Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
1-1-2001
Manejo integral de las aguas residuales domésticas del Club Manejo integral de las aguas residuales domésticas del Club Puerto Peñalisa (Ricaurte - Cundinamarca)
Puerto Peñalisa (Ricaurte - Cundinamarca)
Julian Daniel Molano Castillo Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria Citación recomendada
Citación recomendada
Molano Castillo, J. D. (2001). Manejo integral de las aguas residuales domésticas del Club Puerto Peñalisa (Ricaurte - Cundinamarca). Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/
ing_ambiental_sanitaria/1433
This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Ambiental y Sanitaria by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].
1. MARCO REFERENCIAL
Existe gran cantidad de procesos físico, químicos y biológicos que tienen como fin mejorar la calidad del agua residual, logrando que este dentro de los parámetros exigidos por la legislación ambiental existente.
Estos parámetros tienen como objetivo lograr la remoción de DBO, DQO, sólidos suspendidos, grasas, aceites, metales pesados, tensoactivos, sulfatos y agentes patógenos. Estos sistemas de tratamiento se clasifican generalmente en:
Tratamiento Primario, Tratamiento Secundario y Tratamiento Terciario.
1.1 TRATAMIENTO PRIMARIO
Busca eliminar sustancias indeseables del agua como sólidos suspendidos, arenas y grasas. Se conforman por desbaste, desarenado, desengrase y decantación primaria.
1.1.1 Desbaste. La primera operación unitaria que tiene lugar en las plantas de tratamiento es la operación de desbaste. Una rejilla es un elemento con aberturas, generalmente de tamaño uniforme, que se utiliza para retener los sólidos existentes en el agua residual.
Los elementos separadores pueden estar constituidos por barras, alambres o varillas paralelas, rejillas, telas metálicas o placas perforadoras, y las aperturas pueden ser de cualquier forma, aunque normalmente suelen ser ranuras regulares u orificios circulares.
1.1.2 Desarenado. La eliminación de arenas se puede llevar a cabo en desarenadores o mediante la centrifugación. Los desarenadores se proyectan para separar arenas, término que engloba a las arenas propiamente dichas, la grava, cenizas y cualquier otro material cuya velocidad de sedimentación o peso específico sea considerablemente superior al de los sólidos putrescibles presentes en el agua. Básicamente consisten en canales de concreto instalados para proteger los elementos mecánicos móviles del desgaste producido por la fricción de la arena.
También reducen la formación de depósitos pesados en el interior de las tuberías, canales y conducciones, y reduce la frecuencia en la limpieza de los digestores, provocada por la excesiva acumulación de arenas.
Remueve partículas con peso específico mayor de 2,65 y de diámetros entre 5µ y 4 cm, gracias a ala fuerza de gravedad.
1.1.3 Trampa de grasas. Son estructuras empleadas para separar aceites y grasas de las aguas residuales. Las trampas de grasa utilizan el principio de flotación que se presenta debido a que los aceites y grasa tiene menor peso específico que el agua.
1.2 TRATAMIENTO SECUNDARIO
Son los encargados de degradar la materia orgánica mediante procesos biológicos, utilizan grupos específicos de microorganismos.
1.2.1 Reactor de lodos activados. Un reactor de lodos activados es un tanque al que entra un flujo continuo de aguas residuales. Este tiene como objetivo principal, transformar la materia orgánica en tejido celular por medio de la oxidación biológica, para lo cual es indispensable la existencia de condiciones aeróbicas, poner en contacto el lodo activado que tiene una alta contaminación microbiana con el agua residual. De esta manera se logra acelerar el crecimiento de la biomasa bacterial que metaboliza la materia orgánica, estimulando el crecimiento de una nueva biomasa bacterial, consiguiendo así remover la materia orgánica que trae el desecho líquido.
1.2.1.1 Funcionamiento. El residuo orgánico es introducido en un reactor, donde se mantiene un cultivo bacteriano aerobio en suspensión. El contenido del reactor se conoce con el nombre de líquido mezcla. El ambiente aerobio en el reactor se consigue mediante el uso de difusores o de aireadores mecánicos, que también sirven para mantener el líquido en estado de mezcla completa, al cabo de un periodo determinado de tiempo, la mezcla de las nuevas células con las viejas se conduce hasta un tanque de sedimentación para su separación del agua residual tratada. Una parte de las células sedimentadas se recircula, para mantener en el reactor la concentración de células deseadas, mientras que la otra parte se purga del sistema. La fracción purgada corresponde al crecimiento del tejido celular, asociado a un agua residual determinada. El nivel al que se debe mantener la masa biológica depende de la eficacia empleada en el tratamiento y de otras consideraciones relacionadas con la cinética del crecimiento.
1.2.1.2 Microbiología del Proceso. Para proyectar un sistema de fangos activados correctamente y con las debidas garantías de buen funcionamiento, es necesario comprender la importancia de microorganismos dentro del sistema. En el proceso de lodos activados las bacterias son los microorganismos más importantes, ya que son las que realizan la descomposición de materia orgánica del afluente. En el reactor o tanque den aireación, las bacterias aerobias o facultativas utilizan parte de la materia orgánica del agua residual con el fin de obtener energía para la
síntesis del resto de la materia orgánica en forma de células nuevas. En general las bacterias que intervienen en el proceso de lodos activados incluyen los géneros Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellvidrio, Mycobacterium, Nitrosomas y Nitrobacter. Otros microorganismos son igualmente importantes en el sistema de lodos activados, como por ejemplo los Protozoos y Rotíferos.
Los Protozoos consumen las bacterias dispersas que no han floculado y los Rotíferos consumen cualquier partícula pequeña que no haya sedimentado.
1.2.1.3 Eficiencia. En los reactores de lodos activados se pueden lograr eficiencias entre el 80 y el 90% en la remoción de DBO y 80 % en remoción de sólidos en suspensión, sus desventajas radican en que tienen un requerimiento de energía alto y su ventaja es que elimina los microorganismos causantes de enfermedades además de aceptar variaciones en el caudal.
1.2.1.4 Clasificación de los reactores de lodos activados. Los reactores de lodos activados se clasifican dependiendo de la carga volúmica, que es la capacidad de asimilar la carga orgánica por unidad de volumen, por esta razón se dividen en reactores de carga baja, reactores de carga media y reactores de carga alta.
! REACTORES DE CARGA BAJA. Al utilizar un sistema de carga baja se deben fabricar tanques de aireación muy grandes, por consiguiente la potencia de aireación es muy alta. Tiene la ventaja de que la producción de lodos baja, debido a que los microorganismos trabajan en fase endógena y degrada mucho mas la materia orgánica, tienen una eficiencia del 95 – 98%, soportan sobrecarga y los lodos se estabilizan. La carga volúmica en estos reactores será siempre menor a 0.4 Kg DBO5 / m3 día.
! REACTORES DE CARGA MEDIA. Son los mas utilizados ya que su producción de lodos y el volumen del tanque equivalen al termino medio entre los de carga baja y los de carga alta. En este tipo de reactores la carga volúmica oscila entre 0.4 – 1 Kg DBO5 / m3 día.
! REACTORES DE CARGA ALTA. El volumen del tanque de aireación es muy pequeño razón por la cual su requerimiento de oxigeno es muy bajo pero tienen el gran inconveniente de que produce grandes cantidades de lodo, debido a que hay muchos microorganismos en un espacio reducido.
