UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Urbanismo Escuela Profesional de Ingeniería Civil
PROYECTO - DESARENADOR RACARRUMI DEL PROYECTO HIDRAULICO TINAJONES
PROFESOR
: Ing. ARBULU RAMOS, José
CICLO
: VIII
INTEGRANTES
:
CARLOS DE LA CRUZ, Juan
PALOMINO ESPINOZA, Frank
SANCHEZ CARRANZA, Roger A.
ING. CIVIL
OBRAS HIDRAULICAS
INTRODUCCION
En un proyecto de riego, además del canal de conducción, son necesarias diversas estructuras u obras hidráulicas, las cuales son indispensables para que el sistema de riego, cumpla con su cometido. Dentro de estas obras se tiene el DESARENADOR, que tiene por objeto separar del agua cruda la arena y partículas en suspensión gruesa, con el fin de evitar que se produzcan depósitos en las obras de conducción, proteger las bombas de la abrasión y evitar sobrecargas en los procesos posteriores de tratamiento. El presente trabajo tiene por finalidad dar al estudiante un conocimiento y análisis de la importancia importancia que tienen estas estructuras,
los tipos de Desarenadores, Desarenadores, los
parámetros que se emplean en el diseño de un DESARENADOR y tener un conocimiento más amplio acerca de estas estructuras.
ING. CIVIL
OBRAS HIDRAULICAS
INTRODUCCION
En un proyecto de riego, además del canal de conducción, son necesarias diversas estructuras u obras hidráulicas, las cuales son indispensables para que el sistema de riego, cumpla con su cometido. Dentro de estas obras se tiene el DESARENADOR, que tiene por objeto separar del agua cruda la arena y partículas en suspensión gruesa, con el fin de evitar que se produzcan depósitos en las obras de conducción, proteger las bombas de la abrasión y evitar sobrecargas en los procesos posteriores de tratamiento. El presente trabajo tiene por finalidad dar al estudiante un conocimiento y análisis de la importancia importancia que tienen estas estructuras,
los tipos de Desarenadores, Desarenadores, los
parámetros que se emplean en el diseño de un DESARENADOR y tener un conocimiento más amplio acerca de estas estructuras.
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OBRAS HIDRAULICAS
DISEÑO HIDRAULICO DEL DESARENADOR RACARRUMI 1) UBICACIÓN GEOGRAFICA: 1.1)
UBICACIÓN DE LA CUENCA:
La cuenca del río Chancay - Lambayeque tiene una extensión aproximada de 5,309 Km² y está ubicada en los departamentos de Lambayeque y Cajamarca, comprendida entre los paralelos 6°21´ y 6°54´ de Latitud Sur y los meridianos 78°38´ y 80° 01´ de Longitud Oeste de Greenwich.
1.2)
UBICACIÓN DEL RIO CHANCAY
El río Chancay - Lambayeque está formado por los ríos Tacamache y Perlamayo que nacen en la Cordillera Occidental de los Andes y tiene una longitud aproximada de 170 Km. desde sus nacientes hasta su desembocadura, recibe en su trayecto hacia el valle los aportes provenientes de los ríos El Tingo, El Tuyo, Huambayacu, Cañad, San Lorenzo, La Chinchera, Cumbil, Camellón y Playa Chirquipe, estos dos últimos entregan sus aguas después de la estación de aforos Carhuaquero que se encuentra ubicada a 300 m.s.n.m. en las coordenadas geográficas 6° 37´ de Latitud Sur y a 79° 16´ de Longitud oeste, posteriormente se divide a la altura de la localidad La Puntilla en los ríos Taymi, Lambayeque y Reque.
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1.3)
REPRESA DE TINAJONES: Está ubicada en el distrito de CHONGOYAPE pertenece a la provincia de CHICLAYO en el Departamento de LAMBAYEQUE.
1.4)
TOMA DE DERIVACION Estructura ubicada en una margen del rio Chancay, en el distrito de Pucala, Provincia de Chiclayo, Departamento D epartamento de Lambayeque.
Correcta Ubicación, no produciéndose Socavación ni demasiada erosión en caso de avenidas.
