1. Ingeniería

ANEJO_II. CÁLCULOS HIDRÁULICOS
PFC. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA PLANTA DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES
IGNACIO CALVO RUBIALES
ÍNDICE
1. BASES DEL DISEÑO HIDRÁULICO DE LA EDAR ..........................................3
2. FÓRMULAS UTILIZADAS: ................................................................................3
2.1. PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERIAS ...........................................................3
2.2. PÉRDIDA DE CARGA EN CANALES ............................................................3
2.3. PÉRDIDAS DE CARGA SINGULARES .........................................................4
2.4. ALTURA LÁMINA VERTIENTE EN VERTEDERO LINEAL SIN
CONTRACCION LATERAL ...................................................................................5
2.5. ALTURA LÁMINA VERTIENTE EN VERTEDERO TRIANGULAR .................5
2.6. FLUJO LIBRE EN CANAL ..............................................................................5
2.7. ALIVIADERO DE LA EDAR............................................................................6
3. JUSTIFICACIÓN ALIVIADERO ENTRADA BIOLÓGICO ..................................6
4. LÍNEA PIEZOMÉTRICA ....................................................................................7
5. APENDICE_I. DISEÑO HIDRÁULICO ............................................................11
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1. BASES DEL DISEÑO HIDRÁULICO DE LA EDAR
Para el cálculo de la línea piezométrica de la EDAR se ha hecho un estudio previo de los
elementos singulares de la línea de agua y de la línea de fangos, como son tuberías y
accesorios de tuberías, paso por canales, vertederos, entradas y salidas de depósitos de gran
volumen, etc. con sus correspondientes pérdidas de carga.
A continuación se presenta la hoja de cálculo, en la que se dan los caudales circulantes
y las pérdidas de carga correspondientes a cada uno de los elementos que integran las
distintas redes.
El cálculo hidráulico se realizará considerando los caudales y cotas definidas en el
proyecto y que se adjuntan en las tablas de cálculo.
2. FÓRMULAS UTILIZADAS:
2.1. PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERIAS
Se utiliza la fórmula de Manning universalmente aceptada para el cálculo de pérdidas
de carga en tuberías de presión, por las que circula agua en régimen de transición ó
turbulento:
2/3
V = R
n
x J
1/2
Siendo:
V=
Velocidad del agua en m/s.
R=
Radio hidráulico en m
J=
Pendiente en m/m
n=
Coeficiente de rugosidad
2.2. PÉRDIDA DE CARGA EN CANALES
Se utiliza la fórmula de Manning:
2/3
V = R
n
x J
1/2
Donde:
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V=
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Velocidad del agua en m/s.
R=
Radio hidráulico en m
J=
Pendiente en m/m
n=
Coeficiente de rugosidad (para canales de hormigón se adopta n = 0,013).
A su vez el radio hidráulico es igual:
R=
Area mojadadel canal
PerÍmetro mojado
En canales rectangulares:
R=
b* y
b + 2y
Donde:
b=
Anchura del canal en m
y=
Altura del agua en m
2.3. PÉRDIDAS DE CARGA SINGULARES
Se utiliza la ecuación:
2
H =K*
v
2g
Donde:
H=
Pérdida de carga en m.c.d.a.
k=
Constante
v=
Velocidad del agua en m/s
g=
Aceleración de la gravedad en m/s2
Valores típicos de K para la presente instalación, son:
-
Cambio de sentido (90º)
K = 0,4
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-
Cambio de sentido (45º)
K = 0,3
-
Creación velocidad salida depósito
K = 0,5
-
Anulación velocidad entrada depósito
K=1
-
Paso compuerta abierta
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K = 0,3
2.4. ALTURA LÁMINA VERTIENTE EN VERTEDERO LINEAL SIN
CONTRACCION LATERAL
Se utiliza la fórmula de la SIA
H=
3


Q


 2/3* u * l * 2g 


2
Donde:
H=
Pérdida de carga en m.c.a.
