CURSO PRACTICO SOBRELAGUNAS DE ESTABILIZACION:

TEORIA, PRACTICA, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

ORGANIZADO POR:ASOCIACION ECUATORIANA DE INGENIERIA

SANITARIA Y AMBIENTAL, AEISA Y LAUNIVERSIDAD LAICA VICENTE ROCAFUERTE DE

GUAYAQUIL

12 al 24 de Mayo 2003Guayaquil, Ecuador

CURSO INTERNACIONALSOBRE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN

PROCESOS DE PRETRATAMIENTODE AGUAS RESIDUALES: CRIBAS Y

DESARENADORES

Fabian Yanez, Ph.D.CONSULTOR

²/2g

Yc

V2

²/2g

V3

²/2g

V4

²/2g

P L A N T A

A

C O R T E A - A

P L A N T A

A

C O R T E A - A

PLANTA

A

CORTE A-A

CRIBAS GRUESAS DE LIMPIEZA MANUALConsideraciones Generales

• Proceso de tratamiento preliminar de uso obligatorio en toda planta de tratamiento• Por lo menos dos unidades• Diseñadas para retener todo el material flotante de gran diámetro, que es arrastrado

en el alcantarillado y llega a la planta de tratamiento. Su función es impedir que estematerial pase a los procesos de tratamiento

• Las cribas están constituidas por barras de acero. Recomendable 0.8 cm. x 5 cm. desección transversal y un espaciamiento de 2.5 cm entre barras, para países endesarrollo

• Ancladas al fondo del canal de llegada formando un ángulo de 45°° con la horizontal• El calado de agua en los canales, antes de las barras debe ser comprobado para

condiciones de máxima pérdida de carga, considerando obstruida la mitad del árealibre

• Los dos canales de las cribas deben estar separados por una pared y si haynecesidad de sacar de servicio una de las cribas, por razones de mantenimiento,esta puede ser removida y sacada afuera para reparación o cualquier otro motivo

• Durante condiciones normales de operación, ambas cribas deben permanecer enfuncionamiento

CRIBAS GRUESAS DE LIMPIEZA MANUALDiseño Hidráulico del Canal

• Repartidor de flujo proporcional antes de las cribas• Perfil hidráulico para condiciones de máximas con el 50% del área obstruída• Para el diseño hidráulico del canal aguas abajo con grada de caída libre, como

sección de control• El calado en esta sección se calcula por aproximaciones sucesivas con la fórmula

de Manning: 

Q = bc. Y3 [bc.Y3/(bc+2.Y3)]2/3 x I1/2/n = K . bc. Y3 [bc.Y3/(bc+2.Y3)]2/3

 En donde:

Q = caudal en el canal, m3/sbc = ancho del canal, mY3 = calado en el canal, después de las cribas, mI = pendiente en el canal, decimales = 0.001n = coeficiente de rugosidad de Manning = 0.013 a 0.017K = coeficiente = I1/2/n = 2.4325 para I = 0.001 y n = 0.013

CRIBAS GRUESAS DE LIMPIEZA MANUALDiseño de las Cribas

Una vez calculado el calado en el canal, se calcula el número da barras, espacioslibres y área útil, con las siguientes fórmulas:

 Nb = INT [bc/(a + t) + 1]; Ne = Nb – 1; a1 = [bc - Ne.(a +t) - t]/2

 Au = Ne . a + 2.a1; V2 = Qm/S2 = Qm /(bc . Y2); Vtlm = Qm/(Au . Y2)

 En donde:

Nb = número de barras; a = separación de barras, mt = espesor de barras, m; Ne = número de espacios libresa1 = espacio libre inicial y final, m; Au = ancho útil, mV2 = velocidad en el canal aguas arriba de las cribas, m/sQm = caudal máximo, m3/sY2 = Y3 + hfl = calado en el canal aguas arriba de las cribas, mbc = ancho del canal aguas arriba de las cribas, mVtlm = velocidad a través de las cribas limpias, m/s

CRIBAS GRUESAS DE LIMPIEZA MANUALPérdida de carga: cribas limpias

Conocidas las dimensiones, se calcula la pérdida de carga en las cribas limpias,usando la siguiente fórmula:

 hfl = K . (a / t)4/3. Sen θθ . V22/2g

 En donde:

hfl es la pérdida de carga a través de las cribas limpias, mK es un coeficiente = 2.42 para cribas rectangularesa es la abertura entre barras = 0.025 mt es el espesor de las barras = 0.008 mθθ es el ángulo de inclinación de las cribas = 45°

V2 es la velocidad en el canal, aguas arriba de las rejas, m/sg es la aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2

 El cálculo de la pérdida de carga y velocidades procede por aproximacionessucesivas, hasta lograr la convergencia deseada.