Está ubicado en la zona de CIRATO.
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2) PARAMETROS DE DISEÑO: 2.1)
Transporte de Sólidos
Uno de los aspectos importantes para proyectar el diseño del desarenador es conocer las características del transporte de sólidos del rio chancay para adoptar las medidas necesarias para que garanticen la eficiencia de su operación. Para ello se ha utilizado información del proyecto especial hidráulico de tinajones de la región de Lambayeque, del estudio de condiciones naturales del complejo hidroenergético y de irrigación de tinajones, que efectúa un estudio del transporte de sólidos en el mismo rio chancay, pero con estaciones que se encuentran aguas arriba de la bocatoma Racarrumi, encontrándose el desarenador Racarrumi del proyecto hidráulico de tinajones, que es la parte que involucra este proyecto. Los datos obtenidos del proyecto hidráulico de tinajones se resumen a lo siguiente:
El caudal de ingreso al desarenador es de 75.00 m3/seg. Con un tirante normal de ingreso de 1.75 m.
Transición de entrada con una longitud aproximada de 19 m, que se inicia con un ancho de 21 m y termina con 31.50 m.
La bocatoma cuenta con un desarenador de 6 naves, contando con 2 compuertas de captación de 10 metros de ancho cada una, y cada nave de 5 metros de ancho cada una.
Las velocidades superficiales tomadas en las naves arrojaron aproximadamente 1.45 m/seg, siendo esta velocidad muy alta para permitir la sedimentación de las partículas en suspensión en el desarenador de la bocatoma Racarrumi.
Se realizo el vaciado del desarenador y la apertura total de las compuertas de purga y se observo lo siguiente: Naves izquierdas Nº1,Nº2,Nº3,: se es posible realizar la limpieza total de las naves del desarenador y en un tiempo de 20 minutos en la situación de depósitos que se encontraron acumulados durante un día.
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No fue posible realizar la determinación del volumen ni disposición de los sedimentos depositados por no contar con compuertas al ingreso del desarenador. Naves derechas Nº4,Nº5,Nº6,: se observo presencia de grava , la cual ingreso por una deficiente operación de la bocatoma. Dicha grava no fue arrastrada por el caudal. Cuando el desarenador está operando normalmente no se deben abrir completamente las compuertas del conducto de purga porque ocasionarían gran pérdida de agua y deterioro del enrocado a la salida del conducto de purga.
COMPONENTES DE UN DESARENADOR:
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2.2)
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Selección del diámetro de la partícula a eliminar
Los desarenadores se diseñan para un determinado diámetro de partícula, es decir, que se supone que todas las partículas de diámetro superior al escogido deben depositarse. Por ejemplo, el valor del diámetro máximo de partícula normalmente admitido para plantas hidroeléctricas es de 0.25 mm. En los sistemas de riego generalmente se acepta hasta un diámetro de 0.5 mm.
Se debe tener en cuenta el usar convenientemente la curva granulométrica representativa del material en suspensión y fondo par a un per iodo de retorno equivalente a criterio del diseñador (se sugiere 50 años). Información básica necesaria para determinar la cámara de colmatación, determinación del periodo de purga y el porcentaje de material en suspensión que no podrá ser retenido.
Para el uso de agua en agricultura, el diámetro mínimo de la partícula a eliminar seria de 0.5 mm, y para energía 0.2 mm. Para proyectar la decantación del material de material sólido de diámetro menor, el diseñador deberá utilizar otras técnicas sobre la base de experiencias que permitan garantizar la eficiencia en la retención.
También se debe prever a que lugares se va a orientar o depositar los materiales decantados.
La sección más eficiente para decantar, resulta ser la compuesta por paredes verticales en la parte superior y trapecial en la parte inferior.
En sistemas hidroeléctricos el diámetro puede calcularse en función de la altura de caída como se muestra en la tabla 1, o en función del tipo de turbina como se muestra en la tabla 2.