Q=
Caudal vertiente en m3/s
u=
Constante = 0,6
l=
Longitud vertedero
g=
Aceleración de la gravedad en m/s2
2.5. ALTURA LÁMINA VERTIENTE EN VERTEDERO TRIANGULAR
Se utiliza la fórmula siguiente:
H =5
Q
1,42
2
Donde:
H=
Pérdida de carga en m.c.a.
Q=
Caudal vertiente en m3/s.
Pérdida de carga a través de reja:
Hr 
K1 xK 2 xK 3 xV 2
2 xg
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2.6. FLUJO LIBRE EN CANAL
Se utiliza la fórmula siguiente:
H =3
2
Q
gxb
2
Donde:
H=
Altura de la lámina de agua en m.c.a.
Q=
Caudal vertiente en m3/s.
g=
Aceleración de la gravedad en m/s2
b=
Ancho del canal en m
2.7. ALIVIADERO DE LA EDAR
En el pozo de gruesos de la EDAR se ha instalado un tamiz aliviadero de 6 mm con una
capacidad hidráulica de 1344 m³/h (373.3 l/s), lo cual garantiza el tratamiento primario de los
125 l/s que como máximo vehicula el colector en caso de parada total de la depuradora.
El colector de alivio de la EDAR se ha calculado con una tubería de PVC 400, lo cual
deja una sección libre de paso de 388 mm. Se ha calculado hidráulicamente para una
pendiente mínima de 0’45%, la cual permite el desalojo de los 125 l/s con un llenado del
colector del 54%.
3. JUSTIFICACIÓN ALIVIADERO ENTRADA BIOLÓGICO
El aliviadero situado a la entrada del tratamiento biológico tiene como objeto evacuar
el caudal de entrada a pretratamiento que supera al máximo admitido por el biológico.
El diseño elegido se basa en la altura de la lámina de agua sobre un vertedero recto
situado en la entrada del reactor biológico. Este diseño presenta las ventajas de no necesitar
elementos móviles, tales como compuertas, que requieren un mantenimiento y un control
más costoso.
Una vez alcanzado el nivel correspondiente al caudal máximo admisible en el
tratamiento biológico, el caudal excedente en el pretratamiento debe ser evacuado al by-pass
de la instalación, mediante un vertedero adicional.
Si este vertedero se sitúa en paralelo al de entrada al biológico, el aumento de nivel
alcanzado por la lámina de agua hace que se supere con creces el caudal de entrada al
biológico, poniendo en peligro el cultivo de las basas de aireación.
Para minimizar este efecto se estudian dos soluciones:
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Implementar una gran longitud de vertedero de alivio, frente a una pequeña longitud
de vertedero de entrada al biológico, con objeto de que una pequeña elevación de la lámina
de agua no produzca grandes perturbaciones en la entrada al biológico.
Situar el vertedero de alivio inmediatamente sobre el de entrada al biológico de forma
que las variaciones de altura sean asumidas íntegramente por el vertedero de alivio.
La solución adoptada es la segunda, aunque también se ha aumentado la longitud del
vertedero de alivio frente al biológico para que el incremento del nivel de agua sea mínimo en
el caso de máximo caudal a pretratamiento.
En los apartados siguientes se encuentran la justificación de los valores de lámina
adoptados, así como la línea piezométrica resultante.
4. LÍNEA PIEZOMÉTRICA
LÍNEA PIEZOMÉTRICA
m
Cota rel.
COTA EXPLANACIÓN ZONA PEATONAL EN SALIDA PLANTA
64,20
0,00
COTA EXPLANACIÓN ZONA PEATONAL DECANTADOR
64,30
COTA EXPLANACIÓN ZONA PEATONAL REACTOR
66,15
COTA EXPLANACIÓN ZONA PEATONAL ED. PRETRATAMIENTO 66,30
VERTIDO Y ARQUETA SALIDA
Cota vertido
60,00
Profundidad mínima tuberia de salida
1,00
Cota mínima fondo tubería por cota de vertido
60,11
-4,09
Cota máxima fondo tubería por enterramiento
62,80
-1,40
Cota mínima lámina arqueta salida cloración
60,29
-4,09
Cota máxima lámina arqueta cloración
62,98
-1,22
Resguardo mín. vertedero salida respecto tubería
0,15
Cota mínima vertedero salida
60,66
-3,54
Cota vertedero arqueta salida adoptado
63,18
-1,02
Cota tubería salida adoptado
62,15
-2,05
Resguardo mín vertedero salida respecto tuberia adoptado
0,63
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Cota agua canal medida
63,28
-0,92
Resguardo vertedero salida canal cloración
0,15
Cota vertedero salida canal cloración
63,43
-0,77
Cota agua entrada canal cloración
63,53
-0,67
LÍNEA PIEZOMÉTRICA
m
Cota rel.