Tiene una eficiencia del 80 %, no recibe sobrecargas y los gastos son reducidos debido a su tamaño. Hay que hacer tratamiento al lodo.
1.2.2 Filtros biológicos. Se define como una estructura que se rellena con un medio que deja fluir el agua y en el que se desarrolla una película de población bacterial, sobre la cual se suministra el agua residual en forma pulverizada; logrando de esta forma que el agua pase a traves del filtro y este en contacto continuo con los microorganismos aeróbicos que se
encargan de degradar la materia orgánica. Son estructuras de concreto o ladrillo que anteriormente se rellenaban principalmente con piedras.
Actualmente se están sustituyendo las piedras por módulos corrugados de material sintético muy permeable (relleno plástico de flujo vertical), que tiene la ventaja de ser mas ligero y contar con una superficie de contacto mucho mayor, logrando así, mejores resultados en el momento de tratar el agua. Cuando se utilizan lechos o rellenos de esto tipo, los filtros biológicos pueden ser de diferentes formas, y además, tener alturas que oscilan entre 6 y 12 metros.
1.2.2.1 Desarrollo de la película. Como el agua fluye por el filtro continuamente, se crea una película biológica en cuyas capas externas (0.1 a 0.2 mm) se produce un ambiente aeróbico, debido a que el aire asciende por el filtro obligado por los gradientes de temperatura existentes entre la temperatura del aire en el lecho y la temperatura exterior. Como los microorganismos van aumentando su espesor, entonces la película también va incrementado su tamaño y la materia orgánica es degrada antes de que llegue a las bacterias que se encuentran adheridas sobre la superficie del relleno. Al no lograr conseguir materia orgánica ni oxigeno, las bacterias entran en fase de crecimiento endógena o de muerte, en la cual pierden la capacidad de adherirse al medio; por esta razón el liquido que fluye por el medio arrastra la película biológica que se encuentra en esta fase y se inicia el crecimiento de una nueva capa o película biológica.
1.2.2.2 Microorganismos de la película. Los microorganismos que se encuentran en la película dependen del tipo de agua que se esta tratando, pero por lo general la película es un sistema micro-ecológico de bacterias, hongos y protozoarios. En la mayoría de los filtros biológicos se pueden encontrar con mayor frecuencia bacterias de los géneros Beggiatoa Alba, Sphaerotilus, Natans, Achromobacter, Alcalígenes, Flavobacterium, Pseudomonas y Zooglea ramigera.
1.2.2.3 Eficiencia. La remoción en los filtros biológicos puede llegar a ser del 75%
al 90 % de la DBO5 y del 70 al 90 % de sólidos en suspensión, logrando de esta manera obtener efluentes finales con concentraciones no superiores a los 30 mg/lt de DBO5 y SS.
1.2.2.4 Clasificación de los filtros biológicos. Se clasifican según la carga hidráulica que reciben en: filtro de carga media y alta y filtros de muy alta carga.
! FILTROS DE MUY ALTA CARGA. Trabajan a altas cargas orgánicas e hidráulicas. Las principales diferencias de los filtros de muy alta carga y los filtros de alta carga radican en las mayores cargas hidráulicas y la mayor profundidad. El aumento de la profundidad se hace posible por el empleo de medios mas ligeros de plástico.
! FILTROS DE CARGA MEDIA Y ALTA. Son construidos con relleno sintético corrugado que permite la formación de la película biológica. Se pueden aplicar mayores cargas orgánicas, ya que utilizan la recirculación para diluir la concentración del agua residual que llega al filtro. El funcionamiento es igual a los de carga baja, pero se reducen un poco los malos olores y los insectos.
! FILTROS DE BAJA CARGA. Son estructuras pequeñas, generalmente de piedra o escoria, con alturas entre 1.8 y 2.4 metros. En estas estructuras, si las condiciones climáticas son buenas y las características del agua residual son constantes, se logra una buena remoción de la DBO5 .
1.2.3 Lagunas aireadas. Una laguna aireada es un depósito en el que el agua residual se trata en la modalidad de flujo continuo sin o con recirculación se sólidos. La principal función de este proceso es la conversión de la materia orgánica. Normalmente se suele aportar oxígeno con aireadores superficiales o con sistemas de difusión de aire. Al igual que en otros sistemas de cultivo en suspensión, la turbulencia creada por los sistemas de aireación se utiliza para mantener en suspensión del contenido del depósito. Dependiendo del tiempo de retención el efluente de una laguna aireada puede contener entre 1/3 y la mitad de DBO5 afluente, en forma de tejido celular. La mayor parte de estos sólidos se debe eliminar por decantación antes de la descarga del efluente.
1.2.4 Sedimentación. Consiste en la separación, por la acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Es una de la operaciones unitarias más utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales. Los términos sedimentación y decantación se utilizan indistintamente. Esta operación se emplea para la eliminación de arenas, de la materia en suspensión en floculo biológico de los decantadores secundarios en los procesos de fango activado, tanques de decantación primaria, de los floculos químicos cuando se emplea coagulación química y para la concentración de sólidos en los espesadores de fango. En la mayoría de los casos, el objetivo principal es la obtención de un efluente clarificado, pero también es necesario producir un fango cuya concentración de sólidos permita su fácil tratamiento y manejo. En función de la concentración y de la tendencia a la interacción de las partículas se pueden producir cuatro tipos de sedimentación:
! DISCRETA. Se refiere a la sedimentación de partículas en una suspensión con baja concentración de sólidos.
! FLOCULENTA. Se refiere a una suspensión bastante diluida de partículas que se agregan durante el proceso de sedimentación.
! RETARDADA. Se refiere a suspensiones de concentración intermedia, en las que las fuerzas entre partículas son suficientes para entorpecer la sedimentación de la partículas vecinas.
! COMPRESIÓN. Se refiere a la sedimentación en la que las partículas están concentradas de tal manera que se forma una estructura y la
sedimentación solo puede tener lugar como consecuencia de la compresión de esta estructura.
1.3 TRATAMIENTO TERCIARIO
Son destinados a mejorar el efluente de los tratamientos precedentes, optimizando la calidad del agua, en otras palabras obtener calidades de purificación mas elevadas utilizando procesos fisicoquímicos, biológicos y algunos elementos orgánicos e inorgánicos. Entre ellos se tiene el filtro de arena y el filtro de carbón.
1.4 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL VERTIMIENTO
Las características físicas mas importantes del agua residual son el contenido total de sólidos, término que engloba la materia en suspensión, la materia sedimentable, el olor, la temperatura y el color.
1.4.1 Sólidos totales. Analíticamente se define el contenido de sólidos totales como la materia que se obtiene como residuo después de someter al agua a un proceso de evaporación entre 103 y 105 ºC.
! Sólidos sedimentables: son aquellos presentes en el agua que se sedimentan en el transcurso de un tiempo determinado para su posterior remoción.
! Sólidos disueltos: están compuestos de moléculas orgánicas e inorgánicas e iones en disolución en el agua. Requieren tratamientos especiales para su remoción, sus tamaños son menores a 1.2 micrómetros (µm).
! Sólidos suspendidos: son los sólidos no disueltos en el agua, por lo general sus tamaños suelen ser mayores a 1.2 micrómetros (µm).
