Technical Report 7

2.5 DESCRIPCION DE LAS ALTERNATIVAS
2.5.1 Alternativa Nº 1 – Planta de Tratamiento Primario y Emisario Submarino13 (diseño
preliminar)
a) Planta de Tratamiento Primario
El sistema de tratamiento consta de los siguientes componentes:
04 cámaras de rejas gruesas mecánicas (se encuentran ejecutadas)
01 Estación de bombeo
Remoción de arena por aireación
20 Clarificadores primarios
Digestión anaeróbica de lodos
Deshidratacionón de lodos por centrífugas
Instalaciones de manipulación de sólidos
01 Emisario submarino de 8 Km de longitud, ø 3650 mm
Asimismo, la alternativa considera un edificio de servicio, el cual tendrá dos (2) secciones.
La primera sección del edificio incluirá las siguientes áreas:
• Área de depósito grande
• Tálleres
• Baños con duchas
La segunda sección tendrá las siguientes salas:
• Sala de control
• Sala eléctrica
• Laboratorio
• Entrada principal
• Área de depósito pequeña
• Oficina de secretaría (2o piso)
• Oficina del gerente (2o piso)
• Sala de conferencia (2 o piso)
• Baños (2 o piso)
Terraza (2 o piso)
Rejas mecánicas
La cámara de rejas ha sido ejecutada como parte de las Obras del Interceptor Norte;
incluyendo rejas, cerco perimétrico, almacén, oficinas, caseta de vigilancia y servicios. Estas
obras no serán incluidas en los costos de inversión del presente estudio.
La descripción de la cámara de rejas se presenta en el item 2.1.3, como parte de las obras en
ejecución de la Obra “Interceptor Norte”
Estación de bombeo
La estación de bombeo estará compuesta por 14 bombas verticales de turbina para sólidos,
que están especialmente diseñadas para manejar los sólidos del agua de desecho. Cada una
de las 14 bombas descarga libre e independientemente en dos canales recolectores que
13 Parsons Engineering Science International, INC., Estudio de Factibilidad de Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales y Emisario de Lima Norte (2000)
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conducen el agua residual hasta los desarenadores con aireación. El arreglo de la estación
permitirá retirar cada una de las bombas sin perturbar las otras.
Siete de las catorce bombas serán impulsadas por motores de velocidad constante para
manejar el flujo básico, y serán apoyadas por siete bombas adicionales con impulsores de
frecuencia variable (IFV). El nivel del pozo inundado corriente abajo de las rejas, se mantendrá
constante mediante las bombas de velocidad variable. Debido a que las bombas descargan de
manera independiente, los IFV podrán controlar exactamente el nivel del pozo inundado.
Cada bomba consumirá 310 Kw. con el flujo operativo de diseño de 2 m3/s y una velocidad de
580 rpm. Para las bombas controladas por IFV, el flujo variará entre 1 y 2 m3/s. A una tasa de
flujo de entrada de planta de 13 m3/s, por ejemplo, estarán operando 5 bombas de velocidad
constante, entregando cada una 2 m3/s, y dos bombas controladas por IFV, cada una
entregando 1.5 m3/s. Cuando aumentase el flujo a 14.2 m3/s, entrará en funcionamiento una
sexta bomba de velocidad constante y cada una de las bombas controladas por IFV bajará a
2.1 m3/s. El Edificio de Control de Operaciones, situado junto a las obras de cabecera, tendrá
oficinas para el personal de planta y albergará la instrumentación y las instalaciones de control
para el monitoreo de las operaciones de la planta.
Remoción de arenas por aireación
La remoción de arenas es esencial para evitar la acumulación excesiva de sólidos en los
digestores anaeróbicos de lodos. Además, los desarenadores aireados añaden oxígeno al
agua residual y ayudan a aglomerar la grasa y el aceite. Las cámaras también darán
oportunidad para la floculación de la matriz de cloruro férrico y lodos, en el proceso de
clarificación primaria mejorada. No existe información local respecto a la cantidad de arena que
debe esperarse en la planta; sin embargo, dados los suelos arenosos de Lima y el estado del
sistema de desagües, puede esperarse un alto nivel de arenas.