Resguardo vertedero by-pass cloración
0,20
Cota vertedero by-pass cloración
63,73
Resguardo entre cloración y by-pass
0,30
Cota agua entrada by-pass cloración
63,83
Resguardo coronación cloración
1,27
Cota coronación cloración
65,10
0,90
Cota fondo arqueta salida decantador
63,10
-1,20
Cota lám. agua arqueta salida decantador
64,05
-0,25
Resguardo sobre fondo canal decantador
0,30
Cota fondo canal salida decantador
64,35
0,05
Cota máx. lámina agua canal decantador
64,44
0,14
Resguardo canal decantador
0,26
Altura canal decantador
0,35
Cota vertedero decantador
64,70
0,40
Cota lámina agua decantador
64,73
0,43
Resguardo coronación decantador
0,50
Cota coronación decantador
65,20
0,90
Cota lamina agua arqueta salida reactor
64,85
-1,30
Resguardo vertedero salida reactor
1,70
Cota vertedero salida reactor
66,55
0,40
Cota lamina agua reactor biológico
66,59
0,44
Cota lám. agua arqueta entrada c. anóxica
66,59
0,44
-0,47
-0,37
DECANTACIÓN
REACTOR BIOLÓGICO
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Resguardo coronación reactor
0,50
Cota coronación reactor
67,05
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0,90
REPARTO REACTORES Y ALIVIO
Resguardo vertedero reparto reactores
0,25
LÍNEA PIEZOMÉTRICA
m
Cota rel.
Cota vertedero reparto reactores
66,80
0,65
Resguardo lámina de agua
0,21
Cota aliviadero entrada biológico
66,88
0,73
Cota máx. lám. Arqueta reparto alividadero
66,95
0,80
Resguardo canaleta alivio biológico
0,05
Cota fondo canaleta alivio biológico
66,66
Resguardo fondo canaleta alivio biológico
0,07
Resguardo coronación arqueta reparto biológico
0,52
Resguardo lámina de agua
0,46
Cota coronación arqueta reparto biológico
67,40
1,25
Cota lám.agua arqueta salida desarenador
67,26
0,96
Resguardo vertedero salida desarenador
0,75
Cota vertedero salida desarenador
68,01
1,71
Cota lámina agua desarenador
68,11
1,81
Resguardo coronación desarenador
0,50
Cota coronación desarenador
68,51
0,51
DESARENADO-DESENGRASADO
2,21
DESBASTE CANALES
Resguardo sobre solera canal desbaste
0,25
Resguardo lámina de agua
0,15
Cota solera salida canal desbaste
68,26
1,96
Cota lámina agua salida canal desbaste
68,40
2,10
Pérdida carga tamiz
0,39
Cota lámina agua entrada tamiz
68,79
2,49
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Perdida carga reja gruesos
0,01
Cota lámina agua entrada desbaste
68,80
Resguardo aliviadero entrada desbaste
0,10
Cota aliviadero entrada desbaste
68,90
2,60
LÍNEA PIEZOMÉTRICA
m
Cota rel.
Altura canal desbaste
1,10
Cota coronación canal desbaste
69,36
Resguardo coronación canal desbaste
0,51
2,50
3,06
LLEGADA AGUA BRUTA
Cota llegada agua bruta
64,61
Cota entrada pozo de gruesos
64,60
Pérdida de carga total (desbaste-salida)
5,52
Altura geométrica bombeo agua bruta
4,56
4,20
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