DISEO DEDESARENADORES

MSc.Ing JOSE ARBULU R.

Cuando se capta agua de un ro,inevitablemente estaremoscaptando tambin sedimentosen suspensin y de arrastre.Los desarenadores tienen laimportante misin de eliminarlas partculas indeseadas quese encuentran en suspensin enel agua. Posteriormente, mediante unaadecuada operacin, lossedimentos son arrojados alro.

DESARENADORDESARENADOR

NECESIDAD DE UN DESARENADORNECESIDAD DE UN DESARENADOR

Evitar:Desgaste acelerado de turbinas decentrales hidroelctricasObstruccin de sistemas de riegotecnificado Erosin de estructuras hidrulicasposteriores al desarenado

EROSIN ENPISOS

Obstruccintuberas

NECESIDAD DE UN DESARENADORNECESIDAD DE UN DESARENADOR

Reduccin de la capacidad de los canales con elconsecuente riesgo de inundacin . Imposibilidad del consumo directo del agua, etc

SEDIMENTOACUMULADO

PLANTA TRATAMIENTOAGUA POTABLE

El rea de la localizacindebe ser suficientementeextensa para permitir laampliacin de las unidades.El sitio debe proporcionarsuficiente seguridad.Garantizar que el sistemade limpieza pueda ser porgravedad. Lo ms cerca posible delsitio de la captacin.

UBICACIONUBICACION

FUNDAMENTOS DEL DISEO DE UN DESARENADORFUNDAMENTOS DEL DISEO DE UN DESARENADOR

El Fundamento Principal delDiseo es disminuir lavelocidad del agua, para quelogren sedimentar laspartculas en suspensin enuna estructura que sea capaz ala vez, de ser limpiada enforma rpida y econmica.

A estas estructuras se lesconoce con el nombre dedesarenadores.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

HIDRULICAMENTE:

Distribucin uniforme del caudal en las navesdesarenadoras.

Lneas de corriente paralelas, por lo tanto sin vrticesde eje vertical u horizontal.

No causar remanso en el canal aguas arriba. Distribucin del caudal dentro de cada nave, esto esimportante en el momento de purga de la nave.

SEDIMENTOLGICAMENTE:

Sedimentacin de los materiales en suspensin. Evacuacin al exterior de los depsitos. Limpieza uniforme de las naves desarenadoras. No existencia de zonas imposibles de limpiarlas en lasnaves.

Transicin de entrada sin sedimentacin. Eficiencia adecuada.

Lograr decantacin de laspartculas slidas acarreadasen suspensin por lacorriente de un canal.

Conseguir la purga delmaterial slido decantado.

Buscar crear en eldesarenador velocidadesbajas y disminuir el grado deturbulencia.

Evacuar por gravedad lossedimentos depositados enlas naves desarenadoras.

FUNCIONES

Naves deldesarenador

Transicin de entrada

Qe Qs

Transicin de salida

Naves deldesarenador

Transicin de entrada

Qe Qs

Naves deldesarenador

Transicin de entrada

Qe Qs

Transicin de salida

ELEMENTOS DE UN DESARENADOR

1.1. Canal de IngresoCanal de Ingreso2.2. TransiciTransicin de entrada.n de entrada.

3.3. Naves DesarenadorasNaves Desarenadoras

4.4. TransiciTransicin de Salidan de Salida

5.5. Sistema de PurgaSistema de PurgaDeposicin desedimentos

Canal de purga

S %

Velocidades en el canal de ingresoy en las naves del

Desarenador Majes.

0.5 m/s0.5 m/s3.1 m/s3.1 m/sMajesMajes

Velocidad enVelocidad ennavesnaves

DesarenadorasDesarenadoras

VelocidadVelocidadCanal deCanal deingresoingreso

DesarenadorDesarenador

La eleccin del nmero de naves

Continuidad del servicio de desarenado. Limpieza hidrulica del desarenador. Reglas de operacin simples. Razones econmicas. Disponibilidad en el mercado decompuertas y de su sistema de izaje.

