 (6).
10Tabla No 7: Número de suscriptores y consumo por sectores en el año 2002
Estrato Resd. 1 Resd. 2 Resd. 3 Resd. 4 Comercial Comercial Industrial Industrial Oficial Total
1 2 3 4
No. Suscriptores 13.839 21.080 43.526 5.898 2.742 494 71 479 279 88.408
Consumo (m3) 260.273 372.362 754.861 103.406 48.834 7.760 1.790 21.344 32.491 160.12
Porcentaje de 15.65 23.84 49.23 6.67 3.10 0.55 0.08 0.54 0.31 100
Suscriptores
Porcentaje de 16.23 23.22 47.09 6.45 3.04 0.48 0.11 1.33 2.02 100
Consumo
La planta de potabilización cuenta con archivos que relacionan los valores de pH,
color, turbiedad, acidez, alcalinidad, cloro residual, cloruros, dureza total y cálcica,
hierro, magnesio, nitratos, sodio y sulfatos determinados en el agua cruda y tratada
cada hora durante todos los días del mes.
La empresa cuenta con un manual de funciones detallado y los procedimientos de
operación y mantenimiento de la planta están siendo sometidos a revisión.
En la actualidad los operarios de la planta de potabilización asisten a curso de
capacitación en el SENA dos días a la semana donde reciben fundamentos teóricos
de las etapas de potabilización del agua y destrezas en el manejo de equipos e
instrumental de laboratorio.
1.3. SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA A LA PLANTA
Para la siguiente estimación de los caudales confiables de las fuentes que
abastecen el acueducto del municipio y la proyección en el tiempo, se utilizaron las
conclusiones del estudio hidrológico realizado por el consorcio Hidrozan – Aquaterra
en 1991 para las Empresas Públicas de Manizales (10).
La cabecera del municipal de Villamaría se abastece de agua potable captada de
las quebradas Chupaderos y La Albania. A continuación se hace una descripción
general de las cuencas hidrográficas y estructuras utilizadas para la captación del
agua.
111.3.1. Sistema Chupaderos.
La cuenca que abastece este sistema cubre un área aproximada de 19.6 Km2,
garantizando un rendimiento hídrico en el 95 % del tiempo, de 240 litros/s. como
mínimo, y caudales máximos diarios que pueden variar de 186 litros/s. para un
tiempo de retorno de dos años, a 152 litros/s. para 25 años (13).
Captación y conducción del agua cruda
La unidad utilizada para la captación del agua cruda de la quebrada chupaderos es
una bocatoma lateral conformada por un vertedero de captación, rejilla de retención
(la cual se encuentra en mal estado), camara de derivación y línea de aducción. la
concesión de aguas para la quebrada sólo autoriza captar 180 litros/s por una
vigencia de 10 años, sin embargo, la bocatoma esta diseñada para un caudal de
hasta 240 litros/s.
La distancia entre la captación y el desarendor es de aproximadamente 350 metros
y la conducción en este tramo se hace mediante una tubería de PVC RDE 41 de 10
pulgadas de diámetro.
El desarenador construido es de tipo convencional constituido por zona de entrada,
cámara de aquietamiento, zona de sedimentación, cámara de salida y zona de
lodos.
La zona de sedimentación tiene 10.45 m de largo, 2.62 m de ancho y una
profundidad efectiva de 1.94 m. Hace falta protección en la zona de salida, pues
aunque esta provisto de trampa de flotantes, aguas a bajo de esta caen hojas y
otros elementos indeseables, también le hace falta el vertedero de excesos.
12El agua efluente del desarenador es conducida a una camara de unión abierta a la
atmósfera, a una elevación de 2055 m.s.n.m. aproximadamente, por una tubería de
PVC RDE 41 de 12 pulgadas de diámetro de 2946 metros de longitud con una
capacidad de 120 litros/s. el cual corresponde al caudal medio anual de la quebrada
1.3.2. Sistema La Albania.
La cuenca que abastece este sistema cubre un área aproximada de 3.7 Km2,
garantizando un rendimiento hídrico en el 85% del tiempo, de 104 litros/s. como
mínimo, y caudales máximos diarios que pueden variar de 80 litros/s. para un
tiempo de retorno de dos años, a 65 litros/s. para 25 años (13).
La unidad utilizada para la captación del agua cruda de la quebrada Chupaderos es
una bocatoma sumergida conformada por un canal recolector, caja de salida,
vertedero de excesos, desagüe y muros laterales.
La unidad fue diseñada para captar un caudal de hasta 104 litros/s., pero la
concesión de aguas para la quebrada solo autoriza captar 33.92 litros/s por una
vigencia de 10 años.
La distancia entre la captación y el desarendor es de aproximadamente 400 m y la
conducción del agua se realiza mediante una tubería de PVC RDE 41 de 10
pulgadas de diámetro.
El desarenador construido es de tipo convencional constituido por zona de entrada,
camara de aquietamiento, zona de sedimentación, zona de lodos y camara de
salida. Las dimensiones de la zona de sedimentación efectiva son: Ancho 4.89 m,
largo 12.85 m y profundidad de 1.90 m.
El agua efluente del desarenador es conducida por una tubería de acero al carbón
clase 25 de 12 pulgadas de diámetro de 1116 metros de longitud con una capacidad
de 80 litros/s. el cual corresponde al caudal medio anual de la quebrada.
13La conducción del agua cruda desde la cámara de unión (mezcla agua captada de
las dos quebradas) hasta la planta de tratamiento consiste de 1325 metros de
tubería de acero al carbón clase 25 de 12 pulgadas y 800 metros de tubería de
acero al carbón clase 25 de 10 pulgadas.
1.4. IDENTIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA PLANTA.
La planta de tratamiento de agua potable ubicada en el sector de la Florida es de
tipo convencional simplificado construida en 1988 con una capacidad de 120 litros/s.
En 1996 fue ampliada y optimizada con base en un estudio realizado por la firma
COOPENAC L.T.D.A. (10), (las memorias de cálculo de las modificaciones están en
la biblioteca de la empresa) para tratar un caudal de 180 litros/s y actualmente sólo
se utiliza el 70 % de su capacidad de potabilización, existiendo la posibilidad de que
la población aumente y se les pueda garantizar el servicio.
De acuerdo a las modificaciones realizadas en la planta, a los criterios establecidos
en el R.A.S. 2002 (15) sobre población, dotación y demanda, y las proyecciones
poblacionales del municipio, la planta esta en capacidad de abastecer de agua al
municipio hasta el año 2046, siempre y cuando el agua potable cumpla con las
especificaciones estipuladas en la legislación colombiana.
Las unidades que componen cada una de las etapas de potabilización en la planta
se describen a continuación.
1.4.1. Coagulación.
Es utilizado como coagulante Sulfato de Aluminio tipo B, que es adicionado en
solución al agua cuando esta pasa a través de una canaleta Parshall con un ancho
de garganta (W) de 0.229 metros (9 pulgadas).
141.4.2. Floculacion.
La planta de potabilización cuenta con cuatro unidades de floculacion (2 tipo
Alabama y 2 de vórtice).
Los floculadores 1 y 2 están constituidos cada uno por 8 cámaras en serie, de área
superficial cuadrada de lado 1.90 m y una profundidad aproximada de 2.00 m para
un volumen útil por unidad de 57.76 m3.
En el centro de cada cámara se encuentra un tabique de 1.5 m de altura a lo ancho
de la misma el cual funciona como vertedero ahogado obligando que el paso entre
cámaras se haga siempre por la parte inferior (se han dispuesto orificios de paso
que varían de 0.22 m x 0.22 m a 0.34 m x 0.34 m). El movimiento del agua en cada
cámara es ascendente al inicio y descendente al final.
El agua entra a cada unidad de floculación por la parte inferior de la primera cámara
mediante una compuerta lateral de 18 pulgadas de diámetro conectada a un canal
de 1 m de ancho y 2.74 m de profundidad que recibe la descarga de la canaleta
Parshall. La salida de la última cámara se hace mediante vertedero de descarga
libre a todo el ancho de la misma.
Las dos últimas unidades de floculación son de flujo helicoidal tipo “Cox” con seis
cámaras en serie de área superficial cuadrada de lado 1.45 m y profundidad de 5.1
m para un volumen útil en cada unidad de 64.33 metros. En el centro de cada
cámara se encuentra ubicado un tabique de separación de 0.2 m de espesor
El agua es alimentada a las unidades de floculación mediante tuberías de asbesto
cemento de 12 pulgadas de diámetro y el desagüe por medio de tuberías de 6
pulgadas.
151.4.3. Sedimentación.
Esta etapa de tratamiento esta constituida por cuatro sedimentadores de flujo
vertical de alta velocidad o acelerada con placas inclinadas. Las dos primeras
unidades están conformadas por placas planas de asbesto cemento de 2.4 m x 1.2
m y 1 cm de espesor, inclinadas a 60° con relación a la horizontal y con separación
libre de 7 cm.
Los tanques de sedimentación tiene 4.81 m de ancho, 8.27 m de longitud y 4.61 m
de profundidad y la zona donde se encuentran instaladas las placas, tiene una
longitud de 5.17, por lo cual el área total de sedimentación acelerada es de 49.63
m2.
Dos compuertas laterales de 14 pulgadas de diámetro permiten la entrada de agua
a las unidades, y la salida del agua decantada se hace mediante vertederos
rectangulares que descargan a dos canaletas longitudinales ubicadas a los lados de
los sedimentadores.
Las otras dos unidades de sedimentación tienen 4.8 m de ancho, 7.07 m de longitud
y 5.1 m de profundidad. Las placas inclinadas presentes en la zona efectiva de 5.57
m de longitud son de asbesto cemento de 2.4 m x 1.2 y 8 mm de espesor, inclinadas
60° y respecto a la horizontal y separadas 7 cm.
La profundidad total de los 4 sedimentadores se distribuye de arriba abajo, así:
Borde libre 0.42 m
Altura de agua sobre las placas 0.90 m
Espaciamiento vertical ocupado por las placas 1.04 m
Viga de soporte de placas 0.3 m
Tubería de distribución de agua floculada 0.42 m
Espacio libre por debajo del tubo de distribución
Del agua floculada 1.77 m
Sistema de recolección y purga de lodos 0.25 m
16El agua que alimenta las dos ultimas unidades de sedimentación lo hace mediante
tubos centrales longitudinales de 16 pulgadas en cada hilera de placas provistos de
orificios de distribución de 0.1257 m2.
La recolección del agua sedimentada se hace por 4 hileras de tubos de acero al
carbón de 8 pulgadas de diámetro y longitud de 3.81 m, cada tubo esta provisto de
24 orificios de 1 pulgada de diámetro cada uno separados 0.16 m entre si.
La descarga de los tubos se hace a canales longitudinales de 0.4 m de ancho
ubicados a los lados del sedimentador.
1.4.4. Filtración.
Se cuenta con seis unidades de tasa variable declinante de auto lavado con el
caudal procesado por la planta. Cada filtro tiene un área superficial de 10.75 m2
(4.25 m x 2.53 m) y profundidad de 5.1 m (10).
Cada filtro esta constituido por (de abajo hacia arriba):
a. Sistema de drenaje tipo Leopold (bloques de arcilla vitrificada).
b. lecho de sostén constituido por 4 capas de grava gradada con la siguiente
granulometría y espesor:
- Capa inferior de espesor 5 cm y partículas de 0.5 a 0.75 pulgadas de
diámetro.
- Capa media - inferior de espesor 5 cm y partículas de 0.25 a 0.50
pulgadas de diámetro.
- Capa media - superior de espesor 5 cm y partículas de 0.125 a 0.25
pulgadas de diámetro.
- Capa superior de espesor 15 cm y partículas de 0.125 pulgadas a tamiz No
10 de diámetro.
17c. lecho filtrante constituido por (10):
- Capa inferior de arena de espesor 0.25 m, tamaño efectivo de 0.5 mm y
coeficiente de uniformidad de 1.6 a 1.7 (datos aproximados).
- Capa superior de antracita de espesor 0.50 m, tamaño efectivo de 1.0 mm
y coeficiente de uniformidad de 1.35 a 1.40 (datos aproximados).
las siguientes son las alturas aproximadas (de abajo hacia arriba) para una
profundidad total de la caja del filtro de 5.10 m:
- Sistema de drenaje (fondo Leopold) 0.27 m
- Lecho de grava 0.30 m
- Lecho de arena 0.25 m
- Lecho de antracita 0.50 m
- Expansión del lecho filtrante durante el lavado 0.50 m.
- Altura del vertedero sobre el fondo del filtro 1.82 m
La admisión y descarga de agua a cada filtro se realiza por compuertas laterales de
12 pulgadas de diámetro y la salida de agua filtrada al canal de interconexión de
filtros mediante compuertas laterales de 14 pulgadas de diámetro, la cual se utiliza
también para la admisión del agua de lavado al filtro.
El canal de interconexión de filtros tiene un ancho de 1.0 m y esta dividido
transversalmente en dos compartimentos: un ducto inferior de 1.0 m de altura que
comunica las cámaras de salida de los filtros y un canal superior.
1.4.5. Desinfección.
Es utilizado cloro gaseoso almacenado en cilindros, el cual se controla
manualmente con la ayuda de rotámetros y se disuelve en una porción de agua
antes de ser adicionado al agua efluente de los filtros en una cámara con
profundidad de 4.20 m, ancho 1.0 m y largo de 19.0 m.
La dosis adicionada de cloro al agua efluente del proceso es de aproximadamente
1.0 a 1.5 mg/litro
182. EVALUACIÓN DE CADA ETAPA DE POTABILIZACION EN LA PLANTA
2.1 ABASTECIMIENTO
2.1.1. Bocatoma sistema La Albania
Esta unidad capta aproximadamente el 90 % del caudal de agua de la quebrada
afluente en este punto (determinación efectuada por diferencia de caudales)
ocasionando un impacto ambiental en la quebrada.
2.1.2. Bocatoma sistema Chupaderos.
La rejilla que obstaculiza el paso de elementos grandes a la aducción (piedras,
madera, etc) se encuentra en deficiente estado por falta de varillas y en su lugar se
encuentran troncos de madera cruzados entre los elementos originales.
2.1.3. Evaluación de los Desarenadores
Se realizó una comparación de las dimensiones reales y zonas que integran las
unidades utilizadas en la remoción de partículas discretas del agua captada de las
quebradas Chupaderos y La Albania (desarenadores) con los criterios teóricos
planteados en el libro “Acueductos Teoría y Diseño” de Corcho (4) (incluyendo
cálculos pertinentes) y las dimensiones especificadas en los planos de las unidades
archivados en la empresa.
2.1.3.1. Desarenador sistema la Albania.
§ Pantalla Deflectora
En la teoría se especifica que la velocidad de paso por los orificios no puede ser
mayor a 0.20 m/s. (4), por lo tanto (ver análisis en el anexo B).
19Caudal limite =94litros /s.
§ Zona de Sedimentación.
La relación largo/Ancho es L/b=12.85/4.89=2.62
Lo recomendado en la literatura es L/b>4 por lo cual en la zona de sedimentación
pueden existir corrientes cruzadas, puntos muertos (en los vértices del área
superficial) o cortos circuitos.
En la tabla 8 se relacionan los tiempos de retención, las velocidades críticas de
sedimentación, el diámetro de partículas que logran sedimentarse y el tipo de
material para diferentes caudales de operación de la unidad.
Tabla 8: Parámetros calculados para diferentes caudales de operación del
desarenador sistema La Albania.
Caudal Tiempo de Vel. Critica de Diámetro de Material
(litros/s.) retención sedimentación partícula que
(seg) (cm/s.) remueve (cm)
30 3874 0,0477 0.0012 Arena fina
40 2906 0,0636 0.0015 Arena fina
50 2324 0,0795 0.0018 Arena fina
60 1937 0,0954 0.0021 Arena fina
70 1660 0,1114 0.0025 Arena fina
80 1453 0,1273 0.0030 Arena fina
90 1291 0,1432 0.0040 Arena fina
§ Zona de lodos
Volumen Zona lodos = 20.40 m3.
Según criterio teórico, el volumen de la zona de lodos debe ser 0.2 veces el
volumen de la zona de sedimentación
Los análisis de los cálculos realizados (ver anexo B) se muestran en las
conclusiones (final del documento).
202.1.3.2. Desarenador sistema Chupaderos.
§ Pantalla Deflectora
Caudal limite =38.8litros/s. (ver cálculos y análisis en el anexo B)
§ Zona de Sedimentación.
La relación largo/Ancho es L/b=10.45/2.62=3.98
La relación anterior puede aproximarse a 4 que es concordante a lo recomendado
en la literatura (L/b>4).
En la tabla 9 se relacionan los tiempos de retención, las velocidades críticas de
sedimentación y el diámetro de partículas que logran sedimentarse para diferentes
caudales de operación de la unidad.
Tabla 9: Parámetros calculados para diferentes caudales de operación del
desarenador sistema Chupaderos
Caudal Tiempo de Vel. Critica de Diámetro de
(litros/s.) retención sedimentación (cm/s.) partícula que
(seg) remueve (cm)
50 1040 0,18 0.0043
60 867 0,22 0.0046
70 743 0,25 0.0049
80 650 0,29 0.0052
90 578 0,33 0.0057
100 520 0,36 0.0060
110 472 0,40 0.0065
120 433 0,44 0.0070
130 400 0,47 0.0073
140 371 0,51 0.0075
150 346 0,55 0.0077
21§ Zona de lodos
Volumen Zona lodos = 7.83 m3.
Los análisis de los cálculos realizados (ver anexo B) se muestran en las
conclusiones (final del documento).
2.2. COAGULACIÓN
2.2.1. Manejo y almacenamiento del Coagulante.
Es utilizado Sulfato Aluminio tipo B como coagulante, el cual es comprado a la
empresa “Productos Químicos Panamericanos” en bultos, de 50 Kg cada uno,
almacenados en un cuarto con buena ventilación y protegido de la lluvia y el sol.
Cuando la reserva de sulfato llega a los 30 bultos los operarios de la planta
comunican a la empresa la necesidad de comprar mas coagulante con el fin de
mantener una buena cantidad del químico almacenada.
2.2.2. Calibración de los dosificadores de Coagulante.
2.2.2.1. Calibración Dosificador No 1
Los resultados obtenidos son los siguientes (ver tablas y comentarios en el anexo
C).
Volumen cámara de disolución = 24 litros
(en el momento de la medición fueron removidos 10 litros aprox. de sedimentos)
Caudal Promedio (que ingresa por la tubería) = 0.230 litros/seg.
Caudal Promedio (que ingresa por la Manguera) = 0.1416 litros/seg.
Caudal Promedio (que ingresa por la tubería y la manguera) = 0.3716 litros/seg.
22Tiempo teórico de retención (tubería + manguera)= 24/0.3716 = 64.58 seg.
Tiempo teórico de retención (tubería)= 24/0.23 = 104.35 seg.
2.2.2.2. Calibración Dosificador No 2
Los resultados obtenidos son los siguientes (ver tablas y comentarios en el anexo
C).
Volumen cámara de disolución = 12.94 litros
Caudal Promedio (que ingresa por la Tubería) = 0.189 litros/seg.
Caudal Promedio (que ingresa por la manguera) = 0.1416 litros/seg.
Caudal Promedio (que ingresa por la tubería y la manguera) = 0.3309 litros/seg.
Tiempo teórico de retención (tubería + manguera)= 12.94/0.3309 = 39.10 seg.
Tiempo teórico de retención (tubería)= 12.94/0.189 = 68.46 seg.
En el Anexo C se muestran las graficas de masa de Sulfato dosificada y
concentración de la solución efluente en función de la apertura del regulador.
2.2.3. Unidad de coagulación (Canaleta Parshall)
La evaluación de esta unidad se realizó comparando los parámetros de diseño y
cálculos hidráulicos establecidos en el libro “Teoría y practica de la purificación del
agua”de Jorge Arboleda (2) con las dimensiones reales de la estructura y las
láminas de agua en diferentes puntos de la misma.
En la figura A3 del anexo A se muestra la vista superior y corte transversal de la
estructura real con sus dimensiones y láminas de agua en el recorrido del flujo.
En la siguientes tablas se compararan las dimensiones reales con las especificadas
en (2) para un ancho de garganta (W) de 0.229 metros (9 pulgadas)
23Tabla 10: Comparación de las dimensiones físicas reales de la canaleta Parshall
con las especificadas en la teoría.
W (m) A (m) B (m) C (m) D (m) E (m) F (m) G (m) D’ (m)
Arboleda 0.229 0.880 0.864 0.380 0.575 0.610 0.610 0.457 0.459
Canaleta de la planta 0.225 0.890 0.820 0.375 0.570 0.76 0.600 0.465 0.455
Tabla 11: Comparación de las pendientes reales de la canaleta Parshall con las
especificadas en la teoría.
Tramo 1 Tramo 2 Tramo 1 Tramo 2
(vista (vista (vista lateral) (vista lateral)
superior) superior)
Arboleda 5:1 6:1 4:1 2.67:1
Canaleta de la planta 4.75:1 6.16:1 4.11:1 2.8:1
Para la correcta operación de la canaleta esta debe cumplir con los siguientes
criterios (ver figura A3 del anexo A):
1. No debe trabajar ahogada, la relación h /h no exceda el valor de 0.6 (para un
b a
ancho de garganta W = 0.229 metros).
2. Que la relación ha/W este entre 0.4 y 0.8
3. Que el número de Froude este comprendido entre 1.7 a 2.5 o 4.5 a 9.0
Los cálculos hidráulicos de la canaleta para determinar el No de Froude antes del
resalto se son los siguientes.
Q
La velocidad en ho (Vo) Vo=
D'*ho
Vo2
La Energía en el punto (Eo) Eo= + ho+ N
2*g
2*Q*g
La velocidad antes del resalto (V) V 3 - 2*gV Eo =-
1 1 1 W
Q
La altura antes del resalto (h ) h =
1 1 V *W
1
V
El número de Froude NFr = 1
g*h
1
24Tabla 12: Valores de las principales laminas de agua y cálculos hidráulicos para diferentes caudales de operación
en la Canaleta Parshall.
Caudal ho h h Vo (m/s) V h No Froude h Sumergencia Relación Relación
b a 1 1 2
(m3/s) (m) (m) (m) (m/s) (m) (m) h /ha h /W
b a
0.051 0.207 0.027 0.301 0,541 2,679 0,084 2,94 0,312 0,40 0,09 1,34
0.059 0.235 0.055 0.310 0,551 2,743 0,095 2,83 0,338 0,46 0,17 1,37
0.067 0.249 0.063 0.317 0,591 2,757 0,108 2,67 0,358 0,52 0,19 1,41
0.080 0.283 0.095 0.323 0,621 2,819 0,126 2,53 0,393 0,58 0,29 1,43
0.092 0.313 0.121 0.327 0,645 2,872 0,142 2,43 0,423 0,62 0,37 1,45
0.107 0.343 0.149 0.336 0,685 2,912 0,163 2,30 0,456 0,66 0,44 1,49
0.121 0.380 0.180 0.340 0,699 2,980 0,180 2,24 0,488 0,68 0,53 1,51
0.127 0.387 0.189 0.338 0,721 2,979 0,189 2,18 0,498 0,69 0,56 1,50
0.130 0.397 0.195 0.340 0,719 3,001 0,192 2,18 0,506 0,69 0,57 1,51
0.153 0.435 0.230 0.345 0,773 3,036 0,223 2,04 0,546 0,73 0,66 1,53
0.164 0.459 0.257 0.355 0,785 3,075 0,237 2,01 0,568 0,73 0,72 1,57
0.170 0.478 0.270 0.360 0,781 3,117 0,242 2,02 0,582 0,73 0,75 1,60
98El valor de la lámina de agua aguas abajo h es:
2
( )
h
h = 1 * 1+8*NFr2 - 1
2 2
En la tabla 12 (siguiente pagina) se muestran los valores de lámina de agua en
diferentes puntos y los cálculos hidráulicos para varios caudales (entre el intervalo
de operación de la planta) de la canaleta Parshall y en el anexo D se grafican las
relaciones hidráulicas en función los caudales observándose los valores de caudal
efectivos (ver conclusiones al final del documento).
2.2.4. Determinación de los parámetros óptimos de Coagulación
Fueron escogidas 4 turbiedades (14, 68, 400 y 1200 Unidades Nefelométricas de
Turbiedad U.N.T.) de acuerdo al análisis de frecuencias realizado a los registros
diarios de turbiedades en el periodo mayo del 2002 a Mayo del 2003 existentes en
la empresa (ver gráfica 2, los cálculos realizados y comentarios en el anexo E).
1400
1200
1000
).U.T.F(
800
dadeibruT
600
400
200
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Dias
Gráfica 2 : Turbiedad del agua cruda que ingresa a la planta en función del
tiempo (período Mayo 2002 a Mayo 2003).
25A cada una de las turbiedades se determinó la dosis óptima de coagulante,
concentración óptima, pH óptimo, tiempo y gradiente óptimo de mezcla lenta
(floculación) siguiendo los procedimientos establecidos en la literatura (ver en los
anexos F y H los procedimientos, tablas de resultados y comentarios).
El equipo utilizado fue el de "Prueba de jarras" existente en el laboratorio de la
planta, en el anexo G relacionan las partes que lo conforman y el resto de material
utilizado (3).
El agua cruda que ingresa a la planta se enturbio con sedimentos (Arcillas en su
mayoría) similares a los presentes en el fondo de las quebradas fuente hasta
obtener cada valor establecido.
El coagulante utilizado fue Sulfato de Aluminio tipo B (granulado) en solución al 10
% (100 gramos/litro) a partir de la cual se prepararon las soluciones utilizadas en
las pruebas.
En la siguiente tabla se resumen las dosis, concentraciones y pH óptimos
encontrados para cada turbiedad tratada, así:
Tabla 13: Resumen de los parámetros óptimos determinados en la "Prueba de
Jarras"
Turbiedad (U.N.T) Dosis óptima Concentración óptima PH óptimo
(mg/litro) (%)
14 19 1 8.51
68 48 3 8.01
400 52 2 8.41
1200 102 3 7.55
262.2.5. Pérdida de carga en el agua efluente de la Canaleta hasta la entrada a los
floculadores.
Las ecuaciones utilizadas y los cálculos realizados para determinar la pérdida de
carga a través del canal de distribución y las líneas de tubería a los Floculadores se
muestran en el anexo I.
En la siguiente tabla se detallan los valores encontrados.
Tabla 14 : Pérdidas de carga reales y teóricas entre la salida de la canaleta Parshall
y la entrada a cada Floculador
Agua que ingresa a Caudal Longitud total h teórica h real
f f
cada Floculador (m3/s.) (m) (m) (m)
Floculador 1 0.09 7.2 0.033 0.030
Floculador 2 0.12 3.5 0.021 0.020
Floculador 3 0.03 28.2 0.062 0.059
Floculador 4 0.03 32.2 0.072 0.068
Las perdidas de carga calculadas teóricamente y las reales son similares lo cual
corrobora las mediciones y cálculos.
2.3. FLOCULACIÓN
El rendimiento de las unidades de floculación se ve afectado por (2):
1. Tiempo de retención.
2. La geometría y distribución de la unidad.
3. La intensidad de la agitación aplicada.
4. Las características de la turbulencia.
La evaluación de estas unidades se fundamenta en la comparación de las
dimensiones reales con las indicadas en los planos existentes en la empresa,
27cálculo de los volúmenes efectivos, cálculo de las perdidas de carga que sufre el
flujo de agua en su paso por cada unidad (estimación directa del gradiente
hidráulico), pruebas con trazadores y determinación experimental de los gradientes
y tiempos óptimos de mezcla lenta (prueba de Jarras).
2.3.1. Floculadores 1 y 2
Los floculadores 1 y 2 son de tipo hidráulico de flujo vertical con tabiques deflectores
en el centro de cada una de las 8 cámaras que los conforman las cuales se
comunican entre si mediante orificios cuadrados de 0.4 metros de lado ubicados en
el fondo y vértice de cada cámara. En la figura A4 del anexo A se muestra la vista
superior y corte transversal de las unidades junto con la altura y espesor de los
tabiques y dirección del flujo.
En la siguiente tabla se relacionan las dimensiones reales con las indicadas en los
planos existentes en los archivos de la empresa (ver figura A4 del anexo A).
Tabla 15: Dimensiones Floculadores 1 y 2
a b c D E F g H i
Dimensiones en planos (metros) 1.9 0.25 8.30 0.90 8.30 0.10 2.35 1.50 0.4
Dimensiones reales (metros) 1.89 0.20 8.19 0.89 8.21 0.10 2.40 1.48 0.41
• Cálculo del Volumen efectivo aproximado.
Suponiendo que los Floculadores 1 y 2 tienen dimensiones completamente
similares, el volumen del primero es igual al segundo.
El volumen de cada cámara (8 en total) se calcula suponiendo un área transversal
completamente cuadrada de 1.9 metros de lado y una lámina de agua de 1.77
metros. Al volumen de cada cámara se le resta el volumen ocupado por el tabique
en el interior (la ultima cámara no tiene tabique).
Volumen cámaras = 8*(1.9*1.9*1.77) = 51.1176 m3
28Volumen tabiques = 7*(0.1*1.9*1.5) = 1.995 m3
Volumen total aproximado del Floculador 1 = Floculador 2 = 49.122 m3
• Cálculo de la pérdida de carga en cada unidad.
La estimación puede hacerse de forma real y por ecuaciones indicadas en la
literatura. En el anexo J se presenta un modelo de cálculo para la pérdida de carga
que tiene el flujo a través de los floculadores.
En la tabla 16 se relacionan los tiempos de retención, pérdidas de carga y
gradientes teóricos y reales para diferentes caudales de operación.
Tabla 16: Valores determinados para diferentes caudales de operación en los
floculadores 1 y 2
Caudal Caudal Tiempo
que a cada de Vel. h' h'' h''´ htotal htotal Grad. Grad.
ingresa a floc. reten. Prom. (m) (m) (m) Teórica real (m) teórico real
la planta (l/s) (to) en (m/s) (m) (s-1) (s-1)
(litros/s) seg.
60 15.0 3274 0,0092 0,00010 0,00573 0,00965 0,0154 0.030 6,59 9,17
70 17.5 2806 0,0108 0,00014 0,00780 0,01314 0,0210 0.036 8,30 10,85
80 20.0 2456 0,0123 0,00018 0,01019 0,01716 0,0275 0.041 10,15 12,38
90 22.5 2183 0,0139 0,00023 0,01289 0,02172 0,0348 0.046 12,11 13,91
100 25.0 1964 0,0154 0,00029 0,01592 0,02682 0,0430 0.051 14,18 15,44
110 27.5 1786 0,0170 0,00035 0,01926 0,03245 0,0520 0.056 16,36 16,96
120 30.0 1637 0,0185 0,00042 0,02292 0,03862 0,0619 0.060 18,64 18,34
130 32.5 1511 0,0201 0,00049 0,02690 0,04533 0,0727 0.066 21,02 20,02
140 35.0 1403 0,0216 0,00057 0,03120 0,05257 0,0843 0.070 23,49 21,40
150 37.5 1309 0,0232 0,00066 0,03582 0,06035 0,0968 0.074 26,05 22,77
160 40.0 1228 0,0247 0,00075 0,04076 0,06867 0,1101 0.079 28,70 24,30
170 42.5 1155 0,0263 0,00084 0,04601 0,07752 0,1243 0.083 31,43 25,67
180 45.0 1091 0,0278 0,00095 0,05158 0,08691 0,1394 0.088 34,24 34,24
2.3.2. Floculadores 3 y 4
Los floculadores 3 y 4 son de flujo helicoidal vertical con 6 cámaras cada uno. El
agua entra por la esquina inferior de cada cámara y sale por encima en la esquina
opuesta a la otra cámara a través de orificios rectangulares de 0.3 x 0.4 metros de
forma que se induce un movimiento rotacional del agua que crea un vórtice amplio.
El centro del vórtice mayor esta en constante desplazamiento lo que lleva a la
29formación de vórtices menores. En la figura A5 del anexo A se muestra la vista
superior y el corte transversal de las unidades
Debido a que estos floculadores tienen dimensiones y formas estructurales casi
iguales, las especificaciones y cálculos que se muestran a continuación se harán
para una de estas dos unidades
En la siguiente tabla se relacionan las dimensiones reales con las indicadas en los
planos existentes en los archivos de la empresa (ver figura A5 del anexo A).
Tabla 17: Dimensiones de los Floculadores 3 y 4
a b C d E F G
Dimensiones en planos (metros) 1.48 0.30 0.20 4.81 5.10 0.25 9.92
Dimensiones reales (metros) 1.46 0.31 0.19 4.78 5.08 0.23 9.89
• Cálculo del Volumen efectivo aproximado.
Suponiendo que los floculadores 3 y 4 tienen dimensiones completamente similares,
el volumen del tercero es igual al cuarto. El volumen de cada cámara (6 en total) se
calcula suponiendo un área transversal completamente cuadrada de 1.46 metros de
lado y una lámina de agua de 4.06 metros.
Volumen cámaras = 6*(1.46*1.46*4.06) = 51.9257 m3
Volumen total aproximado del Floculador 3 = Floculador 4 = 51.9257 m3
• Cálculo de la pérdida de carga en cada unidad.
La estimación puede hacerse de forma real y por ecuaciones indicadas en la
literatura. En el anexo J se presenta un modelo del cálculo de la pérdida de carga
que tiene el flujo por su paso entre los floculadores y los comentarios
correspondientes.
30En la tabla 18 a continuación se relacionan los tiempos de retención, pérdidas de
carga y gradientes teóricos y reales para diferentes caudales de operación.
Tabla 18: Valores determinados para diferentes caudales de operación en los
Floculadores 3 y 4
Caudal que Caudal a Tiempo de
ingresa a la cada retención Velocidad h' h” htotal htotal Grad. Grad.
planta floculador (to) en promedio (m) (m) teórica real (m) teórico real
(litros/s) (litros/s) segundos (m/s) (m) (s-1) (s-1)
50 12.5 4154 0,0058 0,00505 0,00292 0,008 0.032 4,31 8,64
60 15.0 3461 0,0070 0,00727 0,00421 0,012 0.035 5,67 9,90
70 17.5 2967 0,0082 0,00990 0,00573 0,016 0.038 7,15 11,14
80 20.0 2596 0,0093 0,01294 0,00749 0,020 0.040 8,73 12,22
90 22.5 2307 0,0105 0,01637 0,00948 0,026 0.043 10,42 13,44
100 25.0 2077 0,0117 0,02021 0,01170 0,032 0.045 12,21 14,49
110 27.5 1888 0,0129 0,02446 0,01416 0,039 0.048 14,09 15,70
120 30.0 1730 0,0140 0,02911 0,01686 0,046 0.050 16,05 16,74
130 32.5 1597 0,0152 0,03417 0,01978 0,054 0.055 18,10 18,28
140 35.0 1483 0,0164 0,03963 0,02295 0,063 0.059 20,23 19,64
150 37.5 1384 0,0175 0,04549 0,02634 0,072 0.064 22,43 21,18
160 40.0 1298 0,0187 0,05176 0,02997 0,081 0.069 24,71 22,71
170 42.5 1221 0,0199 0,05843 0,03384 0,092 0.073 27,07 24,08
180 45.0 1153 0,0211 0,06551 0,03793 0,103 0.078 29,49 25,62
2.3.3. Resultados de la prueba con trazadores en los cuatro Floculadores.
El procedimiento seguido en la prueba con trazadores para determinar el tipo de
flujo en cada unidad fue el indicado en el anexo K (método de Wolf Resnick)
En las tablas L1 a L4 y en las gráficas L1 a L4 (Log(1-F(t)) vs t/To) del anexo L se
relacionan los datos obtenidos experimentalmente, los cálculos efectuados y el
análisis de datos necesarios en la determinación del tipo de flujo a través de cada
floculador.
