2. Metodología
2.13. Diseño del pretratamiento y tratamiento primario
2.13.2. Tratamiento primario
2.13.2.1. Tanque Imhoff
2.13.2.1.1. Diseño del tanque Imhoff
Para realizar el diseño del tanque Imhoff se debe tomar por separado la zona de decantación y la zona de digestión así como la eliminación de materia orgánica del 50%.
Superficie del tanque
La superficie del tanque viene dado por la zona de decantación.
Siendo:
S= la superficie de la zona de decantación, en m2, Qpunta, d= el caudal punta diario, en m3/h,
LHpunta,d= la carga hidráulica superficial punta diaria, en m3/m2×h.
Para el cálculo tomamos un valor de carga hidráulica de 24 debido a que el caudal punta diario de la comunidad es bajo por lo tanto se tomó el valor más bajo de la tabla Nº14 en lo que corresponde a carga hidráulica superficial.
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Tomando una relación longitud /ancho de 2/1 y con el dato obtenido anteriormente, calculamos la dimensiones de la superficie de decantación, longitud (L) y ancho (W).
Longitud (L)= 3,02 = 3 Ancho (W)= 1,02 = 1,5
Para determinar la profundidad de la zona de decantación se basa en la geometría de un prisma de longitud igual a la calculada, una altura del deflector establecida, y una base de forma triangular, como se observa en la ilustración Nº19.
Ilustración 18 Esquema de la zona de decantación de un tanque Imhoff Fuente: Depuración con Humedales Construidos, Guía práctica de diseño, construcción y explotación de sistemas de humedales
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Establecida una altura del deflector debajo de la superficie de 0,3m, la pendiente de las paredes de 1,7:1 y una obertura inferior de 0,20m, tomadas de la tabla Nº16 procedemos a calcular las superficies A1 y Ae y la profundidad.
Donde,
P= la profundidad de la zona de decantación, en m. Oi= la longitud de la obertura inferior, en m.
p= la pendiente de la zona de decantación, en m/m. A1= Superficie del triángulo en m2.
Ae= Superficie del rectángulo en m2.
At= Superficie total, en m2.
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Ahora con la siguiente formula procedemos a calcular el volumen de decantación el cual es el volumen del prisma.
En donde:
Vdec = volumen de la zona de decantación en m3.
hdeflector = altura de la zona sumergida del deflector en m.
S= superficie del decantador. At= Superficie total, en m.
L= longitud.
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Finalmente se realizan las comprobaciones correspondientes.
En donde:
Vpunta h =La velocidad horizontal punta horaria, en m/min.
Qpunta h =Caudal punta horario, en m3/h.
TH= Tiempo de retención medio, en h.
Q= Caudal medio, en m3/día. At= Superficie total, en m2.
Cumple puesto que es menor a 0,3 m/min. Donde:
Vdec= volumen del decantador
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Cumple debido a que está en el rango entre 2h y 4h.
La superficie total de la zona de digestión corresponde exactamente con la superficie total del tanque, llegando a ser esta última igual a la suma de la superficie de la zona de escape de los gases más la zona de decantación.
( ) Donde,
St= Superficie total del tanque, en m2.
% Sgas= Porcentaje de la superficie de la zona de escape de gases respecto la
superficie total, en tanto por uno.
Sdec= Superficie de la zona de decantación, en m2.
Teniendo en cuenta una zona de escape de gases del 30% tenemos:
El ancho total es igual a la suma del ancho de la zona de decantación más el ancho de la zona de escape.
Dónde:
Wt = ancho total del tanque en m.
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Wgas = ancho de la zona de escape de gases, en m.
Considerando un ancho de zona de escape de gases de 0,5m tenemos:
La longitud total es:
Siendo:
Lt= Longitud total del tanque, en m.
St= Superficie total del tanque.
Wt= Ancho total del tanque, en m.
El volumen necesario para almacenar los lodos se calcula considerando una velocidad de emisión de 100 L/hab*año, y un tiempo de digestión de 1 año.
En donde:
Vlodos= Volumen ocupado por los lodos, en m3.
VEU= Velocidad de emisión unitaria de lodos, en L/hab*año. Td=Tiempo de digestión, en años.
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Como se estableció anteriormente que el número de puntos va a ser igual a 1 y considerando una inclinación de las paredes entre 30º, calculo la altura del fondo de forma piramidal como se puede ver en la Ilustración 20.
Ilustración 19 Esquema de un tanque Imhoff rectangular, con un punto de recogida de lodos, no se representa el resguardo Fuente: Depuración con Humedales Construidos, Guía práctica de diseño,
construcción y explotación de sistemas de humedales artificiales (García & Corzo, 2008).
La ecuación necesaria para calcular la altura del fondo es:
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Siendo,
h3= la altura del fondo (en la zona piramidal), en m.
n= el número de puntos de recogida de lodos. α= la inclinación de las paredes del fondo. Lt= Longitud total del tanque, en m.
( )
( )
La profundidad de la zona de digestión se determina considerando el volumen necesario para almacenar lodos.
En donde:
Vlodos = volumen necesario para almacenar los lodos en m3.
h2 = altura ocupada por los lodos (sin tomar en cuenta la altura del fondo) en m.
h3= la altura del fondo (en la zona piramidal), en m.
Lt= Longitud total del tanque, en m.
Wt= Ancho total del tanque, en m.
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Tomando los valores recomendados para la distancia entre la obertura inferior de la zona de decantación y la superficie del lodo acumulado, y el resguardo, se puede determinar la profundidad total y el volumen del tanque:
Siendo:
ht = profundidad total en m.
hresguardo = profundidad de la zona de resguardo en m.
h1 = distancia entre la obertura inferior y la superficie del lodo acumulado.
V = volumen total del tanque en m3.
Vresguardo = volumen correspondiente al resguardo en m3
h2 = altura ocupada por los lodos (sin tomar en cuenta la altura del fondo) en m.
h3= la altura del fondo (en la zona piramidal), en m.
P=profundidad de la zona de decantación en m. Considerando:
Resguardo = 0,5m.
Distancia entre la obertura inferior y la superficie del lodo acumulado = 0,5m. Altura total del deflector = 0,5m.
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