Diseño De Una Planta Fime 2m2un

DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE TIPO FIME PARA LA FINCA LA ROSITA UBICADA EN LA VEREDA FIRAYA DEL MUNICIPIO DE SIACHOQUE, BOYACÁ

ATARA CASTILBLANCO ALYSSON NYLOVNHA CUERVO CASTILLO GISELLE ZULAY HOLMAN EDUARDO MACIAS CEPEDA PÉREZ LAVERDE ÁNGELA JULIETH

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS INGENIERÍA CIVIL TRATAMIENTO DE AGUAS TUNJA 2015

DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE TIPO FIME PARA LA FINCA LA ROSITA LA VEREDA FIRAYA DEL MUNICIPIO DE SIACHOQUE, BOYACÁ

ATARA CASTILBLANCO ALYSSON NYLOVNHA CUERVO CASTILLO GISELLE ZULAY HOLMAN EDUARDO MACIAS CEPEDA PÉREZ LAVERDE ÁNGELA JULIETH

Proyecto presentado al Ingeniero Camilo Lesmes Fabián en el Área en el Área de Tratamiento de Aguas.

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS INGENIERÍA CIVIL TRATAMIENTO DE AGUAS TUNJA 2015

TABLA DE CONTENIDO

1

INTRODUCCIÓN............................................................................................. 5

2

OBJETIVOS.................................................................................................... 6

3

2.1

GENERAL................................................................................................ 6

2.2

ESPECIFICOS.......................................................................................... 6

CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA..................................................................7

3.1 LOCALIZACIÓN............................................................................................... 7 3.2 FUENTE DE ABASTECIMIENTO.....................................................................8 3.3 CAPTACIÓN................................................................................................. 8 3.4 4

CONTAMINANTES.................................................................................. 10

CARACTERIZACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA.............................................11 4.1

IRCA...................................................................................................... 14

4.1.1 Cálculo del IRCA....................................................................................16 5

PROPUESTA DE TRATAMIENTO....................................................................17

6

DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO.....................................................18 6.1 CALCULOS................................................................................................ 18 6.1.1 Pre-Sedimentador.................................................................................. 18 6.1.2 Tanque Sedimentador.............................................................................19 6.1.3 Sistema de retro lavado..........................................................................20 6.1.4 Sumergencia......................................................................................... 21 6.1.5 Altura dinámica de elevación...................................................................22 6.1.6 Cavitación............................................................................................. 24

8 CONCLUSIONES.............................................................................................. 28 9 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................. 28 10 INFOGRAFÍA.................................................................................................. 28

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Esquema de suministro de agua potable....................................................8 Figura 2. Procesos básicos para un tratamiento convencional...............................15

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Caracterización del agua río Cataca..........................................................11 Tabla 2. Puntaje de riesgo para cálculo del IRCA...................................................13

1 INTRODUCCIÓN

El agua, juega un papel fundamental en el consumo y la elaboración de una gran variedad de productos, no sólo forma parte en un alto porcentaje de nuestro organismo, sino también se manifiesta en muchas de las tantas actividades que realizamos a diario. De ahí la importancia de contar con una buena calidad del recurso y una adecuada continuidad del servicio de suministro. Hoy en día, se hace cada vez más difícil el contar con el recurso en un estado adecuado para el consumo humano, lo que se deriva en altos costos de inversión para las alcaldías de los distintos municipios, quienes asumen proyectos pretendiendo mejorar la calidad del recurso hídrico. Sin embargo, la calidad del agua y la cobertura del servicio en el área rural, no son los únicos problemas de una red de agua potable, pues también se generan factores adversos como las enfermedades ocasionadas por el no tratamiento de las aguas desde su fuente de abastecimiento antes de ser distribuida a la población.

2 OBJETIVOS

2.1 GENERAL

Diseñar un sistema de tratamiento que garantice el cumplimiento de los parámetros de calidad del agua de la fuente de abastecimiento de la vereda Firaya ubicada en el municipio de Siachoque, Boyacá

2.2 ESPECIFICOS



Realizar

un

análisis

de

las

características

físicas,

químicas

y

microbiológicas del agua extraída del Rio Cataca, vereda Firaya Municipio Siachoque, Boyacá. 

Determinar los parámetros que se encuentran en incumplimiento de los valores máximos isibles establecidos en la Resolución 2115 de 2007 de ministerio de la protección social, ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial.