1.4.2 Olor. Los olores son debidos a los gases liberados durante el proceso de descomposición de la materia orgánica, este es un parámetro de gran importancia debido a que la opinión pública esta muy reacia a la instalación de redes de alcantarillado, plantas de tratamiento y sistemas de evacuación de aguas residuales por el temor al desarrollo potencial de olores.
Tabla 1. Compuestos olorosos asociados al agua residual.
COMPUESTOS OLOROSOS
FORMULA QUÍMICA CALIDAD DEL OLOR
Aminas CH3NH2, (CH3)3H A pesado
Amoniaco NH3 Amoniacal
Diaminas NH2(CH2)4NH2, NH2(CH2)5 NH2 Carne descompuesta
Sulfuro de Hidrógeno H2S Huevos podridos
Mercaptanos (p.e butilo y etilo)
CH3SH, CH3(CH2)SH Coles descompuestas Mercaptanos (p.e butilo y
crotilo)
(CH3 )3 CSH, CH3(CH2)3SH Mofeta
Sulfuros Orgánicos (CH3)2S, (C6H5)2S Coles podridas
Eskatol C9H9N Materia fecal
Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales. Mc Graw – Hill.
1995.
1.4.3 Temperatura. La temperatura del agua residual suele ser siempre mas elevada que la del agua de suministro, debido a la gran cantidad de reacciones químicas que se llevan a cabo. La temperatura del agua es el parámetro mas importante debido a la influencia sobre la vida acuática.
1.4.4 Color. El agua residual suele tener un color grisáceo sin embargo, al aumentar el tiempo de transporte en las redes de alcantarillado y al desarrollarse condiciones mas próximas a las anaerobias, el color del agua cambia de gris a gris oscuro y posteriormente a negro.
Tabla 2. Propiedades físicas de los vertimientos.
PROPIEDADES FÍSICAS
CARACTERÍSTICAS PROCEDENCIA
COLOR Aguas residuales domésticas e industriales, degradación natural de materia orgánica.
OLOR Agua residual en descomposición, residuos industriales.
SÓLIDOS Agua de suministro, aguas residuales domésticas e industriales, erosión del suelo, infiltración y conexiones incontroladas.
TEMPERATURA Aguas residuales domésticas e industriales.
Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales. Mc Graw – Hill.
1995.
1.5 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DEL VERTIMIENTO
Las características mas importantes del agua residual son: materia orgánica, Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5), Demanda Química de Oxígeno (DQO), pH y grasa.
1.5.1 Materia orgánica. Esta compuesta principalmente por proteínas, carbohidratos y grasas animales. La materia orgánica biodegradable se mide en la mayoría de las ocasiones en función de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) y de la Demanda Química de Oxígeno (DQO). Si se descargan al entorno sin tratar, su estabilización biológica puede llevar al agotamiento de los recursos naturales de oxigeno y al desarrollo de condiciones sépticas.
1.5.2 Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5): el parámetro de contaminación orgánica mas ampliamente empleado, aplicable tanto a aguas residuales como a aguas superficiales es la DBO a cinco (5) días (DBO5), la determinación del mismo esta relacionada con la medición del oxigeno disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación bioquímica de la materia orgánica. Los resultados en los ensayos de DBO5
son muy importantes y se emplean para:
! Determinar la cantidad aproximada de oxigeno que se requerirá para estabilizar biológicamente la materia orgánica presente.
! Dimensionar las instalaciones de tratamiento de aguas residuales.
! Medir la eficacia de algunos procesos de tratamiento.
! Controlar el cumplimiento de las limitaciones a que están sujetos los vertidos.
1.5.3 Demanda Química de Oxígeno (DQO): el ensayo de DQO se emplea para medir el contenido de materia orgánica tanto en las aguas naturales como en las residuales. En el ensayo se emplea un agente químico fuertemente oxidante en medio ácido para la determinación del equivalente de oxígeno de la materia orgánica que pueda oxidarse. El ensayo de la DQO también se emplea para la medición de la materia orgánica presente en aguas residuales tanto industriales como municipales que contengan compuestos tóxicos para la vida biológica. La DQO de un agua residual suele ser mayor que su correspondiente DBO5, siendo esto debido al mayor número de compuestos cuya oxidación tiene lugar por vía química, frente a los que se oxidan por vía biológica.
1.5.4 pH. La concentración de ion hidrógeno es un parámetro de calidad de gran importancia tanto para el caso de aguas naturales como residuales. El intervalo de concentración adecuado para la adecuada proliferación y desarrollo de la mayor parte de la vida biológica es bastante estrecho y crítico. El agua residual con concentraciones de ion hidrógeno inadecuadas presenta dificultades de tratamiento con procesos biológicos, y el efluente
puede modificar la concentración de ion hidrógeno en las aguas naturales si esta no se modifica antes de la evacuación de las aguas residuales.
1.5.5 Grasas. El termino grasa, de uso extendido engloba las grasas animales, aceites, ceras y otros constituyentes presentes en las aguas residuales. El contenido de grasa se determina al tratar la muestra con triclorotrifluoroetano, debido a que la grasa es soluble en el. Las grasas se hayan entre los compuestos orgánicos de mayor estabilidad y su descomposición por acción bacteriana no resulta sencilla.
Tabla 3. Constituyentes químicos orgánicos.
CONSTITUYENTES QUÍMICOS ORGÁNICOS
CARACTERÍSTICAS PROCEDENCIA
Carbohidratos Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales Grasas animales,
aceites y grasa Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales Pesticidas Residuos agrícolas
Fenoles Vertidos industriales
Proteínas Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales Contaminantes
prioritarios
Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales Agentes tensoactivos Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales Compuestos orgánicos
volátiles
Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales Otros Degradación natural de materia orgánica
Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales. Mc Graw – Hill. 1995.
Tabla 4. Constituyentes químicos inorgánicos.
CONSTITUYENTES QUÍMICOS INORGÁNICOS
CARACTERÍSTICAS PROCEDENCIA
Alcalinidad Aguas residuales domesticas, agua de suministro, infiltración de agua subterránea.
Cloruros Aguas residuales domesticas, agua de suministro, infiltración de agua subterránea.
Metales pesados Vertidos industriales
Nitrógeno Residuos agrícolas y aguas residuales domesticas pH Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales Fósforo Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales;
aguas de escorrentía Contaminantes
prioritarios
Aguas residuales domesticas, industriales y comerciales Azufre Agua de suministro, aguas residuales domesticas,
industriales y comerciales
Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales. Mc Graw – Hill. 1995.
Tabla 5. Constituyentes químicos gases.
CONSTITUYENTES QUÍMICOS GASES
CARACTERÍSTICAS PROCEDENCIA
Sulfuro de hidrógeno Descomposición de residuos domésticos Metano Descomposición de residuos domésticos
Oxigeno Agua de suministro; infiltración de agua superficial
Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales. Mc Graw – Hill. 1995.
1.6 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS DEL VERTIMIENTO
El ingeniero ambiental debe tener un conocimiento de las características biológicas de las aguas residuales, así como de los principales grupos de microorganismos biológicos presentes tanto en aguas residuales como superficiales.
