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PROYECTO DE LA CLASE DE ACUEDUCTOS ING. CARLOS HUGO ERASO DISEO DETALLADO DE UN DESARENADOR- PAGINA 1

2.4 DISEO DETALLADO DEL DESARENADOR 2.4.1 Nomenclatura Tr Tiempo real de sedimentacin o perodo de retencin. As rea de sedimentacin Vs Velocidad de sedimentacin g Gravedad, igual a 9.81 m/seg2 Pe Gravedad especfica de la arena, igual a 2.65 Kg/m3 d Dimetro de las partculas por remover, igual a 0.07mm Viscosidad T Temperatura h Profundidad efectiva del desarenador B Ancho del desarenador L Largo efectivo del desarenador Tt Tiempo terico de Sedimentacin Vh Velocidad Horizontal At rea transversal Va Velocidad de arrastre Xs Longitud de la cmara que recoge el caudal de excesos. Vole Volumen efectivo del desarenador V Velocidad de paso por el pasamuro circular igual a 0.4 m/seg. Ao rea de orificios. N Nmero total de orificios n Nmero de orificios en cada fila e Espaciamiento entre orificios t Dimetro de los orificios x Espaciamiento libre entre el vertedero de salida y la pared del desarenador Hs Altura de sumergencia del tubo de salida Lt Longitud total del desarenador QD Caudal de diseo Q Caudal Cr Coeficiente, igual a 0.51 para orificios circulares. K2 Coeficiente, igual a 1.84 para vertederos. H Altura de la lmina de agua. H1 Altura del vertedero de salida


ZONA EFECTIVA

2.4.2 Periodo de diseo. Para un nivel bajo de complejidad, el periodo de diseo de esta estructura es de 15 aos.

2.4.3 Caudal de diseo. Ser igual al caudal mximo diario (RAS-2000 B.4.4.6.2). QD = 1.62 LPS Caudal de diseo del desarenador (QMD).

2.4.4 Dimensiones del desarenador. Se disear un desarenador de tipo convencional construido en mampostera y con un espesor de muros de 0.30 m 2.4.4.1 Clculo del volumen. Para asegurar una buena remocin de las partculas y por consiguiente disminuir la turbiedad del agua, con base en la experiencia, el desarenador se diseara para un tiempo de retencin de 30 minutos. Vole = QD x Tr Vole = 0.00162 x 1800 = 2.916 m3 Vole = 2.916 m3 Volumen efectivo del desarenador

2.4.4.2 Profundidad efectiva del desarenador. Dadas las condiciones para este proyecto se adopta una profundidad (h) de 0.75 m; teniendo en cuenta la recomendacin de que el rango de variacin de la misma este entre 0.75 m. y 1.50 m. h = 0.75 m. Profundidad efectiva del desarenador.

2.4.4.3 rea Horizontal de sedimentacin As = Vole / h (rea de la planta del desarenador = Horizontal) As = 2.916 m3/0.75 m = 3.88 m2 As = 1.944 m2 rea Horizontal del desarenador

2.4.4.4 Clculo del ancho y largo del desarenador. Se adopta L = 10H (B.4.4.6.4) L = 10 x 0.75 = 7.50 m. B x L = 1.944 m2 B = 1.944 m2 / 7.50 m B = 0.26 m Por facilidad de construccin y mantenimiento, adoptamos una ancho de desarenador de 0.80 m.


2.4.5 Velocidad horizontal Vh = QD/At = QD/(B x h) Vh = 0.00162/(0.80 x 0.75) = 0.0027 m/seg. Vh = 0.0027 m/seg < 0.17 m/seg OK Chequea NORMA RAS-2000 - B.4.4.6.5: Para un acueducto sin tratamiento posterior, la velocidad mxima horizontal en el desarenador debe ser de 0.17 m/seg. 2.4.6 Velocidad de sedimentacin. Considerando que la temperatura del agua es de15 C, la viscosidad absoluta es = 0.01145 (Grafica 5), (flujo laminar stokes). Como el dimetro de las partculas a remover es de 0.007 cm (Dato): Vs = (g/18)((pe p)/u)d2 Vs = (981/18)((2.65-1)/0.01145))(0.00072) = 0.38 cm/seg. Vs = 0.38 cm/seg. Vh / Vs < 20 0.27 cm/seg / 0.38 cm/seg = 0,71 < 20 OK Las dimensiones calculadas para el desarenador efectivo cumplen con las normas, por lo tanto las dimensiones a utilizarse son las siguientes: L = 7.50 m B = 0.80 m H = 1.50 m

