TODOS UNIDOS CONTRA EL ABUSO Y EL MAL USO DEL AGUA EN EL

MUNICIPIO DE HERRN

Teora y diseo

Las corrientes superficiales transportan

sedimentos de gran diversidad de tamaos. Los

de dimetro superior a la separacin de las

barras de la rejilla de la bocatoma quedan

retenidos all , mientras los de menor tamao

pasarn a la cmara de derivacin. En sta se

depositan gravas y materiales relativamente

pesados, mientras que las arenas y partculas

de menor dimetro penetran en el conducto de

aduccin. El carcter abrasivo de estas

partculas hace que sea necesario extraerlas,

para evitar daos a las tuberas de conduccin.

SEDIMENTACION

Es la separacin de las partculas

suspendidas en el agua. Si los sedimentos

son ms pesados que el lquido que los

contiene la sedimentacin se denomina:

SIMPLE O DISCRETA

Si por el contrario son mas livianos, se

denomina:

SEDIMENTACION FLOCULENTA

SEDIMENTACIN SIMPLE O

DISCRETA

los slidos en suspensin se

precipitan por accin de la

gravedad o peso propio de la

partcula. Algunos de estos

slidos precipitarn en un

tiempo relativamente corto,

pero los de tamao inferior al

de la arena fina no

Sedimentarn

Las partculas no depositadas por accin de la

gravedad necesitan la adicin de coagulantes (

adicin de sustancias qumicas)

SEDIMENTACION

FLOCULENTA

Formacin de floc

Son estanques donde mediante sedimentacin discreta, las partculas

ms pesadas que el agua se depositan en el fondo , con el fin de evitar causar

averas a los equipos mecnicos y azolves en lneas de aduccin y tanques de

proceso de tratamiento.

TIPOS DE DESARENADORES

Convencional

Desarenadores de flujo

vertical

Desarenadores de alta tasa

Convencional Es de flujo horizontal, el ms utilizado en nuestro medio. Las partculas se sedimentan al reducirse la velocidad con

que son transportadas por el agua. Son generalmente de

forma rectangular y alargada, dependiendo en gran parte

de la disponibilidad de espacio y de las caractersticas

geogrficas. La parte esencial de estos es el volumen til

donde ocurre la sedimentacin.

Desarenadores de flujo vertical:

El flujo se efecta desde la parte inferior hacia arriba. Las partculas se sedimentan mientras el agua sube. Pueden ser de formas muy diferentes: circulares, cuadrados o rectangulares. Se construyen cuando existen inconvenientes de tipo locativo o de espacio. Su costo generalmente es ms elevado. Son muy utilizados en las plantas de tratamiento de aguas residuales.

Desarenadores de alta tasa Consisten bsicamente en un conjunto de tubos circulares, cuadrados

o hexagonales o simplemente lminas planas paralelas, que se

disponen con un ngulo de inclinacin con el fn de que el agua

ascienda con flujo laminar. Este tipo de desarenador permite cargas

superficiales mayores que las generalmente usadas para

desarenadores convencionales y por tanto ste es ms funcional,

ocupa menos espacio, es ms econmico y ms eficiente.

Extraccin de slidos suspendidos

Desarenadores convencionales

H

L

Vh

Vs

Vh / Vs = L / H Vs = Vh * H / L

Como Vh = Q / H*B Vs= Q /As

Q/As se define como la CARGA SUPERFICIAL

VELOCIDAD DE SEDIMENTACION.

LEY DE STOKES.

2**18

t

ss

gV

Esta ecuacin se cumple para valores del nmero de Reynols

inferiores a uno

LEY DE STOKES.

V = vel. De sedimentacin en cms/seg

g = aceleracin de la gravedad cms/seg2

Ps = Peso especfico de la partcula (arena =

2.65)

P = Peso especfico del fluido (Agua = 1.00)

U t = Viscosidad del agua a la temperatura

del agua (cm2/seg)

= 0.436/(T + 23.3)

DIMETROS DE PARTCULAS A

SEDIMENTAR

GRAVILLA FINA 2mm - 1 mm

ARENA GRUESA 1 mm - 0.5 mm

ARENA MEDIA 0.5mm- 0.25 mm

ARENA FINA 0.25 mm.- 0.10 mm

ARENA MUY FINA 0.10 mm - 0.05 mm

FANGO 0.05 mm - 0.005 mm

ARCILLA 0.005mm - 0.0001 mm

El RAS establece que los desarenadores se deben disear para

remover partculas con dimetros hasta de 0,15 mm.