Los desarenadores serán de planta rectangular, con una longitud y ancho en relación de 5 a 1
y un nivel líquido promedio de 6 m. El fondo de las cámaras tendrá un declive transversal para
facilitar la remoción de arenas. Se añadirá aire mediante difusores de burbujas gruesas,
situados a una profundidad de 5 m bajo el nivel del agua, y colocados a lo largo de una pared
lateral paralela a la dirección del flujo por la cámara. De esta manera, el aire inducirá un
movimiento de espiral en el líquido, manteniendo en suspensión al material orgánico pero
dejando que se asienten las arenas. Las arenas asentadas serán barridas hacia la pared que
suministra el aire.
Las arenas asentadas serán llevadas hasta una tolva en el extremo de descarga de los
desarenadores mediante colectores longitudinales de cadena y aspas. Las arenas serán
bombeadas luego fuera de los desarenadores con bombas de arena tipo torbellino y serán
desaguadas en hidrociclones. Se espera que la pulpa de arenas contenga menos del 1% de
sólidos. Para bombear 66 m3/d de arenas se requerirían dos bombas operando a 41 l/s. Se
instalará una tercera bomba como reserva. Un flujo inverso de agua a alta presión se iniciará
automáticamente antes de que cualquiera de las bombas de arena empiece a “descargar”
arenas de las líneas de succión en cada bomba. Se utilizarán transportadores de gusano para
trasladar las arenas del hidrociclón y lavadores hasta una tolva. Las arenas se descargarán
por gravedad en camiones para llevarlas a un relleno.
Clarificadores Primarios
Las funciones de los clarificadores primarios son remover por gravedad los sólidos
suspendidos en el agua residual, y remover la nata (material flotante) que se forma en la
superficie del tanque. La carga superficial y el tiempo de retención hidráulica son los principales
criterios de diseño, aunque también se toman en cuenta las tasas de carga de vertedero y la
velocidad hacia delante por el clarificador. Otras consideraciones son las provisiones para
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minimizar cortocircuitos causados por corrientes de densidad, así como provisiones para
reducir las altas velocidades en la zona de ingreso.
En esta alternativa se plantea utilizar clarificadores rectangulares para asegurar un empleo
óptimo del espacio disponible en el lugar. Se instalarían 28 clarificadores en total, dispuestos
en dos bancos de 14 cada uno. Las dimensiones de tanque serían fijadas según las
limitaciones prácticas del equipo de remoción de lodos y nata, siendo la longitud total de
vertedero en cada clarificador de 36 m aproximadamente.
La remoción de sólidos suspendidos totales en los clarificadores primarios es de
aproximadamente 50% conforme a la experiencia norteamericana. Con la adición de
sustancias químicas, podría esperarse que la tasa de remoción aumente a 75%
aproximadamente. Según información de Norteamérica, el volumen de nata producida en la
planta estará en el orden de las 6 toneladas / día, o aproximadamente 7 m3/d, lo que es poco
en comparación al volumen anticipado de lodo primario (4500 m3/d para la clarificación
primaria, y 6800 m3/d para la clarificación primaria mejorada). La nata se removerá usando
tubos giratorios ranurados.
Se usarán colectores de aspas y cadena para llevar los lodos al extremo de influente de los
clarificadores. Las aspas de retorno llevarán la nata a los tubos ranurados en el extremo de
salida de los clarificadores.
Digestión de Lodos
La digestión anaeróbica de lodos será provista por un sistema de digestión convencional de
gran capacidad que consiste de digestores primarios y secundarios. Debido a que el
tratamiento primario mejorado producirá más lodos que el tratamiento primario estándar, el
sistema de digestión será dimensionado para tratamiento mejorado. Los lodos y nata de los
clarificadores primarios serán bombeados directamente a los digestores anaeróbicos primarios.
Se instalarán válvulas de secuencia automática para asegurar una alimentación pareja de
lodos primarios a cada digestor primario.
Los lodos de los digestores primarios fluirán por gravedad al digestor secundario, o serán
transferidos por bombeo.
