Depuración para principiantes II: Diseño de la obra de llegada

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Sobre el blog

Jorge Chamorro
Ingeniero especialista en tratamiento y depuración de aguas y en desalación.
  • Depuración principiantes II: Diseño obra llegada

La obra de llegada de una estación depuradora de aguas residuales (EDAR) es la responsable de recibir y acondicionar las aguas residuales para su posterior bombeo al pretratamiento. La obra de llegada está formada por:

  • Pozo de gruesos
  • Desbaste de agua bruta
  •  Bombeo de agua bruta

Para el diseño de estas instalaciones, es conveniente seguir los siguientes pasos:

  1. Establecer los datos de diseño
  2. Definir los parámetros de funcionamiento
  3. Diseñar las instalaciones y equipos
  4. Verificar los parámetros de funcionamiento.

PRIMERO: ESTABLECER LOS DATOS DE DISEÑO

Al tratarse de procesos hidráulicos, los únicos datos que se necesitan, para estas instalaciones, son los caudales de entrada en tres de sus variantes:

  • Caudal medio de aguas residuales (m3/h)
  • Caudal punta (m3/h) como caudal máximo de aguas residuales que llegan por el colector
  • Caudal mínimo (m3/h) como caudal mínimo de aguas residuales que llegan por el colector
  • Caudal máximo (m3/h) como caudal máximo de aguas que llegan por el colector en los periodos de lluvia y que se verán sometidas a un tratamiento primario por exigencias legales (Plan Hidrológico de Cuenca –PHC)

SEGUNDO: DEFINIR LOS PARÁMETROS DE DISEÑO

El pozo de gruesos es una instalación que tiene por objeto retirar arenas de tamaño elevado para proteger de desgaste tanto a las bombas de elevación como a las tuberías de impulsión.

Los parámetros de diseño para el pozo de gruesos son:

El desbaste de gruesos tiene por objeto retirar, de las aguas residuales, objetos de gran tamaño que puedan obstruir las bombas de elevación Para el desbaste de gruesos los parámetros de diseño son:

El bombeo de elevación tiene por objeto elevar las aguas residuales a una cota que minimice los costes de construcción y operación.

El volumen mínimo del pozo de bombeo depende del número de bombas instaladas, del caudal unitario de cada bomba y del número de arranques por hora adoptado.

El número de arranques aconsejables es de 10 para cualquier motor por debajo de 400 kw.

Algunos fabricantes proponen la siguiente tabla:

Es imprescindible que, con bombas sumergibles, el depósito de bombeo este compartimentado en dos unidades que puedan aislarse y dejarlas fuera de servicio para labores de mantenimiento y conservación.

DISEÑAR LAS INSTALACIONES Y EQUIPOS

Para el diseño del pozo de gruesos se deben de seguir los siguientes pasos:

  1. Calcular la superficie mínima necesaria en planta
  2. Definir las dimensiones en planta
  3. Calcular el volumen mínimo 
  4. Definir la altura mínima del pozo
  5. Definir altura recta y troncocónica
  6. Calcular el volumen final

Para el cálculo de la superficie adoptamos la siguiente fórmula, tanto para el caudal medio como para el caudal máximo, adoptándose la mayor de las superficies calculadas:

  Donde:

  • Q es el caudal circulante en m3/h
  • S es la superficie en planta, en m2, del pozo de gruesos

Por facilidad de maniobra de la cuchara bivalva, se recomienda que el pozo de gruesos sea cuadrado o, en su defecto, que el lado más corto mida dos metros.