El resumen de los parámetros de operación y los resultados obtenidos se detallan
en la tabla 19
31Tabla 19: Datos de operación y valores encontrados en la prueba con trazadores
realizada a los cuatro Floculadores.
Floculador 1 2 3 4
Caudal de Operación (litros/s) 32.75 29.50 42.66 42.66
Tiempo de retención teórico (To) en minutos 25 27 20 20
Duración de la prueba (minutos) 62 69 51 51
Masa de NaCl adicionada (gramos) 4093 4000 4327 4376
Concentración de Cloruros inicial (mg/litro) 5 5 2.5 5
Ángulo línea recta (grados) 36 40 33 49
Período de retrazo (f ) 0.85 0.93 0.78 0.83
Análisis P 0.5873 0.6426 0.5392 0.6883
Grafico de datos M 0.4473 0.4472 0.4466 0.2059
Fracción mezclada 0.6048 0.5173 0.3185 0.2585
Fracción a pistón 0.83 0.93 0.78 0.83
Fracción muerta 0.44 0.44 0.44 0.20
En los cuatro floculadores hasta aquí analizados predomina el flujo pistón (evidencia
del tiempo de retraso, el cálculo de la fracción a pistón y la pendiente de la línea
recta en las gráficas anexas).
En la siguiente gráfica se observa el comportamiento de la concentración de
Cloruros en el agua efluente de la unidad en función del tiempo
3290
80
70
60
ortil/lC
50
ed
40
gm
30
20
10
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5
t/To
Floculador 1 Floculador 2 Floculador 3 Floculador 4
Grafica 3: Concentración de Cloruros a la salida de cada Floculador en función de la
relación t/To
De la anterior gráfica se concluye que el flujo cumple con el tiempo de retención
aproximado calculado y no existen cortos circuitos acentuados en el total del
volumen efectivo, sin embargo, en los floculadores 2, 3 y 4 una vez transcurrido el
tiempo de retención, se observan perturbaciones en el flujo que sale de la unidad.
Para comparar el tipo de floc formado en cada uno de los floculadores, se tomo una
muestra de agua a la salida de cada unidad en un instante dado (la misma agua
coagulada) y se vertió en 4 beakers. Se dejo sedimentar el agua midiendo la
turbiedad residual a una misma altura a diferentes lapsos de tiempo en cada
muestra. En la tabla 20 se relacionan las turbiedades iniciales y residuales a
distintos lapsos de tiempo en el agua efluente de cada floculador.
33Tabla 20: Turbiedad residual del agua efluente de los floculadores a diferentes
tiempos
Turbiedad inicial Turbiedad residual Turbiedad residual Turbiedad residual Turbiedad residual
(No) (0 minutos) (3 minutos) (9 minutos) (25 minutos) (45 minutos)
Agua Efluente 188 54.0 30.0 24.4 23.5
Floculador 1
Agua Efluente 201 42.0 25.0 23.3 22.8
Floculador 2
Agua Efluente 193 36.0 24.8 22.7 22.6
Floculador 3
Agua Efluente 212 30.0 24.8 23.8 21.6
Floculador 4
La eficiencia en la formación de flóculos se puede calcular con la formula:
Nt
Eficiencia=1-
No
Donde: Nt: Turbiedad residual
No: Turbiedad inicial
En la tabla 21 y gráfica 4 se muestra la eficiencia de los flóculos formado para cada
floculador a distintos lapsos de tiempo (de mayor a menor eficiencia: floculador 4, 3,
2, 1)
Tabla 21: Fracción de turbiedad remanente en el agua efluente de los floculadores
con el tiempo.
Eficiencia Eficiencia Eficiencia Eficiencia
(1-Nt/No) (1-Nt/No) (1-Nt/No) (1-Nt/No)
(3 minutos) (9 minutos) (25 minutos) (45 minutos)
Agua Efluente 0.7127 0.8404 0.8702 0.8750
Floculador 1
Agua Efluente 0.7910 0.8756 0.8840 0.8865
Floculador 2
Agua Efluente 0.8445 0.8715 0.8766 0.8880
Floculador 3
Agua Efluente 0.8585 0.8830 0.8877 0.8981
Floculador 4
341
0,9
0,8
odamrof
0,7
0,6 olucolF
0,5
led
0,4 aicneicifE
0,3
0,2
0,1
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Tiempo de Sedimentación (minutos)
Floculador 1 Floculador 2 Floculador 3 Floculador 4
Gráfica 4: Comparación de la eficiencia del flóculo formado en los 4 floculadores.
2.3.4. Gradientes y tiempos óptimos de mezcla lenta hallados experimentalmente
(Prueba de Jarras)
En las siguientes graficas se muestran los mejores tiempos y gradientes para los
cuatro valores de turbiedad trabajados en la "Pueba de Jarras". El procedimiento
utilizado y las tablas de resultados se muestran en los anexos F y H.
Para las cuatro pruebas realizadas las mejores turbiedades residuales se dieron
para un tiempo de floculación entre 29 y 35 minutos (siendo 32 minutos el mas
notable) y un gradiente de agitación entre 16 y 25 s. (25 s el mas significativo).
354
3,5
3 ).T.N.U(
2,5
laudiser
2
dadeibruT
1,5
1
0,5
0
14 19 24 29 34 39
Tiempo de mezcla lenta (minutos)
G = 7,75 (1/s) G = 16,92 (1/s) G = 25,38 (1/s) G = 35,25 (1/s) G = 42,12 (1/s) G = 56,40 (1/s)
Gráfica 5: Turbiedad residual en función del tiempo de floculación para diferentes
gradientes
Turbiedad inicial 1 de 14 U.N.T..
5
4,5
4
).T.N.U(
3,5
3
laudiser
2,5
2 dadeibruT
1,5
1
0,5
0
14 19 24 29 34 39
Tiempo de mezcla lenta (minutos)
G = 7,75 (1/s) G = 16,92 (1/s) G = 25,38 (1/s) G = 35,25 (1/s) G = 42,12 (1/s)
Gráfica 6: Turbiedad residual en función del tiempo de floculación para diferentes
gradientes.
Turbiedad inicial 2 de 68 U.N.T.
3615
13
11
).T.N.U(
9
laudiser
7
dadeibruT
5
3
1
-114 19 24 29 34 39
Tiempo de mezcla lenta (minutos)
G = 7,75 (1/s) G = 16,92 (1/s) G = 25,38 (1/s) G = 35,25 (1/s) G = 42,12 (1/s) G = 56,40 (1/s)
Gráfica 7: Turbiedad residual en función del tiempo de floculación para diferentes
gradientes
Turbiedad inicial 3 de 400 U.N.T..
40
35
30
).T.N.U(
25
laudiser
20
dadeibruT
15
10
5
0
14 19 24 29 34 39
Tiempo de mezcla lenta (minutos)
G = 7,75 (1/s) G = 16,92 (1/s) G = 25,38 (1/s) G = 35,25 (1/s)
G = 42,12 (1/s) G = 56,40 (1/s)
Gráfica 8: Turbiedad residual en función del tiempo de floculación para diferentes
gradientes
Turbiedad inicial 4 de 1200 U.N.T..
372.4. SEDIMENTACIÓN
Los cuatro Sedimentadores de la planta de potabilización son de placas inclinadas
60 grados con respecto al eje horizontal en los cuales el flujo es vertical (el agua
entra en el fondo del tanque y asciende hasta las canaletas o tuberías de salida).
En las figuras A6 y A7 (ver anexo A) se muestra la vista superior y los cortes
transversal y longitudinal de las unidades.
En el Anexo M se muestra una revisión teórica de la sedimentación vertical de alta
rata y los sedimentadores de placas inclinadas. En el análisis de cada sedimentador
se calculará la velocidad crítica a partir de las dimensiones reales y datos de
operación mediante el criterio teórico expuesto en el anexo M.
La eficiencia de la operación de estas unidades debe realizarse a través del tiempo,
ya que los resultados obtenidos en las pruebas efectuadas en distintos períodos
pueden diferir notablemente.
Sin embargo, los registros de turbiedad del agua que entra y sale de las unidades y
los ensayos para relacionar las velocidades de sedimentación con la remoción de
turbiedad son los procedimientos mas utilizados para aproximar la eficiencia de
cada sistema. En el anexo M se muestra el criterio para definir la eficiencia de los
Sedimentadores.
382.4.1. Clasificación y eficiencia de los sedimentadores según los registros de
turbiedad.
Analizando los valores diarios (promedios) de la turbiedad del agua cruda que
ingresa a la planta y efluente de los decantadores, se pueden clasificar las unidades
de acuerdo a la siguiente tabla (criterios de la O.M.S. (12)).
Tabla 22: Clasificación de los sedimentadores según la turbiedad del agua
producida
Eficiencia Turbiedad agua sedimentada
(U.N.T.)
Excelente < 5
Muy buena 5 – 10
Buena 10 – 15
Regular > 15
En los archivos de la planta faltan los registros de turbiedad de algunos meses, por
lo tanto, la clasificación se realizará con base en los registros del mes de octubre del
año 2003 relacionados en la tabla 23
39Tabla 23: Valores de turbiedad diaria promedio del agua efluente de cada
sedimentador registrados en Octubre de 2003.
Día Turbiedad U.N.T.
Agua curda que ingresa a Agua Efluente Agua Efluente Agua Efluente Agua Efluente
la planta Sedimentador 1 Sedimentador 2 Sedimentador 3 Sedimentador 4
1 18.6 3.19 2.76 1.83 1.95
2 51.4 2.87 1.98 1.87 1.76
3 15.3 2.31 1.82 2.16 1.90
4 8.15 3.48 3.39 2.70 2.66
5 52.0 2.49 2.28 2.32 2.11
6 264 3.27 3.38 3.17 3.62
7 37.4 6.43 6.28 6.04 6.12
8 126 2.91 3.30 2.56 2.68
9 86.9 3.40 3.60 6.10 6.43
10 154 3.49 4.10 3.99 4.02
11 53.7 3.57 3.20 3.77 3.37
12 29.6 2.81 2.78 2.62 2.60
13 28.7 2.43 2.46 2.48 1.97
14 25.2 4.84 2.51 3.24 3.84
15 30.4 2.84 2.56 4.24 4.12
16 281 4.68 4.11 4.56 4.10
17 15.5 1.15 2.44 2.27 2.18
18 10.6 2.41 2.70 2.36 2.54
19 14.6 1.97 1.89 2.15 1.36
20 17.4 5.32 2.55 3.46 3.30
21 50.3 7.20 6.30 3.20 2.56
22 26.8 8.90 12.8 9.32 8.28
23 13.6 3.97 3.85 3.56 3.60
24 11.5 2.38 3.40 3.20 3.46
25 11.8 2.46 2.79 2.93 3.42
26 41.2 2.30 2.45 2.56 2.40
27 308 2.42 3.26 4.32 4.34
28 51.2 3.87 3.66 3.49 3.51
29 284 2.48 4.71 4.36 4.38
30 254 2.93 2.98 2.57 2.53
31 183 2.09 2.21 2.07 2.01
A continuación se analizan las frecuencias de turbiedad del agua efluente de cada
sedimentador.
40Tabla 24: Análisis de frecuencias a los valores de turbiedad registrados en Octubre
de 2003.
Rango de turbiedad
0 - 5 5 - 10 10 - 15
Parcial 27 4 0
Sedimentador 1 Acumulada 27 31 31
Porcentaje 87.10 100.00 100.00
Parcial 28 2 1
Sedimentador 2 Acumulada 28 30 31
Frecuencias Porcentaje 90.32 96.77 100.00
Parcial 28 3 0
Sedimentador 3 Acumulada 28 31 31
Porcentaje 90.32 100.00 100.00
Parcial 28 3 0
Sedimentador 4 Acumulada 28 31 0
Porcentaje 90.32 100.00 100.00
Según la clasificación establecida por la O.M.S (12) la eficiencia en la operación de
cada sedimentador se relaciona a continuación.
Tabla 25: Clasificación de cada Sedimentador de acuerdo al análisis de frecuencias.
Eficiencia
Excelente Muy Buena Buena
Sedimentador 1 87.10 % del tiempo 100 % del tiempo 100 % del tiempo
Sedimentador 2 90.32% del tiempo 96.77% del tiempo 100% del tiempo
Sedimentador 3 90.32% del tiempo 100% del tiempo 100% del tiempo
Sedimentador 4 90.32% del tiempo 100% del tiempo 100% del tiempo
412.4.2. Cálculo del volumen de los sedimentadores
2.4.2.1. Sedimentadores 1 y 2
En la siguiente tabla se relacionan las dimensiones reales con las indicadas en los
planos existentes en los archivos de la empresa (ver figura A6 del anexo A).
Tabla 26: Dimensiones de los sedimentadores 1 y 2
a B c d E f G h I J K l m N o p
Dimensiones en 4.35 2.25 9.85 0.25 0.25 0.50 0.15 0.10 0.35 1.65 4.80 1.05 8.30 5.98 2.12 0.20
planos (metros)
Dimensiones 4.31 2.23 9.82 0.24 0.23 0.48 0.15 0.10 0.33 1.62 4.8 1.00 8.32 5.95 2.08 0.20
reales (metros)
Suponiendo que los Sedimentadores 1 y 2 tienen dimensiones completamente
similares, el volumen del primero es igual al segundo.
El volumen total de la unidad se puede fragmentar en 2 zonas utilizando cortes
geométricos: cámara de entrada o aquietamiento y zona de sedimentación. En el
cálculo no se tiene en cuenta la zona de lodos.
§ Cámara de entrada.
Volumen = (1.52*2.80 + 2.12*1.0 + 0.6*1.0/2)*4.8 = 32.04 m3
§ Zona de sedimentación
Volumen = 0.4*4.5*6.4 + (5.93*1.0 + 0.6*1.0/2)*4.8 + (0.6*4.8 +
0.4*3.8)*5.93
= 67.516 m3
Volumen total Sedimentador 1 = Sedimentador 2 = 99.556 m3
422.4.2.2. Sedimentadores 3 y 4
En la siguiente tabla se relacionan las dimensiones reales con las indicadas en los
planos existentes en los archivos de la empresa (ver figura A7 del anexo A).
Tabla 27: Dimensiones Sedimentadores 3 y 4
A b c d E f G h I j k l m n o p q r
Dimensiones 5.10 2.28 9.92 0.30 0.25 0.90 0.10 0.40 0.40 0.10 1.20 3.80 5.80 1.45 1.00 2.80 0.20 5.70
en planos
(metros)
Dimensiones 5.12 2.26 9.87 0.30 0.24 0.90 0.11 0.42 0.42 0.10 1.21 3.81 5.67 1.47 1.02 2.78 0.21 5.75
reales
(metros)
Suponiendo que los Sedimentadores 3 y 4 tienen dimensiones completamente
similares, el volumen del tercero es igual al cuarto.
El volumen total de la unidad se puede fragmentar en 2 zonas utilizando cortes
geométricos: cámara de entrada o aquietamiento y zona de sedimentación. En el
cálculo no se tiene en cuenta la zona de lodos.
§ Cámara de entrada
Volumen = (0.65*2.8 + 1.2*2.4 - 0.6*1.0/2)*4.8 = 21.12 m3
§ Zona de sedimentación
Volumen = (4.8 - 0.3)*1.6*6.3 + (5.8*1.0 + 0.6*1.0/2)*4.8 + (0.3*4.8 +
3.7*0.5)*5.8
= 77.002 m3
Volumen total Sedimentador 3 = Sedimentador 4 = 98.122 m3
432.4.3. Eficiencia según las velocidades de sedimentación en relación con la
remoción de turbiedad
En el anexo N se presenta el procedimiento utilizado y los resultados
experimentales obtenidos en la determinación de la eficiencia de la sedimentación
de acuerdo a criterios tomados del libro de Jorge Arboleda (2).
En la tabla 28 se registran los datos experimentales y la remociones calculadas en
el agua afluente a cada sedimentador.
Tabla 28: Datos experimentales y remociones calculadas en la prueba para
determinar la eficiencia de los sedimentadores.
Agua efluente Turbiedad de Turbiedad de Fracción Remoción
entrada (No) salida (Nt) en remanente total (R)
en U.N.T. U.N.T. (Nt/No)
Floculador 1 620 4.9 0.0083 0.9973
Floculador 1 320 9.2 0.0289 0.9955
Floculador 1 270 22.5 0.0833 0.9895
Floculador 1 245 26.5 0.1081 0.9960
Como se aprecia en la tabla anterior, todos los sedimentadores tienen remociones
mayores al 98% en su operación normal.
Cabe anotar que las pruebas de la eficiencia de cada sedimentación se realizaron
con diferentes datos de turbiedad de agua efluente de los floculadores, por lo
anterior, la turbiedad residual es mayor en unos registros mas que en otros.
442.4.4. Determinación de la velocidad crítica de sedimentación teórica de diseño en
cada Sedimentador.
En el anexo M se presentan las ecuaciones y el modelo teórico para el cálculo de
las velocidades críticas en cada sedimentador, las cuales dependen de las
dimensiones de las placas y el área superficial efectiva.
Las dimensiones de las placas presentes en todos los sedimentadores son: 2.44 m
de largo, 1.22 m de ancho y 0.008 m de espesor.
En las tablas 29 a 32 se relacionan la velocidad del flujo (v) y la velocidad crítica de
o
sedimentación teórica (v ) para diferentes caudales de operación en cada
sc
sedimentador.
Tabla 29: Velocidades reales y teóricas de flujo en el Sedimentador 1 para
diferentes caudales.
Caudal de agua que ingresa a Velocidad de Flujo (v) en Velocidad crítica de
o
la planta (litros/s) m/s sedimentación teórica (v ) en
sc
cm/s
60 0,0008 0,0122
70 0,0009 0,0142
80 0,0011 0,0164
90 0,0012 0,0183
100 0,0014 0,0203
110 0,0015 0,0223
120 0,0016 0,0244
130 0,0018 0,0264
140 0,0019 0,0284
150 0,0021 0,0305
160 0,0022 0,0324
170 0,0024 0,0345
180 0,0025 0,0366
45Tabla 30: Velocidades reales y teóricas de flujo en el Sedimentador 2 para
diferentes caudales.
Caudal de agua que ingresa a la Velocidad de Flujo (v) en Velocidad crítica (v ) en
o sc
planta (litros/s) m/s cm/s
60 0,0008 0,0122
70 0,0010 0,0142
80 0,0011 0,0163
90 0,0013 0,0183
100 0,0014 0,0203
110 0,0016 0,0223
120 0,0017 0,0244
130 0,0018 0,0264
140 0,0020 0,0284
150 0,0021 0,0305
160 0,0023 0,0325
170 0,0024 0,0345
180 0,0025 0,0366
Tabla 31: Velocidades reales y teóricas de flujo en el Sedimentador 3 para
diferentes caudales.
Caudal de agua que ingresa a la Velocidad de Flujo (v) en Velocidad critica (v ) en
o sc
planta (litros/s) m/s cm/s
60 0,0009 0,0097
70 0,0010 0,0113
80 0,0012 0,0129
90 0,0013 0,0145
100 0,0015 0,0162
110 0,0016 0,0178
120 0,0017 0,0194
130 0,0019 0,0210
140 0,0020 0,0226
150 0,0022 0,0242
160 0,0023 0,0259
170 0,0025 0,0275
180 0,0026 0,0291
46Tabla 32: Velocidades reales y teóricas de flujo en el Sedimentador 4 para
diferentes caudales.
Caudal de agua que ingresa a la Velocidad de Flujo (v) en Velocidad critica (v ) en
o sc
planta (litros/s) m/s cm/s
60 0,0009 0,0098
70 0,0010 0,0115
80 0,0012 0,0131
90 0,0013 0,0147
100 0,0015 0,0164
110 0,0016 0,0180
120 0,0018 0,0197
130 0,0019 0,0213
140 0,0021 0,0229
150 0,0022 0,0246
160 0,0024 0,0262
170 0,0025 0,0278
180 0,0027 0,0295
2.4.5. Resultados de la prueba con trazadores en los cuatro Sedimentadores.
El procedimiento seguido en la prueba con trazadores para determinar el tipo de
flujo en cada unidad fue el indicado en el anexo K (método de Wolf Resnick) (12).
En las tablas L1 a L4 y en las gráficas L1 a L4 (Log(1-F(t)) vs t/To) del anexo L se
relacionan los datos obtenidos experimentalmente, los cálculos efectuados y el
análisis de datos necesarios en la determinación del tipo de flujo a través de cada
sedimentador.
El resumen de los parámetros de operación y los resultados obtenidos se detallan
en la siguiente tabla.
47Tabla 33: Datos de operación y valores encontrados en la prueba con trazadores
realizada a los cuatro Sedimentadores
Sedimentador 1 2 3 4
Caudal de Operación (litros/s) 30 30 40 30
Tiempo de retención teórico (To) en minutos 55 55 40 54
Duración de la prueba (minutos) 138 138 102 136
Masa de NaCl adicionada (gramos) 8297 5953 9150 9150
Concentración de Cloruros inicial (mg/litro) 5 5 5 5
Ángulo línea recta (grados) 20 19 13 20
Período de retrazo (f ) 0.48 0.46 0.27 0.43
P 0.2870 0.2674 0.1256 0.2650
Análisis M 0.1446 0.1960 0.8944 0.0060
Gráfico de Fracción mezclada 0.5585 0.5923 1.2800 0.4584
datos Fracción a pistón 0.2248 0.4731 0.300 0.43
Fracción muerta 0.1446 0.1960 0.8944 0.0060
Fracción de cortos circuitos 0.68 0.67 0.77 0.62
(A partir de la relación entre áreas).
Fracción de cortos circuitos 0.67 0.64 0.79 0.73
(A partir del caudal y el tiempo de
retención).
En la siguiente gráfica se observa el comportamiento de la concentración de
Cloruros en el agua efluente de la unidad en función del tiempo
48120
100
80
ortil/lC
60 ed
gm
40
20
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5
t/To
Sedimentador 1 Sedimentador 2 Sedimentador 3 Sedimentador 4
Grafica 9 : Concentración de Cloruros a la salida de cada Sedimentador en función
de la relación t/To.
A diferencia de los floculadores, en los sedimentadores predomina el flujo
completamente mezclado en lugar del flujo pistón (análisis de la pendiente de la
línea recta de tendencia en las gráficas 10, 12, 14 y 16, fracciones de flujo
completamente mezclado y pistón).
La presencia de cortos circuitos en las cuatro unidades (los mas afectados son los
sedimentadores 1, 2 y 4) aceleran el flujo que ingresa provocando el aumento de la
velocidad lineal (rompimiento de flóculos) y reduciendo el tiempo de retención.
492.5. FILTRACIÓN
En la evaluación de las unidades de filtración se siguieron los criterios establecidos
en el libro "Teoría y Practica de la purificación del agua" de Arboleda (2) y en los
módulos de evaluación de plantas de potabilización de la O.M.S. y el CEPIS (12).
El agua efluente de los sedimentadores en la planta de potabilización se distribuye
en un canal e ingresa a 6 filtros rápidos de lecho mixto compuesto por arena y
antracita.
Cada filtro esta conformado por los siguientes elementos:
- Compuerta de entrada de agua sedimentada.
- Compuerta de salida de agua filtrada.
- Compuerta de secado.
- Compuerta de desagüe.
- Canal de recolección del agua efluente del lavado.
En las figuras A8, A9 y A10 (ver anexo A) se muestra la vista superior y cortes
transversal y longitudinal de las unidades. En la tabla 34 se realiza una comparación
de las dimensiones reales y las indicadas en planos para los diferentes filtros (ver
figuras A8, A9 y A10 del anexo A).
Tabla 34: Dimensiones de los Filtros de la planta de potabilización
Filtros A b C D E f G H I j k M N
1 y 2 Dimensiones reales (m) 0.93 2.52 1.94 0.41 0.25 5.15 3.35 3.57 0.50 0.38 0.36 0.23 0.20
Dimensiones planos (m) 0.90 2.50 1.90 0.40 0.25 5.20 3.40 3.65 0.50 0.50 0.25 0.25 0.20
3 y 4 Dimensiones reales (m) 0.93 2.52 1.94 0.41 0.25 5.15 3.35 3.57 0.50 0.38 0.36 0.23 0.20
Dimensiones planos (m) 0.90 2.50 4.25 0.30 0.25 5.60 3.40 3.60 0.50 0.50 0.25 0.30 0.25
5 y 6 Dimensiones reales (m) 0.94 2.48 4.23 0.29 0.25 5.54 3.41 3.64 0.50 0.43 0.35 0.28 0.25
Dimensiones planos (m) 0.90 2.50 4.25 0.30 0.25 5.60 3.40 3.60 0.50 0.50 0.25 0.30 0.25
50Tabla 35: Áreas superficiales reales de cada filtro
Filtro 1 2 3 4 5 6
Área superficial (m2) 9.5 9.5 10.5 10.5 10.5 10.5
Debido a que las tuberías que transportan el agua que ingresa y sale de cada filtro
no cuentan con medidores piezométricos que indiquen la pérdida de carga, y a que
el mejor indicador de la eficiencia de estas unidades es la turbiedad del agua
producida, en la presente evaluación no se tuvieron en cuenta las pérdidas de carga
que sufre el flujo por su paso a través de cada lecho filtrante.
En estos filtros, la velocidad de filtración depende del estado de colmatación
individual de cada lecho filtrante, por lo cual, el flujo en cada unidad decrece con el
tiempo y el nivel de agua sobre cada lecho sufre leves fluctuaciones (se consideran
de rata declinante constante).
Los filtros mas sucios le transfieren a los mas limpios la carga hidráulica que estos
no están en capacidad de tratar, manteniendo un balance entre el caudal total
afluente y efluente.
Durante la operación de las unidades se puede observar que el nivel de agua sobre
el lecho filtrante es encuentra entre 1.40 y 1.80 metros, lo que concuerda con los
criterios planteados por la O.M.S (12).
2.5.1. Duración del lavado
El lavado de los filtros se efectúa con un caudal menor o igual al de operación de la
planta, lo cual es insuficiente, ya que esta practica debe realizarse con el máximo
caudal posible para asegurar la fluidificación de las partículas del lecho.
51El tiempo óptimo que debe durar el lavado se determina graficando en papel
semilogarítmico la turbiedad del agua efluente (desagüe) en función del tiempo de
lavado. Cuando la gráfica se comporte asintóticamente con respecto al eje vertical,
el punto donde se inicia la recta es el tiempo óptimo.
En la tabla 36 y en la gráfica 10 (mostradas a continuación) se relacionan los
valores de la turbiedad del agua efluente en cada tiempo durante el lavado de cada
filtro.
Tabla 36: Turbiedad del agua de lavado a diferentes tiempos en cada filtro
Tiempo Turbiedades agua efluente del lavado (U.N.T.)
(minutos) Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4 Filtro 5 Filtro 6
1 444.0 430.0 545.0 455.0 545.0 670.0
2 435.0 175.0 241.0 396.0 283.0 373.0
3 125.0 90.1 113.0 263.0 198.0 133.0
4 46.5 43.5 72.8 210.0 70.5 50.8
5 20.5 19.5 63.8 205.0 51.5 20.2
6 14.2 7.4 54.5 67.3 29.3 17.6
7 12.4 6.5 22.1 28.2 18.1 10.2
9 11.5 6.1 29.3 13.3 15.3 9.1
11 9.7 5.9 16.2 11.3 14.0 8.2
13 8.5 6.1 12.8 10.2 13.5 8.2
15 8.2 5.9 12.5 10.4 13.2 8.5
527
6
dadeibruT
5
4
al
ed
3 omtiragoL
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Tiempo de lavado (minutos)
Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4 Filtro 5 Filtro 6
Gráfica 10: Logaritmo de la turbiedad del agua efluente del lavado de cada filtro en
función del tiempo.
2.5.2. Desplazamiento de la grava
El objetivo fue determinar los movimientos que pueden presentarse en la capa de
grava haciendo un sondeo del levantamiento topográfico de la forma como esta
colocada en el filtro. Estos movimientos pueden ser causados por deficiencias en el
sistema de drenaje, abertura rápida de válvulas o entrada de aire al lecho (2).
La diferencia de nivel entre la menor y mayor cota debe ser inferior a 5 cm, cuando
esta es mayor a 10 cm, se requiere reacomodar todo el lecho filtrante (criterio
establecido por la O.M.S.(12)).
El procedimiento utilizado, los valores registrados y los comentarios se muestra en
el anexo O.
532.5.3. Espesor de los lechos de arena y antracita
En la tabla 37 a continuación se relacionan los espesores de cada lecho para los
diferentes filtros, así.
Tabla 37: Espesor de los lechos de arena y antracita en cada filtro.
Filtro 1 2 3 4 5 6
Espesor lecho arena (metros) 0.36 0.38 0.30 0.33 0.39 0.20
Espesor lecho antracita (metros) 0.38 0.34 0.45 0.47 0.43 0.44
Lecho total 0.74 0.72 0.75 0.80 0.82 0.64
De acuerdo a criterios establecidos por la O.M.S. (12), el lecho de arena debe tener
un espesor comprendido entre 0.2 a 0.4 metros y el lecho de antracita de espesor
entre 0.3 a 0.55 m (aproximadamente este último debe comprender el 60% del lecho
filtrante total). Por lo anterior en la tabla a continuación se relacionan los porcentajes
de cada material respecto al total del lecho filtrante en cada filtro.
Tabla 38: Porcentaje de arena y antracita del total de lecho filtrante en cada unidad
Filtro 1 2 3 4 5 6
Porcentaje lecho de arena 48.65 52.77 40.00 41.25 47.56 31.25
Porcentaje lecho antracita 51.35 47.22 60.00 58.75 52.44 68.75
A medida que se aumenta la proporción de antracita y disminuye la de arena la
pérdida de carga decrece proporcionalmente por la mayor porosidad de la antracita,
pero es antieconómico hacer el lecho de antracita mayor al 60% del lecho total.
2.5.4. Granulometría del lecho filtrante
Es importante conocer la distribución de diámetros que tienen las partículas de
antracita y arena presentes en el lecho filtrante. En el anexo O se muestra el
procedimiento seguido en la prueba, las tablas y gráficas que relacionan los
porcentajes de masa acumulada que pasa por cada tamiz en función del diámetro
promedio de las partículas.
54A continuación se presentan los coeficientes de uniformidad calculados a cada
muestra de material del lecho en los filtros, así
Tabla 39: Coeficiente de uniformidad de cada muestra de lecho
Filtro Material Diámetro promedio Diámetro promedio Coeficiente de
(60 %) en mm (10 %) en mm uniformidad
(Cu)
1 Antracita 2.15 1.62 1.33
Arena 0.93 0.60 1.55
2 Antracita 1.30 0.87 1.49
Arena 0.79 0.62 1.27
3 Antracita 1.77 1.28 1.38
Arena 0.96 0.65 1.48
4 Antracita 2.39 1.79 1.34
Arena 1.03 0.66 1.56
5 Antracita 2.15 1.42 1.51
Arena 0.92 0.63 1.46
6 Antracita 1.80 1.23 1.46
Arena 1.13 0.78 1.45
Según criterios indicados en el libro de Arboleda (2) y por la O.M.S. (12), las
partículas de arena deben tener diámetros entre 0.45 y 0.60 mm y las partículas de
antracita diámetros entre 0.9 a 1.4 mm.
Aunque el coeficiente de uniformidad de la arena se encuentra casi siempre entre
1.5 y 1.7 este debe ser preferiblemente menor de 1.1
Por lo anterior, las partículas de arena con diámetros menores a 0.45 mm deben
removerse con un fuerte lavado del lecho para expulsarlas, ya que acortan las
carreras de filtración sin producir una mejor calidad del agua.
Las partículas de antracita con diámetros mayores a 1.7 mm no son convenientes
porque reducen la calidad del agua filtrada y elevan el coeficiente de uniformidad.
552.5.5. Bolas de lodo
El objetivo es medir la cantidad de bolas de lodos en el medio filtrante debidas a un
lavado deficiente.
El procedimiento se muestra en el anexo O y en la siguiente tabla se relacionan los
valores obtenidos y calculados.
Tabla 40: Porcentaje de lodos en el lecho de cada filtro
Filtro Material Vol. Material Vol. Material Diferencia de Porcentaje
+ lodos (ml) (ml) volúmenes (ml) de lodos
1 Antracita 610 595 15 2.46
Arena 175 165 10 5.46
2 Antracita 360 320 40 11.11
Arena 130 125 5 3.85
3 Antracita 275 240 35 12.73
Arena 235 195 40 17.02
4 Antracita 320 300 20 6.25
Arena 125 113 12 9.26
5 Antracita 300 275 25 8.33
Arena 135 120 15 11.11
6 Antracita 480 400 80 16.67
Arena 280 250 30 10.71
Tabla 41: Clasificación dada por la O.M.S. (12) para el medio filtrante de los filtros
según el porcentaje de bolas de lodo.
Porcentaje (en volumen) de bolas de Condiciones del medio
lodos filtrante
0 - 0.1 Excelente
0.1 - 0.2 Muy bueno
0.2 - 0.5 Bueno
0.5 - 1.0 Regular
1.0 - 2.5 De regular a mal
2.5 - 5.0 Mal
7.5 Muy malo
56Tabla 42: Clasificación del lecho de cada filtro de acuerdo a la tabla anterior.
Filtro Material Condiciones del
lecho
1 Antracita Regular
Arena Mal
2 Antracita Muy malo
Arena Mal
3 Antracita Muy malo
Arena Muy malo
4 Antracita Mal
Arena Muy malo
5 Antracita Muy malo
Arena Muy malo
6 Antracita Muy malo
Arena Muy malo
2.5.6. Determinación del peso especifico
El procedimiento utilizado se detalla en el anexo O y a continuación se registran los
valores determinados para cada material
Tabla 43: Pesos específicos de cada material en los seis filtros.
