Ampliación y Mejoramiento del Sistema de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario en la Localidad de Chuquibamba, Distrito de Chuquibamba, Provincia de Condesuyos, Departamento y Región de Arequipa “AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA” Doc. 003 Rev. 1 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 14 “AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA” PARÁMETROS DE DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente:
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Ampliación y Mejoramiento del Sistema de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario en la Localidad de Chuquibamba, Distrito de Chuquibamba, Provincia de Condesuyos, Departamento
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“AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN
DE AREQUIPA”
Doc. 003
Rev. 1
INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 14
“AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE
CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA”
PARÁMETROS DE DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
JULIO 2017
CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado
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ÍNDICE
1.0 PARÁMETROS DE DISEÑO ................................................................................................ 3
1.1 POBLACIÓN ...................................................................................................................... 3
TABLA Nº 9: LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE CALIDAD ORGANOLÉPTICA ........................ 13
TABLA Nº 10. RESUMEN BASES DE DISEÑO DE LA PTAP CHUQUIBAMBA ............................... 14
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1.0 PARÁMETROS DE DISEÑO 1.1 POBLACIÓN
La población total estimada de Chuquibamba al año 2018 (Año 1) será de 2,849 habitantes. Se calcula que al año 2037, correspondiente al horizonte del proyecto, la población ascenderá a 2,945 habitantes. A su vez, se estima que para el año 2037 serán atendidos el total de la población, es decir 2,945 personas, lo que corresponde a una cobertura de agua potable de 100.0%. En la tabla Nº 01 se presenta un resumen de la proyección de la población para diferentes períodos del proyecto.
Tabla Nº 1: Población total, cobertura y población servida
Para la determinación de la curva de crecimiento poblacional se ha determinado con los datos de los censos (1972, 1981, 1993 y 2003) y con los diferentes modelos: aritmético, geométrico, parabólico y curva exponencial modificada. Las estimaciones se han realizado en forma independiente para la localidad de Chuquibamba. Finalmente se eligió el método geométrico para la estimación de la población. Se eligió el modelo geométrico y una tasa de crecimiento de 0.17% anual, como resultado de los análisis poblacional de los años 1972 - 2007. Esta tasa es equivalente al último periodo intercensal 1993 - 2007. De acuerdo a los criterios planteados y conforme a lo establecido en los términos de referencia, el periodo de diseño será igual a 20 años, cuyo horizonte es el año 2037.
1.2 CAUDALES El caudal de agua potable que demanda una población depende principalmente de las condiciones climáticas, uso, actividades y costumbres en una zona determinada.
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En la tabla Nº 02 se presenta un resumen de la proyección de la población servida y la demanda de agua en el horizonte del proyecto.
Tabla Nº 2: Caudales a ser tratados en la PTAP Chuquibamba
De la tabla anterior, se observa que la población tiene una demanda de agua de 11.59 l/s (Caudal máximo diario) al final del horizonte del proyecto (Año 2037).
En la siguiente tabla N° 03 se adjunta el cálculo del caudal máximo diario y caudal promedio.
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Tabla Nº 3: Demanda de Agua Potable.
COBERTURA (%) DEMANDA AGUA
C/MED. S/MED. TOTAL C/MED. S/MED. TOTAL C/MED. S/MED. TOTAL C/MED. S/MED. TOTAL C/MED. S/MED. TOTAL C/MED. S/MED. TOTAL
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Respecto a la oferta de agua, actualmente el abastecimiento a la localidad de Chuquibamba es del tipo subterránea a través de 4 manantiales: Cabracancha, El Calato, Pacchia y Umpuyo, ubicadas en la parte alta de la localidad urbana. Según los aforos realizados por SEDAPAR e indicados en el perfil del proyecto, la producción total de estas fuentes es de 6.63 l/s y el flujo es conducido mediante un tubería de PVC de Ø4” hacia una cámara de desinfección existente. Por otro lado, la Municipalidad de Condesuyos con el financiamiento del Gobierno Regional de Arequipa, construyeron la nueva captación denominada “Palljaruta”, que ha permitido ampliar la producción de agua. Esta nueva captación cuenta con resolución de licencia de uso poblacional de la Autoridad Nacional del Agua – Ministerio de Agricultura otorgado a la Municipalidad Provincial de Condesuyos mediante la Resolución Administrativa Nº 0097-2010-ANA/ALA.CM. Según esta resolución, se ha autorizado captar un caudal de 7.00 l/s provenientes del manantial Palljaruta que son conducidos por una tubería de PVC de Ø6” que se junta con el flujo de los otros 4 manantiales antes de ingresar a la cámara de desinfección existente.
En la tabla Nº 04 se muestra un resumen de la oferta de agua existente en la localidad de Chuquibamba.
