diseño hidráulico de una planta de potabilización de agua en la vereda de san antonio de

135 Pages·2017·3.78 MB·Spanish

DISEÑO HIDRÁULICO DE UNA PLANTA DE POTABILIZACIÓN DE AGUA
EN LA VEREDA DE SAN ANTONIO DE ANAPOIMA

HARRY SEBASTIAN PULIDO MUÑOZ
MANUEL FERNANDO CARRILLO BERNAL

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
BOGOTA
2016

1
DISEÑO HIDRÁULICO DE UNA PLANTA DE POTABILIZACIÓN DE AGUA
EN LA VEREDA DE SAN ANTONIO DE ANAPOIMA

HARRY SEBASTIAN PULIDO MUÑOZ
MANUEL FERNANDO CARRILLO BERNAL

Trabajo de Grado para Optar al Titulo de Ingeniero(a) Civil

Director:
Edgar Obando
Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
BOGOTA
2016

2
3
Nota de aceptacion:
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________

____________________________________________
Ing. Edgar Obando
Director de Proyecto

___________________________________________
Firma del Presidente de Jurado

__________________________________________
Firma de Jurado

__________________________________________
Firma de Jurado

Bogotá, 24 noviembre, 2016
4
AGRADECIMIENTO

Primeramente, doy gracias a Dios por permite que mis metas se puedan lograr,
por otórgame mis padres quienes han estado en los malos y buenos momentos
brindándome su apoyo, dedicándome tiempo, también doy gracias a la
universidad por brindarme formación, doy gracias al ingeniero Obando que fue
el director del proyecto dándonos apoyo y guiándome a la finalidad de este gran
proyecto.
Sebastián Pulido

