Sedimentador

El proceso de sedimentación es de suma importancia en el proceso de potabilización del agua cruda pues dicha estructura se encarga de la precipitación de las partículas conglomeradas, la sedimentación cuenta con varios parámetros de evaluación entre los cuales se incluyen:

 Tiempo de retención hidráulico: 20 min – 70 min  Profundidad: 4,00 m -5,50 m  Carga superficial: 120 𝑚³ 𝑚2_{∗𝑑𝑖𝑎}– 185 𝑚³ 𝑚2_{∗𝑑𝑖𝑎} (Placas angostas)  Numero de Reynolds: <250

 Número mínimo de unidades: 2 und

A continuación se presentan las formulas empleadas para el cálculo de los parámetros de evaluación estipulados en el literal C.6.5.1.3 de la Norma RAS 2000.

𝐶. 𝑆 =𝑄𝑑𝑠 𝐴𝑠 𝑈𝑒𝑝: 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 ℎ𝑒𝑥𝑎𝑔𝑜𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 (𝑚 𝑠) 𝑈𝑐: 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑐𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎 ( 𝑚 𝑠) 𝜃: 𝐼𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 ℎ𝑒𝑔𝑎𝑔𝑜𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (°) ℎ𝑚: 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝑚) 𝑆: 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑛: 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑔𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔 𝑒: 𝑀𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙 ℎ𝑒𝑥𝑎𝑔𝑜𝑛𝑎𝑙 (𝑚) 𝛾: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑁 𝑚3) 𝜗: 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑖𝑛𝑒𝑚𝑎𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 ( 𝑚2 𝑠 ) 𝐶. 𝑆: 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ( 𝑚3 𝑚2_{∗ 𝑑𝑖𝑎})

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#𝑅𝑒: 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑦𝑛𝑜𝑙𝑑𝑠 𝐴𝑠: 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑐𝑖𝑐𝑎𝑙 (𝑚2) ℎ𝑠: 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 (𝑚)

Adicionalmente se procede a calcular el cálculo del gradiente hidráulico de entrada al sistema por medio de la siguiente expresión:

Donde: 𝛾: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑁 𝑚3) 𝑁: 𝑅𝑢𝑔𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑉𝑖𝑗: 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎 (𝑚/𝑠) 𝜇: 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑖𝑛𝑒𝑚𝑎𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑁 ∗ 𝑠 𝑚2) 𝑅𝑖𝑗: 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎 (𝑚)

Es necesario aclarar que la velocidad de flujo en la tubería de conexión fue calculada con la mitad del caudal de diseño teniendo en cuenta que la estructura de floculación y sedimentación se conecta por medio de dos tuberías de 3” en PVC como se evidencia en el registro fotográfico. En última instancia se procede a determinar las pérdidas de carga presentadas en el sistema debido a la salida del flujo de agua de las dos tuberías al módulo de sedimentación, dicha perdida debería ser baja teniendo en cuenta que la tubería no cuenta con perforaciones y se realiza por medio de una salida directa.

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ACUEDUCTO URBANO DEL MUNICIPIO DE QUIPILE CUNDINAMARCA FECHA: Noviembre de 2016 Página 140 de 165 ∆ℎ_{𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙} = 2 ∗ ∆ℎ_{𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎} ∆ℎ_{𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎} = 𝐾₂ 𝑣2² 2𝑔

22.5.3.1 Para caudal de diseño de la PTAP (1,60 l/s).

En base a las características geométricas del sistema y variables asumidas se procedió a realizar el cálculo de los diferentes parámetros obteniendo como resultado un número de Reynolds de 84.63, un tiempo de retención hidráulico de 175.50 minutos y una carga superficial del sistema de 21.33 𝑚

3

𝑚2_{∗𝑑𝑖𝑎}; por lo tanto se puede

concluir que el sistema de sedimentación cuenta con un numero de Reynolds optimo (Re<250) sin embargo presenta un tiempo de retención hidráulico muy elevado y una carga superficial muy baja teniendo en cuenta el pequeño caudal a abastecer y las grandes dimensiones de la estructura.

Con el objetivo de garantizar la no ruptura de las partículas floculadas el gradiente de entrada al módulo de sedimentación debe ser menor al gradiente de salida del módulo de floculación calculado previamente, por medio del análisis del caudal que entrega cada tubería de conexión, sus dimensiones y material se obtiene un gradiente de 28.96 s−1 _{dicho valor es inferior al gradiente del floculador correspondiente a 44.38}

s−1_{, por medio del análisis de los resultados se concluye que las partículas floculadas}

no son fragmentadas y se puede garantizar la sedimentación de las mismas con base en su tamaño. Por último se realiza el cálculo de las perdidas hidráulicas ocasionadas en el sistema las cuales resultan ser despreciables teniendo en cuenta que solo presenta un tipo de perdida (salida de tubería).

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Por medio del análisis de los resultados obtenidos y geometría de la estructura (altura total inferior a 4,00m y presencia de una sola cámara) se puede concluir que la estructura de sedimentación no funciona de forma adecuada e incumple varios de los parámetros hidráulicos y de operación necesarios para garantizar el óptimo funcionamiento del sistema de sedimentación. Se puede remitir al ANEXO B.5 CALCULOS PTAP en el cual se presenta la totalidad de los cálculos realizados y resultados obtenidos de la evaluación hidráulica del sedimentador.

22.5.3.2 Para caudal de diseño de la PTAP actual (6,08 l/s).

Por otra parte para la evaluación del sistema con el caudal de diseño de la PTAP (6,08 l/s) se obtuvieron los siguientes resultados: número de Reynolds de 84.63, un tiempo de retención hidráulico de 44.41 minutos y una carga superficial del sistema de 81.07 𝑚

3

𝑚2_{∗𝑑𝑖𝑎}; por lo tanto se puede concluir que el sistema de sedimentación

cuenta con un numero de Reynolds optimo (Re<250), tiempo de retención adecuado y una carga superficial baja teniendo en cuenta los rangos óptimos de funcionamiento previamente establecidos.

Con el objetivo de garantizar la no ruptura de las partículas floculadas el gradiente de entrada al módulo de sedimentación debe ser menor al gradiente de salida del módulo de floculación calculado previamente, por medio del análisis del caudal que entrega cada tubería de conexión, sus dimensiones y material se obtiene un gradiente de 214.56 s−1 dicho valor es inferior al gradiente del floculador correspondiente a 328.75

s−1, por medio del análisis de los resultados se concluye que las partículas floculadas no son fragmentadas y se puede garantizar la sedimentación de las mismas con base en su tamaño. Por último se realiza el cálculo de las perdidas hidráulicas ocasionadas

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en el sistema las cuales resultan ser despreciables teniendo en cuenta que solo presenta un tipo de perdida (salida de tubería).

Por medio del análisis de los resultados obtenidos y geometría de la estructura (altura total inferior a 4,00m y presencia de una sola cámara) se puede concluir que la estructura de sedimentación no funciona de forma adecuada e incumple la mayoría de los parámetros hidráulicos y de operación necesarios para garantizar el óptimo funcionamiento del sistema de sedimentación. Se puede remitir al ANEXO B.5 CALCULOS PTAP en el cual se presenta la totalidad de los cálculos realizados y resultados obtenidos de la evaluación hidráulica del sedimentador.