Tabla Nº 4: Oferta de agua cruda para la localidad de Chuquibamba
Fuente / Manantial
Caudal de producción
(l/s) Antigüedad Estado físico
Estado operativo
Cabracancha
6.63
> 30 años Regular Adecuado El Calato > 50 años Regular Adecuado Pacchia > 60 años Regular Adecuado
Umpuyo > 60 años Regular Adecuado
Palljaruta 7.0 < 10 años Bueno Adecuado TOTAL 13.63
Fuente. PMO SEDAPAR – Trabajo en campo.
De la tabla Nº 03, se observa que la oferta actual de agua en la zona es de 13.63 l/s, valor superior a la demanda al final del periodo de diseño (Qmd= 11.59 l/s), por lo cual se garantiza la disponibilidad del recurso hídrico al año 2037. El flujo total (11.59 l/s) será conducido hacia una planta de tratamiento de agua y posteriormente a los reservorios de almacenamiento para ser distribuida a la población.
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1.3 CALIDAD DE LAS FUENTE DE AGUA Para el diseño de la planta de tratamiento de agua potable para la localidad de Chuquibamba se tendrá en cuenta la Norma Técnica OS.020 – Plantas de Tratamiento de Agua para Consumo Humano - del Reglamento Nacional de Edificaciones que establece los criterios básicos de diseño de los procesos de tratamiento. Inicialmente, se requiere conocer la calidad físico-química y microbiología del agua cruda de las diversas fuentes de agua que abastecen a la localidad de Chuquibamba para definir el grado de tratamiento requerido. Los valores de los parámetros físico-químicos, inorgánicos y microbiológicos de las fuentes de agua serán comparados con los Estándares de Calidad Ambiental de Agua (ECAs) establecidos en el Decreto Supremo Nº 15-2015-MINAM. En las tablas Nº 05 y 06 se muestran los resultados de los análisis físico-químicos, microbiológicos e inorgánicos (metales pesados) de los años 2015 y 2016 en las diversas fuentes de agua. En el año 2015, los análisis inorgánicos (metales pesados) fueron realizados por el laboratorio Certificaciones del Perú S.A. (CERPER) según se indica en el informe de ensayo Nº 3-15992/15 mientras que los análisis físico-químicos y microbiológicos fueron realizados por el Departamento de Control de Calidad y efluentes de SEDAPAR según reportes Nº 003-2015/F.Q. Inspecciones y Nº 067-2015/ BACT inspecciones. Respecto a los resultados del año 2016, los análisis físico-químicos, microbiológicos e inorgánicos (metales pesados) fueron realizados por el Departamento de Control de Calidad y efluentes de SEDAPAR según Reportes de laboratorio Nº 007-2016/ F.Q. Inspecciones y Nº 096-2016/ BACT inspecciones de fecha 22 de junio de 2016.
Tabla Nº 5: Calidad de las fuentes de abastecimiento de agua a la localidad de Chuquibamba año 2015
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**: No presenta valor en ese parámetro para la sub categoría.
Fuente: Reporte Nº 089-2015/ BACT zonales (SEDAPAR) e informe de ensayo 3-15992/15 (CERPER)
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Tabla Nº 6.- Calidad de las fuentes de abastecimiento de agua a la localidad de Chuquibamba año 2016
**: No presenta valor en ese parámetro para la sub categoría.
Fuente: Departamento de Control de Calidad y efluentes SEDAPAR Por otro lado, en el mes de Febrero del año 2017, como parte del presente estudio, LKS contrató al laboratorio Certificaciones del Perú S.A. – CERPER (Acreditado por INACAL) para la realización de un estudio de caracterización de las fuentes de agua que abastecen a la localidad de Chuquibamba. El monitoreo y toma de muestras se realizó, en forma puntual, en la tubería que ingresa (AS-1) a la cámara de desinfección. El punto de muestreo AS-1 se ubicó en las
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coordenadas UTM WSG 84: 18L0750755 Este y 8248021 Norte. En la tabla Nº 07 se presentan los resultados de los análisis indicados en el informe de ensayo Nº 3-03281/17.
Tabla Nº 7: Calidad de las fuentes de abastecimiento de agua a la localidad de Chuquibamba año 2017
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**: No presenta valor en ese parámetro para la sub categoría.
Fuente: Informe de ensayo Nº 3 – 03281/17 (CERPER)
De las tablas anteriores se tiene los siguientes comentarios acerca de la calidad del agua de las diversas fuentes: • La turbiedad en las fuentes de Palljaruta, Cabracancha y Umpuyo varió entre 0.50 y
2.96 UNT, siendo menores al ECA de 5.00 UNT establecido para la subcategoría 1A. • Los valores de los parámetros físico-químicos como dureza total, cloruros, sólidos
disueltos totales, nitratos y sulfatos de las diversas fuentes de agua se encuentra por debajo de los ECAs para las subcategorías A1 y A2.