ZONA DE ENTRADA 2.4.8 Calculo de la cmara de aquietamiento. El aumento de la seccin ocurrido al pasar de la tubera a la cmara provocar que la velocidad que el agua ha adquirido entre la bocatoma y el desarenador, se disminuya; adems, en esta zona es necesario construir un vertedero que rebose el exceso de agua y sea llevada a la tubera de lavado del desarenador. La cmara de aquietamiento ser de 0.20 m x 0.80 m ubicada antes de la entrada al desarenador. 2.4.9 Dispositivo de paso a la zona de entrada. El agua pasar desde la cmara de aquietamiento a la estructura de entrada por medio de un pasamuro circular. Se asume una velocidad de paso de 0.4 m/seg.

2.4.9.1 Determinacin del dimetro del pasamuro

Se adopta D = 3, A = 0.0046 m2 2.4.9.2 Clculo de prdidas. Estas se producen por el paso de agua a travs del pasamuro circular. QD = CA (2gH)1/2 QD/CA = (2gH)1/2


H = (QD/CA)2/2g H = (0.00162/(0.61 x 0.0046))2 /(2 x 9.81) H = 0.017 m

2.4.10 Zona de entrada al desarenador. Como estructura de entrada se emplear una canaleta con orificios con el fin de lograr una buena reparticin del flujo. La velocidad de entrada no debe ser mayor de 0.3 m/seg., para lo cual es necesario calcular el nmero y tamao de los orificios.

2.4.10.1 rea de los orificios

Teniendo en cuenta un coeficiente de contraccin de 0.61, el rea de los orificios se incrementar as: A real = 0.0054/0.61 = 0.0089 m2

2.4.10.2 Nmero de orificios. El nmero de orificios depende de dimetro que se adopte para los mismos. En este caso se asume un dimetro de 2. Areal = (N.pi.D2)/4 N = (4 x Ar)/(pi.D2) N = (4 x 0.0089)/(pi x 0.05082) N = 4.39 aproximadamente N = 5 orificios de 2 de dimetro

2.4.10.3 Distribucin de los orificios. Los orificios se distribuirn en dos filas de 3 y 2 orificios respectivamente. L = n(a + t) a = Espaciamiento entre los oficios t = Dimetro de orificios L = Longitud de la canaleta L = 0.80 m (Igual al ancho del desarenador)


Para la fila No.1 0.80 = 3(a + 0.0508) a = 0.216 m a = 21.6 cm a + t = 21.6 cm + 5.08 cm = 26.7 cm Para la fila No.2 0.80 = 2(a + 0.0508) a = 0.349 m a = 34.9 cm a + t = 34.9cm + 5.08 cm = 40 cm

2.4.10.4 Clculo de la altura de la canaleta h = altura til h = x 1.5 = 0.75 m

2.4.10.5 Prdida por el paso del agua por los orificios

H = 0.0045 m Este valor de H se considera despreciable.

2.4.10.6 Ancho de la canaleta. Se adopta un ancho de canaleta igual a 0.4 m, considerando el dimetro de los orificios y su separacin. El espaciamiento de los orificios ser:

ZONA DE SALIDA 2.4.11 Zona de salida del desarenador. La salida del agua del desarenador se har por medio de un vertedero simple de pared delgada invertido, de longitud igual a 0.80 m, que asegure una distribucin uniforme del flujo y funcione a cada libre o sumergido. El vertedero har su descarga en una canaleta; por el fondo de esta sale la tubera de conduccin. En la zona de salida se colocar una pantalla con su borde inferior sumergido 0.50 m con el fin de romper las corrientes superficiales y no permitir el paso de material flotante.


2.4.11.1 Altura de la lmina de agua sobre el vertedero de salida H = (0.00162/(1.84 x 0.80))2/3 = 0.0107 m

2.4.11.2 Espacio libre entre el vertedero y la pared del desarenador. Para evitar la turbulencia del agua es necesario calcular el espacio X basndose en el caudal y la velocidad de arrastre. rea libre de salida: Va = Vs x Le / He = 0.0038 x 7.5 / 0.75 = 0.038 m/seg. XB = QD/Va X = QD/(Va x B) = 0.00162/(0.038 x 0.8) = 0.05 m

2.4.11.3 Dimensiones internas de la canaleta de salida 2.4.11.3.1 Ancho de la canaleta. Para determinar esta dimensin se tiene en cuenta el dimetro de la tubera de conduccin y un espacio de 5 cm como mnimo que se deja entre las paredes de la canaleta y el tubo. Ancho = 2 x 0.05 m + 0.06032 m = 0.1632 m (PVC RDE 26 2) Por seguridad y armona con las otras dimensiones del desarenador se amplia el ancho de la canaleta a 0.20 m.