Velocidad de sedimentacin

para Re>= 1 = /Ut

=24

+

3

+ 0,34

= (4

3

1

La relacin entre la velocidad horizontal y

la velocidad de sedimentacin debe ser

inferior a 20

TIEMPO DE SEDIMENTACIN

( TEORICO)

t= tiempo que requiere la partcula para caer al fondo del tanque de altura H.

t = H = m = seg

Vs m/seg

ALTURA

Tericamente el desarenador ms eficiente

sera uno de altura mnima, pues obviamente el

tiempo de sedimentacin sera menor. Sin

embargo sto no resulta nada prctico, pues las

perturbaciones producidas por las corrientes

ascendentes y descendentes se acentan.

El rango para las profundidades efectivas se

acepta, en Colombia, entre 0.75 y 1.50 mts.

TIEMPO O PERODO DE

RETENCION (a).

En un desarenador, el tiempo de retencin nominal es igual a la relacin entre el volumen

del tanque y el caudal que entra y sale.

a= volumen = m3 = seg

Caudal m3/seg

Es el tiempo que tarda la partcula en entrar al

estanque y quedar retenida.

El tiempo mnimo de retencin lo especifica

el RAS en 20 minutos

OTROS PARMETROS.

Se recomienda que el largo debe ser

como mnimo (10 * h).

La relacin Largo / ancho >= 4

La carga superficial >= 1000 m3/m2-dia

RELACION a/t

El cociente a/t, mide la eficiencia de la sedimentacin en el tanque. Tericamente esta relacin debera ser 1, pero esto es imposible entre otras por las siguientes razones :

Las aguas en el tanque no estn completamente tranquilas.

Las diferencias de temperatura entre las diferentes capas del agua producen corrientes verticales ;

La brisa causa movimientos ;

La entrada y salida del agua causa remolinos y otras irregularidades.

Dado la mayora de estas irregularidades se pueden controlar mediante el uso de bafles o pantallas deflectoras, la relacin a/t se d en funcin de la calidad de los bafles del tanque.

B

(H-0.5)+BL

BAFLE O PANTALLA

DEFLECTORA

Relacin a/t

CONDICION 50% 75% 87.50%

Mximo terico 0.50 0.75 0.87

Ex. Bafles 0.73 1.52 2.37

Buenos bafles 0.76 1.66 2.75

Sin bafles 1.00 3.00 7.00

Ejemplo de dimensionamiento

ELEMENTO SIMBOLO OBTENCIN UNIDAD VALOR

Caudal de diseo Q Definido lps 5.50

Dimetro arena D Definido mm 0.05

Temperatura mnima T Definida C 18.00

Peso especfico arena Ps Definido Ton/m3 2.65

Peso especfico agua P Definido Ton/m3 1.00

Aceleracin de la gravedad g Definido m/seg2 9.80

Dimensionamiento. Continuacin

Viscocidad

cinemtica U 0.436 / (T+23.3) cm2 / seg 0.011

Velocidad de

sedimentacin Vs g/18*(Ps-P)/U * D2 cm / seg 0.21

Altura del

desarenador h Asumida m 1.00

Tiempo de

sedimentacin t h / Vs seg 470.07

Perodo de

retencin mnimo a* t * 2.75 seg 1292.68

Volumen del

tanque Vol a * Q m3 7.11

Area superficial

mnima A Vol / h m2 7.11

Longitud mnima L** 10 * h m 10.00

Dimensionamiento. Continuacin

Ancho

mnimo Bmin A / L m 0.71

Ancho

escogido B L/4 < B < L/3 m 2.50

Area

superficial As B * L m2 25.00

Carga

superficial Cs Q * 86.4/As m3 / m2 - dia 19.01

Entre 14 y 80

Tiempo de

retencin

real a L*B*h/Q seg 4545.45=

1.26 horas

CMARA DE AQUIETAMIENTO

Dado que la velocidad en el conducto de aduccin

resultar siempre alta, comparada con la

deseada en el desarenador, en razn de su

pequea dimensin - en comparacin con las

del tanque- se construye una cmara de

aquietamiento, donde la energa del lquido se

disipa y la velocidad se disminuye, sus

dimensiones usuales son de 1m de largo por 1m

de ancho, con una altura equivalente a un tercio

de la altura efectiva del desarenador

ZONAS

Los desarenadores normalmente estn

compuestos por cuatro zonas:

Entrada

Zona de sedimentacin

Salida

Zona de depsito de lodos

ZONAS DE UN DESARENADOR

ZONA I

Cmara de aquietamiento. Debido a la ampliacin

de la seccin, se disipa el exceso de carga de

velocidad en la tubera de llegada. Lateralmente

se encuentra un vertedero de excesos que lleva

el caudal sobrante nuevamente al ro o fuente

superficial. Paso directo

A la planta

Vlvula de compuerta

L

ZONA i

ZO

NA

i

ZONA

IV

Dado que la velocidad en el conducto de aduccin resultar siempre alta, comparada con la deseada en el desarenador, en razn de su pequea dimensin - en comparacin con las del tanque -, se construye una cmara de aquietamiento, donde la energa del lquido se disipa y la velocidad se disminuye, sus dimensiones usuales son de 1m de largo por 1m de ancho, con una altura de acuerdo a la topografa del terreno y a la posicin del conducto de aduccin

ZONA I

VERTEDERO DE EXCESOS

El caudal que sale de la bocatoma al desarenador, usualmente es mayor que el caudal de diseo. Este caudal sobrante debe extraerse y por ello en la cmara de aquietamiento se dispone un vertedero y un conducto, por donde estos excesos se extraen. Por las condiciones del flujo, el vertedero se puede considerar como frontal.

Qe=QmXIMO EN LA ADUCCIN - QD

Perfil hidrulico(prdidas)

Por cambio de seccin a la entrada de la

cmara de aquietamiento :

H1= 0.1 * (V12- V2

2) /2g

V1= Velocidad en el conducto de aduccin

V2= Velocidad en la cmara de

aquietamiento

H1

Velocidad en el

conducto de

aduccin V1 Ver aduccin m/seg 1.00

Velocidad en la

cmara de

aquietamiento V2 Q/ A

camara m/seg

0.0157

Acmara(1.0

*0.35)

VERTEDERO DE EXCESOS

Excesos

Longitud del vertedero Le Construccin m 0.60

Caudal mximo en la

aduccin Qa m3 / seg 0.034

Caudal mximo a

evacuar Qe Qma - Qmax d m3 / seg 0.029

Altura de la lmina de

agua hle (Qe/1.85*Le)^2/3 m 0.09

Area orificio de salida Ae Qe/0.6*(2*9.8*h)^0.5 m2

0.014

h=0.2m

Diametro conducto de

excesos De (4*Ae/3.14)^0.5 m 0.14

ZONA II Entrada al desarenador

construida entre la cmara de aquietamiento

y una cortina que obliga a las lneas de

flujo a descender rpidamente de manera

que se sedimente el material ms grueso

inicialmente.

PANTALLA DELECTORA

BAFLE

Con el objeto de lograr una mejor

distribucin del flujo en el desarenador, se

construye una pantalla perpendicular al

flujo con orificios simtricos (de cualquier

forma), de tal manera que la velocidad del

agua a travs de estos orificios sea menor

o igual a 0.20 mts/seg.

Zona II

PLANTA

Zona II

CORTE

CORTE PANTALLA

B

(H-0.5)+BL

DETALLE

DIMENSIONAMIENTO

A= Area total requerida (de todos los

orificios)

Q= Caudal mximo diario

V= Velocidad a travs de los orificios (0.20

mts/seg)

No. de orificios = A/ rea requerida de

cada orificio.

V

QA

V

QA

rea efectiva de orificio:

Nmero de orificios suponiendo su dimetro

Con el nmero de orificios se tiene:

m = filas de orificios horizontales

n = filas de orificios verticales

Por tanto, m x n = Nmero de Orificios y m/n = b/H

Y a continuacin se determinan tanto m como n.

rea efectiva de orificio:

DIMENSIONAMIENTO

Bafle difusor.

