OBRAS HIDRAULICAS
OBRAS HIDRAULICAS DESARENADORESManuel Vicente HERQUINIO
ARIASIng. MECANICO DE FLUIDOSHIDRAULICA e HIDROLOGIA
1DESARENADORES
DESARENADORES
DesarenadoresEl agua transporta sedimentos en suspensin, causan
daos a las estructuras, trayendo como consecuencia disminucin de
seccin transversal de canales, mayor costo de mantenimiento,
interrupcin del servicio de abastecimiento: a las maquinas, erosin
en las partes de los equipos desgaste de turbinas, Disminucin de
rendimiento, Reposicin costosa.El desarenador es una estructura de
proteccin que tiene la funcin de decantar y evacuar el material
slido en suspensin.
DesarenadoresClases de Desarenadores Segn su operacin:-.
Desarenador de lavado continuo.-. Desarenador de lavado discontinuo
(intermitente)El Desarenador de lavado continuo, en este la
sedimentacin y evacuacin son simultneas.
DesarenadoresDesarenador de lavado discontinuo (intermitente)En
este la sedimentacin es almacenada temporalmente para luego
evacuarla.Es el tipo ms comn y la operacin de lavado se procura
realizar en el menor tiempo minimizando las perdidas de agua.
DesarenadoresClases de DesarenadoresEn funcin de la velocidad de
escurrimiento:De baja velocidad v < 1 m/s (0.20 - 0.60 m/s). De
alta velocidad v > 1 m/s (1 - 1.5 m/s).Por la disposicin de los
desarenadores:En serie, formado por dos o ms depsitos uno a
continuacin del otro. En paralelo, formado por dos o ms depsitos
distribuidos paralelamente y diseados para una fraccin del caudal
derivado.
ELEMENTOS DE UN DESARENADOR-. Transicin de entrada La cual une
el canal con el desarenador.-. Cmara de sedimentacin Nave Central
Zona donde las partculas slidas decantan, debido a la disminucin de
la velocidad producida por el aumento de la seccin transversal.
Elementos de un desarenadorSegn Dubuat, las velocidades lmites
por debajo de las cuales el agua cesa de arrastrar diversas
materias son:para la arcilla 0.081 m/spara la arena fina 0.16
m/spara la arena gruesa 0.216 m/sLa seccin transversal se disea
para Velocidades entre 0.1 0.4m/s.
La profundidad media de la nave es de 1.5 a 4 m.La seccin
transversal puede ser rectangular o trapezoidal simple o compuesta.
La primera es ms cara debido a que los muros laterales funcionan
como muros de contencin pero son fciles de construir. La segunda es
hidrulicamente ms eficiente y ms econmica.
Elementos de un desarenador
El fondo de la nave tiene una pendiente horizontal 2-6 %
Elementos de un desarenador
Los taludes laterales 1:5 a 1:8 hacia el centro, esto facilita
el lavado de las partculas, porque las concentra en el centro de la
nave.El incremento de profundidad debido a la gradiente horizontal
nos se incluye en el tirante de clculo, sino que el volumen
adicional obtenido se le toma como depsito para las arenas
sedimentadas entre dos lavados consecutivos.
Elementos de un desarenadorTalud lateral de 1:5 a 1:8
Elementos de un desarenadorVertedero de Salida Se ubica al final
de la nave sobre el cual el agua limpia pasa hacia el canal aguas
abajo. Las capas superiores son las que primero se limpian, es por
esta razn 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.
Elementos de un desarenadorComo mximo se admite que la velocidad
sobre el vertedero sea de 1 m/s ya que si se tiene velocidades
mayores se puede generar turbulencia en el desarenador y se
arrastrara ms materiales en suspensin.Cuando el ancho de la nave es
insuficiente para construir un vertedero perpendicular al flujo, la
salida se disea ligeramente oblicua y el vertedero se ubica en
forma curva que comienza en uno de los muros laterales y contina
hasta cerca del desfogue.Elementos de un desarenadorCompuerta de
Limpia Desaloja los materiales depositados en el fondo. Se debe
hacer un estudio de la cantidad y tamao de sedimentos que
transporta el agua para as disear una adecuada capacidad del
colector y no necesitar lavarlo con demasiada frecuencia.
Desarenador del canal madre CHAVIMOCHIC
Compuerta de Limpia Para lavar una cmara del desarenador se
cierran las compuertas de admisin y se abren las de limpia con lo
que el agua sale con gran velocidad arrastrando la mayor parte de
los 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 est vaca la cmara, se abren 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.