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Diámetro de partícula en función de la altura de la caída:
Diámetro de Partículas (d) que son retenidas en el desarenador (mm)
0.6 0.5 0.3 0.1
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Altura de Caída(H) (m)
100 200 300 500
-
200 300 500 1000
Diámetro de partícula en función con el tipo de turbina:
Diámetro de Partículas (d) a eliminar en el desarenador (mm)
Tipo de Turbina
1 - 3 0.4 - 1 0.2 - 0.4
Kaplan Francis Pelton
DEL PROYECTO: La arena a sedimentar debe ser de diámetro igual o superior a 0.2mm (0.4mm, 0.6mm, 1.0mm) con eficiencia del 75 % para 0.2mm y debe llegar a eficiencia del 100 % para partículas iguales o mayores de 0.4 mm. La temperatura promedio del agua es 20 ºc.
También se llevo a cabo los aforos de sólidos de arrastre. Como vemos los registros de aforos y estudios de los transportes de sólidos es muy limitado; cosa que para evaluar las características de las partículas y el porcentaje que podrían estar pasando por el canal de conducción se requiere una información histórica de registro de datos de concentración de sólidos en suspensión. Lo cual nos disponemos para este proyecto. Sin embargo sabemos que la captación de arenas ocasiona una serie de perjuicios al canal de pasar estas arenas van a perjudicar y degradar los suelos, con el consiguiente perjuicio en la producción de los cultivos. Por ello se proyecta el desarenador para eliminar las partículas iguales o mayores a 0.5 mm. De diámetro. Como el desarenador es una estructura hidráulica que se diseña en todo tipo de captación con el fin de decantar el material solido que ingresa, el mínimo diámetro a de cantar dependerá del uso que se le va a dar al agua.
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Uso Hidroeléctrico: Ǿmin. 0.14 mm. USO Domestico: Ǿmin. 0.30 mm. USO Agrícola: Ǿmin. 0.50 mm. USO
La sedimentación de arena fina (d<0.01 cm) se efectúa en forma más eficiente en régimen laminar con valores de número de Reynolds menores de uno (Re<1.0). La sedimentación de arena gruesa se efectúa en régimen de transición con valores de Reynolds entre 1.0 y 1 000. Y La sedimentación de grava se efectúa en régimen turbulento con valores de número de Reynolds mayores de 1 000. Relación entre diámetro de las partículas y velocidad de sedimentación
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2.3)
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Determinación del sistema de evacuación de sólidos
El desarenador a proyectar es de funcionamiento continuo es decir las operaciones de decantación y eliminación de partículas se hace simultáneamente a través del lavado continuo. El agua situada en los conductos de purga sale con velocidades relativamente altas arrastrando consigo los sedimentos, arrojando velocidades de 1.45 m/seg, esta velocidad es muy alta para permitir la sedimentación de las partículas en suspensión en el desarenador de la Bocatoma Racarrumi.
Las pendientes del fondo del desarenador entre 5 % y 8 % para facilitar el deslizamiento del sedimento.
La velocidad de paso por el vertedero de salida debe ser pequeña para
causar
menor
turbulencia
y
arrastre
de
material
(Krochin,V=1m/s).
En épocas de mayor concentración de sólidos funciona como desarenador de lavado continuo y en épocas de estiaje puede funcionar como desarenador de funcionamiento discontinuo es decir los sólidos que entran al desarenador permanecen estáticos cierto tiempo dentro de la posa para luego ser evacuados al rio.
Los desarenadores son estructuras hidráulicas que tienen como función remover las partículas de cierto tamaño que la captación de una fuente superficial permite pasar. Se
utilizan
en
tomas
para
acueductos,
en
centrales
hidroeléctricas (pequeñas), plantas de tratamiento y en sistemas industriales. Sus características de régimen de flujo permiten la remoción de los sólidos del agua. La teoría de funcionamiento de la zona de sedimentación se basa en las siguientes suposiciones: Asentamiento sucede como lo haría en un recipiente con fluido en reposo de la misma profundidad. La concentración de las partículas a la entrada de la zona de sedimentación es homogénea, es decir, la concentración de partículas en suspensión de cada tamaño es uniforme en toda la sección transversal perpendicular al flujo.
