Desarenador

GOBIERNO REGIONAL - HUNUCOGERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURAPresidente Gobierno RegionalGerente GeneralGerente de InfraestructuraINSTALACION DEL SERVICIO DE AGUA DEL SISTEMA DE RIEGO EN LA LOCALIDAD YAPAC-DISTRITO DE COLPAS, PROVINCIA AMBO, REGION HUANUCO Consultor del proyecto:Supervisor:Diseo Hidraulico:Diciembre del 2011

MEMORIA DE CALCULO

5.1.5 - Diseo del DesarenadorDESCRIPCION: Es una obra hidrulica que sirve para separar y remover, las prtirculas slidas que pudiern ingresar al canal, especialmente en pocas de avenida. La baja velocidad del agua en el desarenador, origina la sedimentacin de las prticulas los cuales son eliminados traves de una compuerta de fondo.De no separar y remover estos sedimentos se ocacionar graves perjucios a las obras tales como:1. El Canal de Conduccin terminara por colmatarse de sedimentos.2. En los reservorios nocturnos terminara por colmatarse de sedimentos.El desarenador se disear para un determinado diametro de prticulas, es decir que se supone que todo diametro superior al elegido deben depositarse.

1.-DIAMETRO DE PARTICULAS A SEDIMENTAREl desarenador se disear para un determinado diametro de particula , es decir, que se supone que todas las prticulas de diamtero superior al escogido deben depositarse.Segn el libro de Irrigacin de Cesar Arturo Rosell Caldern ; coleccin del Ingeniero Civil el tipo de desarenador a disear es: Desarenador de fujo lento, con velocidades bajas entre 0.20 a 0.60 m/seg., estas velocidades permite eliminar particulas hasta de 0.1mm.

d =0.50mmValor recomendado para una conduccin eficiente del canal.

2.-VELOCIDAD DEL FLUJO EN EL TANQUE (V)La velocidad del flujo en el Desarenador se determinar mediante la Formula de Camp.

cm/seg

Donde: a :Constante en funcin del diametrod :Diametro (mm)

d (mm)aa hallado0.1051 0.1 -1.00441.0036

La velocidad del Flujo ser :

V =31.1126983722cm/seg

V =0.3111269837m/segentre 0.20 - 0.60 m/seg. . OK.

3.-VELOCIDAD DE CAIDA DE LAS PARTICULAS (W)La velocidad de caida de las prticulas se determinar por los siguientes metodos

3.1 Por ArkhangelskiTabla N 03 Velocidades de sedimentacin w en funcin del diametro de prticulasd (mm)w (cm/seg)w hallado0.050.1780.100.6920.151.560.22.160.252.700.33.240.353.78Dato:0.44.32d =0.50mm0.454.860.55.405.4w =5.4cm /seg0.555.940.66.480.77.320.88.0719.44215.29319.25524.90

3.2 Por Sellerio Nomograma que se muestra en la figura N 01

Dato:d =0.50mm

w =2.6cm /seg

3.3 Por Owens se determinar mediante la formula:

Donde: w :Velocidad de Sedimentacin (m/s)d :Diametro de prticulas (m)Ps:Peso especifico del material (g/cm3)k :Constante que varia de acuerdo con la forma y naturaleza de los granos.Tabla N 04 constante kForma y naturalezakarena esfrica9.35granos redondeados8.25granos cuarzo d>3 mm6.12granos cuarzo d= 0.90m.e =0.40m. espesor a considerard.- Enrocado de proteccin o EscolleraAl final del colchn disipador es necesario colocar una escollera o enrocado con el fin de reducir la erosin y contrarestar el arrastre del material fino por accin de la filtracin.

Ingresar:XR =1.2dn0.36mD =0.840mLt =1.09m

se Tomar

Lt =1.20m.5.1.3.- DISEO DEL CANAL DE LIMPIASu trazo generalmente es perpendicular al eje del barraje pero puede tener un angulo entre 12 a 45 y el fluyo de la quebrada puede fomar angulos entre 60 y 90 con el eje de captacin. Un bocal esviajado facilita el ingreso de agua en el bocal de toma paro aumenta la sedimentacion frente a la misma; Para separar el canal de limpia del barraje fijo se construye un muro guia que permite encauzar mejor las aguas hacia el canal de limpia

a.- Velocidad de arrastre Donde:Vc:Velocidad requerida para iniciar el arrastrec:Coef. Que es funcin del tipo de material Arena grava redondeada 3.2 grava rectangular 3.9 arena y grava 3.5 a 4.5