1.6.1 Microorganismos. Los principales grupos de microorganismos presentes tanto en aguas residuales como superficiales se clasifican en organismos eucariotas, eubacterias y arqueobacterias.
Tabla 6. Clasificación de los microorganismos GRUPO ESTRUCTURA
CELULAR
CARACTERIZACIÓN MIEMBROS REPRESENTATIVOS Eucariotas Eucariotaa Multicelular con gran
diferencia de las células y el tejido.
Unicelular o coenocítica o micelial; con escasa o nula diferencia de tejidos.
Plantas (plantas de semilla, musgo, helechos). Animales (vertebrados e invertebrados)
Protistas (algas, hongos y protozoos)
Eucariotas Procariotab Química celular parecida a las eucariotas
La mayoría de las bacterias
Arqueobacterias Procariotab Química celular distintiva
Metanógenos,
halófilos y termacidófolos.
a Contiene un núcleo definido b No contiene membrana nuclear
Fuente: METCALF & EDDY, Inc. Ingeniería de Aguas Residuales. Mc Graw – Hill. 1995.
! BACTERIAS: Desempeñan un papel importante dentro de los procesos de estabilización y descomposición de la materia orgánica, en los procesos naturales y en las plantas de tratamiento.
! HONGOS: Los hongos junto a las bacterias son los principales responsables de la descomposición del carbono en la biosfera. Los
hongos pueden desarrollarse en zonas de baja humedad y pH bajo. Sin la colaboración de los hongos en el proceso de la degradación de la materia orgánica, el ciclo de carbono se interrumpiría en poco tiempo y la materia orgánica empezaría a acumularse.
! PATÓGENOS: Los organismos patógenos que se encuentran en las aguas residuales pueden proceder de desechos humanos que están infectados o que sean portadores de una determinada enfermedad.
Debido a la alta infecciosidad de estos organismos, pueden ocasionar la muerte cuando no se lleven a cabo los diferentes procesos sanitarios.
2. CLUB PUERTO PEÑALISA
2.1 RESEÑA HISTORICA
Con el nombre de Peñalisa se forma la población de Ricaurte en 1853, bajo los auspicios del hacendado don Fernando Nieto.
Por Decreto del 4 de diciembre de 1857 de la Asamblea Estatal de Cundinamarca se estableció: “La aldea que con el nombre de Peñalisa se mando a crear por la Ley 14 del presente año (1857), sobre la división del estado se denominará Ricaurte”.
En la conformación de lo que es hoy el municipio de Ricaurte se ha pasado por varias decisiones políticas desde mediados del siglo XX, primero su doblamiento por tribus indígenas hasta la conformación de Peñalisa en 1857 y su posterior importancia como centro de actividades económicas y comerciales alrededor del río Magdalena.
2.2 COMPONENTE FÍSICO
2.2.1 Ubicación. El municipio de Ricaurte se ubica en la vertiente suroccidental de la cordillera oriental, en la región del Sumapaz (Departamento de Cundinamarca).
2.2.2 Localización geográfica. El municipio de Ricaurte esta ubica a los 4° 17' 20" de latitud Norte y a los 74° 47' 20'' de longitud Oeste.
Limita por el norte con el municipio de agua de Dios, por el sur con los ríos Magdalena y Sumapaz, por el occidente con el río Bogotá y Girardot y por el oriente con Nilo.
Se encuentra a 142 kilómetros de la ciudad de Bogotá y a 2 kilómetros de la troncal.
2.2.3 Climatología. El municipio posee una temperatura media de 27°C y una altura sobre el nivel del mar de 284 metros. La precipitación promedio anual es de 900 mm con una intensidad lumínica de 11 horas día y una humedad relativa del 76%.
El clima en este sector es un factor limitante, ya que impide el surgimiento de vegetación y en muchos casos, el mantenimiento de una cobertura vegetal permanente. La escasa precipitación pluvial, la distribución irregular de las lluvias, las estaciones prolongadas de sequía y la intensa radiación solar son los factores climáticos de mayor influencia. Por otra parte la agresividad de los aguaceros y la escasa protección de las geoformas de colinas, contribuyen al desprendimiento y arrastre de los materiales de suelo y sedimentos de la cuenca.
2.2.3.1 Temperatura. Las variaciones de temperatura son evaluadas por la estación Argelia. Dicha estación reporta una temperatura promedio mensual en el municipio que varia entre 26.7 y 29.3°C. Siendo el mes de agosto el más caluroso del año y el mes de noviembre el que presenta temperaturas mas bajas. (Ver figura 1).
TEMPERATURA PROMEDIO ANUAL
24 25 26 27 28 29 30
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC MESES
TEMPERATURA (ºC)
Figura 1. Grafica. Temperatura promedio anual.
2.2.3.2 Precipitación. Los registros de precipitación obtenidos de la estación Argelia, muestran que existen durante el año dos periodos de verano intercalados con dos periodos de lluvia. Los periodos con mayor precipitación son de Febrero a Mayo y de Agosto a Septiembre.
También indica que el menor índice de precipitación se presenta en el periodo de Julio a Agosto.
La precipitación máxima anual que se presenta es de 1146 mm y una mínima anual de 8.2 mm. (Ver figura 2).
PRECIPITACIÓN PROMEDIO ANUAL
0 20 40 60 80 100 120 140 160
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC MESES
PRECIPITACIÓN
Figura 2. Grafica. Precipitación promedio anual.
2.2.3.3 Evaporación. Los datos registrados por la estación metereológica de evaporación indican que se presenta menor evaporación en los meses de Mayo y Octubre; y los meses de Julio, Diciembre y Febrero son los que presentan mayor evaporación.
La máxima evaporación mensual presentada es en el mes de julio con 110 mm y la mínima es en el mes de Mayo con 75 mm.
2.2.3.4 Humedad Relativa. Según los dado de la estación Argelia, los meses de Abril y Mayo presentan el mayor porcentaje de humedad relativa con un 79% y el menor en Agosto con un 46%. Presenta un promedio anual de 72%.
HUMEDAD RELATIVA ANUAL
0 10 20 30 40 50 60 70 80
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC MESES
HUMEDAD
Figura 3. Grafica. Humedad relativa anual.
2.2.3.5 Velocidad del viento. La velocidad del viento promedio mensual varia entre 2.3 y 2.9 m/s con una dirección predominante del este durante el mayor tiempo del año.
2.2.4 Hidrografía. La red hidrográfica del municipio está conformada por las cuencas de los ríos Magdalena, Sumapaz y Bogotá, que lo limitan por los
costados sur, suroriental y occidental respectivamente. El sector del río Magdalena correspondiente al municipio de Ricaurte representa una longitud de rivera de aproximadamente 3.7 kilómetros, constituyendo una importante opción para el transporte, turismo y como fuente de trabajo para la población (areneras, pesca, etc.). La cuenca del Magdalena recibe las aguas del Sumapaz en la vereda "El Paso", donde desemboca. A su vez la cuenca del río Sumapaz recoge las aguas del río Paguey, que conforma el costado oriental del municipio, el río Paguey recibe las aguas de la quebrada Malachí y Pitalá de una serie de drenajes invernales, llamados zanjas, del costado oriental del cerro San Alberto.
La cuenca del río Bogotá recibe las aguas de la quebrada Paliera que atraviesa el municipio de oriente a occidente y recibe las aguas de varias pequeñas quebradas tales como La Salada, La Dulce, La del Salado y de algunos zanjones invernales.
