Trabajo de Desarenador1 Tmp4a134267
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FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA ACADMICA PROFESIONAL
INGENIERA CIVIL
El Desarenador
DOCENTE :
DEFINICIN
Los desarenadores son obras hidrulicas que sirven para separar (decantar) y remover (evacuar)
despus, el material slido que lleva el agua de un camal.
El material slido que se transporta ocasiona perjuicios a las obras:
1. Una gran parte del material slido va depositndose en el fondo de los canales disminuyendo su
seccin. Esto aumenta el costo anual de mantenimiento y produce molestas interrupciones en el
servicio de canal.
2. Si los canales sirven a plantas hidroelctricas, la arena arrastrada por el agua pasa a las turbinas
desgastndolas tanto ms rpidamente cuanto mayor es la velocidad. Esto significa una
disminucin del rendimiento y a veces exige reposiciones frecuentes y costosas.
CLASES DE DESARENADORES
1. En funcin de su operacin:
Desarenadores de lavado continuo, es aquel en el que la sedimentacin y evacuacin son
dos operaciones simultneas.
Desarenadores de lavado discontinuos (intermitente), que almacena y luego expulsa los
sedimentos en movimiento separados.
Desarenador Longitudinal:
ELEMENTOS DE UN DESARENADOR
Para cumplir su funcin, el desarenador se compone de los siguientes elementos:
3. Vertedero, al final de la cmara se construye un vertedero sobre el cual pasa el agua limpia hacia
el canal. Las capas superiores son las que primero se limpian es por esto que la salida del agua
desde el desarenador se hace por medio de un vertedero, que hasta donde sea posible debe
trabajar con descarga libre.
Tambin mientras ms pequea es la velocidad de paso por el vertedero, menos turbulencia
causa en el desarenador y menos materiales en suspensin arrastra. Como mximo se admite
que esta velocidad puede llegar a v = 1 m/s.
De la ecuacin de un vertedero rectangular sin contracciones:
3
QCLh 2
La velocidad ser:
1
vCh 2
De donde para los valores indicados de v y C, se puede concluir que el mximo valor de h no
debera pasar de 25 cm.
Casi siempre el ancho de la cmara del desarenador no es suficiente para construir el vertedero
recto y perpendicularmente a la direccin del agua. Por esto se le ubica en curva que comienza
en uno de los muros laterales y contina hasta cerca de la compuerta de desfogue. Esta forma
facilita el lavado permitiendo que las arenas sigan trayectorias curvas y al mismo tiempo el flujo
espiral que se origina las aleja del vertedero.
4. Compuerta de lavado, sirve para desalojar los materiales depositados en el fondo. Para facilitar el
movimiento de las arenas hacia la compuerta, al fondo del desarenador se le da una gradiente
fuerte del 2% al 6%. El incremento de la profundidad obtenido por efecto de esta gradiente no
se incluye en el tirante de clculo, sino que el volumen adicional obtenido se lo toma como
depsitos para las arenas sedimentadas entre dos lavados sucesivos.
Es necesario hacer un estudio de la cantidad y tamao de sedimentos que trae el agua para
asegura una adecuada capacidad del desarenador y no necesitar lavarlo con demasiada
frecuencias.
Para lavar una cmara del desarenador se cierran las compuertas gran velocidad arrastrando la
mayor parte de sedimentos.
Entre tanto el caudal normal sigue pasando al canal sea a travs del canal directo o a travs de
otra cmara del desarenador.
Una vez que esta vaca la cmara, se abre parcialmente las compuertas de admisin y el agua
que entra circula con gran velocidad sobre los sedimentos que han quedado, erosionndolos y
completando el lavado.
Generalmente, al lavar un desarenador se cierran las compuertas de admisin. Sin embargo, para
casos de emergencia el desarenador debe poder vaciarse inclusive con estas compuertas
abiertas. Por este motivo las compuertas de lavado deben disearse para un caudal igual al
trado por el canal ms el lavado que se obtiene dividiendo el volumen del desarenador para el
tiempo de lavado.
