UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA- FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL TRABAJO Nº 03 Curso: Tratamiento de Desagües Alumno: Huarhuachi zorrilla, Hawell Código UNI: 20091214C Profesor: Ing. Rosa Elena Yaya Beas. Fecha de entrega:02/07/2014 Tema: Diseño de laguna Facultativa Secundaria 1.-Objetivo de la experiencia. Determinar el dimensionamiento de la laguna de estabilización facultativa secundaria para una zona que NO cuenta con sistema de alcantarillado sanitario, usando los criterios y parámetros de diseño adoptados por el Reglamento Nacional de Edificaciones Norma OS 090:”Plantas de tratamiento de aguas residuales”. 2.-Memoria de Cálculo A continuación en la tabla Nº01 se mostrará los parámetros considerados en el diseño de lagunas de estabilización según la norma OS 090: Plantas de tratamiento de aguas residuales” del Reglamento Nacional de Edificaciones (R.N.E). Datos Valor Unidades Sustento Teórico Asumiendo que toda la población de diseño es igual a la población servida. Para AA.HH y centros poblados Población total Dotación Contribución al alcantarillado (C) Carga Superficial Numero mínimo de lagunas Temperatura diseño Incremento lluvia(ID ) Perdida y evaporación (ED ) Relación largo-ancho Altura mínima de la laguna Altura máxima de la laguna Periodo de limpieza laguna facultativa Aporte DBO Per cápita a 20ºC Pendiente de talud (Z) Concentración Bacteriana Inicial Constante de concentración bacteriana(Kb) Tiempo de acumulación de lodos 91 214 200 hab l/hab/dia 80% variable 02 No indica Kg DBO/hab/dia Und 16 0,7 0,1 ºC cm/dia Cm/dia 2/1 1,5 adimensional m RNE OS-090 5.5.2.4.seccion b Dato oficial del Senamhi de la región Característica del material según el grado de infiltración y/o evaporación RNE OS-090 RNE OS-090 5.5.2.4.seccion f 2,0 m No indica el RNE , experiencia de campo 05-10 años 0.050 Kg RNE OS-090 4.3.6. 2,00 adimensional El suelo es arcilloso 12345.38 NMPUFC/100 ml 0,6 adimensional 40 L/hab/año RNE OS-070 4.4 RNE OS-090 5.5.2.4.seccion c RNE OS-090 RNE OS-090 5.5.2.4.f Dato obtenido de laboratorio RNE OS 090 RNE OS 090 5.5.2.2 Tabla Nº01: Parámetros de diseño considerados a partir de las normas OS 090 y OS 070 del RNE Determinación del caudal promedio de Desagüe (𝑸𝑷 ) La metodología de cálculo está sustentado en el R.N.E OS 090 punto 4.3.5 Q P = CxDxP Dónde: C: es el porcentaje de contribución del caudal de diseño a la red de alcantarillado, D: es la dotación expresada en L/Hab/Dia P: población de la localidad. Reemplazando: 200𝑙 𝑄𝑃 = 0.8𝑥 ( ℎ ) 𝑥( 91214 ℎ) = 14594.24 𝑚3/𝑑 𝑑 Calculo del Caudal de diseño (𝐐𝐃 ∗) Q D ∗= Q p = 14594.24 𝑚3/𝑑 Calculo de la carga organica diaria ( C) C = P ∗ 𝑐 = 91 214ℎ ∗ 0,038 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂 𝐷𝐵𝑂 = 3466,132𝐾𝑔 ℎ ∗ 𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑖𝑎 