Estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción de ...
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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2018
Estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en Estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en
desarenadores de flujo horizontal construidos respecto a teorías desarenadores de flujo horizontal construidos respecto a teorías
de diseño de diseño
Jenny Paola Sanchez Gutierrez Universidad de La Salle, Bogotá
Leidy Katherin Jerez Rativa Universidad de La Salle, Bogotá
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ESTUDIO DEL PORCENTAJE DE EFICIENCIA DE LA REMOCIÓN DE ARENAS
EN DESARENADORES DE FLUJO HORIZONTAL CONSTRUIDOS RESPECTO A
TEORÍAS DE DISEÑO.
JENNY PAOLA SANCHEZ GUTIERREZ
LEIDY KATHERIN JEREZ RATIVA
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
BOGOTÁ D.C. 2018
Estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en desarenadores de flujo
horizontal construidos respecto a teorías de diseño.
Jenny Paola Sánchez Gutiérrez
Leidy Katherin Jerez Rátiva
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar el título de ingeniera
civil.
Director temático
Ing. Edder Alexander Velandia Duran
MSc. Ing. Civil, MSc. Ing Industrial, Diploma en Liderazgo y Gobierno
Universidad de la Salle
Facultad de ingeniería
Programa de ingeniería civil
Bogotá D.C. 2018
Agradecimientos
Los autores expresan sus agradecimientos a:
Nuestro director EDDER ALEXANDER VELANDIA DURÁN por la gran
dedicación y colaboración tanto en el paso a paso del proyecto de investigación y
elaboración del documento como a la formación académica recibida.
De la misma manera queremos agradecer a los docentes que hicieron parte del
proceso de formación personal y profesional; especialmente a los ingenieros, Maria
Alejandra Caicedo, Luis Ayala, Alejandro Franco, Sofía Figueroa, Sandra Uribe, e.t.c, los
cuales influenciaron a fortalecer conocimientos y valores de manera representativa.
Agradecemos a los laboratoristas los cuales facilitaron el proceso de esta investigacion,
especialmente a Jesus Efren Martin ya que su colaboracion y dispocision fue indispensable
en este proceso.
Finalmente agradecemos a todas aquellas personas que colaboraron con el desarrollo de
este proyecto y a la UNIVERSIDAD DE LA SALLE por inculcar durante la formacion
profesional principios, valores y deberes con capacidad para servir a la sociedad.
Dedicatoria
A Dios, por guiar mi camino, por brindarme salud, sabiduría y dedicación para poder
llegar a cumplir mis sueños y metas.
A mis padres Gustavo Sánchez y Luz Gutiérrez por el amor y apoyo incondicional, por
ser mi motivación a diario, por acompañarme y orientarme en cada decisión tomada, por lo
valores y educación que me inculcaron en cada etapa de mi formación.
A mi abuela Lilia González por su amor incondicional, por su apoyo, por sus cuidados y
por brindarme confianza y esperanza.
A mi novio por acompañarme en esta etapa tan importante en mi vida, por aconsejarme
y apoyarme en los momentos de dificultad.
A la memoria de mi tía Pilar Gutiérrez, quien me demostró que siempre se debe luchar y
persistir por lo que se sueña.
Finalmente, a mí Familia quienes han estado incondicionalmente, este logro es también
de ellos.
Jenny Paola Sánchez G.
Dedicatoria
Toda la gloria sea para Dios, por la fortaleza y guía para continuar.
A mi madre Gloria Rátiva por enseñarme que jamás se debe desfallecer, por sus
consejos y miles de sacrificios para cumplir cada uno de mis sueños.
A mi Padre José Jerez por ser mi polo a tierra y mi mayor consentidor.
A mis hermanos Iván y Jhonatan por enseñarme el verdadero significado del amor,
lealtad y hermandad.
A mi prima Angie Sierra por su inmensa compresión, lealtad y conexión durante cada
etapa de mi vida.
A mi compañero de vida David Pantoja por sus consejos en los buenos y malos
momentos, creer en mí y ser un ejemplo.
Finalmente, miro hacia el cielo para dedicarle este logro a mi hermano, mi ángel, que
cada paso que doy es en honor a él, buscando llenar de orgullo su memoria.
Leidy Katherin Jerez Rátiva.
