CURSO CORTO INTENSIVO SOBRE LAGUNAS DE ESTABILIZACION

Transcripción

1 CURSO CORTO INTENSIVO SOBRE LAGUNAS DE ESTABILIZACION ASOCIACION ECUATORIANA DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL, AEISA UNIVERSIDAD CATOLICA DE GUAYAQUIL CON EL AUSPICIO DE ORGANIZACION PANAMERICANA DE LA SALUD ECAPAG, CDG, ANEMAPA Febrero del 2003 Guayaquil

2 SEMINARIO SOBRE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES TEMPERATURA EN LAGUNAS DE ESTABILIZACION Fabian Yanez, Ph.D. CONSULTOR

3 T CORRELACION ENTRE TEMPERATURAS DEL AIRE Y AGUA Campina G Lima Tp Lima Ts Chile72 Chile82 Amman Temperatura del Aire, C e

4 Ha - He = (T -Tai) U.A/D Temperatura del aire = Tai c Hc Ha Ta Temperatura del agua = T He T FIGURA No. 3.1 BALANCE CALORICO POR CONDUCCION

5 Método del balance calórico por conducción CALOR DEL CALOR DEL = INTERCAMBIO DE CALOR AFLUENTE EFLUENTE AIRE AGUA Q. Ta. Ce Q. T. Ce = U.A (T Tai)/D Q = Caudal, m3/día Ta = Temperatura del afluente, C T = Temperatura del agua, C Tai = Temperatura del aire, C A = Area de la laguna, m2 D = Densidad del agua, kg/m3 U = Coef. de transferencia de calor aireagua = 20 kcal/(h. m2. C) Ce = Calor específico del agua = 1 kcal/(kg. C) f = U / (Ce.D) Para U = 20 kcal/(h.m2. C) Ce = 1 kcal/(kg. C) D = 1000 kg/m3 Resulta en: f = 0.48 o aproximadamente f = 0.5 m/día

6 Método del balance calórico por conducción Introduciendo: Q = V/PR A = V/d A/Q = PR/d V = Volumen de la laguna, m3 d = Profundidad del líquido, m PR = Período de retención nominal, días Tai + d.ta /(f.pr) Tai + 2d.Ta/PR T = = d/(f.pr) 1 + 2d/PR METODO INADECUADO PARA USO EN LAGUNAS DEBE DISCONTINUARSE

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8 Método del balance calórico completo Io = Radiación solar de onda corta absorbida, cal/(cm2.día) Is = Radiación atmosférica de onda larga, cal/(cm2.día) Ha = Radiación atmosférica de onda larga, cal/(cm2.día) Isr = Radiación atmosférica de onda corta reflejada, cal/(cm2. día) Har = Radiación atmosférica de onda larga reflejada, cal/(cm2. día) Hw = Radiación superficial del agua, de onda larga, cal/(cm2. día) He = Pérdida de calor por evaporación, cal/(cm2.día) Hc = Pérdida o ganancia de calor, por conducción, cal/(cm2. día) Han = Radiación solar de onda larga absorbida, cal/(cm2.día) Hn = Is + Ha (Isr + Har + Hw + He + Hc) Io = Is Isr Han= Ha Har Hn = Io + Han (Hw + He + Hc)

9 RADIACION SOLAR DE ONDA CORTA, Is Is = (Isc/r 2 ). Sen ß. At m ( x C 2 ) Isc = Constante solar = 2880 cal/(cm2.día) r = Radio normalizado de la órbita de la tierra, sin dimensión ß = Altitud solar, grados sexagesimales At = Coeficiente de transmisión atmosférica, sin dimensión m = Coeficiente de corrección óptica, por la masa de aire, sin dimensión C = Nubosidad, fracción decimal (0 1.0) r = Cos [(186 - Dt) 360/365] Dt = Día Juliano, o días después del 1 de enero. Sen ß = Sen f. Sen d + Cos d. Cos f. Cos ha f = Latitud del sitio, en grados norte o sur. d = Declinación del sol, en grados ha = Hora ángulo, en grados

10 RADIACION SOLAR DE ONDA CORTA, Is Para el hemisferio norte: Para el Hemisferio Sur: d = Cos [(172 - Dt)360/365] d = Cos [(352 Dt)360/365] d = Sen [(284 + Dt)360/365] d = Sen [(104 + Dt)360/365] ha = Horaángulo, grados: ha = 15 (t1 12 ) t1 = Tiempo solar verdadero, horas después de medianoche. t1 = Tiempo estándar + ET (Lst Le)4/60 Lst = Longitud del meridiano estándar, para el huso horario local, grados (Oeste) Le = Longitud del sitio, en grados (Oeste) ET = Ecuación del tiempo, horas

11 RADIACION SOLAR DE ONDA CORTA, Is At = Coeficiente de transmisión atmosférica At = Cos [(Dt + 10) 360/365] m = Coeficiente de corrección óptica, por la masa de aire 1 m = [( Z)/288] Sen ß + a(ß + b) -c ß = Altitud solar, grados Z = Elevación del sitio, m Las constantes a = 0.15 ; b = ; c = 1.253