Continuidad de Servicio

Las naves de un desarenador tienen que serlimpiadas con frecuencia

Mientras dure esta operacin la navepermanece cerrada y por lo tanto, en el casoextremo, de tener una sola nave se cortar elservicio en un 100%. Otra razn es que si una de las compuertassufre un desperfecto, tenemos la mismasituacin anterior.

Nivel de seguridad de permanencia del serviciosegn el nmero de naves de un desarenador.

80%5

75%4

66%3

50%2

0%1

Servicio permanentementeasegurado

Numero de naves

Canal de Purga

Cumple 2 funciones principales: Canalizar el agua dentro de la nave para que tengamayor capacidad de arrastre Indicarnos el momento en que se debe limpiar eldesarenador. La limpieza de un desarenador se hace cuando el canalde purga de las naves se encuentre lleno de sedimentos. Pendiente usual: S = 2%.

Conducto de Purga

Funcin: evacuar los sedimentos depositados en lasnaves desarenadoras al ro.

Pendiente : S= 2% - 3% La pendiente de este conducto debe ser igual o mayorque la del canal de purga de las naves

con la finalidad de no causar remanso y evitarsedimentacin.

CARACTERSTICAS DELOS CONDUCTOSDE PURGA DE ALGUNOSDESARENADORES. 882.0 %2.0 %ChavimochicChavimochic

552.0 %2.0 %MajesMajes332.5 %2.5 %San GabSan Gabnn

CaudalCaudalde purga (mde purga (m33/s)/s)

Pendiente delPendiente delConducto deConducto de

purgapurga

DesarenadorDesarenador

I N G R E S OI N G R E S O

Desarenador Chavimochic

Criterios de diseCriterios de diseoo La altura de agua en elLa altura de agua en eldesarenadordesarenador debe ser tal quedebe ser tal queno cause remanso en el canalno cause remanso en el canalde ingreso,de ingreso, dede lo contrariolo contrarioprovocarprovocara sedimentacia sedimentacin en eln en elcanal.canal.

Se debe calcularSe debe calcularcorrectamente lacorrectamente lavelocidad de cavelocidad de cada.da.

De presentarse turbulencia yvrtices en el desarenador, elvalor de velocidad de cadadisminuira considerablemente. El aumento de laConcentracin de sedimentoshace que la velocidad de cadaaumente. Para concentracin mayores a2 gr/l, en el desarenador,considerar una mayor longitudde naves desarenadoras.

Criterios de diseCriterios de diseoo

Buena operacin del desarenador:Porque demasiados sedimentos dentro de la nave,reducen el rea de decantacin por consiguiente elvalor de la velocidad aumenta y disminuye laeficiencia.

La pendiente longitudinal de la nave desarenadoradebe ser aproximadamente de 2%

Lo cual garantiza una buena capacidad de arrastre desedimentos depositados.

Criterios de diseCriterios de diseoo

EFICIENCIA DE UN DESARENADOR Condicin fundamental de

funcionamiento : eficienciarequerida.No se logra por :

Deficientes reglas deoperacin.

Las partculas que ingresan sonde menor dimetro que el dediseo.

Formacin de vrtices a laentrada del desarenador.

Poca longitud de las naves Formacin de curvas de

remanso. Mal diseo hidrulico y

sedimentolgico.Vertederos al final de las naves. Estosobligan a que los caudales menorespresenten remansos aguas arriba.

EFICIENCIA DE UN DESARENADOR Muchos diseadoresutilizan frmulas develocidad de cada queslo est en funcin deldimetro de la partcula. Debido a esto, esfrecuente encontrar quela mayora de estructurashidrulicas fallen porerrores en ladeterminacin de lalongitud de la navedesarenadora.

SALIDA DELDESARENADORSALIDA DEL

DESARENADOR

Se pueden observar los vertederos al final delas naves desarenadoras, antes de su cambiopor secciones con orificios.