Calculo de la carga superficial(𝐂𝐃 ) 𝐂𝐃 = 250 ∗ 1,05𝑇−20 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂 = 250 ∗ 1,0516−20 = 205,68 ℎ𝑎 ∗ 𝑑𝑖𝑎 ℎ𝑎 ∗ 𝑑𝑖𝑎 Cálculo del área de la laguna (𝐀) 𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂 3466,132 C 𝑑𝑖𝑎 = 16,85 𝐻𝑎 = 168 520 𝑚2 A= = 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂 CD 205,68 ℎ𝑎 ∗ 𝑑𝑖𝑎 A 𝑁𝐿 = 05 , 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠: Au = 𝑁 = 𝐿 168 520 𝑚2 05 = 33704,12 𝑚2 Cálculo del caudal de diseño corregido (𝐐𝐃 ) Q D = (Q∗𝐷 − (ID− ED ) ∗ 𝐴) = 13928,972 (1 − 0,7)𝑚 𝑚3 𝑚3 −5∗ ∗ 33704,12 𝑚2 = 13423,410 𝑑𝑖𝑎 100𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑖𝑎 Determinación de las dimensiones geométricas de la laguna Sabemos que: L = 2 W , entonces 33704,12 𝑚2 = 2𝑤 ∗ 𝑤 ∗, 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠: 𝑤 = 129,81𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑦 𝐿 = 259,63 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 Se construirá en base a un tronco de pirámide de base rectangular con un talud igual a 02 para suelo arcilloso. El criterio para determinar las bases inferior y superior será tal que asumiremos que los valores de L y w son las medianas de dos trapecios que se cruzan en el eje principal del tronco de pirámide. Calculo de las dimensiones usando el ancho De la figura: W es la mediana del trapecio ABCD, entonces 𝑤= (𝐴 + 𝐴 + 2𝑍𝑉) = 𝐴 + 2 ∗ 1,6 = 129,81 𝑚 2 𝐴 = 126,61 𝑚 𝑦 𝐴 + 2𝑍𝑉 = 133,01 𝑚 De la figura L es la mediana del trapecio ABCD, entonces 𝐿= (𝐵 + 𝐵 + 2𝑍𝑉) = 𝐵 + 2 ∗ 1,6 = 259,63 𝑚 2 𝐵 = 256,43 𝑚 𝑦 𝐵 + 2𝑍𝑉 = 262,83 𝑚 Verificamos mediante la fórmula de la pirámide Rectangular 𝑉𝑜𝑙 = 𝐻 (𝐴 + 𝐴2 + √𝐴1 𝐴2 ) 3 1 Reemplazando… 1,6 𝑉𝑜𝑙 = (126,61 ∗ 256,43 + 133,01 ∗ 262,83 + √126,61 ∗ 256,43 ∗ 133,01 ∗ 262,83) 3 𝑉𝑜𝑙 = 53928,207 𝑚3 Esta conforme a nuestro calculo, lo cual se aproxima al valor de (33704,12 ∗ 1,6)𝑚3 Cálculo del tiempo de retención Minimo (𝐓𝐑𝐇𝐦𝐢𝐧 ) TRHmin = NOTA: Se considera la fracción 𝑉 53928,207 𝑚3 = = 20,08𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑄 13423,410 𝑚3 5 𝑑𝑖𝑎 13423,410 𝑚3 5 𝑑𝑖𝑎 debido a que en caso de que se realice en alguna de las 05 lagunas la operación y el mantenimiento no afectara en el TRH ,esto es debido a que el mantenimiento es esporádico y varia entre 5 a 10 años. Cálculo del numero de dispersion(𝐝) d= 1,158[𝑅(𝑤 + 2𝑍)]0,489 𝑊1,511 (𝑇 + 42,5)0,739 (𝐿𝑍)1,489 Dónde: 𝑑: 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑤: 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑎𝑔𝑢𝑛𝑎(𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠) 𝐿: 𝐿𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑎𝑔𝑢𝑛𝑎(𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠) 𝑧: 𝑇𝑎𝑙𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑎𝑔𝑢𝑛𝑎(𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜) 