09/10/2017
FACUL ACULTAD TAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CURSO:
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOCENTE: ING° CARLOS LUNA LOA LOAYZA
CURSO:
TRATAMIENTO TRAT AMIENTO DE AGUS RESIDUALES RE SIDUALES
DISEÑO DE VERTEDOR TIPO SUTRO O PROPORCIONAL
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SEGUNDA UNIDAD
14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 01.- ASPECTOS GENERALES ¿Cuál es la Necesidad de Medir los Caudales de Efluentes?. El conocimiento de la concentración, y del caudal de contaminantes vertidos, determina la masa de estos durante un periodo de tiempo determinado, de acuerdo a la siguiente ecuación: m = Q C ∆t Esto permitirá monitorear de una mejor manera la dinámica depuradora del río o cuerpo receptor, especialmente durante su periodo de estiaje. Permite conocer el aporte contaminante de cada uno de los usuarios de un río, además facilita el cobro de tasas impositivas en base al volumen vertido.
SEGUNDA UNIDAD
14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 01.- ASPECTOS GENERALES Métodos Empleados para Medir el Caudal en un Canal Abierto. •
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Orificios Sumergidos. Molinetes. Flotadores. Trazadores. Medidores de Velocidad Ultrasónicos. Método Directo.
Estructuras Permanentes.
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SEGUNDA UNIDAD
14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 01.- ASPECTOS GENERALES Métodos Empleados para Medir el Caudal en un Canal Abierto.
SEGUNDA UNIDAD
14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 01.- ASPECTOS GENERALES Conceptos Relativos a la Medición de Caudales. Tipos de flujo: •
✓ ✓
•
Tipos de flujo en canales abiertos: ✓ ✓
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Flujo en canales abiertos y Flujo en conductos cerrados .
Flujo permanente y flujo no permanente: tiempo como criterio. Flujo uniforme y flujo variado: espacio como criterio
Estado de flujo: ✓ ✓
Efecto de viscosidad (número de Reynolds) Efecto de la gravedad (número de Froude)
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SEGUNDA UNIDAD
14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 02.- EL FLUJO CRÍTICO Y SUS APLICACIONES: Control de flujo. El control de flujo en un canal abierto se define de muchas maneras. Tal como se utiliza aquí, el término significa el establecimiento de una condición definitiva de flujo en un canal, o más específicamente, una relación definitiva entre el nivel y el caudal de flujo.
Medición de caudales. Con base en el principio del flujo crítico, se han desarrollado varias estructuras para la medición de caudales.
SEGUNDA UNIDAD
14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 02.- EL FLUJO CRÍTICO Y SUS APLICACIONES: El flujo en estructuras de medición de caudales puede ser. Pueden ser:
Por desbordamiento: •
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Vertederos de pared delgada. Vertederos de pared ancha.
Por contracción: •
Medidores a régimen crítico
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SEGUNDA UNIDAD
14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 02.- EL FLUJO CRÍTICO Y SUS APLICACIONES: Medición de caudales en Base al Principio del Flujo Critico. En tales estructuras, a menudo la profundidad crítica se crea mediante. La construcción de una pequeña elevación en el fondo del canal
VERTEDERO
La construcción de una contracción en la sección transversal del canal
AFORADOR
SEGUNDA UNIDAD
14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 02.- EL FLUJO CRÍTICO Y SUS APLICACIONES: Clasificación de estructuras de aforo. Pueden ser:
S O A R L O E F A D E N D Ó I S C A A R U C I T F I C S U A R L T C S E
Vertedores de pared ancha
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Vertedores de pared delgada
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Estructuras de régimen crítico
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Aforadores RBC Rectangular, Triangular (20°a 100°), Trapezoidal, Parabólico, Circular, Compuesto Sutro Aforadores Parshall Aforadores sin cuello Aforadores de garganta larga Aforadores en h
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SEGUNDA UNIDAD
14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 02.- EL FLUJO CRÍTICO Y SUS APLICACIONES: Selección del tipo de estructura.