Cada digestor podrá calentarse y mezclarse. Esto provee flexibilidad para operar cada digestor
como digestor primario o secundario. Dos de los digestores estarán equipados con tapas
flotantes de retención de gas, y cuatro tendrán tapas fijas.
Se instalará un caldero para calentar en el arranque los lodos digeridos y cada vez que el calor
del sistema de cogeneración no sea suficiente. Se utilizarán intercambiadores de calor
especiales para calentar los lodos. Los lodos se bombearán de los digestores, pasarán por un
triturador, luego por el intercambiador de calor, y volverán al digestor.
Se mantendrá la temperatura de operación adecuada mediante un circuito de control de
temperatura. Se utilizará agua caliente del caldero o del sistema de recuperación del calor de
cogeneración.
Los lodos digeridos serán desaguados usando centrífugas. Se necesitarán por lo menos tres
centrífugas. Se recomienda cuatro centrífugas para hacerse cargo de los picos y del
mantenimiento. Cada par de centrífugas descargará en un transportador de gusano conectado
a una tolva de carguío de camiones. Se usarán bombas de cavidad progresiva, una por
centrífuga, más una “volante” de reserva, para llevar los lodos digeridos desde el tanque de
retención de lodos hasta el edificio de desaguado de sólidos. Se agregará polímero en la
descarga de cada bomba. El tanque de retención de lodos digeridos dará flexibilidad a las
operaciones de digestores, y asegurará una tasa uniforme de alimentación a las centrífugas.
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Eliminación de Sólidos
Los lodos desaguados serán acarreados a un relleno. Se necesitará un relleno extenso para la
eliminación continua de los lodos. Los planes actuales de eliminación de lodos son llevarlos en
camiones hasta el relleno de Zapallal, operado por la Municipalidad de Lima, aproximadamente
a 30 Km del sitio de la planta de tratamiento. El acarreo de lodos requerirá aproximadamente
31 viajes diarios con volquetes de 20-m3 de capacidad.
En vista de la distancia de acarreo y el tiempo de descarga, un volquete debería completar un
viaje de ida y vuelta en aproximadamente 85 minutos. Considerando el tiempo para los
períodos de descanso del chofer, un volquete debería hacer 16 viajes en 24 horas. Se
necesitarán dos volquetes y una cuadrilla de seis choferes por lo menos, con un volquete
adicional disponible como reserva. Los volquetes se cargarán por gravedad en las tolvas de la
instalación de manipuleo de sólidos de la planta. No hay espacio suficiente en el lugar para un
almacenamiento significativo de lodos desaguados.
El material atrapado en las rejas y las arenas será transportado al relleno en 2 a 4 viajes
diarios. Se usarán depósitos metálicos rodantes para recibir el material atrapado. Un depósito
metálico lleno que sube al camión debe ser reemplazado por uno vacío a fin de que las rejas
puedan trabajar sin interrupciones. Las arenas provenientes de los hidrociclones y unidades de
lavado, se depositarán en tolvas y se cargarán por gravedad en los camiones.
Los altos niveles de arsénico en los lodos impedirían su empleo para aplicación en el terreno.
Si el problema del arsénico puede controlarse mediante un programa de pretratamiento, el
empleo de lodos digeridos para rehabilitación del terreno es muy recomendable. Esto requiere
estudios adicionales para determinar si el pretratamiento en industrias selectas, bajará las
concentraciones de arsénico en los lodos a niveles que sean adecuados para aplicación en el
terreno.
Solución de Cloruro Férrico
Se usarán cuatro bombas de dosificación de velocidad variable para suministrar cloruro férrico
después de las cámaras de arenas aireadas. Suponiendo que en el sitio se instale
almacenamiento de sustancia química para 10 días, se necesitarán 180 m3 de capacidad de
tanques provista por tres tanques, midiendo cada uno 4 m de diámetro y 5 m de alto. Los
tanques estarán ubicados cerca de las obras de cabecera, dentro de una estructura de
contención de concreto. Los tanques estarán provistos de un múltiple, pero también pueden
aislarse para reparación o limpieza. Se instalarán dispositivos para alimentar cloruro férrico a
los lodos primarios que van a los digestores, de ser necesario, a fin de mantener el sulfuro de
hidrógeno a un nivel aceptable para los equipos de motores generadores.
