MODELAMIENTO, DIMENSIONAMIENTO Y VALORIZACIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE LAS VEGAS ANEXO ESTUDIO DE INTERCAMBIO OCTUBRE 2014
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE GENERALIDADES LAS VEGAS La PTAP Las Vegas se ubica en el sector de Hijuelas a unos 100 km al norte de Santiago por la ruta 5 Norte, la cual capta las aguas del río Aconcagua mediante dos bocatomas de captación superficial, más una captación subterránea (galería de infiltración) ubicada abajo del lecho del río Aconcagua. La planta procesa solo el agua de captación superficial, llegando a unos 1.500 l/s actualmente. VISTA AÉREA PTAP LAS VEGAS
VISITA A TERRENO Captaciones El recinto Las Vegas tiene como particularidad que posee dos tipos de captación. El primero de ellos corresponde a una galería de infiltración ubicada abajo del lecho del río Aconcagua, y data aproximadamente de la década del 50. Debido a su carácter subterráneo, el agua captada es limpia y de muy baja turbulencia, y solo se le aplica un tratamiento de desinfección para su potabilización final. El segundo tipo de captación, corresponde a dos bocatomas superficiales que conducen las aguas hacia los desarenadores y a su posterior proceso de potabilización. CAPTACIÓN SUR PTAP LAS VEGAS Desarenadores y Piscina de Infiltración El sólido presente en el agua es abatido en primera instancia por dos desarenadores, y luego conducidos por un canal hasta la planta de procesos. Aguas arriba de los desarenadores, existe una cámara de válvulas que permite desviar parte de las aguas hacia una piscina de infiltración, con el objetivo de recargar la galería de infiltración subterránea. Existe también un conjunto de válvulas que permite devolver las aguas al canal de conducción a planta, en caso de ser requerido. Planta de Tratamiento Al inicio de la planta, las aguas provenientes de la canaleta de captación son mezcladas con coagulante en una canaleta Parshall (mezcla rápida), la que a continuación pasa por floculadores, sedimentadores de alta tasa y filtros gravitaciones. La planta se compone de dos módulos gemelos, construyéndose el segundo de ellos con posterioridad como consecuencia de la ampliación de la capacidad de producción de la planta.
FLOCULADORES PTAP LAS VEGAS SEDIMENTADORES DE ALTA TASA PTAP LAS VEGAS
DIAGRAMA DE PROCESO SITUACIÓN ACTUAL Según los antecedentes recopilados en terreno, el diagrama de procesos que describe la situación actual de operación de la PTAP Las Vegas es el siguiente: DIAGRAMA DE PROCESO SITUACIÓN ACTUAL PTAP LAS VEGAS DIAGRAMA DE PROCESO SITUACIÓN MODELO El diagrama de proceso presenta el modelo de la PTAP Las Vegas y las diferentes fases de cada una. DIAGRAMA DE PROCESO PLANTA MODELO PTAP LAS VEGAS Para efectos de la definición de la planta tipo que representa la PTAP Las Vegas, está se representa como una única planta que tratará el caudal requerido en el dimensionamiento de la empresa modelo.
Los procesos de la planta estarán conformados por un presedimentador debido a la alta turbiedad del afluente, seguido de un proceso de floculación hidráulica, sedimentadores de alta tasa y filtrado por gravedad. El proceso se diseñara considerando tres módulos iguales de tratamiento, cada uno de los módulos tratará 1/3 del caudal que ingresa a la planta, el cual será determinado en base a los criterios definidos para el presente estudio tarifario. BASES DE DISEÑO Parámetros de Tratamiento De acuerdo a los parámetros de turbiedad y contenido de hierro y/o manganeso, se definen los procesos de tratamiento a utilizar de acuerdo a los siguientes rangos mostrados en la tabla siguiente. TIPO DE TRATAMIENTO DE ACUERDO AL TIPO DE PLANTA Y TURBIEDAD DEL AFLUENTE Si la turbiedad del afluente es alta (superior a 250 UNT) se considera realizar una presedimentación del afluente considerando una mezcla rápida previa con coagulante para mejorar la eficiencia de la sedimentación. Además del parámetro de turbiedad se considera la concentración de hierro y/o manganeso. Si la concentración de hierro supera los 0,3 mg/l y/o la concentración de manganeso supera los 0,1 mg/l, se considera la adición de un oxidante previo a la mezcla rápida. Si se considera realizar la presedimentación del afluente, el oxidante se agrega antes de la mezcla rápida previa a la presedimentación. Dimensiones Planta Las Vegas Las plantas especiales se diseñaron como plantas convencionales, por lo que los criterios descritos para plantas tipo convencionales aplican en el diseño de los módulos de las plantas especiales. Sin embargo, debido a que estas plantas tratan caudales superiores al rango de caudales de las plantas tipo, se ajustan las dimensiones mínimas de las obras para limitar el número de unidades necesarias para manejar estos mayores caudales.
CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO PLANTA LAS VEGAS Criterios de Diseño En el presente capítulo se determinara los criterios de diseño, para el dimensionamiento de cada una las obras asociadas a la PTAP. Conexiones La conexión entre los diferentes procesos considerados en el tratamiento se hará mediante tuberías. Cuando se dispone de múltiples unidades de un determinado elemento se colocaran tuberías distribuidoras y colectoras al siguiente proceso. La velocidad de diseño de las tuberías es de 1,0 m/s para las plantas convencionales. Cámaras de llegada y salida En la entrada y salida de la planta se consideran cajas de control de sección cuadrada considerando un tiempo de retención de 10 segundos con profundidad de 1,0 m. Mezcla rápida Para el dimensionamiento de las unidades de mezcla rápida se consideran tres tipos: Mezcla rápida con difusor estático en línea. Mezcla rápida mediante canaleta Parshall. Mezcla rápida mediante difusor con bomba. De acuerdo al tipo de planta se utilizan los diferentes métodos de mezcla rápida.
TIPO DE TRATAMIENTO DE ACUERDO AL TIPO DE PLANTA Y TURBIEDAD DEL AFLUENTE Sin embargo, si la turbiedad del afluente es alta y se requiere del uso de un presedimentador, se realiza la mezcla rápida del coagulante utilizando la canaleta Parshall utilizada para medir el caudal afluente a la planta. La canaleta Parshall se dimensiona de acuerdo al caudal afluente de acuerdo con la siguiente tabla: DIMENSIONAMIENTO DE CANALETA PARSHALL PARA MEZCLA RÁPIDA Fuente: Discharge Measurements Structures. International Institute for Land Reclamation and Improvement ILRI. En el caso de plantas convencionales se utiliza la canaleta Parshall ubicada en la entrada de la planta. Si la turbiedad del afluente es alta, esta mezcla rápida se utilizará para la mezcla del coagulante previo a la presedimentación. Para la mezcla del coagulante para la floculación/filtración, se utilizará un difusor en línea. Para el dimensionamiento del sistema bombeo para la mezcla rápida por difusión se utilizaran los siguientes criterios.
CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO DE BOMBA DE DIFUSOR EN LÍNEA Presedimentador Se utilizará presedimentador cuando los niveles de turbiedad excedan las 250 UNT. Previo a ésta unidad se realiza una mezcla rápida de coagulante para mejorar el proceso de sedimentación. El presedimentador utilizado es de placas paralelas que mejora la eficiencia del sistema. Los criterios de dimensionamiento del presedimentador se presentan en la siguiente tabla. CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO PRESEDIMENTADOR Para dimensionar las placas paralelas se consideran placas inclinadas 60º con la horizontal espaciadas cada 0,15 m cubriendo la mitad de la profundidad y el largo del decantador excepto los primeros dos metros. Floculador Se utilizará floculador cuando los niveles de turbiedad excedan las 10 UNT. Plantas convencionales se utilizará un floculador hidráulico. Los criterios de dimensionamiento del floculador utilizado en plantas convencionales se presentan en la siguiente tabla.
CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO FLOCULADOR HIDRÁULICO Se ha estimado que el área de las placas paralelas de los floculadores es de seis veces la longitud del floculador considerando un espaciamiento entre placas igual a la mitad del ancho del canal y un ancho de ¾ del ancho del canal en el floculador. Decantador Este tipo de unidades se utiliza en las plantas tipo convencionales si la turbiedad excede los 10 UNT. Los criterios de dimensionamiento son los siguientes: CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO DECANTADOR HIDRÁULICO Para dimensionar las placas paralelas se consideran placas inclinadas 60º con la horizontal espaciadas cada 0,15 m. cubriendo la mitad de la profundidad y el largo del decantador excepto los primeros dos metros. Filtros Se utilizaran filtros como nivel de tratamiento mínimo requerido después de una mezcla rápida. Para plantas convencionales se utilizarán filtros rápidos. Los criterios de dimensionamiento de filtros rápidos utilizado en plantas convencionales se presentan en la siguiente tabla.
CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO FILTROS RÁPIDOS El lavado de los filtros se ejecuta por retrolavado utilizando las demás unidades. No se considera tanque de lavado de filtros ya que se utiliza el tanque de agua potable.
CRITERIOS DE CÁLCULO DE CANTIDADES Obra Civil Hormigones y aceros El volumen de hormigón se calcula de forma simplificada asumiendo un único espesor de muros y placas para todas las obras analizadas. Se considera hormigón tipo H-30 para la construcción de las obras y hormigón tipo H-5 para la construcción de plantillas de nivelación del piso bajo las estructuras. Los volúmenes de hormigón tipo H-30 consideran muros exteriores, muros separadores, placa inferior y placas intermedias, si son requeridas. El volumen de hormigón tipo H-5 corresponde al área de la estructura en planta multiplicada por un espesor de plantilla. El acero de refuerzo se calcula considerando una cuantía de 80 kg/m3 de concreto. Excavaciones y rellenos El volumen de excavación de tuberías se calcula como una zanja de 1,1 m de profundidad y con un ancho igual al diámetro de la tubería más 0,6 m. Así mismo, se considera una cama de arena de 0,1 m de altura como soporte de la tubería. El volumen de excavación para estructuras se ajusta por medio de un factor del 35% adicional, que corresponde al volumen de relleno estructural. El volumen de material para botadero corresponde a la diferencia entre el volumen de excavación menos el volumen de relleno considerando el esponjamiento del material. Tuberías y Accesorios En esta partida se consideran las tuberías de conexión entre las diferentes unidades de tratamiento, así como las tuberías que conforman los distribuidores/colectores requeridos para distribuir los afluentes cuando se cuenten con más de un elemento de un determinado proceso. Estos distribuidores/colectores están compuestos por accesorios como tes, codos, reducciones y ampliaciones.
La longitud de tuberías perforadas colectoras de los floculadores y sedimentadores/decantadores se calcula mediante la tasa de vertimiento definida en los criterios de diseño. En el caso de los filtros rápidos se instalan tuberías perforadas de longitud igual al ancho de los filtros espaciadas 0,5 m. Equipos La categoría de equipos está compuesta por válvulas, bombas, dosificadores de químicos y el equipamiento de laboratorio de la planta. Se considera la instalación de válvulas en las siguientes situaciones: A la entrada y salida de la planta. Una en la entrada de cada presedimentador Una en la entrada de cada floculador/flocodecantador. Una en la entrada de cada decantador. Una en la entrada y salida de cada filtro. Una en la entrada y salida de cada filtro para las tuberías de lavado de filtros. Una para la tubería de purga de filtros rápidos. Una para el bypass del floculador-decantador y una para el bypass del presedimentador. Adicionalmente se consideraron bombas de retrolavado de filtros y bombas para la mezcla rápida por difusión, si son requeridas. En el caso de equipos como medidores y dosificadores se contabilizaron dos unidades del mismo elemento como equipo de reserva. Instalaciones Eléctricas Para la PTAP Las Vegas se incluyen aquellas instalaciones eléctricas necesarias para el funcionamiento de la planta. Las instalaciones consultadas son las siguientes: Empalme eléctrico Suministro y montaje de subestación Suministro y montaje Tablero General (TG) Suministro y montaje Tablero Distribución de Fuerza y Control (TDFyC) Suministro y montaje Alimentador General (TG - TDFyC) Suministro e instalación de malla de tierra Suministro y montaje Instalación interior Suministro y montaje Instalación exterior Prueba de instalaciones eléctricas
Para las instalaciones de control se consultaron las siguientes: Enlaces de control Montaje y Confeccionado de Instrumentos La valorización de los ítems anteriormente señalados se realizó correlacionándola con la potencia de cada componente.