UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA SEDE QUITO
CARRERA: INGENIERÍA CIVIL
Trabajo de Ingeniería Sanitaria
TEMA: Separadores de Caudales
AUTORES: EDISON ZAMBRANO CARLOS VIVANCO JHIPSON QUISHPE LUIS LASSO
Separadores de Caudales
En el caso de un alcantarillado de tipo combinado, en la época lluviosa las instalaciones de depuración podrían sufrir una sobrecarga; por lo que los colectores combinados receptarán y conducirán solamente las aguas residuales mientras no existan precipitaciones. Sin embargo, durante las precipitaciones, el escurrimiento superficial ingresará al sistema a través de las conexiones domiciliarias y sumideros de las vías, incrementándose considerablemente el caudal en los mismos. Por lo tanto, se prevé el alivio del caudal pluvial a las quebradas cercanas por lo que es necesario separar las aguas sanitarias de las pluviales, para ello se prevé una estructura de derivación que considera dos salidas de flujo, una hacia un colector que llevará el agua servida a la descarga en la red existente y otra que opera durante las precipitaciones para descargar los excesos de caudal hacia el curso superficial. ¿Qué son los separadores de caudales?
Los separadores de caudales son estructuras las cuales ayudan a disminuir la energía del caudal, esto se debe a que al ingresar el caudal al separador y golpear con el borde de rebalse se disipa la energía y disminuye su velocidad. El caudal en una red o circuito de conducción de aguas aumenta tanto en su energía como su volumen al momento de recibir las aguas pluviales, en estos casos de la misma manera los sepa radores de caudales ayudan al abarcar mayor volumen de agua, al tener depósito o colchón de agua para su posterior evacuación a interceptores aledaños a quebradas. Estas estructuras en su desempeño en disminuir la energía del caudal y a su vez captar un mayor volumen de agua, ayudan también con el contenido de escombros o contaminantes en los conductos de la red. Objetivo de los separadores de caudales: Entre los objetivos principales del diseño de los separadores de caudales se toman en cuenta la descontaminación en quebradas, con lo cual se trata que todo el caudal de la red de alcantarillado continúen su flujo y cauce normal en la red y en casos de lluvias excesivas tenga una ligera descarga hacia quebradas lo que ayudará en los sectores o redes en los que se implementen estos separadores a reducir el foco infeccioso al no presentar descargas continuas a interceptores o colectores madre. Tipos de separadores de caudales: Entre los principales tipos de separadores de caudales presentados tenemos:
Separador de orificios con colector de excesos. Separador de orificios con vertedero frontal de excesos. Separador de orificios con vertedero lateral de excesos. Separador de orificios con vertedero circular de excesos. Separador de reja de fondo. Separador de salto. Separadores con sistema de control manual o automático
Entre los separadores de caudales aceptados bajo los aspectos mencionados para su implementación a sistemas existentes se resuelve entre los más utilizados el separador de orificios con colector de excesos y separador de orificios con vertedero lateral de excesos. Una breve descripción de este tipo de separador es la siguiente:
La estructura de derivación tiene dos cámaras adyacentes: La cámara principal a donde llegan el o los colectores combinados y de la cual sale el colector de descarga de excesos de aguas combinadas hacia el cuerpo receptor. Y una cámara adyacente a la que se deriva el agua residual que es conducida al interceptor. o Interceptor: Las estructuras de intercepción derivan parte del caudal que se supone es de escorrentía pluvial por drenajes al sitio de disposición final, que puede ser una planta de tratamiento de aguas residuales.
El caudal sanitario afluente a la cámara principal, es derivado a la cámara adyacente a través de un orificio de sección rectangular cu yas dimensiones son las mínimas requeridas para que a través de ella pase el caudal sanitario de diseño. De esta manera, se restringe el caudal combinado derivado al interceptor durante las precipitaciones. Vertedero lateral
Normalmente, consiste en un vertedero paralelo al flujo de agua residual situado en un lado de la alcantarilla. El vertedero debe ser suficientemente alto para evitar toda descarga de caudales correspondientes a tiempo seco, pero suficientemente bajo y largo como para permitir la descarga del exceso de caudal que se produce en tiempo de lluvia.
Vertedero Transversal
Vertedero o pequeña presa dispuesta en dirección transversal a la alcantarilla, perpendicular al flujo de agua residual. Se emplea para derivar el caudal de tiempo seco hacia el interceptor. El aumento de caudal que se produce en tiempo de lluvia provoca que se rebase el vertedero y que el agua se dirija hacia la salida de caudales aliviados.