Polímero
Se usarán sistemas de polímero de “Bolsa Grande" para almacenar el polímero seco y preparar
y alimentar soluciones.
Motores Generadores
El gas producido por la digestión anaeróbica se usará como combustible de los motores
generadores. La producción de gas se basa en la destrucción del 45% de la materia volátil que
ingresa a los digestores. El tipo de motor generador propuesto está diseñado para funcionar
con gas de digestor, y en el mundo existen muchas unidades de este tipo en operación. Los
motores generadores se instalarán en un edificio. Cada motor generador será equipado con un
sistema de recuperación de calor para la chaqueta de agua y silenciador (mofle) del motor.
Típicamente, en los motores operados con gas de digestor se usan sistemas de enfriamiento
por ebullición.
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El gas de digestor se limpiará para remover cualquier resto de sulfuro de hidrógeno. Después
se comprimirá y almacenará en una esfera de gas a alta presión. El almacenamiento del gas
será necesario para balancear la generación con el uso del gas. El añadido de cloruro férrico
al efluente de las cámaras de arena aireadas, minimizará la necesidad de un lavado adicional
del gas. El gas del recipiente a alta presión se regulará para bajarlo a la presión de
funcionamiento de los motores. El excedente de gas de digestor que no se utilice como
combustible del caldero o de los motores generadores, será quemado. Se requerirá el
ablandamiento de agua para la operación del caldero.
Control de Olores
Se instalarán limpiadores químicos húmedos, que generalmente emplean hidróxido de sodio
(soda cáustica) e hipoclorito de sodio, para tratar el aire maloliente procedente de los diversos
procesos de tratamiento antes de descargarlo a la atmósfera. Se instalarán sistemas de
limpieza en los siguientes puntos:
Obras de Cabecera y Estación de Bombeo. El encerrar estas áreas dentro de un edificio
contendrá los olores. El aire maloliente se tratará mediante limpiadores químicos húmedos.
Desarenadores. Los canales de descarga y los desarenadores aireados se cubrirán para
contener los olores. Se instalará un sistema de limpieza en la parte superior de las cámaras de
arenas aireadas.
Clarificadores Primarios. Se cubrirán los clarificadores primarios para contener los olores. Se
instalarán cinco limpiadores químicos húmedos en cada uno de los equipos de clarificación
primaria. Cuatro limpiadores tratarán el aire maloliente de tres clarificadores primarios. El quinto
tratará el aire de dos clarificadores. Se instalarán conductos con compuertas para permitir el
retiro de un clarificador primario de la operación sin afectar todo el sistema de control de olores.
Edificio de Manipulación de Sólidos. El aire maloliente del edificio de manipulación de sólidos y
las centrífugas se eliminará mediante un limpiador químico húmedo. Debido al contenido de
amoniaco del aire maloliente, el limpiador empleará una solución ácida con hipoclorito de sodio.
b) Emisario Submarino
Para la disposición final de las aguas residuales, se ha propuesto la construcción de un
emisario submarino, el cual permite facilitar el tratamiento natural del medio marino,
aprovechando su capacidad para asimilar y transformar las sustancias del efluente doméstico.
En el medio marino se desarrolla una serie de fenómenos físicos, químicos y biológicos que
reducen significativamente la carga orgánica y la carga bacteriana, sustancias típicas de las
descargas, como en el caso de Lima.
El agua de mar es un medio hostil y mortal para la mayoría de los organismos patógenos y
tiene su sistema biológico definido.
Se alcanzan diluciones inmediatas iniciales mínimas del orden de 100 a 1 en forma consistente
durante los primeros minutos y a pocos metros de la descarga, lo que reduce la concentración
de materia orgánica y nutrientes en forma rápida y sustancial a niveles que no tendrán efectos
ecológicos adversos al mar. La pluma sigue a la deriva con las corrientes del océano y es
diseminada por la turbulencia oceánica, lo que origina el transporte de esta y su dispersión en
el mar. Ocurre así el tratamiento biológico de las aguas residuakes en el área de dilución y
dispersión debido a la capacidad asimilativa del mar.