Tabla de contenido
Descripción del problema ................................................................................................ 18
Formulación del problema ........................................................................................... 20
Objetivos .......................................................................................................................... 20
Objetivo general ........................................................................................................... 20
Objetivos específicos ................................................................................................... 20
Justificación...................................................................................................................... 21
Delimitación ..................................................................................................................... 23
Marco de referencia.......................................................................................................... 23
Antecedentes (estado del arte) ..................................................................................... 23
Marco legal................................................................................................................... 26
Marco teórico ............................................................................................................... 28
Tipos de desarenador................................................................................................ 30
Clasificación de los desarenadores........................................................................... 33
Partes de un desarenador .......................................................................................... 35
Calidad del agua ....................................................................................................... 38
Metodologías de diseño de desarenadores ............................................................... 40
Metodología de Campo .................................................................................................. 117
Diagnóstico ................................................................................................................ 117
Toma de muestras en campo ...................................................................................... 117
Metodología aplicada en el laboratorio para el ensayo de solidos suspendidos totales.
........................................................................................................................................ 120
Materiales utilizados en la práctica de sólidos suspendidos totales ....................... 120
Procedimiento para la práctica de sólidos suspendidos totales .............................. 121
Descripción de desarenadores .................................................................................... 123
Fusagasugá ............................................................................................................. 123
Melgar .................................................................................................................... 126
Carmen de Apicalá ................................................................................................. 128
Girardot .................................................................................................................. 131
Mesitas del Colegio ................................................................................................ 133
Flandes ................................................................................................................... 136
Guamo .................................................................................................................... 139
Alvarado ................................................................................................................. 141
Facatativá ............................................................................................................... 143
Ventaquemada ........................................................................................................ 146
Resultados y análisis de resultados ................................................................................ 149
Desarenador de Fusagasugá ....................................................................................... 150
Desarenador de Melgar .............................................................................................. 152
Desarenador de Carmen de Apicalá ........................................................................... 154
Desarenador de Girardot ............................................................................................ 156
Desarenador de Mesitas del colegio ........................................................................... 158
Desarenador de Flandes ............................................................................................. 159
Desarenador de Guamo .............................................................................................. 161
Desarenador de Alvarado ........................................................................................... 163
Desarenador de Facatativá ......................................................................................... 164
Desarenador de Ventaquemada .................................................................................. 166
Metodología Cualla (1995) ........................................................................................ 169
Cálculo de porcentaje de remoción real ................................................................. 170
Cálculo de porcentaje de remoción teórico ............................................................ 170
Metodología Muñoz A.H (2015) ............................................................................... 176
Metodología Romero Corcho (1993) ......................................................................... 179
Metodología Muñoz H. M. (1997) ............................................................................. 183
Metodología Mijares (1961) ...................................................................................... 185
Conclusiones .................................................................................................................. 192
Recomendaciones ........................................................................................................... 195
Bibliografía ..................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
Contenido de figuras
Figura 1.Desarenadores de flujo horizontal .......................................................................... 20
Figura 2. Problemas de turbiedad, acumulación de lodos, colmatación en desarenadores. . 21
Figura 3. Esquema de un acueducto ..................................................................................... 28
