POTABILIZACIÓN DEL AGUA

MEDICIÓN DE CAUDALES

MÉTODO VOLUMÉTRICO:
• Se usa para caudales pequeños (<5
L/s)
• Que tienen caída libre
• La totalidad del caudal debe ingresar
al recipiente:

Procedimiento:
1. Recipiente adecuado y de fácil
manejo
2. Se llena recipiente midiendo
simultáneamente con cronómetro el
tiempo de llenado.
3. Medir volumen con probeta.
4. Calcular Caudal (L/s)
MÉTODO ÁREA-VELOCIDAD CON FLOTADOR:
• Especialmente en ríos y canales de sección
homogénea.
• Debe determinar el área transversal de la sección.
• Medir velocidad de flujo.

Procedimiento:
1. Elegir distancia entre dos transectos de un tramo
recto (entre 5 a 10 metros).
2. Calcular en área media de la sección del transecto 1
 Criterios de selección de los intervalos para aforo de aguas superficiales.

ANCHO (m) < 1,0 1,0 - 2,0 2,0 - 4,0 4,0 - 10,0 10,0 - 30,0 > 30,0

# segmentos o criterio de selección de 5 a 10 (cada 4 a 8 (cada 0,5 4 a 10 m (cada 5 a 15 (cada 1

3 cada 3 a 5 m
intervalo 0,2 m) m) 1 m) m)

• Se mide la profundidad de cada punto del intervalo divisor

de los segmentos.
• El área se calcula considerando un rectángulo equivalente
con una base igual al ancho del rio y una altura igual a la
altura promedio.
• Se realiza el mismo procedimiento para la sección del
transecto aguas abajo, promediando las dos áreas
transversales de ambos transectos. Esta será el área de la
sección de aforo.
• Se arroja un objeto flotante guas arriba del transecto 1 y se
mide con cronómetro el tiempo que tarda en recorrer la
distancia entre los dos transectos. El procedimiento se
repite 5 a 8 veces.
• Halar Velocidad media de flujo ( coeficiente 0,85)
• Calcular Caudal
 PROCEDIMIENTO:

• Se elige un transecto perpendicular a la corriente.

• Se mide el ancho del cauce y se calculan entre 15 a 25 subdivisiones verticales o segmentos a intervalos
regulares.
• Se mide la profundidad de cada segmento y con el ancho del segmento se calcula su área de influencia.
• En cada vertical, donde se posiciona el molinete, se determinan las velocidades a diferentes alturas.

Criterios de elección de profundidades de medida según altura de la lámina de agua

Profundidad del agua en el punto de medición (m) < 0,5 0,5 - 1,0 >1,0

Profundidada la que debe efectuarse la medición 3 puntos: 20% - 60%

respecto de la superficie (%) 1 punto: 60 % 2 puntos: 20% - 80% -80%
VERTEDEROS:

• Se debe evitar que el vertedero se encuentre

ahogado
• Debe tener una lámina resistente, delgada y sin
deformaciones.
• Debe asegurarse que toda el agua a aforar este
pasando por el vertedero.

TIPOS:
Triangular de 90° (tipo Thomson)
Triangular de 60°
Triangular de 120°
Rectangular sin contracciones
Rectangular tipo Francis
CANALETAS PARSHALL
 CAPTACIONES

CAPTACIÓN DE FONDO TORRE DE CAPTACIÓN

Utilizada para pequeños Para proyectos de abastecimiento
acueductos, cuyas fuentes de agua de gran embergadura.
son quebradas de alta
pendiente y poco caudal.

OTROS:
CAPTACIÓN LATERAL Galería de Infiltración
Utilizadas para sistemas de Plataforma de toma
acueductos que abastecen Plataforma de toma flotante
poblaciones grandes.
 COMPONENTES HIDRÁULICOS

Manera como se proyecta el flujo de agua que circula

por los tanques y conductos de transmisión:
• Sistemas abiertos o cerrados
• Con sentido horizontal o vertical
• Por gravedad o por bombeo.

