Diseño de una Planta Portátil Potabilizadora de Agua de 50 Metros Cúbicos por Día



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FIGURA 2.7. CURVA DE RENDIMIENTO DE LA BOMBA CAPTACIÓN DE AGUA CRUDA

Bomba para los Filtros

Para interconectar los filtros se utilizará tubería de 1 pulgada (diámetro interior 26.6mm) de diámetro.



Cálculo de la carga dinámica total CDT

(61)

Donde:


Z= 1m desnivel entre entrada del fluido y salida

= pérdidas por fricción

= pérdidas menores (codos, tee, válvulas, etc.)

= pérdida en los filtros

Pérdidas por fricción

Pérdida por fricción se define a la pérdida de energía producto de la resistencia de la tubería al flujo del agua.



(62)

Donde:


J = Pérdidas de carga por cada metro de tubería (Ver Apéndice A, Tabla A.1)

L = Longitud de la cañería de conducción, en metros.

Se asume una longitud total de 10 metros que incluye la longitud que puede ser variable desde la salida del filtro de carbón activado hasta el tanque de almacenamiento.





Pérdidas menores

Las pérdidas singulares o menores, son pérdidas de energía que se producen por la instalación de accesorios, tales como llaves, codos, válvulas, manómetros, etc.

Estas se calculan mediante la expresión:

(63)

La cual tomando en cuenta los diferentes tipos de accesorios que se utilizan queda expresada de la siguiente forma:



(64)

Donde:


v= velocidad de circulación del agua (m/s)

g = 9.8m/s2 Aceleración de gravedad



=0.9 coeficiente de pérdida para codos de 90 grados de radio corto

=1.8 coeficiente de pérdida tee

=0.3 coeficiente de pérdida para válvulas de globo

=1.8 coeficiente de pérdida para nudos

=14 número de codos de 90 grados de radio corto

=10 número de tee

=6 número de válvulas de globo

=10 número nudos

Los distintos valores de K se encuentran de la tabla A.2 del apéndice A.



Velocidad de circulación del agua

(65)

Donde:


Q= 50m3/día = 5.78(10)-4 m3/s

= 26.6mm = 0.0266m diámetro de la tubería para los filtros



Reemplazando los valores obtenidos en la ecuación 63.







Pérdidas en filtros

De la tabla A.3 del apéndice A se obtiene la presión de trabajo de los filtros de arena y de carbón activado. Se toma el máximo valor.

Htf = 3m x 2 = 6 m

Se reemplazan todos los valores obtenidos para finalmente obtener la CDT.





Con el valor de CDT y el caudal de la planta se selecciona el tipo de bomba más adecuado, interceptando el caudal con la curva de la bomba que cumpla con el cabezal requerido, tal como se muestra en la figura 2.8.

En la figura 2.9 se muestran las dimensiones de la bomba.

d:\documentos pp\pp\planta potabilizadora de agua\tesis jjet planta agua\curva goulds lb seleccionadas filtros.jpg

FIGURA 2.8. CURVA DE RENDIMIENTO DE LA BOMBA PARA LOS FILTROS

El nivel del agua de succión de la bomba para los filtros siempre estará sobre la bomba por lo cual la baja altura de succión de la bomba seleccionada no afecta su correcto funcionamiento.





FIGURA 2.9. DIMENSIONES DE LA BOMBA PARA LOS FILTROS

Características de la bomba para los filtros

  • Marca: Goulds

  • Modelo: LB

  • Potencia: 3/4HP

  • Caudal de trabajo: 10 gpm

  • Carga Dinámica Total H: 124pies = 37.8m @10gpm

  • Altura de Succión HS: 5pies = 1.5m

  • Frecuencia: 60Hz

  • Voltaje: 115/230 monofásica

  • Corriente Nominal: 13.8/6.9

  • Velocidad: 3500 rpm en sentido a las manecillas del reloj.

  • Succión: 1 ¼” NPT

  • Descarga: 1” NPT

  • Peso: 48lb

  • Máxima temperatura de trabajo: 60°C

  • Eficiencia: 30%

  • Motor: Estándar NEMA 48Y y 56Y con cubierta abierta a prueba de filtraciones, eje de acero inoxidable con cojinetes de bola.

  • Carcasa: Construida en acero inoxidable con conexiones roscadas NPT en la línea central y conexiones de ventilación, cebado y desagüe de fácil acceso. Tapones de acero inoxidable.

Bomba Dosificadora de Químicos

Para realizar la dosificación se utilizará una bomba dosificadora electromagnética a diafragma marca Ares de la serie DX, que es accionada por un electroimán controlado mediante un módulo electrónico intercambiable. Son bombas de alta confiabilidad y bajo costo, ideales para tratamiento de agua potable, desde perforaciones domiciliarias hasta 300 m3/h, para tratamiento de efluentes, inyección de aditivos a calderas, máquinas lavadoras o cintas transportadoras, control de pH en procesos industriales, etc.

