DISEÑO DEDESARENADORES MSc.Ingº JOSE ARBULU R. DESARENADOR Cuando se capta agua de un río, inevitablemente estaremos captando también sedimentos en suspensión y de arrastre. Los desarenadores tienen la importante misión de eliminar las partículas indeseadas que se encuentran en suspensión en el agua. Posteriormente, mediante una adecuada operación, los sedimentos son arrojados al río. NECESIDAD DE UN DESARENADOR Evitar: • Desgaste acelerado de turbinas de centrales hidroeléctricas • Obstrucción tecnificado de sistemas de riego • Erosión de estructuras hidráulicas posteriores al desarenado Obstrucción tuberías EROSIÓN EN PISOS NECESIDAD DE UN DESARENADOR • Reducción de la capacidad de los canales con el consecuente riesgo de inundación . • Imposibilidad del consumo directo del agua, etc SEDIMENTO ACUMULADO PLANTA TRATAMIENTO AGUA POTABLE UBICACION El área de la localización debe ser suficientemente extensa para permitir la ampliación de las unidades. El sitio debe proporcionar suficiente seguridad. Garantizar que el sistema de limpieza pueda ser por gravedad. Lo más cerca posible del sitio de la captación. nombre de . A estas estructuras se les conoce con el desarenadores. para que logren sedimentar las partículas en suspensión en una estructura que sea capaz a la vez. de ser limpiada en forma rápida y económica.FUNDAMENTOS DEL DISEÑO DE UN DESARENADOR El Fundamento Principal del Diseño es disminuir la velocidad del agua. . Distribución del caudal dentro de cada nave. Líneas de corriente paralelas.PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICAMENTE: Distribución uniforme del caudal en las naves desarenadoras. por lo tanto sin vórtices de eje vertical u horizontal. esto es importante en el momento de purga de la nave. No causar remanso en el canal aguas arriba. Transición de entrada sin sedimentación. Eficiencia adecuada. Evacuación al exterior de los depósitos. Limpieza uniforme de las naves desarenadoras. No existencia de zonas imposibles de limpiarlas en las naves.SEDIMENTOLÓGICAMENTE: Sedimentación de los materiales en suspensión. . Conseguir la purga del material sólido decantado. Evacuar por gravedad los sedimentos depositados en las naves desarenadoras . . Buscar crear en el desarenador velocidades bajas y disminuir el grado de turbulencia.FUNCIONES Lograr decantación de las partículas sólidas acarreadas en suspensión por la corriente de un canal. Naves Desarenadoras 4. Canal de Ingreso 2. 3. Transición de entrada. Sistema de Purga . Transición de Salida 5.ELEMENTOS DE UN DESARENADOR Qe Qs Transicióndeentrada Transicióndesalida Navesdeldesarenador Deposiciónde sedimentos S% Canal depurga 1. Velocidades en el canal de ingreso y en las naves del Desarenador Majes.1 m/s 0.5 m/s . Desarenador Velocidad Canal de ingreso Velocidad en naves Desarenadoras Majes 3. • Razones económicas.La elección del número de naves • Continuidad del servicio de desarenado. • Limpieza hidráulica del desarenador. • Disponibilidad en el mercado compuertas y de su sistema de izaje. de . • Reglas de operación simples. tenemos la misma situación anterior. en el caso extremo. • Otra razón es que si una de las compuertas sufre un desperfecto. de tener una sola nave se cortará el servicio en un 100%. .Continuidad de Servicio • Las naves de un desarenador tienen que ser limpiadas con frecuencia • Mientras dure esta operación la nave permanece cerrada y por lo tanto. Nivel de seguridad de permanencia del servicio según el número de naves de un desarenador. Numero de naves Servicio permanentemente asegurado 1 0% 2 50% 3 66% 4 75% 5 80% . . • La limpieza de un desarenador se hace cuando el canal de purga de las naves se encuentre lleno de sedimentos. • Pendiente usual: S = 2%.Canal de Purga Cumple 2 funciones principales: • Canalizar el agua dentro de la nave para que tenga mayor capacidad de arrastre • Indicarnos el momento en que se debe limpiar el desarenador. • Pendiente : S= 2% .3% • La pendiente de este conducto debe ser igual o mayor que la del canal de purga de las naves • con la finalidad de no