CONSIDERACIONES PARA LA ECONOMÍA DEL PROYECTO:

• Proyectar sistemas que trabajen por gravedad, evitando bombeo de agua y sustancias químicas
• Preferirse mezcla hidráulica para dispersión de coagulantes (más simple, eficiente, no equipos).
• Preferir floculadores hidráulicos de tabiques.
• Preferir métodos de decantación acelerada con placas (menor costo y fácil manejo)
• Filtros en medios dobles (arena-antracita): Abarata costos de construcción y permite lavado mutuo de filtros.
• Eliminar todo control mecánico del proceso de filtración, regulando el flujo solo por orificios o por vertedero.
• Lavar los filtros con el flujo proveniente de otras unidades.
• Proyectar sistemas de canales en lugar de tuberías (filtros).
 PRETRATAMIENTO Y ACONDICIONAMIENTO PREVIOS

El sistema de pretratamiento es una estructura

auxiliar que debe preceder a cualquier sistema
de tratamiento. Esta estructura persigue
principalmente los objetivos de reducir los
sólidos en suspensión de distintos tamaños
que traen consigo las aguas.
Desarenador: Tiene por objeto separar del
agua cruda la arena y partículas en suspensión
gruesa, con el fin de evitar se produzcan
depósitos en las obras de conducción, proteger
las bombas de la abrasión y evitar sobrecargas
en los procesos posteriores de tratamiento. El
desarenado se refiere normalmente a la
remoción de las partículas
superiores a 0,2 mm.
Sedimentador: Similar objeto al desarenador
pero correspondiente a la remoción de
partículas inferiores a 0,2 mm y superiores a
0,05 mm.
Fuente: Romero Jairo. Calidad del Agua, 2005. p. 234
 DISEÑO DE DESARENADORES Y SEDIMENTADORES

Información básica para el diseño:

a. Caudal de Diseño: Las unidades de una planta de
tratamiento serán diseñadas para el QMD.
b. Calidad fisicoquímica del agua: Dependiendo de la
calidad del agua cruda, se seleccionarán los
procesos de pretratamiento y acondicionamiento
previo.
c. Características del clima: Variaciones de
temperatura y régimen de lluvias.
Estudio de campo:
a. Estudio de fuentes: Que incluya los aforos y
regímenes de caudal de por lo menos los tres
últimos años.
b. Zona de ubicación: Levantamiento topográfico a
detalle, análisis de riesgo y vulnerabilidad de ella a
desastres naturales.
c. Análisis de suelos y geodinámica.
d. Análisis de la calidad del agua.
 DESARENADORES
CARACTERÍSTICAS GENERALES:
Ubicación
• Se debe tener en cuenta el tipo de conducción que va a tener
entre este y la planta de tratamiento.
• Cuando las conducciones son cerradas es conveniente ubicarlo lo
más cercano posible a la captación.
• La tubería que comunica la captación y el desarenador se debe
proyectar una pendiente uniforme, con el fin de hacer arrastre de
material.
• Hacer cámaras de inspección en cambios de dirección.
• Para conducciones abiertas el desarenador se proyecta al final de
la conducción.

Número de Unidades
• Por conveniencia se deben proyectar dos desarenadores, con
iguales especificaciones y trabajando en paralelo.

Factores que Influyen en el Diseño

• Temperatura y viscosidad del agua.
• Tamaño, forma y porcentaje que se desea remover de partículas.
 TIPOS DE SEDIMENTACIÓN

DIAGRAMA PARAMAGNETICO DE FITCH

 TEORIA DE LA SEDIMENTACIÓN

Los desarenadores se basan en la teoría de la

sedimentación desarrollada por Hazen y Stokes:
Considera que el desplazamiento de un cuerpo en
suspensión, estará dado de acuerdo con las fuerzas
que actúan sobre él.