Agradecimientos a: I.C. y J.C.
Manuel Carrillo

5
TABLA DE CONTENIDO

GLOSARIO .................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
RESUMEN .................................................................................................................. 16
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 17
1. GENERALIDADES .............................................................................................. 18
1.1 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN ......................................................... 18
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. .......................................................... 19
1.3 OBJETIVOS ................................................................................................. 21
1.3.1 Objetivo General .................................................................................... 21
1.3.2 Objetivos Específicos ............................................................................ 21
1.4 DELIMITACIÓN: ........................................................................................... 22
1.4.1 Espacio ................................................................................................. 22
1.4.2 Tiempo .................................................................................................. 22
1.4.3 Contenido .............................................................................................. 22
1.4.4 Alcance ................................................................................................. 22
1.5 MARCO DE REFERENCIA .......................................................................... 23
1.5.1 Ultrafiltracion ......................................................................................... 23
1.5.2 Desinfeccion .......................................................................................... 23
1.5.3 Oxidacion Anodica ................................................................................. 23
1.6 MARCO TEORICO ....................................................................................... 24
1.6.1 Fuentes de Agua ................................................................................... 24
1.6.2 Proceso de potabilización del agua ....................................................... 24
1.6.3 Etapas del proceso ................................................................................ 26
2. CARACTERIZACIÓN DE LA VEREDA SAN ANTONIO....................................... 28
2.1 Ubicación de la Vereda San Antonio ............................................................ 28
2.2 Aspectos Económicos .................................................................................. 28
2.3 Aspectos Ambientales .................................................................................. 30
2.4 Red Hidrográfica ........................................................................................... 30
2.5 Hidrología ..................................................................................................... 31
2.6 Vereda San Antonio ..................................................................................... 32
2.6.1 Clima de la Vereda ................................................................................ 32
2.6.2 Población en la Vereda .......................................................................... 33
2.6.3 Índices de Calidad de Vida .................................................................... 33
3. PLANTAS DE POTABILIZACIÓN ........................................................................ 34
6
3.1 Definición ...................................................................................................... 34
3.2 Procesos de Potabilización ........................................................................... 34
3.3 Tipos de Captación ....................................................................................... 34
3.3.1 Toma Lateral ......................................................................................... 34
3.3.2 Toma Sumergida ................................................................................... 34
3.3.3 Captación Flotante con Elevación Mecánica ......................................... 34
3.3.4 Captación Móvil con Elevación Mecánica .............................................. 35
3.3.5 Captación Mixta ..................................................................................... 35
3.3.6 Toma de Rejillas .................................................................................... 35
3.3.7 Presa de Derivación .............................................................................. 35
3.3.8 Cámara de toma Directa ........................................................................ 35
3.3.9 Muelle de Toma ..................................................................................... 35
3.4 Desarenador ................................................................................................. 35
3.4.1 Desarenador longitudinal ....................................................................... 36
3.4.2 Desarenador de Vórtice ......................................................................... 36
3.5 Tanque de Almacenamiento y Compensación .............................................. 36
3.6 Mezcla Rápida .............................................................................................. 36
3.6.1 Mezcladores Hidráulicos ........................................................................ 37
3.6.2 Mezcladores Mecánicos ........................................................................ 37
3.7 Floculador ..................................................................................................... 37
3.7.1 Floculadores Hidráulicos ....................................................................... 37
3.7.2 Floculadores Mecánicos ........................................................................ 38
3.8 Sedimentador ............................................................................................... 38
3.8.1 Sedimentador de Flujo Ascendente o Vertical ....................................... 39
3.8.2 Sedimentador de Alta Tasa ................................................................... 39
3.8.3 Sedimentador con Manto de Lodos ....................................................... 39
3.9 Filtros ........................................................................................................... 39
3.9.1 Filtración Rápida .................................................................................... 39
3.9.2 Filtración Directa .................................................................................... 39
3.9.3 Filtración Convencional ......................................................................... 39
3.9.4 Filtración Lenta ...................................................................................... 39
3.10 Tanque de Agua tratada ............................................................................... 40
4. DISEÑO A IMPLEMENTAR ................................................................................. 41
4.1 Paso.1 Definicion del Nivel de Complejidad .................................................. 41
4.2 Paso.2 Justificacion del Proyecto y Definicion de Alcance ............................ 43
4.2.1 Descripcion del Problema ...................................................................... 44
7
4.2.2 Determinacion del Objetivo del Proyecto ............................................... 44
4.2.3 Determinación Población Afectada ........................................................ 44
4.2.4 Cuantificacion de Demanda y/o Necesidades ........................................ 44
4.3 Paso 3. Poblacion Dotacion y Demanda ....................................................... 44
4.3.1 Métodos de Calculo ............................................................................... 44
4.3.2 Método Aritmetico .................................................................................. 45
4.3.3 Poblacion proyectada por el metodo aritmetico. .................................... 46
4.3.4 Metodo Geometrico ............................................................................... 46
4.3.5 Metodo Exponecial ................................................................................ 48
4.4 Resumen de Calculos ................................................................................... 49
4.4.1 Resumen de Poblaciones Proyectadas al 2031. .................................... 49
4.4.2 Proyección de Poblaciones.................................................................... 49
4.5 Paso 4. Dotacion Neta .................................................................................. 50
4.5.1 Correcciones de Dotacion Neta ............................................................. 51
4.5.2 Perdidas ................................................................................................ 51
