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acueductos desarenadores
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TODOS UNIDOS CONTRA EL ABUSO Y EL MAL USO DEL AGUA EN EL
MUNICIPIO DE HERRN
Teora y diseo
Las corrientes superficiales transportan
sedimentos de gran diversidad de tamaos. Los
de dimetro superior a la separacin de las
barras de la rejilla de la bocatoma quedan
retenidos all , mientras los de menor tamao
pasarn a la cmara de derivacin. En sta se
depositan gravas y materiales relativamente
pesados, mientras que las arenas y partculas
de menor dimetro penetran en el conducto de
aduccin. El carcter abrasivo de estas
partculas hace que sea necesario extraerlas,
para evitar daos a las tuberas de conduccin.
SEDIMENTACION
Es la separacin de las partculas
suspendidas en el agua. Si los sedimentos
son ms pesados que el lquido que los
contiene la sedimentacin se denomina:
SIMPLE O DISCRETA
Si por el contrario son mas livianos, se
denomina:
SEDIMENTACION FLOCULENTA
SEDIMENTACIN SIMPLE O
DISCRETA
los slidos en suspensin se
precipitan por accin de la
gravedad o peso propio de la
partcula. Algunos de estos
slidos precipitarn en un
tiempo relativamente corto,
pero los de tamao inferior al
de la arena fina no
Sedimentarn
Las partculas no depositadas por accin de la
gravedad necesitan la adicin de coagulantes (
adicin de sustancias qumicas)
SEDIMENTACION
FLOCULENTA
Formacin de floc
Son estanques donde mediante sedimentacin discreta, las partculas
ms pesadas que el agua se depositan en el fondo , con el fin de evitar causar
averas a los equipos mecnicos y azolves en lneas de aduccin y tanques de
proceso de tratamiento.
TIPOS DE DESARENADORES
Convencional
Desarenadores de flujo
vertical
Desarenadores de alta tasa
Convencional Es de flujo horizontal, el ms utilizado en nuestro medio. Las partculas se sedimentan al reducirse la velocidad con
que son transportadas por el agua. Son generalmente de
forma rectangular y alargada, dependiendo en gran parte
de la disponibilidad de espacio y de las caractersticas
geogrficas. La parte esencial de estos es el volumen til
donde ocurre la sedimentacin.
Desarenadores de flujo vertical:
El flujo se efecta desde la parte inferior hacia arriba. Las partculas se sedimentan mientras el agua sube. Pueden ser de formas muy diferentes: circulares, cuadrados o rectangulares. Se construyen cuando existen inconvenientes de tipo locativo o de espacio. Su costo generalmente es ms elevado. Son muy utilizados en las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Desarenadores de alta tasa Consisten bsicamente en un conjunto de tubos circulares, cuadrados
o hexagonales o simplemente lminas planas paralelas, que se
disponen con un ngulo de inclinacin con el fn de que el agua
ascienda con flujo laminar. Este tipo de desarenador permite cargas
superficiales mayores que las generalmente usadas para
desarenadores convencionales y por tanto ste es ms funcional,
ocupa menos espacio, es ms econmico y ms eficiente.
Extraccin de slidos suspendidos
Desarenadores convencionales
H
L
Vh
Vs
Vh / Vs = L / H Vs = Vh * H / L
Como Vh = Q / H*B Vs= Q /As
Q/As se define como la CARGA SUPERFICIAL
VELOCIDAD DE SEDIMENTACION.
LEY DE STOKES.
2**18
t
ss
gV
Esta ecuacin se cumple para valores del nmero de Reynols
inferiores a uno
LEY DE STOKES.
V = vel. De sedimentacin en cms/seg
g = aceleracin de la gravedad cms/seg2
Ps = Peso especfico de la partcula (arena =
2.65)
P = Peso especfico del fluido (Agua = 1.00)
U t = Viscosidad del agua a la temperatura
del agua (cm2/seg)
= 0.436/(T + 23.3)
DIMETROS DE PARTCULAS A
SEDIMENTAR
GRAVILLA FINA 2mm - 1 mm
ARENA GRUESA 1 mm - 0.5 mm
ARENA MEDIA 0.5mm- 0.25 mm
ARENA FINA 0.25 mm.- 0.10 mm
ARENA MUY FINA 0.10 mm - 0.05 mm
FANGO 0.05 mm - 0.005 mm
ARCILLA 0.005mm - 0.0001 mm
El RAS establece que los desarenadores se deben disear para
remover partculas con dimetros hasta de 0,15 mm.
