Descripción: Hoja de cálculo, para el diseño de un desarenador para obras de caoptación, en base al texto: Elementos de Diseño para Acueductos y Alcantarillados. (Ricardo Alfredo López Cualla) - 2º edición - Ca...
Diseño de un desarenador para microcentrales u obras de riegoDescripción completa
Descripción: DESARENADOR
Diptico
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Metrado de un Desarenador de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
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Diseno de DesarenadorDescripción completa
DISEÑO HIDRAULICO DE UN DESARENADOR DATOS: Q =
0.5 m3/seg 0.5 mm
d = W =
Diametro minimo de la particula a sedimentar Veloc. Precip. partícula
v=
5.4 cm/seg 0.25 m/seg
K =
1.25
Coeficiente de turbulencia
h=
1.5 m
f=
0.40
S1 =
0.002
S2 = n=
0.01 0.015
Profundidad inicial asumida Borde libre Pendiente de canal de conduccion Pendiente de canal de limpia Rugosidad del concreto
0.25 m
Altura de vertedero
S=
0.04
Pendiente longitudinal desarenador
αi
27.5
Angulo de transicion de ingreso
αs
22.5
Angulo de transicion de salida
CALCULOS PREVIOS DE DIMENSIONAMIENTO DEL CANAL A=bx y b+Zy^2 MEH b+2y(1+Z^2)^(1/ P = b + 2y 2) Q = A^(5/3)S^(1/2)/(P^(5/3)n) Resolviendo por tanteos y =
0.465 0.163512593
CALCULO DE LA VELOCIDAD CRITICA DE SEDIMENTACION:
v a d Se toma los coeficientes de Camp: a= v= 3.-
44 0.31 m/seg
CALCULO DE LA LONGITUD DEL DESARENADOR: Despreciando elefecto del flujo turbulento sobre la velocidad de sedimentacion. L = h x v /w 8.64 m
L=
Considerando el efecto del flujo turbulento sobre la velocidad de sedimentacion. L = K h x v /w
4.-
L=
10.80 m
L=
10.00 m
CALCULO DEL ANCHO: b = Q/(h x v) b=
1.33 m
b=
1.30 m
Verificamos la velocidad en el tanque: Adoptado V= V < Vc 5.-
0.26 m/s 0.311 m/s
Calculo de tiempo de caida y tiempo de sedimentacion: Tiempo de caida: t = h/w
Lt b/y = 2((1+Z^2)^(1/2)-Z) b/y = b=
0.167705098
Compuerta
3452.654 m.s.n.m
R = A/P
2.-
0.054
Veloc. Del flujo en el desarenador
h=
Cota fondo canal A = 1.-
Caudal de diseño del Canal
27.78 seg
Adoptado
2 2
Tiempo de sedimentacion: t = L/v 6.-
32.14 seg
CALCULO DE LAS LONGITUDES DE TRANSICION: Transicion de ingreso: L= (T2-T1)2Tang α
0.48 m
L2= Ancho del desarenador: L1= Ancho del canal de conducccion L adoptado =
0.50 m
Transicion de salida: L= (T2-T1)2Tang α
0.60 m
L2= Ancho del desarenador: L1= Ancho del canal de conducccion L adoptado = 7.-
0.60 m
CALCULO DE LA LONGITUD DEL VERTEDOR: L= Q/C(h)^(3/2) L=
2.17 m
L=
2.20 m
Adoptado
Calculo de α = Se sabe que: 2πR
360 α
L Entonces: L =2πRα/360 R =180 L/πα
(a)
Según la figura, del triangulo OAB se tiene: Cosα = (R-b)/R R = b/(1-cosα)
(b)
Igualando las ecuaciones a y b se tiene: α/(1-cosα) = 180L/πb
(c)
El segundo miembro de c es una constante por tener valores conocidos y α se resuelve por tanteos α/(1-cosα)
180L/πb
= 97.06
=
α=
96.96186167