Otro proceso importante es la reducción de microorganismos patógenos debido a la mortandad
natural y decaimiento de bacterias. Diversos agentes participan en este proceso: la salinidad, la
temperatura, la acción de la luz solar con radiación ultravioleta y las corrientes del mar, así
como la presencia de sustancias bactericidas.
A continuación, se transcriben algunos de los comentarios de organismos internacionales en
relación a la utilización de emisarios submarinos en la disposición final de las aguas residuales.
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El Centro de Investigación de Monitoreo y Evaluación (MARC) King’s College College London,
Universidad de Londres y La Organización Mundial de la Salud (OMS) conceptúan:
“La descarga de efluentes de aguas residuales al mar por medio de emisarios submarinos y
sistemas de difusores representa una alternativa viable para los muchos centros poblados del
mundo que están ubicados en áreas costeras, particularmente en los países en desarrollo en
los que los recursos financieros son limitados. Tales sistemas, una vez diseñados, construidos
y operados, pueden aprovechar al máximo la capacidad innata de asimilación del ambiente
marino, que funciona como una planta de tratamiento y disposición y, cuando están
planificados apropiadamente no producirán ningún impacto indeseable en tales aguas
marinas”14
“La alternativa del emisario submarino con pretratamiento es un método de disposición más
atractivo con relación al tratamiento secundario con disposición cercana a la costa, en términos
de confiabilidad, eficiencia, costo y de bajos requerimientos de operación y mantenimiento”
“Existe resultado de monitoreo de emisarios funcionando por más de 30 años con resultados
satisfactorios”
“El mar es capaz de asimilar, diluir y hasta desinfectar en forma natural los residuos
biodegradables en óptimas condiciones de mezcla, aireación y sedimentación”
La Empresa de Servicios Sanitarios del Bio Bio (ESSBIO) de Chile afirma que:
“Los niveles de eficiencia técnica, económica y ambiental mostrados (en sus experiencias)
permiten afirmar que un emisario submarino bien diseñado cumple con todos los requisitos a
un eficaz y verdadero tratamiento”
“El emisario submarino es, desde el punto de vista técnico, una de las soluciones de
disposición y tratamiento de aguas servidas más sencilla, por ello menos sometido a fallas, lo
que da garantías en la operación del sistema”.
Emisario Submarino ø 1200 mm, Viña del Mar – V Región, Chile, 1996
14 Informe Número 43 de MARC Un Documento de EIA. Evaluación del Impacto Ambiental – Ubicación y diseño de
emisarios submarinos. Rusell G. Ludwig, 1988.
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Criterios de diseño y desempeño15
Vida Útil
Aunque muchos emisores existentes fueron originalmente destinados para una vida de 50 años
de servicio, sobre la base de la experiencia consideramos que una vida de 75 años de servicio
es una expectativa razonable para un emisor moderno, bien diseñado y construido. Por lo
tanto, el sistema de emisor se diseñará para proporcionar una vida económica útil de 75 años.
Difusores
Para maximizar la mezcla del efluente con grandes volúmenes de agua ambiente, un terminal
de tubería especial, comúnmente conocido como “difusor”, se instala típicamente al extremo de
un emisor. La finalidad de los difusores es dispersar el efluente y facilitar el mezclado
posterior. El difusor es un múltiple, cerrado en un extremo, y con agujeros especialmente
diseñados en toda su longitud. La dimensión de los agujeros varía típicamente para
compensar los cambios de presión, y proporcionar una descarga uniforme a lo largo del difusor.
Con una presión casi uniforme a lo largo del difusor, se logran flujos casi iguales por los
agujeros. Los chorros que salen de los agujeros crean un penacho turbulento, que se eleva
hacia la superficie del agua bajo el efecto combinado de la flotación y la energía cinética del
chorro. A medida que el penacho sube, se mezcla con el agua de mar circundante que es
atraída hacia el penacho y diluye el efluente.
Dilución Inicial
Como el efluente que sale del agujero es menos denso que el agua de mar, sube a la
superficie y se mezcla con el agua circundante. En muchos emisores, el efluente en realidad
nunca llega a la superficie, al haberse mezclado eficazmente con aguas receptoras densas y
profundas, y haber alcanzado un equilibrio de densidad a una profundidad intermedia.