Velocidad de sedimentacin
para Re>= 1 = /Ut
=24
+
3
+ 0,34
= (4
3
1
La relacin entre la velocidad horizontal y
la velocidad de sedimentacin debe ser
inferior a 20
TIEMPO DE SEDIMENTACIN
( TEORICO)
t= tiempo que requiere la partcula para caer al fondo del tanque de altura H.
t = H = m = seg
Vs m/seg
ALTURA
Tericamente el desarenador ms eficiente
sera uno de altura mnima, pues obviamente el
tiempo de sedimentacin sera menor. Sin
embargo sto no resulta nada prctico, pues las
perturbaciones producidas por las corrientes
ascendentes y descendentes se acentan.
El rango para las profundidades efectivas se
acepta, en Colombia, entre 0.75 y 1.50 mts.
TIEMPO O PERODO DE
RETENCION (a).
En un desarenador, el tiempo de retencin nominal es igual a la relacin entre el volumen
del tanque y el caudal que entra y sale.
a= volumen = m3 = seg
Caudal m3/seg
Es el tiempo que tarda la partcula en entrar al
estanque y quedar retenida.
El tiempo mnimo de retencin lo especifica
el RAS en 20 minutos
OTROS PARMETROS.
Se recomienda que el largo debe ser
como mnimo (10 * h).
La relacin Largo / ancho >= 4
La carga superficial >= 1000 m3/m2-dia
RELACION a/t
El cociente a/t, mide la eficiencia de la sedimentacin en el tanque. Tericamente esta relacin debera ser 1, pero esto es imposible entre otras por las siguientes razones :
Las aguas en el tanque no estn completamente tranquilas.
Las diferencias de temperatura entre las diferentes capas del agua producen corrientes verticales ;
La brisa causa movimientos ;
La entrada y salida del agua causa remolinos y otras irregularidades.
Dado la mayora de estas irregularidades se pueden controlar mediante el uso de bafles o pantallas deflectoras, la relacin a/t se d en funcin de la calidad de los bafles del tanque.
B
(H-0.5)+BL
BAFLE O PANTALLA
DEFLECTORA
Relacin a/t
CONDICION 50% 75% 87.50%
Mximo terico 0.50 0.75 0.87
Ex. Bafles 0.73 1.52 2.37
Buenos bafles 0.76 1.66 2.75
Sin bafles 1.00 3.00 7.00
Ejemplo de dimensionamiento
ELEMENTO SIMBOLO OBTENCIN UNIDAD VALOR
Caudal de diseo Q Definido lps 5.50
Dimetro arena D Definido mm 0.05
Temperatura mnima T Definida C 18.00
Peso especfico arena Ps Definido Ton/m3 2.65
Peso especfico agua P Definido Ton/m3 1.00
Aceleracin de la gravedad g Definido m/seg2 9.80
Dimensionamiento. Continuacin
Viscocidad
cinemtica U 0.436 / (T+23.3) cm2 / seg 0.011
Velocidad de
sedimentacin Vs g/18*(Ps-P)/U * D2 cm / seg 0.21
Altura del
desarenador h Asumida m 1.00
Tiempo de
sedimentacin t h / Vs seg 470.07
Perodo de
retencin mnimo a* t * 2.75 seg 1292.68
Volumen del
tanque Vol a * Q m3 7.11
Area superficial
mnima A Vol / h m2 7.11
Longitud mnima L** 10 * h m 10.00
Dimensionamiento. Continuacin
Ancho
mnimo Bmin A / L m 0.71
Ancho
escogido B L/4 < B < L/3 m 2.50
Area
superficial As B * L m2 25.00
Carga
superficial Cs Q * 86.4/As m3 / m2 - dia 19.01
Entre 14 y 80
Tiempo de
retencin
real a L*B*h/Q seg 4545.45=
1.26 horas
CMARA DE AQUIETAMIENTO
Dado que la velocidad en el conducto de aduccin
resultar siempre alta, comparada con la
deseada en el desarenador, en razn de su
pequea dimensin - en comparacin con las
del tanque- se construye una cmara de
aquietamiento, donde la energa del lquido se
disipa y la velocidad se disminuye, sus