Para el caso de partículas suspendidas en un fluido

como el agua, actúan la fuerza de gravedad (Fg), la
fuerza de flotación o empuje (Ff) y la fuerza de
fricción (Fr).
Cuando existe equilibrio entre la fuerza de gravedad y fuerza de flotación, la partícula se encuentra en
equilibrio estático. Cuando la fuerza de gravedad es superior a la de flotación se produce la sedimentación:
La fuerza de fricción (Fr), se genera por el movimiento generado en le desbalance de fuerzas y es función de
la velocidad de sedimentación.
La velocidad de sedimentación, se halla de la expresión:
 Para desarenadores se tienen las siguientes consideraciones:
1. Todas las partículas se consideran esféricas.
2. El flujo en el desarenador es tomado como laminar.

Entonces el área y volumen de partícula será:

 TEORÍA DE LA SEDIMENTACIÓN

Desarrollada por Hazen y Stokes……

Concluye que la
velocidad de
sedimentación
de una partícula
es directamente
proporcional al
cuadrado del
diámetro de
esta
VISCOSIDAD DEL AGUA PARA DIFERENTES TEMPERATURAS
 DISEÑO DEL DESARENADOR

Los desarenadores convencionales tienen definidas

cuatro zonas:
1. Zona de entrada: Tiene como función el
conseguir una distribución uniforme de las
líneas de flujo dentro de la unidad,
uniformizando a su vez la velocidad.
2. Zona de desarenación: Parte de la estructura
en la cual se realiza el proceso de depósito de
partículas por acción de la gravedad.
3. Zona de salida: Conformada por un vertedero
de rebose diseñado para mantener una
velocidad que
no altere el reposo de la arena sedimentada.
4. Zona de depósito y eliminación de la arena
sedimentada: Constituida por una tolva con
pendiente mínima de 10% que permita el
deslizamiento de la arena hacia el canal de
limpieza de los sedimentos.
INFORMACIÓN FUNCIONAL DE LOS DISPOSITIVOS DE LAS DIFERENTES ZONAS DEL
DESARENADOR
INFORMACIÓN FUNCIONAL DE LOS DISPOSITIVOS DE LAS DIFERENTES ZONAS DEL
DESARENADOR

VISTA LATERAL
VISTA PLANTA
VERTEDERO DE SALIDA…….
TRAYECTORIA DE PARTÍCULAS EN EL SEDIMENTADOR
 TRAYECTORIA DE PARTÍCULAS EN EL SEDIMENTADOR
ECUACIONES QUE EXPLICAN LA TRAYECTORÍA DE LA PARTÍCULA……

1. Por semejanza de triángulos…..

L/B =3/1 L = 3B
A = L x B A = 3B x B = 3B2
B =(A/3)1/2

2. Velocidad de sedimentación crítica 3. Área Superficial

4. Expresión de la teoría de sedimentación 5. Relación del diámetro de la partícula y

para la partícula crítica área superficial
 TRAYECTORIA DE PARTÍCULAS EN EL SEDIMENTADOR
ECUACIONES QUE EXPLICAN LA TRAYECTORÍA DE LA PARTÍCULA……

V/Q : Periodo de retención hidráulica (Ɵ)

H/V0 : Tiempo que tarda la partícula crítica de arena en ser removida (t)

En teoría, para remover la partícula crítica se debe cumplir

con la anterior expresión (Ɵ/t)

Dado que las suposiciones iniciales del desarrollo de la teoría no se cumplen, existirán
partículas removidas con Vs menores que V0……
Se adopta un factor de seguridad en función de:

2. Grado del desarenador (n)

1. Porcentaje de remoción de partículas con Vs < V0
PARA CONDICIONES REALES, LA EXPRESIÓN (Ɵ/t) QUEDA………
Vs/V0 = Ɵ/t = 1.80

HxBxL
Vs = Velocidad de sedimentación efectiva

V0 = Velocidad de sedimentación teórica = Q/A

A = Q/Vo Vo =Vs/3

A = V/H = LxBxH/H

A=LxB
RECOMENDACIONES PARA OPERAR ADECUADAMENTE EL DESARENADOR……

1. Vh < 20Vs

2. 9 < Vh/V0 < 15

3. La velocidad horizontal debe ser menor que la velocidad de arrastre de las partículas, con el fin
de evitar la resuspensión de sedimentos…..