Figura 4. Esquema de un desarenador de flujo vertical ........................................................ 31
Figura 5. Esquema de un desarenador de alta rata ................................................................ 31
Figura 6.Esquema de un desarenador de vórtice .................................................................. 32
Figura 7. Esquema de un desarenador de flujo horizontal .................................................... 33
Figura 8. Corte de un desarenador ........................................................................................ 36
Figura 9.Trayectoria de sedimentación de una partícula discreta. ........................................ 45
Figura 10 .Velocidades de asentamiento y elevación de partículas esféricas discretas en un
fluido estático de acuerdo con el peso específico relativo de la partícula, la viscosidad
cinemática y la gravedad. .............................................................................................. 47
Figura 11. Velocidades de asentamiento y elevación de partículas esféricas discretas en
aguas estática a 10°c. .................................................................................................... 48
Figura 12. Planta de un desarenador ..................................................................................... 51
Figura 13 .Corte Longitudinal, Desarenador ........................................................................ 51
Figura 14.Zonificación de un Desarenador ........................................................................... 51
Figura 15.Coeficiente de seguridad ...................................................................................... 57
Figura 16.Desarenador convencional para PCH ................................................................... 61
Figura 17.Diámetro del grano y tiempos de sedimentación en un desarenador ................... 62
Figura 18. Dimensiones finales del desarenador .................................................................. 63
Figura 19. Porcentaje de remoción vs. Valores de a/t. ......................................................... 67
Figura 20. Sección transversal de dos desarenadores, con avenamiento. ............................. 71
Figura 21.Desarenador de flujo horizontal Fuente: Muñoz A. H (2015), depuración de
aguas residuales, pág.. 344 ............................................................................................ 75
Figura 22. Número de reynolds y coeficiente de rozamiento. .............................................. 77
Figura 23. Velocidad de sedimentación de partículas esféricas. .......................................... 78
Figura 24. Croquis de velocidades ........................................................................................ 80
Figura 25. Croquis de velocidades ........................................................................................ 80
Figura 26. Curvas de Hazen .................................................................................................. 81
Figura 27. Desarenador Quebrada Romerales primer plano ................................................. 92
Figura 28. Experiencia de Serellio. ....................................................................................... 95
Figura 29. Velocidad de sedimentación de granos de arena en agua. .................................. 97
Figura 30.Dimensiones para un tanque ................................................................................. 97
Figura 31. Esquema de un decantador ................................................................................ 101
Figura 32.Periodo de detención para diferentes profundidades y cargas superficiales. ..... 104
Figura 33.Velocidad horizontal para diferente relación longitud, profundidad de la zona de
sedimentación. ............................................................................................................ 106
Figura 34. Esquema de un desarenador .............................................................................. 110
Figura 35. Turbidímetro Hanna hi 93703 ........................................................................... 118
Figura 36 .Multiparámetro Hanna hi 991301 ..................................................................... 119
Figura 37. Montaje para SST .............................................................................................. 121
Figura 38.Capsulas en la estufa y en el desecador. ............................................................. 122
Figura 39.Papel de filtro, en el embudo .............................................................................. 122
Figura 40.Muestras con residuos ........................................................................................ 123
Figura 41.Mapa Veredal de Municipio Fusagasugá. .......................................................... 124
Figura 42. Desarenador de Fusagasugá .............................................................................. 124
Figura 43. Dimensiones desarenador Fusagasugá .............................................................. 125
Figura 44.Mapa Veredal de Melgar. ................................................................................... 126
Figura 45.Desarenador de Melgar ...................................................................................... 127
Figura 46.Desarenador de Melgar ...................................................................................... 127
Figura 47. Dimensiones desarenador melgar ...................................................................... 128
Figura 48.Mapa Carmen de Apicalá ................................................................................... 129
Figura 49.Desarenador de Carmen de Apicalá ................................................................... 130
Figura 50. Dimensiones desarenador Carmen de Apicalá. ................................................. 130
Figura 51.Ubicacion ciudad de Girardot ............................................................................. 131
Figura 52.Desarenador de Girardot .................................................................................... 132
Figura 53. Desarenador de Girardot ................................................................................... 133
Figura 54. Dimensiones desarenador de Girardot .............................................................. 133
Figura 55. Mapa localización de Mesitas del colegio. ........................................................ 134
Figura 56.Desarenador de Mesitas del Colegio .................................................................. 135
Figura 57. Dimensiones desarenador de Mesitas del Colegio. ........................................... 136
Figura 58. Mapa veredal de Flandes ................................................................................... 137
