Este documento describe dos tipos de lechos filtrantes o unidades de prefiltración: horizontales y verticales. Los prefiltros horizontales consisten en una zona de entrada, una zona de prefiltración horizontal llena de grava de diferentes tamaños, y una zona de salida. Los prefiltros verticales consisten en una captación directa, una zona de prefiltración vertical descendente llena de grava, y una zona de salida. El documento proporciona detalles sobre el diseño, funcionamiento, ventajas y limitaciones de ambos tipos de prefiltros

1. UNIVERSIDAD NACIONAL
DE INGENIERÍA
Rosa Verónica Reyes Rodríguez
Carlos Miguel Vanegas Benavides
CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y ESTUDIOS EN EL MEDIO AMBIENTE
Obras de Captación
LECHO FILTRANTE

2. DEFINICIÓN:
Ó
El sistema de lecho filtrante o unidades de prefiltración
prefiltración,
como también se denominan, es una obra de captación de
agua y al mismo tiempo funciona como pretratamiento, se
pueden clasificar de acuerdo a la dirección del flujo pueden
flujo,
ser de dos tipos, horizontal y vertical. Los de flujo vertical
pueden ser, a su vez, de dos tipos: descendentes y
ascendentes.
ascendentes
• Prefiltro Horizontal
• Prefiltro Vertical

3. • Prefiltro Horizontal:
Principio de Funcionamiento
Este tipo de captación indirecta está ubicado en la ribera de cursos superficiales
de agua, estando constituido por los siguientes elementos:
• Estructura de entrada
• Zona de Sali
• Zona de Prefiltración
a ida
• Captación Directa

4. • Prefiltro Horizontal:
La estructura de entrada:
RIO
R
Para proteger de la erosión y
distribuir uniformemente el
caudal en t d l sección se
d l toda la ió
sugiere el uso de un muro
seco de ladrillo hueco o de
cantos rodados sujetos por
una malla de hierro redondo
(gaviones). Este muro debe
ser construido con juntas
abiertas para que sea
absolutamente permeable.

5. • Prefiltro Horizontal:
La zona de pre
Capa Profundidad Diámetro mm
filtración:
1 1.00 25-80
Esta es de tipo horizontal,
p , 2 4 50
4.50 30 70
30-70
con velocidad de flujo de
3 4.50 5-12
0.50 m/h. Conformada
por tres o más tramos
llenos de grava de
diferentes diámetros
dispuestos en sentido RIO
decreciente. L l i d
d i La longitud
de los tramos es variable y
depende de la calidad del
agua,
agua del tamaño de la
grava y de la velocidad de
filtración. Estos tramos
tienen las siguientes
características:

6. • Prefiltro Horizontal:
Captación directa:
Cuando se presenten aguas con
buenas características que permitan
el uso directo de filtración lenta se
utilizará l cámara d captación
tili á la á de t ió
lateral ubicada en la ribera de la
fuente.
La entrada está protegida por una
rejilla de hierro de Φ ¼” con
separación de 2 cm para evitar la
entrada de material flotante.

7. • Prefiltro Horizontal:
Zona de Salida:
La zona de salida la constituye la cámara de recolección. Dicho
dispositivo cuenta con un sistema de control manual formado por
compuertas de hierro y/o madera.

8. • Prefiltro Horizontal:
Ventajas Restricciones
• En general, son más • Profundidades mayores de 1.5
m y anchos mayores de 5.0 m
eficientes que los dificultan la limpieza de la
sedimentadores por la unidad. En general, se
recomiendan profundidades no
gran superficie específica mayores de 1.0 m y anchos
disponible en l grava.
di ibl la máximos de 4 0 m Estas
4.0 m.
recomendaciones restringen el
• Cuando opera con uso de estas unidades a
caudales pequeños; la otra
carreras largas, no sólo alternativa es considerar
remueve partículas muchas unidades en paralelo.
inertes, sino también
• Turbiedades mayores de 300
y
microorganismos.
microorganismos UNT demandan unidades de 8
a 16 m de largo.
Conveniencia de su aplicación

9. • Prefiltro Horizontal:
Restricciones
• Este tipo de prefiltro no es
adecuado para la remoción de
p
material coloidal (diámetro < 1
micrón). Debido a que las
concentraciones de oxígeno
disuelto en esta clase de
prefiltro son generalmente
bastante bajas, no tienen la
capacidad para remover
id d
materia orgánica oxidable,
color, hierro y/o manganeso.
Conveniencia de su aplicación

