PLANTA MUSEO VITELMA

 

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Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá E.S.P – 2015 Bogotá D.C

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Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá E.S.P – 2015 Bogotá D.C Detalles Constructivos y Operativos (Tomado del manual de operación) Chester M. Everett. 1938

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EMPRESA DE ACUEDUCTO ALCANTARILLADO Y ASEO DE BOGOTÁ E.S.P Alberto Merlano Alcocer GERENTE GENERAL GERENCIA DE TECNOLOGÍA César Augusto Torres Correa GERENTE CORPORATIVO EAB-E.S.P DIRECCIÓN DE INGENIERIA ESPECIALIZADA Alberto Groot Saénz DIRECTOR EAB-E.S.P TRADUCCIÓN Y COMPLEMENTOS Álvaro Cortés Rodríguez INGENIERO CIVIL EDICIÓN Ibeth Nathalia Torres Albarracin Joseph Andrey Carvajal Cañas AGRADECIMIENTOS Agradecemos a todas las personas que participaron en la generación de este documento. REFERENCIA Detalles Constructivos y Operativos (Tomado del manual de operación) Chester M. Everett. 1938 Bogotá D.C. 2015

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1. Características Generales En su momento (1938) Bogotá contó con 2 fuentes principales de recurso hídrico: el rio Tunjuelo y el rio San Cristóbal (Fucha) en su tramo alto (cotas superiores a 2800 m.s.n.m con caudales medios en los sitios de captación de 3,5 m^3/seg y 1.3 m^3/seg respectivamente). La conducción del Rio Tunjuelo se hizo mediante la construcción de una presa de tierra de 31m de altura en el sitio de la Regadera en la cota 3002 msnm (2917,14 IGAC), la cual forma un embalse de 4 millones de m3, con un rebosadero del tipo Morning Glory (Ver Ilustración 1) y una tubería de CCP (Cilindro de lámina de acero revestido con concreto reforzado con diámetros de 34" (18.9km) y 28-39" (4.47 km) y suministro de 98400 m3/día (1,139 m3/seg); al final se instaló una microcentral de 240 KVA en la cota 2795 (2765 IGAC). Ilustración 1. Rebosadero Morning Glory Los sistemas de purificación consisten en un tanque aereador de agua cruda, mezcladores de turbina, floculadores, tanques de sedimentación, filtros de arena del tipo rápido y un tanque reservorio, aereador de agua potable de 39000 m^3.

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La conducción del rio San Cristóbal se hizo mediante un azud de concreto en la cota 2809 msnm (2779.25 IGAC) el cual deriva el agua a 2 tanques de mampostería con capacidad de 12500 m^3 los cuales inicialmente sirvieron de filtros por falsos fondos y posteriormente se emplearon como sedimentadores para conducir las aguas a la planta de Vitelma con una tubería de 1800m de longitud y Ø24” (61 cm) de concreto CCP con capacidades de suministro entre 32500 y 16250^3/í (188 Lts/seg) dependiendo del caudal del rio. Esta tubería al final conecta con el extremo norte del tanque aereador de agua cruda el cual tiene un rebosadero semicircular en la cota 2795.76msnm (2766 IGAC). Ilustración 2. Azud de Toma de Río San Cristóbal Ilustración 3: Casetas de Control