dimensiones usuales son de 1m de largo por 1m
de ancho, con una altura equivalente a un tercio
de la altura efectiva del desarenador
ZONAS
Los desarenadores normalmente estn
compuestos por cuatro zonas:
Entrada
Zona de sedimentacin
Salida
Zona de depsito de lodos
ZONAS DE UN DESARENADOR
ZONA I
Cmara de aquietamiento. Debido a la ampliacin
de la seccin, se disipa el exceso de carga de
velocidad en la tubera de llegada. Lateralmente
se encuentra un vertedero de excesos que lleva
el caudal sobrante nuevamente al ro o fuente
superficial. Paso directo
A la planta
Vlvula de compuerta
L
ZONA i
ZO
NA
i
ZONA
IV
Dado que la velocidad en el conducto de aduccin resultar siempre alta, comparada con la deseada en el desarenador, en razn de su pequea dimensin - en comparacin con las del tanque -, se construye una cmara de aquietamiento, donde la energa del lquido se disipa y la velocidad se disminuye, sus dimensiones usuales son de 1m de largo por 1m de ancho, con una altura de acuerdo a la topografa del terreno y a la posicin del conducto de aduccin
ZONA I
VERTEDERO DE EXCESOS
El caudal que sale de la bocatoma al desarenador, usualmente es mayor que el caudal de diseo. Este caudal sobrante debe extraerse y por ello en la cmara de aquietamiento se dispone un vertedero y un conducto, por donde estos excesos se extraen. Por las condiciones del flujo, el vertedero se puede considerar como frontal.
Qe=QmXIMO EN LA ADUCCIN - QD
Perfil hidrulico(prdidas)
Por cambio de seccin a la entrada de la
cmara de aquietamiento :
H1= 0.1 * (V12- V2
2) /2g
V1= Velocidad en el conducto de aduccin
V2= Velocidad en la cmara de
aquietamiento
H1
Velocidad en el
conducto de
aduccin V1 Ver aduccin m/seg 1.00
Velocidad en la
cmara de
aquietamiento V2 Q/ A
camara m/seg
0.0157
Acmara(1.0
*0.35)
VERTEDERO DE EXCESOS
Excesos
Longitud del vertedero Le Construccin m 0.60
Caudal mximo en la
aduccin Qa m3 / seg 0.034
Caudal mximo a
evacuar Qe Qma - Qmax d m3 / seg 0.029
Altura de la lmina de
agua hle (Qe/1.85*Le)^2/3 m 0.09
Area orificio de salida Ae Qe/0.6*(2*9.8*h)^0.5 m2
0.014
h=0.2m
Diametro conducto de
excesos De (4*Ae/3.14)^0.5 m 0.14
ZONA II Entrada al desarenador
construida entre la cmara de aquietamiento
y una cortina que obliga a las lneas de
flujo a descender rpidamente de manera
que se sedimente el material ms grueso
inicialmente.
PANTALLA DELECTORA
BAFLE
Con el objeto de lograr una mejor
distribucin del flujo en el desarenador, se
construye una pantalla perpendicular al
flujo con orificios simtricos (de cualquier
forma), de tal manera que la velocidad del
agua a travs de estos orificios sea menor
o igual a 0.20 mts/seg.
Zona II
PLANTA
Zona II
CORTE
CORTE PANTALLA
B
(H-0.5)+BL
DETALLE
DIMENSIONAMIENTO
A= Area total requerida (de todos los
orificios)
Q= Caudal mximo diario
V= Velocidad a travs de los orificios (0.20
mts/seg)
No. de orificios = A/ rea requerida de
cada orificio.
V
QA
V
QA
rea efectiva de orificio:
Nmero de orificios suponiendo su dimetro
Con el nmero de orificios se tiene:
m = filas de orificios horizontales
n = filas de orificios verticales
Por tanto, m x n = Nmero de Orificios y m/n = b/H
Y a continuacin se determinan tanto m como n.
rea efectiva de orificio:
DIMENSIONAMIENTO
Bafle difusor.