4.6 Paso 5. Demanda ......................................................................................... 54
4.6.1 Caudal Medio Diario (Qmd) ................................................................... 54
4.6.2 Caudal Maximo Diario (QMD) ................................................................ 55
4.6.3 Caudal Maximo Horario (QMH) ............................................................. 55
4.6.4 Caudal de Incendios .............................................................................. 55
4.6.5 Calculo del Caudales de Dotacion ......................................................... 55
4.6.6 Caudales con los que se Desarrollara el Proyecto ................................. 56
4.7 Paso 6. Captacion (Bocatoma) ..................................................................... 57
4.7.1 Datos Iniciales del Diseñador ................................................................ 57
4.7.2 Diseño de la Presa ................................................................................ 58
4.7.3 Diseño de la Rejilla y Canal de Aduccion............................................... 59
4.7.4 Calculo de la Cámara de Recolección ................................................... 63
4.7.5 Cálculos de los Muros de Contención .................................................... 63
4.7.6 Cálculos del Caudal de Excesos ........................................................... 64
4.7.7 Calculo de Cotas ................................................................................... 65
4.8 Paso 7. Conduccion Bocatoma – Desarenador ............................................ 65
4.8.1 Diametro Minimo ................................................................................... 65
4.8.2 Velocidad Minima .................................................................................. 66
4.8.3 Velocidad Maxima ................................................................................. 66
4.8.4 Diseño ................................................................................................... 66
4.9 Paso 8. Desarenador .................................................................................... 69
8
4.9.1 Especificaciones de Diseño ................................................................... 70
4.9.2 Desarrollo del Diseño del Desarenador ................................................. 71
4.10 Paso 9. Estación de Bombeo a Tanque de Almacenamiento ........................ 79
4.10.1 Diseño de la Bomba .............................................................................. 80
4.10.2 Potencia de la Bomba............................................................................ 87
4.10.3 Especificaciones Técnicas Requeridas para el Funcionamiento Óptimo
de la Bomba ........................................................................................................ 88
4.11 Paso 10. Tanque de Almacenamiento y Compensación .............................. 90
4.11.1 Calculo Demanda del Tanque ............................................................... 90
4.11.2 Dimensiones del Tanque ....................................................................... 92
4.12 Paso 11. Conducción a la Canaleta .............................................................. 93
4.12.1 Cálculos de la Conducción .................................................................... 93
4.13 Paso 12. Mezcla Rápida (Canaleta Parshall) ................................................ 94
4.13.1 Calculo de la Altura de la Lamina de Agua (Ha) .................................... 96
4.13.2 Calculo de Velocidad de Enrtrada (Vo) .................................................. 97
4.13.3 Calculo de Energia de Entrada (Eo) ...................................................... 98
4.13.4 Calculo de Velocidad y Altura en el Centro de la Garaganta (V1 h1) ..... 98
4.13.5 Calculo de Velocidad y Altura en el Final de la Canaleta (V2 h2) ......... 99
4.13.6 Calculo de Velocidad Promedio y Gradiente Hidraulico ....................... 100
4.14 Paso 13. Mezcla Lenta (Floculador Horizontal)........................................... 102
4.14.1 Calculo Geometría del Floculador ....................................................... 103
4.14.2 Calculo Hidráulica del Floculador ........................................................ 104
4.15 Paso 13. Sedimentador (Convencional)...................................................... 105
4.15.1 Calculo Volumétrico del Sedimentador ................................................ 106
4.15.2 Calculo Canaletas de Salida del Sedimentador ................................... 106
4.16 Paso 14 Filtración (Rápida) ........................................................................ 107
4.16.1 Datos iniciales de filtración .................................................................. 107
4.16.2 Calculo del Sistema de Filtracion ......................................................... 108
4.16.3 Hidráulica de Lavados ......................................................................... 109
4.16.4 Canaletas de Salida del Sistema ......................................................... 110
4.17 Paso 15 Cloracion ...................................................................................... 110
4.18 Paso 16 Solidos Totales ............................................................................. 111
4.18.1 Calculo de TSS.................................................................................... 111
4.19 Paso 17 Test de Jarras ............................................................................... 112
4.19.1 Titulación de Muestras ......................................................................... 113
4.19.2 Calculo de Dosificación de Coagulante ............................................... 115
9
4.19.3 Proceso de Test de Jarras ................................................................... 116
4.19.4 Valores Finales de la Dosificación Óptima ........................................... 117
4.20 Paso 18 Sistema de Manejo de Lodos ....................................................... 118
5. OTRA ALTERNATIVA DE SISTEMAS DE POBAILIZACION ............................. 120
5.1 Skid planta de tratamiento .......................................................................... 120
5.1.1 Descripción del sistema ....................................................................... 120
5.1.2 Mantenimiento de los equipos ............................................................. 121
5.1.3 Equipos requeridos .............................................................................. 122
5.1.4 Costos del sistema .............................................................................. 124
6. COSTOS DE LA PTAP ...................................................................................... 125
6.1 Costos preliminares .................................................................................... 125
6.2 Costos de construcción .............................................................................. 125
6.3 Costos de mantenimiento ........................................................................... 126
6.4 Costos totales ............................................................................................. 126
7. CONCLUSIONES .............................................................................................. 127
8. RECOMENDACIONES ...................................................................................... 130
9. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 131
10. ANEXOS ........................................................................................................ 132

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Localizacion de viviendas afectadas por deficiencia del servicio. ................. 20
Figura 2. Certificado del sisben de la vereda San Antonio la cual se ve afectada. ...... 20
Figura 3. Localización del municipio de Anapoima Cundinamarca. ............................ 28
Figura 4. Indicadores de las actividades censadas. .................................................... 30
Figura 5. Red hidrográfica de la vereda San Antonio. ................................................. 31
Figura 6. Climograma de la vereda San Antonio. ........................................................ 32
Figura 7. Certificado del Sisben de la vereda San Antonio. ........................................ 42
Figura 8. Certificado del Sisben de la vereda San Antonio. ........................................ 43
Figura 9 Tabla de relaciones hidráulicas para conducciones circulares ..................... 68
Figura 10 Densidad viscosidad del agua según la temperatura ................................. 71
Figura 11.Curva característica de bombas centrifugas ............................................... 88
Figura 12 curva de la bomba con referencia NMD32/210 ........................................... 89
Figura 13. Dimensionamientos de la bomba seleccionada ......................................... 89
10