Alcantarillado Marco Díaz Huenchuán Ingeniero en Construcción Ingeniero Civil Obras Civiles Diplomado en Gestión Ambiental Diploma en Riego AGRYD Diplomado en Diseño y Construcción de Obras Sanitarias Magister en Eficiencia Energética y Sustentabilidad ALCANTARILLADO • Definiciones Nch3191 ALCANTARILLADO • Definiciones Nch3191 ALCANTARILLADO • Definiciones Nch3191 ALCANTARILLADO • Definiciones Nch3191 ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Tradicional: La pendiente mínima del tramo debe ser capaz de verificar una velocidad mínima de escurrimiento en la cañería de 0,60 m/s funcionando a sección llena o semillena. Utilizando la fórmula de Manning se obtiene: Para cañería a sección llena o semillena el radio hidráulico es el mismo, como se demuestra a continuación: Por lo tanto la pendiente mínima para boca llena del tramo será: ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Tactriz: Las pendientes de las tuberías deben cumplir la condición de autolimpieza aplicando el criterio de tensión tractiva. Cada tramo debe ser verificado por el criterio de Tensión Tractiva Media (σt) con un valor mínimo σt = 1.0 Pa = 0.1 kg/m2, calculada para el caudal inicial (Qi) o caudal mínimo de autolimpieza (QLO), valor correspondiente para un coeficiente de Manning n = 0.013. Para partículas menores a 1.5 mm aproximadamente. ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Tactriz: Otra literatura, mismo criterio. ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO La velocidad del flujo en las alcantarillas debe ser tal que los materiales suspendidos en las aguas residuales no se llenen de sedimentos; es decir, la velocidad debe ser tal que provoque un efecto de autolimpieza automático. La generación de tal velocidad mínima de autolimpieza en el alcantarillado, al menos una vez al día, es importante, porque si se produce cierta deposición y no se elimina, obstruirá el flujo libre, provocando una mayor deposición y finalmente provocando el bloqueo completo de la alcantarilla. Nota: Cuanto mayor sea el diámetro de la tubería de alcantarillado, menor será la pendiente. ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Considere una capa de sedimento de unidad de longitud, unidad de ancho y espesor 't', se deposita en el fondo de la alcantarilla (Figura 7.3). Sea la pendiente de la alcantarilla un grado alfa con la horizontal. La fuerza de arrastre o la intensidad de la fuerza de tracción (to) ejercida por el agua que fluye sobre un canal está dada por: ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO La velocidad y la descarga son función de la intensidad de la fuerza de tracción que depende del coeficiente de fricción y la velocidad del flujo. Las relaciones de Vs/V, qs/Q y Ss/S, donde el subíndice s denota la profundidad de flujo necesaria para mantener la velocidad de autolimpieza como la obtenida en condiciones de flujo completo. Entonces con el supuesto de que la cantidad de intensidad de la fuerza de tracción a flujo completo y flujo parcial implica la igualdad de limpieza, es decir, que las alcantarillas se autolimpien tanto a profundidad parcial como a profundidad total. ALCANTARILLADO (CPHEEO Manual, 1993) ALCANTARILLADO ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Caudal Máximo Horario ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Caudal Máximo Horario ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Caudal Mínimo Es el menor caudal que puede escurrir en un determinado periodo del día. Este se utiliza para verificar si se produce autolavado. ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Capacidad de Tuberías ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Velocidades Fórmula de Manning Donde: V = Velocidad (m/s). n = Coeficiente de rugosidad R = Radio hidráulico (m). S = Pendiente (m/m). Para tuberías con sección llena: Continuidad: Q = V A ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Criterio de la Velocidad mínima (pequeños diámetros <600mm) El autolavado se verifica para la velocidad que se registra con el caudal mínimo diario La verificación consiste en comprobar que dicha velocidad de escurrimiento sea igual o superior a la velocidad mínima de autolavado, bajo la cual se registra decantación de la materia sólida en suspensión. La velocidad asociada al caudal mínimo diario se determina con la fórmula de Manning La velocidad mínima de autolavado corresponde a aquella velocidad mínima a la cual el escurrimiento es capaz de transportar las materias sólidas en suspensión. Dicha velocidad ocurre cuando se igualan la fuerza de tracción de escurrimiento, con la resistencia al movimiento de las partículas. Va h D = Velocidad mínima de autolavado = Altura de escurrimiento = Diámetro de la tubería Va = 0,37 + 0,24 x (h/D) ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO n de Manning ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Pendientes En lo relativo a las pendientes máximas, se adoptará un valor del 15%, condicionado a que la velocidad del escurrimiento no exceda los 2,5 m/s. este valor corresponde al límite superior para el cual no es necesario proyectar machones de anclaje para la tubería. ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO ALCANTARILLADO Ejemplo ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Cámaras ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Cámaras ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Cámaras ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Cámaras ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Cámaras Hormigón Nch1105 ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Cámaras Prefabricadas Nch1623 ALCANTARILLADO BASES DE DISEÑO Cámaras Hormigón Nch1105 ALCANTARILLADO PARALELISMOS Nch2811 ALCANTARILLADO PARALELISMOS Nch2811 ALCANTARILLADO PARALELISMOS Nch2811 ALCANTARILLADO PARALELISMOS Nch2811 ALCANTARILLADO ELEMENTOS ALCANTARILLADO ELEMENTOS ALCANTARILLADO ELEMENTOS ALCANTARILLADO ELEMENTOS ALCANTARILLADO ELEMENTOS ALCANTARILLADO ELEMENTOS ALCANTARILLADO PEAS Nch2472 Aguas Residuales – Plantas Elevadoras ALCANTARILLADO PEAS Nch2472 Aguas Residuales – Plantas Elevadoras ALCANTARILLADO PEAS Nch2472 Aguas Residuales – Plantas Elevadoras El funcionamiento de una estación de bombeo implica lo siguiente. Inicialmente, el nivel de agua en la cámara de control se elevará a un ritmo que dependerá de la cantidad de agua que ingrese al sistema y de la geometría de la cámara. Cuando el nivel de agua llegue al punto designado para el arranque de la bomba, ésta se activa y descarga el agua almacenada de acuerdo al caudal de diseño. Si esta tasa excede la de ingreso, el nivel de agua caerá hasta llegar al nivel en que la bomba realiza su primera detención. Cuando la bomba se detiene, la cámara comienza a rellenarse y el ciclo se repite. Este escenario ilustra que el ciclo se alarga al aumentar la cantidad de agua almacenada entre el inicio y fin de cada bombeo. El volumen de almacenamiento que se genera entre la partida y detención de la bomba se denomina volumen útil. En teoría, la duración mínima recomendada para un ciclo con el fin de reducir el desgaste en las bombas se producirá cuando el flujo de entrada es la mitad de la capacidad de bombeo. Si se asume esta condición, el tiempo de ciclo t puede ser relacionado con el volumen útil Vt como sigue: ALCANTARILLADO PEAS Nch2472 Aguas Residuales – Plantas Elevadoras ALCANTARILLADO PEAS Nch2472 Aguas Residuales – Plantas Elevadoras Generalmente, el tiempo mínimo permisible entre ciclos es designado por el fabricante de la bomba basado en el tamaño del motor. En general, cuanto mayor sea el motor, mayor es la corriente de arranque necesaria, mayor el daño por efecto de calentamiento, y mayor el tiempo de ciclo requerido. Conociendo el caudal de bombeo y el tiempo de ciclo mínimo, el almacenamiento mínimo requerido, V, se puede obtener a partir de la ecuación siguiente. ALCANTARILLADO PEAS Nch2472 Aguas Residuales – Plantas Elevadoras ALCANTARILLADO