Ancho B B del desarenador m 2.50

Altura hb h - 0.50 m 0.50

Dimetro orificios Do Asumido Pulg 3.00

Nmero de orificios No Distribucin Un 20.00

Area de los orificios Ao ao * No m2 0.0912

Velocidad a travs del

bafle Vf Q / Ao m/seg 0.060

Velocidad mxima

admisible 0.20

PERFIL HIDRULICO

Prdidas de carga a travs de los orificios :

C= Coeficiente orificio sumergido = 0.6

gAC

QH

2** 22

2

3

Velocidad en el desarenador V3 Q/ A desarenador m/seg 0.0044

Prdidas al entrar al desarenador H2 0.1*(V

22 -V

32)/2*g m 0.0000

Prdidas paso a travs del bafle H3 Q2 /(C2 *A

0*2g) m 0.0000

ZONA III: Zona de sedimentacin.

Es la parte en donde se realiza el proceso

de sedimentacin simple o discreta y en

donde se cumple en rigor las ecuaciones

o leyes de la sedimentacin (Stokes). Paso directo

A la planta

Vlvula de compuerta

L

ZONA i

ZONA i ZONA II

ZONA III ZONA

IV

ZONA III-PLANTA

CORTE ZONA III

L

H/3

ZONA V

ZONA IV: Salida del Desarenador

Constituda por una pantalla sumergida ( 0.10

m por debajo de la lmina de agua), el

vertedero de salida y el canal de recoleccin.

Esta zona debe estar completamente tapada

con el fin de evitar la posible contaminacin

exterior

S*(L+0.5)

0.5

0.10 M

3% S 8%

H

CORTINA DE SLIDOS

ES UN PEQUEO DIENTE EN

CONCRETO CON EL OBJETO DE

IMPEDIR EL PASO DE LOS

ELEMENTOS FLOTANTES A LA

TUBERA DE SALIDA

PLANTA ZONA SALIDA

CORTE ZONA SALIDA

PERDIDAS POR PASO A TRAVS

DE LA CORTINA

En donde: C= 0.6

gAC

QH

2** 22

2

4

Prdidas paso cortina de

slidos H4 Q2 /(C2 *At*2g) m 0.0000

At=(H-0.1)*B

VERTEDERO DE SALIDA

SU ALTURA SE DETERMINA RESTANDO DE LA

COTA DE LA LMINA DE AGUA LAS

PRDIDAS PRODUCIDAS EN EL

DESARENADOR HT Y LA ALTURA DE LA

LMINA DE AGUA SOBRE EL VERTEDERO HV

El vertedero de salida se proyecta a todo lo ancho

del desarenador. La altura de la lmina de agua

ser : En donde:

Q= Caudal Mximo diario

B= Ancho del desarenador

32

*84.1

B

QHV

TOTAL PRDIDAS Total

prdidas HT H1+H

2+H

3 +H

4 m 0.0052

S*(L+0.5)

0.5

0.10 M

3% S 8%

H

DETALLE VERTERO SALIDA

Lmina sobre vertedero

de salida Q/(1.85*B)^0.66 m 0.0117

0.20

CANAL O CMARA DE SALIDA

CMARA SALIDA

ZONA V

Es la zona de almacenamiento de

lodos.

El fondo debe tener pendiente longitudinal y

transversal hacia el desague y lavado de

la estructura

S*(L+0.5)

0.5

0.10 M

3% S 8%

H

Zona de Lodos

Zona LODOS-CORTE

DETALLE DESAGUE

DIMENSIONAMIENTO

DIMETRO MNIMO 6 FLUJO LIBRE

SE DEBE CALCULAR EL TIEMPO DE

VACIADO

H= PROMEDIO DE ALTURA DE LMINA

DE AGUA EN EL DESARENADOR

gHACQ ds 20

gHAC

HBLt

d

Tvaciado

2

**

0

CAJA DE VLVULAS

DETALLES CAJAS DE VLVULAS

Y esto que ser?

Vista 1 Desarenador 1 Subsistema Santos Ochoa

Vista 2 Desarenador 1 Subsistema Santos Ochoa

EJEMPLOS

Llegada al Desarenador 2 Subsistema Santos Ochoa

Bafle difusor - Desarenador 2 Subsistema Santos Ochoa

Vista 1 Vertedero de salida desarenador 2 Subsistema Santos Ochoa

Vista 2 Vertedero de salida desarenador 2 Subsistema Santos Ochoa