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La velocidad horizontal del fluido está por debajo de la velocidad de arrastre de los lodos, una vez que la partícula llegue al fondo, permanece allí. La velocidad de las partículas en el desarenador es una línea recta.
Compuerta de Lavado: Compuerta de lavado, sirve para desalojar los materiales depositados en el fondo. Para facilitar el movimiento de las arenas hacia la compuerta, al fondo del desarenador se le da una gradiente fuerte del 2% al 6%. El incremento de la profundidad obtenido por efecto de esta gradiente no se incluye en el tirante de cálculo, sino que el volumen adicional obtenido se lo toma como depósitos para las arenas sedimentadas entre dos lavados sucesivos. Es necesario hacer un estudio de la cantidad y tamaño de sedimentos que trae el agua para asegura una adecuada capacidad
del
desarenador
y
no
necesitar
lavarlo
con
demasiada frecuencias.
2.4)
Caudal de Lavado El caudal captado es de 75 m3/seg. del cual 5 m3/seg será el caudal de lavado en el desarenador pasando 70 m3/seg al canal principal del proyecto de tinajones. Se consideran que para que el lavado pueda efectuarse en forma rápida y eficaz esta velocidad debe ser de 3 - 5 m/s. El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 a 16 años.
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2.5)
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CARACTERISTICAS DEL CANAL DE LLEGADA AL DESARENADOR Sección Canal =
Rectangular
Caudal (Q) = Tirante( y) Talud (Z) = Rugosidad (n) = Pendiente (S) = BL =
75.00 1.75 0 0.014 0.02 1.00
m3/seg, m
m/m m
1.0 Ancho de corona= BASE TOTAL = 21 metros —para las 6 naves
CANAL PARA TRES NAVES DE LA DERECHA
CANAL DE INGRESO PARA TRES NAVES DE LA DERECHA
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CANAL DE INGRESO TOTAL A LOS DESARENADORES:
2.6)
Dimensiones del Partidor Como el desarenador consta de 6 niveles en paralelo es necesario dividir el caudal que fluye en el canal en tres partes iguales para ello diseñamos un partidor.
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Para el diseño hidráulico del partidor se plantea la ecuación de la energía y asumiendo un ancho de plantilla de B= 5.0 m, según plano, para cada canal aguas abajo del partidor. E1=E2+hv Donde: E1= Energía en el punto 1. E2= Energía en el punto 2.
hv= Perdida de carga entre la sección 1y2. hv= 0.1*V^2/2*g
Y1=1.75 m.
V1=2.041 m/seg.
Luego:
E1=E2 + hv
Q=75/3= 12.5 m3/seg
Por tantos resulta:
Y2=1.847 m Conociendo el tirante normal Yn=1.75 encontramos la pendiente que deben tener estos ramales:
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Aplicando la formula de Manning:
Siendo:
Q= Caudal m3/seg = 12.5 M3/SEG
n=0.014
A=Area Hidráulica = 8.75 m2.
P=Perimetro Hidráulica = 8.50 m.
Y=1.75 m.
Donde: S = 0.384 ·/·· = 0.000384 m/m
Por lo tanto las características Hidráulicas de ramal quedan definidas de la siguiente manera: Caudal (Q)= Rugosidad (n)= Base (b)= Yn= S= B.L.= A= V=
12.5 m3/seg 0.014 5.00 m 1.75 0.384 ·/·· 1.00 8.75 m2 1.429 m/seg
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Las longitudes de estos Ramales son:
La cota en el Partidor 1 es = 282.00 msnm
La cota en el Partidor 2 es = 282.50 msnm
Longitud de la naves 1, 2, 3, 4, 5, 6 son:
LT1= 31 metros LT2= 31 metros LT3= 31 metros LT4= 31 metros LT5= 31 metros LT6= 31 metros
La cota de la entrada en las 3 pozas de decantación del partidor 1 serán iguales a:
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La cota de la entrada en las 3 pozas de decantación del partidor 2 serán iguales a:
Esto nos da como conclusión que todos los ramales hasta los 31 metros tienen una pendiente de 0.384 ·/·· consiguiendo de esta manera que la entrada de los canales a la poza de sedimentación tengan la
2.7)
Selección de las compuertas en el desarenador
Se usaran compuertas de captación tipo VAGON DE 10.50 METROS DE ANCHO, barraje fijo de demasías de 150 metros de longitud. Esta sirve para la limpieza del material sólido que se deposita en la cámara de sedimentación, en la que la pendiente longitudinal debe variar entre el 2% al 6%, y la velocidad debe encontrarse entre 3 m/s a 5 m/s. Es usual también ubicar un canal directo con la finalidad de no interrumpir el paso del agua cuando se produce el lavado de la cámara.