Los desarenadores se disean para undeterminado dimetro de partculas, esdecir, que partculas de un dimetrosuperior al escogido deben decantarse.Para el dimensionamiento deldesarenador se siguen los siguientespasos:

DIMENSIONAMIENTO DEL DESARENADOR

I ) Seleccionar el dimetro de la partcula

Clasificacin del suelopor el tamao de suspartculas.

Desarenadores paraCentrales Hidroelctricas

Desarenadores con fines de irrigacin :

II) Determinar la velocidad horizontal Vd

Velocidad de suspensin terica ovelocidad mxima critica desedimentacin de acuerdo aCAMP:

donde:d = dimetro granulara = coeficiente en dependencia de d

III Determinar la velocidad de cada de la partcula (w)STOKES

w, es la velocidad de sedimentacin de un grano enagua sin movimiento.

d, es el dimetro del mismo.F, fuerza que tienda a hacerlo moversen, coeficiente de viscosidad dinmica

Siendo:g, aceleracin de la gravedadR, densidad del material a sedimentarR, densidad del fluido donde se

sedimenta el grano

HAZZENpara dimetros menores de 0,1 mm

HAZEN

Expuso en forma similar a la frmula deSTOKES, pero para dimetros mayoresde 0,1 mm.

D, OWENS

Estudi experimentalmente lavelocidad de cada de las partculasen agua calma , encontrando laformula :

d , dimetro del grano (m).Y , Peso especfico (gr/cm3).K , es una constante que varia de acuerdo con laforma y naturaleza de los granos.

SELLERIODemostr por experiencias con granos de arena enmovimiento en el agua la inaplicabilidad de la ley de Stokespara dimetros mayores de 0,1 mm

SUDRY

BOSTERLIAbaco que relaciona los tiempos de cada con lasprofundidades de sedimentacin

GUICCIARDI

CORONADO FRANCISCOCon arena del ro Mantaro, en el Per, de pesos especficosentre 2,69 gr./cc y 2,75 gr./cc y dimetros entre 0,149 mm. y0,59 mm. estudi la sedimentacin en agua tranquila

RUBEY

w : velocidad de cada ( m/seg)s: densidad de la partcula ( kg/m3) : densidad del agua ( kg/m3)u: viscosidad dinmica ( m2/seg)d: dimetro de la partcula (m)g: aceleracin de la gravedad (m/s2)

2

23632

dgds

d6

RUBEY

w : velocidad de cada ( m/seg)s: densidad de la partcula ( kg/m3) : densidad del agua ( kg/m3)u: viscosidad dinmica ( m2/seg)d: dimetro de la partcula (m)g : aceleracin de la gravedad (m/s2)

ddgds

636

32

22

2

L = (H x V)/W

IV. Determinacin de la profundidad del tanque (H):1.5 m H 4.00 m

V. Longitud de sedimentador (L):

Velikanov. 2

222

w51.72.0hvl Basndose en el clculo de probabilidadesdetermin la longitud de sedimentacin l

en metros en flujo con turbulencia.h, altura de cada en mw, velocidad de sedimentacin

en agua calma en m/sv, velocidad del flujo en m/s

Utilizando Coeficientes de correccin K:L = K (h x v / w)

TEORAS PARA EL DISEO HIDRULICO

El grafico nos da el porcentaje de material que sedeposita en el desarenador.W es la velocidad de cada de los materiales en aguacalma,L la longitud de cada,V la velocidad media en el desarenador,h, la altura de cada,C, el coeficiente de la frmula de Chezy,g , la aceleracin de la gravedad

Dobbins Camp

EGHIAZAROFF hVW

3.27.5'

LEVIN W = v h132.0

vwhvh

vw

vhl132.02/1

2/3

Considerando los efectos retardatorios de la turbulencia

Clculo de un Desarenador Adoptar una velocidad de flujo V = 0.5 m/s Encontrar el rea transversal del desarenador