• La concentración de metales pesados en las fuentes de agua es inferior a los ECAS de las subcategorías A1 y A2, a excepción del arsénico que supera el ECA de 0.01 mg/L en las fuentes de Cabracancha y Umpuyo.
• La concentración de coliformes totales en los años 2015 y 206 en las fuentes de Cabracancha y Umpuyo varió entre 1.6 E+3 NMP/100 ml y 1.6E+4 NMP/100 ml respectivamente, valores que cumplen con el ECA de la subcategoría A2 “Aguas que pueden ser potabilizadas con tratamiento convencional”.
• La concentración de coliformes totales en la fuente de Palljaruta en los años 2015 y 2016 fue de 49 y 23 NMP/100 ml, valores que cumplen con el ECA de la subcategoría A1 “Aguas que pueden ser potabilizadas con desinfección”.
En general, después de reunirse todas las fuentes de agua, éstas pueden ser clasificadas dentro de la Subcategoría A2 “aguas que pueden ser potabilizadas con tratamiento convencional”. En tal sentido, en el diseño de los procesos de la planta de tratamiento de agua se deberá tener especial consideración en la eliminación de los siguientes contaminantes: • Remoción de la turbiedad, especialmente en épocas de lluvia. • Remoción de arsénico mediante procesos convencionales.
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• Sistema de desinfección eficaz que permita la remoción total de Coliformes totales, fecales y E. Coli.
1.4 CALIDAD DEL AGUA TRATADA La calidad del agua tratada a la salida de la planta de tratamiento Chuquibamba deberá cumplir con los límites máximos permisibles establecidos en el Reglamento de Calidad de Agua para Consumo Humano aprobado mediante Decreto Supremo N° 031-2010-SA. En las tablas Nº 08 y 09 se indican los límites máximos permisibles de los parámetros microbiológicos, parasitológico y organolépticos.
Tabla Nº 8: Límites máximos permisibles de parámetros microbiológicos y parasitológicos
Parámetros Unidad de medida Límite máximo permisible
Bacterias Coliformes totales UFC/100 ml a 35ºC 0 (*)
E. coli UFC/100 ml a 44.5ºC 0 (*) Bacterias Coliformes fecales o termotolerantes UFC/100 ml a 44.5ºC 0 (*)
Bacterias heterotróficas UFC/100 ml a 35ºC 500 Huevos y larvas de helmintos, quistes y ooquistes de protozoarios patógenos
Nº Org/L 0
Virus UFC/ml 0 Organismos de vida libre como algas, protozoarios, copépodos, rotíferos, nematodos en todos sus estadios evolutivos.
Nº org/l 0
UFC: Unidad Formadora de Colonias (*) En caso de analizar por la técnica del NMP por tubos múltiples = < 1.8 /100 ml
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Tabla Nº 9: Límites máximos permisibles de calidad organoléptica
Parámetros Unidad de medida Límite máximo
permisible
Olor --- Aceptable
Sabor --- Aceptable
Color UCV escala Pt/Co 15
Turbiedad UNT 5
pH Valor de pH 6.5 a 8.5
Conductividad (25 ºC) Uhmo/cm 1500
Sólidos Totales Disueltos mg.L-1 1000
Cloruros mg Cl.L-1 250
Sulfatos mg SO4.L-1 250
Dureza total mg CaCO3.L-1 500
Amoniaco mg N.L-1 1.5
Hierro mg Fe.L-1 0.3
Manganeso mg Mn.L-1 0.4
Aluminio mg Al.L-1 0.2
Cobre mg Cu.L-1 2.0
Zinc mg Zn.L-1 3.0
Sodio mg Na.L-1 200
Respecto a los parámetros orgánicos e inorgánicos, se verificó que la concentración de metales pesados, a excepción del arsénico, cumplen con los ECAs para las subcategoría A1 y A2, por lo cual cumplirá con las concentraciones de agua para consumo humano. Asimismo, el agua potable a la salida de la planta de tratamiento deberá tener una concentración de cloro libre residual no menor a 0.5 mg/L para evitar su contaminación durante su conducción en las redes de distribución.
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1.5 RESUMEN DE LAS BASES DE DISEÑO En la tabla Nº 10 se presenta el resumen general de las bases de diseño para las estructuras hidráulicas y de los procesos para el tratamiento de aguas en el área del proyecto. Los valores de caudal correspondiente al horizonte del proyecto (Año 2037) han sido redondeados en el marco del concepto de cifras representativas a fin de minimizar el nivel de incertidumbre. De esta manera, el caudal máximo diario de 11.59 l/s ha sido redondeado a 12 l/s a fin de considerar una capacidad adicional para compensar las pérdidas en la remoción de lodos y para la limpieza de la unidades. Estos valores redondeados, no significan ningún desmedro en el diseño de la PTAP, sino más bien se convierte en parte del factor de seguridad en el diseño. Por otro lado, al no existir información del ciclo hidrológico completo de la calidad de las fuentes de agua, especialmente en la captación Palljaruta, se ha establecido que el agua cruda alcanzará un valor de turbiedad de 100 UNT en épocas de lluvia.