3) TIPO DE DESARENADOR El desarenador de lavado continuo a proyectar es el DUFOURD TIPO II , caracterizado por el tipo de tolva con fuertes taludes de su sección transversal, por sus orificios de purga poco espaciados entre 1 a 2 metros, y con secciones decrecientes de monte a valle, por sus vanos de evacuación auxiliar y vanos de aislamiento que permiten la limpieza de los tanques y por un vano de gran dimensión ubicado a monte como trampas de grava, Generalmente el consumo de agua en la purga continua varía entre el 5% del gasto derivado. En el fondo del desarenador está formado por una serie de vigas de concreto armado normales a la dirección del agua. El agua al entrar en el desarenador se divide verticalmente en dos capas: una situada al fondoque contiene los sedimentos más pequeños y otra situada encima del anterior de sección más grande y en la que se producen las sedimentaciones. Las cámaras superior e inferíos están separadas por la reja antes mencionada. El agua situada en la galería sale con velocidades altas, arrasando a los sedimentos. Las arenas que se depositan en la galería superior son arrastradas a la inferior a través de espacio estrechos entre barrotes por lo cual el agua pasa de una a otra cámara.
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Las características hidráulicas y de funcionalidad de este desarenador son: 1. Operación de lavado continuo 2. La velocidad en el tanque de sedimentación para permitir la eliminación de las partículas de 0.5 m. de diámetro diseñamos un tanque de baja velocidad comprendida entre 0.20-0.60 m/seg. 3. Sistema de evacuación repartida, debido a que este tanque tiene en el fondo las paredes inclinadas hacia unas ranuras centrales donde se disponen purgas que están repartidas a lo largo del desarenador y cuya regulación se realiza con compuerta aguas abajo, Es el denominado Desarenador de baja velocidad. 4. La disposición de los tanques o posas de sedimentación son distribuidos paralelamente diseñados para tercio del caudal que fluye en el canal. El número de pozas en este desarenador son 6 tanques sedimentadores.
4) DIMENSIONAMIENTO DEL DESARENADOR 4.1)
Teoría de Decantación y Formulas de diseño La teoría de la desarenación se basa en la composición de velocidades. Una partícula solida se sitúa a una altura “h” sobre el fondo, bajo la influencia de la fuerza de Gravedad cae con una velocidad “w” puede calcularse con ecuación de Stokes. La
partícula llegara al fondo después de un tiempo.
La misma partícula tiene una velocidad horizontal “V” que en el fondo “T” la arrastra una longitud “L” igualando los tiempos y asumiendo que la partícula está en la superficie, es decir “h” es
el calado de la cámara de sedimentación que la longitud de la cámara es:
Esta fórmula corresponde a las velocidades en aguas tranquilas. Tratándose de aguas en movimiento, a las velocidades de caída “W” hay que restar las velocidades de las corrientes ascendentes
que están en función de la velocidad longitudinal, la rugosidad y el calado. Es decir se consideran los efectos de la turbulencia por lo tanto la fórmula para calcular la longitud del pozo es:
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Siendo:
L= Longitud del tanque en metros. H= altura de caída (profundidad del tanque) V= Velocidad de caída de partículas (m/seg) W´=corrección de la velocidad de caída por turbulencia.