Filtro Material Masa (g.) Volumen (ml) Peso Especifico
(g./ml)
1 Antracita 19.67 14.5 1.356
Arena 22.60 8.7 2.598
2 Antracita 18.73 13.5 1.387
Arena 29.00 11.0 2.636
3 Antracita 17.48 13.0 1.345
Arena 22.57 8.5 2.655
4 Antracita 20.53 15.0 1.369
Arena 25.44 10.0 2.544
5 Antracita 21.25 15.5 1.371
Arena 24.30 9.5 2.558
6 Antracita 20.03 14.6 1.372
Arena 20.72 7.8 2.657
De acuerdo a lo establecido por la O.M.S. (12) y Arboleda (2) en su libro, el peso
específico de la antracita debe estar entre 1.40 y 1.55; y el de la arena entre 2..6 y
2.65
57Si los granos de arena y antracita presentes en el lecho tienen la misma velocidad
de sedimentación, estos no pueden mezclarse sino que forman dos capas
claramente distinguibles (se estratifican). Lo anterior es válido para velocidades
bajas de lavado.
La siguiente ecuación para régimen laminar tomada de (2) se aplica para dos clases
de partículas con diferentes densidades y tamaños, pero igual velocidad de
sedimentación (masas iguales en el agua).
1/3
Ø - ø
d r r
2 = Œ 1 agua œ
-
d Œº r r œß
1 2 agua
donde: d : Diámetro de la partícula de menor densidad.
2
d : Diámetro de la partícula de mayor densidad.
1
r : Densidad de la partícula de mayor diámetro.
2
r : Densidad de la partícula de menor diámetro.
1
r : Densidad del agua.
agua
Cuando la relación expresada en la ecuación anterior es igual a 1 no habrá
posibilidad alguna de mezcla entre granos de diferente densidad lo cual se
considera como desventaja, por el contrario entre mas grande sea la relación hay
mas posibilidad de que los granos pequeños penetren en los grandes y se mezclen
completamente sin importar la diferencia de densidades
En la tabla 44 a continuación se registran las relaciones de diámetros entre las
partículas de arena y antracita optimas según los pesos específicos hallados para el
material de cada filtro, así.
Tabla 44: Relaciones de diámetros óptimas entre la arena y la antracita
Filtro 1 2 3 4 5 6
Relación d /d 1.6413 1.6092 1.6777 1.6037 1.6056 1.6372
2 1
582.5.7. Porosidad
En el anexo O se presenta el procedimiento utilizado en la determinación de la
porosidad de los materiales.
En la tabla 45 a continuación se muestran los resultados registrados y los valores de
porosidad calculados
Tabla 45: Porosidad del material de cada filtro determinada experimentalmente
Filtr Material Vol. Inicial de Vo. Del Vol. De agua Vol. Lecho – Vol. Porosidad
o agua en la lecho en el desplazado Desplazado (ml)
probeta (ml) agua (ml) (ml)
1 Antracita 50 28.0 13.4 14.6 0.52
Arena 50 20.0 10.2 9.8 0.49
2 Antracita 50 26.0 13.5 12.5 0.48
Arena 50 21.0 11.0 10.0 0.48
3 Antracita 50 29.0 13.0 16.0 0.55
Arena 50 16.5 8.5 8.0 0.48
4 Antracita 50 30.0 15.0 15.0 0.50
Arena 50 19.0 10.0 9.0 0.47
5 Antracita 50 31.0 15.5 15.5 0.50
Arena 50 19.0 9.5 9.5 0.50
6 Antracita 50 28.0 14.0 14.0 0.50
Arena 50 17.0 8.8 8.2 0.48
La porosidad de la antracita debe variar entre 56 y 60 %.
En la tabla a continuación se relacionan la aproximación de la rata de filtración (de
acuerdo a el área superficial y la porosidad de la antracita) en cada filtro para
diferentes caudales de operación, suponiendo que el caudal total que ingresa a la
planta se divide en 6.
59Tabla 46: Velocidad de filtración para diferentes caudales en cada filtro
Caudal (litros/s) Rata de Filtración (m3/m2*d)
Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4 Filtro 5 Filtro 6
70 204 221 175 192 192 192
80 233 253 199 219 219 219
90 262 284 224 247 247 247
100 291 316 249 274 274 274
110 321 347 274 302 302 302
120 350 379 299 329 329 329
130 379 411 324 357 357 357
140 408 442 349 384 384 384
150 437 474 374 411 411 411
160 466 505 399 439 439 439
170 496 537 424 466 466 466
180 525 568 449 494 494 494
La carga superficial no debe ser menor a 240 m/día según lo recomendado en la
literatura (libro de Jorge Arboleda (2)).
2.5.8. Eficiencia de los filtros según los registros de turbiedad del agua afluente y
efluente en cada unidad
En esta determinación, se toman los registros de turbiedad del mes de octubre de
2003 los cuales se muestran a continuación.
60Tabla 47: Valores de turbiedad promedio diaria que entra y sale de cada filtro
durante Octubre de 2003.
Día Turbiedad del agua (U.N.T.)
Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4 Filtro 5 Filtro 6
Aflu. Eflu. Aflu. Eflu. Aflu. Eflu. Aflu. Eflu. Aflu. Eflu. Aflu. Eflu.
1 3.19 0.83 3.19 0.58 2.76 2.17 2.76 0.75 1.83 0.64 1.95 0.54
2 2.87 0.61 2.87 0.32 1.98 1.56 1.98 0.65 1.87 0.68 1.76 0.66
3 2.31 0.60 2.31 0.82 1.82 1.17 1.82 0.48 2.16 0.61 1.90 0.52
4 3.48 0.84 3.48 0.75 3.39 3.40 3.39 0.71 2.70 0.57 2.66 0.84
5 2.49 1.41 2.49 0.39 2.28 0.49 2.28 0.25 2.32 0.72 2.11 0.38
6 3.27 1.27 3.27 1.24 3.38 1.44 3.38 0.81 3.17 0.83 3.62 0.46
7 6.43 1.03 6.43 0.70 6.28 1.68 6.28 0.74 6.04 0.87 6.12 1.14
8 2.91 0.63 2.91 0.67 3.30 1.83 3.30 0.46 2.56 0.56 2.68 0.42
9 3.40 1.02 3.40 0.45 3.60 3.10 3.60 0.50 6.10 0.53 6.43 0.92
10 3.49 0.72 3.49 0.41 4.10 2.30 4.10 0.75 3.99 0.86 4.02 0.93
11 3.57 0.90 3.57 0.42 3.20 1.25 3.20 0.70 3.77 0.45 3.37 0.40
12 2.81 0.82 2.81 0.45 2.78 0.89 2.78 0.62 2.62 0.69 2.60 0.97
13 2.43 0.44 2.43 0.26 2.46 1.59 2.46 0.42 2.48 0.23 1.97 0.40
14 4.84 0.70 4.84 0.60 2.51 1.70 2.51 0.93 3.24 0.54 3.84 0.56
15 2.84 0.94 2.84 0.70 2.56 2.20 2.56 0.75 4.24 0.56 4.12 0.82
16 4.68 0.91 4.68 0.56 4.11 2.30 4.11 2.67 4.56 0.45 4.10 0.27
17 1.15 0.66 1.15 0.58 2.44 2.16 2.44 0.59 2.27 0.71 2.18 1.31
18 2.41 1.22 2.41 1.46 2.70 0.90 2.70 0.87 2.36 0.58 2.54 0.76
19 1.97 0.98 1.97 0.87 1.89 1.70 1.89 0.82 2.15 0.79 1.36 0.81
20 5.32 0.92 5.32 0.60 2.55 1.02 2.55 0.50 3.46 0.70 3.30 1.20
21 7.20 1.04 7.20 0.70 6.30 1.70 6.30 0.94 3.20 0.66 2.56 0.80
22 8.90 0.68 8.90 0.84 12.8 2.90 12.8 0.96 9.32 0.86 8.28 0.68
23 3.97 0.99 3.97 0.90 3.85 2.38 3.85 1.15 3.56 1.10 3.60 1.05
24 2.38 0.91 2.38 0.98 3.40 3.28 3.40 1.19 3.20 1.41 3.46 1.07
25 2.46 1.84 2.46 1.33 2.79 1.97 2.79 1.49 2.93 2.57 3.42 1.16
26 2.30 0.94 2.30 0.90 2.45 2.17 2.45 0.96 2.56 0.99 2.40 0.96
27 2.42 0.93 2.42 1.34 3.26 3.86 3.26 1.09 4.32 0.85 4.34 1.27
28 3.87 2.04 3.87 1.46 3.66 3.29 3.66 1.42 3.49 2.08 3.51 0.98
29 2.48 2.12 2.48 0.77 4.71 2.66 4.71 1.13 4.36 1.24 4.38 0.49
30 2.93 1.39 2.93 1.36 2.98 2.41 2.98 1.37 2.57 1.29 2.53 1.36
31 2.09 1.03 2.09 1.12 2.21 2.32 2.21 1.13 2.07 1.04 2.01 1.03
61Tabla 48: Análisis de las frecuencias de turbiedad en el agua efluente de cada filtro
en Octubre de 2003
Rangos de Turbiedad (U.N.T.)
0 - 0.5 0.5 - 1.0 1.0 - 2.0 2.0 - 3.0 3.0 - 4.0
Parcial 1 19 9 2 -
Filtro Acumulada 1 20 29 31 -
1 Porcentaje 3.22 64.51 93.54 100.00 -
Parcial 7 17 7 - -
Filtro Acumulada 7 24 31 - -
2 Porcentaje 22.63 77.42 100.00 - -
Parcial 1 2 12 11 5
Filtro Acumulada 1 3 15 26 31
Frecuencias 3 Porcentaje 3.22 9.67 48.38 83.87 100.00
Parcial 4 18 8 1 -
Filtro Acumulada 4 22 30 31 -
4 Porcentaje 12.90 70.96 96.77 100.00
Parcial 3 21 5 2 -
Filtro Acumulada 3 24 29 31 -
5 Porcentaje 7.67 67.74 93.55 100.00 -
Parcial 7 16 8 - -
Filtro Acumulada 7 23 31 - -
6 Porcentaje 22.53 74.20 100.00 - -
Tabla 49:Clasificación de los filtros según la calidad del agua producida respecto al
tiempo (12).
Turbiedad Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4 Filtro 5 Filtro 6
(U.N.T.)
Menor a 0.5 3.22 % del 22.60% del 3.22% del 12.9% del 7.67% del 22.58% del
tiempo tiempo tiempo tiempo tiempo tiempo
Menor a 1.0 64.51% del 77.42% del 9.67% del 70.96% del 67.74% del 74.20% del
tiempo tiempo tiempo tiempo tiempo tiempo
2.6. DESINFECCIÓN
Los planteamientos teóricos que sustentan las pruebas realizadas, los resultados
mostrados a continuación y los comentarios se presentan en el anexo P.
622.6.1. Determinación del punto de quiebre al agua cruda que ingresa a la planta
El 10 de Diciembre de 2003 a las 9:30 A.M. fueron tomadas 10 muestras de agua
cruda que ingresa a la planta (en balones aforados) y a cada una se adicionó una
cantidad dada de cloro (Hipoclorito de Sodio) para conseguir concentraciones
definidas. Transcurrido un tiempo de contacto de 1hora (tiempo aproximado que
tarda el agua en llegar desde la planta al punto mas alejado de la red) y utilizando el
método de la DPD se determinaron los valores de cloro libre, combinado y cloro
residual total que se registran en la tabla a continuación.
Tabla 50: Valores de cloro libre, combinado, residual y demanda de cloro para
diferentes dosis iniciales de Cloro.
Balón Dosis inicial de Cloro libre Cloro Cloro Residual Demanda de cloro
Cloro aplicada (mg/litro) Combinado total (mg/litro)
(mg/litro) (mg/litro) (mg/litro)
1 1 0.0 0.3 0.3 0.7
2 2 0.0 0.8 0.8 1.2
3 3 0.0 1.3 1.3 1.7
4 4 0.2 0.6 0.8 3.2
5 5 1.0 0.5 1.5 3.5
6 6 2.0 0.4 2.4 3.6
7 7 2.5 0.2 2.7 4.3
8 8 3.7 0.2 3.9 4.1
9 9 4.4 0.1 4.5 4.5
10 10 5.0 0.1 5.1 4.9
En la gráfica se detalla el punto de quiebre obtenido para el agua cruda que ingresa
a la planta.
63Punto de quiebre
5,5
5
4,5
)ortil/gm(
4
3,5
latot
3
laudiser
2,5
2
orolC
1,5
1
0,5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Cloro Aplicado (mg/litro)
Gráfica 11: Cloro residual total en función de la dosis aplicada
El punto de quiebre se da en una adición de 4 mg/litro de cloro y una concentración
de cloro residual de 0.8 mg/litro.
Por la forma de la curva y de acuerdo a la figura X1.18 del libro de arboleda (2), el
nitrógeno amoniacal es mayor que el nitrógeno orgánico.
2.6.2. Relación concentración - tiempo
La eficiencia de la desinfección depende de la relación que existe entre el tiempo de
contacto (en la red de distribución) y la dosificación de cloro en la planta, la siguiente
expresión relaciona las anteriores variables.
Cn *t = K
Donde C: Concentración del desinfectante (mg/litro).
K: Constante de la desinfección
t: Tiempo de contacto (minutos).
n: coeficiente de disolución (eficiencia bactericida del desinfectante.)
64En estudios realizados por algunos investigadores se encontró que n puede tomar el
valor de 0.86 y K depende del compuesto con que se busca clorar (cloro libre ) y los
microorganismos que se quieren eliminar.
El 10 de Diciembre de 2003 a las 2:30 P.M., asumiendo un tiempo de contacto en la
red de distribución de 1 hora (aproximado), pH del agua tratada de 7, temperatura
de 18 ªC cloración con cloro libre y destrucción de organismos coliformes, de la
figura XI.31 del libro de Arboleda (2) se tiene K= 12.5.
La concentración de cloro libre que debe exceder la dosis en el punto de quiebre es:
(cid:230) K (cid:246) 1/n (cid:230) 12.5(cid:246) 1/0.86
C =(cid:231) (cid:247) =(cid:231) (cid:247) C =0.1614mg/litro
Ł t ł Ł 60 ł
la concentración de cloro que se debe adicionar como mínimo en el canal de
desinfección es la suma de la dosis adicionada en el punto de quiebre y el exceso
calculado, así:
Dosis de cloro requerida = Dosis en el punto de quiebre + exceso
= 4 mg/litro + 0.1614 = 4.1614 mg/litro (4.2 aprox.)
2.6.3. Cloro residual total y coliformes totales en la red de distribución.
Los valores de cloro residual y coliformes totales determinados en 4 puntos distintos
de la red de distribución de agua potable en el municipio los días 2 y 10 de
Diciembre de 2003 se relacionan en la tabla 53.
65Tabla 51: Resultados del muestreo realizado en la red de distribución.
Dirección Fecha Hora Barrio Cloro residual Coliformes
(mg/litro) totales
Cra 6 No 15ª -02 Diciembre 6:50 pm Altos de Monserrate < 0.1 -24 Horas de
2/2003 incubación
Cra 19 No 6ª-55 Diciembre 7:15 pm La Floresta. < 0.1 >100000
2/2003 (punto mas alejado de la red) U.F.C.
Cra 4 No 9-03 Diciembre 7:40 pm Centro de la ciudad < 0.1 -24 Horas de
2/2003 incubación
Cra 17ª No 6ª-0.1 Diciembre 8:00 pm La Pradera < 0.1 >100000
2/2003 U.F.C
Cra 6 No 15ª -02 Diciembre 6:50 pm Altos de Monserrate 0.4 -24 Horas de
10/2003 incubación
Cra 19 No 6ª-55 Diciembre 7:15 pm La Floresta. 0.6 -24 Horas de
10/2003 (punto mas alejado de la red) incubación
Cra 4 No 9-03 Diciembre 7:40 pm Centro de la ciudad 0.7 -24 Horas de
10/2003 incubación
Cra 17ª No 6ª-0.1 Diciembre 8:00 pm La Pradera 0.5 -24 Horas de
10/2003 incubación
2.7. CARACTERIZACION DEL AGUA QUE INGRESA Y SALE DE LA PLANTA
La Caracterización fue realizada en los laboratorios de la Empresa AGUAS DE
MANIZALES el 16 de Junio del 2003.
En la siguiente tabla se registran los valores encontrados en la caracterización de
los principales parámetros fisicoquímicos y organolépticos del agua cruda y tratada
en la planta al inicio de la evaluación.
66Tabla 52:Caracterización del agua cruda y tratada el 16 de Junio del 2003.
Parámetro Junio 16/2003 Decreto 475 de 1998 para agua
potable
Cruda Tratada
Hora 10:00 am 10:00 am
PH 7.23 7.55 6.5 – 9.0
Color verdadero (U.P.C.) 74 4 < 15
Olor y sabor Acep. Acep. Aceptable
Turbiedad (U.N.T.) 69 1.2 < 15
Conductividad 458 123 50 – 1000
(minromhos/cm)
Sólidos Totales (mg/l) 1460 125 < 500
Sustancias Flotantes Ausent. Ausent. Ausentes
Detergentes (mg/l) 0.0572 0.0521 -
Acidez (mg/l de CaCO3) 14.21 10.569 50
Alcalinidad (mg/l de CaCO3) 32.89 23.56 100
Dureza Total (mg/l de CaCO3) 89 57 160
Grasas y/o aceites (mg/l) 1.7 1.5
Cloro residual (mg/l) - 0.489 0.2 – 1.0
Fosfatos (mg/l) 0.352 0.265 0.2
Cloruros (mg/l) 7.69 7.58 250
Nitrógeno Amoniacal (mg/l) 0.326 0.334
Nitritos (mg/l) 0.00742 0.00754 0.1
Nitratos (mg/l) 0.256 0.223 10
Aluminio (mg/l) 0.52 0.41 0.2
Calcio (mg/l) 1.18 1.02 60
Cobre (mg/l) 0.01 0.01 1.0
Hierro (mg/l) 0.25 0.14 0.3
Magnesio (mg/l) 0.36 0.24 36
Manganeso (mg/l) 0.01 0.01 0.1
Mercurio (mg/l) 1.22 0.0008 0.001
Plomo (mg/l) 0.022 0.021 0.01
Zinc (mg/l) 0.08 0.08 5
673. EVALUACIÓN ADMINISTRATIVA
Se entiende por sistema el conjunto de elementos ordenados dentro de ciertos
patrones que interactúan para obtener objetivos y propósitos definidos.
La concepción de la planta de tratamiento de agua potable como sistema
administrativo y operacional es clave para la constitución de la misma como
organización y el análisis y formulación de soluciones a los problemas encontrados.
La administración de una planta de tratamiento de agua potable depende de la clase
de organizaciones que la hayan formado y del tamaño de la misma, es importante
que el personal que opera, mantiene y administra la planta sepa a quien puede
hacer llegar sus solicitudes.
La organización administrativa de la empresa AQUAMANA E.S.P. esta definida en
gran parte por el organigrama (que se detalla en la siguiente página) y las funciones
especiales, responsabilidades, requisitos mínimos para el nombramiento y
codificación de cada cargo por niveles jerárquicos según lo establecido en el Manual
de funciones de la empresa desarrollado por la junta directiva de AQUAMANA en
Junio de 1998 por disposiciones de la Ley 443 sancionada a la fecha.
Los cargos establecidos en el organigrama funcional de la empresa coinciden con
los discriminados en el Manual de funciones (7).
En la Tesorería de la empresa se encuentran las hojas de vida de los empleados
posesionados y en la división técnica las de los empleados temporales, en las
cuales se relacionan aspectos como:
• Nombre completo
• Edad.
• Sexo.
• Dirección
68ORGANIGRAMA FUNCIONAL AQUAMANA E.S.P.
AÑO 2003
JUNTA DIRECTIVA
GERENCIA
-Gerente (1)
-Secretaria Ejecutiva (1)
-Auxiliar (1) ASESORIAS
-Auxiliar de Servicios generales (1) -Contador (1)
-Ingeniero de Sistemas (1)
-Jefe de Control interno (1)
-Bacteriólogo (1)
-Abogado (Auditoria Externa) (1)
DIVISIÓN TECNICA Y DE
DIVISION FINANCIERA Y
PLANEACION
DIVISION DE SISTEMAS CONTABLE
-Jefe de División técnica (1)
-Auxiliar Administrativo (1)
DEPARTAMENTO DE SERVICIOS DEPARTAMENTO DE ATENCION AL CLIENTE
DEPARTAMENTO DE TESORERIA
PÚBLICOS. -Secretaria de atencion al cliente (1)
-Tesorero General (1)
-Profesional Universitario (1) -Auxiliar Administrativo (1)
-Operario –lector de contadores (1)
CAJA
-Auxiliar Administrativo (1)
SECCIÓN ACUEDUCTO
-Jefe grupo Planta de tratamiento (1) SECCIÓN ALCANTARILLADO SECCIÓN ASEO
-Operario de Planta (6) -Operario –Obrero (6) -Operario –barrendero (10)
-Supernumerario de Planta (1) -Operario –Oficial (2) -Operario –Recolector de basura (4)
-Fontanero (1) -Ayudante practico de cuadrilla (1) -Conductor Volqueta (1)
-Auxiliar de Fontanero (1) -Conductor Compactador (1)
-Ayudante practico de Fontanero (1)
-Supervisor bocatoma (1)
Figura 2: Organigrama Funcional de AQUAMANA E.S.P.• Estado civil
• Nivel Educativo.
• Experiencia laboral.
• Referencias personales.
• Otros.
El jefe de servicios públicos es el encargado de programar las jornadas laborales de
los operarios y obreros que trabajan en aseo, acueducto y alcantarillado; y los
turnos de los operarios de la planta son asignados por el jefe de la división técnica.
El personal administrativo que labora en las oficinas trabaja 9 horas diarias (8:00
a.m. a 12:30 m y 2:00 p.m. a 6:30 p.m.) de lunes a viernes.
3.1. Descripción de las instalaciones.
Las oficinas de AQUAMANA E.S.P. están ubicadas en el centro del municipio de
Villamaría (plaza principal) en una estructura de 1 piso ( de aproximadamente 90
m2).
El control de ingresos y salidas del personal que labora tanto en la planta como en
las oficinas y la atención a las solicitudes, inconvenientes y necesidades que se
presenten son responsabilidades del jefe inmediato del empleado.
El sulfato de aluminio tipo B es transportado desde el punto de compra hasta la
planta de potabilización por una volqueta de propiedad de AQUAMANA E.S.P. En la
planta, el coagulante es almacenado en un cuarto dispuesto para tal fin.
3.2. Higiene de trabajo
En las oficinas administrativas de la empresa en Villamaría el aseo de las
instalaciones es realizado por una auxiliar de servicios generales y en la planta de
tratamiento los operarios se encargan de mantener limpias las zonas verdes y las
instalaciones
694. ANALISIS DE VULNERABILIDAD
El análisis de vulnerabilidad realizado tuvo en cuenta la metodología planteada en
los módulos de evaluación, operación y mantenimiento de plantas de tratamiento de
agua para el consumo humano (12) y las Guías para la Elaboración del Análisis de
Vulnerabilidad de Sistemas de Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado
Sanitario elaboradas por la Organización Mundial de la Salud (O.M.S.)
En el anexo Q se presenta el análisis de vulnerabilidad realizado a la planta de
potabilización del Municipio de Villamaría.
705. CONCLUSIONES
5.1. MICROCUENCAS
Si bien es cierto que los cultivos forestales protegen las cuencas y disminuyen la
probabilidad de ocurrencia de procesos erosivos, además regulan el caudal de las
aguas, el método utilizado para cosechar la madera (Método intensivo), esta
ocasionando impactos negativos en las fuentes, como son: aceleración de la erosión
superficial, desprotección de la cuenca y posible contaminación por agroquímicos y
pesticidas que son arrastrado por las aguas de escorrentía a la fuente.
Esta actividad deberá ser controlada, llegando a acuerdos formales con los dueños
de los cultivos y con las entidades encargadas del control y vigilancia como
CORPOCALDAS.
5.2. BOCATOMA SISTEMA LA ALBANIA
• Esta estructura esta captando un caudal mayor al permitido por Corpocaldas
como se indica en la concesión de aguas (30 litros/s).
• Se esta captando la mayor parte del caudal de la quebrada en este punto y por
ello el impacto en la quebrada aguas abajo es notable.
5.3. BOCATOMA SISTEMA CHUPADEROS
• Presenta deficiencias estructurales por falta de mantenimiento (mal estado de
las rejillas retenedoras), sin embrago, su ubicación es la adecuada para la
captación del caudal de agua que se permite captar de acuerdo a la concesión
de aguas (180 litros/s).
71• La ruta de acceso hasta este punto es muy peligrosa y por lo tanto las personas
encargadas del mantenimiento (Bocatomeros) tienen alto riesgo de accidentes.
• La lado superior de la rejilla retenedora de sólidos esta a nivel de la superficie
del agua de la quebrada, por ello cuando aumenta el caudal del afluente se
reduce la eficiencia en la retención.
5.4. DESARENADOR QUEBRADA LA ALBANIA
• Las dimensiones de largo y profundidad de la zona de sedimentación indicadas
en el plano del desarenador difieren notablemente con respecto a las
dimensiones reales (diferencias: largo 1.95 m; profundidad 0.28 m).
• Cuando el caudal captado de la quebrada es mayor a 94 litros/s. la velocidad del
agua a la entrada de la zona de sedimentación supera los 0.2 m/s (cálculo a
partir de los orificios de la pantalla deflectora) lo que altera la normal
decantación de las partículas.
• En la zona de sedimentación pueden existir corrientes cruzadas, puntos muertos
(En los vértices del área superficial) o cortos circuitos debido a que la relación
largo / ancho es de 2.62 (se recomiendan relaciones mayores a 4).
• Para caudales de operación de la unidad comprendidos entre 30 y 90 litros/s. los
diámetros de partículas removidas están entre 0.0012 y 0.0040 cm que
corresponden a arenas finas (partículas discretas).
• El volumen de la zona de lodos es aproximadamente inferior al 17 % del
volumen total de la zona de sedimentación. Lo recomendado en la literatura es
que el volumen sea aproximadamente del 20 %, por lo cual el volumen de la
zona de lodos es insuficiente.
725.5. DESARENADOR QUEBRADA CHUPADEROS
• Cuando el caudal de agua captado supera los 38.8 litros/s., la velocidad de
entrada a la zona de sedimentación sobrepasa el límite recomendado para la
correcta sedimentación de las partículas.
• La relación largo / ancho en la zona de sedimentación es de 3.98 la cual puede
aproximarse a la mínima recomendada en la literatura de 4. Por lo anterior se
concluye que la probabilidad de que existan en la zona corrientes cruzadas,
puntos muertos (En los vértices del área superficial) o cortos circuitos es mínima.
• Para caudales de operación de la unidad comprendidos entre 50 y 150 litros/s.
los diámetros de partículas removidas están entre 0.0043 y 0.0077 cm que
corresponden a arenas finas (partículas discretas).
• El volumen de la zona de lodos es aproximadamente el 15 % del volumen total
de la zona de sedimentación. Lo recomendado en la literatura es que el volumen
sea aproximadamente del 20 %, por lo cual el volumen de la zona de lodos es
insuficiente.
5.6. COAGULACIÓN
5.6.1. Dosificación de Coagulante
• La planta cuenta permanentemente con buena reserva de Sulfato de Aluminio
tipo B (coagulante) y por ello la probabilidad de que este se agote es baja.
• De los dos dosificadores existentes en la planta solo uno opera continuamente
en condiciones de eficiencia relativa debido a que no se consiguen tiempos
adecuados de disolución de coagulante en la cámara que tiene esta función.
(tiempo recomendado mínimo 3 minutos) según el criterio establecido por la
O.P.S. en los módulos de evaluación enunciados en este documento, lo que
73indica que la mayor parte del Sulfato de Aluminio dosificado no alcanza la
disolución en el caudal afluente.
• El punto donde ocurre la mezcla del coagulante sólido y el agua afluente a la
cámara de disolución no es adecuado para conseguir buena disolución debido a
que la turbulencia provocada por la velocidad del agua no coincide con el punto
de aplicación del sólido.
• La compuerta que regula el paso de coagulante sólido no tiene escala
indicadora y tampoco opera en las condiciones necesarias. los operarios
calculan la dosificación por unidad de tiempo midiendo la masa de una descarga
y contando el numero de descargas por minuto.
• En los dosificadores no hay graficas que relacionen la dosificación por unidad de
tiempo y la concentración de la solución efluente respecto a la apertura del
regulador.
• En el momento de determinar el volumen de la cámara de disolución fueron
removidos sedimentos que alcanzaban del 40% al 50% del volumen total de la
unidad.
• Por el estado físico de los dosificadores en la actualidad, se recomienda realizar
un mantenimiento que incluya la parte mecánica de la unidad.
5.6.2. Canaleta Parshall.
• El punto de adición de coagulante es aceptable según criterio reportado en la
bibliografía (Arboleda).
• A excepción de la longitud de la garganta (longitud teórica es el doble de la real
aprox.) la mayoría de dimensiones y pendientes de la canaleta de la planta de
74potabilización guardan concordancia con las establecidas en la literatura (ver
arboleda).
• La canaleta trabaja ahogada (relación h/h superior a 0.6) si el caudal de agua
b a
cruda que ingresa a la planta es mayor a 140 litros/s.
• La relación ha/W esta fuera de los valores de 0.4 a 0.8 para todos los caudales
medidos lo cual indica que la turbulencia del resalto no penetra en la zona mas
profunda de la lÁmina de agua dejando esta con un mínimo de agitación (según
experiencias de laboratorio reportadas en la literatura). Reduciendo (ha) el
espesor de la capa de agua sin turbulencia disminuye.
• Para caudales inferiores a 80 litros/s. el número de Froude es mayor a 2.5 lo que
indica que el resalto es inestable (cambia de posición) complicando la adición de
coagulante.
5.6.3. Parámetros óptimos de Coagulación (“Prueba de jarras”)
• La dosis óptima encontrada en cada ensayo se incrementaba con la turbiedad
del agua tratada (entre 19 y 102 mg/litro de Sulfato de Aluminio).
• La concentración óptima de coagulante en cada una de los cuatro valores de
turbiedad analizados oscilo entre el 1 y el 3 %.
• El pH óptimo determinado en los ensayos osciló entre 7.5 y 8.5 (pH mayores a
los del agua cruda que ingresa a la planta).
5.7. FLOCULACIÓN
• La velocidad promedio de flujo de agua a través de las cámaras de los cuatro
floculadores de la planta es mucho menor a la recomendada en la literatura y
por ello se acumulan lodos en el fondo de las mismas.
75• La máxima eficiencia respecto a la formación de flóculos es la del floculador 4 y
en su orden le siguen los floculadores 3, 2 y 1
5.7.1. Pruebas con trazadores para determinar las características de flujo.
• En los cuatro floculadores predomina el flujo pistón y el flujo cumple con el
tiempo de retención aproximado calculado. No existen cortos circuitos
acentuados en el total del volumen efectivo, sin embargo, en los floculadores 2,
3 y 4 una vez transcurrido el tiempo de retención, se observan perturbaciones en
el flujo que sale de la unidad.
5.7.2. Gradientes y tiempos óptimos de mezcla lenta (Prueba de Jarras)
• Los tiempos óptimos de mezcla lenta encontrado oscilan entre los 29 y 37
minutos que se consiguen en los floculadores con caudales de agua cruda que
ingresa a la planta entre 90 y 114 litros/s.
• Los gradientes óptimos de mezcla lenta encontrados en las pruebas de jarras
están entre 16 y 25 s-1 (25 s-1 es el mas significativo) correspondientes a
caudales entre 105 y 165 litros/s (caudal óptimo 165 litros/s).
5.8. SEDIMENTACIÓN
• La eficiencia de las unidades de sedimentación se determinó con base en el
análisis estadístico realizado a las turbiedades de agua sedimentada, de
acuerdo al agua que se produce y al agua cruda, por lo tanto los cuatro
sedimentadores se consideran excelentes en su función el 90% del tiempo y
de funcionamiento muy bueno el 100% del tiempo.
• Al realizar el análisis de las dimensiones de las unidades y determinar los
tiempos de retención, las velocidades de flujo y las velocidades críticas de
sedimentación, se encontró que estos parámetros son adecuados para
diferentes caudales de operación (60-180 L/seg), por lo tanto el diseño de las
76unidades cumple con las necesidades de tiempos de retención para una
buena decantación de partículas floculentas, el caudal máximo de operación
de la planta es 180 L/seg.
• Al realizar el análisis de las condiciones hidráulicas de los sedimentadores,
se encontró la presencia de corto circuitos en las unidades 1, 2 y 4 esto con
lleva a un menor tiempo de retención en las unidades debido al aumento de
velocidad lineal y a la disminución de la eficiencia de las unidades, pero al
realizar el análisis de eficiencia para los datos del mes de octubre se
determinó que las unidades tienen una excelente eficiencia, se presume por
lo tanto que los sedimentadores operan bien en estas condiciones pero a
turbiedades menores a 284 N.T.U, turbiedad máxima reportada en octubre y
120 L/seg caudal promedio de operación de la planta.
• La presencia de corto circuitos en los sedimentadores 1 y 2 se debe
posiblemente a las estructuras de entrada y salida ya que lo recomendado
en la literatura en cuanto a estas estructuras es:
Estructura de entrada:
Debe repartir el flujo uniformemente por debajo de las placas del
sedimentador y la estructura de alimentación de las unidades 1 y 2 son dos
orificios que comunican la cámara de aquietamiento de los sedimentadores
con una canaleta de conducción de agua floculada por lo tanto la repartición
uniforme del flujo no es la más adecuada haciendo que las placas más
retiradas de la zona de alimentación no traten la misma cantidad de agua
que tratarán las placa más próximas a la zona de alimentación.
77Estructura de salida:
Debe retirar el flujo uniformemente sobre toda el área por encima de las placas del
sedimentador y la estructura de salida de los sedimentadores son dos canaletas
laterales con vertederos los cuales recolectan más fácilmente las aguas vecinas a
los vertederos y causando que las masas de agua alejadas de estos tengan mayor
dificultad para ser evacuadas.
5.9. FILTRACIÓN
• Los filtros de la planta de potabilización no cuentan con medidores
piezometricos en las tuberías de entrada y salida de agua que permitan
conocer la caída de presión que sufre el flujo por su paso a través del medio
filtrante.
• la velocidad de filtración a través de cada lecho depende del estado de
colmatación individual de cada lecho filtrante, por ello, el flujo en cada unidad
decrece con el tiempo y el nivel de agua en sobre cada lecho sufre leves
fluctuaciones (se consideran de rata declinante constante).
• Los filtros mas sucios le transfieren a los mas limpios la carga hidráulica que
estos no están en capacidad de tratar, manteniendo un balance entre el
caudal total afluente y efluente.
• Durante la operación de las unidades se observa que el nivel de agua sobre
el lecho filtrante es encuentra entre 1.40 y 1.80 metros, lo que concuerda con
los criterios planteados por la O.M.S.
• El lavado de los filtros se efectúa con un caudal menor o igual al de
operación de la planta y el lecho filtrante de cada filtro no alcanza la
fluidificación requerida.
78• En el lavado de los filtros se utiliza agua procedente del canal de
desinfección con un nivel de cloro residual de aproximadamente 1.0 mg/litro.
