CONFERENCIA N-1TRATAMIENTO PREVIO DE LAS AGUAS RESIDUALES

DISEÑO DE UNA CÁMARA DE REJAS.

1.1.- Cribado.1.2.- Objetivos que se persigue.1.3.- Clasificación.1.4.- Factores que influyen.1.5.- Recomendaciones para diseño.1.6.- Metodología de diseño.

1.1.- Cribado:

El cribado es un tratamiento físico, previo que tiene como objetivo interceptar los cuerpos sólidos flotantes en las aguas residuales con el propósito de reducir la materia orgánica y con ello disminuir la DBO.El cribado debe comenzar en los interiores de los edificios en las rejillas de las tragantes de piso en los lavados, en los lavadores, y vertederos y bajantes pluviales entre otros, pero como es conocido a pesar de este cribado aun pasan a las alcantarillas sólidos mas o menos grades que deben ser interceptados antes que comience el resto de los tratamientos, para los que se han diseñado las denominadas cámaras de rejas.

1.2.- objetivos que se persigue:

Con este dispositivo compuesto esencialmente de barras instaladas verticalmente o formando cierto ángulo con la horizontal es diseñado con la idea de obtener una separación de sólidos incluyendo material flotante muy gruesos del orden de los 2 a los 5 cm., más dependiendo por ejemplo de la abertura mínima del tipo de bomba que se desea proteger. Además este dispositivo se coloca para preservar esencialmente las otras unidades que siguen a los procesos clásicos del tratamiento.Y para evitar tanto en estas obras como en los receptores la presencia de materia sólida indeseable en la superficie del líquido o de sedimentos estables en el fondo de los conductos, estaques o lugares de vertimiento. Estas cámaras de reja son colocadas inmediatamente después de que los emisarios o colectores generales llegan al sitio de tratamiento aguas arriba de las cámaras desarenadoras, generalmente las barras se ubican en paralelo y en el caso de las cámaras de rejas de limpieza manual, se colocan inclinadas para permitir una remoción fácil del material retenido. Un rastrillo periódico dependiendo de las características del liquido residual bajo tratamiento, es acostumbrado para evitar entre otros inconvenientes el relativo a una perdida de carga excesiva entre las barras, aunque se considera según la experiencia que se tiene sobre este dispositivo que la perdida de carga máxima tiende a ser del orden de los 30 cm.A modo de resumen se puede señalar que dentro de los objetivos que se persigue con el diseño de una cámara de reja, los de mayor importancia son:

1.º Evitar la obstrucción de los conductos.

2.º Proteger los equipos e instalaciones sanitarias que se ubican después de la cámara de reja.

3.º Reducir al mínimo la absorción de oxigeno.

1.3.- Clasificación de las cámaras de rejas:

a) Según su colocación se pueden clasificar en:- fijas.- Móviles.- Movible.

b) Según la forma de limpieza puede ser:- Manual.- Mecánica.

d) Según el tamaño de la materia a remover:- Materia fina (0.1 a 1.5 cm.).- Medianas (1.5 a 2.5 cm.).- Gruesa (2.5 a 5.0 cm.).

d) Según la sección transversal de las barras.- Cuadrada.- Rectangulares.- Circulares.- Aerodinámica.

1.4.- Factores que influyen en el diseño:

1. el caudal (el promedio, el máximo y el mínimo).2. las dimensiones de las barras.3. la velocidad del flujo a través de las barras, normal a las mismas. (perpendicular a

las barras.).4. espacio o separación entre barras.5. Angulo de la cámara.6. ángulo de la reja con la horizontal.7. longitud de la reja sumergida.8. el tirante de circulación en la cámara.

Todos estos factores están relacionados entre si de modo que la superposición de dos de ellos o mas pueden fijar la magnitud de los restantes.