Tabla Nº 10. Resumen Bases de Diseño de la PTAP Chuquibamba
Parámetro 2018 2027 2037 Población total (hab) 2,844 2,894 2,945 Población servida (hab) 2,291 2,894 2,945 Caudal promedio m3/día L/s Caudal máximo diario m3/día L/s
744.77
8.62
968.19 11.20
758.59
8.78
986.17 11.41
770.69
8.92
1,001.89 11.59
Caudales de diseño (L/s) Estructuras hidráulicas y Procesos de tratamiento
12
12
12
Parámetros de calidad del agua cruda Turbiedad (NTU) (90% del tiempo) Color (UC) Coliformes totales (NMP/100 ml) Coliformes fecales (NMP/100 ml)
100 < 15
5.0E+04 2.0E+03
100 < 15
5.0E+04 2.0E+03
100 < 15
5.0E+04 2.0E+03
Parámetros de calidad del agua tratada Turbiedad (NTU) Color (UC) Coliformes totales (UFC/100 ml) Coliformes fecales (UFC/100 ml)
< 5
< 15 0 0
< 5
< 15 0 0
< 5
< 15 0 0
Fuente: Elaboración propia
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MEMORIA DE CÁLCULO DE LA PLANTA DE
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Firmas de la Revisión Vigente:
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2.0 CRITERIOS DE DISEÑO ......................................................................................................... 4
3.0 HOJAS DE CÁLCULO DE PROCESOS .................................................................................... 11
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1.0 GENERALIDADES
El dimensionamiento de los procesos de tratamiento de la PTAP Chuquibamba se ha
diseñado en función a la calidad del afluente y efluente indicado en el documento
“Parámetros de Diseño”. Estos valores han sido definidos hasta el horizonte del proyecto
de 20 años.
El diseño de los procesos de tratamiento se realizó tomando como referencia la Norma
Técnica OS.020 “Plantas de Tratamiento de Agua para consumo humano” del
Reglamento Nacional de Edificaciones, que fue promulgada en Junio de 2006. Los
criterios y lineamientos indicados en esta norma son referenciales y muchos de los
vacíos u omisiones, han sido complementados con los sustentos técnicos y cálculos en
base a literatura especializada así como la experiencia de los especialistas.
Entre la literatura complementaria utilizada para el diseño de la PTAP Chuquibamba se
ha considerado los siguientes:
• Guía para el diseño de sistemas de tratamiento de filtración en múltiples etapas.
CEPIS, 2005.
• Manual de tratamiento de agua para consumo humano. CEPIS, 2006.
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2.0 CRITERIOS DE DISEÑO • MEZCLA RAPIDA
Al ingreso de la PTAP se construirá una estructura de mezcla rápida para la dosificación de productos químicos como sulfato de aluminio o cloruro férrico para la remoción de turbiedad y el arsénico que contienen las aguas crudas. La unidad para la mezcla rápida será un vertedero triangular de 90º para producir la dispersión homogénea del coagulante en toda la masa de agua a tratar en el resalto hidráulico que se genera. La altura de agua sobre el vertedero se calculó mediante la siguiente fórmula:
h = (Q /1.4) 0.4
Donde:
h: altura de agua sobre el vertedero (m) Q: caudal de diseño (m3/s)
Asimismo, en esta unidad se verificaron las condiciones hidráulicas del número de Froude, gradiente de velocidad y tiempo de retención instantáneo. Las fórmulas utilizadas fueron las siguientes:
hc = (q2/g) 1/3 Donde: hc: altura crítica (m) q: caudal unitario por ancho de canal (m3/s)
F = v1 / √ (g*h1) Donde:
F: Número de Froude V1: Velocidad al inicio del resalto (m/s) h1: altura de agua al inicio del resalto (m) g: aceleración de la gravedad (m/s2)
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T = Lm / Vm Donde:
T: tiempo de mezcla (m) Lm: longitud del resalto (m) Vm: velocidad promedio en el resalto (m/s)
G = √ (γ/u) *hp/T Donde:
G: Gradiente de velocidad (s-1) γ : Peso específico del agua (Kg/m3) u: coeficiente de viscosidad (Kg.s/m2) hp: Energía disipada en el resalto (m9 T: tiempo de mezcla (s)
Por otro lado, la dosificación de productos químicos se realizará en solución y por gravedad. La dosis final de la solución se deberá ajustar durante la operación de la PTAP.
• FLOCULADOR DE FLUJO HORIZONTAL En la planta de tratamiento se ha considerado la construcción de un floculador de flujo horizontal con tres compartimientos para la formación de flóculos. Los rangos de gradiente de velocidad han variado en forma decreciente entre 75 y 25 s-1 , con un tiempo de retención total de 20 minutos. Los criterios considerados en el diseño del floculador de flujo horizontal han sido que el ancho de vueltas es de 1.5 veces el espacio entre las pantallas. Asimismo, el tirante de agua en la unidad ha sido de 1.10 m y el coeficiente de pérdida de carga en las vueltas (K) ha sido de 2.