Elementos de un desarenadorAl lavar un desarenador se cierran
las compuertas de admisin.Para casos de emergencia, el desarenador
debe poder vaciarse inclusive con estas compuertas abiertas. Por
este motivo las compuertas de limpia deben disearse para un caudal
igual al trado por el canal ms el de limpia (se obtiene dividiendo
el volumen del desarenador para el tiempo de lavado).Elementos de
un desarenador
El fondo de la o las compuertas debe estar 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 S 2%.Se considera 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,
impiden colocar el desarenador inmediatamente despus de la toma,
que es la ubicacin ideal, obligando desplazarlo aguas abajo en el
canal.Elementos de un desarenador
Canal Directo Canal por el cual se da servicio mientras se est
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.Elementos de un desarenadorCONSIDERACIONES PARA EL DISEO
HIDRULICOClculo del dimetro de las partculas a sedimentarLos
desarenadores se disean para un determinado dimetro de partcula, y
las partculas de dimetro superior al escogido deben SEDIMENTAR. EL
dimetro mximo de partcula admitido para plantas hidroelctricas es
0.25 mm. Para riego se acepta hasta 0.5 mm. En sistemas
hidroelctricos el dimetro puede calcularse en funcin de la altura
de cada, o en funcin del tipo de turbina.Dimetro de partculasque
deben ser retenidas en el desarenador (mm)Altura de cadaH
(m)0.6100-2000.5200-3000.3300-5000.1500-1000Dimetro de partculasque
deben ser retenidas en el desarenador (mm)Altura de cadaH
(m)1-3Kaplan0.4-1Francis0.2-0.4PeltonMECANICA DE LA SEDIMENTACION
Por Simple SedimentacinLa velocidad del flujo (v) en el tanque
disminuye a tal punto que el agua cesa de acarrear la partcula y
esta cae por su propio peso con una velocidad de cada (w).
La disminucin de velocidad se logra aumentando la seccin
transversal y eso se produce en la nave central. La velocidad (v)
en un desarenador se considera lenta, cuando est comprendida entre
0.20 m/s a 0.60 m/s. wvLMECANICA DE LA SEDIMENTACION - Por Simple
SedimentacinLa eleccin puede ser arbitraria o puede realizarse
utilizando la frmula de Camp, esta frmula nos da la Velocidad de
Suspensin Terica la Velocidad Crtica de Sedimentacin.
a: constante en funcin del dimetroad (mm)510.1440.1-1361MECANICA
DE LA SEDIMENTACION - Por Simple SedimentacinEl tiempo de cada de
la partcula es:(a)
El tiempo de sedimentacin: (b)
Igualando los tiempos (a) = (b): (c)
Si se disea una seccin rectangular, el ancho del desarenador
ser:(d)
El volumen de agua que se transporta en el tiempo t, ser: Vol =
Q t (e)y debe ser igual a la capacidad del tanque: Vol = (b h) L
(f)
Por Simple Sedimentacin - Velocidad de Cada (w)Frmula de
Stokes
m/s
Para d < 0.1 mm:peso especfico del material a sedimentar
(kg/m3):peso especfico del fluido (kg/m3):viscosidad del fluido
(Kg.s/m2)
Muchos investigadores han entregado su aporte a la ciencia
logrando obtener frmulas que de acuerdo a ciertos parmetros
lograron determinar la velocidad de cada de la partcula (w), entre
ellos se encuentran:
Por Simple Sedimentacin - Velocidad de Cada (w)
Nomograma de SellerioExperiment la Ley de Stokes para dimetros
mayores de 0.1 mm. Por Simple Sedimentacin Velocidad de Cada
(w)Tabla de Arkhangelskid (mm)w
(cm/s)0.050.1780.100.6920.151.560.202.160.252.700.303.240.353.780.404.320.454.860.505.400.555.940.606.480.707.320.808.071.009.442.0015.293.0019.255.0024.90Por
Simple Sedimentacin - Velocidad de Cada (w)Frmula de Owens,
experiment con partculas de agua calma
w: velocidad de sedimentacin (m/s)d: dimetro de partculas (m)s:
peso especfico del material (gr/cm3)
k:constante que vara de acuerdo conla forma y naturaleza de los
granos.
Forma y naturalezakArena esfrica9.35Granos redondeados8.25Granos
cuarzo d>3 mm6.12Granos cuarzo d