Los parámetros que afectan la dilución inicial incluyen los siguientes, de los cuales los siete
primeros están bajo el control del diseñador:
• Número de agujeros del difusor y tasa de flujo de la unidad difusora
• Diámetro de agujeros
• Separación de agujeros
• Profundidad del difusor
• Orientación de los choros del difusor
• Velocidad de chorros
• Geometría del difusor, y su orientación respecto a las corrientes marinas predominantes
• Densidad de la masa de agua con relación a las Aguas Residuales
• Variaciones en la densidad del agua receptora por la profundidad y la estación
Por regla general, los difusores bien diseñados pueden lograr una dilución mínima inicial de
100:1. Sobre la base de la evaluación preliminar realizada para el Estudio de Prefactibilidad, la
dilución inicial promedio para descargas de Aguas Residuales al ambiente marino mediante un
emisor de 8 km, sería por lo menos de 250:1.
Desempeño Hidráulico
Los emisores deben diseñarse para funcionar adecuadamente con la mínima presión hidráulica
disponible a la entrada del emisor, la máxima marea prevista, y la presión de densidad
asociada a la descarga de desagüe tratado – el cual tiene una densidad similar a la del agua
dulce – en la profundidad del mar.
15 Con base en el Estudio de Factibilidad de PTAR y Emisor Lima Norte, Informe Final. Parsons, 2000.
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Con frecuencia hay preocupación respecto al desempeño hidráulico de un emisor en
condiciones de flujos bajos extremos, momento en el cual – a menos que se tomen medidas
apropiadas – algunos agujeros del difusor pueden estar descargando efluente mientras que
otros están dejando entrar agua de mar al difusor. Esta situación, que es indeseable porque el
agua de mar puede contener apreciables cantidades de sedimentos y vida acuática, puede
evitarse. Si se esperan aumentos de flujo sustanciales durante la vida de un emisor,
generalmente es posible cerrar algunos agujeros al comienzo de la operación, para asegurar el
funcionamiento adecuado durante los flujos bajos.
Otras Consideraciones del Diseño
El emisor debe ser diseñado para ajustarse a lo siguiente:
• Movimientos sísmicos previstos durante la vida útil, incluyendo el movimiento
relacionado con el desplazamiento de fallas, con la licuefacción y el asentamiento
diferencial asociado, con la distribución lateral (movimiento cuesta abajo), asentamiento
de consolidación.
• Variaciones hidráulicas transitorias
• Requisitos de presión interna y externa
• Sustentación y resistencia inducidas por las olas, incluyendo la licuefacción inducida por
las olas
• Fuerzas de empuje en los cambios de dirección y diámetro
• Corrosión en el ambiente marino
Ubicación del Emisor
El emisor estará ubicado en la Playa Oquendo, al norte del Callao.
Diseño Preliminar16
El emisario consistirá de los siguientes elementos principales:
• Estructura de empalme
• Tubería del emisario terrestre
• Tubería del emisario submarino
• Estructura de la “Y” del difusor
• Difusores
El sistema del emisario se diseñará para proveer una vida útil de 75 años.
Estructura de Empalme
Se instalará una estructura de empalme inmediatamente al oeste de la planta de tratamiento.
La estructura de empalme se construirá de concreto armado vaciado en obra, y cumplirá las
funciones siguientes:
Recolección de Aguas Negras sin tratar. Todas las aguas negras sin tratar se recolectarán en
un sólo punto para conducirlas a las obras de cabecera de la planta de tratamiento.
Recolección de Efluente Tratado. El efluente tratado se recolectará en un solo punto de la
cámara de salida para conducirlo al emisario.
Acceso al Emisario. La estructura de empalme proveerá un medio de acceso al emisario
submarino para facilitar inspecciones, mantenimiento, y reparaciones.