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• SEDIMENTADOR
El diseño de los sedimentadores tiene como objetivo la decantación de partículas de tamaño superior a 1um. Para efectos de mantenimiento, en el diseño de la planta se consideraran 2 unidades de forma rectangular. Para el cálculo del área superficial de la unidad (As) se utilizó la siguiente fórmula donde se utilizó una velocidad de sedimentación de 0.00013 m/s.
As = Q / Vs Siendo:
As: área superficial de la unidad (m2) Vs : Velocidad de sedimentación (m/seg) Q : Caudal de diseño (m3/seg)
Seguidamente se determinaron las dimensiones del sedimentador: largo (m), ancho (m) y altura (m) de manera tal que se cumplan las relaciones de largo – ancho entre 2 y 5 así como la relación largo – profundidad de 5 a 20.
En el diseño se asumió un ancho de 3.00 m por cada sedimentador y un altura de 1.50 m. La longitud de la zona de sedimentación (L2) se calculó con la siguiente fórmula:
L2 = AS / B Siendo:
L2: longitud de la zona de sedimentación (m) As: área superficial de la unidad (m2) B: ancho de la unidad (m)
A este valor se adicionó la longitud de entrada (L1) por lo cual la longitud total del sedimentador corresponde a la suma de L1 y L2. Asimismo, en el diseño se verificó que el periodo de retención es de 3.2 horas, valor dentro del rango recomendado en la Norma OS.020 (1.5 y 5 horas). La velocidad horizontal de flujo (VH) fue menor a 0.55 cm/s y fue calculado con la siguiente fórmula:
VH=100*Q/ (B*H) Siendo:
VH: Velocidad horizontal de flujo (cm/s) Q: Caudal de diseño (m3/seg)
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H: altura de agua del sedimentador (m) B: ancho de la unidad (m)
Por otro lado, en el fondo de la unidad se consideró una pendiente de 10% para facilitar el deslizamiento de lodo hacia la tolva. En esta sección, la profundidad total se calculó mediante la siguiente fórmula:
H1=H+(S)*L2 Siendo: H1: altura máxima del sedimentador (m) H: altura de agua del sedimentador (m) L2: longitud de la zona de sedimentación (m)
En cuanto a la pantalla de ingreso, se asumió un diámetro de orificio de 0.025 m (1”) y una velocidad de paso (Vo) entre los orificios de 0,1 m/seg. Con estas consideraciones, se determinó el área total de los orificios (Ao) mediante la siguiente fórmula:
Ao = Q/Vo
Siendo: Ao: área total de los orificios (m2) Q: Caudal de diseño (m3/seg) Vo: velocidad de paso en los orificios (m/s)
El número total de orificios se distribuyó uniformemente espaciados en todo el ancho y la altura útil del sedimentador, manteniendo una distancia entre orificios menor a 0.50 m. La altura de la pantalla con orificios (h) se calculó con la siguiente fórmula:
h = H - 2/5 H Siendo:
h: altura de la pantalla con orificios (m) H: altura del sedimentador (m)
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• PREFILTRO DE GRAVA Los prefiltros de grava son unidades de pretratamiento de los filtros lentos. En el diseño de la PTAP Chuquibamba se asume que la turbiedad de agua cruda o sedimentada del afluente es de 100 UNT. Asimismo, se considerarán dos unidades con 3 compartimientos cada uno. El área de filtración de cada prefiltro de grava fue calculada con una tasa de filtración de 0.8 m/h y utilizando la siguiente formula.
Af = Q / Vf Siendo.