12 RADIACION SOLAR DE ONDA CORTA ABSORVIDA, Io Io = Is Isr = Is (1 A. ßB ) CONSTANTES PARA EL CALCULO DE LA RADIACION SOLAR ABSORBIDA CONSTANTES NUBOSIDAD CONDICION DEL TIEMPO C A B Cielo despejado Cielo con nubes aisladas Cielo nublado con claros Cielo nublado

13 RADIACION SOLAR DE ONDA LARGA RADIACION SOLAR DE ONDA LARGA ABSORBIDA, Han. Han = Ha Har = 1.07 * (273+Tai) 6 * ( * C 2 ) Tai = Temperatura del aire, C C = Nubosidad, fracción decimal RADIACION DE ONDA LARGA DE LA SUPERFICIE DEL AGUA, Hw. Hw = 1.0 x 10-7 * (Ts + 273) 4 Ts = Temperatura superficial del agua, C

14 PERDIDAS DE CALOR POR EVAPORACION He = 2.9 x W (es ea) es = exp [ /(Ts+273)] ea = Rh x exp [ /(Tai+273)] He = Pérdida de calor por evaporación, cal/(cm2.día) W = Velocidad del viento, km/h es = Presión de vapor saturada a Ts, mm.hg. ea = Presión de vapor a la altura del viento, mm.hg. Rh = Humedad relativa, decimales

15 OTROS VECTORES DE CALOR CALOR CONDUCTIVO: CALOR DEL AFLUENTE: CALOR DEL EFLUENTE: PRECIPITACION: Hc = 0.9 W (Ts Tai) H1 = s. Cp (T1 T)/V H2 = d. Cp (T T2) Q2/V Hp = d. Cp. P (T Tp) 0.1/d H1 = Flujo de calor del afluente, Cal/(cm3.día) H2 = Flujo de calor del efluente, Cal/(cm3.día) Hp = Flujo de calor por precipitación, Cal/(cm3.día) d = Densidad del agua, g/cm3 Q1 = Flujo del afluente, m3/día Q2 = Flujo del efluente, m3/día Cp = Calor específico del agua, Cal/(g. C) T1 = Temperatura del afluente, C T2 = Temperatura del efluente, C T = Temperatura del agua, C Tp = Temperatura de la lluvia, C P = Precipitación, mm/día

16 ECUACIONES DEL BALANCE CALORICO ECUACION GENERAL DE BALANCE CALORICO. dt Hn s. Cp = Cp [H1 + H2 + Hp]/V dt d Efectuando sustituciones y para mezcla completa: T = T2 y Q1 = Q2 dt Hn T1T = P (Tp T) dt s.cp.d PR d SOLUCIONES DE LA ECUACION DEL BALANCE CALORICO dt DT TTo = = dt D t D t

17 ECUACIONES DEL BALANCE CALORICO Efectuando sustituciones y despejando T: Hn T1 To 0.1*P.Tp s.cp.d PR Dt d T = Dt + PR 0.1*P Dt.PR d

18 ECUACIONES DEL BALANCE CALORICO DIMENSIONES DE PARAMETROS EN LA FORMULA INTERVALO DE TIEMPO t PARAMETRO 1 hora 1 día Temperaturas T, To, T1, Tp C C Período de retención, PR y t Horas Días Balance calórico, Hn Cal/(cm2.hr) Cal/(cm2.día) Densidad del agua, g/cm3 g/cm3 Calor específico, Cp Cal/(g. C) Cal/(g. C) Profundidad, d cm cm Precipitación, P mm/hr mm/hr

19 NECESIDADES DE DATOS PARAMETRO Calibración Simulación Día Juliano, DT X Cálculo Constante solar, Isc X X Ecuación del tiempo, hr X Cálculo Meridiano estándar, Oeste X X Longitud del sitio, N o S X X Profundidad de la laguna, cm X X Elevación del sitio, msnm X X Período de retención, hr 24 horas Diseño Temperatura superficial 24 horas Cálculo Tempetarura del afluente 24 horas Diseño Temperatura del aire, Tai 24 horas horario/anual Humedad relativa, Rh 24 horas horario/anual Velocidad del viento 24 horas horario/anual Nubosidad (1 8) 24 horas horario/anual Precipitación, P 24 horas horario/anual

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22 T e m p e r a t u r a, Figura No. 3.4 DATOS DE TEMPERATURA PARA LAGUNAS CONDICIONES DE LA CIUDAD DE QUITO Aire Agua 10 ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC Meses del Año

23 T e m p e r a t u r a, Figura No. 3.5 DATOS DE TEMPERATURA PARA LAGUNAS CONDICIONES DE LA CIUDAD DE GUAYAQUIL Aire Agua ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC Meses del Año

24 T e m p e r a t u r a, Figura No. 3.7 DATOS DE TEMPERATURA PARA LAGUNAS CONDICIONES DE LA CIUDAD DE PORTOVIEJO Aire Agua ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC Meses del Año

25 FIN DE LA PRESENTACION Gracias por su atención Preguntas por Favor