Para el cálculo del volumen adoptamos la siguiente fórmula, tanto para el caudal medio como para el máximo, adoptando el mayor de los volúmenes calculados:

  Donde:

  • Q es el caudal circulante en m3/h
  • V es el volumen del pozo de gruesos en m3

Para el diseño del desbaste de gruesos se deben de seguir los siguientes pasos:

  1. Definir las características de la reja de gruesos : Ancho de barrotes: normalmente 10 cm b. Separación de barras: aconsejable 50 cm siempre y cuando sea menor del ancho de paso del rodete de las bombas (dato aportado por el fabricante)
  2. Calcular la sección mínima necesaria
  3.  Definir el número de rejas adoptadas en función del ancho de rejas

 Se calculan la sección del canal y la sección libre en reja mediante las siguientes formulas:

Donde:

  • Q es el caudal circulante en m3/h
  • S1 es la superficie del canal de desbaste en m2: a * h
  • S2 es la superficie libre en la reja en m2: ar * h
  • a: ancho del canal en metros
  • h: altura del agua en el canal en metros
  • Cc: coeficiente de colmatación de la reja expresado en tanto por uno. Normalmente el 30 %
  • ar es el ancho libre en la reja en metros de acuerdo a:

  Donde:

  • Ar: ancho en metros de la reja
  • e: espesor en metros de los barrotes
  • p: separación, en metros, entre barrotes. Debe de ser menor que el ancho de paso de la bomba.

Para el diseño del bombeo de agua bruta se deben de seguir los siguientes pasos:

  1. Definir el número de bombas a instalar
  2. Establecer la altura de elevación
  3. Calcular el caudal unitario de las bombas
  4.  Adoptar un rendimiento de las bombas
  5.  Calcular la potencia unitaria de las bombas
  6. Establecer el número máximo de arranques por hora
  7. Calcular el volumen mínimo del bombeo
  8. Calcular las dimensiones en planta del pozo de bombeo
  9. Calcular la altura mínima del agua en el bombeo.

El número (N) de bombas a instalar depende del diseñador, previa consulta con los fabricantes de estos equipos, y debe de basarse en criterios de relación entre el caudal máximo y el resto de caudales. Se instalará siempre una unidad de reserva.

La altura de elevación depende de la cota de llega del colector respecto a la rasante de la implantación de la EDAR, de las pérdidas hidráulicas de la línea de agua y de las pérdidas en el bombeo.

El caudal unitario de las bombas viene definido por la fórmula siguiente:

Donde:

  • Qb: Caudal de las bombas en m3/h
  • Qmax: caudal máximo (m3/h) de entrada a la EDAR
  • N: número de bombas adoptado

La potencia unitaria de la bomba se calcula con la fórmula: Para calcular la potencia estimada se utilizará la siguiente expresión:

  Donde:

Q: caudal máximo de bombeo en m3/h

H: altura manométrica de elevación (geométrica mas pérdidas) en metros

Ρ: rendimiento de la bomba en tanto por uno

El rendimiento de las bombas dependerá del fabricante y su modelo, situándose, generalmente, entre el 65 y el 75 %

El número de arranques máximos por hora se definirá en función de las referencias del fabricante aconsejándose valores máximos de 10 arranques por hora.

El volumen mínimo del pozo de bombeo se calcula con la fórmula:

  Donde:

  • Volumen mínimo del pozo de bombeo expresado en m3
  • Qb: Caudal de las bombas en l/sg
  • k: coeficiente en función del número de bombas
  • Z: número de arranques adoptado

El valor de k se obtiene de la siguiente tabla:

 Para definir las dimensiones del pozo de bombeo se utilizan las siguientes expresiones:

Donde:

  • Qb: caudal de la bomba en l/sg
  • l: longitud del pozo de bombeo en metros
  • a: ancho del pozo de bombeo en metros
  • hm: altura mínima de la lámina de agua en el bombeo en metros
  • n= número de bombas instaladas

VERIFICAR LOS PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO

Con las dimensiones definidas, verificar, para cada una de las instalaciones cumplen los parámetros de diseño.

En un próximo blog presentaré un ejemplo.

NOTA FINAL: Las imágenes que presentan este blog son gentileza de fabricantes de equipos. En ningún momento suponen un aval o conformidad con lo recogido en el blog, que es de total responsabilidad del autor del mismo

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