K = 0.04; Para la sedimentación de arenas

f = 0.03; Para sedimentación por simple acción de la gravedad
 DISPOSITIVOS DE PRETRATAMIENTO ADICIONALES AL DESARENADOR

PRESEDIMENTACIÓN Y
AIREACIÓN

PRESEDIMENTADOR
DISPOSITIVOS PARA AIREACIÓN Y REMOCIÓN DE……………….
 DISPOSITIVOS PARA AIREACIÓN Y REMOCIÓN DE……………….

AIREADOR POR CASCADAS

 MEZCLADORES

CLASIFICACIÓN DE LAS UNIDADES DE MEZCLA RÁPIDA (COAGULACIÓN)

 MEZCLADORES MECÁNICOS

EN LÍNEA

RETROMEZCLADOR
 MEZCLADORES HIDRÁULICOS

Vertedero triangular como

mezclador

Difusores
 CANALETA PARSHALL (MEDIDOR DE CAUDAL Y MEZCLA RÁPIDA)

RALPH PARSHALL TOMANDO MEDIDAS DE FLUJO (1946)

PRINCIPALES CONSIDERACIONES DE LA CANALETA

PARSHALL:

• Con una o dos lecturas de niveles es posible

obtener el caudal.

• No es posible la acumulación de sedimentos.

• En la garganta se desarrolla un FLUJO CRÍTICO.

• El flujo puede ser en descarga libre o sumergida.

CANALETAS PARSHALL
EJEMPLOS CANALETA PARSHALL……
MEDICIÓN DE CAUDAL (Q) EN LA CANALETA PARSHALL

• La sumergencia está dada por la relación entre los

niveles H2/H1.
• En ningún caso se debe operar con sumergencias
mayores de 95%.
• Las dimensiones del medidor son dadas en función de
W.
• La selección del medidor más adecuado se hace
teniendo en cuenta el caudal y el ancho del canal.
• Es recomendable en general tomar el ancho de
garganta como 1/3 a 1/2 del ancho del canal.
MEDICIÓN DE CAUDAL (Q) EN LA CANALETA PARSHALL
ECUACIÓN DE CALIBRACIÓN DE UN MEDIDOR PARSHALL
Q = KHn
MEDIDORES QUE TRABAJAN CON FLUJO SUMERGIDO
Qreal = Q - Corrección
MEDICIÓN DE CAUDAL (Q) EN LA CANALETA PARSHALL

v/H = ¼
4V =H
MEDICIÓN DE CAUDAL (Q) EN LA CANALETA PARSHALL
MEDICIÓN DE CAUDAL (Q) EN LA CANALETA PARSHALL
MEDICIÓN DE CAUDAL (Q) EN LA CANALETA PARSHALL
MEDICIÓN DE CAUDAL (Q) EN LA CANALETA PARSHALL
CAUDALES
EN
MEDIDORES
PARSHALL
EN L/S
CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO DE MEZCLADORES HIDRÁULICOS
EJEMPLO PARA COMPROBACIÓN DE LAS CONDICIONES DE MEZCLA DE LA CANALETA PARHALL
EJEMPLO PARA COMPROBACIÓN DE LAS CONDICIONES DE MEZCLA DE LA CANALETA PARHALL
MECANISMOS DE COAGULACIÓN
FLOCULADORES
INFORMACIÓN FUNCIONAL DE LOS DISPOSITIVOS DE LAS DIFERENTES ZONAS DEL
DESARENADOR
SEDIMENTADORES
INFORMACIÓN FUNCIONAL DE LOS DISPOSITIVOS DE LAS DIFERENTES ZONAS DEL
DESARENADOR
INFORMACIÓN FUNCIONAL DE LOS DISPOSITIVOS DE LAS DIFERENTES ZONAS DEL
DESARENADOR