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Ilustración 4: Sedimentadores Río San Cristóbal (inicialmente filtros) 2. Embalse de la Regadera El embalse de la Regadera se forma por la presa de tierra de 31m de alto, 360m de ancho en la cota 3006msnm (2976.14 IGAC). 1. El pozo vertical recibe 6 tomas de agua en cotas 2999.86 – 2995.48 – 2991.10 – 2986.60 – 2981.60 y 2975.25; en el fondo del distribuidor se instaló una válvula de 36” de la cual se deriva una tubería de acero con 237m de largo a través de la estructura. 2. Con el propósito de un realce de 16m para el futuro de la presa, se dejaron previsiones en el conducto de fuga, descarga de fondo y en las tomas, para incremento en la resistencia de diseño, por aumento en la altura del terraplén y su distancia de salida aguas abajo. En esta forma solo es necesario; demoler el tope del rebosadero y cubrir la estructura de salida de descarga de fondo quedando la presa con 47m de altura. “Durante los años 1997-1998-1999 la presa se reforzó en sismo resistencia y se diseñó una nueva presa denominada Regadera II, con una altura de 90m para tener la regulación de 3.5m³/seg con un embalse multianual de 34.5 millones de m³ y control de crecientes para un periodo de retorno de 1:100 años sin la presa de Cantarrana. Con la construcción de la presa de Cantarrana es posible complementar el diseño a 47m, con un caudal regulado ligeramente menor a 3.5 m³/seg, del cual existe: estudio de factibilidad, exploraciones y estudios correspondientes realizados por la EAB-ESP, 1999”. (ÁLVARO C.R.)

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3. Tubería de Conducción el Tunjuelo Conecta el embalse de la Regadera con la planta Vitelma, está dividida en dos secciones principales, tiene una longitud de 22.2 km, un embalse de rebose (PONDAJE) localizado en el km 20 de la tubería partiendo de la Regadera, y una diferencia de altura de 71m con relación al embalse. Primera sección Tiene una longitud de 18.971m con Ø34” de tubería, 419m con Ø139” en dos túneles y 53.35m con Ø39” en tubería de CCP a través del terraplén del embalse de rebose. La tubería CCP tiene juntas en espigo–campana con blindaje de acero soldado en las juntas y sus correspondientes sellos de caucho. Los túneles tienen secciones mayores al igual que las estructuras de entrada y salida, con clave cerca de la línea de gradiente hidráulico para permitir las futuras conexiones de una posible línea paralela. El reservorio de rebose sirve para regular el límite de presión de la llegada del primer tramo, regular el flujo de caudal a la planta y el efecto de ariete. Su capacidad es de 6080 m³ entre las cotas 2912msnm (2882IGAC) y 2907. Segunda sección Conecta el reservorio con la planta, consta de 53m en tubería de concreto CCP de 39” (98cm), 740m en CCP de 27” (68cm), 993m en acero de 30” (77cm) y 994m en acero de 28” (71cm) para un total de 4470m. El punto más bajo se encuentra en la cota 2672msnm (2642.14IGAC). Una parte del golpe de ariete se controla con el pondaje y con el tiempo de cierre de las válvulas en la llegada; 436 vueltas de la llave para cierre–apertura. En general la línea tiene instaladas de acuerdo con los diseños, un sistema de ventosas y purgas. Ilustración 5: Segundo tramo de la línea Regadera- Vitelma

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4. Conexión de la Tubería de Entrega con la Planta Parte del caudal de agua cruda es by–passeado a través de una turbina – generador eléctrico de 240 KVA el resto pasa al tanque aereador (volumen 3628 m³) el cual está provisto de boquillas aereadoras y luego mediante un tubo Ø42” conectado a los turbo-mezcladores. La turbina – Pelton se colocó en el tercer piso del edificio de filtros con el fin de que la descarga tenga suficiente presión para poner el agua cruda por las boquillas aereadoras. Con el fin de prevenir presiones totales del embalse de rebose se construyó un tubo vertical de 36” (92cm) con limite en la cota 2803.07msnm (2773.21 IGAC) y un segundo en la elevación 2795.90msnm, en esta forma se retardan los flujos excesivos sobre el tanque aereador. La conexión desde la válvula de Ø24” (60.10cm) en la línea del Tunjuelo cerca del reservorio de agua pura se hace por la base del edificio principal en un tubo de 98m de largo en acero de 36” (92cm). Se presenta una bifurcación de la tubería de boquilla de 36” (92cm) en las 2 líneas paralelas las cuales tienen válvulas Larner Johnson de Ø10” y c/u de estas es usada para crear una diferencia de presión, necesaria para operar la turbina y ejecutar los arreglos necesarios para el suministro diario de la planta; estas válvulas tienen regulado el cierre con 96 vueltas de la llave para evitar golpes de ariete. Más allá del tubo de 36” existe una derivación a 8 líneas de 14” las cuales contienen 12 boquillas tipo rifle con diámetros de salida de 1.5” para producir los chorros verticales, el tanque tiene un tubo de rebose de Ø34” en la cota 2795.9msnm (2766IGAC) con un volumen de 3628 m³, el cual es necesario para prevenir seguridad en reboses de la línea de conducción del Tunjuelo. 5. Planta Hidroeléctrica Se instaló para suministrar energía independiente a la planta. El rodete de la turbina Pelton tiene Ø23.3” (58cm) es de eje horizontal y tiene 2 boquillas con agujas para impulso. La línea de generación central está en la cota 2804msnm (2773.86 IGAC) para una diferencia de altura igual a 105m, tiene instalados 240 KVa, 4800 voltio, 3 fases, 60 ciclos, 600 RPM y 80% factor de potencia.