Desvío de Aguas Negras sin tratar. La estructura de empalme proveerá un medio de desviar
las aguas negras sin tratar o parcialmente tratadas a la playa, cuando el emisario deba ser
16 Información basada en el Estudio de Factibilidad de PTAR y Emisor de Lima Norte. Parsons, 2000.
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retirado del servicio durante emergencias. Dos compuertas de charnela y una compuerta de
esclusa permitirán que las aguas negras sin tratar o parcialmente tratadas sean desviadas a la
playa o al emisario.
En las estructuras del empalme se liberará sulfuro de hidrógeno, donde la mezcla de flujos de
las tres tuberías crea condiciones de turbulencia. Por ello, los muros interiores y el techo de la
parte este de la estructura (que reciben aguas negras sin tratar), se revestirán con planchas de
PVC empotradas para resistir la corrosión de las superficies de concreto.
Tubería del Emisario Terrestre
El emisario terrestre, un conducto de 4.0 m de diámetro, se extenderá entre la estructura de
empalme y la orilla de la playa. Además, se construirá también una tubería de desviación de
emergencia de 4.0 m de diámetro para poder descargar a la playa las aguas negras sin tratar o
tratadas parcialmente, cuando el emisario submarino deba ser retirado del servicio.
Materiales de tubería
El material preferido para la construcción del emisario terrestre es la tubería de presión de
concreto reforzado. Este material tiene un historial probado de desempeño en tuberías de
efluente de gran diámetro, y puede fabricarse localmente. Para la construcción del emisario
terrestre pueden considerarse dos tipos de tubería de presión de concreto:
Tubería de concreto reforzado sin cilindro, fabricada según especificaciones ASTM
C361/AWWA C302 y adecuada para presiones máximas de trabajo de hasta 380 kPa.
Tubería de concreto reforzado con cilindro, fabricada según la especificación AWWA C300. En
este tipo de tubería, se vacía un cilindro de acero y barras de acero dulce en la pared del tubo,
pudiendo resistir presiones hasta de 1.7 MPa.
La tubería de concreto pretensado con cilindro es una posible alternativa. Esta tubería, que se
fabrica conforme a la especificación AWWA C301, está hecha con un cilindro de acero que se
forra con un núcleo de concreto centrifugado o vaciado verticalmente. Después se le envuelve
con alambre de alta resistencia que comprime el núcleo de concreto, y se le reviste con mortero
de cemento. Ha sido utilizada en aplicaciones de alta presión (más de 2.75 MPa) y con
cobertura profunda de tierra (mas de 30 m). Debido a los problemas de corrosión y a las
necesidades de presión relativamente baja de este proyecto, no se recomienda este tipo de
tubería.
Juntas
Las juntas de tubería para el emisario terrestre serán estándar, de campana extendida, para
tubería reforzada, equipadas con doble empaquetadura y tubo de prueba que permita la prueba
de presión de la junta. Esto permitirá probarla inmediatamente después de instalada, aún en
condiciones de anego. La junta de campana extendida no se fijará en la dirección del eje del
tubo.
Las juntas de tubería del emisario terrestre deberán soportar presiones internas y externas, y
permitir la rotación y elongación axial de la junta que podrían ocurrir debido al asentamiento y
carga sísmica. La geometría de la junta permitirá una deflexión mayor de 1 grado sin fugas. Si
el asentamiento de la base de la tubería, ya sea inducido por sismos u otra causa, produce
rotaciones de tubería mayores de 1 grado, puede ser necesario modificar la junta o descartar
su empleo del todo. Para la tubería de presión de concreto se seleccionarán juntas que
permitan las deflexiones requeridas, según lo establezcan las consideraciones geotécnicas.
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Sistemas de Revestimiento y Recubrimiento
En las tuberías de presión de concreto que conducen agua de desecho doméstica, es posible
que el concreto se deteriore en la corona del tubo, donde las bolsas de aire pueden proveer un
ambiente adecuado para la acumulación del sulfuro de hidrógeno y las condiciones corrosivas
resultantes. Para eliminar el potencial de corrosión, todos los tubos de presión de concreto se
forrarán con PVC en los 90 grados superiores, a fin de que los gases corrosivos que puedan
acumularse en el tubo no entren con contacto con el concreto.