Figura 59. Desarenador de Flandes ..................................................................................... 138
Figura 60. Desarenador de Flandes. .................................................................................... 138
Figura 61. Dimensiones desarenador Flandes. ................................................................... 139
Figura 62. Mapa veredal municipio de Guamo. ................................................................. 139
Figura 63. Desarenador del Guamo .................................................................................... 140
Figura 64. Desarenador de Guamo ..................................................................................... 140
Figura 65. Plano desarenador del Guamo. .......................................................................... 141
Figura 66.Mapa municipio de Alvarado. ............................................................................ 142
Figura 67. Desarenador de Alvarado .................................................................................. 142
Figura 68. Dimensiones desarenador Alvarado. ................................................................. 143
Figura 69.Mapa Veredal de Municipio Facatativá. ............................................................ 144
Figura 70. Desarenador de Facatativá ................................................................................. 145
Figura 71. Dimensiones desarenador Facatativá ................................................................ 146
Figura 72. Mapa Veredal de municipio Ventaquemada. .................................................... 147
Figura 73. Desarenador de Ventaquemada ......................................................................... 148
Figura 74. Dimensiones desarenador Ventaquemada. ........................................................ 148
Contenido de tablas
Tabla 1. Número de Hazen (Vs/Vo) ..................................................................................... 18
Tabla 2. Establecimiento del régimen de sedimentación para depósitos de arena en agua, de
manera simplificada. ..................................................................................................... 48
Tabla 3. Relación entre diámetro de las partículas y velocidad de sedimentación. .............. 53
Tabla 4. Información usual para el diseño de desarenadores de flujo horizontal. ................ 64
Tabla 5. Para temperatura de 10°C ....................................................................................... 67
Tabla 6. Tipos de tanques ..................................................................................................... 68
Tabla 7. Velocidad de caída de partículas esféricas. ............................................................ 79
Tabla 8. Datos de proyecto representativos para desarenadores de flujo horizontal ............ 86
Tabla 9. Datos usuales para el diseño de desarenadores de flujo horizontal. ....................... 87
Tabla 10 Diámetro de partículas en función de la altura de caída ........................................ 94
Tabla 11 Diámetro de partículas en función con el tipo de turbina. .................................... 94
Tabla 12 Velocidades de sedimentación w calculado por Arkhangelski (1935) en función
del diámetro de partículas ............................................................................................. 95
Tabla 13 Valores de la constante k ....................................................................................... 96
Tabla 14 Coeficiente para el cálculo de desarenadores de baja velocidad. .......................... 99
Tabla 15. Coeficiente para el cálculo de desarenadores de alta velocidad ......................... 100
Tabla 16. Porcentaje de área adicional de sedimentación que debe proveerse ................... 107
Tabla 17. Clasificación de materiales en suspensión según su tamaño .............................. 108
Tabla 18. Valores de a/t ...................................................................................................... 112
Tabla 19. Resumen dimensiones de los desarenadores. ..................................................... 149
Tabla 20 Resultados de Turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 150
Tabla 21. Resultados de turbiedad, pH, temperatura a la salida ......................................... 150
Tabla 22. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 151
Tabla 23. Resultados SST a salida ...................................................................................... 151
Tabla 24. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la entrada .................................... 152
Tabla 25. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la salida ....................................... 152
Tabla 26. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 153
Tabla 27. Resultados SST a la salida .................................................................................. 154
Tabla 28. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la entrada .................................... 154
Tabla 29. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la salida ....................................... 155
Tabla 30. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 155
Tabla 31. Resultados SST a la salida .................................................................................. 155
Tabla 32. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 156
Tabla 33. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 156
Tabla 34. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 157
Tabla 35. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 157
Tabla 36. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 158
Tabla 37. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 158
Tabla 38. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 159
Tabla 39. Resultados SST a la salida .................................................................................. 159
Tabla 40. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 160
Tabla 41. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 160
Tabla 42. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 160
Tabla 43. Resultados SST a la salida .................................................................................. 161
Tabla 44. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 161
Tabla 45. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 162
Tabla 46. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 162
Tabla 47. Resultados SST a la salida .................................................................................. 162
Tabla 48. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 163
Tabla 49. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 163
Tabla 50. Resultados SST a la entrada. .............................................................................. 164
Tabla 51. Resultados SST a la salida .................................................................................. 164