CRITERIO Diseño y calibración mediante la utilización de programas de computación.
Facilidad de construcción.
RESULTADO
VERTEDERO DE PARED ANCHA
SECCION DE CONTROL RECTANGULAR
SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.01 Aspectos generales
Los aforadores Sutro son aforadores de pared delgada que dirigen flujos horizontales, se usan en plantas de tratamiento de aguas residuales. También se le llama aforadores proporcionales porque tiene una curva que provee una sección proporcional al canal. Se compone de una sección rectangular adherida a una sección curva que provee proporcionalidad. Esta clase de vertedero, es aquel cuya forma hace que el gasto de vertido sea proporcional a la carga H.
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SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.02 Características •
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La longitud de la cresta del vertedero en la dirección del flujo debe ser tal que H1/L > 15m. El ancho de la cresta en el sentido longitudinal del flujo, es suficientemente pequeño para no influir en el desarrollo del flujo sobre el vertedero. Deben tener el extremo agudo aguas arriba. Está formado por una pared delgada con una escotadura de dimensiones determinadas en la parte superior colocada transversalmente al canal, de manera que toda la corriente es obligada a pasar por dicha escotadura. El fondo de la escotadura se denomina cresta.
SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.02 Características •
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La diferencia de elevación entre la cresta y la superficie del agua en un punto situado aguas arriba del vertedero a una distancia determinada se denomina altura de vertido. El depósito de agua que se forma aguas arriba del vertedero se denomina remanso de vertedero.
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SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.03 Ventajas y desventajas Ventajas: •
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La construcción de vertederos es por lo general de bajo costo. Su construcción es sencilla, se lo hace con material delgado o planchas de metal. Los usuarios del agua pueden verificar la medición del caudal.
SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.03 Formulas para el diseño Desventajas: • •
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No debe usarse para mediciones de alta precisión. Se recomienda su uso en condiciones de velocidad de acceso muy grande, haciendo correcciones por velocidad. Para su buen funcionamiento se requiere de una calibración en laboratorio. Los cuerpos flotantes no pueden pasar con facilidad y pueden causar daños que afecten la exactitud. La medición es imposible cuando el nivel de aguas abajo se eleva por encima de la cresta del vertedero. Como requieren una descarga libre, están sujetos a grandes pérdidas de carga. No cuentan con cámara para el depósito de arena o espacio para equipo colector de ésta.
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SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.04 Definición También es muy utilizado para desarenadores tipo canal de flujo horizontal, en plantas de tratamiento de aguas residuales. Otra característica de este vertedero es que mantiene la velocidad de descarga constante, aunque el caudal de ingreso sea variable debido a su forma, lo que garantiza la sedimentación de la arena.
SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.05 Formulas para el diseño
La planta y corte del vertedor tipo sutro será:
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SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.06 Formulas para el diseño Si el flujo es controlado por un vertedor tipo Sutro tenemos la siguiente ecuación.
Q 2.74 ab H
a
3
Donde: a = altura mínima b = ancho de base H = altura del agua
SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.06 Formulas para el diseño
Para el cálculo de gasto se propone la siguiente formula:
Q 0.62 * * 2 g * a1/2 * H Donde: Q= H= g= a =
caudal que fluye por vertedero en m3 carga del vertedero en m aceleración de la gravedad valor seleccionado de acuerdo a las dimensiones del canal y a la curvatura de las paredes en m3
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SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.06 Formulas para el diseño Las formas de las paredes del vertedero son dadas por la siguiente ecuación:
x b
1
2
arctg
y a
Una alternativa de cálculo para este tipo de vertedero es partiendo de la ecuación
Q 1.84* l * h
3/ 2
SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.06 Formulas para el diseño
Una alternativa de cálculo para este tipo de vertedero es partiendo de la ecuación
Q 1.84* l * h3/ 2 Donde: Q: Gasto sobre el vertedero (m3/seg.) l : Ancho del vertedero (m) h : Carga sobre el vertedero (m) Agrupando la ecuación: Q = 1.84 ( l h 1/2 ) h , tenemos que Q varia con la altura. Entonces es necesario que el valor dentro del paréntesis sea una constante K.