Af: área de filtración (m2) Q: caudal de ingreso al prefiltro (m3/h) Vf: velocidad de filtración (m/h)
Por otro lado, para calcular la longitud de cada compartimiento del prefiltro se utilizó la siguiente fórmula:
Ln (Tf / To) L =
a Donde:
L = longitud del compartimiento (m) Tf = turbiedad del efluente (NTU) To = turbiedad del afluente (NTU) a = módulo de impedimento (m-1)
Los valores del módulo de impedimento se tomaron de los estudios realizados por el CEPIS y se encuentran en función de la velocidad de filtración y el diámetro de la grava. El diámetro de la grava será decreciente de 4 cm a 1 cm entre el primer y último compartimiento. La longitud total del prefiltro (L) es la suma de la longitud de los 3 compartimientos. Con este valor se determinó el ancho mediante la siguiente fórmula:
B = Af / L
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Donde:
B: ancho del prefiltro (m) Af: Área de filtración (m) L: longitud total del prefiltro (m)
Finalmente, la altura de grava para cada prefiltro será de 2.00 m
• FILTRO LENTOS DE ARENA La turbiedad del agua prefiltrada que ingresará a los filtros lentos será inferior a 50 UNT y 40 UCV de color. En la PTAP se proyectará la construcción de 2 unidades que estarán interconectadas a través de la estructura de salida para que se pueda llenar en forma ascendente. El área superficial (As) requerida por cada filtro lento de arena se calculó mediante la siguiente formula
As = Qd / (N x Vf) Donde:
As: área superficial (m2) Vf = velocidad de filtración (m/h) Qd = caudal de diseño (m3/h) N = número de unidades
En el diseño se utilizó una velocidad de filtración de 0.15 m/h, valor que se
encuentra dentro del rango recomendado (0.1 a 0.3 m/h). Asimismo, para el cálculo de las dimensiones (largo y ancho) del filtro lento se
utilizaron las siguientes formulas
K = (2*N)/(N+1)
Donde: K =Coeficiente de mínimo costo N= número de unidades
L = (As*K)1/2
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Donde: L =Longitud del filtro lento (m) K =Coeficiente de mínimo costo
B = (As/K)1/2 Donde:
B = Ancho del filtro lento (m) K =Coeficiente de mínimo costo
Por otro lado, la velocidad de filtración real (VR) se calculó mediante la siguiente fórmula:
VR = Qd/ (2*L*B) Donde:
VR = velocidad de filtración real (m/h) Qd = caudal de diseño (m3/s) L = longitud del filtro lento (m) B = ancho del filtro lento (m)
El medio filtrante estará compuesto por granos de arena duros y redondeados, libres de arcilla y materia orgánica, con una diámetro efectivo de 0.25 mm. La capa de arena será de 0.80 m y por debajo se colocará una capa de grava de 0.25 m como medio de soporte y un sistema de drenaje. Asimismo, la altura máxima de agua en la caja del filtro será de 1.00 m
• SISTEMA DE DESINFECCIÓN
A la salida de la PTAP se construirá una cámara de contacto y se implementará un sistema de desinfección para eliminar la carga bacteriana presente en el agua hasta los límites máximos permisibles indicados en las normas vigentes. La cámara de contacto se ha diseñada para el caudal máximo diario (12 l/s) y un periodo de retención de 30 minutos, lo cual resulta en un volumen de 21.60 m3. Asimismo, la cámara de contacto será construida con pantallas internas para garantizar un flujo pistón y evitar cortocircuitos. La dosis total de cloro correspondió a 4.0 mg/L que es la suma de la demanda de cloro y el cloro residual. La desinfección de la masa de agua se realizará con la aplicación de una solución de hipoclorito de sodio al 10%, estimando un caudal de 4.15 l/d para satisfacer la demanda del caudal de diseño (12 l/s). La dosis final de la
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solución se deberá ajustar durante la operación de la PTAP para mantener una concentración de cloro residual mínimo de 0.5 mg/L en las redes de distribución de agua.
3.0 HOJAS DE CÁLCULO DE PROCESOS
A continuación se adjuntan las hojas de cálculo que sustentan el diseño de los siguientes
procesos:
• Mezcla rápida
• Floculador de flujo horizontal
• Sedimentadores
• Prefiltro de grava
• Filtros lentos
• Sistema de Desinfección
“AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN
DE AREQUIPA”
Doc. 001
Rev. 1
INFORME FINAL
Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A.
Fecha Julio 2017
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“AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA
DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA”
ANEXOS
JULIO 2017
CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS
Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado
1 Julio2017
DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS SEDAPAR SEDAPAR
DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS SEDAPAR SEDAPAR
Firmas de la Revisión Vigente:
Fecha:06/03/17
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Simbolo Unid Ecuacion Valor
Qmd m3/s 0.012
h m h = (Q /1.4) ^0.4 0.15
L m L = 2h 0.30
B m/s B = L 0.3
q m3/s q = Q/B 0.040
g m/s2 9.81
hc m hc = (q2/g)^(1/3) 0.055
P m Asumido 1.00
Altura al inicio del resalto h1 m h1 = 1.41 *hc /√ (2.56 +(P/hc)) 0.0169
V1 m/s V1 = q/h1 2.37
Aceleracion de la gravedad
Ancho del canal
Caudal unitario
Altura critica
DISEÑO DE MEZCLA RAPIDA CON VERTEDERO TRIANGULAR
Descripcion
Caudal de diseño (Qmd)
Altura de agua sobre el vertedero
Ancho de la lamina vertiente
Ampliación y mejoramiento del sistema de agua potable y alcantarilladosanitario en la localidad de Chuquibamba, distrito de Chuquibamba
provincia de Condesuyos, Departamento y Región Arequipa
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
Altura desde el vertice del vertedero a
fondo del canal aguas abajo
Velocidad al inicio del resalto V1 m/s V1 q/h1 2.37
F F = v1 /√ (g*h1) 5.8
h2 mts h2 = h1 * (√(1+8F^2) ‐1)/2 0.131
Velocidad al final del resalto V2 m/s v2 = q/h2 0.31
Energia disipada en el resalto hp m hp = (h2 ‐h1)^3 / 4 h1*h2 0.17
Lm m Lm = 6 *(h2 ‐h1) 0.68
L' m L' = 4.3 P (hc/P)^0.9 0.31
Vm m/s Vm = (V1 + V2)/2 1.34
T seg T = Lm / Vm 0.51
γ kg/m3 1000.00
u Kg.s/m2 0.000117
G s‐1 G = √(γ/u) *hp/T 1675.58
Dosificacion de productos quimicos
La coagulacion se realizara con sulfato de aluminio en solucion
Dt 20.00 mg/l
Cp 240.00 mg/s
C 8.00 %
Qh 25.92 L/d
Cb 210 litros
Nd 8.10 dias
Numero de Froude
Capacidad del bidon
Dias de operación
Dosis total
Consumo diario (Q prom)
Concentracion de la solucion
Caudal de solucion
Gradiente
Velocidad al inicio del resalto
Distancia del vertedero a la seccion 1
Tiempo de mezcla
Peso especifico del agua
Viscosidad del agua
Longitud del resalto
Altura despues del resalto
Velocidad promedio
Fecha:06/03/17
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Diseño del primer compartimiento
Simbolo Unid Ecuacion Valor
Qmd m3/s 0.012
Tiempo de retencion tramo 1 T1 min Asumida 9
Gradiente de velocidad en tramo 1 G1 s‐1 Asumida 75
Velocidad en el tramo 1 V1 m/s Asumida 0.165
Longitud del primer tramo L1 m L1 = v1 x T1 x 60 89.1
Ancho de canales del tercer tramo a3 m a3 = A3 / H 0.115
Ancho de vueltas del tramo 3 d3 m d3 = 1.5 *a3 0.172
DISEÑO DE FLOCULADOR HIDRAULICO DE FLUJO HORIZONTAL
Descripcion
Caudal de diseño (Qmd)
Ampliación y mejoramiento del sistema de agua potable y alcantarilladosanitario en la localidad de Chuquibamba, distrito de Chuquibamba
provincia de Condesuyos, Departamento y Región Arequipa
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
Ancho util de la pantalla b m Asumida 0.850
Ancho del floculador B m B = 3b + d3 2.722
N3 m N3 = L3 /B 10.47
N3 m seleccionado 11.00
e m Asumida 0.006
L3 m L3 = N3 * (a3 + e) 1.33
K Asumido 2.00
h1 m h1 = KV3^2 * (N3‐1) / 2 g 0.01
P3 m P3 = 2H + a3 2.21
R3 m/s R3 = A3 / P3 0.057
n Asumido 0.030
h2 m h2 = (n V3 /R3 ^2/3)^2 * L3 0.0105
hf3 m hf3 = h1 + h2 0.020
γ kg/m3 1000.00
u Kg.s/m2 0.000117
G3 s‐1 G = √(γ/u) *hp/T 25.25Gradiente de velocidad en tramo 3
Espesor de las pantallas corrugadas
Longitud del tercer tramo
Coeficiente de perdida de carga en las
vueltas
Perdida de carga en las vueltas tercer tramo
Peso especifico del agua
Viscosidad del agua
Perdida de carga en los canales del tramo 3
Perdida de carga total en el tramo 3
Radio hidraulico de canales del tramo 3
Coeficiente de rugosidad
Numero de canales en tramo 3
Perimetro mojado de las secciones del
tramo 3
Numero de canales en tramo 3
Fecha:06/03/17
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Simbolo Unid Ecuacion Valor
Qmd m3/s 0.012
N 2
Qu m3/s Qu = Qmd/ N 0.0060
Velocidad de sedimentación VS m/s Stokes, Allen ó Newton 0.00013
Área superficial de la zona de decantación AS m2 AS=Q/VS 46.154
B mts Asumido 3
Longitud en la zona de sedimentación L2 mts L2=AS/B 15.385
Longitud en la zona de sedimentación L2 m seleccionado 15.4
L1 mts Asumido 1
Longitud total del sedimentador LT mts LT=L1+L2 16.4