A = Q / V La altura neta del desarenador es el valor del

tirante normal del canal de ingreso.d = H

Ancho del DesarenadorB = A / H

Asumir una longitud del desarenadorL = 2 B ( valor iterativo)

Clculo de un Desarenador Clculo de la velocidad de cada terica con

eficiencia del 100%wo = VH / L

Confeccionamos la Tabla para ingresar alDiagrama

de CampEficiencia122 w/Vw/w0w ( mm/s)D (mm)

D = Dimetro de las partculasw = Velocidad de cada de cada partculaw0 = Velocidad de cada torica con 100 % de eficienciaV = Velocidad del flujoDe no obtener la eficiencia requerida para las partculas objetivo,tendremos que cambiar el valor asumido a la longitud del desarenador.

Diagrama de CAMP

PROBLEMAS PRESENTADOSY SOLUCIONES ADOPTADASEN EL DISEO DE LOS DESARENADORESCONSTRUIDOS EN EL PER

RAUL MORALES RUEDA

PROBLEMAS MAS FRECUENTESPRESENTADOS DURANTE EL DISEO

REMANSO EN EL CANAL AGUAS ARRIBA DISTRIBUCIN NO UNIFORME DEL CAUDAL EN LAS NAVES FORMACIN DE VRTICES DE EJE VERTICAL Y HORIZONTAL EFICIENCIAS BAJAS LIMPIEZA NO UNIFORME DE LAS NAVES DESARENADORAS TRANSICIN DE ENTRADA CON SEDIMENTOS

DEPOSITADOS.

REMANSO AGUAS ARRIBACAUSA:

- PRESENCIA DE VERTEDEROS EN LA SECCIN FINALDE LAS NAVES DESARENADORAS.

VERTEDEROS QUEESTABLECEN EL

NIVEL DE AGUA ENLAS NAVES

DESARENADORAS

CONSECUENCIA:- SEDIMENTACIN DE PARTICULAS EN LA TRANSICIONDE ENTRADA Y/O EN EL CANAL DE INGRESO

- EFICIENCIAS BAJAS

SOLUCIONES:- ESTABLECER DIVERSOS NIVELES DE OPERACIN- VERTEDEROS PROVISTOS DE ORIFICIOS

SOLUCIONES:- COLOCAR PANTALLAS DEFLECTORAS- PROLONGAR HACIA AGUAS ARRIBA, LAS NAVESDESARENADORAS

PANTALLA DEFLECTORA

PROLONGACIN DE LAS NAVESDESARENADORAS

DISTRIBUCIN NO UNIFORME DELCAUDAL ENTRE LAS NAVES

TRANSICIN DE ENTRADA CON UN GRAN VRTICE DE EJE VERTICAL

FORMACIN DE VRTICES

CONSECUENCIAS:- FLUJO TURBULENTO QUE RETRASA LA VELOCIDADDE CAIDA DE LAS PARTCULAS.

- EFICIENCIAS BAJAS

SOLUCIN:- COLOCAR UNA PANTALLA DEFLECTORA AL INICIO DE LA

TRANSICIN DE ENTRADA PARA REORIENTAR LASLNEAS DE CORRIENTE.

FORMACIN DE VRTICES

SOLUCIONES:- CALCULAR EL ANCHO PTIMO DE LAS NAVESDESARENADORAS.

- DISEAR GUAS DE FONDO Y/O PERALTE EN LOS TRAMOSCURVOS.

LIMPIEZA NO UNIFORME DE LAS NAVES DESARENADORAS

GUIAS DE FONDO

DEPOSICIN DE SEDIMENTOSAGUAS ABAJO DE LAS NAVES

DESARENADORAS

DESARENADOR MUYCORTO

GEOMETRA DETRANSICIN NOADECUADA.

CAUSAS:

EFICIENCIAS BAJASSOLUCIN:DEPENDIENDO DE LA DEFICIENCIA, SE PUEDEN APLICARALGUNA DE LAS SOLUCIONES ANTES EXPUESTAS.

GRACIAS