Establecer el tipo de tratamiento requerido para el control de los parámetros que se encuentran fuera de los rangos isibles.



Generar un diseño que contenga los tratamientos establecidos y se ajusten a los recursos de una población rural. En este caso los habitantes de la vereda Firaya Municipio Siachoque, Boyacá.

3 CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA

3.1 LOCALIZACIÓN

Figura 1 Localización

Fuente: Google Earth 1

La vereda Firaya, se encuentra localizada en el municipio de Siachoque en el

departamento de Boyacá, dista a 5 Km del centro del municipio y está cerca a la vía que conduce a Iguaza.

1 ALCALDÍA MUNICIPAL, Siachoque. Esquema de Ordenamiento Territorial. Siachoque 20012010.

3.2 FUENTE DE ABASTECIMIENTO

2

La vereda Firaya se abastece del agua extraída del Rio Cataca, que posee un

caudal de 20,0 l/s en época de verano y de 80,0 l/s en época de invierno.

3.3 CAPTACIÓN

La captación en el Rio Cataca se realiza a través de una Galería de Infiltración, en donde por medio de una tubería perforada y filtros en piedra, se conduce el agua a una caja colectora. En el colector se capta un caudal de 0,076 l/s .Adicional a ello, se encuentran ubicados varios filtros en piedra, los cuales ayudan a aumentar el caudal, debido a que están distribuidos por todo el lote. A continuación se presenta un esquema y descripción del funcionamiento de dicha captación:

2 ALCALDÍA MUNICIPAL, Siachoque. Esquema de Ordenamiento Territorial. Componente Urbano. Siachoque 2001-2010.

Figura 2 Esquema de suministro de agua potable

Fuente: Informe Servicios públicos

1. Los puntos A, B y C se encuentran conectados a una caja con dos 2.

compartimentos en el punto D. 3 En el punto (A) encontramos un pozo tipo alcantarillado construido con ladrillo y sin revestimientos, que cuenta con dos entradas en tubería de Gres de 8”

(1,2), las cuales reciben el agua del nacimiento pasando por un lecho de grava. 3. La salida del pozo es una tubería de 4” en Gres conectada a una caja de inspección de 30 x 30 cm en el punto (B), que comunica con la caja principal (D) mediante una tubería de 3” en PVC. 4. A la caja del punto (C), llega un lecho de grava mediante una tubería de 4” en Gres y sale una tubería de PVC con el mismo diámetro a la caja principal. 3 ALCALDÍA MUNICIPAL, Siachoque. Informe de la Captación del Sistema de Acueducto. Siachoque 2012.

5. La caja principal posee dos compartimentos, uno de ellos encargado de recibir los aportes del pozo (A) y las cajas de los puntos (B) y (C), con una tubería de salida perforada de 4”, que regula el caudal hacia el tanque de almacenamiento; y un segundo compartimiento, encargado de recibir los excesos del primero, mediante una tubería de 2”.

3.4 CONTAMINANTES

El agua captada de la fuente de abastecimiento se ve afectada por la degradación de las cuencas, el arrastre de sedimentos por erosión natural y las altas concentraciones de fosfatos, debido a cultivos en la zona, y a los extremos microbiológicos y de turbiedad ocurridos en invierno. Alterando parámetros como: color aparente, Turbiedad y hierro total.

4 CARACTERIZACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA

Con el fin de revisar los parámetros de calidad de agua del Río Cataca y verificar su respectiva correspondencia con el decreto 1575 de 2007 y la resolución 2115 del mismo año. Se realizó en el afluente la toma de una muestra del recurso hídrico y se llevó a cabo el análisis fisicoquímico y microbiológico de la misma. A continuación se presenta una tabla con los resultados que arrojó dicho análisis. En ellos se evidencia una alta concentración de turbidez debido al arrastre de tierra y capa vegetal aguas arriba de la captación, además de un valor de hierro total y color aparente fuera del límite isible. Los demás resultados son en general bastante buenos y se encuentran dentro del rango de los valores permitidos.