4.2)
Determinación de la Velocidad del flujo en el tanque de sedimentación. El tanque que se diseña es de velocidad lenta, para determinar esta velocidad utilizamos la formula de CAMP que está en función del diámetro de las partículas a eliminar. La velocidad en un desarenador se considera lenta, cuando está comprendida entre 0.20 m/s a 0.60 m/s. La elección puede ser arbitraria o puede realizar utilizando la fórmula de Campo.
Donde: V=Velocidad del tanque en m/seg d = diámetro de la partícula a eliminar (mm)= 0.5 mm a = constante en función del diámetro-Coeficiente adimensional .que depende de “d”.
Donde:
√
ADOPTAMOS: V= 0.30 m/seg
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4.3)
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Determinación de la Velocidad de caída “w” de las
partículas:
a) Con el Diagrama de Sudry, en la figura Nº 1 con el diámetro de partículas a eliminar de 0.5 mm. Y r=1.150 gr/cm3, obtenemos W= 0.038 m/seg.
FIGURA 1
b) Con el diagrama de SELLERIO , en la figura Nº 2 con d=0.5 mm, encontramos w=0.056 m/seg. La experiencia generado por Sellerio, la cual se muestra en e l nomograma de la figura 2, la misma que permite calcular w (en cm/s) en fun ción del diámetro d (en mm).
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FIGURA 2
c) Con la fórmula de “KREY” :
d) Fórmula de SCCOTI – FOGLIERI:
√ Donde:
w = velocidad de sedimentación (m/s) d = diámetro de la partícula (m) Para el cálculo de w de diseño, se puede obtener el promedio de los ws con los métodos enunciados anteriormente. TENEMOS:
√
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Esta fórmula tiene la aplicación para las partículas que tengan un peso especifico r entre 24 00 – 2750 kg/m3.
e) Fórmula de GUICCIARDI:
f) Formula de ALLENS modificada. Válida para diámetro comprendidos entre 0.5 y 1.0 mm.
⁄ Tenemos: r1= Densidad de las partículas = 2.4 gr /m3 r= Densidad del liquido = 1gr/cm3 d´=0.085 cm. d=0.05 cm. U= viscosidad dinámica. q= Aceleracion de la gravedad.
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( ) g) Formula de BOSTORLI:
√ √ Como Conclusión podemos decir que los resultados de “W” calculados en base a formulas y diagramas no son valores idénticos, pero podemos tomar como velocidad de sedimentación el promedio de: DIAGRAMA DE SUDRY = 0.038 m/seg DIAGRAMA DE SELLERIO = 0.056 m/seg FORMULA DE SCOTTI = 0.089 m/seg FORMULA DE ALLENS = 0.068 m/seg
ENTONCES:
W= 0.063 m/seg
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4.4)
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Análisis del número de Posas Según recomendaciones de muchos investigadores hidráulicos es recomendable cuando el caudal pasa de 10 m3/seg, dividir el desarenador en dos o más cámaras de sedimentación en paralelo. La sección transversal será una sección compuesta rectangular trapezoidal donde la inclinación de las paredes laterales es de 30° con la horizontal, para facilitar el resbalamiento del material sedimentado hacia la canaleta de fondo. Considerando dos Tanques de sedimentación
Caudal de diseño: 75/2 Velocidad del agua en la posa Área de sección transversal Ancho de canaleta de fondo
4.5)
= 37.50 m3/seg. = 0.30 m/seg = 125.00 m2 = 5/Profundidad
Profundidad más Conveniente del Tanque h= 3.00 m
4.6)
Características geométricas de la sección transversal de la Poza de Sedimentación
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Donde el área transversal es: A = (20.46X + 4.20)*h – 1.75X^2 Formando la ecuación: (20.46X + 4.20)*h – 1.75X^2 = 125.00 Tomando como profundidad de la Poza h = 3 m (20.46X + 4.20)3 – 1.75X^2 = 125.00 1.75X^2 – 61.38X + 122.90 = 0
X = 1.94
Hallando el espejo de la poza de sedimentación B = 1.94 (20.46) + 4.20 B = 43.90 m Por lo tanto la sección de la Poza sedimentadora queda definida con las siguientes dimensiones:
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4.7)
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Calculo del Desarenador Considerando flujo turbulento 4.7.1
Calculo de la Velocidad Reducida “w”
a.- Según J. Egiazarov el valor de la velocidad reducida es:
b.- Según Sokolov
c.- Según Levin
W´= nv
√ √ Dónde:
4.7.2 Determinación de la Longitud de Sedimentación 1. Según Egiazarov
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2. Según Sokolov
3. Según Levin
√ Con estas fórmulas ya podemos calcular las dimensiones del desarenador, presentamos el siguiente cuadro que está en función de las profundidades del taque y comparamos las longitudes que nos dan las tres fórmulas anteriormente presentadas.
