Diseño De Desarenador

DISEÑO DEL SEDIMENTADOR

El desarenador es un tanque construido con el propósito de sedimentar las partículas en suspensión por la acción de la gravedad. 01.0 CONSIDERACIONES DE DISENO. ZONA 1: Cama de aquietamiento, debido a la ampliacion de la seccion, se disipa el exceso de energia de velocidad en la tuberia de llegada. El paso de agua a la zona siguiente se puede hacer por medio de una canal de reparticion con orificios sumergidos. ZONA 2: Entrada al desarenador, constituida entre la camara de aquietamiento y una cortina, la cual obliga a las lineas de flujo a descender rapidamente de manera que se sedimente el material más grueso inicialmente. ZONA 3: Zona de sedimentacion, es la zona en donde se sedimentan todas las particulas restantes y en donde se cumple en rigor las leyes de sedimentacion.. ZONA 4: Salida del desarenador, consituida por una pantalla sumergida, el vertedero de salida y el canal de recoleccion. esta zona debe estar completamente tapada con el fin de evitar la posible contaminacion exterior. ZONA 5: Almacenamiento de lodos: comprende el volumen entre la cota de profundidad util en la zona 3, y el fondo del tanque. El fondo tiene pendientes longitudinales y transversales hacia la tubería de lavado.

02.0 CONDICIONES DE LA TUBERIA Y/O CANAL DE ENTRADA. 02.1 CANAL Caudal (Q): Velocidad (V): Diametro (D): Tirante (Y)

0.360 1.659 0.599 0.431

m3/seg m/s m m

Caudal (Qo): Velocidad (Vo): Diametro (d): Tirante (Y)

0.360 1.659 0.599 0.431

m3/seg m/s m m

02.2 CONDICIONES DE DISEÑO DEL DESARENADOR. Periodo de diseño: Numero de módulos: Caudal máximo diario año 2033 Caudal máximo diario año 2033 Caudal máximo diario año 2013 Requerimiento de agua en la planta de purificación (ver caudal de diseño de la bocatoma de fondo) Caudal de diseño de cada módulo Remoción de particulas de diámetro d Porcentaje de remoción Temperatura Viscosidad cinematica: Grado del desarenador: (n) Relacion longitud:ancho Cota de la lamina en la tuberia a la entrada del desarenador Cota de la batea en la tuberia a la entrada del desarenador Cota de la corona de muros

20 1 360.00 360.00 360.00 0.00

años l/s l/s l/s l/s

l/s mm % ºC 0.01175 cm2/s

360.00 0.130 88 14

1 3 2713.000 2713.431 2713.300

Clic aquí>>> ver tabla 01

deflectores deficientes L:B msnm msnm msnm

3.0 CALCULOS DE LOS PARAMETROS DE SEDIMENTACION. 03.1 Velocidad de sedimentacion de las particulas

Vs =

g * ( ps - p) * ds 2 18.u

ps : peso especifico de la particula= p : peso especifico del liquido= g : aceleracion de la gravedad= u : viscocidad cinematica del fluido= ds : diametro de la particula (arena muy fina) "ds" Vs : Velocidad de sedimentacion=

gr/cm3 gr/cm3 cm/s2 cm2/s mm cm/s

2.65 1.00 981 0.01175 0.130 1.293

Clic aquí>>> ver tabla 02

03.2 Para un grado de desarenador (n=1), donde las pantallas deflectores son deficientes o no se cuenta con estas se tiene: n (grado del desarenador)= 1 Remocion (%) 87.5 % De la tabla del Número de Hazen para las dos condiciones:

q t

=

7.0

Clic aquí >>>Ver tabla 03

El tiempo de demora de la partícula en llegar al fondo (t):

t=

H Vs

H: altura del sedimentador (ver grafico) Vs: Velocidad de sedimentacion=

2.00 m 1.293 cm/s 154.7 s

t= Por consiguiente el periodo de retencion hidraulica sera:

q = 3.0 * t

q=

1082.9 s 0.30 hr

NOTA:el periodo de retencion hidraulica debe estar entre: 0.3hr y 4hr.