Existen varias versiones de la serie DX las mismas que se indican a continuación:


  • P: Ajuste por perilla entre el 5% y el 100%.

  • M: Ajuste digital entre 0 y 100% en incrementos del 1%.

  • C: La señal de pulsos proveniente de un caudalímetro permite una dosificación proporcional al caudal de líquido a tratar.

  • I: Señal externa de 4 a 20 mA que modifica linealmente el caudal de la bomba.

  • Un segundo ajuste de carrera (alternativa 2), permite ampliar el rango de regulación hasta 1:500 en la versión M.

Por su sencillez operativa, la versión P es ideal para servicios de dosificación continua o de tipo ON/OFF y puede ser operada por personal no calificado.

En la figura 2.11 se indica la nomenclatura utilizada para especificar las características de las bombas dosificadoras.





FIGURA 2.10. ESPECIFICACIONES Y DIMENSIONES DE LA BOMBA DOSIFICADORA

Características de la Bomba Dosificadora

  • Marca: Ares

  • Modelo: DX9

  • Versión: P1 Ajuste por perilla entre el 5% y el 100%.

  • Caudal: 0.3 a 6 l/h

  • Presión máxima: 7bar

  • Protección térmica incorporada.

  • Grado de protección IP65.

  • Diafragma con recubrimiento de PTFE.

  • Consumo reducido: 30W a máximo caudal.

  • Versión de menor consumo aún para panel solar.

  • Versión " e " para atmósferas explosivas (Ex).



FIGURA 2.11. NOMENCLATURA PARA ESPECIFICAR LA BOMBA DOSIFICADORA

Control de Dosificación

El caudal de las bombas DX se regula comúnmente por ajuste de la frecuencia de bombeo, el método más confiable para lograr un ajuste lineal y preciso.

La regulación del caudal de la bomba se ajusta modificando la frecuencia de bombeo desde el módulo electrónico de 110 voltios.

Accesorios


  • Válvula de inyección a cañería y de pie con filtro.

  • Tubos de aspiración y descarga.

  • Elementos de fijación.

  • Manual de instalación y mantenimiento.

El montaje de la bomba dosificadora puede ser horizontal o fijado a la pared, tal como se muestra en la figura 2.12. Esta debe ir a 20 centímetros por encima de la boca de salida del recipiente del líquido a bombear



FIGURA 2.12. MONTAJE DE BOMBA DOSIFICADORA DE QUÍMICOS.

2.6.2. Generador Eléctrico

En base al consumo energético de los equipos que se usan en el funcionamiento de la planta se seleccionará una fuente de energía que pueda suplir dichas necesidades.

La tabla 22 indica el consumo energético de cada uno de los equipos utilizados.

TABLA 22

CONSUMO ENERGÉTICO DE LOS EQUIPOS


Equipo

Cantidad

Consumo energético

(kW)

Subtotal

(kW)

Bomba

de agua cruda



1

0.56

0.56

Bombas

dosificadora



2

0.03

0.06

Bomba

para Filtrado



1

0.56

0.56

Luminarias

4

0.05

0.2







Consumo Total

1.38

Se selecciona un generador eléctrico con las siguientes características

Características Técnicas del Generador Eléctrico

  • Marca: Champion

  • Modelo: C3500 monofásico

  • A/C Watts de Salida: 3500W

  • A/C Watts de Salida de Emergencia: 4000W

  • A/C Voltaje: 120V

  • A/C Frecuencia: 60Hz

  • Amperaje VAC Promedio a 120V: 25.2

  • Amperaje VAC Máximo a 120V: 28.8

  • Cilindrada del Motor: 196cc

  • Tipo de Motor: OHV CPE

  • Fabricante del Motor: Champion

  • Potencia del Motor: 6.75 HP

  • Aceite Recomendado: W30

  • Encendido: Manual

  • Indicador de Nivel Gasolina: Sí

  • Capacidad del Tanque: 4 galones

  • Horas de Operación al 50% con Tanque Lleno: 12 hrs

  • Peso: 99.2 lbs / 45 kg

  • Dimensiones: 59 x 44.5 x 44.5 cm.

El generador seleccionado tiene una capacidad mayor a la requerida, lo que permitirá usar otros dispositivos o instrumentos eléctricos que se pudieran requerir en un caso de emergencia donde el suministro de corriente eléctrica puede ser limitado.