w=
0.063
m/seg
Criterio de Levin 2 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
w (cm/seg) 0.063 0.063 0.063 0.063 0.063
0.093 0.083 0.076 0.071 0.066
v=
0.30
Criterio de Egiazarov
Criterio de Sokolov
L
5.7 + 2.3h
L
L
10.50 12.99 15.46 17.93 20.39
10.30 11.45 12.60 13.75 14.90
17.71 20.38 22.96 25.50 27.99
11.24 14.05 16.86 19.67 22.48
Por lo tanto como hemos definido que la profundidad de la poza es de 3m, la longitud del tanque es 17m.
4.7.3 Evaluación del Tiempo de Sedimentación Se evalúa por: T = h/w Siendo: T = Tiempo de sedimentación en seg. H = profundidad del tanque = 3m
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W = Velocidad de Sedimentación en agua calma m/seg
T = 47.62seg
El volumen de agua que es conducido en este tiempo es de:
V = Q*T Siendo
V = Volumen de agua conducido m3 Q = Gasto que pasa a través del tanque en m3/seg T = Tiempo de sedimentación = 47.62seg
4.7.4 Verificación de la Capacidad del Tanque Comparando la capacidad del tanque sabemos que el área de la sección transversal es: A = 125.00 m2 Longitud del tanque: L = 17 m Por lo tanto el volumen es:
La capacidad del tanque de 2125 m3 que es mayor que el volumen de agua que ingresa en el tiempo de sedimentación igual a 595.25 m3. Por lo tanto las dimensiones del tanque son más que suficientes.
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5) DISEÑO DEL SISTEMA DE PURGA 5.1)
Diseño de la Galería de Fondo o Conducto de Purga dentro de las Naves La poza de sedimentación tendrá una profundidad de 3m, y estará comunicado en su base a una galería o canaleta de fondo de sección pequeña, por la cual arrastrara los sólidos hacia el canal de evacuación. El cálculo hidráulico de la galería de fondo se hace considerando que al final de la poza está saliendo un caudal de lavado de 5m3/seg.
Características Hidráulicas Q = 5 m3/seg n = 0.014 B = 0.70 m
La pendiente del conducto de purga es: s=
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Planteando la ecuación de Manning:
Donde el valor de “Y” que satisface la ecuación es:
Y = 0.91 m Considerando un B.L = 0.40 m Por lo tanto la geometría queda definida por:
= 5 m3/seg Q n = 0.014 B = 0.70 Y = 0.91 = 0.454 B.L ALTURA DE CANAL H = 0.80 m
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5.2)
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Diseño del Orificio de Purga 1er. Caso.- Cuando el desarenador funciona en forma continua el caudal de lavado en cada nave es de 0.333 m3/seg. Aplicando la fórmula de orificios calculamos la abertura que debe tener la compuerta en el orificio de purga, para que de esta manera se pueda regular y controlar el caudal del lavado. Formular a emplear:
( )
Siendo: Q = Caudal de salida Cd = Coeficiente de descarga = 0.61 (valor tomado del libro Hidraulico General, de Gilberto Sotelo Avila, pag. 215, fig. 6.15)
L = Ancho del orificio = 0.70 m G = Aceleración de la gravedad
H1 4.45 m
Q = (2/3) Cd (
)
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√
La abertura de la compuerta es:
El número de Froude es:
√ √
Por lo tanto para que el desarenador funcione en forma continua, se abrirán las tres compuertas a una altura de 0.21 m y dejara pasar un caudal de 0.833 m3/seg por cada una de ellas.