• El tiempo óptimo de lavado para los seis filtros oscila entre 10 y 12 minutos.
• Observando la topografía del lecho filtrante en cada filtro se concluye que la
máxima diferencia entre la máxima y minima cota la tiene el filtro 3 (12 cm);
los filtros 1 y 2 tienen diferencias menores a 3 cm y los filtros 4, 5 y 6 de 5.6,
9.0 y 6.5 cm respectivamente.
• Los filtros 3, 4, 5 y 6 pueden tener deficiencias en el sistema de drenaje o
haber sufrido irregulares entradas de aire en el lecho (observación de la
topografía).
• Las unidades de filtración tienen espesores de arena y antracita en el lecho
dentro de los rangos recomendados por la O.M.S.
• En el filtro 6 el porcentaje de antracita es mayor al recomendado por la
O.M.S. (60 %).
• Las partículas de arena presentes en el lecho de cada filtro tienen en su gran
mayoría (80–90%) diámetros entre 0.43 y 1.20 mm (análisis granulométrico
de muestras) y la O.M.S. recomienda diámetros entre 0.45 y 0.60 mm.
• Las partículas de antracita presentes en el lecho de cada filtro tienen en su
gran mayoría (80–90%) diámetros entre 1.20 y 2.58 mm (análisis
granulométrico de muestras) y la O.M.S. recomienda diámetros entre 0.90 y
1.40 mm.
• Los coeficientes de uniformidad de las partículas de arena y antracita de
todos los lechos están entre 1.27 y 1.56, lo recomendado es que tengan
valores inferiores a 1.1.
79• Las partículas de antracita con diámetros mayores a 1.7 mm reducen la
calidad del agua filtrada y elevan el coeficiente de uniformidad.
• En todos los lechos filtrantes el porcentaje de bolas de lodo es bastante alto,
siendo los filtros 3, 5 y 6 los de peor estado.
• El peso específico de las partículas de arena en los lechos esta entre 2.54 y
2.65, según la teoría, este debe estar entre 2.60 y 2.65.
• El peso específico de las partículas de antracita en los lechos esta entre 1.34
y 1.37, según la teoría, este debe estar entre 1.40 y 1.55.
• En el momento de la toma de muestra de cada lecho claramente se
diferenciaba la estratificación de las partículas de arena y antracita.
• Los valores de la relación entre los diámetros de las partículas de arena y
antracita están entre 1.60 y 1.65 lo que indica que las partículas mas
pequeñas de arena penetran entre las de antracita aumentando la eficiencia
en la sedimentación.
• La porosidad de las partículas de antracita esta entre 0.48 y 0.55 y lo
recomendado en la literatura es que esta debe estar entre 0.56 y 0.60.
• A caudales de agua cruda que ingresa a la planta menores de 90 litros/s la
rata de filtración es menor a 240 m3/m2*d lo cual no es recomendado para
unidades de filtración con estas características.
• Según los registros de turbiedad del agua efluente de los filtros la mejor
eficiencia la tiene el filtro 2 y siguen en orden los filtros 6, 4, 5, 1 siendo la
peor la del filtro 3.
805.10. DESINFECCIÓN
• En algunos de los diferentes análisis de cloro residual en la red de
distribución se encontraron concentraciones menores a 0.1 mg/L, como esta
operación es sin lugar a duda la de mayor responsabilidad en un proceso de
potabilización de agua ya que una inadecuada dosificación de cloro tanto por
exceso como por defecto va a potenciar problemas de salud pública es
necesario que se tenga un mayor control de esta operación.
• Como la dosificación de cloro para la desinfección del agua depende de la
demanda de cloro y teniendo en cuenta que las características del agua
varían constantemente a lo largo del tiempo es necesario que se realice el
ensayo de punto de quiebre más frecuentemente para poder determinar
exactamente cual debe de ser la dosis a aplicar.
• Es necesario perfeccionar las técnicas de medición del cloro residual en la
red de distribución de una manera práctica y confiable ya que el método
utilizado actualmente (ortotolidina) no es el más adecuado para asegurar la
calidad del agua que la comunidad esta consumiendo y puede ser tóxico y
cancerigeno para el analista de laboratorio.
• Es necesario que los procesos anteriores a la desinfección estén operando
adecuadamente para poder entregar un agua de buena calidad a los
usuarios sin riesgos para la salud.
5.11. ADMINISTRACIÓN DE LA EMPRESA
• El personal administrativo que labora en las oficinas trabaja 9 horas diarias (8:00
a.m. a 12:30 m y 2:00 p.m. a 6:30 p.m.) de lunes a viernes.
81• El control de ingresos y salidas del personal que labora tanto en la planta como
en las oficinas y la atención a las solicitudes, inconvenientes y necesidades que
se presenten son responsabilidades del jefe inmediato del empleado.
• El pago de las facturas de servicios públicos por parte de los usuarios se realiza
en las oficinas administrativas de la empresa.
• Las instalaciones administrativas de AQUAMANA son adecuadas en tamaño
para el personal que labora allí permanentemente, pero cuando ingresan
obreros, operarios y usuarios a realizar los pagos el espacio se ve reducido y el
desplazamiento por las oficinas se vuelve engorroso.
5.12. ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD
• La continua deforestación y el uso inadecuado de la tierra en cuanto a
pastoreo de ganado en alta pendiente y el cultivo intensivo de especies
maderables amenazan la calidad y cantidad de agua en las microcuencas se
observa la disminución de gran número de pequeños afluentes a causa de
los anteriores factores .
• El sistema de bocatoma y conducción hasta el desarenador de la quebrada
Chupaderos presenta grado de vulnerabilidad ante fenómenos de inundación
o avenidas torrenciales ya que la rejilla de entrada de la bocatoma se
colmata fácilmente disminuyendo el flujo de caudal hacia la planta de
tratamiento, la conducción hasta el desarenador va paralela a la quebrada
soportando los fuertes impactos ocasionados por las crecientes invernales y
acumulando los efectos de socavación que pueden generar el colapso de la
estructura además estas estructuras son vulnerables ante la ocurrencia de
una erupción volcánica ya que la quebrada nace cerca al Parque Natural de
los Nevados.
82• La conducción de la quebrada chupaderos se ve amenazada en su parte
boscosa por la posibilidad de deslizamientos ya que esta zona es de alta
pendiente y la tubería presenta fugas que aumentan la humedad del terreno,
además la conducción forma parte de la vía que conduce al desarenador
absorbiendo por lo tanto los esfuerzos mecánicos causados por las personas
que transitan hacia el desarenador y generan el debilitamiento de la
estructura que podría romperse.
• La conducción de la quebrada la Albania y la quebrada Chupaderos después
de salir de la zona boscosa no presentan riesgo ya que el terreno es de baja
pendiente y se encuentra enterrada.
• La caja de unión de las conducciones de la Albania y Chupaderos puede ser
vulnerable a sabotajes ya que esta no se encuentra aislada por rejas y
cualquier individuo podría destaparla para adicionar alguna sustancia
extraña.
• La planta de tratamiento puede estar expuesta a fenómenos de vandalismo
ya que por lo general solo una persona permanece en las instalaciones y la
seguridad del lugar es poca. En cuanto a la parte estructural de la planta, se
observó que por el paso del tiempo y el deterioro normal del concreto
algunas paredes de los floculadores presentan fisuras, por lo tanto es
conveniente realizar pruebas estructurales especializadas para saber
realmente el estado de la planta y poder planificar el comportamiento de la
estructura ante un evento sísmico.
836. RECOMENDACIONES
6.1. MICROCUENCAS.
La empresa como prestadora de un servicio vital para el municipio esta en la
obligación de generar políticas que le permitan garantizar la prestación de un
servicio de excelente calidad y cantidad por lo tanto deberá gestionar la consecución
de recursos que le permitan comprar terrenos particulares que están en la zona de
influencia de las microcuencas. Emprender campañas de reforestación
encaminadas a la recuperación de las microcuencas.
6.2. BOCATOMAS.
Se debe modificar la estructura de la bocatoma del sistema La Albania con el fin de
evitar la captación de caudales mayores a 33 litros/s (limite concedido por
Corpocaldas).
Es necesario mejorar la reja de la bocatoma de la quebrada chupaderos ya que esta
se encuentra deteriorada, además se requiere que esta sea mas alta ya que cuando
el río se crece la reja queda sumergida y permite el paso de piedras y palos que
pueden taponar la conducción al desarenador.
La vía de acceso a la bocatoma del sistema Chupaderos debe estructurarse de
forma tal que permita el transito de personal sin riesgos de accidentes.
6.3. DESARENADORES.
Estas unidades no presentan ningún sistema de protección por lo tanto pueden
presentar peligro de ahogamiento si alguna persona llega a caer en la cámara de
sedimentación, por lo tanto sería recomendable instalar un sistema de rejas para
que solo pueda entrar personal autorizado de la empresa.
84Procurar al máximo que el período transcurrido entre la limpieza de los
desarenadores no sea mayor a un mes, ya que el deposito de sedimentos en estas
unidades reduce el volumen efectivo de la zona de sedimentación.
6.4. CONDUCCIONES.
La conducción de la bocatoma de chupaderos hasta el desarenador es necesario
reforzarla ya que algunos trayectos están socavados y pueden ser arrastrados por el
río cuando este aumenta su caudal por efecto del invierno.
La conducción del desarenador de chupaderos hasta la salida del bosque presenta
en algunos sitios fugas de agua las cuales deben de eliminarse ya que esto puede
generar el ablandamiento del terreno circundante y provocar un deslizamiento
además que estos terrenos son inestables y de alta pendiente.
6.5. COAGULACION.
Realizar ensayos de “Pruebas de Jarras” en las que se determinen los parámetros
mas importantes cada vez que la turbiedad del agua cruda cambie de forma súbita.
6.5.1. Dosificadores de Sulfato de Aluminio.
Es indispensable realizar calibración y mantenimiento periódico a las unidades
dosificadoras, con el fin de evitar posibles averías y dosificaciones incorrectas. Las
compuertas de los dosificadores no están graduadas, es necesario construir las
escalas de dosificación para garantizar las dosificaciones exactas.
Retirar continuamente el sedimento que se deposita en la cámara de disolución ya
que este disminuye el tiempo de residencia necesario para la disolución del sulfato
de aluminio.
85Retirar la manguera adicional que suministra agua al dosificador ya que esta
también disminuye el tiempo de residencia en la cámara de disolución y por lo tanto
el coagulante no se hidroliza adecuadamente.
El caudal de agua para la disolución del coagulante depende de la concentración
óptima calculada en el ensayo de jarras por lo tanto se recomienda realizar ensayos
de jarras completos para determinar los parámetros adecuados, esto conlleva a que
sea necesario utilizar simultáneamente los dos dosificadores para poder cumplir con
los requisitos de concentración óptima.
6.5.2. Canaleta Parshall.
Tratar de no alimentar un caudal a la planta mayor a 140 litros/s ya que la canaleta
trabaja ahogada (relación h /h superior a 0.6).
b a
En lo posible no operar la canaleta en caudales inferiores a 80 litros/s. porque esto
genera inestabilidad en el resalto complicando la adición de coagulante.
Sin embrago, aumentando el ancho de garganta (W) o la pendiente en el mismo
punto se reduce las relaciones h /h y h /W adquiriendo el resalto mayor estabilidad.
b a a
6.6. FLOCULACIÓN
Realizar reformas estructurales en las cámaras de los floculadores como aumentar
el espesor de las paredes (reduciendo el área superficial) para aumentar la
velocidad del flujo y así evitar depósitos de lodos en el fondo de las mismas.
Tratar de operar siempre la planta con caudales entre 100 y 135 litros/s., ya que con
estos, el tiempo de retención y el gradiente en las unidades oscila entre los valores
óptimos encontrados en pruebas experimentales.
866.7. SEDIMENTACIÓN
Realizar un estudio de tratamiento y estabilización de los lodos provenientes de los
sedimentadores ya que al realizar el lavado de estos todos los lodos son enviados al
río Chinchiná sin ningún tratamiento previo lo que ocasiona un impacto ambiental
negativo.
Realizar un seguimiento al volumen de lodos depositado en la zona de lodos para
evitar que estos superen la capacidad de estos puntos e influyan negativamente en
el proceso de sedimentación causando por lo tanto que los flóculos no tengan donde
sedimentarse y sean arrastrados hacia los filtros colmatándolos rápidamente.
Considerar la posibilidad de mejorar las estructuras de entrada y salida de los
sedimentadores 1 y 2 (instalando 2 tuberías adicionales para la alimentación del
agua en cada unidad) ya que esto influye negativamente en el comportamiento
hidráulico del flujo y por lo tanto en la disminución de la eficiencia de las unidades.
Estas estructuras deben asemejarse a las estructuras de entrada y salida de los
sedimentadores 3 y 4.
Diseñar y construir en los sedimentadores 1 y 2 estructuras para la repartición del
flujo en el area efectiva de sedimentación (parte inferior) y salida del agua de la
operación (parte superior) similares a las estructuras de los sedimentadores 3 y 4
con el fin de mejorar el comportamiento hidráulico de las unidades.
6.8. FILTRACIÓN
Procurar que el tiempo que transcurra entre lavados de cada filtro no sea mayor a
24 horas. Al momento de lavar cada filtro aumentar el caudal de agua cruda que
ingresa a la planta con el fin de asegurar la fluidificación del lecho. Procurar que el
tiempo de lavado de cada filtro sea de 10 a 12 minutos.
Según criterios profesionales establecidos en la literatura (2) y por experiencia
(técnicos de EMPOCALDAS) se aconseja extraer todo el lecho de arena y antracita
87que reside en cada filtro cada cuatro o cinco años, tamizarlo escogiendo los
diámetros de partículas recomendados en la literatura (arena 0.45 a 0.60 mm y
antracita 0.90 a 1.40 mm) y revisar el estado del sistema de drenaje, en especial el
filtro 3 que es el de peores condiciones.
Adecuar procedimientos de lavado y mantenimiento que permitan remover las bolas
de lodos que residen en el lecho de cada unidad (en altos porcentajes), en especial
el filtro 3.
Procurar no operar la planta en caudales inferiores a 90 litros/s debido a que la rata
de filtración es menor a 240 m3/m2*d lo cual no es recomendado para unidades de
filtración con estas características.
6.9. DESINFECCIÓN
Se recomienda que las dosis aplicadas en la cloración deben estar por encima del
punto de quiebre por lo tanto se deberá realizar mínimo una vez al día el análisis de
punto de quiebre para poder asegurar un cloro residual en la red de distribución
como mínimo de 0.5 mg/L.
Debido al grado de peligrosidad a la salud pública que puede producir la inadecuada
operación de este proceso se recomienda tener un mayor control de esta operación
por parte del departamento técnico de la empresa.
Prestar mayor atención y concienciar a los operarios de la importancia en la
dosificación de cloro y al estado de operación de las pipas y tanque del gas.
Exigir a la persona que realiza las mediciones de cloro residual y Coliformes totales
en la red de distribución un método de análisis confiable y compromiso total en su
labor.
886.10. ADMINISTRACIÓN DE LA EMPRESA
Nombrar como Jefe de Planta a un profesional con el perfil necesario para la
vigilancia y control permanente de las operaciones que se realicen.
Procurar que el pago de la factura del servicio se realice en entidades bancarias por
comodidad del personal que labora en las instalaciones y del usuario.
Ampliar en un futuro las instalaciones administrativas de AQUAMANA con el fin de
contar con un mayor espacio y calidad laboral.
6.11. ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD.
El análisis de vulnerabilidad aquí planteado esta lejos de tener la contundencia que
se requiere ya que este es un trabajo interdisciplinario donde deben interactuar
profesionales de diferentes perfiles (Geólogos, Ing. Civiles, Topógrafos), el análisis
de vulnerabilidad es más una visión personal de los ejecutores del trabajo respecto
a ciertos factores que pueden llegar a afectar el adecuado funcionamiento del
sistema de tratamiento, por lo tanto la recomendación más importante es considerar
la posibilidad de realizar un minucioso estudio de vulnerabilidad del sistema ya que
por ser el sistema de acueducto una línea vital se requiere por ley estar preparado
para afrontar cualquier tipo de desastre sin interrumpir el servicio a los usuarios.
Sin embargo, se recomienda adecuar protecciones físicas en todo el sistema de
aducción (bocatomas, desarenadores, líneas de conducción y cámara de unión) con
el fin de evitar acciones vandálicas y de deterioro fisico.
897. BIBLIOGRAFIA
1. APHA. Standard Methods of Analisys of water and Wastewater. 1998
2. ARBOLEDA, Jorge. Teoría y practica de la purificación del agua. Editorial Mc
GrawHill. Bogotá. 2000.
3. CASAS, José. Coagulación - Floculación. Universidad Nacional de Colombia.
Bogotá. 1992.
4. CORCHO. Acueductos Teoría y diseño. Universidad de Medellín. Centro general
de investigaciones. Medellín.
5. CORPOCALDAS. Agenda para la gestión ambiental del municipio de Villamaría.
Manizales. 2001.
6. EMPRESAS PUBLICAS DE VILLAMARIA. AQUAMANA E.S.P. Estadísticas del
servicio de agua potable y población. Villamaría 1998.
7. EMPRESAS PUBLICAS DE VILLAMARIA. AQUAMANA E.S.P. Manual de
Funciones y Procedimientos institucionales. Villamaría 1998.
8. ESTRUCTURA ECONÓMICA Y SOCIAL DEL DEPARTAMENTO DE CALDAS
.Gobernación de Caldas. Manizales. 2002.
9. INGEOMINAS. Mapa Geológico Generalizado del Departamento de Caldas.
Manizales. 1993.
10. MEJORAS Y AMPLIACIONES DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE
VILLAMARIA. COOPENAC L.T.D.A. AQUAMANA E.S.P. Villamaria. 1996
9011. ORDENAMIENTO AMBIENTAL DE LA CUENCA DE LA QUEBRADA LA
ALBANIA, MUNICIPIO DE VILLAMARÍA. FASE 1 DIAGNÓSTICO. AQUAMANA.
E.S.P.. 1996.
12. ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALUD. Módulos de evaluación, operación y
mantenimiento de plantas de tratamiento de agua para consumo humano.
Bogotá. Ministerio de Salud de Colombia. 1989.
13. PLAN MAESTRO DE ACUEDUCTO DISEÑO CONDUCCIÓN DE AGUA
CRUDA, CONDUCCIÓN AGUA TRATADA Y ESTUDIO DE LA RED DE
DISTRIBUCIÓN. AQUAMANA E.S.P. Villamaría. 1996.
14. PROYECCIONES MUNICIPALES DE POBLACIÓN POR ÁREA 1995 - 2005.
DANE. Manizales. 2000.
15. REGLAMENTO TÉCNICO DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO
(R.A.S.). Ministerio de Desarrollo. Bogotá. 2000.
EN INTERNET
16. www.cepis.ops-oms.org.com
91ANEXOSANEXO A
PLANOS DE LAS UNIDADES
DE LA PLANTAFigura A1: Vista superior y cortes transversal y longitudinal del Desarenador Sistema La AlbaniaFigura 1: Distribución física de la Planta de PotabilizaciónFigura A2: Vista superior y corte longitudinal del Desarenador Sistema ChupaderosFigura A3: Vista superior y corte longitudinal de la Canaleta ParshallFigura A4 Vista superior y corte transversal de los floculadores 1 y 2Figura A5: Vista superior y corte transversal de los floculadores 3 y 4Figura A6: Vista superior y cortes transversal y longitudinal de los Sedimentadores 1 y 2Figura A7: Vista superior y cortes transversal y longitudinal de los Sedimentadores 3 y 4Figura A8: Vista superior y cortes transversal y longitudinal de los Filtros 1 y 2Figura A9: Vista superior y cortes transversal y longitudinal de los Filtros 3 y 4Figura A10: Vista superior y cortes transversal y longitudinal de los Filtros 5 y 6.ANEXO B
RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DE LOS DESARENADORES
Desarenador sistema la Albania.
En la tabla B1 siguiente se relacionan las dimensiones reales de la unidad con las
especificadas en el plano existente en la empresa (ver figura A1 del anexo A).
Tabla B1: Dimensiones del desarenador sistema La Albania
a b c d e f g h i
Dimensiones reales 4.9 12.85 2.22 1.51 1.16 0.35 1.15 2.25 1.90
(metros)
Dimensiones plano 5.1 14.80 2.50 1.50 1.10 0.40 1.20 2.40 2.25
(metros)
§ Pantalla Deflectora
La pantalla deflectora real de la unidad cuenta con 24 orificios cuadrados de 0.14
metros de lado, por consiguiente.
Área cada orificio = 0.14*0.14 =0.0196m2
Área total de los orificios = 0.0196*24=0.4704m2
Asumiendo un caudal de agua que ingresa al desarenador de 90 litros/s., la
velocidad lineal del agua en su paso por los orificios es:Para 90 litros/s. Velocidad =Caudal /Area.total =0.090m3 /s./0.4704m2
Velocidad del agua en los orificios = 0.191 metros/s
En la teoría se especifica que la velocidad de paso por los orificios no puede ser
mayor a 0.20 m/s. (4), por lo tanto
Caudal limite = Area.total*vel.limite=0.4704m2 *0.20m/s
Caudal limite =94litros /s.
Cuando el caudal captado de la quebrada es mayor a 94 litros/s. la velocidad del
agua a la entrada de la zona de sedimentación altera la normal decantación de las
partículas.
§ Zona de Sedimentación.
Las dimensiones efectivas de la zona son: Profundidad (i) 1.90 m, ancho (a) 4.90 y
largo (b) 12.85. (ver figura A1 del anexo A)
La relación largo/Ancho es L/b=12.85/4.89=2.62
Lo recomendado en la literatura es L/b>4 por lo cual en la zona de sedimentación
pueden existir corrientes cruzadas, puntos muertos (en los vértices del área
superficial) o cortos circuitos.
El área superficial real de la Zona de Sedimentación= 4.89*12.85 = 62.83m2
Y el volumen total real=1.85*4.89*12.85=116.24m3
Para un caudal de 90 litros/s. el tiempo de retención (t) en la zona.
t =116240litros /90litros /s =1291.55seg.
La velocidad critica de sedimentación de partículas en la unidad.
V =H /t=1.85m/1291.55seg =0.00143m/s (0.14 cm/s)
s.c.La carga superficial (Vel. critica).
V = Q/ Areasup.= 0.09/62.83 = 0.00143m3 /m/s
s.c.
De la figura 4.4. del libro de Corcho (4) se tiene que el diámetro de las partículas
discretas (suponiendo esfericidad) de peso específico 2.5, en un régimen laminar a
una temperatura del agua de 10 °C que logran sedimentarse a la velocidad crítica
de diseño de la unidad es de Dp = 0.004 cm (0.00004 metros). De la tabla 5.1 del
mismo libro se tiene que las partículas con diámetro de 0.004 cm se clasifican como
arenas finas.
En la tabla B2 se relacionan los tiempos de retención, las velocidades críticas de
sedimentación, el diámetro de partículas que logran sedimentarse y el tipo de
material para diferentes caudales de operación de la unidad.
Tabla B2: Parámetros calculados para diferentes caudales de operación del
desarenador sistema La Albania.
Caudal Tiempo de Vel. Critica de Diámetro de Material
(litros/s.) retención sedimentación partícula que
(seg) (cm/s.) remueve (cm)
30 3874 0,0477 0.0012 Arena fina
40 2906 0,0636 0.0015 Arena fina
50 2324 0,0795 0.0018 Arena fina
60 1937 0,0954 0.0021 Arena fina
70 1660 0,1114 0.0025 Arena fina
80 1453 0,1273 0.0030 Arena fina
90 1291 0,1432 0.0040 Arena fina
§ Zona de lodos
Para el cálculo del volumen se asumirá solo la doble pendiente en la longitud total
de la zona de sedimentación (ver figura A1 del anexo A).
[ ]
Volumen Zona lodos = 2* 0.65*6.42/2 *4.89
= 20.40 m3.Según criterio teórico, el volumen de la zona de lodos debe ser 0.2 veces el
volumen de la zona de sedimentación
Vol. Zona de lodos/Vol. Zona de sedimentación = 20.40/116.24. = 0.1754.
Desarenador sistema Chupaderos.
En la tabla B3 siguiente se relacionan las dimensiones reales de la unidad con las
especificadas en el plano existente en la empresa (ver figura A2 del anexo A).
Tabla B3: Dimensiones del desarenador sistema Chupaderos
a b c d e f g h
Dimensiones reales 2.62 2.37 1.90 10.45 0.53 1.00 1.15 1.67
(metros)
Dimensiones plano 2.65 2.45 2.05 10.85 0.50 0.95 1.20 1.75
(metros)
§ Pantalla Deflectora
La pantalla deflectora real de la unidad cuenta con 24 orificios circulares de 4
pulgadas de diámetro (0.1016 metros), por consiguiente.
p*D2 3.1416*0.10162
Área cada orificio = = = 0.0081 m2
4 4
Área total de los orificios = 0.0081*24 =0.1944m2
Asumiendo un caudal máximo de agua que ingresa al desarenador de 120 litros/s.
La velocidad lineal del agua en su paso por los orificios es:
Para 120 litros/s. Velocidad =Caudal/ Area.total=0.120m3 /s./0.1944m2
Velocidad del agua en los orificios = 0.617 metros/s
En la teoría se especifica que la velocidad de paso por los orificios no puede ser
mayor a 0.20 m/s. (4) por lo tantoCaudal limite = Area.total*vel.limite=0.1944m2*0.20m/s
Caudal limite =38.8litros/s.
Cuando el caudal captado de la quebrada es mayor a 38.8 litros/s. la velocidad del
agua a la entrada de la zona de sedimentación altera la normal decantación de las
partículas.
§ Zona de Sedimentación.
Las dimensiones efectivas de la zona son: Profundidad (c) 1.90 m, ancho (a) 2.62 y
largo (d) 10.45 (ver figura A2 del anexo A).
La relación largo/Ancho es L/b=10.45/2.62=3.98
La relación anterior puede aproximarse a 4 que es concordante a lo recomendado
en la literatura (L/b>4).
El área superficial real de la Zona de Sedimentación=2.62*10.45=27.38m2
Y el volumen total real=1.90*2.62*10.45=52.02m3
Para un caudal de 120 litros/s. el tiempo de retención (t) en la zona es.
t =52020litros/120litros/s=433.5seg.
la velocidad crítica de sedimentación de partículas en la unidad es.
V =H/t=1.90m/433.5seg =0.0044m/s (0.44 cm/s)
s.c.
la carga superficial (vel. critica) es: V =Q/ Areasup.=0.120 /27.38=0.0044m3 /m/s
s.c.
De la figura 4.4. del libro de Corcho (4) se tiene que el diámetro de las partículas
discretas (suponiendo esfericidad) de peso específico 2.5, en un régimen laminar a
una temperatura del agua de 10 °C que logran sedimentarse a la velocidad críticade diseño de la unidad es de Dp = 0.007 cm (0.00007 metros). De la tabla 5.1 del
mismo libro se tiene las partículas con diámetro de 0.007 cm se clasifican como
arenas finas.
En la tabla B4 se relacionan los tiempos de retención, las velocidades críticas de
sedimentación y el diámetro de partículas que logran sedimentarse para diferentes
caudales de operación de la unidad.
Tabla B4: Parámetros calculados para diferentes caudales de operación del
desarenador sistema Chupaderos
Caudal Tiempo de Vel. Critica de Diámetro de
(litros/s.) retención sedimentación (cm/s.) partícula que
(seg) remueve (cm)
50 1040 0,18 0.0043
60 867 0,22 0.0046
70 743 0,25 0.0049
80 650 0,29 0.0052
90 578 0,33 0.0057
100 520 0,36 0.0060
110 472 0,40 0.0065
120 433 0,44 0.0070
130 400 0,47 0.0073
140 371 0,51 0.0075
150 346 0,55 0.0077
§ Zona de lodos
Para el cálculo del volumen se asumirá solo la doble pendiente en la longitud total
de la zona de sedimentación (ver figura A2 del anexo A).
[ ]
Volumen Zona lodos = 8.5*0.52/2+3.0*0.52/2 *2.62
= 7.83 m3.
Según criterio teórico el volumen de la zona de lodos debe ser 0.2 veces el volumen
de la zona de sedimentación
Vol. Zona de lodos/Vol. Zona de sedimentación = 7.83/52.02 = 0.1505.ANEXO C
PROCEDIMIENTO SEGUIDO Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA
CALIBRACIÓN DE LOS DOSIFICADORES
El procedimiento desarrollado fue el siguiente:
1. Se realizó una remoción de sedimentos presentes en la cámara de disolución
con el fin de determinar el volumen de la misma.
2. Utilizando una probeta de vidrio de 1000 ml, una manguera de polietileno (para
extraer el agua presente) y un cronómetro se determinó el volumen aproximado
de la cámara de disolución y el caudal de agua que ingresa a la misma.
Cuando el caudal de agua que ingresa a la cámara de disolución (tubería) de
cada dosificador es insuficiente (criterio de los operarios) se instala una
manguera de polietileno la cual aporta un caudal adicional determinado en la
calibración.
3. Se determinó el tiempo de retención teórico en la cámara de disolución por la
formula.
Tiempo de retención teórico (seg.) = Vol. Cámara (Lt)/Caudal (Lt/seg.)
4. La tolva del dosificador se lleno hasta ¾ de su altura total.5. Se determinó el rango de dosificación (flexibilidad) de la unidad ubicando el
regulador en la máxima y mínima abertura (de acuerdo a la escala graduada
ubicada en el regulador).
Flexibilidad = Apertura máxima – Apertura mínima
6. Fueron escogidas 7 posiciones de dosificación de acuerdo a la flexibilidad de la
unidad adicionales a las aberturas máxima y mínima.
7. Con la ayuda de una bandeja plástica (cuyo peso de determinó al iniciar la
calibración) se recogieron 3 muestras de sulfato dosificado en cada posición del
regulador para un tiempo establecido. Los resultados se muestran en las tablas
C3 y C7.
8. Teniendo la masa dosificada por unidad de tiempo y el caudal de agua que
ingresa a la cámara de disolución se calcula la concentración de coagulante del
agua efluente de la cámara de disolución con la siguiente fórmula.
Concentración (mg/Lt) = masa dosificada (g./s)/caudal (Lt/s)*1000
Los valores anteriores se muestran en las tablas C4 y C8 .
9. Se construyeron gráficas de los valores promedio de masa de sulfato dosificado
y concentración del mismo (dependiendo del caudal en la cámara de disolución)
en función apertura del regulador con el fin de observar el comportamiento de
los parámetrosTablas de resultados Dosificador 1
Tabla C1: Determinación del caudal de agua que ingresa a la cámara de disolución
(por la tubería) del dosificador 1.
Ensayo Volumen Tiempo (seg.) Caudal (litros/seg)
(litros)
1 3.48 15 0.232
2 3.44 15 0.229
3 3.45 15 0.230
Tabla C2: Determinación del caudal de agua que ingresa a la cámara de disolución
(por la manguera) del dosificador 1.
Ensayo Volumen Tiempo (seg.) Caudal
(litros) (litros/seg)
1 2.104 15 0.140
2 2.119 15 0.141
3 2.160 15 0.144
Flexibilidad = 3.6 cm.
Masa de la bandeja = 57.5 g.
Tiempo de muestreo = 20 s.
Tabla C3: Masa de Sulfato de Aluminio dosificada en cada abertura del regulador
del dosificador 1
Abertura (cm) Masa dosificada de Sulfato (gramos) en 20 seg
Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Promedio
0.0 (mínima) 4,4 4,5 5,1 4,66
0.5 42,3 43,7 44,6 43,53
1.0 91,6 91,1 94 92,23
1.5 149,1 154,9 154 152,66
2.0 185,5 200,5 204,5 196,83
2.5 253,6 256,8 252,5 254,30
3.0 306,8 302,5 310,7 306,66
3.5 369,4 372,4 371,5 371,10
3.6 (máxima) 382,3 382,5 380,5 381,76Tabla C4: Masa de Sulfato de Aluminio dosificada por unidad de tiempo y
concentraciones de la solución efluente según el caudal de disolución
en el dosificador 1.
Abertura Masa Caudal Concentra Caudal Concentración
dosific (lt/s.) ción (lt/s.) (mg/lt)
ada (Tubería (mg/lt) (Tubería + (Tubería +
(g./s.) ) (Tubería) manguera) manguera)
0.0 0,233 0.23 1013 0.3716 627
(mínima)
0.5 2,1765 0.23 9463 0.3716 5857
1.0 4,6115 0.23 20050 0.3716 12410
1.5 7,633 0.23 33187 0.3716 20541
2.0 9,8415 0.23 42789 0.3716 26484
2.5 12,715 0.23 55282 0.3716 34217
3.0 15,333 0.23 66665 0.3716 41262
3.5 18,555 0.23 80673 0.3716 49932
3.6 19,088 0.23 82991 0.3716 51367
(máxima)
Tablas de resultados Dosificador 2
Tabla C5: Determinación del caudal de agua que ingresa a la cámara de disolución
(por la tubería) del dosificador 2.
Ensayo Volumen Tiempo (seg.) Caudal
(litros) (litros/seg)
1 2.83 15 0.1886
2 2.84 15 0.1893
3 2.84 15 0.1893
Tabla C6: Determinación del caudal de agua que ingresa a la cámara de disolución
(por la manguera) del dosificador 2
Ensayo Volumen Tiempo (seg.) Caudal
(litros) (litros/seg)
1 2.104 15 0.140
2 2.119 15 0.141
3 2.160 15 0.144
Flexibilidad = 9.75 cm.Masa de la bandeja = 57.8 g.
Tiempo de muestreo = 20 seg.
Tabla C7: Masa de Sulfato de Aluminio dosificada en cada abertura del regulador
del dosificador 2
Abertura (cm) Masa dosificada de Sulfato (gramos) en 20 seg
Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Promedio
0.25 (mínima) 26,3 27,8 24,4 26,16
1.75 105,7 106 106,2 105,96
3.25 191,1 190,2 190,6 190,63
4.75 284,5 282,2 283,5 283,40
6.25 341,6 344 341,9 342,50
7.75 390,2 392,1 387,6 389,96
9.25 439 448,8 445,8 444,53
10.0 (máxima) 458,8 456,7 446,2 453,90
Tabla C8: Masa de Sulfato de Aluminio dosificada por unidad de tiempo y
concentraciones de la solución efluente según el caudal de disolución
en el dosificador 2.
Abertura Masa Caudal Concentra Caudal Concentración
dosifi (lt/s.) ción (lt/s.) (mg/lt)
cada (Tubería (mg/lt) (Tubería + (Tubería +
(g./s.) ) (Tubería) manguera) manguera)
0.25 1,31 0.189 6931 0.3309 3959
(mínima)
1.75 5,29 0.189 27989 0.3309 15986
3.25 9,53 0.189 50423 0.3309 28800
4.75 14,17 0.189 74973 0.3309 42822
6.25 17,12 0.189 90582 0.3309 51737
7.75 19,49 0.189 103121 0.3309 58900
9.25 22,22 0.189 117566 0.3309 67150
10.0 22,69 0.189 120052 0.3309 68570
(máxima)25
20
).s/.g(
adacifisod
15
otafluS
10
ed
asaM
5
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Abertura (cm)
Gráfica C1: Masa de Sulfato de aluminio dosificado en función de la abertura del
regulador (Dosificador 1).