Ingresar:C =3.5Coeficiente.d:Diametro del grano mayord =0.15m.Vs:Velocidad de arrastreResulta:Vc =2.03m/seg.Vs =1.36m/seg.b.- Ancho del canal de LimpiaDonde:B:Ancho del canal de limpia en metrosQ:Caudal que discurre en el canal de Limpia en m3/seg.q:Caudad por unidad de ancho m3/seg./mIngresar:Vc:Velocidad de arrastre en m/seg.Q=0.08m3/seg.g:Aceleracin de la gravedad en m/seg.2g=9.81m/seg.2Vc=2.03m/seg.q=0.86m3/seg./mQ: Se debe estimar entre 2 veces el canal de derivacion o el caudal medio anualQ Medio =0.072 QDeriv =0.08Resulta:B: Debe ser igual o mayor a 1/10 de la longitud del barraje =0.3B =0.09m.Para el diseo:B =0.50m.por trabajabilidadc.- Pendiente del canal de LimpiaDonde:Sc:Pendiente del canal de Limpian:Coeficiente de rugosidad de Manning.g:Aceleracin de la gravedad en m/seg.2q:Descarga por unidad de ancho en m/seg./ml.Ingresar:n=0.015Coef. Manning.g=9.80m/seg.2q=0.86m/seg./ml.

Resulta:Sc =0.0029m.Para el diseo:Sc =0.29%.Sc =1.00% minimo5.1.4.- TOMA O CAPTACIN

Donde: he: prdida de carga, en pulgadasT: espesor de la platina (rejilla), en pulgadasIngresar: V: velocidad de Ingreso atravez de la rejilla, en pies/seg. T=0.750Pulg. (se recomienda V = 1 m/s = 3.28 pies/seg.)V=3.28Pies/seg.A: ngulo de rejilla con la horizontalA=70B: ngulo de aproximacin B=60D:separacin entre ejes de cada platina, en pulgadasD=3Pulg.

he = 3.06
DJ&N: Resulta:Pulg.

he = 0.08
DJ&N: Resulta:m

ANCHO DE LA VENTANA DE CAPTACIN

El ancho propuesto para la ventana de captacion (Ln) es corregido por el coseno del angulo de desviacion de la frontal (teta) por el numero de rejillas de las ventanas.

NUMERO DE REJILLASEl numero de rejillas esta dado por:

Donde:NR= Numero de rejillasLn = 0.50m.Ln=Ancho total de las ventanas(m.)D=Espaciamiento entre rejillas.

NR=5.56 RejillasNR=6.00 Rejillas

En la determinacion de la correccion del ancho de las ventanas , se contemplan dos casos:** Si el angulo de desviacion frontal es de 0:

b=Ln

** Si el angulo de desviacion frontal es diferente de 0:

Donde: = 90 - B = 30.

Donde:L = Ancho corregido de ventanas (m.)Ln=longitud neta de ventanas(m.)B=Angulo de desviacion frontal.T=Ancho diametro de rejillas (m.)NR=Numero de rejillas.

L =0.68m.ANCHO CORREGIDO DE LAS VENTANAS

L = 0.70m.

Donde:Q:Caudal a derivar mas caudal necesario para operacin del sistema de purga.c:Coef. De vertedero, en este caso 1.84Ingresar:L:Longitud de ventana que por lo general se asume ntre 3 a 4 mc = 1.84coef.h:Altura de la ventana de captacin ;ho:Altura para evitar material de arrastre se recomienda 0.60m minimo ho>H/3Q = 0.080m3/seg.

Resulta:h = 0.16
DJ&N: Resultadom.he = 0.08m. Anterior.

La altura total de las ventanas esta dado por:h=h1+he

h=0.20m.Se considerar por seguridad.