Calculo de R: R = 180L/πα 8.-
1.58 m
CALCULO DE LA LONGITUD DE LA PROYECCION LONGITUDINAL DEL VERTEDERO L1 Según el triangulo OAB, se tiene: Sen α = L1/R Lt = R Sen α Lt =
9.-
1.56 m
CALCULO DE LA LONGITUD PROMEDIO (L'): L' = (L + Lt)/2 L' =
5.78 m
79.69
10.- CALCULO DE LA LONGITUD TOTAL DEL DESARENADOR: LT = Lt + L + L' LT = Longitud total. Lt = Longitud de la transicion de entrada. L = Longitud del tanque L' = Longitud promedio por efecto de la curvatura del vertedero LT = 17.33 m LT = adoptado
17.00 m
11.- CALCULO DE LA CAIDA DE FONDO: DZ = L x S L = L T - Lt L=
12.- CALCULO DE LA PROFUNDIDAD DEL DESARENADOR A LA COMPUERTA DE LAVADO H = y + h + DZ H= Cota NASD =
2.58 m Cota NAID
Cota NASD =
3453.119 m.s.n.m
Cota FFD =
3450.536 m.s.n.m
13.- CALCULO DE LA ALTURA DE LA CRESTA DEL VERTEDERO CON RESPECTO AL FONDO hc = H - 0.25 Hc = Altura de la cresta del vertedero con respecto al fondo H = Profundidad del desarenador frente a la compuerta de lavado. hc =
2.33 m
14.- CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA COMPUERTA DE LAVADO. Suponemos una seccion cuadrada; o sea:
A = LxL
La compuerta funciona como un orificio, con una descarga de: Q = Cd x Ao √2gh Q = Caudal a descargar por el orificio Cd = Coeficiente de descarga.
Cd =
0.60 Para paredes delgadas
Ao = Area del orificio en este caso es igual al de la compuerta. h = Carga sobre el orificio (desde la superficie del agua hasta el centro del orificio) g = Aceleracion de la gravedad = 9.81 m/seg2 Seleccionamos una compuerta cuadrada de lado:
Ancho =
1.00 m
A=
1.00 m2
Alto =
1.00 m
h = H - Alto/2
2.08
Q=
3.84 m3/seg
15.- CALCULO DE LA VELOCIDAD DE SALIDA: V = Q/Ao V=
3.84 m/seg
16.- CALCULO DE LAS DIMENSIONES DEL CANAL DE LIMPIA: A=bx y P = b + 2y
<
5 m/seg
OK
R = A/P Q = A^(5/3)S^(1/2)/(P^(5/3)n) Resolviendo por tanteos para una seccion de MEH: b = 2 y y =
0.745 0.575321631
0.574680851
La seccion del canal de limpia resulta: b=
1.49 m
y=
0.75 m
f=
0.40 m
Verificando la velocidad: V= Q/A =
3.46 m/seg
<
5 m/seg
OK
ticula a sedimentar
Canal de Limieza
Lt
y
b
Canal Directo
L
Lv
Vertedero. Compuerta
Lt
DISEÑO HIDRAULICO DE UN DESARENADOR DATOS: Q =
0.5 m3/seg 0.5 mm
Caudal de diseño del Canal
d = W =
5.4 cm/seg
Veloc. Precip. partícula
K =
1.25
h=
1.5 m
f=
0.40
S1 =
0.002
S2 = n=
0.01 0.015
Profundidad inicial asumida Borde libre Pendiente de canal de conduccion Pendiente de canal de limpia Rugosidad del concreto
0.25 m
Altura de vertedero
S=
0.04
Pendiente longitudinal desarenador
αi
27.5
Angulo de transicion de ingreso
αs
22.5
Angulo de transicion de salida
CALCULOS PREVIOS DE DIMENSIONAMIENTO DEL CANAL A=bx y 0.43245 b+Zy^2
Lt MEH
1.86 b+2y(1+Z^2)^(1/2)
R = A/P
b=
Q = A^(5/3)S^(1/2)/(P^(5/3)n) Resolviendo por tanteos y =
0.465 0.163512593
y=
0.465
b=
0.93 0.541343745 OK
F=
CALCULO DE LA VELOCIDAD CRITICA DE SEDIMENTACION:
v a d Se toma los coeficientes de Camp: a= v= 3.-