03.3 El volumen del tanque (V) sera por consiguiente:

V = q *Q

V=

389.84

m3

194.92

m2

8.06

m

03.4 El area superficial del tanque (As) es:

As =

V H

03.5 Las dimensiones del tanque seran L:B L=3B

As 3

B=

L = 3* B

L=

B=

Se considera

8.00

Se considera

24.00

24.18

m

03.6 La carga hidraulica para este tanque sera:

q=

Q As

q= q=

0.0018469 m3/m2*s 159.57 m3/m2.dia NOTA:La carga hidraulica debe estar comprendida entre: 15 y 160m3/m2.dia 03.7 Como se demostro anteriormente, la carga hidrauilica superficial es igual a la velocidad de sedimentacion de la partícula Vo=q 0.0018469 m/s Vo= 0.185 cm/s 03.8 Comprobando. (ds=do)

do =

Vo *18 * m g * (rs - r )

ps : peso especifico de la particula= p : peso especifico del liquido= g : aceleracion de la gravedad= u : viscocidad cinematica del fluido= Vs : Velocidad de sedimentacion= do : diametro de la particula (arena muy fina) "ds" do : diametro de la particula (arena muy fina) "ds"

2.65 1 981 0.011749795 0.185 0.00491 0.0491

gr/cm3 gr/cm3 cm/s2 cm2/s cm/s cm mm

Tambien se demostró que la relación de tiempos es igual a la relación de velocidades:

q t

=

Vs= Vo= Vs/Vo=

Vs Vo

1.293 cm/s 0.185 cm/s 7

03.9 CALCULO DE LA VELOCIDAD HORIZONTAL Velocidad horizontal:

Vh =

Q Vo * L = W H

Vh= Vh=

2.250 cm/s 2.216 cm/s

Vhmáx =

25.86 cm/s

Velocidad horizontal maxima:

Vhmáx = 20 *Vs

Velocidad de suspensión máxima es:

8 * k * g * (r s - r ) * d f

Vr =

Vr=

14.98 cm/s

03.10 CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LOS MÓDULOS Operación inicial en el año 2013: Caudal de operación=Caudal medio diario de 2013=

q

V Q

=

360.00 l/s 1082.90 s 0.30 hr

NOTA:el periodo de retencion hidraulica debe estar entre: 0.5hr y 4hr.

q=

Q As

0.0018469 m3/m2*s 159.57 m3/m2.dia

NOTA:La carga hidraulica debe estar comprendida entre: 15 y 160m3/m2.dia

Operación inicial en el año 2013: Caudal de operación=Caudal medio diario de 2013=

q

V Q

=

360.00 l/s 1082.90 s 0.30 hr

NOTA:el periodo de retencion hidraulica debe estar entre: 0.5hr y 4hr.

q=

Q As

0.0018469 m3/m2*s 159.57 m3/m2.dia

NOTA:La carga hidraulica debe estar comprendida entre: 15 y 80 m3/m2.dia En esta condición temporal, es posible que se pretenda un disminución en la eficiencia del desarenador 04.0 CALCULO DE LOS ELEMENTOS DEL DESARENADOR 04.1 VERTEDERO DE SALIDA. 2

æ Q ö3 Hv = ç ÷ è 1.84 * B ø Vv =

Q B * Hv

B= Hv=

2.00

Vv=

0.84 m/s

0.21 m

La velocidad de la cresta en teoria debe ser mayor de 0.30m/s para poder aplicar en rigor la ecuacion de alcance horizontal de la vena vertiente. 2

4

X s = 0.36(Vv ) 3 + 0.60( H v ) 7

Xs= Lv=

04.2 PANTALLA DE SALIDA Profundidad (H/2 )= Distancia al vertedor de salida (15Hv )=

0.57 m

1.20 m 1 m 3.20 m

04.3 PANTALLA DE ENTRADA Profundidad (H/2 )= Distancia a la cámara de aquietamiento (L/4 )= 04.4 ALMACENAMIENTO DE LODOS: Relacion longitud:prof. Lodos= Profundidad máxima= Profundidad máxima adoptada= Profundidad mínimo adoptada= Distancia de salida a la camara de aquietamiento (L/3 )= Distancia de salida al vertedero salida (2L/3 )= Pendiente transversal (0.4/B )= Pendiente longitudinal (en L/3 )= Pendiente longitudinal (en 2L/3 )= 04.5 CAMARA DE AQUIETAMIENTO Profundidad (H/3 )= Ancho (B/3 )= Ancho (B/3 )(adoptado)= Largo (adoptado)=

