Elementos para el diseño hidráulico de un desarenador

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Elementos para el diseño hidráulico de un desarenador

        Mario Caicedo Rosero

         Código: 317005

        Diciembre 2020.

Universidad Nacional de Colombia.

Sede Palmira.

Diseño de estructuras hidráulicas.

Desarenadores

Generalidades

Las estructuras hidráulicas llamadas desarenadores son un tanque construido con la función principal de sedimentar partículas que van descendiendo en el tanque de acuerdo a la ley de Stokes, permitiendo eliminarlas.  Los desarenadores tienen como objetivo mejorar la calidad del agua separando las arenas, gravas, cenizas, cascaras, semillas, etc.

López Alfredo en el libro elementos de diseño para acueductos recomienda que los desarenadores deben situarse a una distancia muy cercana a la bocatoma, esto con el fin de evitar obstrucciones en la línea de conducción.

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Tomado de Villon máximo – Diseño de estructuras hidráulicas.

Tipos de desarenadores

• En función de su operación  

• Desarenadores de lavado continuo: Las operaciones de sedimentación y evacuación se realizan simultáneamente.
• Desarenadores de lavado discontinuo: Primero realiza la operación de almacenamiento y luego expulsa las partículas, preferiblemente en el menor tiempo posible.

• En función de la velocidad de escurrimiento:

• De baja velocidad v < 1 mis (0.20 - 0.60 mis).
• De alta velocidad v > 1 mis (1 - 1.5 mis).

• Por la disposición de los desarenadores_

• En serie: Los depósitos van uno seguido de otro.
• En paralelo: Los depósitos están distribuidos paralelamente.

Fases del desarenamiento:

• Fase de sedimentación

 • Fase de purga (evacuación)

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Tomado de Villon Máximo – Diseño de estructuras hidráulicas

Elementos o zonas de un desarenador

• Zona 1.   Cámara de aquietamiento: En esta zona hay una compuerta lateral unida a la zona 4 con el fin de evacuar excesos y mediante orificios sumergidos o canales de repartición permite el paso del agua a la zona siguiente.

• Zona 2.    Entrada de un desarenador:  Aquí es donde se reduce la velocidad del agua captada. Contiene una pantalla deflactora que evita problemas en la zona de sedimentación.

• Zona 3.     Zona de sedimentación: En esta zona las partículas sólidas caen al fondo, debido a la disminución de la velocidad. Según Dubuat, las velocidades límites por debajo de las cuales el agua cesa de arrastrar diversas materias son:

• para la arcilla 0.081 m/s
• para la arena fina 0.16 m/s
• para la arena gruesa 0.216 m/s

• Zona 4.     Salida del desarenador: Aquí se distribuye el flujo hacia la salida con el objeto de regular la velocidad. El tipo de estructura de salida determina en buena parte la mayor o menor proporción de partículas que pueden ser puestas en suspensión en el flujo. Entre las estructuras de salidas que existen podemos mencionar: vertederos de rebose, canaletas de rebose, orificios (circulares o cuadrados).

• Zona 5.     Almacenamiento de lodos: En esta zona la velocidad horizontal no puede ser alta, pues podría remover las partículas del fondo y llevarlas de nuevo al afluente.        

Consideraciones para el diseño hidráulico del desarenador

1.   Cálculo del diámetro de las partículas a sedimentar.
2.   Cálculo de la velocidad del flujo en el tanque.
3.   Cálculo de la velocidad de caída (w) (en aguas tranquilas).
4.   Cálculo de las dimensiones del tanque.
5.   Cálculo de la longitud de la transición.
6.   Cálculo de la longitud del vertedero.
7.   Cálculos complementarios.

Criterios de diseño de un desarenador

• Número de unidades: Por cuestiones de mantenimiento se recomienda como construir dos unidades.
• Paso directo (Tubería)
• Relación longitud/ancho (Rectangular   - (L/B) entre 3/1 y 5/1))
• Profundidad mínima y máxima.  (min: 1,50    máx:  4,50)
• Profundidad almacenamiento de lodos (hmáx: 0,40m   So: entre 1% y 8%)
• Periodos de retención hidráulicos (Te y Ts :  Entre 0,5 y 4 horas)

Te: Tiempo entrada                         Ts: Tiempo Salida

• Carga hidráulica superficial (Qp: Entre 15 y 80 m3/ m2*d)
• Periodo de diseño y operación (Entre 8 y 16 años) (24 horas día)
• La transición debe tener un ángulo de divergencia suave, no mayor a 12°30’.

Ejemplo de diseño de un desarenador

Se plantea diseñar un desarenador de baja velocidad (v < 1m/s) , con el objetivo de separar y remover el material solido que lleva el agua del canal Q= 6 m3/s, para partículas de arena fina. Pendiente del 2% para facilitar el mantenimiento, asuma una altura h = 3.5m.

1. DIAMETRO DE LAS PARTICULAS A SEDIMENTAR:

En este caso el material solido a sedimentar es partículas de arena fina.

Arena fina – gruesa  

2. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO “v” EN EL TANQUE:

Formula de camp 🡪       [pic 4]

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