Clase 4 Desarenadores.pdf
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17/05/2012 1 IRRIGACION Y DRENAJE DESARENADORES Ing. Walter La Madrid Ochoa M.Sc. [email protected] Desarenadores Las bocatomas se di señan para evit ar o mi ni mi zar la entr ada de sedimento grueso al canal de derivación; pero no pueden prevenir la entrada de sedimento en suspensión, ese es el trabajo del desarenador. El desarenador trabaja basado en el hecho de que la arena tenderá a decantar si la velocidad del flujo es lo suficientemente baja, por ello esta estruc tura requiere de una expansió n de la sección transvers al para disminuir la velocidad del flujo. Un desarenador típico puede dividirse en varios canal es o naves (7 en el desarenad or mostrado abajo). Una vez que una nave esta llena de arena, una compuerta en el fondo se abre y un flujo de alta velocidad purga el sedimento.
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17/05/2012
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IRRIGACION Y DRENAJE
DESARENADORES
Ing. Walter La Madrid Ochoa [email protected]
DesarenadoresLas bocatomas se disean para evitar o minimizar la entrada de
sedimento grueso al canal de derivacin; pero no pueden prevenir la
entrada de sedimento en suspensin, ese es el trabajo del desarenador.
El desarenador trabaja basado en el hecho de que la arena tender a
decantar si la velocidad del flujo es lo suficientemente baja, por ello esta
estructura requiere de una expansin de la seccin transversal para
disminuir la velocidad del flujo. Un desarenador tpico puede dividirse en
varios canales o naves (7 en el desarenador mostrado abajo). Una vez
que una nave esta llena de arena, una compuerta en el fondo se abre y
un flujo de alta velocidad purga el sedimento.
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Desarenadores
Un desarenador debe ubicarse inmediatamente aguasabajo de la bocatoma (como en San Gabn II); perorazones topogrficas o geotcnicas pueden hacer queesto no sea posible, por lo que el desarenador deberubicarse en el canal de derivacin.
En ese caso, es necesaria una expansin desde elancho angosto del canal al ancho mucho mayor deldesarenador.
Esta expansin tiende a inducir un flujo asimtrico en eldesarenador, con consecuencias negativas para su
funcionamiento.
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Desarenador de Chavimochic 7 naves y
caudal de 90 m3/s
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PRESA DERIVADORA TRONERA SUR
LA PRESA SE
COLOCARA, EN
CASO NO SE
CONTRUYA EN UNA
PRIMERA ETAPA EL
EMBALSE DE
TRONERA NORTE
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Desarenador de MajesCuando este desarenador entr en funcionamientoen 1989, el agua flua hacia aguas abajo en 2 delas 4 naves, en una nave el agua permaneca casiestancada y en la restante, el agua regresaba y semova hacia aguas arriba.
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Quiroz es una pequea hidroelctrica en el norte del
Per que tiene un desarenador de una sola nave, que
parece ser muy simple; sin embargo, un complejo patrn
asimtrico tambin se produce en este caso. Las
fotografas muestran las trazas de papel picado que flota
y se concentra en un lado. Cuando se introduce un muro
divisorio en la expansin, el flujo se vuelve simtrico.
Desarenador QUIROZ
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v s = velocidad de sedimentacin
C d = coeficiente de arrastre
d = dimetro de la partcula
P = peso de la partcula
E = empuje del agua sobre la partcula
R e = nmero de Reynolds
SEDIMENTACION
g( s / - 1)d
R e =
C d 4/3 v s =
v s d
v s
F r
P
E
d
Re Cd
0.3 80.00
0.5 49.50 t * 106
1 26.50 C m2/s
2 14.60 0 1.790
3 10.40 5 1.517
5 6.90 10 1.310
7 5.30 15 1.140
10 4.10 20 1.004
20 2.55 25 0.884
30 2.00 30 0.805
50 1.50 40 0.652
100 1.07 50 0.556
200 0.77 70 0.423
300 0.65 80 0.369
700 0.55 100 0.296
1,000 0.46
2,000 0.42
3,000 0.40
10,000 0.39
viscosidad cinemtica
del agua
zona de retencin de partculas
zona
de
entrada
zona
de
salida
zona de sedimentacin
L
H
B
vF
vs
As
Q
y
y =
Nmero de Reynolds
Re = vs d
vs =dRe
vF
vs
LH
=vFvs
LH
=
QvFH B
=QvsL B
=QvsL B
=
g(s/ - 1)dCd
4/3vs =
L B vs BCALCULO DE LA LONGITUD DE UN DESARENADOR
DESARENADOR IDEAL - MODELO DE HAZEN Y CAMP
VELOCIDAD DE SEDIMENTACION
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DISEO HIDRULICO
Caudal de diseo: 36 m3/s.