H mts Asumido 1.5
Longitud de entrada al sedimentador
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provincia de Condesuyos, Departamento y Región Arequipa
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
DISEÑO DE SEDIMENTADORES
Descripcion
Caudal de diseño (Qmd)
Numero de sedimentadores
Caudal de diseño x sedimentador
Ancho del sedimentador
Altura del sedimentador H mts Asumido 1.5
Relación (L2/B) en la zona de sedimentación L2/B adim 3<L2/B<6; verificar 5.13
Relación (L2/H) en la zona de sedimentación L2/H adim 5<L2/H<20; verificar 10.27
Velocidad horizontal del flujo, VH<0.55 VH cm/s VH=100*Q/(B*H) 0.13
S dec. Asumido 10%
Altura máxima en la tolva de lodos H1 mts H1=H+(S)*L2 3.04
Altura de agua en el vertedero de salida H2 mts H2=(Q/1.84*L))^(2/3) 0.01
Tiempo de retención de la unidad To hr To=(AS*H)/(3600*Q) 3.205
Pantalla difusora
Vo m/s Asumido 0.1
D mts Asumido 0.025
Ao m2 Ao=Q/Vo 0.06
ao m2 ao=0.7854*D^2 0.00049
n adim 122
Altura de la cortina cubierta con orificios h mts h=H‐(2/5)*H 0.9
Numero de orificios seleccionado n adim Asumido 108
Número de orificios a lo ancho, B N1 adim 18
Número de orificios a lo alto, H N2 adim 6
Espaciamiento entre orificios (entre filas) a mts a=h/N2 0.150
Espaciamiento lateral respecto a la pared (ent a1 mts a1=(B‐a*(N1‐1))/2 0.225
Número de orificios
Altura del sedimentador
Pendiente en el fondo
Velocidad de paso en cada orificio
Diametro de cada orificio
Área total de orificios
Área de cada orificio
Fecha:06/03/17
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Simbolo Unidad Valores Ecuación Rango
Qmd l/s 12N 2Qu l/s 6Vf m/hora 0.8 Asumido 0.5 a 1.5A m2 27 A = 3.6* Qu / Vf
Nº compartimentos n 3
Calculo de longitud del prefiltroLa longitud necesaria de Pre‐Filtro viene dado por :
‐ln (cl/co)Li =
aSiendo:
cl = Turbiedad de salida (UN)
Ampliación y mejoramiento del sistema de agua potable y alcantarilladosanitario en la localidad de Chuquibamba, distrito de Chuquibamba
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PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
Datos
Caudal por prefiltro
Area de filtracion
DISEÑO DE PREFILTRO DE GRAVA
Caudal de diseñoNúmero de unidades
Velocidad de filtración
El pretratamiento utilizando prefiltros de grava para disminuir la carga de material en suspensión antes de la filtracion en arena consta de varias cámaras llenas de piedras de diámetro decreciente, en las cuales se retiene la materia en suspensión con diámetros hasta 10 mm
cl = Turbiedad de salida (UN)co = Turbiedad de entrada (UN)Li = Longitud del tramo i del Pre‐Filtroa = Modulo de Impedimento
El modulo de impedimento es función de la velocidad de filtración y el diámetro de grava.El CEPIS en plantas piloto ha elaborado el siguiente cuadro.
Longitud compartimiento Nº 01Diametro de grava 3 a 4 cm
Vf = 0.80 m/hSe obtiene: a = 0.325 y considerando una turbiedad máxima co = 100.00 U.T. , y para el efluente una turbiedad cl = 75.00 U.T.
‐ln (cl/co)L1 =
a
Reemplazando valoresL1 = 0.89 m.
VALORES EXPERIMENTALES DEL MODULO DE IMPEDIMENTO (a)
Fecha:06/03/17
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SEGUNDO TRAMO:Grava de 2 a 3 cm.
Vf = 0.80 m/h
Se obtiene: a = 0.45 y la turbiedad al ingreso de este tramo será igual a lasalida del tramo 1 75.00 U.T. , y para el efluente una turbiedad cl = 50.00 U.T.
‐ln (cl/co)L2 =
aReemplazando valores
L2 = 0.90 m.
TERCER TRAMO:Grava de 1 a 2 cm.
Vf = 0.80 m/hSe obtiene: a = 0.65 y la turbiedad al ingreso de este tramo será igual a lasalida del tramo 2 50.00 U.T. , y para el efluente una turbiedad cl = 20.00 U.T.
‐ln (cl/co)L3 =
aReemplazando valores
L3 1 41
DISEÑO DE PREFILTRO DE GRAVA
Ampliación y mejoramiento del sistema de agua potable y alcantarilladosanitario en la localidad de Chuquibamba, distrito de Chuquibamba
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PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA
L3 = 1.41 m.LONGITUD TOTAL DE LA UNIDAD SIN CONSIDERAR ANCHO DE MUROS:
Lt = L1 + L2 + L3
Reemplazando valoresL = 3.21 m. (Longitud total de la Unidad).
Calculo del ancho del prefiltroSimbolo Unidad Valores Ecuación
A m2 27 A = 3.6* Qu / VfL m 3.21B m 8.407 B = A / LH m 2 Asumido
DIMENSIONES DEL PREFILTRO DE GRAVA
0.89
PLANTA 3.20
0.90
1.41
8.4 8.4
CORTEh = 2.00
Area de filtracion
Datos
Longitud total del perfiltroAncho del prefiltroAltura del prefiltro