Tabla 1. Caracterización del agua río Cataca

Fuente: Reporte de resultados caracterización del agua Serviquímicos E.U

4.1

IRCA

Con base a los resultados obtenidos, se determina el grado de riesgo de ocurrencia de enfermedades relacionadas con el no cumplimiento de las características físicas, químicas y microbiológicas del agua para consumo humano, o IRCA, asignando así a cada uno de los parámetros analizados un puntaje de riesgo en correspondencia con los lineamientos contenidos en el Artículo 13 de la Resolución 2115 de 2007 del ministerio de la protección social, ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial, así:

Tabla 2. Puntaje de riesgo para cálculo del IRCA

Fuente: Autores

La columna “Riesgo por parámetro”, corresponde a valores especificados en el artículo 13 de la resolución mencionada para cada uno de los parámetros analizados.

4.1.1 Cálculo del IRCA

Para el cálculo del Índice de Riesgo de la Calidad del Agua para consumo humano, se aplica la fórmula contenida en el Artículo 14 de la Resolución 2115 de 2007, donde:

IRCA ( ) =

∑ Puntaje de riesgo asignado a las características no aceptables ∗100 ∑ Puntajes de riesgo asignados atodas las características analizadas

Reemplazando, se obtendría un IRCA del 28,85%:

IRCA ( ) =

22,5 ∗100 78

IRCA=28,85

Con base en el cual se revisa el Cuadro N° 7 del Artículo 15 de la resolución, ello con el fin de clasificar el nivel de riesgo con que cuenta el recurso hídrico con el que actualmente se abastece la población de la vereda Firaya del municipio de Siachoque, Boyacá. Dicho cuadro, permitió designar un nivel de riesgo “Medio” , debido a que el IRCA calculado se encuentra en el rango de 14,1 a 35%, lo que corresponde a un agua “No apta para el consumo humano” , pero no inviable sanitariamente, razón por la cual se procede a analizar las posibilidades de tratamiento para este recurso hídrico.

5 PROPUESTA DE TRATAMIENTO

De acuerdo a la caracterización obtenida, se puede establecer que los procesos que deben llevarse a cabo para el tratamiento del recurso hídrico son de tipo FIME. A continuación se presenta un esquema de los tratamientos que se desarrollaran para la potabilización del agua obtenida del Rio cataca del Municipio de Siachoque, Boyacá.

Figura 3. Esquema tratamiento seleccionado.

Fuente: Autores Los componentes que se tendrán en cuenta para conseguir la potabilización del agua para la finca la Rosita se representan en el siguiente esquema.

Figura 4. Componentes del sistema de tratamiento

Fuente: Autores

6 DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

6.1 CALCULOS

6.1.1 Pre-Sedimentador

Los parámetros para el diseño del Pre-Sedimentador fueron: 

Caudal de 23 ml/s.



Temperatura del agua 13 °C para la cual la viscosidad dinámica 0,01202 g/cm*s.



Tamaño de las partículas a remover 0.01 mm correspondiente a un fango medio.



Gravedad específica del material.

6.1.2 Tanque Sedimentador El sedimentador fue adaptado en un tanque plástico para continuar utilizando este tipo de material en el sistema garantizando facilidad para el transporte y la instalación  vs=

Velocidad de sedimentación g ( ρs−ρH 2O) 2 d 18 μ



Área superficial

As=

Q Vs

 D=

Diámetro del tanque

√

 As=

Área superficial tanque πD 4

 Vs=

√

2

Velocidad del agua Q As



d=

4A π

Tamaño de partículas a remover

18 μVs g ( ρs−ρH 2 O)

 Trh=

Tiempo de retención H Vs

6.1.3 Sistema de retro lavado

El sistema de lavado para los filtros está integrado por el sistema de bombeo por medio de la cual se conduce el agua hasta el tanque elevado y la red instalada en cada tanque para conducir el agua a través del lecho filtrante, a continuación se describe el diseño de estos dos componentes.  Sistema de bombeo El diseño se realiza utilizando la metodología propuesta en el libro Elementos para el diseño para acueductos y alcantarillados de López Cualla. Los parámetros para el diseño del Sistema de Bombeo:  

Caudal de 1 l/s. Temperatura del agua 15°C con una viscosidad cinemática de 0.01146

 

cm2/s. Coeficiente de Hazen para tubería PVC 150. Altura sobre el nivel del mar 1350 m.