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Ilustración 6: Planta Hidroeléctrica Para los circuitos de alumbrado, pequeños motores y equipos de laboratorio el voltaje es reducido a 37.5KVA, 480/120 volt monofase y alimentando transformadores a 120 voltios o 208 voltios en trifásico y en tomas sencillas a 110 volts. -Existe un plan para operación de las agujas, arreglos de los servomotores de las mismas, para las potencias de salida y regulación de caudales de entrada al Rodete (manual para estos equipos). -El mecanismo gobernador está diseñado para actuar en caso de fallas • Si la falla no es debida a presión de aceite será automáticamente cerrada la boquilla de potencia y abierta la de relajación • Si la falla es debida a la falta de presión de aceite deberá cerrarse la boquilla de potencia pero la de relajación tendrá diferentes posiciones y tiempos de apertura y cierre. -Para una máxima capacidad de 98400 3 /í una descarga de 35000 3 /í (0.405m3/seg) es requerida a través de la boquilla para desarrollar la capacidad total del generador con una potencia aproximada de 300 KW, no es conveniente tener menos del flujo antes mencionado sin ajustes de las agujas salvo que se pare la planta.

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Ilustración 6: Planta Hidroeléctrica 6. Turbo Mezcladores Después de que el agua cruda deja el tanque aereador pasa a través de un tubo Venturi – meter, 20 turbo mezcladores y los conductos de conexión a los tanques de floculación y sedimentación. La salida del agua cruda es con una válvula de 48” operado manualmente remachado a un tubo Te de acero de 48” x 36” el cual es conectado a través de un tubo reductor de 42”. La salida de 36” se eleva detrás de la compuerta formando un rebose en la elevación 2795.9msnm (2766 IGAC). El agua aireada fluye por un tubo de 42” y 30m a un Venturi y de allí a los Turbo – mezcladores a través de un pozo. La conexión de 2” de la salida del Venturi provee la aplicación del cloro. Dos conductos de concreto son construidos a través del pozo, uno es sobre donde está el final del tubo de 42”, a continuación entra al pozo y transporta agua-cal a dos tubos verticales cuyos fondos son opuestos al centro del de 42”.

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Ilustración 8. Turbo Mezclador-Apagador, Lime Slaker El otro está sobre la pantalla a través del pozo cerca de su centro. El cual fuerza el flujo al tope del foso, este transporta la solución de alumbre la cual llega dentro del pozo a través de un rebose en “V” en un lado del conducto. Las entradas a los 2 turbo-mezcladores se efectúan a través de 2 compuertas hidráulicas de 42” cuadradas de desazolve y 2 conductos presurizados cuadrados de 42” al fondo del tanque. Los turbomezcladores consisten en dos paletas oscilantes sobre un eje vertical impulsado por un motor de 15HP a 440 voltios esparcen las soluciones a 21 y 43 RPM. La velocidad es por ensayo y error. No se opera con tanque seco. Una solución de cal se localiza a través de la conexión del rebose entre los tanques y su cámara con pantallas. Los tubos en el fondo del conducto hacen posible alimentar la cal con estos mecanismos alimentadores. Los tanques de mezcla pueden ser drenados en el venturi de efluente a través de tubos de 8” y válvulas de 8” localizadas en el foso, operados por pasarelas localizadas en el nivel y por cadenas de piso localizadas en este nivel. El material mezclado fluye por los dos niveles de canales a los floculadores y sedimentadores a una velocidad máxima de 0.75ft/seg = 22.5 cm/seg para no destruir los flocs. Allí se han instalado una serie de pantallas y compuertas de stop logs (compuestas de polines para dividir los flujos a los sedimentadores y drenajes de 8”).