Tabla 52. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 165
Tabla 53. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 165
Tabla 54. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 165
Tabla 55. Resultados SST a la salida .................................................................................. 166
Tabla 56. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 166
Tabla 57. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 167
Tabla 58. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 167
Tabla 59. Resultados SST a la salida .................................................................................. 167
Tabla 60. Resumen de resultados para todos los desarenadores ......................................... 169
Tabla 61. Tiempo de retención ........................................................................................... 170
Tabla 62. Viscosidad cinemática del agua .......................................................................... 171
Tabla 63. Tiempo de sedimentación. .................................................................................. 172
Tabla 64. Resultados de periodo de retención. ................................................................... 172
Tabla 65. Porcentajes de remoción proyectados. ................................................................ 173
Tabla 66. Porcentajes de remoción según ecuación de Jorge Sáenz ................................. 174
Tabla 67. Comparación teórica vs. real .............................................................................. 174
Tabla 68. Velocidad de sedimentación. .............................................................................. 177
Tabla 69. Tasa de tratamiento. ............................................................................................ 177
Tabla 70. Rendimiento, n. ................................................................................................... 178
Tabla 71. Comparación porcentaje teórico vs. real. ........................................................... 178
Tabla 72. Velocidades de sedimentación. ........................................................................... 180
Tabla 73. Condiciones de deflectores. ................................................................................ 181
Tabla 74. Velocidad de sedimentación final ....................................................................... 181
Tabla 75. Capacidad teórica. ............................................................................................... 182
Tabla 76. Comparación de volúmenes. ............................................................................... 182
Tabla 77. Tiempos de sedimentación. ................................................................................ 183
Tabla 78. Condiciones de diseño ........................................................................................ 184
Tabla 79. Periodos de retención teóricos ............................................................................ 187
Tabla 80. Periodo de retención real. .................................................................................. 188
Tabla 81. Comparación periodos de retención teórico vs. real. .......................................... 190
Tabla 82. Resumen metodologías de autores. ..................................................................... 191
17
Introducción
Existen en la literatura diferentes criterios de diseño para la construcción de estructuras
hidráulicas como lo son desarenadores, para realizar el diseño de un desarenador de flujo
horizontal existe una variedad de autores los cuales aplican una metodología diferente
En Colombia se generó una tendencia a seguir la metodología de diseño del autor Cualla
(1995) en la cual se asume el porcentaje de remoción con base a unos datos ya establecidos;
estos valores se han buscado con el fin de encontrar un soporte que valide los datos
propuestos, pero no hay validación, por lo que hoy al hacer el diseño para un desarenador
de flujo horizontal se presentan una serie de suposiciones que pueden generar ineficiencias.
Este proyecto buscó realizar un estudio acerca del porcentaje de eficiencia de la
remoción de arenas en desarenadores de flujo horizontal realizando visitas técnicas a diez
desarenadores con diferentes tamaños y condiciones, ubicados en los departamentos de
Boyacá, Cundinamarca y Tolima. Se realizó el diagnostico de cada uno de ellos y se
emplearon unos estudios de características del porcentaje de remoción y eficiencia tales
como la turbiedad del agua, los sólidos suspendidos totales y parámetros como pH y
temperatura, estas pruebas se aplicaron mediante muestras para realizar una comparación
del porcentaje de remoción adquirido en campo y el porcentaje de remoción teórico,
Llegando así a una recomendación de cuál es la mejor opción de diseño.
Se encontró que las condiciones de mantenimiento influyen directamente en la eficiencia
del desarenador, al realizar una comparación entre el porcentaje de remoción obtenido en
campo y el teórico hallado con las condiciones de cada desarenador visitado, no hay
relación entre los porcentajes lo cual indica que los desarenadores no están en condiciones
óptimas cuando se encuentran en operación.
18
Descripción del problema
Existen en la literatura diferentes criterios de diseño para la construcción de estructuras
hidráulicas como lo son desarenadores, para realizar el diseño de un desarenador de flujo
horizontal existe una variedad de autores los cuales aplican una metodología diferente en
cada uno de los casos, algunos autores en específico hablan del tiempo de retención
hidráulico, velocidad de sedimentación, tiempo de suspensión de la partícula entre otros
aspectos. Así mismo emplean diversas metodologías con base a esas características para
hallar la eficiencia de un desarenador de flujo horizontal.
En Colombia, una metodología de diseño ampliamente usada es la propuesta por el autor
Cualla (1995), en la cual se asume el porcentaje de remoción con base a unos datos ya
establecidos. Estos valores se han buscado mediante una revisión del estado del arte con el
fin de encontrar un soporte que valide los datos propuestos, pero no se encontró tal
validación. La tabla 1 muestra la relación entre el porcentaje de remoción y las condiciones
de la pantalla deflectora (grado del desarenador) para hallar el valor de θ según el autor.
Tabla 1.
Número de Hazen (Vs/Vo)
Fuente: Cualla, 1995, Elementos de diseño para acueductos y alcantarillado, p.191
% Remoción
87,5 80 75 70 65 60 55 50
n=1 7,00 4,00 3,00 2,30 1,80 1,50 1,30 1,00
n=3 2,75 1,66 0,76
n=4 2,37 1,52 0,73
Máximo teórico 0,88 0,75 0,50
19
De esta metodología, se observa que en la tabla no se encuentran todos los valores, por
lo tanto, el diseñador puede estar asumiendo y continúa con el diseño de la estructura
alterando la metodología descrita por el autor.