𝑅: 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑇º: 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝐸𝑛 º𝐶) Reemplazando… 1,158[20,08 (129,81 + 2 ∗ 2)]0,489 (129,81 )1,511 d= = 0.384 (16 + 42,5)0,739 (259,63 ∗ 2)1,489 Como pueden notar el valor de d guarda relación con lo estipulado en el RNE OS 090 5.5.2.5.parte d la cual indica una correlación y su valor de tendencia, esto da un cierto grado de veracidad a nuestro calculo hidráulico. Cálculo de la relación 𝑵/𝑵𝒐 mediante la Formula de Yáñez 1 𝑁 4𝑎𝑒 2𝑑 = 𝑎 𝑁0 (1 + 𝑎)2 𝑒 2𝑑 − (1 − 𝑎)2 𝑒 −𝑎 2𝑑 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑎 = √(1 + 4𝐾𝑏 ∗ 𝑇𝑅𝐻 ∗ 𝑑) Reemplazando… 𝑎 = √(1 + 4 ∗ 0,6 ∗ 20,08 ∗ 0.384) = 4,41 𝑁 = 𝑁0 1 4 ∗ 4,41 ∗ 𝑒 2∗0.384 4,41 −4,41 (1 + 4,41)2 𝑒 2∗0.384 − (1 − 4,41)2 𝑒 2∗0.384 𝑁 64,98 = = 7,1217 ∗ 10−3 𝑁0 9124,16 𝑈𝐹𝐶 Reemplazando 𝑁0 = 12345.38 𝑁𝑀𝑃 100𝑚𝑙 𝑡𝑒𝑛𝑒𝑚𝑜𝑠… 𝑁 12345.38 𝑁𝑀𝑃 𝑈𝐹𝐶 100𝑚𝑙 = 7,1217 ∗ 10−3 , 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑁 = 12345.38 ∗ 4,010 ∗ 10−3 = 87,92 Nota: La población bacteriana final que resulto del cálculo (𝑁 = 87,92 𝑁𝑀𝑃 lo dispuesto en las ECAS del agua para riego de categoría 03 opcional. Laguna Primaria 01 Laguna Secundaria 01 Laguna Primaria 02 Laguna Secundaria 02 Laguna Primaria 03 Laguna Secundaria 03 Laguna Primaria 04 Laguna Secundaria 04 Laguna Primaria 05 Laguna Secundaria 05 𝑈𝐹𝐶 ) 100𝑚𝑙 𝑁𝑀𝑃 𝑈𝐹𝐶 100𝑚𝑙 SI cumple con Cálculo de la carga orgánica al final del proceso(𝑫𝑩𝑶𝑭 ) 𝐶𝐷𝐵𝑂𝐹 91 214 ∗ 0,038𝐾𝑔𝐷𝐵𝑂 𝐶𝐷𝐵𝑂𝑜 𝐾𝑔 𝐷𝐵𝑂 𝑚𝑔 13263,704𝑚3 = = = 0,037 = 37 −1 3 1 + 𝐾 ∗ 𝑇𝑅𝐻 1 + 0.3𝑑 ∗ 20,08𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑚 𝐿 Observaciones: valor de 27,8 mg/L no cumple con los ECAS debido a que para que la calidad del efluente debe ser considerado tipo 03 si el valor de la DBO es menor a 0,15 mg/Finalmente concluimos que requiere un tratamiento posterior. Cálculo del volumen acumulado de lodos(𝑽𝑳𝒐𝒅𝒐 ) 𝑉𝑜𝑙𝐿𝑜𝑑𝑜𝑠 < 50%𝑉𝑜𝑙𝐿𝑢𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 Dónde: 𝑉𝑜𝑙𝐿𝑢𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 : 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑢𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎. 𝑉𝑜𝑙𝐿𝑜𝑑𝑜𝑠 : 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑢𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜𝑠 Asumiendo una geometría de altura de lodos de 0,20 metros tenemos: VLodo 40𝐿 3 = ℎ𝑎𝑏 ∗ 91 214ℎ𝑎𝑏 = 3648,56 𝑚 ⁄𝑎ñ𝑜 𝑎ñ𝑜 De La figura calcularemos el volumen total para todo un periodo x de limpieza: 𝐴 = 126,61 − 2 ∗ 0,15 = 126,31 (Para el lado menor) 𝐵 = 256,43 − 2 ∗ 0,15 = 256,13(Para el lado mayor) Volumen de lodo depositado (Vol.) 𝑉𝑜𝑙 = 0,30 (126,31 ∗ 256,13 + 126,61 ∗ 256,43 + √126,31 ∗ 256,13 ∗ 126,61 ∗ 256,43) 3 𝑉𝑜𝑙 =9722,75𝑚3 Cálculo del tiempo de mantenimiento de lodos(𝒕𝑳𝒐𝒅𝒐 ) 𝑡𝐿𝑜𝑑𝑜 = 12818,14 = 3,51 𝑎ñ𝑜𝑠 = 3 𝑎ñ𝑜𝑠 3648,56