10. • Prefiltro Horizontal:
Criterios de Diseño
• Calidad del agua:
• Turbiedad máxima: 150 UN (Con filtración lenta)
• Turbiedad máxima: 750 UN (Con sedimentación simple y
filtración lenta)
• Capacidad máxima:
• 10.8 m3/h (Recomendada)
• Velocidad óptima de filtración:
• 0.50 m/h
• Medio Filtrante:
• Grava de 1/4 a 2 , colocada en sentido decreciente En contacto
1/4" 2" decreciente.
con los muros se colocará material de diámetro mayor que el de
los orificios.

11. • Prefiltro Horizontal:
Procedimiento para el
Diseño
Método Simplificado 1 2 3
Q B (m) Diámetro del Dren
•Calcular la capacidad necesaria del M3/h H=0.7 m H=1.00 m Φ (in)
p
prefiltro y asimilarla a su inmediata 3.6 10.30 7.20 3
superior de la columna 1 5.4 15.40 10.80 3
•Seleccionar la altura del prefiltro 7.2 20.50 14.40 4
(entre 0.7 y 1 m) de acuerdo a las 9 25.70 18.00 4
condiciones locales y adóptese el 10.8
10 8 30.85
30 85 21.60
21 60 4
ancho correspondiente de la columna 14.4 41.15 28.80 5
2. 18 51.43 36.00 6
•Obtener el diámetro correspondiente 21.6 61.70 43.20 6
al dren de la columna 3. 25.2 72 50.40 8
28.8 82.30 57.60 8
32.4 92.60 64.80 8
36 102.85 72.00 8

12. • Prefiltro Horizontal:
Método Completo:
N° Datos Unidad Criterios Resultados
Caudal de Diseño (Q)
(Q) m3/s
/
Número de unidades (N) adim 3600Q
1 A= Área transversal de cada unidad
Velocidad óptima de Filtración N .VF
m/h
(VF)
A
2 Profundidad de la grava (H) m B= Ancho de cada unidad
H
Se obtiene por interpolación λ1 adim
Turbiedad máxima del agua LnC1 / C0
3 UT l1 = Longitud del primer tramo del prefiltro con grava
cruda (C0) λ1 de 3.0 a 4.0 cm
Turbiedad efluente del primer
UT
tramo (C1)
Para el segundo tramo λ2 adim LnC2 /C1
4 Turbiedad afluente (C1) UT l2 = Longitud del segundo tramo del prefiltro con grava
Turbiedad efluente (C )
Turbiedad efluente (C2) UT
λ2 de 2.0 a 3.0 cm

13. • Prefiltro Horizontal:
Procedimiento para el
Diseño
Para el tercer tramo λ3
P l λ adim
di Ln 3 /C Longitud del tercer tramo del prefiltro con
C 2
5 Turbiedad afluente (C2) UT l3 = m
Turbiedad efluente (C3) UT
λ3
grava de 1.0 a 2.0 cm
6 L=l1+l2 +l3 Longitud total de la unidad m
Volumen de agua contenido en qL Bl1 −∀ Altura de agua adicional requerida para
m3 Altura de agua adicional requerida para
7
7 lla unidad (( ∀))
id d h=
1 m
Tasa de levado (qL) m3/m2 B. L aplicar la tasa de lavado
VLB.L
.
8
8 Velocidad de descarga (VL)
V l id d d d (VL) m/min QL
/ i = Caudal de lavado
C d ld l d m3/
/s
60
9 hf1 =1/3HVL Pérdida de carga en la grava m

14. • Prefiltro Horizontal:
Procedimiento para el
Diseño
Número de losas sobre el canal de
adim B − an Ancho de las ranuras del canal de
10 limpieza (n) e= m
Ancho de cada losa (a) m n +1 limpieza
Ancho del canal de limpieza (b)
Ancho del canal de limpieza (b) m QL 2
Pérdida de carga en el canal de
11 Coeficiente de descarga de las hf 2 = m
ranuras (Cd)
adim [(n +1) Cd e b]2 2g limpieza
Pérdida de carga durante una
12 hf = hf 1 + hf 2 m
descarga
Presión de agua sobre la
13 Altura del canal de limpieza (h2) m h = H + h1 +1/ 2 h2 m
compuerta
VC = 2g(h − hf )
Velocidad en la compuerta de
14 m/s
descarga
QL
15 AC = Sección de la compuerta m2
VC