2do Caso.- Cuando el desarenador funciona en forma discontinua el caudal de lavado será de 5 m3/seg. La abertura de la compuerta será:
H1 4.45 m
Q = (2/3) Cd (
)
√ [ ]
La abertura
a = 4.45 – 3.09 m
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a= 1.36 m
Entonces la velocidad de salida es
El número de Froude es:
√ √
Como la velocidad de 5.25 m/seg es alta aseguramos que la limpia en el desarenador es efectiva, porque podrá arrastrar las partículas sólidas.
5.3)
Selección de Compuerta de Purga Se usara compuerta deslizante rectangulares ARMCO Modelo 10 – 00 de 34.5” x 37.5”.
5.4)
Diseño del Conducto de Purga Aguas debajo de la compuerta al abrirla se produce un resalto hidráulico. Pata evaluar este resalto recurrimos a la fig. 15 – 21 de hidráulica de canales abiertos por Von Te Chow, pag. 399. a = Para Q = 0.833 m3/seg
La pendiente del conducto de purga es: s=
Numero de Froude
√
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OBRAS HIDRAULICAS
√ F = 3.94 obtenemos la relación
b.- Para
Q = 5 m3/seg V = 5.25 m/seg Y1 = 1.36
Con F = 1.44 obtenemos la relación
Y2 = 1.98 Y1
Y2 = 2.69 m
B.L. = 0.258 m * HT = 1.45 m
Entonces las características Hidráulicas y Geométricas del conducto de Purga quedan definidas: Q = 5m3/seg S = 6.69 % B = 0.70m HT = 1.45 m Siendo estos conductos de Purga conductos cubiertos en toda su longitud y operando a régimen de canal
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5.5)
OBRAS HIDRAULICAS
Diseño Hidráulico del canal de evacuación de sólidos
Los conductos de purga, conducen los sedimentos hacia un canal recolector que recibe los caudales de los 6 conductos de purga y los regresa al rio Chancay. El diseño de este canal se hace para 5 m3/seg. El conducto será cubierto en toda su longitud hasta entregar el flujo al rio.
5.5.1. Calculo de las características geométricas e Hidráulicas. Elementos del trazo para el conducto cerrado:
Longitud Total del conducto Cubierto LT = 33.0 m
La pendiente del conducto de purga es: s=
Caudal del conducto de purga Q=
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Canal revestido de concreto n=
Ancho de Solera B=
Teniendo definidos las secciones, pendientes, calculamos las características hidráulicas: Por MANNING encontramos el tirante normal:
Calculo del tirante Y=
Luego las características hidráulicas del canal son:
Características Hidráulicas Q = 5 m3/seg n = 0.014 B = 0.80 m
Y= V = 7.353 m/seg. A=
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6) Diseño hidráulico de las Transiciones: El canal que entrega las aguas a la poza del desarenador tiene una sección transversal diferente a aquella, por eso se diseña una transición de entrada para el cambio gradual de las secciones.
6.1. Longitud de la transición de entrada. Del Plano Mostrado tenemos que:
BUREAU OF RECLAMATION
Canal Rectangular Espejo de agua Ancho de Solera Q de entrada Tirante de Ingreso Ancho de entrada Ancho de Salida
21m 11m 75 1.75 21 m 31.5
Considerando las bases del fondo de ambas acciones:
Por lo tanto la longitud de la transición de entrada es:
Longitud de Entrada
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ESQUEMA EN LA PLANTA DE LA TRANSICION
7) Diseño hidráulico del canal de salida de la poza de sedimentación
Tomando como nivel de referencia el plano I, que es el piso de salida en el tanque, establecemos la ecuación de la Energía:
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DONDE:
OBRAS HIDRAULICAS
∑
Conociendo el tirante y la velocidad en el canal calculamos la pendiente.
Caracteristicas del Canal Velocidad Perímetro Mojado Q de entrada Tirante Rugosidad Radio Hidráulico
1.45 4.63 11.66 1.612 0.014 1.741
m/s m 3 m /s m m m