causar remanso y evitar sedimentación. .Conducto de Purga • Función: evacuar los sedimentos depositados en las naves desarenadoras al río. CARACTERÍSTICAS DE LOS CONDUCTOS DE PURGA DE ALGUNOS DESARENADORES. Desarenador Pendiente del Conducto de purga Caudal de purga (m3/s) San Gabán 2.0 % 5 Chavimochic 2.0 % 8 Desarenador Chavimochic .5 % 3 Majes 2. Se debe calcular correctamente la velocidad de caída. de lo contrario provocaría sedimentación en el canal.Criterios de diseño La altura de agua en el desarenador debe ser tal que no cause remanso en el canal de ingreso. . considerar una mayor longitud de naves desarenadoras. Para concentración mayores a 2 gr/l. el valor de velocidad de caída disminuiría considerablemente. .Criterios de diseño De presentarse turbulencia y vórtices en el desarenador. El aumento de la Concentración de sedimentos hace que la velocidad de caída aumente. en el desarenador. La pendiente longitudinal de la nave desarenadora debe ser aproximadamente de 2% Lo cual garantiza una buena capacidad de arrastre de sedimentos depositados. reducen el área de decantación por consiguiente el valor de la velocidad aumenta y disminuye la eficiencia.… Criterios de diseño Buena operación del desarenador: Porque demasiados sedimentos dentro de la nave. . Estos obligan a que los caudales menores presenten remansos aguas arriba. .EFICIENCIA DE UN DESARENADOR • Condición fundamental de funcionamiento : eficiencia requerida. Vertederos al final de las naves. • Las partículas que ingresan son de menor diámetro que el de diseño. No se logra por : • Deficientes reglas de operación. • Mal diseño hidráulico y sedimentológico. • Poca longitud de las naves • Formación de curvas de remanso. • Formación de vórtices a la entrada del desarenador. EFICIENCIA DE UN DESARENADOR Muchos diseñadores utilizan fórmulas de velocidad de caída que sólo está en función del diámetro de la partícula. Se pueden observar los vertederos al final de las naves desarenadoras. . antes de su cambio por secciones con orificios. Debido a esto. es frecuente encontrar que la mayoría de estructuras hidráulicas fallen por errores en la determinación de la longitud de la nave desarenadora. Para el dimensionamiento del desarenador se siguen los siguientes pasos: . es decir.DIMENSIONAMIENTO DEL DESARENADOR Los desarenadores se diseñan para un determinado diámetro de partículas. que partículas de un diámetro superior al escogido deben decantarse. Desarenadores para Centrales Hidroeléctricas .I ) Seleccionar el diámetro de la partícula Desarenadores con fines de irrigación : Clasificación del suelo por el tamaño de sus partículas. II) • Determinar la velocidad horizontal Vd Velocidad de suspensión teórica o velocidad máxima critica de sedimentación de acuerdo a CAMP: donde: d = diámetro granular a = coeficiente en dependencia de d . aceleración de la gravedad R’.1 mm Siendo: g.III Determinar la velocidad de caída de la partícula (w) STOKES w. densidad del fluido donde se sedimenta el grano . densidad del material a sedimentar R. coeficiente de viscosidad dinámica HAZZEN para diámetros menores de 0. d. es la velocidad de sedimentación de un grano en agua sin movimiento. F. fuerza que tienda a hacerlo moverse n. es el diámetro del mismo. . K .1 mm. es una constante que varia de acuerdo con la forma y naturaleza de los granos. Peso específico (gr/cm3).HAZEN Expuso en forma similar a la fórmula de STOKES. Y . diámetro del grano (m). D. pero para diámetros mayores de 0. encontrando la formula : d . OWENS Estudió experimentalmente la velocidad de caída de las partículas en agua calma . 