2.4.11.4 Clculo de Hs La tubera en el primer tramo hacia la conduccin es PVC RDE 26 de 2 con un dimetro interno de 0.05570 m.

A = rea del tubo hacia el desarenador A = pi D2/4 = pi x (0.05570)2 / 4 = 0.002436 m2 V = Q/A = 0.00162/0.002436 = 0.6648 m/seg Hs = (Q/(V x C x A))2 /2g. Hs = {0.00162/(0.6648 x 0.61 x 0.002436))2 /(2 x 9.81) = 0.1370 m = 0.15 m

2.4.11.6 Altura de la canaleta de salida Hs = 0.15 m Borde libre = 0.30 m Altura Canaleta salida = 0.45 m

2.4.12 Calculo de la zona de lodos. En esta zona se depositarn los sedimentos que contenga el agua. En el fondo se colocar la tubera de lavado, a la cual se llega mediante una vlvula de fondo; esta tubera se conecta a la tubera de rebose, para desage y lavado. Se ubica a 1/3 de la longitud total del desarenador a partir de la zona de entrada.


La placa de fondo del desarenador tendr una pendiente entre el 5% y 8% (RAS-2000 B.4.4.6.6.8) 2.4.12.1 Longitud total del desarenador. Para determinar la longitud total se tendr en cuenta las dimensiones de la canaleta de entrada, la canaleta de salida, la longitud efectiva, el espesor de las pantallas y el espacio libre x. Lt = 0,4 m + 0.1 m + 7.5 m + 0.1 m + 0.2 m + 0.1 m + 0.2 m Lt = 8.60 m

2.4.12.2 Clculo de la altura de lodos. Para este proyecto tomamos un volumen de lodos igual al 30% del volumen efectivo del desarenador Vlodos = 0.30 x Vole = 0.30 x 2.916 m3 = 0.87 m3 Altura 1er tramo = 5% x 8.60 / 3 = 0.14 m = 0.15 m Altura 2do tramo = 5% x 8.60 x 2/3 = 0.28 m = 0.30 m Volumen lodos 1er = 0.15 x (8.60/3) x 0.80 / 2 = 0.172 m3 Volumen lodos 2do = 0.20 x (8.60 x 2/3) x 0.80 / 2 = 0.458 m3 Total Vol de lodos = 0.630 m3 Altura adicional de lodos = (0.87 0.63) / (0.80 x 7.5) = 0.04 m Se usara 0.05 m como altura adicional de lodos.

2.4.13 DESAGUE

rea de la tubera de desage: A = QMD / C x (2gh)1/2

A = 0.00162 / (0.61 x (2 x 9.81 x (0.75 + 0.05 + 0.15))1/2) Se utiliza una tubera con un dimetro de 10 mnimo segn el RAS (B.4.4.6.6).

Cotas para el desarenador Cota del agua a la entrada del desarenador = 1898.14 m Nivel agua desarenador = Cota entrada prdidas

= 1898.14 m - 0.017 m = 1898.123 m Cota vertedero excesos = Cota agua entrada desarenador + 0.10 m (oleaje)

= 1898.14 m + 0.10 m = 1898.24 m Cota nivel mx. vertedero = cota vertedero de excesos + altura lmina de agua. Cota nivel mximo = 1898.24 m + 0.027 m = 1898.267 m Cota corona de muros = Cota entrada del desarenador + 0.3 m

= 1898.14 m + 0.3 m = 1898.44 m Fondo canaleta de entrada = Cota nivel de agua en el desarenador - 0.75m. Fondo canaleta de entrada = 1898.123 m - 0.75/2 m = 1897.75 m Cota cresta vertedero sale = Cota nivel agua desarenador - altura lmina vertedero

= 1898.123m - 0.0107m = 1898.11 m Cota fondo canaleta salida = Cota vertedero de salida - altura de salida Cota fondo canaleta salid = 1898.11 m - 0.30 m = 1897.81 m Cota fondo desarenador = Cota nivel agua desarenador He altura lodos Cota fondo desarenador = 1898.123 m - 0.75 m - 0.35 m Cota fondo desarenador = 1897.023 m.

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