2.2.5 Geología.
2.2.5.1 Geología estructural regional: La zona de estudio está ubicada en una región donde ocurrieron fenómenos tectónicos que originaron los diferentes pliegues y fallas.
Pliegues:
! Anticlinal Palermo: Es un pliegue pequeño ubicado al NW de la población de Agua de Dios y cerca al rió Bogotá, tiene un rumbo NE -
SW, es asimétrico, está conformado por la formación Santa Teresa y Honda.
! Cordillera Agua de Dios: Es una estructura ubicada al sur de Agua de Dios, tiene un rumbo general NE - SW, es originado por la falla geológica Magdalena, Prado, Suárez y afecta las rocas cretácicas del grupo Guadalupe.
Fallas: Como resultado de la deformación compresiva, aparte del desarrollo de los plegamientos que determinan el comportamiento geomorfológico, se reconocen algunas fallas regionales que originas estructuras considerables en el relieve. Entre ellas se encuentran:
! Falla del Río Bogotá: Se encuentra entre Girardot y Tocaima, seguida aproximadamente el curso del río, se extiende desde el río Cucuama (Tolima) hasta Tocaima. Afecta toda la secuencia sedimentaría de Girardot y es responsable de la flexión hacia el sur del río Magdalena.
! Falla Magdalena: De tipo inverso con su plano de falla buzando hacia el suroeste, es responsable del afloramiento de la roca del cretáceo (grupo Guadalupe) en la cordillera de agua de Dios.
La región en la cual se encuentra Ricaurte y Girardot fue sometida a esfuerzos tectónicos compresivos (Orogenia Andina), los cuales produjeron accidentes topográficos mayores como el anticlinal de Alonso Vera y la cordillera de Agua de Dios.
2.2.5.2 Geomorfología regional: La región está delimitada por cadenas montañosas altas y abruptas, las laderas son planas homogéneas de gran extensión con inclinaciones de 30 a 80° en donde se desarrollan quebradas y sistemas de escorrentía poco profundos. Los sistemas montañosos conforman una "U" con el vértice hacia Tocaima y entre estas se desarrolla parte del río Bogotá que tiene un relieve bajo parcialmente aterrazado.
2.2.5.3 Estratigrafía.
! MESOZOICO: Grupo Guadalupe: Esta unidad aflora en el área de Cerro Negro en el norte del municipio de Ricaurte entre Girardot y Melgar, está constituida principalmente por areniscas inter estratificadas.
! CENOZOICO:
" Terciario Indiferenciado: Esta unidad aflora en el cerro Loma Gorda, en la rivera izquierda del río Bogotá, está formado por un conglomerado basal con clastos angulares de Chert blanco grisáceo y cuarzo.
" Formación Onda: Esta forma aflora conformando la estructura sinclinal Agua de Dios - Tocaima y la superficie inclinada de la margen izquierda del río Bogotá. Está compuesto básicamente
por una arenisca verdosa, rocas ígneas intrusivas y rocas volcánicas.
! CUATERNARIO:
" Depósito De Terraza (Qt): Unidades sedimentarias ampliamente desarrolladas en las partes bajas de los ríos Bogotá y Magdalena.
Están constituidas por gravas y arenas.
" Depósito de Abanico (Qa): Unidades sedimentarias no
estratificadas cuyo ambiente es de régimen torrencial, está situada al final de los cauces de drenaje de montaña denominados zanjas.
" Depósito de Aluvión reciente: Son unidades sedimentarias no estratificadas en zona de inundación y a lo largo de los cauces de ríos y quebradas presentes en la zona. En su formación predominan las gravas, arenas y localmente por material limo- arcilloso
2.2.6 Aspectos bióticos.
2.2.6.1 Flora: El área ha sido muy alterada por la acción antropogenia especialmente deforestación por quemas, extracción de maderas, leñateo y de grabación del suelo por sobre pastoreo de ganado bovino y practicas culturales mecanizadas. Con la parte llana de la región se encuentran
algunos bosque riparios o de galería en sucesión secundaria que sigue en los cursos en las quebradas permanentemente o de los drenajes o zanjas de invierno, destacándose el de Vichanima o también llamado humedal "El Yulo". En la parte alta de la vereda callejón aun existe un bosque secundario con características más húmedas que probablemente sea parte de un bosque transicional, entre el bosque seco tropical (Bs - T) hacia el bosque más húmedo con las laderas de la cordillera o bosque húmedo premontano ( Bh - Pm).
De acuerdo con la fisonomía y estructura de la vegetación presente de la región se diferencian 5 clases: Vegetación Arbórea y Arbustiva, Rastrojo, Pastos Naturales asociados con arbustos y rastrojos, Vegetación Mixta y Vegetación Herbáceo transitoria de carácter general (Cultivos de Sorgo y Algodón).
2.2.6.2 Fauna: Por su estratégica situación el municipio de Ricaurte es un paso obligado para muchas especies provenientes de las selvas tropicales del Magdalena medio, el río mismo constituye un corredor natural de movimientos migratorios de especies. Posee 105 especies de aves entre las que se encuentran el canario silvestre, el turpial y la golondrina. Entre los mamíferos tenemos el Zorro y el Conejo Sabanero. Se encuentran también gran número de reptiles como Caimanes, Babillas Tortugas y Serpientes.
2.3 COMPONENTE SOCIO ECONÓMICO
La información que se muestra a continuación es una recopilación de visitas realizadas a las diferentes empresas gubernamentales y privadas que prestan servicios al Club en los diferentes aspectos.
2.3.1 Servicios públicos.
2.3.1.1 Acueducto. El Club Puerto Peñalisa cuenta con su propia planta de tratamiento la cual tiene como fuente de suministro el río Sumapaz, es manejada por la Promotora. En cuanto a la cobertura alcanza el 100% de eficacia de las redes instaladas.
2.3.1.2 Acueducto. Existen dos tipos de alcantarillado: el alcantarillado sanitario, encargado de recoger las aguas negras con diámetros que oscilan entre seis y dieciséis pulgadas (10 – 16”) y el alcantarillado pluvial encargado de la recolección de las aguas lluvias y escorrentía que posee diámetros entre diez y treinta y seis pulgadas (10 – 36”).
2.3.1.3 Energía eléctrica. El fluido eléctrico es suministrado por la Electrificadora de Cundinamarca a través de la Interconexión Eléctrica Nacional y el manejo, mantenimiento y distribución por la Electrificadora de Girardot.
2.3.1.4 Aseo público. La recolección de basuras se realiza tres veces por semana por la empresa LOHER (Loaiza Hernández). Los desechos provenientes de la poda son utilizados de dos maneras: una parte la utiliza el Club (producción de humus) y la otra se entrega a fincas aledañas al Club.
2.3.1.5 Comunicaciones. Se encuentra a cargo de la empresa TRUNKING S.A la cual presta su servicio a través de las redes de TELECOM para todo el Club.
2.4 DIAGNÓSTICO DEL ESTADO ACTUAL DEL CLUB PUERTO PEÑALISA EN CUANTO AL MANEJO DE LAS AGUAS RESIDUALES.
El Club Puerto Peñalisa cuenta con un sistema de recolección de aguas negras procedentes de zonas residenciales, administrativas y comerciales.