Hay que asegurarse que el fondo de la o las compuertas este ms alto que el punto del ro al cual
se conducen las aguas del lavado y que la gradiente sea suficiente para obtener una velocidad
capaz de arrastrar las arenas.
Se consideran que para que el lavado pueda efectuarse en forma rpida y eficaz esta velocidad
debe ser de 3 - 5 m/s.
Muchas veces esta condicin adems de otras posibles de ndole topogrfica, impide colocar el
desarenador inmediatamente despus de la toma, que es la ubicacin ideal, obligando
desplazarlo aguas abajo en el canal.
5. Canal directo, por el cual se da servicio mientras se esta lavando el desarenador. El lavado se
efecta generalmente en un tiempo corto, pero por si cualquier motivo, reparacin o inspeccin,
es necesario secar la cmara del desarenador, el canal directo que va por su contorno, permite
que el servicio no se suspenda. Con este fin a la entrada se colocan dos compuertas, una de
entrada al desarenador y otra al canal directo.
En el caso de ser el desarenador de dos o ms cmaras, el canal directo ya no es necesario pues
una de las cmaras trabaja con el caudal total mientras la otra se lava.
Los desarenadores se disean para un determinado dimetro de partcula es decir, que se supone que
todas las particulas de dimetro superior al escogido deben depositarse. Por ejemplo, el valor del
dimetro mximo de partcula normalmente admitido para plantas hidroelctricas es de 0.25 mm.
En los sistemas de riego generalmente se acepte hasta d = 0.5 mm.
En sistemas hidroelctricos el dimetro puede calcularse en funcin de la altura de cada como se
muestra en la tabla 1, o en funcin del tipo de turbina como se muestra en la tabla 2.
La velocidad en un desarenador se considera lenta, cuando esta comprendida entre 0.20 m/s a 0.60
m/s. La eleccin puede ser arbitraria o puede realizarse utilizando la formula de Camp:
Dimetros de partculas
Altura de cada(H)
(d) que son retenidas en
(m)
el desarenador (mm)
0.6 100 200
0.5 200 300
0.3 300 500
0.1 500 - 1000
Tabla 2. Dimetro de partculas en funcin con el tipo de turbina
Dimetro de partculas
(d) a eliminar en el Tipo de turbina
desarenador (mm)
13 Kaplan
0.4 1 Francis
0.2 0.4 Pelton
Va d (cm/s)
Donde:
D = dimetro (mm)
a = constante en funcin del dimetro
a d (mm)
51 0.1
44 0.1 1
36 1
3. Calculo de la velocidad de cada w (en aguas tranquilas)
Para este aspecto, existen varias formulas empricas, tablas y nomogramas, algunas de las cuales
consideran:
Peso especifico del material a sedimentarse: s gr/cm3 (medible)
3
Peso especifico del agua turbia: w gr/cm (medible)
As se tiene:
3.1 Tabla 3 preparada por Arkhangelski, la misma que permite calcular w (cm/s) en funcin
del dimetro de partculas d (en mm)
3.2 La experiencia generado por Sellerio, la cual se muestra en el nomograma de la figura 2,
la misma que permite calcular w (en cm/s) en funcin del dimetro d (en mm).
d (mm) w (cm/s)
0.05 0.178
0.10 0.692
0.15 1.560
0.20 2.160
0.25 2.700
0.30 3.240
0.35 3.780
0.40 4.320
0.45 4.860
0.50 5.400
0.55 5.940
0.60 6.480
0.70 7.320
0.80 8.070
1.00 9.44
2.00 15.29
3.00 19.25
5.00 24.90
Donde:
v
h
w
L b
. (1)
Q
Caudal: Q = b h v ancho del desarenador: b
hv
Tiempo de cada:
h
w t . (2)
h w
t
Tiempo de sedimentacin:
L
t . (3)
L v
v
t
Igualando (2) = (3):
h
L
w v
De donde la longitud, aplicando la teora de simple sedimentacin es:
hv . (4)
L
w
Considerando los efectos retardatorios de la turbulencia
en la cual se observa que manteniendo las otras condiciones constantes la ecuacin (5)
proporciona mayores valores de la longitud del tanque que la ecuacin (4).