25
20
).s/.g(
adacifisod
15
otaflus
10
ed
asaM
5
0
0 2 4 6 8 10 12
Abertura regulador (cm)
Gráfica C2: Masa de Sulfato de aluminio dosificado en función de la abertura del
regulador (Dosificador 2).90000
80000
70000
)ortil/gm(
60000
50000 noicartnecnoC
40000
30000
20000
10000
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Apertura regulador
Gráfica C3: Concentración de Sulfato de Aluminio en la solución efluente del
dosificador 1 en función de la apertura del regulador (caudal tubería).
60000
50000
40000 )ortil/gm(
noicartnecnoC
30000
20000
10000
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Apertura regulador
Gráfica C4: Concentración de Sulfato de Aluminio en la solución efluente del
dosificador 1 en función de la apertura del regulador (caudal tubería +
manguera).140000
120000
100000
)ortil/gm(
80000
noicartnecnoC
60000
40000
20000
0
0 2 4 6 8 10 12
Apertura regulador
Gráfica C5: Concentración de Sulfato de Aluminio en la solución efluente del
dosificador 2 en función de la apertura del regulador (caudal tubería).
80000
70000
60000 )ortil/gm(
50000
noicartnecnoC
40000
30000
20000
10000
0
0 2 4 6 8 10 12
Apertura regulador
Gráfica C6: Concentración de Sulfato de Aluminio en la solución efluente del
dosificador 2 en función de la apertura del regulador (caudal tubería +
manguera).ANEXO D
GRÁFICAS DE LAS RELACIONES HIDRÁULICAS EN FUNCIÓN DE LOS
CAUDALES DE OPERACIÓN
(EVALUACIÓN CANALETA PARSHALL)
0,8
0,7
0,6
0,5 ah/bh
0,4 noicaleR
0,3
0,2
0,1
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Caudal (litros/s)
Gráfica D1 : Sumergencia (relación hb/ha) en función del caudal de
operaciónNúmero de Froude en funcion del caudal de operacion
3,5
3
2,5
2 eduorF
1,5 oN
1
0,5
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Caudal (litros/s.)
Gráfica D2: Número de Froude en función del caudal de operación.
Relacion ha/W en funcion del caudal
1,65
1,6
1,55
W/ah
1,5
noicaleR
1,45
1,4
1,35
1,3
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Caudal (litros/s.)
Gráfica D1 : Relación ha/W en función del caudal de operaciónANEXO E
FRECUENCIAS DE LOS VALORES DE TURBIEDAD DEL AGUA CRUDA
REGISTRADOS DIARIAMENTE EN EL PERÍODO MAYO 2002 – MAYO 2003
La amplitud del intervalo (i) se calcula con la fórmula.
Intervalo
i = Donde Intervalo = dato máximo – dato mínimo +0.1
1+3.332*log(n)
n = numero de datos (393)
reemplazando.
1270- 1.61+0.1
i= i = 131.5
1+3.332*log(393)
Como el promedio arimétrico de los datos (X = 58.9) tiene una cifra decimal, a la
amplitud del intervalo (i) se le restan 0.1 unidades. Por consiguiente
i = 131.4
En la siguiente tabla se registran los diferentes intervalos posibles según la amplitud
calculada con sus respectivas frecuencias y marcas de clase (Xi).
Xi = (limite inferior + limite superior)/2 (cada intervalo)Tabla E1: Análisis de frecuencias a los valores de turbiedad del agua cruda en un
año.
Intervalo (Turbiedad en NUT) Frecuencias Xi
1.61 – 133.01 348 67.31
133.02 – 264.42 28 198.72
264.43 – 395.83 3 330.13
395.84 – 527.24 6 461.54
527.25 – 658.65 1 592.95
658.66 – 790.06 0 724.36
790.07 – 921.47 3 855.77
921.48 – 1052.88 3 987.18
1052.89 – 1184.29 0 1118.59
1184.30 – 1315.70 1 1250.00
Debido a que el mayor número de valores se encuentran en el intervalo de turbiedad
de 1.61 – 133.01 se hará un fraccionamiento de este intervalo en varios subrangos,
así.
La amplitud del intervalo (i)
rango 133.01- 1.61
i= = i =13.87
1+3.332*log(n) 1+3.332*log(348)
Si la turbiedad del agua que ingresa a la planta esta entre 0 a 5 NUT, el agua
puede pasar directamente a la unidad de filtración rápida omitiendo las anteriores
etapas a esta, por ello, en la tabla de frecuencias se incluirá un rango entre 1.61 y
5.0 (rango excepción por la amplitud de intervalo calculada)Tabla E2: Análisis de frecuencias (ampliación del intervalo) a los valores de
turbiedad del agua cruda en un año.
Intervalo (Turbiedad en NUT) Frecuencias Xi
1.61 – 5.00 154 3.30
5.10 – 15.48 82 10.29
15.49 – 29.36 40 22.42
29.37 – 43.24 23 36.30
43.25 – 57.12 12 50.18
57.13 – 71.00 15 64.06
71.01 – 84.88 10 77.94
84.89 – 98.76 9 91.82
98.77 – 112.64 1 105.70
112.65 – 126.52 2 119.58
126.53 – 140.40 1 133.46
1400
1200
1000
).U.T.F(
800
dadeibruT
600
400
200
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Dias
Gráfica E1: Turbiedad del agua cruda que ingresa a la planta en función del
tiempo (período Mayo 2002 a Mayo 2003)ANEXO F
PROCEDIMIENTOS SEGUIDOS EN LA OBTENCIÓN DE LOS PRINCIPALES
PARÁMETROS ÓPTIMOS DE COAGULACIÓN (PRUEBA DE JARRAS).
Determinación de la dosis óptima de coagulante.
El propósito de esta experimentación fue encontrar la dosis óptima de coagulante
que produzca la mejor desestabilización de las partículas coloidales, permitiendo la
formación de un flóculo compacto y pesado bajo unas condiciones operacionales
establecidas.
Los pasos seguidos fueron:
1. Se determinó la temperatura, la turbiedad y pH al agua cruda (iniciales).
2. Se colocaron en cada uno de los vasos 1 litro de agua previamente agitada.
3. Fueron especificadas las dosis de coagulante para cada vaso e introducidas con
la ayuda de una jeringa.
4. Las paletas agitadoras se ubicaron dentro de los vasos.
5. El sistema de agitación se gradúo a 100 revoluciones por minuto (r.p.m.).
6. Durante la agitación, se inyectó el coagulante con la ayuda de las jeringas
cuidando que en todos los vasos fuera aplicado a la misma profundidad y al nivel
externo de la paleta agitadora.
7. Se redujo la velocidad de agitación a 30 r.p.m. una vez transcurridos 20
segundos (tiempo de mezcla rápida establecido) y se inicio el conteo del tiempo
de Floculación.8. Se dejo flocular durante un tiempo de 15 minutos.
9. Terminado el tiempo de floculación, se suspendió la agitación y se extrajeron las
paletas de los vasos.
10. Se permitió la sedimentación del agua por un tiempo de 10 minutos.
11. Transcurrido el tiempo de sedimentación, se extrajo de cada beaker (a una
misma altura) un volumen dado de muestra para determinar la turbiedad
residual del agua.
12. Se registraron los resultados.
Determinación de la concentración óptima del coagulante.
Es importante conocer el comportamiento del agua ante la adición de diferentes
concentraciones de coagulante. El procedimiento seguido fue el siguiente.
1. Empleando la dosis óptima encontrada en la prueba anterior, se seleccionaron
las concentraciones del coagulante a utilizar y los volúmenes requeridos (de
acuerdo a la dosis óptima).
2. Los pasos seguidos fueron los mismos del procedimiento anterior (excepto la
escogencia de las dosis de coagulante).
3. Con los datos obtenidos se determinó la concentración óptima de coagulante.
Determinación del pH óptimo de coagulación.
En las reacciones entre el coagulante metálico y el agua están involucrados los
iones H+ y OH- por ello, las reacciones dependen del pH del agua.
El objetivo de este ensayo fue determinar el intervalo de pH óptimo que caracteriza
la muestra.
Una vez determinada la dosis y concentración óptima de coagulante se coloco la
misma cantidad de agua en las jarras y a cada una de ellas se adicionó solución de
cal al 1 % (10 gramos/litro) para aumentar el pH.El procedimiento seguido fue el mismo indicado en la determinación de la dosis y
concentración óptima de coagulante (exceptuando la escogencia de los parámetros
hasta aquí encontrados).
Seguido a la sedimentación se toma una muestra de cada vaso y se determina la
turbiedad residual de cada una graficando estas en función del pH de cada vaso.
Determinación del tiempo y gradiente óptimo de mezcla lenta (Floculación).
La concentración del flóculo es inversamente proporcional al gradiente de velocidad
y al tiempo de floculación, por consiguiente al aumentar el gradiente de velocidad,
disminuye la concentración de floc por cuanto disminuye la concentración de agua
en el, se hace mas compacto y alcanza mayor velocidad de caída.
El procedimiento utilizado es el siguiente.
1. Utilizando la dosis y concentración óptima de coagulante encontrados se
adicionó a cada beaker (con agua cruda en la turbiedad establecida) el volumen
requerido agitando el sistema a 100 r.p.m. durante 20 segundos (mezcla rápida).
2. Se seleccionaron las velocidades de rotación de las paletas correspondientes 5
o 6 gradientes de agitación en la mezcla lenta (de acuerdo a la figura 3 libro
"Coagulación - Floculación" de Vicente Casas) y en cada uno de estos se dejó
flocular el agua por 15, 20, 25, 30, 35 y 40 minutos.
3. Terminado cada tiempo de floculación establecido para cada gradiente se
permitió la sedimentación del agua por 10 minutos y se midió la turbiedad
residual.
6. Se graficó la turbiedad residual en función de los tiempos de mezcla lenta para
cada gradiente.Relación entre el gradiente de mezcla lenta y el volumen de los Beakers
Los gradientes de velocidad fueron obtenidos extrapolando los valores de la gráfica
de la figura 3 del libro de Casas con el número de revoluciones por minuto del
equipo en cada prueba.
Como la gráfica enunciada fue trazada para Beakers de 2000 ml y los utilizados en
las pruebas fueron de 1000 ml a continuación se deducirá una expresión que
relacione los gradientes para los dos volúmenes, así.
El gradiente de velocidad en floculadores mecánicos agitados por paletas (similitud
con el equipo de "Prueba de Jarras") viene dado por la expresión
3
g*F*n
G=
m
(cid:229)
3
a* A*r
F=
Donde
m
(cid:229)
3
a* A*r : factor de forma de las paletas agitadoras
n: revoluciones por minuto (rpm).
g: gravedad.
m : viscosidad.
Los gradientes para los dos volúmenes de Beakers son:
(cid:229)
3 3
g*g*a* A*r *n
G = para V = 2000 ml.
1 m*V1 1
(cid:229)
3 3
g*g*a* A*r *n
G = para V = 1000 ml.
2 m*V2 2Sin variación en el tipo de paletas agitadoras, para un determinado número de
revoluciones y propiedades similares del agua.
(cid:229)
3 3
g*a* A*r *n
=constante(K)
m
V= 2*V
1 2
Uniendo por la constante K se tiene:
G1* V1 =G2* V2 G1* 2*V2 =G2* V2
G2= 2 *G1ANEXO G
PARTES QUE CONFORMAN EL EQUIPO PARA LA “PRUEBA DE JARRAS”
• Un motor de velocidad variable que permite el movimiento de seis paletas
ubicadas sobre los ejes verticales.
• Un tacómetro que indica el número de revoluciones por minuto.
• Un sistema de iluminación ubicado en la parte inferior sobre el cual se colocan
los vasos de precipitados que permite una buena visualización del floc.
• Vasos de precipitados de 1000 ml.
• Jeringas y embudos que permiten la dosificación del coagulante de forma
simultanea.
• Un sistema de toma de muestras las cuales deben realizarse de forma
simultanea y a una misma profundidad.
Elementos adicionales al equipo de prueba de jarras :
• Turbidímetro.
• Cronómetro
• Termómetro.
• Medidor de pH.
• Sulfato de Aluminio tipo B (granulado).
• Cal (CaO).
• Vasos de precipitados, Erlenmeyer, Pipetas, buretas, probetas.ANEXO H
RESULTADOS OBTENIDOS EN LA DETERMINACIÓN DE LOS PRINCIPALES
PARÁMETROS ÓPTIMOS DE COAGULACIÓN PARA CUATRO VALORES DE
TURBIEDAD
Tabla H1: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante
Turbiedad 1: 14 U.N.T.
Temperatura Inicial de 17 °C
pH inicial: 7.27
Beaker Dosis de Volumen solución Turbiedad
Coagulante coagulante al 1 % (ml) Residual
(mg/litro)
1 20 2 7.28
2 30 3 12.14
3 40 4 13.48
4 50 5 13.26
5 60 6 14.8
6 70 7 14.9
Tabla H2: Valores de turbiedad residual para menores dosis de coagulante
Turbiedad 1: 14 U.N.T.
Temperatura Inicial de 17 °C
pH inicial: 7.27
Beaker Dosis de Volumen solución Turbiedad
Coagulante coagulante al 0.5 % (ml) Residual
(mg/litro)
1 5 1 10.44
2 10 2 6.10
3 15 3 4.98
4 20 4 2.88
5 25 5 4.99
6 30 6 7.48Tabla H3: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante
(Ampliación rango)
Turbiedad 1: 14 U.N.T.
Temperatura Inicial de 17 °C
pH inicial: 7.27
Beaker Dosis de Volumen solución Turbiedad
Coagulante coagulante al 0.5 % (ml) Residual
(mg/litro)
1 15 3.0 2.70
2 17 3.4 2.16
3 19 3.8 1.40
4 21 4.2 1.83
5 23 4.6 1.85
6 25 5.0 1.92
La dosis óptima encontrada fue de 19 mg/litro de Sulfato de Aluminio
Tabla H4: Valores de turbiedad residual para diferentes concentraciones de
coagulante
Turbiedad 1 (14 U.N.T.)
Dosis óptima: 19 mg/litro
Temperatura Inicial de 17 °C
pH inicial: 7.27
Beaker Concentración de Volumen solución Turbiedad
Coagulante (%) (ml) Residual
1 0.1 19.00 2.28
2 0.5 3.80 3.12
3 1.0 1.90 2.08
4 2.0 0.95 2.44
5 3.0 0.63 2.10
6 4.0 0.47 2.15
La concentración óptima de coagulante encontrada fue de 1 % (10 gramos/litro)Tabla H5: Valores de turbiedad residual para diferentes pH del agua cruda
Turbiedad 1 (14 U.N.T.)
Dosis óptima: 19 mg/litro
Concentración óptima: 1%
Temperatura Inicial : 17 °C
Beaker PH Volumen solución de cal 1 % adicionado Turbiedad
(ml) Residual
1 7.08 0.0 0.58
2 7.78 0.2 0.55
3 8.16 0.6 0.45
4 8.51 1.0 0.44
5 8.84 1.5 7.67
6 9.04 2.8 7.80
Tabla H6: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante
Turbiedad 2: 68 U.N.T.
Temperatura Inicial de 17 °C
pH inicial: 7.40
Beaker Dosis de Coagulante Volumen solución Turbiedad
(mg/litro) coagulante al 0.5 % (ml) Residual
1 10 2 47.5
2 20 4 5.0
3 30 6 2.65
4 40 8 1.63
5 50 10 1.75
Tabla H7: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante
(Ampliación intervalo)
Turbiedad 2: 68 U.N.T.
Temperatura Inicial de 17 °C
pH inicial: 7.40
Beaker Dosis de Coagulante Volumen solución Turbiedad
(mg/litro) coagulante al 0.5 % (ml) Residual
1 40 8.0 2.35
2 42 8.4 1.70
3 44 8.8 1.70
4 46 9.2 1.60
5 48 9.6 1.35
6 50 10.0 1.42
La dosis óptima encontrada fue de 48 mg/litro de Sulfato de AluminioTabla H8: Valores de turbiedad residual para diferentes concentraciones de
coagulante
Turbiedad 2 (68 U.N.T.)
Dosis óptima: 48 mg/litro
Temperatura Inicial de 17 °C
pH inicial: 7.40
Beaker Concentración de Volumen solución Turbiedad
Coagulante (%) (ml) Residual
1 10 0.48 2.70
2 5.0 0.96 2.14
3 3.0 1.60 1.41
4 1.0 4.80 1.80
5 0.1 48.0 1.55
La concentración óptima de coagulante encontrada fue de 3.0 % (30 gramos/litro)
Tabla H9: Valores de turbiedad residual para diferentes pH del agua cruda
Turbiedad 2 (68 U.N.T.)
Dosis óptima: 48 mg/litro
Concentración óptima: 3%
Temperatura Inicial : 17 °C
Beaker pH Volumen solución de cal 1 % adicionado Turbiedad
(ml) Residual
1 7.33 0.0 0.55
2 7.80 0.3 0.56
3 8.01 0.4 0.25
4 8.33 0.8 0.28
5 8.77 1.0 0.30
6 8.52 1.1 0.34
Tabla H10: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante
Turbiedad 3: 400 U.N.T.
Temperatura Inicial de 16 °C
pH inicial: 7.32
Beaker Dosis de Coagulante Volumen solución Turbiedad
(mg/litro) coagulante al 1.0 % (ml) Residual
1 20 2 33.4
2 40 4 8.80
3 60 6 10.96
4 80 8 24.0
5 100 10 46.5
6 120 12 69.5Tabla H11: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante
(Ampliación intervalo)
Turbiedad 3: 400 U.N.T.
Temperatura Inicial de 16 °C
pH inicial: 7.32
Beaker Dosis de Coagulante Volumen solución Turbiedad
(mg/litro) coagulante al 1.0 % (ml) Residual
1 40 4.0 8.57
2 44 4.4 7.25
3 48 4.8 8.64
4 52 5.2 6.80
5 56 5.6 8.86
6 60 6.0 10.72
La dosis óptima encontrada fue de 52 mg/litro de Sulfato de aluminio
Tabla H12: Valores de turbiedad residual para diferentes concentraciones de
coagulante
Turbiedad 3 (400 U.N.T.)
Dosis óptima: 52 mg/litro
Temperatura Inicial de 16 °C
pH inicial: 7.32
Beaker Concentración de Volumen solución Turbiedad
Coagulante (%) (ml) Residual
1 0.1 52.0 7.97
2 0.5 10.4 9.03
3 1.0 5.2 6.06
4 2.0 2.6 5.95
5 3.0 1.7 6.81
6 4.0 1.3 8.33
La concentración óptima de coagulante encontrada fue de 2.0 % (20 gramos/litro).Tabla H13: Valores de turbiedad residual para diferentes pH del agua cruda
Turbiedad 3 (400 U.N.T.)
Dosis óptima: 52 mg/litro
Concentración óptima: 2%
Temperatura Inicial : 16 °C
Beaker pH Volumen solución de cal 1 % adicionado Turbiedad
(ml) Residual
1 7.26 0.0 7.72
2 7.65 0.5 7.42
3 8.11 1.0 6.02
4 8.41 1.7 4.48
5 8.77 3.2 4.58
6 9.15 4.0 5.33
Tabla H14: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante
Turbiedad 4: 1200 U.N.T.
Temperatura Inicial de 16 °C
pH inicial: 7.15
Beaker Dosis de Coagulante Volumen solución Turbiedad
(mg/litro) coagulante al 1.0 % (ml) Residual
1 20 2 645
2 40 4 230
3 60 6 32.1
4 80 8 7.09
5 100 10 5.46
6 120 12 11.2
Tabla H15: Valores de turbiedad residual para diferentes dosis de coagulante
(Ampliación rango)
Turbiedad 4: 1200 U.N.T.
Temperatura Inicial de 16 °C
pH inicial: 7.15
Beaker Dosis de Coagulante Volumen solución Turbiedad
(mg/litro) coagulante al 2.0 % (ml) Residual
1 90 4.5 9.12
2 94 4.7 6.52
3 98 4.9 8.38
4 102 5.1 6.25
5 106 5.3 7.50
6 110 5.5 10.12
La dosis óptima encontrada fue de 102 mg/litro de Sulfato de aluminioTabla H16: Valores de turbiedad residual para diferentes concentraciones de
coagulante.
Turbiedad 4 (1200 U.N.T.)
Dosis óptima: 102 mg/litro
Temperatura Inicial de 16 °C
pH inicial: 7.15
Beaker Concentración de Volumen solución Turbiedad
Coagulante (%) (ml) Residual
1 0.1 102.0 15.54
2 0.5 20.4 9.12
3 1.0 10.2 9.82
4 2.0 5.1 8.93
5 3.0 3.4 8.05
6 4.0 2.5 12.01
La concentración optima de coagulante encontrada fue de 3.0 % (30 gramos/litro)
Tabla H17: Valores de turbiedad residual para diferentes pH del agua cruda
Turbiedad 4 (1200 U.N.T.)
Dosis óptima: 102 mg/litro
Concentración óptima: 3%
Temperatura Inicial: 16 °C
Beaker pH Volumen solución de cal 1 % adicionado Turbiedad
(ml) Residual
1 7.15 0.0 19.80
2 7.83 1.0 14.20
3 7.55 0.7 9.80
4 8.20 1.6 34.00
5 8.57 3.8 12.08
6 8.91 7.0 11.90
Tabla H18: Valores de turbiedad residual para diferentes tiempos y gradientes
Turbiedad 1 (14 U.N.T.)
Dosis óptima: 19 mg/litro
Concentración óptima: 1 % (10 g./litro)
Volumen solución 1 % adicionado a cada beaker: 1.9 ml.
Beaker Tiempo de Gradiente 1: Gradiente 2: Gradiente 3: Gradiente 4: Gradiente 5: Gradiente 6:
mezcla 7.75 s-1 16.92 s-1 25.38 s-1 35.25 s-1 45.12 s-1 56.40 s-1
lenta 15 r.p.m. 25 r.p.m. 35 r.p.m. 45 r.p.m. 55 r.p.m. 65 r.p.m.
(minutos) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad)
1 15 8.95 3.41 1.89 4.53 2.08 2.62
2 20 6.61 1.86 1.08 1.68 1.86 1.68
3 25 1.95 0.70 0.76 1.30 1.45 1.61
4 30 1.65 0.61 0.45 1.40 1.65 1.55
5 35 1.20 0.68 0.38 1.35 1.42 1.94
6 40 1.03 0.72 0.58 3.15 3.53 3.28Tabla H19: Valores de turbiedad residual para diferentes tiempos y gradientes
Turbiedad 2 (68 U.N.T.)
Dosis óptima: 48 mg/litro
Concentración óptima: 3 % (30 g./litro)
Volumen solución 3 % adicionado a cada beaker: 1.6 ml.
Beaker Tiempo de mezcla Gradiente 1: Gradiente 2: Gradiente 3: Gradiente 4: Gradiente 5:
lenta (minutos) 7.75 s-1 16.92 s-1 25.38 s-1 35.25 s-1 45.12 s-1
15 r.p.m. 25 r.p.m. 35 r.p.m. 45 r.p.m. 55 r.p.m.
(Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad)
1 15 8.69 4.20 1.28 5.90 3.60
2 20 3.95 1.00 1.64 1.70 3.15
3 25 1.70 0.60 0.91 1.22 3.94
4 30 1.80 0.52 0.42 2.10 2.90
5 35 1.69 0.45 1.02 2.20 3.20
6 40 1.60 0.85 1.23 3.10 3.90
Tabla H20: Valores de turbiedad residual para diferentes tiempos y gradientes
Turbiedad 3 (400 U.N.T.)
Dosis óptima: 52 mg/litro
Concentración óptima: 2 % (20 g./litro)
Volumen solución 2 % adicionado a cada beaker: 2.6 ml.
Beaker Tiempo de Gradiente 1: Gradiente 2: Gradiente 3: Gradiente 4: Gradiente 5: Gradiente 6:
mezcla 7.75 s-1 16.92 s-1 25.38 s-1 35.25 s-1 45.12 s-1 56.40 s-1
lenta 15 r.p.m. 25 r.p.m. 35 r.p.m. 45 r.p.m. 55 r.p.m. 65 r.p.m.
(minutos) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad)
1 15 19.80 7.95 5.47 7.72 6.24 7.80
2 20 13.67 4.92 5.17 5.48 6.81 6.37
3 25 11.41 4.12 3.81 5.27 6.13 5.65
4 30 9.82 4.25 4.05 5.02 6.24 5.44
5 35 9.17 3.51 4.53 5.27 5.92 8.57
6 40 7.98 3.91 5.58 7.24 8.78 14.25
Tabla H21: Valores de turbiedad residual para diferentes tiempos y gradientes
Turbiedad 4 (400 U.N.T.)
Dosis óptima: 102 mg/litro
Concentración óptima: 3 % (30 g./litro)
Volumen solución 3 % adicionado a cada beaker: 3.4 ml.
Beaker Tiempo de Gradiente 1: Gradiente 2: Gradiente 3: Gradiente 4: Gradiente 5: Gradiente 6:
mezcla 7.75 s-1 16.92 s-1 25.38 s-1 35.25 s-1 45.12 s-1 56.40 s-1
lenta 15 r.p.m. 25 r.p.m. 35 r.p.m. 45 r.p.m. 55 r.p.m. 65 r.p.m.
(minutos) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad) (Turbiedad)
1 15 36.2 23.7 17.4 14.20 19.3 26.9
2 20 26.8 13.7 13.6 14.02 13.89 34.0
3 25 20.4 13.1 13.7 21.2 11.72 25.6
4 30 14.6 14.7 10.9 11.6 14.95 35.4
5 35 21.0 18.2 11.93 12.47 15.2 25.9
6 40 12.3 23.3 12.2 18.8 24.9 41.6ANEXO I
PERDIDA DE CARGA EN EL AGUA EFLUENTE DE LA CANALETA PARSHALL
HASTA LA ENTRADA A LOS FLOCULADORES
El agua efluente de la Canaleta Parshall es conducida hasta los Floculadores a
través de un canal y 2 líneas de tubería de acero al carbón de 12 pulgadas (0.3048
metros).
El canal distribuye el agua hasta los floculadores 1, 2 y a dos líneas de tubería.
La ecuación a utilizar para el cálculo de la pérdida de carga a través del canal es la
expresión de Manning tomada de (4), así:
hf = L*((Q/A)*n*(1/Rh)2/3)
Donde hf: Pérdida de carga (m)
n: Coeficiente de rugosidad (0.01)
Q: Caudal (en m3/s).
A: Área transversal del canal (en m2).
Rh: Radio hidráulico igual a A/P (perímetro) en metros.
L: longitud del canal (m).Para el cálculo de la pérdida de carga a través de la tubería se utiliza (4):
hf = f*(L/D)*(Q/A)2/2.
Donde hf: Pérdida de carga (m)
f: Factor de fricción (0.009 para tubería de acero al carbón)
Q: Caudal (en m3/s).
A: Área transversal del canal (en m2).
D: Diámetro de la tubería (m)
L: longitud de la tubería (m).
• Pérdida de carga en el agua que ingresa al Floculador2.
Solo se tiene en cuenta la pérdida de carga a través del canal.
Caudal = 0.120 m3/s.
Área Transversal de flujo = 1.02 m x 0.48 m = 0.4896 m2.
Perímetro 0.48 m + 0.48 m + 1.02 m = 1.98 m.
Radio hidráulico (Rh) = A/P = 0.4896/1.98 = 0.2472 m
Longitud = 3.50 m.
hf = L*((Q/A)*n*(1/Rh)2/3) = 3.50*((0.120/0.4896)*0.01*(1/0.2472) 2/3)
hf = 0.021 metros.
• Pérdida de carga en el agua que ingresa al Floculador 1.
Solo se tiene en cuenta la pérdida de carga a través del canal.
Caudal = 0.090 m3/s.
Área Transversal de flujo = 1.02 m x 0.48 m = 0.4896 m2.
Perímetro 0.48 m + 0.48 m + 1.02 m = 1.98 m.
Radio hidráulico (Rh) = A/P = 0.4896/1.98 = 0.2472 m
Longitud = 7.20 m.hf = L*((Q/A)*n*(1/Rh)2/3) = 7.20*((0.090/0.4896)*0.01*(1/0.2472) 2/3)
hf = 0.033 metros.
• Pérdida de carga en el agua que ingresa al Floculador 3.
Se tienen en cuenta las pérdidas de carga a través del canal y la tubería.
Caudal = 0.030 m3/s.
Área Transversal de flujo (canal) = 1.02 m x 0.48 m = 0.4896 m2.
Perímetro (canal)= 0.48 m + 0.48 m + 1.02 m = 1.98 m.
Radio hidráulico del canal (Rh) = A/P = 0.4896/1.98 = 0.2472 m
Longitud del canal = 8.20 m.
Longitud tubería = 20 m.
Diámetro tubería = 0.3048 m.
Área = p *D2/4 = 3.14*0.30482/4. = 0.0729 m2
Pérdida de carga a través del canal.
hf = L*((Q/A)*n*(1/Rh)2/3) = 8.20*((0.030/0.4896)*0.01*(1/0.2472) 2/3)
hf = 0.0125 metros.
Pérdida de carga a través de la tubería.
hf = f*(L/D)*(Q/A)2/2. = 0.009*(20/0.3048)*(0.030/0.0729)2/2
hf = 0.05 m
Pérdida de carga total (hf) = 0.0125 + 0.05 = 0.0625 m.• Pérdida de carga en el agua que ingresa al Floculador 4.
Se tienen en cuenta las pérdidas de carga a través del canal y la tubería.
Caudal = 0.030 m3/s.
Área Transversal de flujo (canal) = 1.02 m x 0.48 m = 0.4896 m2.
Perímetro (canal)= 0.48 m + 0.48 m + 1.02 m = 1.98 m.
Radio hidráulico del canal (Rh) = A/P = 0.4896/1.98 = 0.2472 m
Longitud del canal= 8.20 m.
Longitud tubería = 24 m.
Diámetro tubería = 0.3048 m.
Área = p *D2/4 = 3.14*0.30482/4. = 0.0729 m2
Pérdida de carga a través del canal.
hf = L*((Q/A)*n*(1/Rh)2/3) = 8.20*((0.030/0.4896)*0.01*(1/0.2472) 2/3)
hf = 0.0125 metros.
Pérdida de carga a través de la tubería.
hf = f*(L/D)*(Q/A)2/2. = 0.009*(20/0.3048)*(0.030/0.0729)2/2
hf = 0.06 m
Pérdida de carga total (hf) = 0.0125 + 0.06 = 0.0725 m.ANEXO J
PÉRDIDAS DE CARGA REALES Y TEÓRICAS EN LOS FLOCULADORES
CALCULADAS A PARTIR DE EXPRESIONES ENCONTRADAS EN LA
LITERATURA.
Los criterios y las expresiones teóricas fueron tomadas del libro de Jorge Arboleda
(2), y los cálculos presentados a continuación se harán para un caudal de ingreso a
la planta de 120 litros/s. (caudal para cada floculador de 30 litros/s.).
Floculadores 1 y 2
Por la similitud de las dimensiones entre estos floculadores, la pérdida de carga
teórica en el primero se asumirá igual a la del segundo
El tiempo de retención se calcula dividiendo el volumen total efectivo de cada unidad
entre el caudal que ingresa a cada floculador.
Tiempo de retención (to) = 49.122/0.030 = 1637 segundos.
La diferencia en la altura de la lámina de agua entre la primera cámara y la última de
cada floculador es una estimación física de la perdida de carga que ha tenido el
agua en su paso por la unidad.
Para un caudal de entrada a la planta de 120 litros/s. (caudal en cada floculador 30
litros/s.) la diferencia de alturas fue de 0.06 metros correspondiente a la pérdida de
carga real en el sistema.En teoría, la pérdida de carga producida en cada floculador es principalmente
debida a:
1. El cambio de dirección y turbulencia (h').
2. El paso por los orificios que comunican las cámaras (h'').
3. Fricción del flujo con la paredes de cada cámara (h”´)
Para estos floculadores de flujo vertical, puede asumirse que (h') es proporcional a
la carga de velocidad por el numero de tabiques (N) y a una constante (k) como se
detalla en la ecuación:
v2
h'=k*N*
2*g
De estudios experimentales se tiene que le valor mas frecuente de k es 3.0 (2).
La velocidad promedio del flujo se calcula a partir del caudal de operación y el área
transversal entre el tabique y la pared de cada cámara (dimensiones reales), así:
Área transversal de flujo = 0.85 m * 1.9 m = 1.615 m2
Velocidad promedio (v) = 0.030/1.615 = 0.018 m/s.
En la literatura se recomienda que la velocidad promedio de flujo este entre 0.10 y
0.60 m/s., ya que velocidades mayores de 0.60 m/s pueden romper el floc y
velocidades menores de 0.10 m/s. permiten la sedimentación de lodos (2).
En conclusión, para un caudal de 120 litros/s. la velocidad promedio es insuficiente
lo que permite la formación de sedimentos.
Cada floculador cuenta con 8 tabiques (ver figura A4 del anexo A) para lo cual (h')
es:
0.0182
h'=3.0*8* h'=0.000396metros
2*9.8La pérdida de carga para los pasos inferiores (orificios) viene dada por:
Q2
h''=
2*g*A2 *Cd2
Donde Q: caudal (m3/s).
A: área orificio (m2).
Cd: 0.74 para los orificios.
g: Gravedad (9.8 m/s2).
El área de los orificios (Cuadrados de iguales dimensiones) es:
Área orificio = 0.4*0.4 = 0.16 m2.
0.0302
La pérdida de carga por orificio será h''= h''=0.00327metros
2*9.8*0.162*0.742
Para 7 orificios h'' (total) = 0.00327*7 = 0.02289 metros
La pérdida de carga por fricción se expresa:
L V2
h''´=C* *
Dh 2*g
Donde C: Coeficiente de fricción (de 100 según la
rugosidad del concreto).
Dh: Diámetro hidráulico (Dh = 4*A/P).
A: Área transversal de flujo (m2).
P: Perímetro mojado (m)
V: Velocidad de flujo (m/s).
G: Gravedad (m/s2).
Multiplicando la lámina de agua en cada cámara por el numero de pasos que realiza
el flujo través del floculador se tiene la longitud del flujo (L), así:L = No pasos * lámina de agua = 15*1.77 m = 26.55 m.
Con las dimensiones transversales de cada paso se tiene el área y perímetro:
Dimensiones transversales de cada paso = 1.85 m x 0.9 m.
Área transversal = 1.665 m2.
Perímetro = 1.85*2 + 0.9*2 = 5.5 m.
Dh = 4*A/P = 4*1.665/5.5 = 1.21 m.