44 0.31 m/seg
CALCULO DE LA LONGITUD DEL DESARENADOR: Despreciando elefecto del flujo turbulento sobre la velocidad de sedimentacion. L = h x v /w 8.64 m
L=
Considerando el efecto del flujo turbulento sobre la velocidad de sedimentacion. L = K h x v /w
4.-
L=
10.80 m
L=
10.00 m
CALCULO DEL ANCHO: b = Q/(h x v) b=
1.07 m
b=
1.10 m
Verificamos la velocidad en el tanque: Adoptado V= V < Vc 5.-
0.30 m/s 0.311 m/s
Calculo de tiempo de caida y tiempo de sedimentacion: Tiempo de caida:
b/y = 2((1+Z^2)^(1/2)-Z) b/y =
0.2325
0.167705098
Compuerta
3452.654 m.s.n.m
P = b + 2y
2.-
0.054
(Coeficiente de turbulencia)
h=
Cota fondo canal A = 1.-
Diametro minimo de la particula a sedimentar
Adoptado
2 2
t = h/w
27.78 seg
Tiempo de sedimentacion: t = L/v 6.-
32.14 seg
CALCULO DE LAS LONGITUDES DE TRANSICION: Transicion de ingreso: L= (T2-T1)2Tang α
0.29 m
L2= Ancho del desarenador: L1= Ancho del canal de conducccion L adoptado =
0.30 m 1.5m
Transicion de salida:
long de salida debe ser mayor
L= (T2-T1)2Tang α
0.36 m
L2= Ancho del desarenador: L1= Ancho del canal de conducccion L adoptado =
0.40 m 1.5m
7.-
CALCULO DE LA LONGITUD DEL VERTEDOR: L= Q/C(h)^(3/2)
ecuacion general de vertederos
L=
2.17 m
L=
2.20 m
veloc de aproximacion=0
v2/2g
Adoptado
Calculo de α = Se sabe que: 2πR
360 α
L Entonces: L =2πRα/360 R =180 L/πα
(a)
Según la figura, del triangulo OAB se tiene: Cosα = (R-b)/R R = b/(1-cosα)
(b)
Igualando las ecuaciones a y b se tiene: α/(1-cosα) = 180L/πb
(c)
El segundo miembro de c es una constante por tener valores conocidos y α se resuelve por tanteos α/(1-cosα)
180L/πb
= 114.59
=
α=
114.5912911
Calculo de R: R = 180L/πα 8.-
1.98 m
CALCULO DE LA LONGITUD DE LA PROYECCION LONGITUDINAL DEL VERTEDERO L1 Según el triangulo OAB, se tiene: Sen α = L1/R Lt = R Sen α Lt =
9.-
1.78 m
CALCULO DE LA LONGITUD PROMEDIO (L'): L' = (L + Lt)/2 L' =
5.89 m
63.55
10.- CALCULO DE LA LONGITUD TOTAL DEL DESARENADOR: LT = Lt + L + L' LT = Longitud total. Lt = Longitud de la transicion de entrada. L = Longitud del tanque L' = Longitud promedio por efecto de la curvatura del vertedero LT = 17.66 m LT = adoptado
18.00 m
11.- CALCULO DE LA CAIDA DE FONDO: DZ = L x S L = L T - Lt L=
12.- CALCULO DE LA PROFUNDIDAD DEL DESARENADOR A LA COMPUERTA DE LAVADO H = y + h + DZ H= Cota NASD =
2.61 m Cota NAID
Cota NASD =
3453.119 m.s.n.m
Cota FFD =
3450.505 m.s.n.m
13.- CALCULO DE LA ALTURA DE LA CRESTA DEL VERTEDERO CON RESPECTO AL FONDO hc = H - 0.25 Hc = Altura de la cresta del vertedero con respecto al fondo H = Profundidad del desarenador frente a la compuerta de lavado. hc =
2.36 m
14.- CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA COMPUERTA DE LAVADO. Suponemos una seccion cuadrada; o sea:
A = LxL
La compuerta funciona como un orificio, con una descarga de: Q = Cd x Ao √2gh Q = Caudal a descargar por el orificio Cd = Coeficiente de descarga.