h = 0.20
DJ&N: Ingreseel valor a considerarm.Caudal que se podra captar:Q = 0.115m3/seg.Concidearando las dimenciones para el canal desripiador, la cual tendra una compuerta de 0.40x.40cmB = 0.40m.H = 0.40m.Z = 1.00DISEO DE LA COMPUERTA DE ADMISION DEL CANALEste diseo se hara empleando el grafico adjunto y la utilizacion de la siguiente formula:Donde:Q=Caudal de descarga en m3/seg.a=Alto de la compuerta en metros.b=Ancho de la compuerta en metros.H=Carga del agua al fondo del orificio en metros.mu=Coeficiente que se obtiene del grafico.Datos:Q=0.038m3./seg.b=0.40(una compuerta)Hmin=0.30m.Hmax=0.50m.El diseo se hara para el caso de carga minima:Para un primer intento tomamos como valor de "a" igual a la altura de la ventana de captacion.Considerando Hmin.H=0.30m.a=0.20m.g=9.80m/seg.2Para un H/a=1.50.5Ingrese el valor del graficoa=0.10m. por proceso constructivoTomamos la compuerta de :0.40x0.4CALCULO DEL CAUDAL MAXIMO QUE PASA POR LAS COMPUERTASHmax=0.50a=0.40Para un H/a=1.250.2ingrese el valor del graficoQ=0.100m3/seg.Se regulara con el aliviaderoIngresar:b1 = 0.5m.b2 =0.4m.Resulta:L = 0.23m.Por tratarse de un caudal a derivar pequeo de:Q = 0.038m3/seg.No consideraremos dicha estructura.Ingrasar:L = 2.00m.h = 0.20m.C = 0.50coef.g = 9.80m/s2

Resulta:Q = 0.167
DJ&N: Resultadom.

2.- Ventana de Captacin: Las ventanas de captacin son las entradas de agua de la toma que en ciertos casos estn instaladas en un paramento de concreto totalmente protegido, detrs del vertedero de toma u orificio se colocan los mecanismos de cierre de emergencia y luego las compuertas de control. Los mecanismos de izaje deben ser ubicados en una elevacin superior a las mximas avenidas.La mayor parte de las tomas se han hecho en ngulo recto con el barraje pero el boca con el ro puede quedar con un ngulo entre 20' y 30'.La capacidad de la toma se determina de acuerdo a las demandas de la cdula de cultivos en el caso de un proyecto agrcola, o de acuerdo a las capacidades de la central hidroelctrica o del proyecto de abastecimiento de agua potable considerando adicionalmente las prdidas necesarias para eliminar los sedimentos que pudieran ingresar. La velocidad de entrada del agua por los vanos del bocal de captacin debe quedar comprendida entre 0.80 y 1.20 m/seg.El bocal de toma se ubica por lo general aguas arriba del barraje vertedero, procurando que el ingreso de sedimentos sea el mnimo. La toma generalmente es de forma abocinada, en la parte anterior se instalan los orificios de captacin separados por muros, y los flujos de cada compuerta se amortiguan en una poza de tranquilizacin que termina en el punto inicial del canal de derivacin. Con el fin de proteger la toma se levanta una pantalla frontal donde se abren las ventanas de captacin, puede adicionarse en la parte anterior un canal de fuerte pendiente para eliminar gravas, llamado canal desgravador (Diseo Peruano).Los caudales de captacin se calculan como vertederos:Q = c . L . h 3/2En el caso de que trabajen como orificios, el caudal viene dado por la frmula :Q = c.A.(2gh) 1/2La longitud de las ventanas por lo general vara de 2.0 a 4.0 m dependiendo de las dimensiones de la compuerta standard.3.- Camar de decantacin o Desripiador Entre el vertedero de captacin y los orificios de toma o despus de los orificios de toma se proyecta un canal transversal al flujo con el propsito de decantar los materiales slidos que pudieran haber ingresado en el bocal de toma. Este canal debe tener fuerte pendiente para eliminar las gravas aguas abajo del barraje. En nuestra opinin, es preferible disear en funcin de generar una velocidad que permita un arrastre del material que pudiera ser decantado, para lo cual es necesario dar una fuerte pendiente paralela al flujo en el ro; pero esto est limiltada por la cota de salida que le permite al ro, sobre todo en pocas de avenidas. Se recomienda una pendiente mayor de 2%. Asimismo es conveniente que la compuerta de limpia tenga una abertura capaz de descargar el caudal de derivacin en el mejor de los casos, pero es prctica comn darle un ancho de 1.50 m. a la compuerta. Estructuras principales de la Toma1.- Rejillas (Trash Racks)Su objetivo bsico es impedir que los materiales de arrastre y suspensin ingresen al canal de derivacin, los cuales causan obstruccin y desbordes aguas abajo de la captacin.Las rejillas platinas unidas mediante soldadui a formando paneles. La separacin entre rejillas se recomienda tomarla de eje a eje; y dependiendo del tipo de material que se quiere impedir su ingreso la separacin variar entre 1 " y 4" (material fino) y de 4" a 8" (material grueso), recomendndose que las rejillas de menor separacin en la parte superior.La colocacin de la rejilla puede ser vertical o con una pequea inclinacin de 1:1/4 para facilitar su limpieza. Esta limpieza se recomienda que se haga mediante accin mecnica ya que cuando es manual en pocas de avenidas es casi imposible ejecutar con la frecuencia debida.La principal objecin de colocar rejillas es que causa prdidas, las cuales deben ser consideradas durante el dimensionamientode la altura del vertedero y en el clculo del tirante en el canal de derivacin.La prdida de carga que ocasiona una rejilla se puede calcular por la frmula:

4.- Compuerta de Regulacin: Son aquellas compuertas que regulan el ingreso del caudal de derivacin hacia el canal principal. Por lo general se recomienda que el rea total de las compuertas sea igual al rea del canal conducto aguas abajo. Asimismo se recomienda que la velocidad de diseo sea de 2.0 a 2.5 m/s.El caudal que pasa por cada compuerta se calcula mediante la siguiente frmula:En la ecuacin, conociendo V (del valor de diseo recomendado), se determina h (por lo general se estima entre 0. 15 a 0.30 m) y luego se halla el valor de A. Cuando se tiene una luz grande es conveniente dividir la luz en varios tramos iguales para disponer de compuertas ms fciles de operar.

5.- Transicin:De acuerdo al criterio del diseador, algunas veces se suele unir las zonas de las compuertas con el canal mediante una transicin, que a la vez permite reducir las prdidas de carga. Para determinar la longitud requerida se aplica el siguiente criterio:

6.- Estructuras de DisipacinComo producto de la carga de posicin ganada por colocacin de la cresta del vertedero de derivacin a una altura sobre el lecho del ro, se genera una diferencia entre el canal antiguo y la zona del bocal, que es necesario controlar mediante la construccin de una estructura de disipacin .Esta estructura por lo general tiene un colchn o poza disipadora, que permite disipar dentro de la longitud de la poza de energa cintica adquirida del flujo y as salir hacia el canal de derivacin un flujo ms tranquilo.

Donde: b1 : ancho de la zona de compuertas b2 : ancho del canal de derivacin7.- AliviaderosEn algunos casos por mala operacin de las compuertas de regulacin ingresan caudales mayores a su capacidad en el canal de derivacin, lo cual obliga instalar aliviaderos para eliminar las excedencias inmediatamente despus del inicio del canal de derivacin.El caudal por eliminar viene dado por la ecuacin:

Donde:Q: caudal evacuado aliviadero en mI/SL: Iongitud del aliviadero en m.h: diferencia de niveles en el aliviadero en m.C: coeficiente de descarga aprox. 0.50

8.- Muros de EncauzamientoSon estructuras que permiten encauzar el flujo del ro entre determinados lmites con el fin de formar las condiciones de diseo pre-establecidas (ancho, tirante, remanso, etc.).Estas estructuras pueden ser de concreto simple o de concreto armado. Su dimensionamiento esta basado en controlar el posible desborde del mximo nivel del agua y evitar tambin que la socavacin afecte las estructuras de captacin y derivacin.En lo referente a la altura de coronacin que estas estructuras deben tener, se recomienda que su cota superior est por lo menos 0.50 m por encima del nivel mximo de agua.Con respecto a su cota de cimentacin, se recomienda que sta debe estar por debajo o igual a la posible profundidad de socavacin (ver diques de encauzamiento).Con la altura definida se puede dimensionar los espesores necesarios para soportar los esfuerzos que transmiten el relleno y altura de agua; es prctica comn disear al volteo, deslizamiento y asentamiento.

DESCRIPCIN :Es una estructura cuya funcion es levantar el nivel de agua de la Quebrada y facilitar el ingreso a travez de la ventana de captacion de nuestro proyecto.La utilidad del barraje de derivacin o azud se acentua en epocas de estiaje. Con la finalidad de mejorar su estabilidad tiene una seccin trapezoidal y para reducir a una presion casi nula en todos los puntos del azud se adopta el perfil tipo Greager.2.- CALCULO DE LA ELEVACION DEL BARRAJE:Segn el Ing TSUGUO NOSAKI , una vez estasblecido un apropiado tirante "y" de agua en el canal de conduccin, se ubicar el vertedero del barraje a una elevacin sobre el fondo del rio igual a:

3y Cuando el caudal sea muy pequeo Q < 1.0 m3/seg 2.5y Cuando el caudal sea igual a Q = 1.0 m3/seg2.0y Cuando el caudal sea mayor a Q > 10.0 m3/seg

En nuestro caso el caudal de ingreso o entrada es de 0.060 m3/seg., lo cual nos da un tirante de y =. 0.15 mpor ser el Q