Para prolongar la vida útil del generador y los dispositivos conectados, siga estos pasos cuando agregue carga eléctrica:



  1. Arranque el generador sin ninguna carga eléctrica conectada.

  2. Deje que el motor funcione durante varios minutos para estabilizarlo.

  3. Enchufe y encienda el primer artefacto. Es más conveniente conectar primero el artefacto con la carga más grande.

  4. Deje que el motor se estabilice.

  5. Enchufe y encienda el segundo artefacto.

  6. Deje que el motor se estabilice.

  7. Repita los pasos 5-6 para cada artefacto adicional.

Tablero de Control

El equipo de control eléctrico, se encuentra concentrado en un gabinete de control en baja tensión metálico, pintura epóxica, lámina calibre 14.

Tensión de servicio: 20 V, 2 fases, 60 Hz.

Tensión de control: 110 V, 1 fase 60Hz.

Los motores eléctricos de la planta contarán con interruptor termomagnético y relevador térmico para protección. Cada bomba tendrá protección contra bajo nivel en el cárcamo de succión y automatización de arranque y pare en el punto de descarga, mediante instrumentación de control de nivel de flotador o electroniveles, que aseguren la automatización de la operación de arranque y pare de la planta para mantener lleno el tanque de almacenamiento de agua tratada.

En la figura 2.13 se muestra el generador eléctrico.





FIGURA 2.13. GENERADOR ELÉCTRICO

2.6.3. Sistema de Almacenamiento

Dimensión de cisterna de almacenamiento agua tratada se basan en la capacidad de diseño de la planta potabilizadora.

Capacidad de la planta = 50 m3/día.

Capacidad de almacenamiento de agua deberá ser de 50 metros cúbicos.



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FIGURA 2.14. TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Son depósitos que permiten almacenar el agua protegiendo del aire y de las contaminaciones exteriores. El agua almacenada será conservada de manera temporal.

Ventajas:


  • Instalación rápida y fácil, tanto en exterior como en interior.

  • Tejido reciclable al 100 %.

  • Almacenamiento de agua de larga duración, protegido del ambiente exterior.

  • Sin evaporación ni contaminación.

  • Gran longevidad.

Especificaciones Técnicas

  • ADB 900: Tejido 100% poliéster con capa de PVC (900g/m2 - Color verde).

  • Tratamiento doble cara anti-UV.

  • Resistencia al desgarro: 400 N.

  • Resistencia a la tracción: 400/360 DaN/ 5 cm.

  • Altura máxima 1,20 metros.

  • Peso en vacio 88 kilos.

  • Un rebosadero.

  • Refuerzo de las esquinas mediante plaquetas de protección

  • Un respiradero de acero inoxidable Ø 4” con tapón de PVC.

  • Una derivación de acero inoxidable DN 50 (2”) + válvula de guillotina ACS + enchufe simétrico de acero inoxidable DN 50 (2”).

  • Fabricada bajo la norma ISO 9001: 2000.

  • Garantía del 100% de garantía durante 10 años para almacenar agua potable.

TABLA 23

CARACTERÍSTICAS DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Capacidad de Almacenamiento

(m3)

Dimensiones en vacío

(m)

Altura máxima

(m)

Peso en vacío

(Kg)

50

10,70 x 5,12

1.3

1.42

2.7. Diseño de Estructura Soportante de Planta.

La estructura deberá ser capaz de contener el peso de la planta completa, ser compacta y rígida de manera que pueda ser elevada en conjunto para ser ubicada en el medio de transporte que de preferencia puede ser un remolque.

Se utilizará vigas UPN 100 para la base que soporta todo el peso de los componentes de la planta, sobre la misma se colocará una plancha antideslizante de 3mm de espesor, la misma que tendrá un recubrimiento con pintura anticorrosiva.

La planta estará protegida de la intemperie por medio de una estructura formada por tubos de acero cuadrados de 50x3mm, los cuales forman una carcasa que cuenta con paneles pivotantes que permiten el ingreso hacia la planta por parte del operador.

El diseño de la estructura soportante se muestra con mayor detalle en el Apéndice E.

CAPÍTULO 3

3. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Se detallará el funcionamiento de la planta para que pueda ser operada fácilmente, así como también se indicará el respectivo mantenimiento, suministro y manejo de las materias primas que se requieren para el funcionamiento. Además se analizarán los posibles problemas que podrían ocurrir durante la operación y cómo resolverlos.



3.1. Operación y Control

Las instalaciones para la potabilización de agua están diseñadas para tratar el agua cruda captada desde un río o pozo. La figura 3.1 indica las diferentes etapas en el proceso de potabilización.





FIGURA 3.1. PROCESO DE POTABILIZACIÓN

Descripción de Operación de la Planta

Antes de empezar a operar la planta se debe verificar lo siguiente:



  • Revisar que los niveles de la fuente de agua cruda sean los adecuados para que se pueda abastecer de forma continua la planta.

  • Verificar que los tanques de almacenamiento de las soluciones de desinfectante y coagulante estén llenos.