el tiempod de descarga no debe ser menor q 2 horas t=Q/V Cd =
0.60 Para paredes delgadas
Ao = Area del orificio en este caso es igual al de la compuerta. h = Carga sobre el orificio (desde la superficie del agua hasta el centro del orificio) g = Aceleracion de la gravedad = 9.81 m/seg2 Seleccionamos una compuerta cuadrada de lado:
Ancho =
1.00 m
A=
1.00 m2
Alto =
1.00 m
h = H - Alto/2
2.11
Q=
3.86 m3/seg
15.- CALCULO DE LA VELOCIDAD DE SALIDA: V = Q/Ao V=
3.86 m/seg
16.- CALCULO DE LAS DIMENSIONES DEL CANAL DE LIMPIA: A=bx y
<
5 m/seg
OK
P = b + 2y R = A/P Q = A^(5/3)S^(1/2)/(P^(5/3)n) Resolviendo por tanteos para una seccion de MEH: b = 2 y y =
0.755 0.579616794
0.59548186
La seccion del canal de limpia resulta: b=
1.51 m
y=
0.76 m
f=
0.40 m
Verificando la velocidad: V= Q/A =
3.39 m/seg froude=
<
5 m/seg
OK
ticula a sedimentar
Canal de Limieza
Lt
y
b
Canal Directo
L
Lv
Vertedero. Compuerta
Lt
0.004587156 x eso no se considera la velocidad de aproximado
libro de crochy en la biblioteca estructuras hidraulicas
el tiempod de descarga no debe ser menor q 2 horas
DISEÑO HIDRAULICO DE UN DESARENADOR DATOS: Q = f = W = K =
a.-
S2 =
0.2954 0.5 5.4 1.2 0.02
m3/seg mm cm/seg
S1
0.1
Pendiente de la transicion de entrada
Z= h= b =
m m
Talud del canal Tirante del canal en la zona de ingreso Solera del canal de ingreso
d0 =
0 1 0.8 0.641
v0 =
1
m/seg
b3 =
0.8
m
Solera del canal de conduccion
d3 =
0.3273
m
Tirante del canal de conduccion
b1 =
1.6
m
Ancho adoptado para el desarenador
S1 =
0.1
L1 =
2.3
U = d3 =
0.31 0.3273
m m
V3 =
0.5589
m
μ=
0.75
Caudal de diseño del Canal Diametro minimo de la particula a sedimentar Velocidad de precipitación de la partícula (Coeficiente de turbulencia) Pendiente longitudinal del sedimentador
Tirante del canal de aduccion
CALCULO DE LA VELOCIDAD CRITICA DE SEDIMENTACION
v a d
Se toma los coeficientes de Camp: a= 0.44 d= 0.50 v= 0.31 cm/seg b.-
CALCULO DE LAS LONGITUDES DE TRANSICION
LT =
c.-
b1 - (b + 2zh) 2 tan 12.5
LT1 =
2.30
m
LT3 =
1.40
m
CALCULO DE TIRANTES EN EL DESARENADOR d1 = d0 + S1 X L1
0.054
d1 =
m El tirante d2 se determina aplicando la ecuacion de Bernulli 0.871