15. • Prefiltro Vertical :
Principio de Funcionamiento
Esta captación indirecta se ubica en el fondo del cauce y está formada por los
siguientes elementos:
• Captación Directa
• Zona de Prefiltración
• Zona de Salida

16. Prefiltro Vertical
Zona de pre filtración:
Este prefiltro utiliza grava como medio filtrante, con las siguientes
p g , g
características:
Capa Profundid Diámetro
ad (m)
( ) mm
1 0.1 15-25
2 0.2 10-15
3 0.5 5-10
RIO
Siendo el flujo vertical
descendente con baja velocidad
(Vf=0.25 m/h). El sistema de
recolección está formado por
una tubería perforada de PVC
que desmboca en una cámara de
recolección. Las paredes
laterales están formadas por
muros secos de cantos rodados,
sin armadura, o por bolsas de
cemento P tl d ti 1
t Portland tipo

17. Prefiltro Vertical
Captación directa:
. Cuando se presenten aguas con
buenas características que permitan
el uso directo de filtración lenta se
utilizará la cámara de captación
tili á l á d t ió
lateral ubicada en la ribera de la
fuente.
La entrada está protegida por una
rejilla de hierro de Φ ¼” con
separación de 2 cm para evitar la
entrada de material flotante.

18. Prefiltro Vertical
Sistema de Control:
El sistema de control es manual y está formado por compuertas de hierro
y/o madera
• Captación
Directa
Compuerta
C
Compuerta

19. Prefiltro Vertical
Ventajas Restricciones
• La limpieza completa es más • Este tipo de captación se
recomienda usarlo con plantas de
ágil que en los otros casos, filtración lenta con y sin
porque la altura de la grava en sedimentación simple laminar,
cada compartimiento es de sólo para lo cual las turbiedades de las
aguas deberían ser inferiores a 150
50 cms. Incluso puede ejecutarse y 750 UN respectivamente.
dentro
d t del
d l mismo
i
compartimiento. • Este tipo de prefiltro no es
adecuado para la remoción de
material coloidal (diámetro < 1
• T bié posee l ventajas ya
También las t j micrón). D bid
i ó ) Debido a que l las
presentadas en los prefiltros concentraciones de ox{igeno
disuelto en esta clase de prefiltro
horizontales. son generalmente bastante bajas,
no tiene la capacidad para remover
materia orgánica oxidable, color,
hierro y/o manganeso.
Conveniencia de su aplicación

20. Prefiltro Vertical
Criterios de Diseño
• Velocidad máxima del curso de agua:
• 3 m/s
• Calidad del agua:
• Turbiedad máxima= 150 UN (Con filtración lenta)
• Turbiedad máxima= 750 UN (Con sedimentación simple y
filtración lenta)
• Capacidad máxima del prefiltro
• 9 m3/h (recomendada)
• Velocidad de filtración
• 0.25 m/h

21. Prefiltro Vertical
Procedimiento para el
Diseño
Para el diseño de un prefiltro múltiple se utiliza el siguiente procedimiento:
p p g p
• Calcular la capacidad necesaria del prefiltro y asimilarla a su inmediata superior
de la columna 1
• Seleccionar el área necesaria de la columna 2
• Decidir dimensiones del prefiltro en base a condiciones locales
• Seleccionar el diámetro del dren secundario (4) considerando el área máxima
drenada, columna (3) y una separación máxima entre d
d d l ió á i t drenes d 250 m.
de
• Seleccionar el diámetro del dren principal de la columna 4 de acuerdo al área
total del prefiltro en la columna 3.

22. Prefiltro Vertical
1 2 3 4
Q (m3/h) A*B Area m2 Criterio para la elección del dren
Area máxima
má ima Φ (in)
drenada
3.6 14.4 7.4 2
5.4
54 21.6
21 6 16.8
16 8 3
7.2 28.8 30 4
9 36.6 48.2 5
10.8
10 8 43.2
43 2 53 5
14.4 57.6 53 6
18 72 94 6
21.6 86.4 94 8
25.2 100.8 230 8
28.8 115.2 230 8
32.4 130 230 8
36 144 230 8