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7. Floculadores y Sedimentadores Son tanques descubiertos y están divididos en 3 secciones iguales rectangulares con un floculador ocupando un sexto del área inicial de cada sección (150 m²). El volumen total de c/u de las 3 secciones es de 6161 m³ incluyendo el del floculador 907 m³ para un total de 18484 m³ hasta el nivel 2794.90m (2760.14 IGAC). Poseen paletas horizontales con 1.90m de diámetro y son movidas por 4 motores de 5HP a 490V y tienen velocidades de 5.16, 3.45, 2.58 y 1.72 [RPM] con transmisiones de cadenas. Están provistos de tolvas en el fondo para recoger los sedimentos con 2ft (60cm) de profundidad y pendientes 1:6 – 1:3.5 para evacuación de los mismos por manholes; agua cruda del Tunjuelo puede ser usada para limpieza mediante ramales de 8” con distribuidores de 4” y 6” a lo largo del floculador sedimentador, operador con válvulas reductores de presión para evitar el ensuciamiento de las aguas sedimentadas. Aunque no fueron hechas provisiones en los planos originales puede ser necesario proveer bafles (pantallas) onduladas a través de los tanques para reducir la disturbancia causada por el viento, estas serán fabricadas con flags flotantes encadenadas juntas en sus extremos a las paredes del tanque. Ilustración 9. Floculador

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8. Filtros De los tanques del agua sedimentada fluye a lo largo del tope del conducto en la mitad de sus 2 niveles hacia el edificio principal donde se encuentran los filtros, la velocidad no excede 1.5 ft/seg (45cm/seg) estos canales se distribuyen en varias ramas a las cajas de filtrado en el edificio principal. Un canal usado tanto para aguas sedimentadas y para aguas de drenaje – lavado se extiende a lo largo de cada lado de la galería de tubos y a través de las culatas de las cajas de filtros. Estos conductos están interconectados. El agua a filtrar sedimentada entra a c/u de las 4 unidades a través de una válvula de 36 x 36” (1m x 1m) operada hidráulicamente y el agua de lavado entra por las culatas en el sector opuesto por una válvula de 24” x 24” (60 x 60cm) y un tubo de hierro fundido de 24” conectado al de 34” (de las aguas a filtrar) formando la planta principal de drenaje. Los filtros consisten de 16 cajas de 10.8´ (3.3m) de fondo, 15.1´ (4.72m) de ancho por 34.5´ (10.5m) de largo entre paredes internas. Estructuralmente cada par de cajas es una unidad con una división central separando las 2 mitades. Ilustración 10. Edificio de Filtros