El agua de mar contiene niveles altos de iones de cloruro, que pueden pasar lentamente a
través del recubrimiento de concreto y llegar al acero de refuerzo. Al llegar al acero, comienza
una degradación rápida. Para demorar este fenómeno tanto como sea posible y aumentar la
vida útil del proyecto, se recubrirá la superficie exterior del tubo de concreto. Los
recubrimientos para el emisario terrestre combinarán varias propiedades físicas y químicas,
incluyendo:
Buena resistencia dieléctrica para impedir el flujo de electrones a través del recubrimiento.
Resistencia a la alcalinidad.
Buena adhesión, lo cual es función tanto de la química del recubrimiento como de la
preparación de la superficie.
Bajas tasas de transferencia de vapor húmedo y adsorción de humedad. La adsorción de
humedad aumenta el flujo de corriente y la transferencia de humedad provee más electrolito
para las reacciones químicas de corrosión.
Para satisfacer estos requisitos, la superficie exterior del emisario terrestre se recubrirá con
alquitrán epóxico.
Tubería del Emisario Submarino
Materiales de tubería
Los tubos de concreto reforzado sin cilindro (TCR) y los tubos de acero son los preferidos para
construir el emisario Taboada. No se recomiendan los tubos de concreto reforzado con
cilindro. Los materiales alternos tales como la tubería plástica reforzada con fibra de vidrio
(FRP) no han resultado satisfactorios en aplicaciones similares.
El diseño preliminar se basará en TCR apoyado en asiento de grava, excepto en zonas de
licuefacción potencial, donde se usarán tubos largos (30 m) de acero con recubrimiento de
concreto y forro de mortero de cemento. Los TCR se fabrican típicamente con juntas de espiga
y campana, en segmentos hasta de 7 m, y ofrecen las ventajas siguientes:
Los tubos pueden fabricarse localmente.
El grueso espesor de pared de los tubos proporciona durabilidad y estabilidad durante las
tormentas.
Los tubos tienen un largo y excelente historial de uso en emisarios marinos.
La industria internacional de construcción marina tiene mucha experiencia instalando estos
tubos en emisarios marinos.
Juntas
Las juntas de tubos deben resistir los esfuerzos de construcción y sísmicos. Deben armarse
fácilmente bajo el agua y proveer la rigidez o flexibilidad necesarias según sea aplicable. Se
asume que todas las juntas serán del tipo de espiga y campana con doble empaquetadura.
PERFIL: CONSTRUCCION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
TABOADA Y EMISARIO SUBMARINO - DISTRITO Y PROVINCIA DEL CALLAO
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Las juntas convencionales de TCR de gran diámetro son del tipo de espiga y campana, con
doble empaquetadura de anillos “O” colocados en ranuras de la espiga. La doble
empaquetadura permite hacer una prueba de presión a las juntas y también provee un sello
redundante. Para verificar la impermeabilidad de las juntas, se aplica presión entre los anillos
“O” mediante un pequeño tubo que va a una conexión exterior en la tubería. La prueba de
presión, efectuada en el momento que se arma cada junta, evita el trabajo de reparación
correctiva costosa y dudosa después de la instalación.
Típicamente, las juntas de tubos de acero pueden ser de espiga y campana similares a las
usadas con los TCR. Las juntas de espiga y campana permiten la rotación por asentamiento
diferencial y ajuste de alineación durante la instalación. Para el Emisario, se instalarán
conectores de doble campana y tubos de acero largos en las zonas de licuefacción, para
acomodar la rotación de junta asociada al posible asentamiento diferencial de hasta 250 mm.
El asentamiento diferencial inducido sísmicamente es posible dada la información geotécnica
del estudio de reflexión sísmica en la región entre las estaciones 2+400 y 3+944 del emisario.
Se instalará un sistema de restricción de junta, para limitar el movimiento axial de la tubería de
acero. En el conector de doble campana, podría usarse una junta cónica de concreto o una
junta de anillo Carnegie de acero.
Los tubos de acero también pueden unirse con bridas cuando el movimiento de la junta sea
indeseable y se requiera continuidad de la rigidez de tubería. Las bridas de acero son costosas
y no es probable que se requieran en este proyecto de acuerdo al concepto de diseño actual.