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SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.06 Formulas para el diseño Luego para un Q max (m3/seg), Atmax (m2) y Wmax (m) obtenemos el hmax (m) y lmax (m).
As h´
Q
Vs At w
At l´
Q
Vh As w
SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.06 Formulas para el diseño
Determinamos la constante k = l * h1/2 , y hallamos los valores de lmedio, lmin, hmedio y hmin a partir de las relaciones indicadas anteriormente y de los Q medio y Q min.
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SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.07 Ejemplo Se ha diseñado el sistema de riego para la comunidad de Huancané y se necesita controla el caudal que se deriva de una cámara repartidora, para lo cual se plantea diseñar un canal Sutro para aforar un caudal de 95 lit/seg y se plantea un ancho de sección de control W de 40 cm. Calcular las dimensiones del canal Sutro. La altura de carga máxima es de 25 cm. El caudal máximo es de 1.4 veces el caudal medio El caudal mínimo es de 0.6 veces el caudal medio. El tiempo de retardo en la unidad es de 5 seg. • • • •
SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.07 Ejemplo Solución: a.- Caudales de diseño Qmax = 0.1288 m3/s Qp = 0.092 m3/s Qmin = 0.0552 m3/s b.- Calculo de a y b a Q 2.74 ab H
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b = 0.40 m. Por tanteos a = 0.1289 m.
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SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.07 Ejemplo Solución:
x
c.- Curvatura de sutro
b
x 0.400 0.375 0.350 0.325 0.300 0.275 0.250 0.225 0.200 0.175 0.150 0.125 0.100 0.075 0.050
x/2 0.2000 0.1875 0.1750 0.1625 0.1500 0.1375 0.1250 0.1125 0.1000 0.0875 0.0750 0.0625 0.0500 0.0375 0.0250
1
2
arctg
y a
y 0.000 0.001 0.005 0.012 0.022 0.037 0.058 0.087 0.129 0.191 0.289 0.451 0.751 1.401 3.258
SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.07 Ejemplo Solución: d.- Determinando medidas del sutro Asumiendo Tiempo retención 1 seg TR = 5.000 s d.1 A caudal máximo
As h´
Q
Vs At w
Q max= h =
0.1288 m3/s 0.379 m
At = Vh =
0.152 0.850
At l´
Q
Vh As w
m2 m/s
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SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.07 Ejemplo Solución: d.2
d.3
Longitud canal sutro Vol = 0.644 L= 4.249
m3 m
(función Tiempo de retención)
Determinación alturas de medida sutro Qmed =0.092 m3/s Qmin = 0.055 m3/s
Q 1.84* l * h3/ 2
SEGUNDA UNIDAD 14.0 VERTEDOR TIPO SUTRO 03.- AFORADOR TIPO SUTRO 03.07 Ejemplo
l
Solución: Qmin
Qmed Qmax
Q 1.84 * l * h3/ 2
m 0.500 0.466 0.400 0.375 0.350 0.325 0.300 0.275 0.250 0.225 0.200 0.175 0.150 0.133 0.125 0.110 0.100 0.075 0.050
h m 0.151 0.138 0.129 0.130 0.134 0.141 0.151 0.166 0.186 0.216 0.258 0.320 0.418 0.522 0.580 0.742 0.880 1.530 3.387
Q m3/s 0.054 0.044 0.034 0.032 0.032 0.032 0.032 0.034 0.037 0.041 0.048 0.058 0.074 0.092 0.102 0.129 0.152 0.261 0.573
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