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Dos artesas alimentadoras horizontales de acero de 182 (45cm) de ancho por 222 (55cm) de profundidad en forma semicircular se extienden a lo largo de los filtros y el agua filtrada entre a 72.5” (1.84m) sobre el piso. El agua a filtrar entra a la caja alimentadora con las paredes abiertas al final del canal con esto se permite que los filtros pueden operar independientemente. El nivel ordinario del agua en las cajas es de 108.2” (2.75m) y la superficie de arena esta 47.2” (1.19m) sobre el piso. El lecho de arena tiene 27.2” (68cm) de profundidad y esta soportado por un lecho de grava de 20” (52cm) de profundidad. En cada una de las 16 cajas hay (43.7 yd^3) 1/33 m³ de arena teniendo tamaño efectivo de 0.43mm (Tamiz 40) y coeficiente de uniformidad de 1.6 (D60/D10) arena fina, uniformemente gradado (Tamiz 16 – Tamiz 100). Hay 32.2 yd^3 (25 m³) de gravas estando dividida en 5 capas cuyo espesor y tamaño efectivo son 8” (20cm) 25mm 3” (7.5cm) 12mm 3” (7.5cm) 6mm 3” (7.5cm) 3mm y 3” (7.5cm) 2mm (en el contacto con la arena). El sistema de tubos que colecta el agua filtrada y suministra el agua de lavado consiste en 46 líneas de 3” en hierro fundido revestido en cemento (lechada) separados a 9” (17.5cm) centro a centro sobre el piso c/tubo contiene 24 huecos de 0.5” (1.25cm) separados 7.5” (18.5cm) centro a centro son conectados con tees a las efluentes de hierro fundido enterrados en el centro del piso. Este tubo incrementa de 20” a 24” (60cm) en la salida donde existe una válvula operada hidráulicamente de 24”. Justo delante de la válvula de 24” hay unas ramas de tubos de 6” operadas con válvulas de cuchilla que descargan por codos a artesas alimentadoras que completan el drenaje de las cajas de filtros y cualquier necesidad de eliminar del efluente del filtro durante la primera parte del filtrado. Ilustración 11. Edificio Principal de Filtros

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Las 16cajas de filtros están divididas en 4 grupos de 4cajas, c/u con 2 grupos en c/lado de la galería de tubo con Ø24” efluentes de c/u de las 4 cajas, en un solo grupo conecta a un tubo cabezal de 24”. En el centro de este cabezal hay una rama de conexión de 24” alimentadora, operada con una válvula de compuerta al tubo principal de agua de lavado con igual diámetro. Al final de estos tubos se concentran en un tubo de acero con 54” (137cm) el cual constituye el efluente principal de los caudales de filtrado. El área del lecho de arena en c/u de las 16cajas es de 521 〖ft〗^2 (48.4 m²). La rata de filtrado de 125m.g.d por acre (472000 lts/4047 m²) la rata de filtrado de cada box (caja) será de 1.5 m.g.d siendo para el grupo de 4 de 6.0 m.g.d(23000 lt/día) y de la planta 24mgd (90.720.000lts/día) = 1.05m³/seg . Si los filtros son lavados una vez cada 24 horas se requeriría un cuarto de la planta fuera de servicio durante 3 horas y de 0.5mgd (1800 m³) se reduce a 1 m³/seg lo cual representa un 10% de perdida. Para una rata de filtrado de 24 mgd cuando se llega a una pérdida de cabeza de 9 ft (2.82m), se debe iniciar el retrolavado por separado en c/u de las 4 secciones. Durante este periodo la rata de filtrado decrece 25% y disminuiría el suministro de agua de 24 a 18 mgd; esta disminución de 6 mgd se puede compensar de algunas maneras, como: 1. La línea de San Cristóbal puede evacuar agua de sedimentos 2. Se reduce el flujo en Regadera y San Cristóbal, suministra 8 mgd y Tunjuelo 16 mgd, tomaría de 4-6 horas para que el agua alcance el pondaje de rebose y 0.48 horas para que viaje la distancia remanente del agua cruda al tanque aereador. El tiempo de viaje es inversamente proporcional a la rata. 3. La línea del Tunjuelo puede ser estrangulada en la casa principal. Si el embalse de rebose está vacío estará el 46% lleno al final de la operación, esto es probablemente el método más simple de ahorrar agua, en efecto si el pondaje no estuviera lo suficientemente vacío en el arranque el exceso seria desperdiciado por rebose. 4. El área del tanque aereador, mezcladores, tanque floculador y filtros es aproximadamente 77000 〖ft〗^2 (7158 m²) entonces dentro de cualquier estrangulamiento sería posible retener este exceso de agua en estos depósitos si ellos tuvieran un descenso de 1.3 ft (40cm) al arranque. Este método reduce la cabeza disponible y entonces podría ser solamente en las bajas ratas de filtración. Ilustración 12. Perfil General de la Planta (a)

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