1.5.- Recomendaciones para el diseño:

1. los espacios entre barras deben estar entre 2 a 5 cm.2. la velocidad entre rejas para el Qmax. , deberá estar entre 0.30 < V < 0.8 m/s.3. el fondo del canal deberá estar entre 8 y 15 cm. mas bajo que el fondo de la entrada

(generalmente 10 cm.).4. el ángulo que forma la reja con la horizontal deberá estar entre 30o < α < 60o, siendo

aconsejable iniciar los cálculos para α = 45o.

5. el área sumergida incluyendo barras y espacios, debe ser aproximadamente un 200% del área de la sección transversal del conducto tributario.

6. es conveniente construir dos o más rejas en paralelo. Sólo en instalaciones pequeñas si se construye una sola debe colocarse un by-pass. (desvío del cauce).

7. la cámara de ver ser lo suficientemente larga para evitar remolinos cerca de la reja.8. las barras se colocan con la longitud de arriba abajo, sin barras horizontales que

obstaculicen el paso del rastrillo y deben prologarse hacia arriba y curvarse en el extremo.

9. las pérdidas de carga en las rejas dependen de la velocidad y de las barras que se utilicen: forma, ancho y espacio entre ellas.Se pueden calcular con la siguiente expresión.

en general

para nuestro caso:

(Fórmula de Kirschner).

Donde:

hf = perdida de carga en mt.K = coeficiente que considera el grado de obstrucción de la rejilla (se recomienda K = 1, para rejas limpias y K = 3, para rejas que han trabajado un tiempo t).Β = coeficiente que depende e la sección transversal de las barras.

Sección transversal de las barras

Valores β Forma

Rectangular y afiladas 2.42Semicirculares aguas arriba. 1.83Circulares 1.79

Rectangulares con semicírculo (arriba y abajo.)

1.67

Aerodinámica 0.76

S = Ancho de las barras (máximo frente a la dirección del flujo) en mm.

b = Ancho libre entre barras (mínimo frente a la dirección del flujo)

(mm.)

V = Velocidad:

(m/s)

Velocidad media del flujo antes de la reja para el Qmax en m/s.

α = Angulo de inclinación de la reja con la horizontal.

10. los residuos retenidos por la reja pueden ser quemados, enterrados, tratados para digestión o triturados y devueltos a las aguas residuales.

11. las barras deberán tener debajo de la parte superior curvada una plataforma de chapa perforada que sirve para soportar los sólidos arrastrados por el rastrillo y a la vez escurrirlos antes de ser retirados.

1.6.- Metodología de diseño:

Datos:

- Qmax, Qmedio, Qmin.

- tipo de barra y ǾB.

- Tirante máximo (hmáx.) que generalmente se asume igual a d/2.

Pasos:

1.º Seleccionar la separación entre barras (eB).

Se recomienda que eB, este entre 2 y 5 cm.

2.º Calcular el área del conducto tributario. (AC).

(Tuberías)

(Canal)

3.º Cálculo del área de reja sumergida (AS).

4.º Cálculo de la longitud sumergida de reja (LS).

(m)

donde hmax → dato (tirante máximo).

α → ángulo de la reja con la horizontal y se debe seleccionar entre 30o < α < 60o, para el primer cálculo seleccionar α = 45o.

5.º Cálculo del ancho de la reja: (WS).

6.º Como es aconsejable el diseño de la cámara de rejas para dos canales, pues así se garantiza cualquier imprevisto, se calcula el ancho de reja de cada canal (WS/C).

(m)

7.º Cálculo del número de barras. (n) y el número de espacios (n+1) en cada canal.

Donde:ǾB → diámetro o espesor de la barra.eB → Espacio o separación entre barras seleccionada con el 1er., paso.

8.º Cálculo de la velocidad a través de la reja para el Qmax.:

(m/s)

Donde:Qmax → dato.Ae/B → Área total entre barras en una sección de canal.

Donde:

donde n+1, es el número de espacio entre barras obtenido en el paso séptimo para una sección de canal.

LS → obtenido en el cuarto paso.eB → dato del paso 1.