26.55 0.0182
La pérdida de carga por fricción será: h''´=100* * h''´= 0.0362m
1.21m 2*9.8
La pérdida de carga total (h ) = h' + h'' + h”´= 0.000396 + 0.02289 + 0.0362
total
= 0.0595 m
la pérdida de carga teórica es levemente menor a la real por lo que se puede
corroborar la aproximación de la medición.
El gradiente total de mezcla se calcula con la pérdida total de carga en el sistema,
así (2):
h *g
G = total
u*to
Donde v: viscosidad del agua = 1.01 x 10-6 m2/s (T = 17 °C)
h: perdida de carga total (m).
g: gravedad (9.8 m/s2).
to: tiempo de retención (s)
Para el caudal tratado, el gradiente es:
0.0595*9.8
G = G =18.78s- 1
0.00000101*1637Floculadores 3 y 4
Por la similitud de las dimensiones entre estos floculadores, la pérdida de carga
teórica en el primero se asumirá igual a la del segundo
El tiempo de retención se calcula dividiendo el volumen total efectivo de cada unidad
entre el caudal que ingresa a cada Floculador.
Tiempo de retención (to) = 51.9257/0.030 = 1730 segundos.
La diferencia en la altura de la lámina de agua entre la primera cámara y la última de
cada floculador es una estimación física de la pérdida de carga que ha tenido el
agua en su paso por la unidad.
Para un caudal de entrada a la planta de 120 litros/s. (caudal en cada floculador 30
litros/s.) la diferencia de alturas fue de 0.050 metros correspondiente a la pérdida de
carga real en el sistema.
En teoría, pérdida de carga producida en cada floculador es debida a el paso por los
orificios que comunican las cámaras (h') y a la fricción del flujo con las paredes de
cada cámara (h”).
En la literatura se recomienda que la velocidad promedio de flujo este entre 0.10 y
0.60 m/s., ya que velocidades mayores de 0.60 m/s. pueden romper el flóculo y
velocidades menores de 0.10 m/s. permiten la sedimentación de lodos.
Área transversal de flujo = 1.46 * 1.46 = 2.1316 m2
Velocidad promedio (v) = 0.030/2.1316 = 0.014 m/s.
En conclusión, para un caudal de 120 litros/s. la velocidad promedio es insuficiente
lo que permite la formación de sedimentos.La pérdida de carga para los pasos inferiores (orificios) viene dada por:
Q2
h''=
2*g*A2*Cd2
Donde Q: caudal (m3/s).
A: área orificio (m2).
Cd: 0.74 para los orificios.
g: gravedad (9.8 m/s2).
El área de los orificios (rectangulares de iguales dimensiones) es:
Área orificio = 0.3*0.4 = 0.12 m2.
0.0302
La pérdida de carga será h''= h''=0.00582metros
2*9.8*0.122*0.742
Para 5 orificios la pérdida de carga (h') = 0.00582*5 = 0.02912 m
La pérdida de carga por fricción se expresa:
L V2
h''= C* *
Dh 2*g
Donde C: Coeficiente de fricción (de 100 según la
rugosidad del concreto).
Dh: Diámetro hidráulico (Dh = 4*A/P).
A: Área transversal de flujo (m2).
P: Perímetro mojado (m)
V: Velocidad de flujo (m/s.).
G: Gravedad (m/s2).
Multiplicando la lámina de agua en cada cámara por el numero de pasos que realiza
el flujo través del floculador se tiene la longitud del flujo (L), así:
L = No pasos * lámina de agua = 6*4.06 m = 24.36 m.Con las dimensiones transversales de cada paso se tiene el área y perímetro:
Dimensiones transversales de cada paso = 1.46 m x 1.46 m.
Área transversal = 2.1316 m2.
Perímetro = 1.46*2 + 1.46*2 = 5.84 m.
Dh = 4*A/P = 4*2.1316/5.84 = 1.46 m.
24.36 0.0142
La pérdida de carga por fricción será: h''´=100* * h''= 0.0166m
1.46m 2*9.8
La pérdida de carga total (h ) = h' + h'' + = 0.02912 + 0.0166
total
= 0.046 m
la pérdida de carga teórica es levemente menor a la real por lo que se puede
corroborar la aproximación de la medición.
El gradiente total de mezcla se calcula con la pérdida total de carga en los orificios,
así:
h *g
G = total
u*to
Donde v: viscosidad del agua = 1.01 x 10-6 m2/s (T = 17 °C)
h: perdida de carga total (m).
g: gravedad (9.8 m/s2).
to: tiempo de retención (s)
Para el caudal tratado, el gradiente es:
0.046*9.8
G = G =16.06s- 1
0.00000101*1730ANEXO K
METODOLOGÍA PARA DETERMINAR EL TIPO DE FLUJO EN FLOCULADORES
Y SEDIMENTADORES
(MÉTODO SIMPLIFICADO DE WOLF Y RESNICK)
A continuación se describe la metodología empleada para determinar el tipo de flujo
en sedimentadores y floculadores:
1. Se determinó el volumen efectivo de cada unidad.
2. Se midió el caudal tratado, verificando que el sensor medidor de caudal se
encontraba adecuadamente calibrado y el flujo de fluido fuera estable durante el
tiempo de realización del ensayo.
3. Se calculó el tiempo de retención teórico ( T ).
o
4. Se determinó la concentración de Cloruros en el agua cruda (mg/lt de Cl-).
5. Se calculó la cantidad de sustancia trazadora ( NaCl ), para dosificación
instantánea de acuerdo a la ecuación
v*c 1
w= *
P 1000
De donde W: masa de NaCl en gramos.
V: volumen de la unidad en m3.
C: concentración deseada en el volumen efectivo (mg/m3) de
Cl-.
P: pureza del trazador utilizado determinada
experimentalmente (mg de Cl-/mg de NaCl).La dosificación se hizo rápidamente en el punto de mezcla previamente
seleccionado.
6. Se tomaron varias muestras y se determinó la concentración de trazador (como
ión cloruro) en el efluente de la unidad (C) evaluada para construir una gráfica
de C Vs t.
7. A cada concentración se le resto la concentración del agua cruda (determinada
experimentalmente).
8. Se Calculó la fracción de trazador a la salida del la unidad (F(t)) según la
fórmula.
i=j
(cid:229)
Ci
F(t)= i=1
Donde J es el número de la muestra y n total de muestras
(cid:229)i=n
Ci
i=1
9. Con los datos de fracción a la salida de la unidad (F(t)) obtenidos anteriormente
se calcularon las fracciones ( 1-F(t)).
En una tabla como la siguiente se relacionan las concentraciones y cálculos
requeridos.
Tiempo (t) T/To C (mg/Lt) C-C (cid:229)C-C F(t) 1-F(t)
agua cruda agua cruda
10. En papel semilogaritmico se graficaron los valores de 1-F(t) y t/T , de acuerdo al
0
modelo simplificado de Wolf Resnick (expuesto mas adelante), el cual se cumple
para cualquier tipo de flujo de diversas características ( flujo mezclado, flujo
pistón, espacio muerto, corto circuito, etc). A continuación se presentan las
ecuaciones global y simplificada del modelo de Wolf-Resnick.El modelo enunciado sirve para predecir la presencia de espacios muertos, fracción
de la unidad en que predomina flujo pistón o flujo completamente mezclado y cortos
circuitos.
Los espacios muertos son las zonas de la unidad donde la velocidad de flujo tiende
a cero y el tiempo de retención a infinito, y los cortos circuitos son las zonas donde
la velocidad de flujo tiende a infinito y el tiempo de retención a cero.
El modelo simplificado de Wolf y Resnick utilizado para calcular las fracciones de
flujo pistón, mezcla completa y espacios muertos se representa por la función:
- Log(e) [ ]
Log(1- F(t))= * (t/To)- P(1- m)
(1- P)*(1- m)
- Log(e)
La pendiente de la línea recta ajustada es (p) =
(1- P)*(1- m)
f *Tana f
P = m =1-
0.434 +f *Tana P
Donde: f = (t/To) = P(1-m) es el tiempo de retraso donde Log(1-F(t)) = 1
(fracción de flujo pistón)
(a ) es el ángulo de la pendiente con la horizontal
A partir de los cálculos anteriores se tiene
Fracción mezclada = (1-P)*(1-m)
Fracción a pistón = f = P*(1-m)
Fracción muerta = m
Si en la gráfica de concentración vs relación t/To para cada unidad se presentan
picos antes del tiempo de retención teórico (t/To = 1) se evidencia la presencia de
cortos circuitos (1- f), cuya fracción (f) se calcula dividiendo el área bajo la curva del
primer pico entre el área bajo la curva total.Area.primer.pico
f =
Area.total
Una forma alternativa de calcular la fracción de cortos circuitos es tomando el
tiempo que tardo en salir la máxima concentración de cloruros y el caudal de
operación, para estimar el volumen real que el flujo recorrió en su paso por la
unidad.
las variables se modifican como siguen
f
m =1- *(1- f)
P
f = (t/To) = P(1-m)/(1-f)
Fracción mezclada = (1-P)*(1-m)*(1-f)
Fracción a pistón = f = P*(1-m)/(1-f)
Fracción muerta = m
De la gráfica en papel semilogaritmico de la fracción remanente en la unidad (1-
F(t)) vs t/To se realizan los siguientes análisis.
1. Si la gráfica es lineal se asume que la unidad se comporta como un reactor de
mezcla completa.
2. Si hay un tiempo de retraso (función horizontal) la unidad se comporta en este
período de tiempo como un reactor de flujo pistón (P) donde P = t/To.
3. Si la gráfica obtenida es vertical en t/To = 1 predomina en la unidad el flujo
pistón.
4. Si la gráfica obtenida es vertical en t/To < 1 predomina en la unidad el flujo
pistón y espacios muertos.
Determinación de la concentración de Cloruros
La concentración a la salida de la unidad del ion Cloruro (Cl-) en el agua se
determinó siguiendo el procedimiento establecido en el "Standard Methods ofAnalisys of water and Wastewater" Edición de 1998 (1) (método Argentometrico)
utilizando una solución titulante de Nitrato de Plata 0.0141 N y Cromato de Potasio
como indicador, por la fórmula:
(A- B)*N *35450
mg.Cl- /litro = AgNO 3
ml.muestra
Donde A: Volumen de titulante gastado para la muestra (en ml).
B: Volumen de titulante gastado para el blanco (en ml).
El volumen de la muestra fue 20 ml para todas las titulaciones y la Normalidad de la
solución de AgNO de 0.0141 Equ-g/litro.
3
A cada concentración de Cloruros determinada a la salida de cada unidad se le
restaba la del agua cruda (estas dos se consideran como muestras en la fórmula
anterior), por lo cual la concentración de Cl- (trazador) a la salida es.
(A- B)*N *35450 (C- B)*N *35450 (A- C)*N *35450
mg.Cl- /litro= AgNO 3 - AgNO 3 = AgNO 3
ml.muestra ml.muestra ml.muestra
Donde C: Volumen de titulante gastado para el agua cruda (en ml).
La pureza de la sal (NaCl) determinada experimentalmente utilizando el método
Argentometrico (enunciado) fue de 0.6 g de Cl-/g de NaCl).ANEXO L
CÁLCULOS EFECTUADOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA
DETERMINACIÓN EL TIPO DE FLUJO EN FLOCULADORES Y
SEDIMENTADORES
(PRUEBA CON TRAZADORES SIGUIENDO EL MÉTODO SIMPLIFICADO DE
WOLF Y RESNICK)
Floculador 1
Caudal de operación = 32.75 litros/s
Tiempo de retención teórico (To) = 49.122 m3/0.03275 m3/s
= 1500 segundos (25 minutos).
Duración Prueba = 2.5*To = 2.5*1500 segundos
= 3720 segundos (62 minutos).
Masa de NaCl adicionada (dosis instantánea)
v*c 49.122m3*50g.deCl- /m3
w= = w=4093g.deNaCl
P 0.6g.deCl- /g.deNaCl
Concentración de Cloruros en el agua cruda (inicio prueba) = 5 mg de Cl-/litro.
Análisis gráfico de Datos.
El ángulo de la línea recta ajustada a la función (a ) = 36°El período de retraso (f ) = 0.85
f*Tana 0.85*Tan(36)
P= = P =0.5873
0.434+f*Tana 0.434+(0.85)*Tan(36)
f 0.85
m =1- =1- m = - 0.4473
P 0.5873
Fracción mezclada = (1-P)*(1-m) = (1-0.5873)*(1+0.44)
= 0.6048
Fracción a pistón = f = P*(1-m) = 0.5873*(1+0.44) = 0.8352
Fracción muerta = m = -0.44
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5
-0,5
-1
))t(F
-1,5 -1(
goL
-2
-2,5
-3
t/To
Gráfica L1: Logaritmo de la fracción remanente en el Floculador 1 en función de la
relación t/ToFloculador 2
Caudal de operación = 29.5 litros/s
Tiempo de retención teórico (To) = 49.122 m3/0.0295 m3/s
= 1665 segundos (27.75 minutos).
Duración Prueba = 2.5*To = 2.5*1665 segundos
= 4162 segundos (69.37 minutos).
Masa de NaCl adicionada (dosis instantánea)
v*c 49.122m3*48g.deCl- /m3
w= = w=4000g.deNaCl
P 0.6g.deCl- /g.deNaCl
Concentración de Cloruros en el agua cruda (inicio prueba) = 5 mg de Cl-/litro.
Análisis gráfico de Datos.
El ángulo de la línea recta ajustada a la función (a ) = 40°
El período de retraso (f ) = 0.93
f*Tana 0.93*Tan(40)
P= = P = 0.6426
0.434+f*Tana 0.434+(0.93)*Tan(40)
f 0.93
m =1- =1- m = - 0.4472
P 0.6426
Fracción mezclada = (1-P)*(1-m) = (1-0.6426)*(1+0.4472)
= 0.5173
Fracción a pistón = f = P*(1-m) = 0.6426*(1+0.4472)
= 0.93
Fracción muerto = m = -0.44720
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
-0,5
-1
))t(F
-1(
goL
-1,5
-2
-2,5
t/To
Gráfica L2: Logaritmo de la fracción remanente en el Floculador 2 en función de la
relación t/To.
Floculador 3
Caudal de operación = 42.66 litros/s
Tiempo de retención teórico (To) = 52.69 m3/0.04266 m3/s
= 1235 segundos (20.58 minutos).
Duración Prueba = 2.5*To = 2.5*1235 segundos
= 3087 segundos (51.5 minutos).
Masa de NaCl adicionada (dosis instantánea)
v*c 52.69m3*49g.deCl- /m3
w= = w=4327g.deNaCl
P 0.6g.deCl- /g.deNaCl
Concentración de Cloruros en el agua cruda (inicio prueba) = 2.5 mg de Cl-/litro.Análisis gráfico de Datos.
El ángulo de la línea recta ajustada a la función (a ) = 33°
El período de retraso (f ) = 0.7820
f*Tana 0.7820*Tan(33)
P= = P = 0.5392
0.434+f*Tana 0.434+(0.7820)*Tan(33)
f 0.7820
m =1- =1- m = - 0.4466
P 0.5392
Fracción mezclada = (1-P)*(1-m) = (1-0.5392)*(1+0.4466)
= 0.3185
Fracción a pistón = f = P*(1-m) = 0.5392*(1+0.4466)
= 0.78
Fracción muerta = m = -0.4466
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5
-0,5
-1
))t(F
-1,5 -1(
goL
-2
-2,5
-3
t/To
Gráfica L3: Logaritmo de la fracción remanente en el Floculador 3 en función de la
relación t/ToFloculador 4
Caudal de operación = 42.66 litros/s
Tiempo de retención teórico (To) = 52.43 m3/0.04266 m3/s
= 1230 segundos (20.5 minutos).
Duración Prueba = 2.5*To = 2.5*1230 segundos
= 3075 segundos (51.25 minutos).
Masa de NaCl adicionada (dosis instantánea)
v*c 52.43m3 *50g.deCl- /m3
w= = w=4376g.deNaCl
P 0.6g.deCl- /g.deNaCl
Concentración de Cloruros en el agua cruda (inicio prueba) = 5 mg de Cl-/litro.
Análisis gráfico de Datos.
El ángulo de la línea recta ajustada a la función (a ) = 49°
El período de retraso (f ) = 0.8333
f*Tana 0.8333*Tan(49)
P= = P =0.6883
0.434+f*Tana 0.434+(0.8333)*Tan(49)
f 0.8333
m =1- =1- m = - 0.2059
P 0.6883
Fracción mezclada = (1-P)*(1-m) = (1-0.6883)*(1+0.2059)
= 0.2585
Fracción a pistón = f = P*(1-m) = 0.6883*(1+0.2059)
= 0.830
Fracción muerta = m = -0.20590
0 0,5 1 1,5 2 2,5
-0,5
-1 ))t(F
-1(
goL
-1,5
-2
-2,5
t/To
Gráfica L4: Logaritmo de la fracción remanente en el Floculador 4 en función de la
relación t/To
Sedimentador 1
Caudal de operación = 30 litros/s
Tiempo de retención teórico (To) = 99.556 m3/0.030 m3/s
= 3318 segundos (55 minutos).
Duración Prueba = 2.5*To = 2.5*3318 segundos
= 8296 segundos (138 minutos).
Masa de NaCl adicionada (dosis instantánea)
v*c 99.556m3 *50g.deCl- /m3
w= = w=8297g.deNaCl
P 0.6g.deCl- /g.deNaCl
Concentración de Cloruros en el agua cruda (inicio prueba) = 5 mg de Cl-/litro.Análisis gráfico de Datos.
El ángulo de la línea recta ajustada a la función (a ) = 20°
El período de retraso (f ) = 0.48
Fracción de cortos circuitos calculada por relación de áreas (f) = 0.3156
(1-f) = 0.6844
f*Tana 0.48*Tan(20)
P= = P = 0.2870
0.434+f*Tana 0.434+(0.48)*Tan(20)
f 0.48
m =1- *(1- f)=1- *(1- 0.3156) m = - 0.1446
P 0.2870
Fracción mezclada = (1-P)*(1-m)*(1-f) = (1-0.2870)*(1+0.1446)*(1-0.3156)
= 0.5585
Fracción a pistón = f = P*(1-m)/(1-f) = 0.2870*(1+0.1446)/(1-0.3156)
= 0.2248
Fracción muerta = m = -0.1446
Estimación fracción de cortos circuitos (a partir del caudal y tiempo real de
retención)
Volumen efectivo real (estimación) = Caudal * Tiempo retención real
= 0.03 m3/s*2250 segundos = 67.5 m3
Fracción de cortos circuitos (1-f) = Vol. real/Vol. teórico = 67.5 m3/99.556 m3
= 0.6780
0 0,5 1 1,5 2 2,5
-0,5
-1
))t(F
-1(
goL
-1,5
-2
-2,5
t/To
Gráfica L5: Logaritmo de la fracción remanente en el Sedimentador 1 en función de
la relación t/To
Sedimentador 2
Caudal de operación = 30 litros/s
Tiempo de retención teórico (To) = 99.556 m3/0.030 m3/s
= 3318 segundos (55 minutos).
Duración Prueba = 2.5*To = 2.5*3318 segundos
= 8296 segundos (138 minutos).
Masa de NaCl adicionada (dosis instantánea)
v*c 99.556m3 *36g.deCl- /m3
w= = w=5953g.deNaCl
P 0.6g.deCl- /g.deNaCl
Concentración de Cloruros en el agua cruda (inicio prueba) = 5 mg de Cl-/litro.Análisis gráfico de Datos.
El ángulo de la línea recta ajustada a la función (a ) = 19°
El período de retraso (f ) = 0.46
Fracción de cortos circuitos (f) = 0.324
(1-f) = 0.676
f*Tana 0.46*Tan(19)
P= = P = 0.2674
0.434+f*Tana 0.434+(0.46)*Tan(19)
f 0.46
m =1- *(1- f)=1- *(1- 0.324) m =- 0.196
P 0.2674
Fracción mezclada = (1-P)*(1-m)*(1-f)= (1-0.2674)*(1+0.196)*(1-0.324) = 0.5923
Fracción a pistón = f = P*(1-m)/(1-f) = 0.2674*(1+0.196)/(1-0.324) = 0.4731
Fracción muerta = m = -0.196
Estimación fracción de cortos circuitos (a partir del caudal y tiempo real de
retención)
Volumen efectivo real (estimación) = Caudal * Tiempo retención real
= 0.03 m3/s*2150 segundos = 64.5 m3
Fracción de cortos circuitos (1-f) = Vol. real/Vol. teórico = 64.5 m3/99.556 m3
= 0.6480
0 0,5 1 1,5 2 2,5
-0,5
-1
))t(F
-1(
goL
-1,5
-2
-2,5
t/To
Gráfica L6: Logaritmo de la fracción remanente en el Sedimentador 2 en función de
la relación t/To
Sedimentador 3
Debido a que el agua efluente del floculador 3 entra a un canal de distribución que
comunica al sedimentador 3, en el desarrollo de las pruebas se diluyó la sal en
dicha cámara y se tuvo en cuenta el volumen de la misma:
Volumen efectivo de la cámara de distribución de agua floculada
De forma rectangular con dimensiones: ancho 0.9 m, largo 4.81 y altura lamina de
agua 2.7 m
Volumen cámara = 0.9*4.81*2.7 = 11.69 m3Volumen Efectivo aproximado de la unidad = Vol. sedimentador + Vol. Cámara
= 98.122 m3 + 11.69 m3 (ver figura No)
= 109.81
Caudal de operación = 40 litros/s
Tiempo de retención teórico (To) = 98.122 m3/0.040 m3/s
= 2453 segundos (40.9 minutos).
Duración Prueba = 2.5*To = 2.5*2453 segundos
= 6132 segundos (102 minutos).
Masa de NaCl adicionada (dosis instantánea)
v*c 109.81m3 *50g.deCl- /m3
w= = w=9150g.deNaCl
P 0.6g.deCl- /g.deNaCl
Concentración de Cloruros en el agua cruda (inicio prueba) = 5 mg de Cl-/litro.
Análisis gráfico de Datos.
El ángulo de la línea recta ajustada a la función (a ) = 13°
El período de retraso (f ) = 0.27
Fracción de cortos circuitos (f) = 0.222
(1-f) = 0.778
f *Tana 0.27*Tan(13)
P = = P =0.1256
0.434 +f *Tana 0.434+ (0.27)*Tan(13)
f 0.27
m =1- *(1- f)=1- *(1- 0.222) m =- 0.8944
P 0.1256
Fracción mezclada = (1-P)*(1-m)*(1-f) = (1-0.1256)*(1+0.8944)*(1-0.222) = 1.28
Fracción a pistón = f = P*(1-m)/(1-f) = 0.1256*(1+0.8944)/(1-0.222) = 0.30Fracción muerta = m = -0.8944
Estimación fracción de cortos circuitos (a partir del caudal y tiempo real de
retención)
Volumen efectivo real (estimación) = Caudal * Tiempo retención real
= 0.04 m3/s*960 segundos = 38.4 m3
Fracción de cortos circuitos (1-f) = Vol. real/Vol. teórico = 38.4 m3/98.122 m3
= 0.3913
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
-0,5
-1
))t(F
-1,5 -1(
goL
-2
-2,5
-3
t/To
Gráfica L7: Logaritmo de la fracción remanente en el Sedimentador 3 en función de
la relación t/ToSedimentador 4
Caudal de operación = 30 litros/s
Tiempo de retención teórico (To) = 109.81 m3/0.040 m3/s
= 3270 segundos (54.51 minutos).
Duración Prueba = 2.5*To = 2.5*3270 segundos
= 8175 segundos (136 minutos).
Masa de NaCl adicionada (dosis instantánea)
v*c 109.81m3 *50g.deCl- /m3
w= = w=9150g.deNaCl
P 0.6g.deCl- /g.deNaCl
Concentración de Cloruros en el agua cruda (inicio prueba) = 5 mg de Cl-/litro.
Análisis gráfico de Datos.
El ángulo de la línea recta ajustada a la función (a ) = 20°
El período de retraso (f ) = 0.43
Fracción de cortos circuitos (f) = 0.38
(1-f) = 0.62
f *Tana 0.43*Tan(20)
P = = P =0.2650
0.434 +f *Tana 0.434 +(0.43)*Tan(20)
f 0.43
m =1- *(1- f)=1- *(1- 0.38) m =- 0.006
P 0.2650
Fracción mezclada = (1-P)*(1-m)*(1-f) = (1-0.2650)*(1+0.006)*(1-0.38) = 0.4584
Fracción a pistón = f = P*(1-m)/(1-f) = 0.2650*(1+0.006) = 0.43
Fracción muerta = m = -0.006Estimación fracción de cortos circuitos (a partir del caudal y tiempo real de
retención)
Volumen efectivo real (estimación) = Caudal * Tiempo retención real
= 0.03 m3/s*2400 segundos = 72 m3
Fracción de cortos circuitos (1-f) = Vol. real/Vol. teórico = 72 m3/98.122 m3
= 0.734
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5
-0,5
-1 ))t(F
-1(
goL
-1,5
-2
-2,5
t/To
Gráfica L8: Logaritmo de la fracción remanente en el Sedimentador 4 en función de
la relación t/ToTabla L1: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del
Floculador 1
Muestra Tiempo (t) T/To Vol. Solución AgNO 3 Vol. Solución AgNO 3 Mg de Cl-/litro S (C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))
(segundos) gastado en la titulación gastado en la titulación en (salida de la unidad)
en ml ml (C)
(muestra a la salida) (muestra de agua cruda)
1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0
2 120 0,08 0,5 0,4 2,4992 2,4992 0,00326 0,99673 -0,00142
3 240 0,16 0,6 0,4 4,9984 7,4976 0,00980 0,99019 -0,00427
4 360 0,24 0,6 0,4 4,9984 12,4961 0,01633 0,98366 -0,00715
5 480 0,32 0,6 0,4 4,9984 17,4945 0,02287 0,97712 -0,01005
6 600 0,4 0,5 0,4 2,4992 19,9938 0,02614 0,97385 -0,01150
7 720 0,48 0,6 0,4 4,9984 24,9922 0,03267 0,96732 -0,01442
8 840 0,56 0,9 0,4 12,4961 37,4883 0,04901 0,95098 -0,02182
9 960 0,64 1,3 0,4 22,4930 59,9814 0,07843 0,92156 -0,03547
10 1080 0,72 2,3 0,4 47,4852 107,4666 0,14052 0,85947 -0,06576
11 1200 0,8 2,9 0,4 62,4806 169,9473 0,22222 0,77777 -0,10914
12 1320 0,88 3,4 0,4 74,9767 244,9240 0,32026 0,67973 -0,16765
13 1440 0,96 3,8 0,4 84,9736 329,8977 0,43137 0,56862 -0,24517
14 1560 1,04 3,8 0,4 84,9736 414,8713 0,54248 0,45751 -0,33959
15 1680 1,12 3,5 0,4 77,4759 492,3473 0,64379 0,35620 -0,44829
16 1800 1,2 3,2 0,4 69,9783 562,3256 0,73529 0,26470 -0,57723
17 1920 1,28 2,6 0,4 54,9829 617,3085 0,80718 0,19281 -0,71486
18 2040 1,36 2,1 0,4 42,4868 659,7954 0,86274 0,13725 -0,86247
19 2160 1,44 1,6 0,4 29,9907 689,7861 0,90196 0,09803 -1,00860
20 2280 1,52 1,2 0,4 19,9938 709,7799 0,92810 0,07189 -1,14329
21 2400 1,6 1,1 0,4 17,4945 727,2744 0,95098 0,04901 -1,30963
22 2520 1,68 0,8 0,4 9,9969 737,2713 0,96405 0,03594 -1,44432
23 2640 1,76 0,7 0,4 7,4976 744,7690 0,97385 0,02614 -1,58263
24 2760 1,84 0,7 0,4 7,4976 752,2667 0,98366 0,01633 -1,78675
25 2880 1,92 0,6 0,4 4,9984 757,2651 0,99019 0,00980 -2,00860
26 3000 2 0,5 0,4 2,4992 759,7644 0,99346 0,00653 -2,18469
27 3120 2,08 0,5 0,4 2,4992 762,2636 0,99673 0,00326 -2,48572
28 3240 2,16 0,5 0,4 2,4992 764,7628 1 0
29 3360 2,24 0,4 0,4 0 764,7628 1 0
30 3480 2,32 0,4 0,4 0 764,7625 1 0
31 3600 2,4 0,4 0,4 0 764,7628 1 0
32 3720 2,48 0,4 0,4 0 764,7628 1 0Tabla L2: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del
Floculador 2
Muestra Tiempo (t) t/To Vol. Solución AgNO 3 Vol. Solución AgNO 3 mg de Cl-/litro S (C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))
(segundos) gastado en la titulación gastado en la titulación en (salida de la unidad)
en ml ml (C)
(muestra a la salida) (muestra de agua cruda)
1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0
2 150 0,0900 0,4 0,4 0 0 0 1 0
3 300 0,1801 0,4 0,4 0 0 0 1 0
4 450 0,2702 0,4 0,4 0 0 0 1 0
5 600 0,3603 0,4 0,4 0 0 0 1 0
6 750 0,4504 0,4 0,4 0 0 0 1 0
7 900 0,5405 0,4 0,4 0 0 0 1 0
8 1050 0,6306 1,1 0,4 17,4945 17,4945 0,0368 0,9631 -0,01630251
9 1200 0,7207 1,5 0,4 27,4914 44,9860 0,0947 0,9052 -0,04322516
10 1350 0,8108 2,2 0,4 44,9860 89,9721 0,1894 0,8105 -0,09123289
11 1500 0,9009 2,5 0,4 52,4837 142,4558 0,3000 0,6999 -0,15490198
12 1650 0,9909 2,6 0,4 54,9829 197,4387 0,4157 0,5842 -0,23343065
13 1800 1,0810 2,7 0,4 57,4821 254,9209 0,5368 0,4631 -0,33427098
14 1950 1,1711 2,7 0,4 57,4821 312,4031 0,6578 0,3421 -0,46584033
15 2100 1,2612 2,2 0,4 44,9860 357,3891 0,7526 0,2473 -0,60665588
16 2250 1,3513 2,1 0,4 42,4868 399,876 0,8421 0,1578 -0,80163259
17 2400 1,4414 1,4 0,4 24,9922 424,8682 0,8947 0,1052 -0,97772399
18 2550 1,5315 1,2 0,4 19,9938 444,8620 0,9368 0,0631 -1,19957303
19 2700 1,6216 0,9 0,4 12,4961 457,3581 0,9631 0,0368 -1,43365676
20 2850 1,7117 0,8 0,4 9,9969 467,3550 0,9842 0,0157 -1,8016352
21 3000 1,8018 0,5 0,4 2,4992 469,8543 0,9894 0,0105 -1,9777279
22 3150 1,8918 0,5 0,4 2,4992 472,3535 0,9947 0,0052 -2,27876224
23 3300 1,9819 0,5 0,4 2,4992 474,8527 1,0000 0
24 3450 2,0720 0,4 0,4 0 474,8527 1,0000 0
25 3600 2,1621 0,4 0,4 0 474,8527 1,0000 0
26 3750 2,2522 0,4 0,4 0 474,8527 1,0000 0
27 3900 2,3423 0,4 0,4 0 474,8527 1,0000 0
28 4050 2,4324 0,4 0,4 0 474,8527 1,0000 0
29 4200 2,5225 0,4 0,4 0 474,8527 1,0000 0Tabla L3: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del
Floculador 3
Muestra Tiempo (t) t/To Vol. Solución AgNO 3 Vol. Solución AgNO 3 Mg de Cl-/litro S (C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))
(segundos) gastado en la titulación gastado en la titulación (salida de la unidad)
en ml en ml (C)
(muestra a la salida) (muestra de agua cruda)
1 0 0 0,3 0,3 0 0 0 1 0
2 120 0,09716 0,4 0,3 2,4992 2,4992 0,0038 0,9961 -0,00168006
3 240 0,19433 0,4 0,3 2,4992 4,9984 0,0077 0,9922 -0,00336664
4 360 0,29149 0,5 0,3 4,9984 9,9969 0,0154 0,9845 -0,00675958
5 480 0,38866 0,55 0,3 6,2480 16,2449 0,0250 0,9749 -0,01103838
6 600 0,48582 1,15 0,3 21,2434 37,4883 0,0579 0,9420 -0,02590994
7 720 0,58299 1,95 0,3 41,2372 78,7255 0,1216 0,8783 -0,05631837
8 840 0,68016 2,5 0,3 54,9829 133,7085 0,2065 0,7934 -0,10048794
9 960 0,77732 3.0 0,3 67,4790 201,1876 0,3108 0,6891 -0,16166155
10 1080 0,87449 2,9 0,3 64,9798 266,1674 0,4111 0,5888 -0,23002993
11 1200 0,97165 2,9 0,3 64,9798 331,1473 0,5115 0,4884 -0,31120926
12 1320 1,06882 2,9 0,3 64,9798 396,1271 0,6119 0,3880 -0,41113373
13 1440 1,16599 2,5 0,3 54,9829 451,1101 0,6969 0,3030 -0,51843015
14 1560 1,26315 2,1 0,3 44,9860 496,0961 0,7664 0,2335 -0,63154446
15 1680 1,36032 1,9 0,3 39,9876 536,0837 0,8281 0,1718 -0,76493985
16 1800 1,45748 1,4 0,3 27,4914 563,5752 0,8706 0,1293 -0,88825509
17 1920 1,55465 1,4 0,3 27,4914 591,0667 0,9131 0,0868 -1,06111746