1 m 6.00 m

16.0 1.50 m 1.50 m 0.80 m 8.00 m 16.00 m 17.5 % 8.8 % 4.4 %

0.67 m 2.67 m 2.70 m 0.80 m

4.6 REBOSE DE LA CAMARA DE AQUIETAMIENTO:

Qexcesos = Qll - Q Qu = Le = Q excesos =

180 l/s 0.80 m 0.180

2

æQ ö3 H e = çç excesos ÷÷ 1 . 84 L e ø è He =

0.25 m

Q Ve = excesos H e Le Ve =

0.91 m/s 2

4

X s = 0.36(Ve ) 3 + 0.60( H e ) 7 Xs = Lr =

0.61 m 0.60 m

(B-ancho)/2 = Se adopta

2.65 m 2.65 m

05.0 PERFIL HIDRAULICO:

Se debe tener en consideración las pérdidas por ampliación de secciones y por el paso por debajo de las pantallas. Pérdidas a la entrada de la cámara de aquietamiento: Tomando k = 0.2 debido a la disminución de velocidad

hm = kD

V2 2g

Donde

V1 =

1.66 m/s

Q V2 = H *L

V2 =

0.20 m/s

hm = 0.03 m Pérdidas a la entrada de la zona de sedimentación: V1 = 0.20 m/s V2 = Vh = 0.02 m/s hm = 0.000 m Pérdidas por las pantallas inicial y final: Éstas se calcularían por las pérdidas de un orificio sumergido de grandes dimensiones. Al hacer los cálculos da siempre un valor despreciable debido a la magnitud del caudal y del área.

Q = Cd * Ao * Ao= H=

2* g * H 1.57 m2 0.00 m

06.0 CALCULO DE LOS DIÁMETROS DE LA TUBERIA DE EXCESOS Y LAVADO:

Tubería de excesos: Debido a la magnitud de los caudales, esta tubería resulta siempre de un diámetro mínimo, igual a 4" (11 cm) Diámetro de tubería = 40 cm Tubería de lavado: Además del funcionamiento hidráulico de esta tubería, un criterio importante para la selección del diámetro es el tiempo de vaciado del tanque: Cota de entrega del desague de lavado = = 2710 m (Valor supuesto.Debe corresponder a la cota de descarga según el perfil de la aduccion) Cota lámina de agua sobre la tubería = Cota entrega - pérdidas 2712.97 m Suponiendo el diámetro mínimo: D = 16" 0.400 m Tuberia PVC SAP; C = 150 Diametro Real = 0.384 m Longitud de la conducción = 26.50 m (Valor supuesto.Debe corresponder a la longitud según el periodo de la aduccion) Altura disponible = 2.97 m Perdidas en la conduccion (en longitud equivalente) Entrada Normal: Valvula Compuerta Codo radio corto: Te cambio direccion Salida: Tuberia: L.E:total=

2.50 1.10 4.90 10.00 5.00 70.00 93.5

J = H/L

m m m m m m m

0.0318 m/m

Qinicial = 0.2785 * C * D 2.63 * J 0.54 Qinicial=

0.524 m3/s

V=

4.52 m/s

æV 2 çç è 2g

ö ÷÷ ø inicial

=

1.04 m

El tiempo de vaciado se determina a partir de la ecuacion de descarga de orificio. El coeficiente de descarga del tanque,teniendo en cuenta la tuberia de descarga, sera:

Q = Cd * Ao *

2* g * H

Cd=

t =

0.546

2 * As *H C D * AO * 2 * g

tvaciado=

1/ 2

2402 seg 40.0 min

Calculo de cotas: Cota Cota Cota Cota Cota

de batea de la tubería de entrada de la lámina de agua en la entrada de la lámina de agua en la cámara de aquietam. de la cresta del vertedero camara de aquiet. fondo de la camara de aquietamiento

= = = = =

2713.43 2714.03 2712.97 2712.73 2712.31

m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m.

Cota Cota Cota Cota Cota Cota Cota Cota Cota Cota Cota

lamina de agua en zona de sedimentacion de la corona de los muros del sedimentador inferior de pantallas de entrada y salida del fondo de profundidad util de sediment. de placa fondo a la entrada y salida del desa. placa fondo en punto de desague de batea de la tubería de lavado clave de la tuberia de lavado cresta del vertedero de salida lamina de agua de la camara de recoleccion fondo de la camara de recoleccion

= = = = = = = = = = =

2712.97 2713.30 2711.97 2710.97 2710.17 2709.47 2709.47 2710.17 2712.76 2712.61 2712.11

m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m.

0.3

0.66666667

2.65

2.70 CORTE C -C

Al reservorio

B

C 0.80 De bocatoma

2.00 8.00

A

A B

C

3.20 1.20 0.80 2713.43 2713.00

6.00

2713.30 2712.76

2712.97 2712.97 2712.61

0.67 2712.31 0.99 0.33

1

1

2712.11

0.33 2 0.30 -0.13

2710.97 2710.17 0.80

2710.17

4.4% 8.8%

1.50

2709.47 8.00

16.00 24 CORTE LONGITUDINAL A - A

0.33

1 2 3.83

0.8 17.5% 0.7 Al desague CORTE LONGITUDINAL B - B