1 mm .SELLERIO Demostró por experiencias con granos de arena en movimiento en el agua la inaplicabilidad de la ley de Stokes para diámetros mayores de 0. SUDRY . BOSTERLI Abaco que relaciona los tiempos profundidades de sedimentación GUICCIARDI de caída con las . /cc y diámetros entre 0. de pesos específicos entre 2. en el Perú./cc y 2.149 mm. estudió la sedimentación en agua tranquila .69 gr. y 0.CORONADO FRANCISCO Con arena del río Mantaro.59 mm.75 gr. RUBEY 2 s 362 gd 2 6 3 d d w : velocidad de caída ( m/seg) s: densidad de la partícula ( kg/m3) : densidad del agua ( kg/m3) u: viscosidad dinámica ( m2/seg) d: diámetro de la partícula (m) g: aceleración de la gravedad (m/s2) . RUBEY 2 s 36 2 gd 2 2 6 3 d d w : velocidad de caída ( m/seg) s: densidad de la partícula ( kg/m3) : densidad del agua ( kg/m 3) u: viscosidad dinámica ( m2/seg) d: diámetro de la partícula (m) g : aceleración de la gravedad (m/s2) . 5 m H 4.IV. Longitud de sedimentador (L): L = (H x V)/W . Determinación de la profundidad del tanque (H): 1.00 m V. altura de caída en m w.2 7. h.Velikanov.51w 2 2 . Basándose en el cálculo de probabilidades determinó la longitud de sedimentación “l” en metros en flujo con turbulencia. velocidad del flujo en m/s l 2 v 2 h 0. velocidad de sedimentación en agua calma en m/s v. Utilizando Coeficientes de corrección “K”: L = K (h x v / w) . h.TEORÍAS PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO Dobbins – Camp El grafico nos da el porcentaje de material que se deposita en el desarenador. g . la altura de caída. “W” es la velocidad de caída de los materiales en agua calma. V la velocidad media en el desarenador. “L” la longitud de caída. C. la aceleración de la gravedad . el coeficiente de la fórmula de Chezy. Considerando los efectos retardatorios de la turbulencia EGHIAZAROFF LEVIN V W' 5.7 2.3h W’ = α v 0. 132 v .132 h hv h 3/2v l 1/2 w v h w 0 . Cálculo de un Desarenador Adoptar una velocidad de flujo V = 0. d=H Ancho del Desarenador B=A/H Asumir una longitud del desarenador L = 2 B ( valor iterativo) .5 m/s Encontrar el área transversal del desarenador A=Q/V La altura neta del desarenador es el valor del tirante normal del canal de ingreso. tendremos que cambiar el valor asumido a la longitud del desaren ador.Cálculo de un Desarenador Cálculo de la velocidad de caída teórica con eficiencia del 100% wo = VH / L Confeccionamos Diagrama de Camp D (mm) D = w = w0 = V = w ( mm/s) la Tabla w/w0 para 122 w/V ingresar al Eficiencia Diámetro de las partículas Velocidad de caída de cada partícula Velocidad de caída téorica con 100 % de eficiencia Velocidad del flujo De no obtener la eficiencia requerida para las partículas objetivo. . Diagrama de CAMP . PROBLEMAS PRESENTADOS Y SOLUCIONES ADOPTADAS EN EL DISEÑO DE LOS DESARENADORES CONSTRUIDOS EN EL PERÚ RAUL MORALES RUEDA . .PROBLEMAS MAS FRECUENTES PRESENTADOS DURANTE EL DISEÑO REMANSO EN EL CANAL AGUAS ARRIBA DISTRIBUCIÓN NO UNIFORME DEL CAUDAL EN LAS NAVES FORMACIÓN DE VÓRTICES DE EJE VERTICAL Y HORIZONTAL EFICIENCIAS BAJAS LIMPIEZA NO UNIFORME DE LAS NAVES DESARENADORAS TRANSICIÓN DE ENTRADA CON SEDIMENTOS DEPOSITADOS. PRESENCIA DE VERTEDEROS EN LA SECCIÓN FINAL DE LAS NAVES DESARENADORAS.REMANSO AGUAS ARRIBA CAUSA: . VERTEDEROS QUE ESTABLECEN EL NIVEL DE AGUA EN LAS NAVES DESARENADORAS . EFICIENCIAS BAJAS .CONSECUENCIA: .SEDIMENTACIÓN DE PARTICULAS EN LA TRANSICION DE ENTRADA Y/O EN EL CANAL DE INGRESO . VERTEDEROS PROVISTOS DE ORIFICIOS .SOLUCIONES: .ESTABLECER DIVERSOS NIVELES DE OPERACIÓN . LAS NAVES DESARENADORAS PROLONGACIÓN DE LAS NAVES DESARENADORAS PANTALLA DEFLECTORA .DISTRIBUCIÓN NO UNIFORME DEL CAUDAL ENTRE LAS NAVES SOLUCIONES: .PROLONGAR HACIA AGUAS ARRIBA.COLOCAR PANTALLAS DEFLECTORAS . FORMACIÓN DE VÓRTICES TRANSICIÓN DE ENTRADA CON UN GRAN VÓRTICE DE EJE VERTICAL . .FORMACIÓN DE VÓRTICES CONSECUENCIAS: . .COLOCAR UNA PANTALLA DEFLECTORA AL INICIO DE LA TRANSICIÓN DE ENTRADA PARA REORIENTAR LAS LÍNEAS DE CORRIENTE.FLUJO TURBULENTO QUE RETRASA LA VELOCIDAD DE CAIDA DE LAS PARTÍCULAS.EFICIENCIAS BAJAS SOLUCIÓN: . LIMPIEZA NO UNIFORME DE LAS NAVES DESARENADORAS SOLUCIONES: . .DISEÑAR GUÍAS DE FONDO Y/O PERALTE EN LOS TRAMOS CURVOS. GUIAS DE FONDO .CALCULAR EL ANCHO ÓPTIMO DE LAS NAVES DESARENADORAS. .DEPOSICIÓN DE SEDIMENTOS AGUAS ABAJO DE LAS NAVES DESARENADORAS CAUSAS: DESARENADOR MUY CORTO GEOMETRÍA DE TRANSICIÓN NO ADECUADA. EFICIENCIAS BAJAS SOLUCIÓN: DEPENDIENDO DE LA DEFICIENCIA. SE PUEDEN APLICAR ALGUNA DE LAS SOLUCIONES ANTES EXPUESTAS. . GRACIAS .