Ancho B B del desarenador m 2.50
Altura hb h - 0.50 m 0.50
Dimetro orificios Do Asumido Pulg 3.00
Nmero de orificios No Distribucin Un 20.00
Area de los orificios Ao ao * No m2 0.0912
Velocidad a travs del
bafle Vf Q / Ao m/seg 0.060
Velocidad mxima
admisible 0.20
PERFIL HIDRULICO
Prdidas de carga a travs de los orificios :
C= Coeficiente orificio sumergido = 0.6
gAC
QH
2** 22
2
3
Velocidad en el desarenador V3 Q/ A desarenador m/seg 0.0044
Prdidas al entrar al desarenador H2 0.1*(V
22 -V
32)/2*g m 0.0000
Prdidas paso a travs del bafle H3 Q2 /(C2 *A
0*2g) m 0.0000
ZONA III: Zona de sedimentacin.
Es la parte en donde se realiza el proceso
de sedimentacin simple o discreta y en
donde se cumple en rigor las ecuaciones
o leyes de la sedimentacin (Stokes). Paso directo
A la planta
Vlvula de compuerta
L
ZONA i
ZONA i ZONA II
ZONA III ZONA
IV
ZONA III-PLANTA
CORTE ZONA III
L
H/3
ZONA V
ZONA IV: Salida del Desarenador
Constituda por una pantalla sumergida ( 0.10
m por debajo de la lmina de agua), el
vertedero de salida y el canal de recoleccin.
Esta zona debe estar completamente tapada
con el fin de evitar la posible contaminacin
exterior
S*(L+0.5)
0.5
0.10 M
3% S 8%
H
CORTINA DE SLIDOS
ES UN PEQUEO DIENTE EN
CONCRETO CON EL OBJETO DE
IMPEDIR EL PASO DE LOS
ELEMENTOS FLOTANTES A LA
TUBERA DE SALIDA
PLANTA ZONA SALIDA
CORTE ZONA SALIDA
PERDIDAS POR PASO A TRAVS
DE LA CORTINA
En donde: C= 0.6
gAC
QH
2** 22
2
4
Prdidas paso cortina de
slidos H4 Q2 /(C2 *At*2g) m 0.0000
At=(H-0.1)*B
VERTEDERO DE SALIDA
SU ALTURA SE DETERMINA RESTANDO DE LA
COTA DE LA LMINA DE AGUA LAS
PRDIDAS PRODUCIDAS EN EL
DESARENADOR HT Y LA ALTURA DE LA
LMINA DE AGUA SOBRE EL VERTEDERO HV
El vertedero de salida se proyecta a todo lo ancho
del desarenador. La altura de la lmina de agua
ser : En donde:
Q= Caudal Mximo diario
B= Ancho del desarenador
32
*84.1
B
QHV
TOTAL PRDIDAS Total
prdidas HT H1+H
2+H
3 +H
4 m 0.0052
S*(L+0.5)
0.5
0.10 M
3% S 8%
H
DETALLE VERTERO SALIDA
Lmina sobre vertedero
de salida Q/(1.85*B)^0.66 m 0.0117
0.20
CANAL O CMARA DE SALIDA
CMARA SALIDA
ZONA V
Es la zona de almacenamiento de
lodos.
El fondo debe tener pendiente longitudinal y
transversal hacia el desague y lavado de
la estructura
S*(L+0.5)
0.5
0.10 M
3% S 8%
H
Zona de Lodos
Zona LODOS-CORTE
DETALLE DESAGUE
DIMENSIONAMIENTO
DIMETRO MNIMO 6 FLUJO LIBRE
SE DEBE CALCULAR EL TIEMPO DE
VACIADO
H= PROMEDIO DE ALTURA DE LMINA
DE AGUA EN EL DESARENADOR
gHACQ ds 20
gHAC
HBLt
d
Tvaciado
2
**
0
CAJA DE VLVULAS
DETALLES CAJAS DE VLVULAS
Y esto que ser?
Vista 1 Desarenador 1 Subsistema Santos Ochoa
Vista 2 Desarenador 1 Subsistema Santos Ochoa
EJEMPLOS
Llegada al Desarenador 2 Subsistema Santos Ochoa
Bafle difusor - Desarenador 2 Subsistema Santos Ochoa
Vista 1 Vertedero de salida desarenador 2 Subsistema Santos Ochoa
Vista 2 Vertedero de salida desarenador 2 Subsistema Santos Ochoa
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