Deber atrapar el 90% de partculas mayores de 0,3 mm.
Deber atrapar el 99,9% de partculas mayores de 0,5 mm.
El desarenador ser con sistema de purga discontinua, con dosnaves para asegurar que el flujo mximo se mantendr durante el
lavado de una de las naves.
El desarenador incluir un sistema de lavado (flushing) automticoservo- asistido con una compuerta de entrada y una de salida en
cada nave para control del flujo. Adems de una salida hacia el Ro.
DIMENSIONAMIENTO DE LA CMARA
SECCIN TRANSVERSAL
La tasa de remocin del sedimento depende principalmente de la velocidad
de sedimentacin de las partculas, de la velocidad del flujo y de la
profundidad de la nave.
La razn entre el ancho y la profundidad, de la nave, no debiera ser menor
que 1. Una razn recomendable es de 1,5 a 2,0 (B/H).
El requerimiento de rea de la seccin transversal puede ser determinada
mediante la siguiente relacin propuesta por Camps:
A = Q/(0.44d1/2)
Donde:
Q: Caudal de diseo de la nave (m/s)
d: dimetro de la partcula a sedimentar en mm
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Considerando el rea obtenida con la relacin anterior y una velocidad igual a
v=0,44d, la resuspensin del material no ocurrir.
Evaluando la expresin anterior para un caudal igual a 18 m/s se tiene que:
A=77,7
Adoptando las siguientes dimensiones para el desarenador:
B=11, 5
H=7
B/H=1,64
LONGITUD DEL DESARENADOR
El clculo de la longitud del desarenador se realiza considerando el efecto de
la turbulencia del flujo mediante la siguiente relacin:
La velocidad de sedimentacin de una partcula con d=0,3 mm
para t=20 C se obtiene del grfico siguiente:
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Figura 1: Velocidad de sedimentacin de las partculas
w=3,5 cm/s
v=0,223 m/s
Rh= 3,157 m
n= 0,014
u* = 0,008
L= 57,81
Se adopta una longitud de 58 m para la cmara del desarenador.
CLCULO DE LA EFICIENCIA DEL DESARENADOR
Para determinar la eficiencia del desarenador se utiliza el grfico de Camps presentado a
continuacin:
Figura 2: Diagrama de Camps
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Para la aplicacin de la figura anterior se deben calcular los
siguientes parmetros:
= 0,075 H (f /8) 1/ 2 V
Donde:
: Coeficiente de difusinf: Factor de friccin de Darcy-Weisbach (f=0,024)
V: Velocidad media del escurrimiento
= 0,0064
Por lo tanto la abscisa es igual a:
Adicionalmente se debe determinar el cociente w/vs donde vs es la
carga superficial:
vs= Q/L*B
vs= 0,0282
w/vs=1,24
Por lo tanto la tasa de remocin para d=0,3 mm es R=97 %
Para una partcula de d=0,5 mm, la velocidad de sedimentacin es
igual a w = 6cm/s.
Por lo tanto, w/vs=2,12 y la eficiencia del desarenador es del 100 %.
VERIFICACIN DE LA RESUSPENSIN
Para verificar que no ocurra resuspensin del sedimento el esfuerzo
de corte del escurrimiento debe ser menor que el crtico.
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CRITERIOS DE TENSION DE ARRASTRE
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Figura 3: Diagrama de Shields
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Por lo tanto, c = 0,036 kg/m2.
Finalmente, se verifica que
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DENSIDAD Y VISCOSIDAD DEL AGUA
Gracias por su atencin
Prof. Walter La Madrid