El alcantarillado sanitario se encarga de la recolección de las aguas negras en cada uno de los conjuntos o condominios, en los que se encuentra dividido el Club Puerto Peñalisa, para posteriormente conducirlos a tanques sépticos y vertirlos al río Sumapaz.
Debido a que el Club Puerto Peñalisa se encuentra rodeado casi en su totalidad por el río Sumapaz, se hizo factible la recolección de las aguas
negras por cada conjunto y así no solo tener un punto de vertimiento, sino contar con varios puntos de vertimiento a lo largo del río.
Existe el problema que dos de los puntos de vertimiento se encuentran metros arriba de la bocatoma del acueducto, el cual capta el agua del río Sumapaz, contaminada ya por la explotación agrícola de la región y además con sus propias aguas negras.
El punto de vertimiento numero uno (1), recibe las aguas negras recogidas por el alcantarillado sanitario de los conjuntos: Fenicia, Hawai, Ibiza, Jerez y Kingston, las cuales son conducidas a cuatro (4) pozos sépticos y posteriormente vertidos al río Sumapaz.
El punto de vertimiento numero dos (2), recibe las aguas negras recogidas por el alcantarillado sanitario de los conjuntos: Fenicia, Figueira, Delfos, Efeso y Gibraltar, las cuales son conducidas a cuatro (4) pozos sépticos y posteriormente vertidos al río Sumapaz.
El punto de vertimiento numero tres (3), se encuentra metros debajo de la bocatoma del acueducto, recibe las aguas negras recogidas por el alcantarillado sanitario de los conjuntos: Alicante y Cadiz, los cuales cuentan con un pozo séptico independiente encargado de tratar exclusivamente sus aguas negras para posteriormente conducirlo a un grupo de seis (6) pozos sépticos de donde pasa el agua negra al punto de vertimiento numero tres (3). Las aguas residuales del conjunto Barbados y de la sede social son recogidos y conducidos por el alcantarillado sanitario a los pozos sépticos de vertimiento numero tres (3).
El punto de vertimiento numero cuatro (4), se encuentra metros debajo de la bocatoma del acueducto y del punto de vertimiento tres (3), recibe las aguas negras recogidas por el alcantarillado sanitario del conjunto Chipre, las cuales son conducidas a un pozo séptico y posteriormente conducido al punto de vertimiento numero cuatro (4).
El Club Puerto Peñalisa cuenta con un alcantarillado pluvial en cada conjunto, el cual conduce el agua a los pozos sépticos, de cada uno de los cuatro puntos de vertimiento. El agua lluvia es mezclada con el agua residual con los pozos sépticos, aumentando así el caudal de agua a tratar.
Las condiciones de vertimiento, presentan problemas de olores y contaminación de la fuente receptora. Esto puede provocar alteraciones en el medio ambiente y en la salud publica, originados por agentes patógenos.
3. SELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO
Las aguas residuales recogidas en comunidades y municipios deben ser conducidas, en ultima instancia a cuerpos de aguas receptoras o al mismo terreno.
La compleja pregunta acerca de que contaminantes contenidos en el agua residual y a que nivel deben ser eliminados, para la protección del entorno, requiere una respuesta especifica en cada caso concreto. Para establecer dicha respuesta es preciso analizar las condiciones y necesidades locales en cada caso y aplicar tanto los conocimientos científicos como la experiencia previa de ingeniería, respetando la legislación y las normas reguladoras de la calidad de agua existente.
3.1 TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS
El principal objetivo de la mayoría de los procesos de tratamiento biológico es la reducción del contenido materia orgánica del agua residual.
Este tipo de tratamiento se suele clasificar dependiendo del tipo de microorganismo que actúe en el sistema, por lo cual se clasifican en:
Aerobios, Anaerobios y Facultativos.
3.1.1 Aerobio. Son los procesos de tratamiento biológico que se dan en presencia de oxigeno, para que los microorganismos efectúen la remoción de la materia orgánica.
Estos sistemas se dividen dependiendo de las condiciones que se encuentra el cultivo de microorganismos, puede ser cultivo suspendido o cultivo fijo.
! CULTIVO DE LECHO SUSPENDIDO: Son los procesos de tratamiento biológico en que los microorganismos responsables de la conversión de la materia orgánica u otros constituyentes de la materia residual en gases y tejido celular, se mantienen en suspensión dentro del líquido.
Dentro de los sistemas aerobios de lecho suspendido encontramos los reactores de lodos activados, las lagunas aerobias y las lagunas aireadas.
! CULTIVO DE LECHO FIJO: Son los procesos de tratamiento biológico en que los microorganismos responsables de la conversión de la materia orgánica u otros constituyentes de la materia residual en gases y tejido celular, fijos a un medio inerte, tal como piedras, escorias o materiales cerámicos y plásticos especialmente diseñados para cumplir con esta función. Dentro de ellos encontramos los filtros biológicos y los filtros rotativos.
3.1.2 Anaerobio. Son sistemas herméticos que utilizan microorganismos que no requieren oxigeno para lograr remover la materia orgánica. Estos sistemas también se dividen en: cultivo fijo (filtros biológicos anaerobios) y cultivo suspendido (reactores anaerobios y lagunas anaerobias).
En este proceso se produce la descomposición de la materia orgánica e inorgánica en ausencia de oxígeno molecular. Sus principales aplicaciones son la estabilización de los fangos concentrados producidos en el tratamiento del agua residual y de determinados residuos.
3.1.3 Facultativo. Este sistema se lleva acabo mediante la combinación de bacterias facultativas, Anaerobias y Aerobias ,las cuales remueven la materia orgánica presente en el agua residual.
3.2 SELECCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO
Teniendo en cuenta que el Club Puerto Peñalisa prevé el crecimiento en la construcción de casa campestres en los próximos siete años no excederá las ciento cincuenta casas (150), debido en gran medida a la situación económica del país y el costo considerable de las casas se tendrá una población de 2500 habitantes, lo cuales producirían un caudal de 603 m3/día de agua residual (Ver calculo de población sección 4.2). Entonces se
necesitaría un sistema de tratamiento para las aguas residuales que sea capaz de recibir y evacuar este caudal.
Como consecuencia de que el precio de los predios en este sitio es de un alto costo, no se puede disponer de grandes extensiones de terreno, por lo cual es costoso implementar un sistema con lagunas aerobias o aireadas por la gran que estas requieren para su construcción.
Entonces es preciso implementar un sistema de tratamiento, el cual abarque poco todo terreno como lo son: los filtros biológicos, los reactores de lodos activados y los reactores anaerobios.
Debido a las condiciones del vertimiento obtenidas en el laboratorio (caracterización del agua residual sección 4.1), no se hace necesario implementar un sistema combinado de filtros biológicos y reactor de lodos activados, ya que con el reactor de lodos activados se podrá cumplir con la normatividad vigente.
Los reactores de lodos activados son una buena solución, porque pueden recibir grandes caudales, resistir cambios en la concentración de la materia orgánica, la generación de olores es moderada y la producción de lodo es baja; pudiéndose utilizar para diversos fines dentro del Club. Su único inconveniente radica en el consumo de energía.
