Análisis numérico para la determinación de eficiencias hidráulicas en diferentes configuraciones geométricas de floculadores tubulares como una tecnología potencial sostenible para la provisión de agua potable en comunidades en desarrollo
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Date
2022-05-18
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidad de Cuenca
Abstract
Drinking water is a right to which not the entire population has access, the inequality of
economic distribution by governments towards urban and rural areas forms a gap in social
and economic development, with the numbers of malnutrition, illiteracy and health being
the ones that confirm this problem. Access to drinking water is not viable in areas with
small towns, or communities that are difficult to access due to the large investments of
money and space that are needed in the construction of a drinking water treatment plant,
thus creating the need to solve these problems with alternatives that reduce costs and
space.
One of the ways to reduce the cost and space required for the construction of a water
treatment plant is in the flocculation area where PVC pipes can be used as a flocculator
space instead of the common asbestos and cement structures, the analysis of the operation
of this alternative was carried out within the "Bayas" drinking water treatment plant where
horizontal and vertical orientation flocculators were assembled, which were used for the
analysis of the flocculants, retention times, length and diameters of the pipes. of the
flocculators, sedimentation and chlorination space that must be different from those
currently used in the Berries plant. These flocculators were designed to meet the demand
of 1 l/s in a 110 mm diameter pipe where flocculation was achieved without problems in
vertical and horizontal flocculators. From this test different doubts arose about the
response of these flocculators to the demand of different flows, for which tests of different
flows were carried out in different lengths and different diameters of pipes, placing pipes
of 75 and 110 mm in horizontal flocculators and 63 and 110 mm in vertical flocculators.
A numerical evaluation was carried out using the WaterCad software, thanks to which the
different hydraulic patterns inside the pipes were known and how they participate in the
flocculation process, determining different ways to correct the aspects that do not comply
with the recommended parameters in terms of time of retention, circulation speed and
speed gradient that ensure correct flocculation. The input data were the diameters of the
pipes and the lengths of the tubular skeleton assembled on site, with this information a
virtual modeling was carried out in WaterCad where it was shown that for horizontal
flocculators the flow rate of 0.25 and 2 l/s does not have the capacity to be flocculated so
apart from the 75 and 110 mm pipe it is necessary to place a third 63mm pipe with a
length of 70 meters to treat the flow rate of 0.25 l/s in addition to lengthening the 110mm
pipe an additional 53.3 meters to the existing to cover the flow of 2 l/s, and in vertical
instead the flow of 0.5 and 2 l/s do not meet the recommended parameters and even in
vertical flocculators there are negative pressures in the flows of 1 and 2 l/s what which
generates that the water does not complete the circuit, the vertical flocculator does not
require changes in diameter but in the same way the 63 mm one must be lengthened 21.4
meters to cover the flow rate of 0.5 l/s and the 110mm diameter one is lengthened 69.2
mm to treat the flow of 2 l/s and to avoid negative pressures, the 63 mm pipe does not
intervene in the flocculation of the flows of 1 and 2 l/s. These corrections are suggested
based on the WaterCad analysis where the functionality of the current and suggested
models was verified, in the same way the efficiency analysis showed that the initially
built models are better than the recommended ones and that the horizontal flocculator is
more efficient than the vertical flocculator
Resumen
El agua potable es un derecho al cual no toda la población tiene acceso, la desigualdad de
repartición económica por parte de los gobiernos hacia zonas urbanas y rurales forman
una brecha en el desarrollo social y económico siendo las cifras de desnutrición,
analfabetismo y salud las que confirman este problema. El acceso a agua potable no es
viable en zonas de pequeñas poblaciones, o comunidades de difícil acceso debido a las
grandes inversiones de dinero y espacio que se necesitan en la construcción de una planta
de tratamiento de agua potable, por lo que se crea la necesidad de solucionar estos
problemas con alternativas que reduzcan costos y espacios.
Una de las maneras de reducir el costo y espacio que demanda la construcción de una
planta de tratamiento de agua se encuentra en el área de floculación donde se puede usar
tubos PVC como espacio floculador en reemplazo de las comunes estructuras de asbesto
y cemento, el análisis del funcionamiento de esta alternativa se lo realizo dentro de la
planta de tratamiento de agua potable de “Bayas” donde se armaron floculadores de
orientación horizontal y vertical los cuales fueron utilizados para el análisis sobre los
floculantes, tiempos de retención longitud y diámetros de las tuberías de los floculadores,
espacio de sedimentación y cloración que deben ser diferentes a los que se utilizan en la
planta de Bayas actualmente. Dichos floculadores fueron diseñados para cubrir la
demanda de 1 l/s en una tubería de diámetro 110 mm donde en floculadores verticales y
horizontales se cumplió la floculación sin inconvenientes, de este ensayo nacieron
diferentes dudas sobre la respuesta de estos floculadores ante la demanda de diferentes
caudales, por lo cual se realizaron ensayos de diferentes caudales en distintas longitudes
y distintos diámetros de tuberías, emplazando tuberías de 75 y 110 mm en floculadores
horizontales y de 63 y 110 mm en floculadores verticales.
Se realizó una evaluación numérica mediante el software WaterCad gracias al cual se
conocieron los diferentes patrones hidráulicos dentro de las tuberías y como participan en
el proceso de floculación determinando distintas maneras de corregir los aspectos que no
se cumplan con los parámetros recomendados en cuanto a tiempo de retención, velocidad
de circulación y gradiente de velocidad que aseguran una correcta floculación. Los datos
de entrada fueron los diámetros de las tuberías y las longitudes del esqueleto tubular
armado en sitio, con esta información se realizó una modelación virtual en WaterCad
donde se demostró que para floculadores horizontales el caudal de 0.25 y 2 l/s no tiene la
capacidad de ser floculada por lo que a parte de la tubería de 75 y 110 mm se necesita
colocar una tercera tubería de 63mm con longitud de 70 metros para tratar el caudal de
0.25 l/s además de alargar la tubería de 110mm unos 53.3 metros adicionales al existente
para cubrir el caudal de 2 l/s, y en verticales en cambio el caudal de 0.5 y 2 l/s no cumplen
con los parámetros recomendado e inclusive en floculadores verticales existen presiones
negativas en los caudales de 1 y 2 l/s lo cual genera que el agua no complete el circuito,
el floculador vertical no amerita cambios de diámetros pero de igual manera el de 63 mm
debe alargarse 21.4 metros para cubrir el caudal de 0.5 l/s y el de 110mm de diámetro se
alarga 69.2 mm para tratar el caudal de 2 l/s y para evitar presiones negativas la tubería
de 63 mm no interviene en la floculación de los caudales de 1 y 2 l/s. Estas correcciones
son sugeridas en base al análisis de WaterCad donde se comprobó la funcionalidad de los
modelos actuales y sugeridos, de igual manera el análisis de eficiencias demostró que el
floculador horizontal es más eficiente que el floculador vertical
Keywords
Ingeniería Civil, Calidad de agua, Floculadores, Seguridad hídrica, Parroquia Bayas, Cantón Azogues
Citation
Código de tesis
Código de tesis
TI;1265