18 2040 1,65182 0,9 0,3 14,9953 606,0620 0,9362 0,0637 -1,19581612
19 2160 1,74898 0,8 0,3 12,4961 618,5581 0,9555 0,0444 -1,35260236
20 2280 1,84615 0,8 0,3 12,4961 631,0543 0,9749 0,0250 -1,60038719
21 2400 1,94331 0,6 0,3 7,4976 638,5519 0,9864 0,0135 -1,86923319
22 2520 2,04048 0,4 0,3 2,4992 641,0512 0,9903 0,0096 -2,01536182
23 2640 2,13765 0,4 0,3 2,4992 643,5504 0,9942 0,0057 -2,23721196
24 2760 2,23481 0,4 0,3 2,4992 646,0496 0,9980 0,0019 -2,71434017
25 2880 2,33198 0,3 0,3 1,2496 647,2992 1,0000 0
26 3000 2,42914 0,3 0,3 0 647,2992 1,0000 0
27 3120 2,52631 0,3 0,3 0 647,2992 1,0000 0Tabla L4: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del
Floculador 4
Muestra Tiempo (t) t/To Vol. Solución AgNO 3 Vol. Solución AgNO 3 mg de Cl-/litro S (C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))
(segundos) gastado en la titulación gastado en la titulación (salida de la unidad)
en ml en ml (C)
(muestra a la salida) (muestra de agua cruda)
1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0
2 120 0,0975 0,5 0,4 2,4992 2,4992 0,00438 0,9956 -0,00190
3 240 0,1951 0,5 0,4 2,4992 4,9984 0,00877 0,9912 -0,00382
4 360 0,2926 0,5 0,4 2,4992 7,4976 0,01315 0,9868 -0,00575
5 480 0,3902 0,8 0,4 9,9969 17,4945 0,03070 0,9692 -0,01354
6 600 0,4878 1,3 0,4 22,4930 39,9876 0,07017 0,9298 -0,03159
7 720 0,5853 1,8 0,4 34,9891 74,9767 0,13157 0,8684 -0,06126
8 840 0,6829 2,6 0,4 54,9829 129,9597 0,22807 0,7719 -0,11242
9 960 0,7804 2,9 0,4 62,4806 192,4403 0,33771 0,6622 -0,17895
10 1080 0,8780 3,1 0,4 67,4790 259,9194 0,45614 0,5438 -0,26451
11 1200 0,9756 2,9 0,4 62,4806 322,4000 0,56578 0,4342 -0,36229
12 1320 1,0731 2,8 0,4 59,9814 382,3814 0,67105 0,3289 -0,48287
13 1440 1,1707 2,3 0,4 47,4852 429,8667 0,75438 0,2456 -0,60974
14 1560 1,2682 2,3 0,4 47,4852 477,3519 0,83771 0,1622 -0,78973
15 1680 1,3658 1,6 0,4 29,9907 507,3426 0,89035 0,1096 -0,95999
16 1800 1,4634 1,3 0,4 22,4930 529,8357 0,92982 0,0701 -1,15381
17 1920 1,5609 1.0 0,4 14,9953 544,8310 0,95614 0,0438 -1,35793
18 2040 1,6585 0,8 0,4 9,9969 554,8279 0,97368 0,0263 -1,57978
19 2160 1,7560 0,6 0,4 4,9984 559,8264 0,98245 0,0175 -1,75587
20 2280 1,8536 0,6 0,4 4,9984 564,8248 0,99122 0,0087 -2,05690
21 2400 1,9512 0,5 0,4 2,4992 567,3240 0,99561 0,0043 -2,35793
22 2520 2,0487 0,5 0,4 2,4992 569,8233 1 0
23 2640 2,1463 0,4 0,4 0 569,8233 1 0
24 2760 2,2439 0,4 0,4 0 569,8233 1 0
25 2880 2,3414 0,4 0,4 0 569,8233 1 0
26 3000 2,4390 0,4 0,4 0 569,8233 1 0
27 3120 2,5365 0,4 0,4 0 569,8233 1 0Tabla L5: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del
Sedimentador 1
Muestra Tiempo (t) t/To Vol. Solución AgNO 3 Vol. Solución AgNO 3 mg de Cl-/litro S (C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))
(segundos) gastado en la titulación gastado en la titulación (salida de la unidad)
en ml en ml (C)
(muestra a la salida) (muestra de agua cruda)
1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0
2 240 0,07233 0,4 0,4 0 0 0 1 0
3 480 0,14466 0,4 0,4 0 0 0 1 0
4 720 0,21699 0,4 0,4 0 0 0 1 0
5 960 0,28933 0,5 0,4 2,4992 2,4992 0,00980 0,9901 -0,0042
6 1200 0,36166 0,5 0,4 2,4992 4,9984 0,01960 0,9803 -0,0086
7 1440 0,43399 0,6 0,4 4,9984 9,9969 0,03921 0,9607 -0,0173
8 1680 0,50632 0,7 0,4 7,4976 17,4945 0,06862 0,9313 -0,0308
9 1920 0,57866 0,9 0,4 12,4961 29,9907 0,11764 0,8823 -0,0543
10 2160 0,65099 1,2 0,4 19,9938 49,9845 0,19607 0,8039 -0,0947
11 2400 0,72332 1,2 0,4 19,9938 69,9783 0,27450 0,7254 -0,1393
12 2640 0,79566 1,1 0,4 17,4945 87,4728 0,34313 0,6568 -0,1825
13 2880 0,86799 1,1 0,4 17,4945 104,9674 0,41176 0,5882 -0,2304
14 3120 0,94032 1.0 0,4 14,9953 119,9628 0,47058 0,5294 -0,2762
15 3360 1,01265 0,9 0,4 12,4961 132,4589 0,51960 0,4803 -0,3184
16 3600 1,08499 0,8 0,4 9,9969 142,4558 0,55882 0,4411 -0,3553
17 3840 1,15732 0,9 0,4 12,4961 154,9519 0,60784 0,3921 -0,4065
18 4080 1,22965 0,8 0,4 9,9969 164,9488 0,64705 0,3529 -0,4522
19 4320 1,30198 0,9 0,4 12,4961 177,4449 0,69607 0,3032 -0,5172
20 4560 1,37432 0,8 0,4 9,9969 187,4418 0,73529 0,2647 -0,5772
21 4800 1,44665 0,8 0,4 9,9969 197,4387 0,77451 0,2254 -0,6468
22 5040 1,51898 0,7 0,4 7,4976 204,9364 0,80392 0,1960 -0,7072
23 5280 1,59132 0,7 0,4 7,4976 212,4341 0,83332 0,1666 -0,7781
24 5520 1,66365 0,7 0,4 7,4976 219,9318 0,86274 0,1372 -0,8624
25 5760 1,73598 0,7 0,4 7,4976 227,4294 0,89215 0,1078 -0,9672
26 6000 1,80831 0,6 0,4 4,9984 232,4279 0,91176 0,0882 -1,0543
27 6240 1,88065 0,6 0,4 4,9984 237,4263 0,93137 0,0686 -1,1635
28 6480 1,95298 0,6 0,4 4,9984 242,4248 0,95098 0,0490 -1,3096
29 6720 2,02531 0,6 0,4 4,9984 247,4232 0,97058 0,0294 -1,5314
30 6960 2,09764 0,5 0,4 2,4992 249,9224 0,98039 0,0196 -1,7075
31 7200 2,16998 0,5 0,4 2,4992 252,4217 0,99019 0,0098 -2,0086
32 7440 2,24231 0,5 0,4 2,4992 254,9209 1,0000 0
33 7680 2,314647 0,4 0,4 0 254,9209 1,0000 0
34 7920 2,386980 0,4 0,4 0 254,9209 1,0000 0Tabla L6: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del
Sedimentador 2
Muestra Tiempo (t) t/To Vol. Solución AgNO 3 Vol. Solución AgNO 3 gastado Mg de Cl-/litro S (C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))
(segundos) gastado en la titulación en la titulación en ml (salida de la unidad)
en ml (muestra de agua cruda) (C)
(muestra a la salida)
1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0
2 240 0,07233 0,4 0,4 0 0 0 1 0
3 480 0,14466 0,4 0,4 0 0 0 1 0
4 720 0,21699 0,4 0,4 0 0 0 1 0
5 960 0,28933 0,4 0,4 0 0 0 1 0
6 1200 0,36166 0,4 0,4 0 0 0 1 0
7 1440 0,43399 0,6 0,4 4,9984 4,9984 0,0210 0,9789 -0,0092
8 1680 0,50632 1.0 0,4 14,9953 19,9938 0,0842 0,9157 -0,0382
9 1920 0,57866 1,1 0,4 17,4945 37,4883 0,1578 0,8421 -0,0746
10 2160 0,65099 1,1 0,4 17,4945 54,9822 0,2315 0,7684 -0,1144
11 2400 0,72332 1.0 0,4 14,9953 69,9783 0,2947 0,7052 -0,1510
12 2640 0,79566 0,9 0,4 12,4961 82,4744 0,3473 0,6526 -0,1850
13 2880 0,86799 1.0 0,4 14,9953 97,4697 0,4105 0,5894 -0,2295
14 3120 0,94032 0,9 0,4 12,4961 109,9659 0,4631 0,5368 -0,2701
15 3360 1,01265 1.0 0,4 14,9952 124,9612 0,5263 0,4736 -0,3245
16 3600 1,08499 0,9 0,4 12,4961 137,4573 0,5789 0,4210 -0,3756
17 3840 1,15732 0,8 0,4 9,9969 147,4542 0,6210 0,3789 -0,4214
18 4080 1,22965 0,8 0,4 9,9969 157,4511 0,6631 0,3368 -0,4725
19 4320 1,30198 0,7 0,4 7,4976 164,9488 0,6947 0,3052 -0,5153
20 4560 1,37432 0,7 0,4 7,4976 172,4465 0,7263 0,2736 -0,5627
21 4800 1,44665 0,7 0,4 7,4976 179,9442 0,7578 0,2421 -0,6159
22 5040 1,51898 0,7 0,4 7,4976 187,4418 0,7894 0,2105 -0,6766
23 5280 1,59132 0,7 0,4 7,4976 194,9395 0,8210 0,1789 -0,7472
24 5520 1,66365 0,7 0,4 7,4976 202,4372 0,8526 0,1473 -0,8315
25 5760 1,73598 0,7 0,4 7,4976 209,9349 0,8842 0,1157 -0,9363
26 6000 1,80831 0,6 0,4 4,9984 214,9333 0,9052 0,0947 -1,0234
27 6240 1,88065 0,6 0,4 4,9984 219,9318 0,9263 0,0736 -1,1326
28 6480 1,95298 0,6 0,4 4,9984 224,9302 0,9473 0,0526 -1,278
29 6720 2,02532 0,6 0,4 4,9984 229,9287 0,9684 0,0315 -1,5006
30 6960 2,09764 0,5 0,4 2,4992 232,4279 0,9789 0,0210 -1,6766
31 7200 2,16998 0,5 0,4 2,4992 234,9271 0,9894 0,0105 -1,9777
32 7440 2,24231 0,5 0,4 2,4992 237,4263 1 0
33 7680 2,31464 0,4 0,4 0 237,4263 1 0
34 7920 2,38698 0,4 0,4 0 237,4263 1 0
35 8160 2,45931 0,4 0,4 0 237,4263 1 0Tabla L7: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del
Sedimentador 3
Muestra Tiempo (t) t/To Vol. Solución AgNO 3 Vol. Solución AgNO 3 mg de Cl-/litro S (C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))
(segundos) gastado en la titulación gastado en la titulación en (salida de la unidad)
en ml ml (C)
(muestra a la salida) (muestra de agua cruda)
1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0
2 240 0,0978 0,5 0,4 2,4992 2,4992 0,0040 0,9959 -0,0017
3 480 0,1956 0,5 0,4 2,4992 4,9984 0,0081 0,9918 -0,0035
4 720 0,2935 0,6 0,4 4,9984 9,9969 0,0162 0,9837 -0,0071
5 960 0,3913 4,6 0,4 104,9672 114,9643 0,1869 0,8130 -0,0899
6 1200 0,4891 1,7 0,4 32,4899 147,4542 0,2398 0,7601 -0,1192
7 1440 0,5870 2.0 0,4 39,9876 187,4418 0,3048 0,6951 -0,1579
8 1680 0,6848 1,9 0,4 37,4883 224,9302 0,3658 0,6341 -0,1978
9 1920 0,7827 2,1 0,4 42,4868 267,4170 0,4349 0,5650 -0,2479
10 2160 0,8805 1,7 0,4 32,4899 299,9072 0,4878 0,5121 -0,2905
11 2400 0,9783 1,4 0,4 24,9922 324,8992 0,5284 0,4715 -0,3264
12 2640 1,0762 1,4 0,4 24,9922 349,8915 0,5691 0,4308 -0,3656
13 2880 1,1740 1,5 0,4 27,4914 377,3829 0,6138 0,3861 -0,4132
14 3120 1,2719 1,3 0,4 22,4930 399,876 0,6504 0,3495 -0,4564
15 3360 1,3697 1,2 0,4 19,9938 419,8698 0,6829 0,3170 -0,4988
16 3600 1,4675 1,1 0,4 17,4945 437,3643 0,7113 0,2886 -0,5396
17 3840 1,5654 1,1 0,4 17,4945 454,8589 0,7398 0,2601 -0,5847
18 4080 1,6632 1,1 0,4 17,4945 472,3535 0,7682 0,2317 -0,6350
19 4320 1,7611 1,2 0,4 19,9938 492,3473 0,8008 0,1991 -0,7007
20 4560 1,8589 1,1 0,4 17,4945 509,8419 0,8292 0,1707 -0,7676
21 4800 1,9567 1,1 0,4 17,4945 527,3364 0,8577 0,1422 -0,8468
22 5040 2,0546 1,2 0,4 19,9938 547,3302 0,8902 0,1092 -0,9595
23 5280 2,1524 0,9 0,4 12,4961 559,8264 0,9105 0,0894 -1,0485
24 5520 2,2503 0,9 0,4 12,4961 572,3225 0,9308 0,0691 -1,1604
25 5760 2,3481 0,8 0,4 9,9969 582,3194 0,9471 0,0528 -1,2769
26 6000 2,4459 0,8 0,4 9,9969 592,3163 0,9634 0,0365 -1,4366
27 6240 2,5438 0,7 0,4 7,4976 599,814 0,9756 0,0243 -1,61278
28 6480 2,6416 0,7 0,4 7,4976 607,3116 0,9878 0,0121 -1,91381
29 6720 2,7395 0,6 0,4 4,9984 612,3101 0,9959 0,0040 -2,3909
30 6960 2,8373 0,5 0,4 2,4992 614,8092 1 0
31 7200 2,9351 0,4 0,4 0 614,8093 1 0Tabla L8: Datos obtenidos y cálculos necesarios para el análisis hidráulico del
Sedimentador 4
Muestra Tiempo (t) t/To Vol. Solución AgNO 3 Vol. Solución AgNO 3 mg de Cl-/litro S (C) F(t) 1 - F(t) Log (1-F(t))
(segundos) gastado en la titulación gastado en la titulación en (salida de la unidad)
en ml ml (C)
(muestra a la salida) (muestra de agua cruda)
1 0 0 0,4 0,4 0 0 0 1 0
2 300 0,0917 0,5 0,4 2,4992 2,4992 0,0058 0,9941 -0,0025
3 600 0,1834 0,6 0,4 4,9984 7,4976 0,0175 0,9824 -0,0076
4 900 0,2752 0,6 0,4 4,9984 12,4961 0,0292 0,9707 -0,0128
5 1200 0,3669 0,7 0,4 7,4976 19,9938 0,0467 0,9532 -0,0208
6 1500 0,4587 1,1 0,4 17,4945 37,4883 0,0877 0,9122 -0,0398
7 1800 0,5504 1,6 0,4 29,9907 67,4790 0,1578 0,8421 -0,0746
8 2100 0,6422 1,8 0,4 34,9891 102,4682 0,2397 0,7602 -0,1190
9 2400 0,7339 2,4 0,4 49,9845 152,4527 0,3567 0,6432 -0,1916
10 2700 0,8256 1,7 0,4 32,4899 184,9426 0,4327 0,5672 -0,2462
11 3000 0,9174 1,7 0,4 32,4899 217,4325 0,5087 0,4912 -0,3087
12 3300 1,0091 1,4 0,4 24,9922 242,4248 0,5672 0,4327 -0,3637
13 3600 1,1009 1,3 0,4 22,4930 264,9178 0,6198 0,3801 -0,4200
14 3900 1,1926 1,2 0,4 19,9938 284,9116 0,6666 0,3333 -0,4771
15 4200 1,2844 1,1 0,4 17,4945 302,4062 0,7076 0,2923 -0,5340
16 4500 1,3761 1,2 0,4 19,9938 322,4000 0,7543 0,2456 -0,6097
17 4800 1,4678 1.0 0,4 14,9953 337,3953 0,7894 0,2101 -0,6766
18 5100 1,5596 0,9 0,4 12,4961 349,8915 0,8187 0,1812 -0,7416
19 5400 1,6513 1.0 0,4 14,9953 364,8864 0,8538 0,1461 -0,8350
20 5700 1,7431 1.0 0,4 14,9953 379,8822 0,8888 0,1111 -0,9542
21 6000 1,8348 0,9 0,4 12,4961 392,3783 0,9181 0,0818 -1,0868
22 6300 1,9266 0,8 0,4 9,9969 402,3752 0,9415 0,0584 -1,2329
23 6600 2,0183 0,7 0,4 7,4976 409,8729 0,9590 0,0409 -1,3878
24 6900 2,1100 0,7 0,4 7,4976 417,3705 0,9766 0,0233 -1,6309
25 7200 2,2018 0,6 0,4 4,9985 422,3690 0,9883 0,0116 -1,9319
26 7500 2,2935 0,5 0,4 2,4992 424,8682 0,9941 0,0058 -2,2329
27 7800 2,3854 0,5 0,4 2,4992 427,3674 1 0ANEXO M
TEORÍA DE LA SEDIMENTACIÓN VERTICAL DE ALTA RATA Y LOS
SEDIMENTADORES DE PLACAS INCLINADAS.
Los criterios teóricos enunciados a continuación fueron tomados del libro “Teoría y
practica de la purificación del agua” de Jorge Arboleda (2)
Los Sedimentadores verticales debe operar en flujo laminar con un número de
Reynolds del orden de 100 a 500, se debe conseguir una distribución de flujo
uniforme en todo el fondo del decantador y una recolección uniforme y equilibrada
del efluente por encima de las placas en toda el área del decantador, cada espacio
entre placas debe considerarse como un pequeño decantador que debe recibir la
misma cantidad de agua que los otros (2).
Cuando los vertederos de salida son construidos a los lados de la zona de
sedimentación la eficiencia de la unidad disminuye notablemente, debido a que el
área efectiva es solamente la próxima a los vertederos y el resto se considera como
zona muerta. Por esto, las tuberías centrales recolectoras de agua propician la
extracción uniforme del flujo.
Debido al grado de inclinación de las placas ubicadas en la zona que se considera
mas efectiva en la sedimentación (60 grados) se debe hacer una descomposición
vectorial de velocidades para llegar a una expresión que permita el cálculo de las
cargas superficiales teóricas de diseño de la unidad (2), a continuación se realiza el
análisis de la trayectoria de flujo a través de las placas inclinadas.Las partículas suspendidas en el flujo que haciende a través de las placas con una
velocidad media (v) siguen una trayectoria de descenso influenciada por una
o
velocidad perpendicular a la superficie de las placas (v ) y una velocidad paralela a
y
la dirección del flujo pero en sentido contrario (v).
x
Si el ángulo de inclinación (q ) fuera de cero grados, la velocidad (v ) seria igual a la
y
velocidad crítica (v ) como ocurre en sedimentadores horizontales, por el contrario,
sc
para conocer la velocidad crítica en placas inclinadas se debe descomponer
vectorialmente la trayectoria de las partículas como se muestra en la siguiente
figura:
e
l Vo
Vy q
Vx Vsc
Figura K1: Comportamiento del flujo entre dos placas inclinadas
e l
Por relación de triángulos: =
v v
y x
l
Si L= L*v = v (1)
y x
e
Utilizando relaciones trigonométricas se tiene las expresiones:
v =v *cosq (2) v =v - v *senq (3)
y sc x o sc
Uniendo las ecuaciones 1,2 y 3 se llega a una expresión para la velocidad crítica de
la forma:
v
v = o
sc senq +L*cosqCuanto mas grande es el ángulo de inclinación, el valor de la velocidad crítica se
hace mayor, lo cual no es conveniente, ya que a mayor velocidad crítica la remoción
de partículas gruesas será predominante y el sistema perderá la capacidad de
retener partículas finas. Un ángulo de 60 grados es apropiado para estimular la auto
limpieza de las placas y favorecer la sedimentación.
la velocidad del flujo (v) se obtiene de la relación entre el caudal de operación y el
o
área perpendicular a la superficie de las placas (Ap) la cual viene dada por:
Ap= As*senq - n*e*a
Donde As: área superficial de la zona ocupada por las placas.
n: número de placas.
e: espesor de las placas.
a: longitud de las placas.
La eficiencia de la operación de estas unidades debe realizarse a través del tiempo,
ya que los resultados obtenidos en las pruebas efectuadas en distintos períodos
pueden diferir notablemente.
Sin embargo, los registros de turbiedad del agua que entra y sale de las unidades y
los ensayos para relacionar las velocidades de sedimentación con la remoción de
turbiedad son los procedimientos mas utilizados para aproximar la eficiencia de
cada sistema.
La forma mas común de definir esta eficiencia es con la relación entre la
concentración de partículas a la salida (Nt) y a la entrada (No) del decantador, así
Nt
Eficiencia=1-
NoSi No es muy grande, la eficiencia de la sedimentación se eleva y si al contrario,
este valor es pequeño, la eficiencia se reducirá. En la comparación de
sedimentadores este cálculo es muy importante.ANEXO N
PROCEDIMIENTO UTILIZADO Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA
DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LOS SEDIMENTADORES SEGÚN LAS
VELOCIDADES DE SEDIMENTACIÓN EN RELACIÓN CON LA REMOCIÓN DE
TURBIEDAD
1. Se extrajo al final de cada floculador 6 muestras de agua las cuales se
introdujeron en Beakers procurando no romper los flóculos hasta aquí formados.
2. Rápidamente se agitó cuidadosamente el agua en cada Beaker con el fin de
obtener una concentración homogénea en todo el volumen.
3. Se tomó una muestra inicial (No) de cada Beaker a una misma profundidad y
diferentes muestras (Nt) en intervalos regulares de tiempo determinando su
correspondiente turbiedad.
4. Los resultados obtenidos y cálculos se registraron en tablas como la siguiente.
Beaker Beaker 1 Beaker 2 Beaker 3 Beaker 4 Beaker 5 Beaker 6
T = 1 T = 3 T = 5 T = 10 T = 60 T = 180
min. min. min. min. min. min.
Nt (turb.)
C = Nt/No
Vel.
(cm/s)
Carga
(m3/m2/d
)
5. Se trazaron gráficas de la concentración de partículas remanentes (relación
Nt/No) en función de la velocidad de sedimentación (ver gráficas No 1, 3, 5 y 7 ).La fracción removida que incluye la fracción de partículas con velocidades (v)
s
menores a la velocidad crítica (v ) es:
sc
v
Rt =(1- C)+ s
v
sc
En la gráfica de C vs velocidades de asentamiento, el área sombreada sobre la
curva es igual a la velocidad (vs) en un punto determinado. Por lo cual, la fracción
total removida es
[ ] a
Rt = 1- (Co- Cf) +
v
sc
Donde: Co: fracción remanente según cada velocidad de
sedimentación.
Cf: fracción remanente final en el sedimentador.
A: área bajo la curva a la velocidad crítica.
Vsc: velocidad crítica de operación en el sedimentador.Eficiencia de los sedimentadores según las velocidades de sedimentación en
relación con la remoción de turbiedad
Agua efluente Floculador 1
En la tabla N1 se registran los datos obtenidos y los cálculos necesarios para el
análisis y en la gráfica N1 se muestran la fracción remanente en función de la
velocidad crítica de sedimentación.
Turbiedad inicial: 630 UNT
Caudal de agua que ingresa a la planta: 102 litros/s
Profundidad toma de muestra: 5 cm
Tabla N1: Turbiedad residuales, fracciones remanentes y velocidades de
sedimentación para distintos tiempos (agua efluente del Floculador 1)
Beaker Beaker 1 Beaker 2 Beaker 3 Beaker 4 Beaker 5 Beaker 6
T = 1 min. T = 3 min. T = 5 min. T = 10 min. T = 60 min. T = 180 min.
Turbiedad residual en 105 18 9,25 7,75 3,01 1,91
UNT (Nt)
C = Nt/No 0,1666 0,0285 0,0147 0,0123 0,0047 0,0030
Velocidad de 0,0833 0,0277 0,0166 0,00833 0,00138 0,00046
sedimentación (cm/s)
3 7 6
Carga superficial 72.0 24.0 14,4 7,2 1,2 0,4
(m3/m2/s)0,18
0,16
0,14
)oN/tN(
0,12
dadeibrut
0,1
0,08
noiccarF
0,06
0,04
0,02
0
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09
Velocidad de asentamiento (cm/s)
Gráfica N1: Fracción remanente de turbiedad en función de la velocidad de
asentamiento (agua efluente del floculador 1).
En el momento de la toma de muestras para el ensayo de sedimentación, se midió
la turbiedad del agua de entrada y salida al sedimentador 1, los siguientes son los
valores registrados:
Turbiedad entrada (No): 620 Fracción remanente (Nt/No): 0.008032
Turbiedad salida (Nt): 4.98
De la gráfica N1 se obtiene que para la remoción de turbiedad real encontrada, la
velocidad crítica (v ) alcanzada en la unidad fue de aproximadamente 0.0042 cm/s
sc
(menor a la velocidad crítica encontrada teóricamente) y remoción total real
(teniendo en cuenta la fracción de partículas con velocidades menores a la crítica)
de:
Co: 0.0080
Cf: 0.0026
Área (asimilada como triángulo): 1.13 x10-5[ ] a [ ] 1.13x10- 5
Rt = 1- (Co- Cf) + = 1- 0.0080 +0.0026 +
v 0.0042
sc
Rt =0.9973
Agua efluente Floculador 2
En la tabla N2 se registran los datos obtenidos y los cálculos necesarios para el
análisis y en la gráfica N2 se muestran la fracción remanente en función de la
velocidad crítica de sedimentación.
Turbiedad inicial: 308 UNT
Caudal de agua que ingresa a la planta: 102 litros/s
Profundidad toma de muestra: 5 cm
Tabla N2: Turbiedad residuales, fracciones remanentes y velocidades de
sedimentación para distintos tiempos (agua efluente del Floculador 2).
Beaker Beaker 1 Beaker 2 Beaker 3 Beaker 4 Beaker 5 Beaker 6
T = 1 min. T = 3 min. T = 5 min. T = 10 min. T = 60 min. T = 180
min.
Turbiedad residual en UNT 124,8 27,5 14,8 11,9 6,98 6,05
(Nt)
C = Nt/No 0,40519 0,08928 0,04824 0,03874 0,02266 0,01964
Velocidad de sedimentación 0,08333 0,02777 0,01666 0,00833 0,00138 0,00046
(cm/s)
Carga superficial (m3/m2/s) 72.0 24.0 14,4 7,2 1,2 0,40,45
0,4
0,35
)oN/tN(
0,3
dadeibrut
0,25
0,2
noiccarF
0,15
0,1
0,05
0
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09
Velocidad de asentamiento (cm/s)
Gráfica N2: Fracción remanente de turbiedad en función de la velocidad de
asentamiento (agua efluente del Floculador 2)
En el momento de la toma de muestras para el ensayo de sedimentación, se midió
la turbiedad del agua de entrada y salida al Sedimentador 2, los siguientes son los
valores registrados:
Turbiedad entrada (No): 320 Fracción remanente (Nt/No): 0.02894
Turbiedad salida (Nt): 9.26
De la gráfica N2 se obtiene que para la remoción de turbiedad real encontrada, la
velocidad critica (v ) alcanzada en la unidad fue de aproximadamente 0.0041 cm/s
sc
(menor a la velocidad crítica encontrada teóricamente) y remoción total real
(teniendo en cuenta la fracción de partículas con velocidades menores a la crítica)
de:
Co: 0.029
Cf: 0.020
Área (asimilada como triángulo): 1.84 x10-5[ ] a [ ] 1.84x10- 5
Rt = 1- (Co- Cf) + = 1- 0.029 +0.020 +
v 0.0041
sc
Rt =0.9955
Agua efluente Floculador 3
En la tabla N3 se registran los datos obtenidos y los cálculos necesarios para el
análisis y en la gráfica N3 se muestran la fracción remanente en función de la
velocidad crítica de sedimentación.
Turbiedad inicial: 285 UNT
Caudal de agua que ingresa a la planta: 102 litros/s
Profundidad toma de muestra: 5 cm.
Tabla N3: Turbiedad residuales, fracciones remanentes y velocidades de
sedimentación para distintos tiempos (agua efluente del Floculador 3).
Beaker Beaker 1 Beaker 2 Beaker 3 Beaker 4 Beaker 5 Beaker 6
T = 1 min. T = 3 min. T = 5 min. T = 10 min. T = 60 min. T = 180
min.
Turbiedad residual en UNT 124,8 27,5 14,8 11,9 6,98 6,05
(Nt)
C = Nt/No 0,40519 0,08928 0,04824 0,03874 0,02266 0,01964
Velocidad de sedimentación 0,08333 0,02777 0,01666 0,00833 0,00138 0,00046
(cm/s)
Carga superficial (m3/m2/s) 72.0 24.0 14,4 7,2 1,2 0,41
0,9
0,8
)oN/tN(
0,7
0,6 dadeibrut
0,5
0,4 noiccarF
0,3
0,2
0,1
0
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09
Velocidad de asentamiento (cm/s)
Gráfica N3: Fracción remanente de turbiedad en función de la velocidad de
asentamiento (agua efluente del floculador 3)
En el momento de la toma de muestras para el ensayo de sedimentación, se midió
la turbiedad del agua de entrada y salida del Sedimentador 3, los siguientes son los
valores registrados:
Turbiedad entrada (No): 270 Fracción remanente (Nt/No): 0.0833
Turbiedad salida (Nt): 22.5
De la gráfica N3 se obtiene que para la remoción de turbiedad real encontrada, la
velocidad crítica (v ) alcanzada en la unidad fue de aproximadamente 0.0043 cm/s
sc
(menor a la velocidad crítica encontrada teóricamente) y remoción total real
(teniendo en cuenta la fracción de partículas con velocidades menores a la crítica)
de:
Co: 0.083
Cf: 0.062
Área (asimilada como triángulo): 4.51 x10-5[ ] a [ ] 4.51x10- 5
Rt = 1- (Co- Cf) + = 1- 0.083+0.062 +
v 0.0043
sc
Rt =0.9895
Agua efluente Floculador 4
En la tabla N4 se registran los datos obtenidos y los cálculos necesarios para el
análisis y en la gráfica N4 se muestran la fracción remanente en función de la
velocidad crítica de sedimentación.
Turbiedad inicial: 253 UNT
Caudal de agua que ingresa a la planta: 102 litros/s
Profundidad toma de muestra: 5 cm.
Tabla N4: Turbiedad residuales, fracciones remanentes y velocidades de
sedimentación para distintos tiempos (agua efluente del Floculador 4)
Beaker Beaker 1 Beaker 2 Beaker 3 Beaker 4 Beaker 5 Beaker 6
T = 1 min. T = 3 min. T = 5 min. T = 10 min. T = 60 min. T = 180
min.
Turbiedad residual en UNT 124,8 27,5 14,8 11,9 6,98 6,05
(Nt)
C = Nt/No 0,40519 0,08928 0,04824 0,03874 0,02266 0,01964
Velocidad de sedimentación 0,08333 0,02777 0,01666 0,00833 0,00138 0,00046
(cm/s)
Carga superficial (m3/m2/s) 72.0 24.0 14,4 7,2 1,2 0,41
0,9
0,8
)oN/tN(
0,7
0,6 dadeibrut
0,5
0,4 noiccarF
0,3
0,2
0,1
0
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09
Velocidad de asentamiento (cm/s)
Gráfica N4: Fracción remanente de turbiedad en función de la velocidad de
asentamiento (agua efluente del Floculador 4).
En el momento de la toma de muestras para el ensayo de sedimentación, se midió
la turbiedad del agua de entrada y salida del Sedimentador 4, los siguientes son los
valores registrados:
Turbiedad entrada (No): 245 Fracción remanente (Nt/No): 0.1081
Turbiedad salida (Nt): 26.5
De la gráfica N4 se obtiene que para la remoción de turbiedad real encontrada, la
velocidad crítica (v ) alcanzada en la unidad fue de aproximadamente 0.0009 cm/s
sc
(menor a la velocidad crítica encontrada teóricamente) y remoción total real
(teniendo en cuenta la fracción de partículas con velocidades menores a la crítica)
de:Co: 0.1081
Cf: 0.10
Área (asimilada como triángulo): 3.64 x10-6
[ ] a [ ] 3.64x10- 6
Rt = 1- (Co- Cf) + = 1- 0.1081 +0.10 +
v 0.0009
sc
Rt =0.9960ANEXO O
PROCEDIMIENTOS SEGUIDOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA
EVALUACIÓN DE LOS FILTROS
Desplazamiento de la Grava
El procedimiento seguido fue el siguiente.
1. Se ubicaron en la superficie del lecho filtrante una serie de puntos equidistantes
entren si (formando cuadrícula) dependiendo del área de filtración efectiva
2. Tomando como referencia el nivel de agua, se mide la profundidad de la
superficie del lecho en cada punto.
3. En las siguientes tablas se relacionan las medidas obtenidas en cada punto para
los diferentes filtros.