En la tabla 8. se muestra la secuencia en que se va a realizar el diseño del sistema de tratamiento de aguas residuales (cálculos), para su posterior construcción.
Tabla 7. Secuencia de diseño y construcción del sistema de tratamiento de aguas residuales.
SECUENCIA DE DISEÑO
1. Unidades de desbaste. (Primera, segunda y tercera rejilla) 2. Canaleta Parshall
3. Desarenadores 4. Trampa de grasa
5. Reactor de lodos activados 6. Sedimentación secundaria Fuente: El Autor.
4. DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO
4.1 CARACTERIZACIÓN DEL AGUA RESIDUAL DEL CLUB PUERTO PEÑALISA
Después de determinado el horario de mayor consumo de agua potable, el cual establecimos que se encontraba entre las 10:00 am y las 2:00 pm de los días sábados y domingos, se procedió a tomar la muestra compuesta de agua en los puntos uno y dos mencionados anteriormente. La muestra compuesta de agua en los puntos uno y dos mencionados anteriormente.
La muestra compuesta de 2500 ml para cada punto, se tomo a partir de las 10:00 am en cantidades de 500 ml cada hora durante cinco horas. Los análisis de las muestras se realizaron
Tabla 8. Resultados de análisis de laboratorio.
PARAMETRO VALOR
PUNTO 1
VALOR PUNTO 2 Demanda Química de Oxigeno (DQO) 448 mg/L 300 mg/L Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO5) 260 mg/L 198 mg/L
Sólidos totales 280mg/L 189 mg/L
Sólidos totales volátiles 42 mg/L 76 mg/L
Sólidos totales fijos 238 mg/L 112 mg/L
Sólidos suspendidos 100 mg/L 68 mg/L
Sólidos suspendidos volátiles 71 mg/L 42mg/L
Sólidos suspendidos fijos 29 mg/L 26 mg/L
Sólidos sedimentables 0.5 ml/L 4.6 mg/L
Grasas 30 mg/L 21 mg/L
Temperatura 19 ºC 19 ºC
Color Amarillo
grisáceo
Amarillo grisáceo
Olor Penetrante Penetrante
pH 6.7 6.6
Fuente: El Autor.
4.2 PROYECCIÓN DE LA POBLACIÓN
Para el calculo de población es necesario tener en cuenta el numero total de casas campestres en el Club Puerto Peñalisa, actualmente existen 350 casas, las cuales se encuentran con la totalidad de sus ocupantes en los fines de semana y periodos de vacaciones. En promedio se cuenta con cinco (5) habitantes por cada vivienda y se espera un crecimiento lento en la construcción de nuevas viviendas, por esto la junta directiva del Club tiene proyectado que en los próximos siete (7) u ocho (8) años se construyan aproximadamente ciento cincuenta casas (150).
500 casas * 5 habitantes / casa = 2500 habitantes
Con este dato se obtendrán los cálculos posteriores para el diseño del sistema de tratamiento de aguas residuales del Club Puerto Peñalisa.
4.3 CAPACIDAD DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO
Para determinar la capacidad del sistema de tratamiento es necesario calcular el Caudal Medio Diario, el Caudal Máximo Horario y finalmente el Caudal de diseño.
4.3.1 Caudal Medio Diario
La dotación suministrada por el acueducto del Club Puerto Peñalisa es de 200 L/hab dia, se estima un retorno del agua del 80%.
Qmd = Dotación de acueducto * Retorno Qmd = 200 L/hab dia * 0.8
Qmd = 160 L/hab dia
4.3.2 Caudal Máximo Horario
Para calcular el Qmh, es necesario determinar el coeficiente de mayoración mediante la relación propuesta por Harman:
m = (18 + p ) / (4 + p ) m = (18 + 2500 ) / (4 + 2500 ) m = 1.26
El Caudal Máximo Horario resulta del producto del Caudal Medio Diario por el Coeficiente de Mayoración.
Qmh = Qmd * m
Qmh = 160 L/hab dia * 1.26 Qmh = 202 L/hab dia
4.2.3 Caudal De Diseño
Para determinar el Caudal de Diseño, hay que tener en cuenta los caudales por infiltración y conexiones erradas. Se estima que dichos caudales no sobrepases el 20% del Qmh. Entonces:
Qd = Qmh + Qmh * 20%
Qd = 202 L/hab dia + (202 L/hab dia * 0.2) Qd = 242.4 L/hab dia
Qd = 242.4 L/hab dia * 2500 hab * 1 / 1000 L * 1 / 86400 seg Qd = 606 m3/dia ≈ 7.01 * 10-3 m3/seg
4.4 TRATAMIENTO PRIMARIO
4.4.1 Desbaste. Se diseñaran tres rejillas inclinadas sobre un canal rectangular, cada una de ellas esta formada por una serie de barras de 5 mm de ancho y separaciones variables (50 mm, 30 mm y 15 mm). Estas rejillas se pueden observar en la Figura 4.
4.4.1.1 Primera rejilla. Esta rejilla se diseñara con el Caudal de Diseño y sus aberturas serán de 50 mm. Utilizando la ecuación de continuidad se halla el area requerida para la rejilla teniendo en cuenta, como parámetro de diseño, que la velocidad que debe llevar el agua antes de la rejilla no debe exceder de 0.50 m/s. Asumiendo una velocidad de 0.45 m/s se tiene:
Área del Canal de llegada (A) A = Q/V
Donde:
A : Área del canal (m2)
Q : Caudal de diseño (m3/seg) V : Velocidad en el canal (m/seg)
Entonces:
A = m seg seg m
/ 3 . 0
/ 00701 .
0 3
A = 0.023 m2
Con la ecuación utilizada para hallar el area transversal de la seccion rectangular se determina el ancho del canal que es el mismo de la rejilla, sabiendo que la altura del agua para el caudal de diseño es de 0.182 m (valor obtenido de la altura en la canaleta Parshall). (ver Figura 5).
Ancho del canal (b) A = b * h → b = A / h
Donde:
A : Área requerida por la rejilla (m2) b : Ancho de la rejilla (m)
h : Altura del agua Qmáx
Entonces:
b =
m m 182 . 0
023 .
0 2
b = 0.128 m ≈ 15 cm
Chequeo de velocidad V = Qmáx / Área
Área = b * h
V =
m m
seg m
182 . 0
* 15 . 0
/ 00701 .
0 3
V = 0.25 m/seg
Con el ancho de la rejilla se determina el numero de aberturas, recordando que las separaciones en esta rejilla son de 50 mm y el ancho de cada varilla es de 5 mm.
No de aberturas =
illa Anchodela
eparación Anchodelas
ejilla Anchodelar
+ var No de aberturas =
m m
m 05 . 0 050 . 0
15 . 0
+
No de aberturas = 2.7 ≈ 3 aberturas.
Ahora se calcula la longitud de las varillas, asumiendo que la inclinación que tendrá la reja será de 60º.