CRIBAS GRUESAS DE LIMPIEZA MANUALPérdida de carga: cribas sucias

La pérdida de carga a través de las cribas 50% sucias se calcula con la siguientefórmula:

 hfs = (Vrm2 - V22)/(1.4 g)

 En donde:hfs = pérdida de carga a través de las cribas 50% sucias, mVrm = velocidad a través de las cribas sucias, m/sV2 es la velocidad en el canal, aguas arriba de las rejas, m/sg es la aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2

 • En igual forma que para las cribas limpias, se procede al cálculo por aproximaciones

sucesivas, hasta lograr la convergencia deseada• Se comprueba que las velocidades calculadas se encuentren dentro de normas, para

barras limpias se desea una velocidad máxima de 0.75 m/s y una velocidad mínimade 0.4 m/s. Se desea una velocidad de aproximación de 0.4 m/s en el canal, paraevitar sedimentación en condiciones de caudal mínimo, teniendo en cuenta que lavelocidad crítica de arrastre para partículas de 0.2 mm y una gravedad específica de2.65 es 0.23 m/s

• Los cálculos se efectúan para condiciones máximas, medias y mínimas

CANAL DE TRANSICION Y DESARENADORESCondiciones de diseño

• División del flujo después de las cribas, en partes iguales al número dedesarenadores en una grada con platinas divisoras

• El calado en los desarenadores es regulado por vertederos proporcionalesubicados al final

• Para diseño de los desarenadores se aplica la teoría de la sedimentación de unapartícula y su velocidad de arrastre. Las condiciones de diseño son:

Se usa el caudal máximo en tiempo húmedo, en cada una de las unidadesCon desarenadores de limpieza manual, se usa un número mínimo de cuatrounidades, para flexibilidad en la operación, con una unidad fuera de servicioen el tiempo de remoción manual de la arenaCon desarenadores de limpieza mecánica, se usan dos unidades, con undesarenador uera de servicio en período de reparación

Se adopta la temperatura del agua residual cruda Partícula a sedimentar de 0.2 mm y gravedad específica = 2.65 según normas Se usa teoría de sedimentación de una partícula

DESARENADORES:Teoría de la sedimentación

Para estas condiciones y temperaturas posibles del desecho entre 10 y 25grados celsius se opera en la zona de transición (0.55 < NR < 1000) y lavelocidad de sedimentación se calcula con las siguientes relaciones:

 NR = 0.1 . Vs . D / Vi Cd = 24/NR + 3/NR1/2 + 0.34

Vs = [1308(SG- 1) D/Cd]1/2

 En donde:

NR = número de Reynolds Vs = velocidad de sedimentación de la partícula, cm/s

D = diámetro de la partícula, cmVi = viscocidad cinemática, cm2/sSG = gravedad específica de la partícula = 2.65Cd = coeficiente de arrastre

DESARENADORES:Velocidad crítica de arrastre

La velocidad crítica a la cual una partícula de tamaño y gravedad específicadados, comienza a arrastrarse en el fondo, está dada por la siguienterelación:

 Vc = [(8.k.g/f) (SG - 1) D]1/2

 En donde:

Vc = velocidad crítica de arrastre de la partícula, cm/sk = coeficiente experimental = 0.06 para desarenadoresf = factor de fricción = 0.03 para desarenadoresSg = gravedad específica de la partícula = 2.65D = diámetro de la partícula = 0.02 cm

 Para los valores indicados la fórmula anterior se convierte en: 

Vc = 125.22 [ (SG - 1) D]1/2

DESARENADORES:Determinación de la forma

El ancho de los desarenadores se determina en función del tamaño de los equiposde limpieza y consideraciones prácticas. Con desarenadores de limpieza manual seescoge un ancho de 1.0 m. para trabajo de una cuadrilla de limpieza.

 De la ecuación de continuidad se determina la relación entre calado y caudal: 

Qm = A . Vc = 1.0 x h x Vc h = Qm / Vc 

La longitud del desarenador se calcula igualando los tiempos de sedimentación yarrastre, de lo cual resulta la siguiente relación:

 L = h . Vc/Vs

 En donde:Qm = caudal máximo, m3/sA = área transversal en el desarenador, m2Vc = velocidad crítica de arrastre, m/sh = profundidad del líquido en el desarenador, m

  L = longitud teórica del desarenador, m

DESARENADORES:Crterios prácticos de diseño

Longitud adicionalPara asegurar un 75% de remoción de las partículas escogidas, se añade un 25% delongitud extra

Borde libre La profundidad de los desarenadores se determina añadiendo un borde libre de 0.30m.

Profundidad adicional para almacenamiento de la arenaLa profundidad adicional para acumulación de arenas se calcula para un valorescogido de 20 m3 de arenas por cada millón de m3 tratados, basado en el caudalmedioEsto resulta en una profundidad adicional de 0.25 m. para almacenamiento de arenasLa frecuencia de limpieza manual se calcula para cada planta de tratamientoPara desarenadores de limpieza manual se deben limpiar unidad de cada planta detratamiento, cada 2 semanasEl tiempo de limpieza manual de cada canal es de 3-4 horas

Control de la velocidadVertedero proporcional para desarenadores de limpieza manualVertedero rectangular para desarenadores de limpieza mecánica

DESARENADORES RECTANGULARESVertedero proporcional

Q = b . (2 . a . g)1/2[h + a . 2/3] Q1 = b . (2 . g)1/2[(h + a)3/2 - h2/3] 2/3 En donde: Q = descarga total en el vertedero proporcional, m3/s

Q1 = descarga en la sección rectangular, m3/sb = ancho en la sección rectangular, m

a = alto en la sección rectangular, mh = altura total del vertedero proporcional, m

 Se asume un valor del ancho -a- de modo que -b- sea menor que el ancho deldesarenador y se calcula la forma del vertedero con la siguiente relación:

 X = 2.b [1 - ARCTAN (Y/a)1/2 . 2/ππ]

 En donde: X = Ancho del vertedero a una altura Y, m 

El término ARCTAN (Y/a)1/2 debe estar expresado en radianes. Para un ángulocualquiera -θθ- en grados (1 - 360°), el equivalente en radianes está dado por:

 αα (rad) = θθ ° . ππ/180

FIN DE LA PRESENTACION

Gracias por su atención

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