Tabla O1: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 1 (primera cámara)
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.5 1.0 1.5 2.0
(metros)
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.5 0.106 0.107 0.102 0.122
1.0 0.092 0.109 0.110 0.107
1.5 0.104 0.113 0.107 0.109
Tabla O2: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 1 (segunda cámara)
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.5 1.0 1.5 2.0
(metros)
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.5 0.210 0.182 0.174 0.200
1.0 0.200 0.190 0.195 0.200
1.5 0.192 0.192 0.188 0.179Tabla O3: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 2 (primera cámara)
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.5 1.0 1.5 2.0
(metros)
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.5 0.198 0.198 0.192 0.175
1.0 0.190 0.200 0.188 0.180
1.5 0.188 0.173 0.210 0.182
Tabla O4: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 2 (segunda cámara)
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.5 1.0 1.5 2.0
(metros)
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.5 0.198 0.198 0.192 0.175
1.0 0.190 0.200 0.188 0.180
1.5 0.188 0.173 0.210 0.182
Tabla O5: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 3
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6
(metros)
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.52 0.239 0.199 0.235 0.230 0.209 0.202
1.04 0.221 0.228 0.223 0.214 0.250 0.218
1.56 0.281 0.321 0.243 0.253 0.272 0.241
2.08 0.310 0.260 0.242 0.247 0.241 0.264
Tabla O6: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 4
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6
(metros)
Distancia izq. – derecha. Lado corto (metros)
0.52 0.301 0.322 0.309 0.278 0.264 0.313
1.04 0.284 0.261 0.293 0.312 0.282 0.275
1.56 0.312 0.303 0.322 0.319 0.325 0.272
2.08 0.291 0.328 0.313 0.302 0.311 0.314
Tabla O7: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 5
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6
(metros)
Distancia izq. – derecha. Lado corto (metros)
0.52 0.294 0.298 0.293 0.278 0.318 0.298
1.04 0.318 0.342 0.360 0.281 0.288 0.342
1.56 0.320 0.370 0.355 0.322 0.271 0.288
2.08 0.302 0.314 0.321 0.363 0.346 0.306Tabla O8: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 6
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6
(metros)
Distancia izq. – derecha. Lado corto (metros)
0.52 0.352 0.381 0.356 0.356 0.318 0.329
1.04 0.343 0.33 0.356 0.368 0.361 0.378
1.56 0.333 0.322 0.342 0.338 0.332 0.342
2.08 0.340 0.314 0.328 0.341 0.368 0.310
4. Calculando la diferencia entre la longitud medida en cada punto y la distancia
entre el nivel de agua y el falso fondo (en cada filtro) se obtienen los siguientes
registros:
Tabla O9: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 1 (primera cámara)
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.5 1.0 1.5 2.0
(metros)
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.5 0.744 0.743 0.748 0.728
1.0 0.758 0.741 0.740 0.743
1.5 0.746 0.737 0.743 0.741
Tabla O10: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 1 (segunda cámara)
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.5 1.0 1.5 2.0
(metros)
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.5 0.740 0.768 0.776 0.750
1.0 0.750 0.760 0.755 0.750
1.5 0.758 0.758 0.762 0.771
Tabla O11: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 2 (primera cámara)
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.5 1.0 1.5 2.0
(metros)
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.5 0.712 0.712 0.718 0.735
1.0 0.720 0.710 0.722 0.730
1.5 0.722 0.737 0.700 0.728Tabla O12: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 2 (segunda cámara)
Distancia izq. - derecha. Lado largo (metros) 0.5 1.0 1.5 2.0
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.5 0.715 0.724 0.704 0.716
1.0 0.712 0.733 0.710 0.714
1.5 0.703 0.713 0.720 0.708
Tabla O13: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 3
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6
(metros)
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.52 0.791 0.831 0.795 0.800 0.821 0.828
1.04 0.809 0.802 0.807 0.816 0.780 0.812
1.56 0.749 0.709 0.787 0.777 0.758 0.789
2.08 0.720 0.770 0.788 0.783 0.789 0.766
Tabla O14: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 4
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6
(metros)
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.52 0.671 0.650 0.663 0.694 0.708 0.659
1.04 0.688 0.711 0.679 0.660 0.690 0.697
1.56 0.660 0.669 0.650 0.653 0.647 0.700
2.08 0.681 0.644 0.659 0.670 0.661 0.658
Tabla O15: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 5
Distancia izq. - derecha. Lado largo (metros) 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.52 0.826 0.822 0.827 0.842 0.802 0.822
1.04 0.802 0.778 0.760 0.839 0.832 0.778
1.56 0.800 0.750 0.765 0.798 0.849 0.832
2.08 0.818 0.806 0.799 0.757 0.774 0.814
Tabla O16: Cotas de nivel del lecho en el Filtro 6
Distancia izq. - derecha. Lado largo 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6
(metros)
Distancia izq. - derecha. Lado corto (metros)
0.52 0.626 0.597 0.622 0.622 0.660 0.649
1.04 0.635 0.648 0.622 0.610 0.617 0.600
1.56 0.645 0.656 0.636 0.640 0.646 0.636
2.08 0.638 0.664 0.650 0.637 0.610 0.668Granulometría del lecho filtrante
En el desarrollo de la prueba para cada filtro se siguió el procedimiento a
continuación:
1. Se drenó por completo el lecho filtrante.
2. Con un movimiento de percusión - rotación se introdujo en el lecho un tubo de
PVC de 4 pulgadas de diámetro y 1 metro de largo hasta el inicio del lecho de
grava.
3. Introduciendo la mano cuidadosamente dentro del tubo, se extrajo una muestra
de antracita y otra de arena.
4. Las muestras obtenida se secaron de 12 a 24 horas a 100 °C hasta eliminar
toda la humedad.
5. Una vez secas, se tomaron de cada material una muestra aproximada de 200
gramos y se colocaron en una serie de tamices Serie Americana (No 8 a No 45
para la arena y No 6 a No 25).
6. Se sometió el sistema de tamices a agitación.
7. Se determinó la masa retenida en cada tamiz y se calculó la masa acumulada, la
masa que pasa y porcentaje del total que pasa en cada tamiz.
8. Los valores obtenidos y calculados se registran en las siguientes tablasTabla O17: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de antracita
(filtro No 1)
Masa total: 131.34 g.
Tamaño de Diámetro Masa (gramos) Porcentaje
Serie la abertura promedio de las Retenido Que pasa acumulado
tamiz (mm) partículas (mm) Retenida acumulado acumulado que pasa
6 3.35 Mayor a 3.35 0.12 0.12 131.22 99.909
7 2.80 3.08 0.66 0.78 130.56 99.406
8 2.36 2.58 11.83 12.61 118.73 90.399
10 2.00 2.18 39.20 51.81 79.53 60.553
14 1.40 1.70 60.46 112.27 19.07 14.520
18 1.00 1.20 16.87 129.14 2.20 1.675
25 0.71 0.86 2.15 131.29 0.05 0.038
Colector Menor a 0.71 0.05 131.34 0.00 0.000
Tabla O18: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de arena
(filtro No 1)
Masa total: 176.74 g.
Tamaño de Diámetro Masa (gramos) Porcentaje
Serie la abertura promedio de las Retenido Que pasa acumulado
tamiz (mm) partículas (mm) Retenida acumulado acumulado que pasa
8 2.36 Mayor a 2.36 0.72 0.72 176.02 99.593
10 2.00 2.18 1.52 2.24 174.50 98.733
14 1.40 1.70 6.52 8.76 167.98 95.044
18 1.00 1.20 8.56 17.32 159.42 90.200
25 0.71 0.86 68.96 86.28 90.46 51.183
35 0.50 0.61 71.54 157.82 18.92 10.705
45 0.36 0.43 17.90 175.72 1.02 0.577
Colector Menor a 0.36 1.02 176.74 0.00 0.000Tabla O19: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de antracita
(filtro No 2)
Masa total: 194.03 g.
Tamaño de Diámetro Masa (gramos) Porcentaje
Serie la abertura promedio de las Retenido Que pasa acumulado
tamiz (mm) partículas (mm) Retenida acumulado acumulado que pasa
7 2.80 Mayor a 2.80 0.71 0.71 193.32 99.634
8 2.36 2.58 22.43 23.14 170.89 88.074
10 2.00 2.18 69.60 92.74 101.29 52.203
14 1.40 1.70 91.10 183.84 10.19 5.252
18 1.00 1.20 8.95 192.79 1.24 0.639
25 0.71 0.86 0.72 193.51 0.52 0.268
35 0.50 0.61 0.43 193.94 0.09 0.046
Colector Menor a 0.50 0.09 194.03 0.00 0.000
Tabla O20: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de arena
(filtro No 2)
Masa total: 206.08 g.
Masa (gramos) Porcentaje
Serie Tamaño de Diámetro Retenido Que acumulado
tamiz la abertura promedio de las que pasa
Retenid acumulado pasa
(mm) partículas (mm)
a acumula
do
8 2.36 Mayor a 2.36 0.22 0.22 205.86 99.893
10 2.00 2.18 0.24 0.46 205.62 99.777
14 1.40 1.70 1.92 2.38 203.70 98.845
18 1.00 1.20 6.74 9.12 196.96 95.575
25 0.71 0.86 47.34 56.46 149.62 72.603
35 0.50 0.61 131.29 187.75 18.33 8.895
45 0.36 0.43 17.85 205.60 0.48 0.233
Colector Menor a 0.36 0.48 206.08 0.00 0.000Tabla O21: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de antracita
(filtro No 3)
Masa total: 98.15 g.
Tamaño de Diámetro Masa (gramos) Porcentaje
Serie la abertura promedio de las Retenido Que pasa acumulado
tamiz (mm) partículas (mm) Retenida acumulado acumulado que pasa
7 2.80 Mayor a 2.80 0.11 0.11 98.04 99.888
8 2.36 2.58 0.33 0.44 97.71 99.552
10 2.00 2.18 2.36 2.80 95.35 97.147
14 1.40 1.70 41.42 44.22 53.93 54.947
18 1.00 1.20 48.20 92.42 5.73 5.838
25 0.71 0.86 4.75 97.17 0.98 0.998
35 0.50 0.61 0.87 98.04 0.11 0.112
Colector Menor a 0.50 0.11 98.15 0.00 0.000
Tabla O22: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de arena
(filtro No 3)
Masa total: 200.60 g.
Tamaño de Diámetro Masa (gramos) Porcentaje
Serie la abertura promedio de las Retenido Que pasa acumulado
tamiz (mm) partículas (mm) Retenida acumulado acumulado que pasa
8 2.36 mayor a 2.36 0.08 0.08 200.52 99.960
10 2.00 2.18 0.87 0.95 199.65 99.526
14 1.40 1.70 8.86 9.81 190.79 95.110
18 1.00 1.20 18.52 28.33 172.27 85.877
25 0.71 0.86 84.22 112.55 88.05 43.893
35 0.50 0.61 80.47 193.02 7.58 3.779
45 0.36 0.43 7.43 200.45 0.15 0.075
Colector menor a 0.36 0.15 200.60 0.00 0.000Tabla O23: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de antracita
(filtro No 4)
Masa total: 178.99 g.
Tamaño de Diámetro Masa (gramos) Porcentaje
Serie la abertura promedio de las Retenido Que pasa acumulado
tamiz (mm) partículas (mm) Retenida acumulado acumulado que pasa
6 3.35 Mayor a 3.35 1.03 1.03 177.96 99.425
7 2.80 3.08 2.28 3.31 175.68 98.151
8 2.36 2.58 34.04 37.35 141.64 79.133
10 2.00 2.18 71.50 108.85 70.14 39.187
14 1.40 1.70 59.03 167.88 11.11 6.207
18 1.00 1.20 7.33 175.21 3.78 2.112
25 0.71 0.86 3.72 178.93 0.06 0.034
Colector Menor a 0.50 0.06 178.99 0.00 0.000
Tabla O24: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de arena
(filtro No 4)
Masa total: 202.20 g.
Tamaño de Diámetro Masa (gramos) Porcentaje
Serie la abertura promedio de las Retenido Que pasa acumulado
tamiz (mm) partículas (mm) Retenida acumulado que pasa
acumulad
o
8 2.36 mayor a 2.36 3.65 3.65 198.55 98.195
10 2.00 2.18 5.26 8.91 193.29 95.593
14 1.40 1.70 19.72 28.63 173.57 85.841
18 1.00 1.20 21.36 49.99 152.21 75.277
25 0.71 0.86 76.64 126.63 75.57 37.374
35 0.50 0.61 64.62 191.25 10.95 5.415
45 0.36 0.43 10.32 201.57 0.63 0.312
Colector menor a 0.36 0.63 202.20 0.00 0.000Tabla O25: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de antracita
(filtro No 5)
Masa total: 157.07 g.
Tamaño de Diámetro Masa (gramos) Porcentaje
Serie la abertura promedio de las Retenido Que pasa acumulado
tamiz (mm) partículas (mm) Retenida acumulado acumulado que pasa
6 3.35 Mayor a 3.35 0.56 0.56 156.51 99.643
7 2.80 3.08 1.25 1.81 155.26 98.848
8 2.36 2.58 22.26 24.07 133.00 84.676
10 2.00 2.18 35.88 59.95 97.12 61.832
14 1.40 1.70 64.12 124.07 33.00 21.010
18 1.00 1.20 25.30 149.37 7.70 4.902
25 0.71 0.86 7.65 157.02 0.05 0.032
Colector Menor a 0.50 0.05 157.07 0.00 0.000
Tabla O26: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de arena
(filtro No 5)
Masa total: 192.35 g.
Tamaño de Diámetro Masa (gramos) Porcentaje
Serie la abertura promedio de las Retenido Que pasa acumulado
tamiz (mm) partículas (mm) Retenida acumulado acumulado que pasa
8 2.36 mayor a 2.36 0.59 0.59 191.76 99.693
10 2.00 2.18 1.23 1.82 190.53 99.054
14 1.40 1.70 7.15 8.97 183.38 95.337
18 1.00 1.20 13.28 22.25 170.10 88.433
25 0.71 0.86 71.02 93.27 99.08 51.510
35 0.50 0.61 82.95 176.22 16.13 8.386
45 0.36 0.43 15.62 191.84 0.51 0.265
Colector menor a 0.36 0.51 192.35 0.00 0.000Tabla O27: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de antracita
(filtro No 6)
Masa total: 180.69 g.
Tamaño de Diámetro Masa (gramos) Porcentaje
Serie la abertura promedio de las Retenido Que pasa acumulado
tamiz (mm) partículas (mm) Retenida acumulado que pasa
acumulad
o
6 3.35 Mayor a 3.35 0.21 0.21 180.48 99.884
7 2.80 3.08 0.48 0.69 180.00 99.618
8 2.36 2.58 2.72 3.41 177.28 98.113
10 2.00 2.18 13.26 16.67 164.02 90.774
14 1.40 1.70 68.70 85.37 95.32 52.753
18 1.00 1.20 80.27 165.64 15.05 8.329
25 0.71 0.86 14.83 180.47 0.22 0.122
Colector Menor a 0.50 0.22 180.69 0.00 0.000
Tabla O28: Análisis Granulométrico por tamizado de una muestra de arena
(filtro No 6)
Masa total: 188.05 g.
Tamaño de Diámetro Masa (gramos) Porcentaje
Serie la abertura promedio de las Retenido Que pasa acumulado
tamiz (mm) partículas (mm) Retenida acumulado acumulado que pasa
8 2.36 Mayor a 2.36 0.58 0.58 187.47 99.692
10 2.00 2.18 1.12 1.70 186.35 99.096
14 1.40 1.70 5.28 6.98 181.07 96.288
18 1.00 1.20 55.20 62.18 125.87 66.934
25 0.71 0.86 92.49 154.67 33.38 17.751
35 0.50 0.61 31.49 186.16 1.89 1.005
45 0.36 0.43 1.83 187.99 0.06 0.032
Colector menor a 0.36 0.06 188.05 0.00 0.0009. Se graficaron los valores de porcentaje acumulado que pasa por cada tamiz en
función del diámetro promedio de las partículas (ver gráficas J1 a J12 ).
10. De cada gráfica se obtienen los diámetros promedio de partículas por los que
pasa el 10 % (diámetro efectivo) y 60 % de la masa total.
11. Con los valores encontrados se calculó el coeficiente de uniformidad (Cu)
expresado por:
Diametro(60%)
=
Cu
Diametro(10%)
100
90
80
asap
70
60 euq
50 ejatnecroP
40
30
20
10
0
1 1,11,21,31,41,5 1,61,7 1,81,9 2 2,1 2,22,32,42,52,6 2,72,82,9 3 3,13,23,3 3,43,5
Dp (mm)
Gráfica O1: Análisis acumulativo de la muestra de Antracita (Filtro 1)100
90
80
asap
70
euq
60
50 ejatnecroP
40
30
20
10
0
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8
Dp (mm)
Gráfica O2: Análisis acumulativo de la muestra de Antracita (Filtro 2)
100
90
80
asap
70
60 euq
50 ejatnecroP
40
30
20
10
0
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8
Dp (mm)
Gráfica O3: Análisis acumulativo de la muestra de Antracita (Filtro 3)100
90
80
asap
70
60 euq
50
ejatnecroP
40
30
20
10
0
0,70,80,9 1 1,11,21,31,41,51,61,71,81,9 2 2,1 2,22,32,42,52,6 2,72,82,9 3 3,13,23,33,43,5
Dp (mm)
Gráfica O4: Análisis acumulativo de la muestra de Antracita (Filtro 4)
100
90
80
asap
70
euq
60
50 ejatnecroP
40
30
20
10
0
0,70,80,9 1 1,11,21,31,41,51,61,71,81,9 2 2,12,22,32,42,52,62,72,82,9 3 3,13,23,33,43,5
Dp (mm)
Gráfica O5: Análisis acumulativo de la muestra de Antracita (Filtro 5)100
90
80
asap
70
euq
60
50 ejatnecroP
40
30
20
10
0
0,70,80,9 1 1,1 1,21,31,4 1,51,61,71,81,9 2 2,12,22,32,42,52,6 2,72,82,9 3 3,13,23,33,43,5
Dp (mm)
Gráfica O6: Análisis acumulativo de la muestra de Antracita (Filtro 6)100
90
80
70 asap
60 euq
50
ejatnecroP
40
30
20
10
0
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3
Dp (mm)
Gráfica O7: Análisis acumulativo de la muestra de Arena (Filtro 1)
100
90
80
asap
70
60 euq
50 ejatnecroP
40
30
20
10
0
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3
Dp (mm)
Gráfica O8: Análisis acumulativo de la muestra de Arena (Filtro 2)100
90
80
asap
70
60 euq
50
ejatnecroP
40
30
20
10
0
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3
Dp (mm)
Gráfica O9: Análisis acumulativo de la muestra de Arena (Filtro 3)
100
90
80
asap
70
60 euq
50 ejatnecroP
40
30
20
10
0
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3
Dp (mm)
Gráfica O10: Análisis acumulativo de la muestra de Arena (Filtro 4)100
90
80
asap
70
60 euq
50
ejatnecroP
40
30
20
10
0
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3
Dp (mm)
Gráfica O11: Análisis acumulativo de la muestra de Arena (Filtro 5)
100
90
80
70 asap
60 euq
50
ejatnecroP
40
30
20
10
0
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3
Dp (mm)
Gráfica O12: Análisis acumulativo de la muestra de Arena (Filtro 6)Bolas de lodo
El procedimiento seguido fue el siguiente:
1. Se drenó el agua del filtro.
2. En cuatro puntos seleccionados se extrajeron muestras de arena y antracita de
igual volumen y luego fueron homogenizadas.
3. Con la ayuda de una probeta de 1000 ml se determinó el volumen de una masa
dada de cada muestra (que contenía lodos).
4. Se lavó muy bien la muestra hasta la eliminación de todos los lodos.
5. Una vez limpia, se determinó de nuevo el volumen en la probeta.
6. la diferencia de volúmenes indica la cantidad de lodos
7. El porcentaje de bolas de lodo dado por:
Diferencia.volumenes
%bolas.lodo =
Volumen.inicial.muestra
Determinación del peso especifico
El procedimiento seguido para una muestra de arena y antracita de cada filtro fue el
siguiente:
1. Se secó completamente la muestra a 103 °C
2. Una masa dada totalmente seca se introdujo en una probeta de 100 ml la cual
contenía un volumen de agua.
3. El volumen de agua desplazada corresponde al volumen de la muestra.
4. El peso específico será:
masa.muestra
Peso.especifico =
volumenPorosidad
Los pasos seguidos fueron:
1. En una probeta de 100 ml (con un volumen de agua en su interior) se introdujo
una muestra totalmente seca de cada material.
2. Se midió el volumen de agua que se desplazó y el volumen del lecho de
material en el agua.
3. El volumen de agua en el lecho corresponde al volumen del lecho menos el
volumen desplazado de agua.
5. la porosidad viene dada por:
volumen.agua.en.el.lecho
Porosidad =
volumen..del.lechoANEXO P
TEORÍA DE LA DESINFECCIÓN DEL AGUA
Los procesos de coagulación, floculación, sedimentación y filtración son
considerados como preparatorios para la desinfección, debido a que la remoción de
turbiedad es proporcional a la remoción de virus y bacterias presentes en el agua
cruda.
La desinfección del agua tiene como propósito la eliminación de los organismos
causantes de enfermedades o patógenos como las bacterias, Protozoarios, virus,
tremátodos, etc y su eficiencia depende del tiempo de contacto, concentración
adicionada, la temperatura y el pH.
Por lo anterior, el desinfectante utilizado en la planta de ser capaz de destruir los
microorganismos causantes de enfermedades a la temperatura del agua y en un
tiempo adecuado sin que provoque toxicidad en el agua además de que debe
obtenerse y manejarse fácilmente, a un bajo costo.
Es muy importante que el desinfectante utilizado deje un efecto residual en el agua
para evitar contaminaciones posteriores.
La cloración es el proceso de desinfección que reúne las mejores ventajas en
cuanto a eficiencia, costo, manejo y por dejar un efecto residual. Tiene la desventaja
de formar subproductos secundarios con posible riesgo para la salud pública y ser
corrosivo.Al reaccionar el cloro con el agua produce ácido hipocloroso (HOCl) que a su vez se
disocia en el ion Hipoclorito (OCl) e Hidrogeno (H+). El ion Hipoclorito es el llamado
cloro libre y tiene la mejor eficiencia en la desinfección del agua.
Ante la presencia de nitrógeno amoniacal, el cloro reacciona formando cloramidas
(monocloraminas, dicloraminas y tricloraminas) conocidas como cloro combinado y
de menor eficiencia desinfectante.
El cloro residual total en el agua lo constituyen el cloro libre y el cloro combinado, y
cuando es adicionado cloro a una muestra de agua cruda, la diferencia entre el cloro
adicionado y el cloro residual se conoce como la demanda de cloro.
Al agregar cloro en diferentes concentraciones a varias muestras de un mismo tipo
de agua, no se encuentra una relación directa entre el cloro adicionado y el cloro
residual determinado. Por lo anterior en las aguas crudas se debe determinar cuanto
es la dosificación de cloro que arroja el mínimo valor de cloro residual, lo que se
conoce como punto de quiebre.
Cuando la concentración de materia orgánica en el agua es alta, se debe prestar
especial atención a la formación de compuestos trihalogenados (principalmente
trhalometanos) los cuales tienen efectos cancerígenos en la población.ANEXO Q
ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD
AMENAZAS GEOLÓGICAS
Debido a la ubicación geográfica y geológica, el Departamento de Caldas esta
sometido a los diferentes tipos de amenazas geológicas que se han identificado en
Colombia.
Amenaza Sísmica.
El sector conocido como el Viejo Caldas es una de las regiones donde se ha
registrado un alto número de sismos históricos, de consecuencias catastróficas para
algunas de las ciudades del área1. De acuerdo con el decreto 1400 de 1984, código
Colombiano de Construcciones Sismo-resistentes, el occidente del departamento
tiene una amenaza sísmica alta y la parte oriental está dentro de una zona de
amenaza sísmica intermedia.
El territorio municipal de Villamaría se encuentra dentro de una zona de alta
sismicidad en el ámbito nacional y regional, debido a que esta afectado por una
serie de esfuerzos derivados del encuentro de tres placas teutónicas (la placa de
Nazca, la del Caribe y la de Suramericana), en donde se presentan márgenes
convergentes con zonas de subducción y fallamiento transcúrrete, estos
antecedentes hacen esencial la aplicación estricta del código de construcciones
sismorresistentes (NRS-98).Villamaría también esta influenciada por el cinturón de fuego del Pacifico, que es
una de las zonas de mayor actividad tanto sísmica como volcánica, esto se
manifiesta en la gran cantidad de fallas que atraviesan el municipio.
Amenaza Volcánica:
Varios de los volcanes activos del país se encuentran ubicados en el Parque
Nacional de los Nevados, en limites con el departamento del Tolima y las
erupciones volcánicas más catastróficas han ocurrido en este macizo, en el
departamento de Caldas existen amplias zonas sometidas a la amenaza derivada
de erupciones volcánicas principalmente en las proximidades de los edificios
volcánicos y a lo largo de los ríos y corrientes que nacen en estos.
La catástrofe mayor se presento en la cuenca de los ríos Claro, Chinchina y Cauca
debido a los lahares producidos por la erupción del Volcán del Ruiz en noviembre de
1985, siendo Chinchina en su área urbana y Villamaría, Manizales, Palestina y Neira
en su área rural las poblaciones más afectadas del departamento.
Por lo tanto los pobladores de esta zona deben aprender a convivir con esta
amenaza que comprende derrames de lava, flujos piro clásticos y lahares.
Es tipo de eventos pueden afectar la planta de potabilización con polución en el aire
alrededor de la misma y aumento en la concentración de sulfatos y metales en el
agua de las quebradas que abastecen el proceso de potabilización.
Derrames de lava
Como de alta amenaza se restringen a las zonas donde se encuentran depósitos
antiguos, la extensión de este fenómeno es limitada por su viscosidad y la
composición del magma ya que las lavas son poco fluidas y de enfriamiento rápido.Flujos piroclásticos:
Son corrientes densas de material particulado, gaseoso y caliente que se comporta
a manera de fluido, su movilidad se debe al gas caliente en expansión, su
temperatura varia entre decenas y cientos de grados centígrados y sus velocidades
alcanzan en algunos casos los centenares de Km/hora, los flujos piro clásticos son
potencialmente los más destructivos de los fenómenos volcánicos.
La alta amenaza se presenta principalmente en las áreas de influencia de los ríos
Claro y Molinos y las quebradas Nereidas, Chupaderos y Romerales; y las zonas de
baja amenaza se encuentran en las partes mas altas y donde hay poca influencia de
los fenómenos volcánicos.
Lahares:
Los lahares son flujos constituidos por una mezcla de material volcánico como
rocas, cenizas y pómez con agua en proporciones variables, los cuales una vez
combinados viajan rápidamente pendiente abajo siguiendo los cauces fluviales, son
fenómenos volcánicos comunes cuando abunda el agua.
Los lahares descienden por los valles de los ríos molinos y la quebrada Nereidas en
caso de una erupción del nevado del Ruiz tal como ocurrió el 13 de noviembre de
1985. los lahares se limitan a estos dos cauces pues estos nacen en el glaciar del
nevado del Ruiz.
Amenaza por movimientos en masa
Los movimientos en masa o derrumbes a diferencia de las anteriores amenazas,
afectan áreas más pequeñas pero por su gran frecuencia pueden llegar a tener
efectos catastróficos para la vida y la propiedad.En la determinación de zonas amenazadas por movimientos de masa, se tienen en
cuenta los procesos erosivos actuales, las pendientes, la geología estructural, las
formaciones superficiales, el uso y manejo del suelo entre otros.
Inundaciones y Avenidas torrenciales:
Muchas de las cuencas de alta montaña, especialmente donde existen procesos
avanzados de degradación del paisaje por actividad antrópica son propensas a la
ocurrencia de crecientes torrenciales que revisten gran peligrosidad para los
habitantes o poblaciones localizadas cerca de sus cauces.
Para la zonificación de la amenaza por inundación en la zona rural del municipio de
Villamaría se tienen en cuenta factores como la edad y la mayor o menor extensión
de las terrazas dejadas por los ríos, el lugar de nacimiento del cauce, las
características torrenciales de los caudales, la cantidad y granulometría de los
sedimentos transportados por los cauces y su caudal.
La amenaza alta la tienen los cauces de los ríos Molinos, Claro, Chinchina y
quebradas Nereidas, Chupaderos, California y Romeral; y la baja amenaza las
quebradas la Oliva, San Julián, El Arroyo y las Juntas.
Erosión de suelos:
La variada geología del municipio, así como la diversidad de suelos y pendientes
son factores que asociados a las actividades humanas, generan procesos erosivos y
más aun cuando el uso que se le da no es el adecuado.
Las practicas culturales inadecuadas en el manejo de cultivos hortofrutícolas, café
forestales y praderas, como quemas, cultivos limpios donde los suelos permanecen
sin cobertura exponiéndose a la acción erosiva del viento y el agua causando el
deterioro de su fertilidad y estructura, siembras en sentido de las pendientes uso del
azadón y sobre pastoreo son el origen de procesos erosivos de diferente clase,intensidad y magnitud, en el área rural del municipio se han encontrado los
siguientes problemas erosivos.
Tabla Q1: Principales procesos erosivos detectado en el área rural de Villamaría
Tipo de Problema Lugar
Avalanchas de debris , aporte de Área del nevado del Ruiz sector la
sedimentos y deslizamientos telaraña-conventos
Erosión superficial Vereda los cuervos
Deslizamientos, erosión superficial, Vereda tejares , finca el edén
agrietamientos, afloramientos
Deslizamientos Vereda Partidas
Deslizamientos, erosión superficial, Sector barro azul, via a playa larga Km
inundaciones, asentamientos 12 quebrada. Marmato
Deslizamientos, asentamientos, Vía a papayal y playa larga
afloramientos, laderas inestables ,zona de
cizalla, (falla San Jerónimo)
Deslizamientos, erosión superficial, Vía el parnaso-la telaraña Km 15 día.
socavación asentamientos Marmato
Socavación, asentamiento Vía rio Bamba- la Zulia, qda. Marmato
Deslizamientos, agrietamientos Vereda el pindo- Hda. El Parnaso
Asentamientos Aldea agrícola la paz
Afloramientos Vereda la florida
Erosión Superficial Vereda el Yarumo, finca los farallones
Deslizamiento Vereda Papayal, escuela
Deslizamiento Km 2 via la telaraña
Deslizamiento Vereda guayana, finca Costarica
Deslizamiento Finca tierra mía
Deslizamiento erosión superficial, Vereda los cuervos, finca la
socavación pastorcita.AMENAZAS EN EL SISTEMA DE POTABILIZACION
En la operación rutinaria de los sistemas ocurren interrupciones debido a fallas de
equipo, roturas de tuberías y racionamiento por escasez cada vez mayores debido
al crecimiento de la población y de la infraestructura.
La experiencia de impactos del pasado ha permitido conocer sus consecuencias en
los sistemas de agua potable y alcantarillado sanitario, dichos impactos pueden
predecirse en la fase de diseño mediante la construcción de estructuras alejadas de
los riesgos y resistentes al impacto de las amenazas usuales de la zona; y a través
de la implementación de medidas de mitigación dirigidas a mejorar la resistencia de
las estructuras débiles o críticas.
Amenazas en la aducción
Las bocatomas y desarenadores de los dos sistemas de abastecimiento
(Chupaderos y La Albania) no cuentan con mallas u otros elementos que eviten el
acceso de personas ajenas a la empresa. Por lo cual es eminente el peligro que
existe a amenazas antrópicas y otros actos de vandalismo.
La tubería que transporta el agua desde la bocatoma del sistema Chupaderos hasta
la cámara de unión tiene tramos descubiertos como se aprecia en el video Cassette
adjunto, lo cual la hace propensa al rompimiento por objetos que puedan caer sobre
esta accidentalmente como consecuencia de deslizamientos o sismos (rocas,
troncos, etc.) o por actos de vandalismo (amenaza antrópica).
Las tuberías superficiales responden a un terremoto siguiendo una serie de
parámetros dinámicos. Sin embrago, las tuberías enterradas responden a los
movimientos de manera conjunta con el terreno, siguiendo la curvatura y
deformación sufrida por el mismo.Por ello, es de vital importancia localizar en el área de ubicación de la planta de
potabilización y paso de la tubería de aducción la composición de la estructura del
suelo y los sectores en donde estas deformaciones o efectos sean mas probables
(la identificación de estos puntos es aparte de un estudio de micro zonificación
sísmica).
En el planteamiento de un estudio para identificar los puntos críticos donde las
tuberías pueden sufrir daños se deben incluir aspectos como edad, material,
localización, tipos de accesorios, longitudes, diámetros, etc, además, la
determinación de los sectores en los que las líneas de aducción de agua se
interceptan con uno o mas de los siguientes factores: fallas Geológicas y zonas de
amenaza alta por deslizamiento.
A continuación se muestra una metodología para estimar el numero esperado de
roturas en las líneas de aducción de agua a la planta afectadas por los movimientos
sísmicos (Metodología propuesta por la OMS y OPS (12)).
1. Se asigna un factor de amenaza sísmica de acuerdo a la siguiente tabla.
Tabla Q2: Factores de amenaza sísmica para diferentes niveles de amenaza.
Amenaza sísmica FAS (Factor de Amenaza Sísmica)
Amenaza sísmica Alta FAS =< 2
Amenaza sísmica Intermedia 2 < FAS < 4
Amenaza sísmica Baja FAS > 4
2. Se Identifica el material de las tuberías y se asigna un factor de corrección.
En la tabla siguiente de relacionan los factores de corrección para varios
tipos de materiales (los factores pueden ser afectados por la edad de la
tubería y el estado de la misma).Tabla Q3: Factores de corrección para distintos materiales
Material Factor de corrección
Acero 0.25
Hierro Dúctil 0.25
Hierro Fundido 1.00
Cloruro de Polivinilo 1.50
Asbesto Cemento 2.60
Concreto reforzado 2.60
3. Se determina el Índice Básico de Daño (IBD) por sismos que depende del
grado de intensidad de Mercalli (se asume de VII) y el Factor de Amenaza
Sísmica FAS (ver tabla a continuación).
Tabla Q4: Índice Básico de Daño según la intensidad sísmica y la amenaza
Intensidad de Índice Básico de Daño (IBD)
Mercalli FAS < 2 FAS > 2
VI 0.0015 0.01
VII 0.015 0.09
VIII 0.15 0.55
IX 0.35 4.00
X 0.75 30.0
4. Se calcula el numero esperado de fallas por Kilómetro (NEFK) de la formula.
NEFK = longitud tubería x IBD x Factor de Corrección.
En la tabla a continuación se relacionan los cálculos del (NEFK) para los diferentes
tramos de aducción, así.Tabla Q5: Numero esperado de fallas por Kilómetro para cada tramo en la aducción
Tramo Bocatoma – Bocatoma – Desarenador – Desarenador – Cámara de unión
Desarenador Desarenador cámara unión cámara unión – planta
Chupaderos La Albania Chupaderos La Albania
Longitud tubería 0.350 0.400 2.946 1.116 2.150
(Km)
Material tubería PVC PVC PVC Acero al carbón Acero al carbón
(FAS) 3 3 3 3 3
Factor de 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
Corrección
(IBD) 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09
(NEFK) 0.04725 0.054 0.3977 0.15066 0.2902
La vía de acceso a la bocatoma del sistema Chupaderos es muy angosta y de alto
riesgo de transitabilidad por lo cual el personal que mantiene la bocatoma es
propenso a accidentes.
Amenazas en la planta
Por su ubicación topográfica la planta de potabilización es vulnerable a
deslizamientos e inundaciones, sin embrago, una atención inmediata a cualquier
eventualidad reduce el perjuicio a la población servida.
Las estructuras de las unidades que constituyen las diferentes etapas de
potabilización presentan fisuras leves en el concreto, por ello un análisis de los
materiales y la determinación de sus resistencias residuales permite hacer una
evaluación completa de los daños producidos por los componentes estructurales y
estimar la capacidad resistente real con el fin de conocer el coeficiente de seguridad
actual de la estructura y determinar si es preciso reparar, reforzar o demoler.
Los ensayos esclerometricos son métodos no destructivos que buscan hallar la
resistencia del concreto a través de su dureza superficial.
La unidades son propensa a los fenómenos atmosféricos que se puedan presentar
(torrenciales, lluvias ácidas, etc.).Para el análisis de seguridad se deben conocer características de los materiales
como: resistencia a la compresión, tracción y modulo de elasticidad del concreto,
resistencia a la tracción y alargamiento de rotura del acero, curvas de deformación.
La empresa cuenta en sus archivos planos en donde se indica la ubicación exacta
de las válvulas principales, dimensiones de las estructuras y distribución general.ANEXO R
FOTOGRAFIASFoto R1: Vista Planta de Potabilización de agua del Municipio de Villamaría
Aquamana E.S.P.
Foto R2: Cuarto para el almacenaje del Sulfato de Aluminio.Foto R3: Dosificadores de Sulfato de Aluminio
Foto R4: Vista superior de la Canaleta ParshallFoto R5: Floculador 1
Foto R6: Floculador 2Foto R7: Floculadores 3 y 4
Foto R8: Sedimentador 1Foto R9: Sedimentador 2
Foto R10: Sedimentador 3Foto R11: Sedimentador 4
Foto R12: Vista de los Seis Filtros de la Planta de PotabilizaciónFoto R13: Cuarto para el almacenaje de los cilindros de Cloro Gaseoso