Eghiazaroff, expres la reduccin de velocidad de flujo como:
5.7 2.3h
v
w'
m/s . (6)
Levin, relacion esta reduccin con la velocidad de flujo con un coeficiente:
w' v m/s . (7)
Bestelli et al considera:
. (8)
0.
13
donde h se expresa en m. 2
h
En el clculo de los desarenadores de bajas velocidades se puede realizar una correccin, mediante
el coeficiente K, que vara de acuerdo a las velocidades de escurrimiento en el tanque, es decir:
. (9)
LK
h
v
donde K se obtiene de la tabla 5. w
En los desarenadores de altas velocidades, entre 1 m/s a 1.50 m/s, Montagre, precisa que la cada de
los granos de 1 mm estn poco influenciados por la turbulencia., el valor de K en trminos del
dimetro, se muestran en la tabla 6.
El largo y el ancho de los tanques pueden en general, construirse a ms bajo costo que las
profundidades, en el diseo se deber adoptar la mnima profundidad prctica, la cual para
velocidades entre 0.20 y 0.60 m/s, puede asumirse entre 1.50 y 4.00 m.
Proceso de clculo de las dimensiones del tanque
El proceso de clculo se puede realizar de la siguiente manera:
1. Asumiendo una profundidad (por ejemplo h = 1.50 m)
Aplicando la teora de simple sedimentacin:
- Calcular la longitud con la ecuacin:
hv
L
w
- Calcular el ancho de desarenador con la ecuacin:
Q
b
hv
- Calcular el tiempo de sedimentacin con la ecuacin:
h
t
w
- Calcular el volumen de agua conducido en ese tiempo con la ecuacin:
V Qt
- Verificar la capacidad del tanque con la ecuacin:
V bhL
0.
13
- Calcular w, segn Levin:
2
h
- Calcular w, segn Eghiazaroff:
w' v
v
w'
5.7 2.3h
Clculo de L
Para un h = 0.25 m, C = 2 (para un perfil Creager) o C = 1.84 (cresta aguda), y el caudal
conocido, se despeja L, la cual es:
Q
L 32
Ch
Por lo general la longitud del vertedero L, es mayor que el ancho del desarenador b, por lo
que debe ubicar a lo largo de una curva circular, que comienza en un de los muros laterales
y contina hasta la compuerta de lavado, como se muestra en la figura 1.
Clculo del ngulo central y el radio R con que se traza la longitud del
vertedero
En la figura 4, se muestra un esquema del tanque del desarenador donde se muestran los
elementos R y L.
O L. 1
R-b.
B
R.
b.
1 cos b
Como en la ecuacin (12) L y b son conocidos, el segundo miembro es una constante:
180 L
C
b
por lo que la ecuacin (12) se puede escribir:
.. (13)
f()
C
1 cos
2. Clculo de R:
R se calcula utilizando la ecuacin (10):
180 L
R
Clculo de la longitud de la proyeccin longitudinal del vertedero (L1):
De la figura 4, tomando el tringuilo OAB, se tiene:
L1 R sen
L
sen 1
R
donde:
LT = longitud total
Lt = longitud de la transicin de entrada
L = longitud del tanque
L = longitud promedio por efecto de la curvatura del vertedero
7. Clculos complementarios
Clculo de la cada del fondo:
Z L x S
donde:
donde:
Z = diferencia de cotas del fondo del desarenador
L = LT - Lt
S = pendiente del fondo del desarenador (2%)
donde:
Q = caudal a descargar por el orificio
Clculo de la velocidad de
salida:
v
Q
A
0
donde:
v = d de salida por la compuerta, debe ser de 3 a 5 m/s, para el concreto, el lmite
velocida erosivo es de 6 m/s
Q = caudal descargado por la compuerta
A0 = rea del orificio, en este caso igual al rea A de la compuerta