  • Controlar que todas las válvulas estén en la posición correcta, especialmente en los filtros, ya que ahí existe en mayor cantidad.

  • Revisar que los medidores de nivel estén en la posición correcta.

  • Verificar que el generador eléctrico esté en las condiciones apropiadas para funcionar correctamente y con el tanque lleno de combustible.

  • Dejar que el motor del generador se estabilice y caliente durante unos cuantos minutos después de hacerlo arrancar.

  • Si el motor arranca pero no funciona, verifique que el generador esté en una superficie plana y nivelada. El motor está equipado con un sensor de aceite bajo, el cual impedirá que el motor funcione cuando el nivel del aceite esté por debajo del valor umbral.

El agua cruda es captada desde un rio o pozo mediante una bomba centrífuga, ésta ingresa a la planta potabilizadora con flujo continuo y controlado, a su ingreso se realiza la coagulación y desinfección dosificando soluciones de policloruro de aluminio y hipoclorito de sodio, mediante el uso de dos bombas dosificadoras de iguales características para producir una mezcla rápida.

Una vez que se han agregados los productos químicos el agua pasa a la sección de floculación, la cual mediante una mezcla lenta hace que se formen los flóculos y que crezcan en tamaño.

Se continua con las Sedimentación, mediante el uso de placas inclinadas paralelas las mismas que permiten eliminar las partículas, flóculos y partículas suspendidas, las mismas que se precipitan al fondo del sedimentador a la tolva de lodos para luego ser eliminadas mediante purgas periódicas cada 8 horas.

Luego del proceso de sedimentación, el agua es recolectada mediante un vertedero que la traslada a una cámara de almacenamiento para posteriormente ser enviada mediante una bomba centrífuga a los tanques de filtración.

Para lo cual se usa un filtro presurizado con capas de grava y arena y un filtro de carbón activado.

El filtro de arena retiene los sólidos de menor tamaño que no pudieron ser eliminados en la sedimentación, el mismo que se deberá limpiar en forma periódica realizando el proceso de retrolavado.

Al salir del filtro de arena el agua es ingresa al filtro de carbón activado, en donde se logra eliminar los residuos de pesticidas y otras sustancias indeseables presentes en el agua, mejora el color y sabor del agua. Al igual que el filtro de arena, el de carbón activado se deberá limpiar en forma periódica realizando el proceso de retrolavado.

Finalizado el proceso de filtrado, el agua ya es apta para el consumo humano y es llevada al tanque de almacenamiento para de ahí ser distribuida o directamente distribuida a la población.



Funcionamiento eléctrico de la planta

Una vez encendido el generador eléctrico, se enciende el tablero de control energizando todo el sistema.

La bomba se captación que es autosebante y las bombas dosificadora empiezan a funcionar.

El encendido de la bomba que alimenta los filtros está condicionado a que el nivel en el cárcamo de bombeo sea el establecido. El aumento del nivel puede ocurrir por la obstrucción de alguna válvula o una incompleta apertura de la misma, también suele suceder por la saturación de alguno de los filtros, en cuyo caso se debe realizar la limpieza de los mismos mediante el retrolavado.

La operación de los filtros se explica con detalle más adelante.

Control de Nivel

Para controlar el nivel que el agua deberá tener en el cárcamo de bombeo se utiliza un interruptor de nivel por flotador, el mismo que enciende o apaga la bomba que alimenta a los filtros.

En la figura 3.2. se muestra la forma que tiene este equipo y su funcionamiento.



FIGURA 3.2. INTERRUPTOR DE NIVEL TIPO FLOTADOR

Este tipo de controladores son muy utilizados para protección de los sistemas de bombeo, son de fácil instalación y no requieren mantenimiento. A continuación se indican las características técnicas.

Características técnicas del interruptor de nivel


  • Marca: DISIBEINT

  • Modelo: INMR-C

  • Función: Controlar un máximo y/o mínimo nivel en un proceso de llenado y vaciado de líquidos.

  • Usos: Aguas limpias y residuales sin formación de cortezas.

  • Conexión: Por Cable.

  • Material del Flotador: Polietileno antichoque.

  • Material del contrapeso: Acero Inoxidable AISI303.

  • Conexión eléctrica: Butilico 3x1mm2 (alta flexibilidad)

  • Longitud del cable: 2 m

  • Tipo de contacto: Microrruptor 1 inversor.

  • Tensión máxima: 250 VCA

  • Intensidad Máxima: 15 A

  • Presión máxima: 4 Kg/cm2.

  • Densidad: 0.8 g/cm3.

  • Temperatura de trabajo: 60ºC.

  • Dimensiones: ø65 x 140 mm

  • Peso: 176 gr Contrapeso 345gr

  • Clase de Protección: IP68



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