PEAS Nch2472 Aguas Residuales – Plantas Elevadoras ALCANTARILLADO PEAS Nch2472 Aguas Residuales – Plantas Elevadoras ALCANTARILLADO PEAS Nch2472 Aguas Residuales – Plantas Elevadoras ACIDO SULFHIDRICO (H2S) El ácido sulfhídrico es un agente en estado gaseoso generado particularmente por la putrefacción de materias orgánicas de origen animal y/o vegetal que contienen azufre. OTROS NOMBRES CON QUE SE CONOCE: - HIDROGENO SULFURADO. - SULFURO DE HIDROGENO. - HIDRURO DE AZUFRE. PROPIEDADES - GAS INCOLORO - EXTREMADAMENTE TOXICO. - MAS DENSO QUE EL AIRE (1.1895). - EXPLOSIVO ENTRE 4.4 Y 44,5% . - PARALIZANTE DEL OLFATO A 100 PPM O MAS. - OLOR A HUEVOS PODRIDOS POR DEBAJO DE 30 PPM. - OLOR DULCE A CONCENTRACIONES MAS ALTAS. ALCANTARILLADO PEAS Nch2472 Aguas Residuales – Plantas Elevadoras ALCANTARILLADO PEAS Nch2472 Aguas Residuales – Plantas Elevadoras ALCANTARILLADO Calidad del Efluente Para dar Cumplimiento a la Normativa Vigente Otro aspecto de importancia en la definición de las bases de cálculo lo constituye la calidad requerida del efluente conforme lo establecido por la normativa vigente, la que puede sistematizarse de acuerdo al siguiente detalle: • Normas de emisión • DS90/2000. Norma de Emisión para la Regulación de Contaminantes Asociados a las Descargas de Residuos Líquidos a Aguas Marinas y Continentales Superficiales. Directo a cause. • DS46/2002. Norma de Emisión de Residuos Líquidos a Aguas Subterráneas, por infiltración al acuífero. • DS609/1998. Norma de Emisión para la Regulación de Contaminantes Asociados a las Descargas de Residuos Industriales Líquidos a Sistemas de Alcantarillado. • Normas de calidad • Norma NCh 1.333. Of 78. Requisitos de calidad de agua para diferentes usos, en este caso Riego. • DS4/2008. Reglamento para el Manejo de Lodos Generados en Plantas de Tratamiento de Aguas Servidas. Los lodos peligrosos deberán someterse a lo establecido en el Reglamento Sanitario sobre Manejo de Residuos Peligrosos. D.S. No 148. del Ministerio de Salud. ALCANTARILLADO Parámetros Medida del Contenido Orgánico – El contenido orgánico de las aguas residuales se puede determinar mediante: – DBO: Demanda Bioquímica de Oxígeno – DQO: Demanda Química de Oxígeno – COT: Carbono Orgánico Total – DTO: Demanda Total de Oxígeno DBO : DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO: La DBO es un parámetro que permite determinar la cantidad de oxígeno requerido para convertir la materia orgánica en anhídrido carbónico y agua, entregando además la tasa a la cual este proceso ocurre. ALCANTARILLADO Parámetros ALCANTARILLADO Parámetros Nitrógeno Principales formas ALCANTARILLADO Parámetros Fosforo Principales formas ALCANTARILLADO Calidad del Efluente Para dar Cumplimiento a la Normativa Vigente Contaminación de origen: Físico Químico Biológico ALCANTARILLADO Calidad del Efluente Para dar Cumplimiento a la Normativa Vigente ALCANTARILLADO Calidad del Efluente Para dar Cumplimiento a la Normativa Vigente ALCANTARILLADO Efectos de los parámetros ALCANTARILLADO Efectos de los parámetros • Nivel de Oxígeno Disuelto (OD): La cantidad de oxígeno que se entregue al reactor debe de ser suficiente para que, los microorganismos puedan respirar y se pueda oxidar la materia orgánica. La relación cantidad de oxígeno / cantidad de alimento debe estar regulada y mantenerse estable. Una descompensación en un sentido o en otro, puede dar lugar a la aparición de organismos filamentosos que tienden a flotar en el decantador secundario, alterando totalmente la separación sólido-líquido y tendiendo a ser lavados con el efluente. El nivel de oxígeno disuelto suele medirse con sensores que dan información inmediata de las cantidades de oxígeno en el reactor, a partir de esta información los sistemas de agitación y de aireación se ponen en marcha o se paran. La agitación debe de estar bien controlada, para que el oxígeno y el alimento se distribuyan homogéneamente por todo el reactor. Control de la aireación y oxígeno disuelto. La