9.º Comprobar que la velocidad a través de la reja obtenida en el octavo paso cumple con los siguientes requisitos:

0.3< V < 0.8 m/sDe no cumplirse, se deberá variar el ángulo α, de inclinación de la reja con la horizontal de forma tal de aumentar o disminuir LS, según sea el caso para garantizar el cumplimiento de la velocidad.

- Si V< 0.3 m/s, se deberá disminuir LS, (aumentar α ).- Si V> 0.8 m/s, se deberá aumentar LS, (disminuir α ).-

10.º Paso: Resumir los resultados que se tienen hasta el momento.

Se tiene 2 canales donde cada uno:- n, barras de diámetro = ǾB.- (n+1), espacios con separación = eB.- ancho de cada canal = .- Angulo de inclinación de reja = αo.

11.º Cálculo de las dimensiones de la cámara de rejas:

θ B1 Wsc

B2

L1 L L2

Esquema de una cámara de rejas.

B1 = 2 ancho de cada canal + espesor del muro que divide cada canal. (entre 0.20~0.25mt.).

B2 = d = b θ = 20o.

L2 = 0.5*L1

Cálculo de L:

Donde:

- (n+1) → obtenido en paso 10.- eB → se supone en el primer paso.

Donde:Qmin → dato VS = 4 cm. /s = 0.04 m/s. (recomendado).

VS, es velocidad de sedimentación en la cámara, se supone que el valor recomendado (que es alto), para evitar la sedimentación en la misma cuando por ella circule el Qmin.

ASmin, es área mínima para que no se produzca sedimentación en la cámara cuando por ella circule Qmin.

12.º Cálculo de las pérdidas de carga en la reja.

Donde:

Acanal = 2 (ancho c/canal)*hmax., o Acanal = 2WS/C * hmáx.

Qmax es dato.

13.º Cálculo de la altura máxima de la cámara de reja:

(Tubería).

(Canal).

El valor de 0.30m, es el valor mínimo que se recomienda como borde libre en las cámaras de reja. Este valor surge como resultado de la experiencia en estos dispositivos de que la pérdida de carga máxima que se alcanza en la rejilla tiende a ser de este orden cuando el conducto tributario circula lleno y parcialmente obstruida la reja, cuando se produce una avenida pico o extrema, además de que con el mismo se garantiza que en caso de reparación de una cámara la otra sea capaz de asumir el gasto máximo.

14.º Conclusiones del diseño:Se deberá confeccionar la planta y el perfil de la cámara de reja diseñada, así como se deberán exponer las recomendaciones para su explotación (periodo de limpieza).

CLASES PRÁCTICA N-1CÁLCULO DE UNA CÁMARA DE REJAS

1.1.- Ejemplo de cálculo de una cámara de rejas. Diseñar una cámara de rejas cuyos datos disponibles son:

Qmax= 600 lps.Qmedio= 300 lps.Qmin= 150 lps.

- Se dispone de barras redondas con ǾB = 1/2” = 1.27 cm.- Se conoce que el diámetro del conducto tributario es de 1100 mm., y el tirante máximo es 0.55 m.

d = 1100 mmhmax = 0.55 m.

1.º eB = 2.5 cm.

2.º

3.º AS = 2*AC = 1.90 m2.

4.º

5.º

6.º

7.º

n = 31.697

Adoptamos: n = 32.

8.º

V = 0.466 m/s.9.º 0.3 < v < 0.8

10.º Resumen:

n = 32eB = 2.5 cm.Ancho de cada canal = n*ǾB+(n+1)*eB = 32*0.0127+33*0.025 = 1.23 m.Ángulo de inclinación de reja = 45o

11.º B1 = 2*1.23+0.20B1 = 2.66 m.B2 = 1.10 m.

Cálculo de L:

12.º Cálculo de hf:

v = 0.447 m/s.

k = 3

β = 1.79

hf = 0.015 m.

13.º Hmax = d + 0.30 = 1.10 + 0.30 = 1.40 m.