Sen ∝ = ha / lv
Donde:
∝ : Angulo de la inclinación de la reja ha : Altura del agua a caudal máximo
lv : Longitud de la varilla requerido para el caudal medio
Despejando lv y remplazando, la ecuación quedará de la siguiente manera:
lv = 60 182 . 0 sen lv = 0.21 m
Como se debe determinar el área neta de cada uno de los espacios por donde pasa el agua, entonces se realiza la siguiente relación:
S = No de aberturas * Ancho de separación * longitud de la varilla
S = 3 * 0.05 * 0.21 S = 0.032 m2
Con estos datos se calcula la perdida de carga con la reja totalmente limpia, la cual define el cambio de nivel necesario después de la reja. Esto se consigue con la siguiente ecuación:
Q = K * S * 2*g *h (1)
Donde:
Q : Caudal (m3/seg)
K : Coeficiente debido a la forma de la varilla (Cuadrada = 0.6) S : Área neta de cada espacio (m2)
h : Perdida de carga en la rejilla (m)
Se despeja la perdida de carga y luego se remplaza:
h =
g S
K Q
* 2
*
* 2
2 2
h = 2 2 2 2
2 3
/ 81 . 9
* 2
* ) 032 . 0 (
* ) 6 . 0 (
) / 00701 . 0 (
seg m m
seg m
h = 0.0068 m
____________________
1. BONAFE ESCRIBA DOMINGO. Hidráulica para ingenieros. Bellisco librería 1998.
El chequeo se realiza calculando la perdida de carga con la mitad de la rejilla obstruida así:
lvl chequeo = lv * 50 % lvl chequeo = 0.21 m * 0.5 lvl chequeo = 0.105 m
Sl chequeo = No de aberturas * Ancho de separacion * longitud de la varilla Sl chequeo = 3 * 0.05 m * 0.105 m
Sl chequeo = 0.016 m2
hl chequeo =
) / 81 . 9 (
* 2
* ) 016 . 0 (
* ) 6 . 0 (
) / 00701 . 0 (
2 2
2 3
seg m m
seg m
hl chequeo = 0.027 m ≈ 2.7 cm
4.4.1.2 Segunda y Tercera Rejilla. Los cálculos para estas rejillas se realizan de la misma forma, recordando que el ancho de la rejilla es 0.15 m, que las separaciones que se proyectan para la segunda rejilla son de 30 mm y 15 mm para la tercera rejilla y que el ancho de cada varilla es de 5 mm. Los resultados de las operaciones realizadas para las dos rejillas se consignan en las tablas 9 y 10 respectivamente.
Tabla 9. Cálculo del área neta requerida y la perdida de la carga para las rejillas.
Rejilla No de aberturas
Ancho de la separación
(mm)
Ancho de la varilla
(mm)
Longitud de la varilla (m)
S (m2)
h (m2)
1 3 50 5 0.21 0.032 0.0068
2 5 30 5 0.21 0.052 0.0026
3 8 15 5 0.21 0.084 0.001
Fuente: El Autor.
Tabla 10. Chequeo de la perdida de carga.
Rejilla Longitud de la varilla 50%
obstruida
S chequeo (m2) h chequeo (m) h Asumido (m)
1 0.105 0.016 0.027 0.03
2 0.105 0.015 0.030 0.04
3 0.105 0.012 0.047 0.05
Fuente: El Autor
Como la perdida de la carga nos indica el cambio de nivel en cada uno de las tres rejillas, entonces, se asume un cambio de nivel de 5 cm para la primera rejilla, 6 cm en la segunda rejilla y 7 cm en la tercera rejilla. En la tabla 11. se hace un resumen de las dimensiones de cada una de las tres rejillas.
Tabla 11. Dimensiones de las rejillas
REJILLA 1 2 3
Espacio entre las varillas (mm 50 30 15
Ancho de la rejilla (m) 0.15 0.15 0.15
Longitud minima para las rejillas (m) 0.21 0.21 0.21
Numero de separaciones 3 5 8
Perdida de carga (cm) 0.68 0.26 0.1
Perdida de carga con la rejilla 505 tapada (cm) 2.7 3 4.7 Altura del escalon donde se encuentra la rejilla (cm) 3 4 5 Fuente: El Autor.
Por ultimo e debe verificar que la velocidad dentro de las rejillas este dentro del parámetro de diseño, este especifica que las velocidades al paso de las rejillas debe ser inferior a 0.9 m/seg.
Entonces:
V = Q / A
Donde:
Q : Caudal de diseño (m3/seg)
V : Velocidad dentro de la rejilla (m/seg)
A = S : Área neta o espacio dentro de las varillas (m2)
En la tabla 12 se determina la velocidad del agua dentro de las rejillas, teniendo en cuenta los valores anteriormente calculados de área neta entre las varillas.
Tabla 12. Velocidad del agua dentro de las rejillas.
REJILLA V limpia = Q/S1 (m/seg) V limpia = Q/S1 chequeo 50% limpia (m/seg)
1 0.21 0.43
2 0.13 0.46
3 0.09 0.58
Fuente: El Autor
En la figura 4, se puede observar como será la distribución y las dimensiones de la rejilla.
Figura 4. Esquema básico de cribado y dimensiones de las rejillas.
4.4.2 Canaleta Parshall. Es necesario conocer las variables que dependen del caudal, para esto se instalará una canaleta Parshall. En las tablas 13 y 14 se consignan los datos necesarios para el calculo de la misma.
Tabla13. Dimensiones características de canaletas Parshall.
W CAUDAL
MINIMO (L/s)
CAUDAL MÁXIMO (L/s)
n K
3” 0.85 53.8 1.547 0.176
6” 1.52 110.4 1.580 0.381
9” 2.55 251.9 1.530 0.535
1” 3.11 455.6 1.522 0.690
1 ½” 4.25 696.2 1.538 1.054
2” 11.89 936.7 1.550 0.426
3” 17.26 1426.3 1.566 2.182
4” 36.79 1921.5 1.578 2.935
5” 62.80 2422 1.587 3.728
Fuente: Arboleda Valencia Jorge. Teoría y practica de la purificación del agua. 1992
Tabla 14. Dimensiones típicas de medidores Parshall (cm)
W (cm) A B C D E F G K N
3” 7.6 46.6 45.7 17.8 25.9 61.0 15.2 30.5 2.5 5.7 6” 15.2 62.1 61.0 39.4 40.3 45.7 30.5 61.0 7.6 11.4 9” 22.9 88.0 86.4 38.0 57.5 61.0 30.5 45.7 7.6 11.4 1’ 30.5 137.2 134.4 61.0 84.5 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9 1 12’ 45.7 144.9 142.0 76.2 102.6 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9 2’ 61.0 152.5 149.6 91.5 120.7 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9 3’ 91.5 167.7 164.5 122.0 157.2 91.5 61.0 91.5 7.6 22.9 Fuente: Arboleda Valencia Jorge. Teoría y practica de la purificación del agua. 1992
Con el valor del caudal máximo y analizando la tabla 13, se determina el ancho de la garganta, el exponente n y el coeficiente K, necesarios para determinar la ecuación de calibración de la canaleta, asi:
Qmax = 0.00701 m3/seg = 7.01 L/seg
W = 3” = 7.6 cm K = 0.176
n = 1.547
Estos valores se remplazan en la ecuación de calibración de canales Parshall
Q = K * han (2)
Entonces la ecuación de calibración para la canaleta del proyecto es:
Q = 0.176 * ha1.547
ha = 1.547
176 . 0 ) / 10
* 01 . 7
( −3m3 seg
ha = 0.125
____________________
2. ARBOLEDA VALENCIA, Jorge. Teoria y practica de la purificación del agua. 1992
