DIAGNÓSTICO INTEGRAL Y ELABORACIÓN DEL PROYECTO EJECUTIVO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO Diseño y Selección del Pretratamiento. CARCAMO DE BOMBEO SECTOR XV. Proyecto Funcional del pretratamiento. El diseño del pretratamiento se realizó con el Gasto Máximo Extraordinario, el cual es de 9.11 l/s. El pretratamiento tiene por objeto remover o reducir sólidos gruesos, medios y finos, arenas de cierto tamaño y peso específico, y en ocasiones grasas y aceites contendidas en el agua residual, que pueden causar problemas operacionales o incrementar la necesidad de dar mantenimiento a los equipos por desgaste o atascamiento, de esa manera se estarán protegiendo los equipos de bombeo que conducirán el agua residual por la línea de conducción hasta el punto deseado. La estructura de pretratamiento que se proyecta, se compone de las siguientes estructuras: Caja de llegada, con una cota de plantilla de +42.3 msnm, tiene una compuerta para controlar el flujo hacia el pretratamiento y tiene una tubería de excedencias a la cota +41.3 msnm. Después de esta caja, el caudal se incorpora a un canal de 0.40 m de ancho y 5 m de largo, en el cual están dispuestas una rejilla gruesa manual y posteriormente una rejilla fina automática de tornillo, marca Huber o similar. Este canal tiene una ampliación de 0.50 m de largo y donde inician dos canales de 0.40 m de ancho cada uno, donde tienen dispuestas una compuerta para controlar el caudal a cada uno de ellos. Se tienen después dos canales desarenadores de 2.00 m de largo y 0.40 m de ancho cada uno. Al final de estos canales se instalará un vertedor proporcional (sutro), con el objetivo de controlar la velocidad del caudal a 0.30 m/s y también poder medir el gasto del influente al cárcamo de bombeo. A continuación, se menciona el cálculo del dimensionamiento de los elementos antes mencionados que componen la estructura. DIAGNÓSTICO INTEGRAL Y ELABORACIÓN DEL PROYECTO EJECUTIVO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO REJILLAS Son dispositivos contemplados en el tratamiento preliminar de las aguas residuales, su objetivo es la remoción de materiales gruesos o en suspensión, que pueden ser retirados mecánica o manualmente, para evitar obstrucciones en tuberías, válvulas y proteger los equipos de bombeo. Los parámetros con que se proyectaron las rejillas son los siguientes: Sistema de operación manual con inclinación en las barras de 60° con respecto a la horizontal. Plataforma para la colocación momentánea del material retirado en la rejilla, con perforaciones para el drenado hacia el propio canal. Los detalles del diseño de la rejilla gruesa y fina se muestran en el Plano No. CAR-XV DESARENADOR Y REGULADOR DE VELOCIDAD. Al igual que las rejillas, forman parte del tratamiento preliminar. Las funciones y parámetro para revisión del canal desarenador se mencionan a continuación: Velocidad en la sección transversal (V): Para evitar los depósitos de materia orgánica y el paso de arena, siendo esta de: 0.30 m/seg. Velocidad de sedimentación (C.S.): diseñada para partículas con 0.2 mm Ø; dando valor de: 2.40 cm/seg. Gasto de diseño total (Q): Que llegará al canal para desarenado. Se obtuvo de la determinación de los datos básicos de proyecto calculados previamente, dando como resultado: 0.00911 m³/seg. Número de canales para la desarenación (n): Se cuenta con dos canales, considerando uno de operación normal y uno de reserva para que sea utilizado cuando el anterior requiera estar fuera de operación por trabajos de mantenimiento. Dicho lo anterior, el desarenador existente si cumple con los requisitos de operación. DIAGNÓSTICO INTEGRAL Y ELABORACIÓN DEL PROYECTO EJECUTIVO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO Ancho de canales (b): Definido en proporción a la longitud que tiene cada canal, siendo esta de: 0.30 m. Sin embargo, para facilitar las labores