aireación proporciona dos elementos clave en el proceso de fangos activos: oxígeno y mezcla. El oxígeno debe ser disuelto en el líquido en cantidades suficientes para mantener activos a los microorganismos, y el contenido del tanque debe estar suficientemente mezclado para mantener los sólidos en suspensión y uniformemente mezclados con el agua residual. ALCANTARILLADO Efectos de los parámetros Sólidos en suspensión SS a) Partículas orgánicas – microorganismos (bacterias, virus, huevos de gusanos, protozoos), en su mayoría no sedimentables – otros materiales orgánicos (partículas residuales de frutas, verduras, carne, etc.), en su mayoría sedimentables b) Partículas inorgánicas – arena, arcilla, minerales – partículas en parte orgánicas y en parte inorgánicas Sustancias disueltas SD a) Materias orgánicas – sustancias biodegradables – sustancias no biodegradables b) Materiales inorgánicos • Índice Volumétrico de Lodos (IVL): Este valor entrega el comportamiento de los lodos en – nutrientes, utilizados en parte o totalmente por microorganismos el decantador. – iones metálicos y de metales pesados, utilizados a Para determinar el IVL se debe realizar el ensayo de menudo solo en cantidades muy pequeñas por Sólidos Sedimentable con un Cono Imhoff o Columna microorganismos. ALCANTARILLADO Efectos de los parámetros El índice volumétrico del lodo IVL o de fango IVF, o SVI por sus siglas en inglés, corresponde al índice de Mohlmann, el cual es un indicador macroscópico que permite evaluar las características de decantación del lodo. Corresponde al volumen en litros, que ocupa 1 gramo de sólidos en suspensión del licor de mezcla en peso seco, después de sedimentar por 30 minutos. Un operador toma una muestra del efluente del tanque de aireación y mide el test de decantabilidad de 30 minutos y la concentración de SSLM. Los resultados son: test de decantabilidad = 250 ml/l; SSLM = 2000 mg/l. ALCANTARILLADO PTAS - Planta de Tratamiento de Aguas Servidas Las aguas contaminadas son un grave problema para la salud pública, ya que contienen numerosos virus, bacterias y parásitos que son fuente de variadas enfermedades que pueden contraerse fácilmente al beber, bañarse o ingerir alimentos en contacto con estas. Las aguas contaminadas pueden ser tratadas y descontaminadas a través de PTAS o EDAR, que son instalaciones de alta tecnología que permiten realizar su limpieza, también pueden ser depuradas mediante emisarios submarinos, que son tuberías de una longitud tal que permiten realizar una descarga de aguas residuales, en un lugar de un cuerpo de agua donde la hidrodinámica favorece su dilución y dispersión. ALCANTARILLADO PTAS - Planta de Tratamiento de Aguas Servidas La planta de tratamiento pertenece al sistema de alcantarillado de aguas servidas y se encarga del control de la contaminación de redes de aguas servidas y de las redes unitarias. Puede colaborar en la descontaminación de las aguas lluvias cuando estas van mezcladas con las aguas servidas en sistemas unitarios, y también en casos particulares en que la contaminación en sistemas separados se produce por efectos especiales, como autopistas, zonas industriales, etc. Dado que la planta de tratamiento no forma parte de la red de drenaje de aguas lluvias propiamente tal, y en Chile son operadas por las empresas sanitarias que tienen la concesión del lugar, debe tenerse en consideración que las plantas de tratamiento de aguas servidas, a nivel nacional están diseñadas y tarificadas, sólo para tratar los caudales y volúmenes de aguas servidas de la población atendida, sin considerar los caudales y volúmenes de las aguas lluvias que ingresan al sistema. ALCANTARILLADO PTAS - Planta de Tratamiento de Aguas Servidas ALCANTARILLADO PTAS - Planta de Tratamiento de Aguas Servidas ALCANTARILLADO Sistemas de Tratamiento ALCANTARILLADO Sistemas de Tratamiento ALCANTARILLADO Sistemas de Tratamiento ALCANTARILLADO Sistemas de Tratamiento ALCANTARILLADO Sistemas de Tratamiento Alternativos