 Calculo de diámetros

1. Tubería de impulsión 

Diámetro D=

1.3∗1 √Q 4



Velocidad de la tubería

Q A

Vi=

2. Tubería de Succión  

Se utiliza el diámetro comercial siguiente, en este caso 1¼”. Velocidad de la tubería Vs=

Q A

6.1.4 Sumergencia �=2.5�s+1.0

6.1.5 Altura dinámica de elevación



Perdidas en la succión

Para la instalación de la succión se utilizan una válvula globo, una entrada de borda, un codo de 90º radio corto, y 1.5 metros de longitud de tubería recta de diámetro de una pulgada. La pérdida total de los rios es de 9.7 m, luego la longitud equivalente total es igual a 9.7 m + 1.5 m = 11.3 m.



Perdidas unitarias de la succión J=

[

Q 2.63 278.5∗C∗D

]

1 0.54



Perdidas en la succión Js=J∗longitud equivalente total



Perdidas en la impulsión

Para la instalación de la impulsión se utilizan una válvula globo, una te de paso lateral, dos codos de 90º radio corto, y 24 metros de longitud de tubería recta de diámetro de una pulgada. La pérdida total de los rios es de 15.8 m, entonces la longitud equivalente total es igual a 11.5 m + 24 m = 35.5 m.



Perdidas unitarias de la impulsión J=



[

Q 2.63 0.2785∗C∗D

]

1 0.54

Perdidas en la impulsión Ji=J∗longitud equivalente total



Altura de la velocidad de descarga V i2 Vd= 2g



Cotas del sistema

Tabla 3 Cotas del sistema

Fuente: Autores



Altura dinámica total Hdt=Hi+ Hs+Vd +Js + Ji

 Cálculo de la potencia



Potencia inicial

Para estas condiciones el peso específico es 9.798 KN/m3, según la temperatura 15º, y se estima una eficiencia (e) del 65%. Pb=



γ∗Q∗Hdt e

Potencia del motor requerido Pm=Pb∗K



Potencia en caballos de fuerza HP

El factor de conversión (fc) para caballos de fuerzas es de 1.341 HP Pf =Pm∗fc 6.1.6 Cavitación



Altura barométrica

A nivel del mar, la altura máxima de succión es de 760 mm Hg, equivalente a 10.33 m de agua. Este valor debe corregirse teniendo en cuentea la elevación en msnm, a razón de 1.2 m x 1000 m de nivel, por lo tanto: Hlb=10.33−



1.2∗altura msnm 1000

Altura estática total (Het)

Para una temperatura de 15º C, la presión de vapor es de 0.18 m, la altura total del tanque con capacidad de 1500 litros es de 2 m, se va a dejar un borde libre de 0.20 m en el tanque. La altura estática de succión máxima (He max) es la diferencia de la altura total del tanque con el borde libre estimado. He max = 1.8 m. La altura estática de succión mínima (He min) es la sumatoria de los valores calculados de Sumergencia, la distancia de las paredes laterales o el fondo del pozo a la coladera. He min = 0.95 m. Het=He max −He min



Altura de velocidad

2

Vs Hv= 2g 

Cabeza neta de succión

[

]

¯ v2 CNPSd= Altura − Altura estática+ Perd , fricción+ Succión − Pvapor 2g

(

6.1.7 Unidades de filtración



Lechos filtrantes

Tabla 4 Características de los lechos filtrantes

Fuente: Autores

 Filtro Grueso Ascendente FGA 

Área superficial

)

As=



Diámetro del tanque D=



Q ∗36 Vs

√

4A π

Velocidad de filtración

Vf =

144 Q π D2

 Filtro Grueso Dinámico FGDi 

Diámetro del tanque D=



√

144 Q πVf

Velocidad de filtración

Vf =

144 Q 2 πD

 Filtro Lento de Arena 

Diámetro del tanque D=

√

144 Q πVf



Velocidad de filtración

Vf =

144 Q 2 πD

6.1.8 Control de caudal en los filtros

A la salida del filtro se instalara un vertedero de orificio para verificar el caudal y controlar el paso del agua a la siguiente unidad.  Ao=

 Do=

Área del orificio Q Cd √ 2 gH Diámetro del orificio

√

4 Ao π

6.2 RESULTADO MEMORIAS DE CALCULO

7 RESULTADOS ESPERADOS Según las características del sistema, la calidad del agua y el tipo de tratamientos a implementar, realice una estimación de los resultados esperados en la calidad final del agua.

8 CONCLUSIONES

9 BIBLIOGRAFÍA

10 INFOGRAFÍA