de operación y mantenimiento, se definió un ancho de canal de: 0.40 m. Tirante en canales (Y): Establecido el ancho para los canales de agua (b), considerando la unidad subsecuente (regulador de velocidad), el gasto de diseño (Q) y manejando la velocidad recomendada (v), de 0.30 m/seg. El tirante del canal se calcula mediante la siguiente formula: Con la información anterior, determinamos el tirante (Y) que se tendrá en los canales desarenadores, el cual es de: 0.11 m. Con la información anterior determinamos el tirante de seguridad (Ys) que equivale al 30% y el cual se ajustará a: 0.04 m. Considerando ambos tirantes, la altura total (Yt) de los canales resulta de 0.15 m. Sin embargo, como la altura del canal de ingreso es más alto, se definió una altura total de 0.40 m, donde el tirante en los canales seguirá siendo 0.11 m y el tirante de seguridad será equivaldrá a la altura restante del canal, es decir, 0.29 m. Ys= 0.29 Y.t.= 0.40 Y= 0.11 b= 0.40 Lámina No. 4.8 Sección transversal de diseño del canal desarenador. DIAGNÓSTICO INTEGRAL Y ELABORACIÓN DEL PROYECTO EJECUTIVO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO Tirante hidráulico (Y); del canal desarenador con el gasto de diseño: 0.11 m. Carga superficial (C.S.); equivalente a la velocidad de sedimentación diseñada para partículas con 0.2 mm Ø; dando valor de: 0.024 m/seg. Velocidad de flujo en la sección transversal (V); Para evitar los depósitos de materia orgánica y el paso de arena, siendo este valor de: 0.30 m/seg. Longitud de canales desarenadores (L); Calculado a partir de la carga superficial por velocidad horizontal de flujo entre la velocidad de asentamiento de material, dando un valor de “L” igual a: 1.38 m. Es importante mencionar que, considerando las turbulencias de entrada y salida, se suma un margen de seguridad del 30 % de la longitud (L), con lo anterior y redondeando el valor, obtenemos una longitud total (LT) de: 2.00 m. Ys= 0.29 Y.t.= 0.40 Y= 0.11 b= 2.00 Lámina No. 4.9 Sección longitudinal de diseño del canal desarenador. VERTEDOR PROPORCIONAL SUTRO Se diseña en base al tirante definido (Y) para el gasto de diseño (Q.n.) en el desarenador, de acuerdo al esquema de definición del vertedor proporcional, las ecuaciones que relacionan el gasto y la carga para el vertedor proporcional se muestran en la Lámina No. 4.3. Aplicando las expresiones anteriores, se obtienen los valores de X, Y para el diseño del vertedor sutro, mostrando también el gasto obtenido para cada uno de los tirantes que se van presentando, esto se muestran en el Cuadro No. 4.5. DIAGNÓSTICO INTEGRAL Y ELABORACIÓN DEL PROYECTO EJECUTIVO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO TABLA DE DISEÑO PARA VERTEDOR SUTRO Y (m) 0.0067 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20 0.20001 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.30 x a y 0.1200 0.0979 0.0759 0.0600 0.0511 0.0453 0.0411 0.0379 0.0354 0.0333 0.0315 0.0300 0.0287 0.0275 0.0265 0.0256 0.0247 0.0240 0.0233 0.0227 0.0221 0.0219 0.0214 0.0209 0.0204 0.0200 0.0196 0.0192 0.0188 0.0185 0.0182 0.0179 Q 8.4606 a 1 / 2 Y 0.00055 0.00083 0.00138 0.00221 0.00304 0.00386 0.00469 0.00552 0.00635 0.00718 0.00800 0.00883 0.00966 0.01049 0.01132 0.01215 0.01297 0.01380 0.01463 0.01546 0.01629 0.01656 0.01739 0.01822 0.01905 0.01988 0.02071 0.02153 0.02236 0.02319 0.02402 0.02485 Cuadro No. 4.5 Valores de X, Y de diseño del vertedor proporcional (Sutro), así como los gastos obtenidos para cada tirante. Tomando los datos mostrados anteriormente, se procede a realizar una gráfica de dispersión (X, Y), donde se indican los valores en intervalos de 1 cm. La Y es la altura del vertedor, mientras que el eje X indica el 50% el ancho del vertedor, ósea que, para su DIAGNÓSTICO INTEGRAL Y ELABORACIÓN DEL PROYECTO EJECUTIVO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO fabricación se tendrá que espejear esta gráfica para conformar el lado izquierdo del vertedor, Lámina No. 4.10. 