Orificio Estas estructuras de regulación permiten que el caudal de la red unitaria pase a través de un orificio para su descarga al interceptor. El orificio se dimensiona de modo que permita el paso de basuras que hayan ingresado al sistema de alcantarillado y todo el caudal de tiempo seco y parte del caudal de tiempo de lluvia. Los orificios se pueden orientar de varias maneras, ya sea horizontalmente en la solera de la conducción, o verticalmente en un lateral de la misma.
Criterios de diseño del separador de caudales Principalmente el criterio para el diseño sigue los parámetros de cuidado ambiental y que sea económico, se basa en modelos de simulación hidráulica que permitan manejar en conjunto el flujo en la red de los caudales de tiempo seco, los caudales de pico de las aguas de lluvia, la operación de las estructuras de alivio y derivación, los interceptores, así como las descargas de las estructuras de vertido. Además de un estudio de cargas contaminantes en el flujo. Los parámetros de diseño hidrológico e hidráulico de los sistemas combinados son los mismos que los correspondientes a los sistemas separados pluvial y sanitario, de tal modo
que el diseño debe tener en cuenta los requerimientos para dichos sistemas separados, cuya agregación lo conforman.
Velocidades mínimas y máximas La velocidad mínima a utilizarse en sistemas combinados será 0.9 m/s a tubo lleno. Se debe verificar el funcionamiento hidráulico del conducto utilizando el caudal medio diario de aguas servidas, al principio de periodo de diseño, en época seca.
En cuanto al vertedero el proyectista puede utilizar cualquiera de las estructuras de los tipos de vertederos y presentar ante el IEOS los cálculos hidráulicos.
DISEÑO HIDRAULICO DE SEPARADORES DE CAUDAL
Según lo indicado en los criterios de diseño, los separadores de caudal están dimensionados de tal manera que permitan obtener los niveles adecuados para la correcta derivación de las aguas sanitarias y las aguas pluviales hacia sus destinos finales. Para el ejercicio se pretende diseñar un vertedero de perfil práctico con las siguientes características.
Datos: Q = 900 m^3/s b = 50 m Bo = 60 m
Cs = 10 m H = ?
Para el ejercicio se asumirá que no es sumergido y aplicamos la fórmula
= ∗ ∗ ∗ 2 ∗ ∗ / m = 0.504−0.012∗ ε = 1 − 0.2 ∗ δm ∗
Donde:
m => coeficiente de descarga, el cual se calcula con la siguiente fórmula.
=> coeficiente de contracción lateral, el cual se calcula con la siguiente fórmula.
b => frente del vertedero. Bo => frente de acercamiento al vertedero. ho => profundidad normal en el cauce aguas abajo del vertedero. => coeficiente de efecto de muro, depende de la configuración del muro en el orificio de entrada del vertedero (1 recto. 0.7 curvo, 0.7 recto con ángulo de 45º). => altura de la carga anterior o superior del vertedero. => carga geométrica del vertedero. Ho => carga total del vertedero.
δm CsH
Asumo m = 0.5 y
ε
/ = .∗.∗∗√ ∗.
= 0.98, para luego corregir
Verifico m;
ε
Verifico ;
Vuelvo a calcular Ho;
= 0.504 − 0.012 ∗ .
Ho = 4.09m
m = 0.499
ε = 1−0.2 ∗1 ∗ . ε
= 0.983
/ = .∗.∗∗√ ∗. Determinamos el diámetro del orificio;
Determinamos a;
Ho = 4.1m
= 0.1 = 0.14.1 = 0.41 = 3 = 30.41 = 1.23
= ℎ 2∗ ∗^2 ∗ ℎ
Aplicando la ecuación de Bernoulli;
= √ + √ +. = b 104.1 = ℎ ∗.∗.^∗
=> Coeficiente de velocidad.
=>
=> 0.953
hc => profundidad contraída, se la igualará h’. q=> caudal unitarrio.
=>
q=
=> 18 hc = 1.19m
h’=> profundidad primera conjugada del resalto hidráulico.
ℎ = 12 ∗ ℎ′∗ [ 1 8∗ (ℎℎ′ ) −1] ^ ^ ∗ ∗.
Para que sea un vertedero de perfil práctico hc = h’
=>
=> 3.2m
ℎ = ∗ 1.19∗ [ 1 8 ∗.−1]
=>
Como ho < hc’’ es un vertedero de perfil práctico no sumergido
hc’’ = 6.84m