0.3500 Series1 0.3000 0.2500 Y (m) 0.2000 0.1500 0.1000 0.0500 0.0000 0.0000 0.0500 0.1000 0.1500 X (m) Lámina No. 4.10 Diseño del lado derecho del Vertedor proporcional (Sutro). DIAGNÓSTICO INTEGRAL Y ELABORACIÓN DEL PROYECTO EJECUTIVO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO Revisión del cárcamo de bombeo. Para la revisión del cárcamo de bombeo, se tomaron en consideración tres factores: Las dimensiones interiores del Cárcamo existente como diámetro y altura aprovechable, las cuales son 3.00 m y 2.00 m respectivamente. El gasto de llegada al Cárcamo, para esta revisión se hará con el Gasto Máximo Extraordinario el cual es de 9.11 l/s El gasto de salida, que después de hacer varios ensayos con varios equipos y gastos, resultó la más viable con 3 bombas de operación normal y con una de reserva, con un gasto cada una de 3.3 l/s (el conjunto es 9.9 l/s) Se realizó el análisis considerando que las bombas siempre tengan una sumergencia mínima de 0.30 m, por lo que las bombas tendrán que parar cuando se tenga este nivel. La simulación se realizó iniciando con el nivel de 0.30 m y recibiendo el Qmax extra= 9.11 l/s y con las 3 bombas paradas. La primera bomba arrancará cuando el cárcamo alcance el nivel de 1.50 m, la cual iniciará a extraer un caudal de 3.3 l/s, seguirá llenándose el cárcamo hasta que alcance el nivel 1.75 m y arranque la segunda bomba con un gasto de 3.3 l/s, seguirá llenándose hasta alcanzar el nivel de 2.00 m y arrancará la tercera bomba con 3.3 l/s. Con esta última condición el gasto de extracción (9.90 l/s) es mayor que al gasto de llegada (9.11 l/s), por lo tanto, el Cárcamo empezará a vaciarse. Esta simulación se muestra en el Cuadro No. 4.6. De esta simulación se concluye que el tiempo de llenado hasta el arranque de la primera bomba será de 17 minutos, la segunda bomba arranca a los 22 minutos y la tercera bomba arranca a los 33 minutos, el tiempo que tarda el ciclo hasta alcanzar vaciar el cárcamo hasta el nivel de 0.30 m es de 289 minutos. En el Plano CAR-XV se muestran las dimensiones y los detalles del pretratamiento y cárcamo de proyecto. DIAGNÓSTICO INTEGRAL Y ELABORACIÓN DEL PROYECTO EJECUTIVO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO Q MEDIO 0.00160 m3/s. Q M INST 0.00607 m3/s. Q M EXTR 0.00911 m3/s. Q BOMB. 1 3.3 l/s Q BOMB. 2 3.3 l/s Q BOMB. 3 3.3 l/s TIEMPO (min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 VOLUM., APORTAC. SANITARIA (m3) (Q medio) (Q M inst)(Q Max extr) ACUML. (m³) 0.55 0.55 0.55 0.55 1.09 0.55 1.64 0.55 2.19 0.55 2.73 0.55 3.28 0.55 3.83 0.55 4.37 0.55 4.92 0.55 5.47 0.55 6.01 0.55 6.56 0.55 7.11 0.55 7.65 0.55 8.20 0.55 8.75 0.55 9.29 0.55 9.84 0.55 10.39 0.55 10.93 0.55 11.48 0.55 12.03 0.55 12.57 0.55 13.12 0.55 13.67 0.55 14.21 0.55 14.76 0.55 15.30 0.55 15.85 0.55 16.40 0.55 16.94 0.55 17.49 0.55 18.04 0.55 18.58 0.55 19.13 0.55 19.68 0.55 20.22 0.55 20.77 0.55 21.32 0.55 151.95 0.55 152.50 0.55 153.05 0.55 153.59 0.55 154.14 0.55 154.69 0.55 155.23 0.55 155.78 0.55 156.33 0.55 156.87 0.55 157.42 NIVEL DE ARRANQUE BOMB. 1 BOMB. 2 BOMB. 3 NIVEL DE PARO BOMBAS DIAMET. ALTO AREA VOLUM. VOLUMEN DE BOMBEO (m3) CARCAMO BOMBA BOMBA BOMBA 1 2 3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 0.20 0.00 0.20 0.20 0.00 0.20 0.20 0.00 0.20 0.20 0.00 0.20 0.20 0.00 0.20 0.20 0.00 0.20 0.20 0.00 0.20 0.20 0.00 0.20 0.20 0.00 0.20 0.20 0.00 0.20 0.20 0.00 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 ACUM. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.20 0.40 0.59 0.79 0.99 1.39 1.78 2.18 2.57 2.97 3.37 3.76 4.16 4.55 4.95 5.35 5.94 6.53 7.13 7.72 8.32 8.91 9.50 151.47 152.06 152.66 153.25 153.85 154.44 155.03 155.63 156.22 156.82 157.41 1.5 1.75 2 0.3 3 2 7.07 14.14 OBSERV. ARRANCA BOMBA 1 ARRANCA BOMBA 2 ARRANCA BOMBA 3 m. m. m. m. m. m. m2. m3. ALTURA DE AGUA (m) 0.30 0.38 0.45 0.53 0.61 0.69 0.76 0.84 0.92 1.00 1.07 1.15 1.23 1.31 1.38 1.46 1.54 1.59 1.64 1.69 1.73 1.78 1.81 1.83 1.85 1.87 1.89 1.91 1.93 1.95 1.98 2.00 2.02 2.01 2.00 2.00 1.99 1.98 1.98 1.97 0.37 0.36 0.36 0.35 0.34 0.34 0.33 0.32 0.31 0.31 0.30 Cuadro No. 4.6 Simulación del Cárcamo Cabecera con 3 bombas de 3.3 l/s cada una. DIAGNÓSTICO INTEGRAL Y ELABORACIÓN DEL PROYECTO EJECUTIVO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO Proyecto Estructural del Pretratamiento y Cárcamo de Bombeo Sección XV Con el diseño funcional del Pretratamiento y Cárcamo y en base al estudio de Mecánica de Suelos se procedió a realizar el proyecto estructural de estas dos estructuras. Descripción de la estructura. A continuación, se hace una descripción general de las estructuras a diseñar, las cuales se mencionarán de acuerdo al flujo del agua: Del Pozo de llegada existente se harán dos acciones: La tubería de 25 cm de diámetro que alimentará al pretratamiento estará desplantada a la cota +41.67, al igual que la Caja de Llegada que tendrá como medidas de 0.40 X 0.65 m, con muros de 0.20 m de espesor, en su parte superior tendrá como tapa una rejilla abatible, con la finalidad de poder caminar sobre ella y darle mantenimiento de desazolve. La caja de llegada tendrá un hueco de 0.45 X 0.30 m para alimentar al desarenador y una compuerta de acero inoxidable de 0.45 X 3.20 m. Aquí inicia el pretratamiento con un canal de llegada de 5.52 m de longitud, el cual tiene un ancho de 0.45 m, en el que van instaladas una rejilla gruesa y una rejilla fina automática, cada una de estas rejillas tendrá una charola y pasillo de concreto de 0.90 m de longitud en total. Después este canal amplía a 0.95 m de ancho en 0.48 m de longitud, para tener a su salida dos compuertas de acero inoxidable de 0.40 de ancho y 0.40 m de alto. Se tendrán dos canales desarenadores idénticos, de los cuales uno será de operación y el otro de mantenimiento para extraerle la arena acumulada, los cuales son de un ancho de 0.40 m, 0.40 m de alto y 2.00 m de longitud. Este tendrá al final del canal una tolva de 0.10 m adicionales de profundidad, llegando a una cota de 41.42 msnm, para incorporar el agua sin solidos gruesos y arena al cárcamo de bombeo se hará a través de un hueco de 0.40 m de ancho y 0.40 m de alto, en el cual estará instalado un vertedor proporcional (sutro), con la finalidad de tener un punto de medición y control de la velocidad en el canal. Para tener acceso al pretratamiento se tendrán dos pasillos laterales ambos de 0.83 m de ancho, los cuales estarán al nivel de la parte superior de los canales desarenadores (+42.12 msnm), estarán rodeados por un muro de contención de 2.75 m de alto, (+44.87 msnm). Para incorporarse a esta estructura será a través de una escalera que estará por un costado del cárcamo, iniciando en la cota del DIAGNÓSTICO INTEGRAL Y ELABORACIÓN DEL PROYECTO EJECUTIVO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO muro de contención (+44.87 msnm) y terminando a la cota de los pasillos (+42.12 msnm). El cárcamo será una estructura cilíndrica, con un diámetro interior de 3.00 m y espesor de los muros de 0.20 m, con una losa inferior desplantada a la cota +39.67 msnm y con espesor de 0.25 m. En la parte inferior del cárcamo, tendrá un muro divisorio de 1.50 m de altura con un espesor de 0.20 m, este tendrá tres huecos de 0.30 X 0.30 m ubicados a 0.20 m del fondo del cárcamo. La losa superior del cárcamo estará ubicada a la cota +42.12 msnm y tendrá un espesor de 0.20 m, tendrá tres huecos para la instalación de las bombas, con su tapa de rejilla de acero inoxidable, y otro hueco para acceso de personas con medidas de 0.60 X 0.60 m. Se construirán dos columnas de 0.20 X 0.20 m con una viga tipo I en la parte superior para operar como estructura de maniobras para instalar y extraer las bombas.