Al encontrar una variedad de desarenadores de flujo horizontal con diferentes tamaños,
secciones, con o sin pantallas deflectoras, diferente calidad de agua y condiciones externas
como se muestra en la figura 1, se busca determinar por medio de ensayos y características,
que los prototipos diseñados cumplan y estén más cerca de los valores establecidos según la
tabla 1, para lo cual se realizaron pruebas de campo en las que se evaluaron diez
desarenadores de flujo horizontal donde se midió el porcentaje de remoción de arenas real
en campo junto con la eficiencia y se comparó con la eficiencia teórica descrita por
algunos autores y con el autor principal.
20
Figura 1.Desarenadores de flujo horizontal
Con el fin de garantizar un diseño que sea eficiente en operación, fue necesario revisar el
estado de arte de los desarenadores , donde se encontró 21 metodologías en las cuales los
autores aplican diferentes métodos de diseño, fue necesario realizar las muestras necesarias
y así comprobar si efectivamente el desarenador cumple con lo propuesto por los autores
cuando se encuentra en operación y así poder llegar a una claridad conceptual de cuál es la
metodología más conveniente.
Formulación del problema
¿Cuál es el porcentaje de eficiencia de remoción de arenas en los desarenadores
de flujo horizontal en campo validados respecto a diferentes criterios de diseño?
Objetivos
Objetivo general
Realizar un estudio acerca del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en
desarenadores de flujo horizontal construidos respecto a teorías de diseño.
Objetivos específicos
Realizar una revisión del estado del arte de diseño de desarenadores de flujo
horizontal.
Ejecutar un diagnóstico de diez desarenadores de flujo horizontal en municipios
de Colombia localizados en los departamentos de Cundinamarca, Boyacá y Tolima.
21
Comparar la eficiencia teórica respecto a la eficiencia real en los desarenadores
de flujo horizontal en operación objeto de estudio.
Presentar una recomendación de diseño con base en los resultados obtenidos
evaluando los criterios ya establecidos por los autores.
Justificación
Un desarenador es una estructura hidráulica importante en un acueducto, debido a que
esta estructura es la encargada de remover las arenas que vienen en el agua cruda. Su
función principal es retirar la arena y otros elementos sólidos o flotantes que viene en el
agua, proceso en el cual se disminuye la turbiedad del agua como se muestra en la figura 2,
la cual es fundamental en el proceso de sedimentación de partículas.
Figura 2. Problemas de turbiedad, acumulación de lodos, colmatación en desarenadores.
Fuente: http://evaporadoresindustriales.grupovento.com/depuracion-de-aguas-residuales-urbanas/
22
Este proceso es muy importante debido a que, por medio de la sedimentación y
remoción de arenas, en función de esto, los procesos en la planta de tratamiento serán más
fáciles o de lo contrario más complicados, ya que se puede formar colmatación en las
tuberías de aducción debido a la acumulación de solidos gruesos, al aumentar la cantidad de
partículas no removidas sería necesario realizar mayores requerimientos de lavado de las
estructuras en la planta de tratamiento, por lo que esto llevaría a ineficiencias en los
procesos de tratamiento de la planta. Por lo que se generaría un sobrecosto en el suministro
de químicos y así aumentaría el número de lavados de filtros y por lo tanto se generaría una
reducción en el rendimiento óptimo de la planta.
Este proyecto buscó determinar cuál efectivamente es el mejor criterio o conjunto de
criterios para el diseño y construcción de desarenadores de flujo horizontal en cuanto a la
eficiencia de remoción de arenas y reducción de la turbiedad. Para esto se propuso una
revisión en la literatura donde se encontró que existen diferentes autores los cuales aplican
diferentes parámetros y metodologías de diseño para la construcción de desarenadores de
flujo horizontal. Se encontró que en Colombia se utiliza como guía principal la
metodología planteada por el autor Cualla (1995) al revisar y comparar se evidencia que
hay una diferencia entre las ecuaciones y características en las metodologías de diseño para
desarenadores de flujo horizontal, debido a esto se busca llegar a una claridad conceptual al
momento de diseñar un desarenador de flujo horizontal.
23
Delimitación
Se midió la eficiencia en campo en función de parámetros como la turbiedad del agua,
solidos suspendidos y adicionalmente se tomaron lecturas de pH y temperatura, estos
parámetros se aplicaron a diez desarenadores de flujo horizontal en municipios de
Colombia, en el departamento de Boyacá (Ventaquemada), en el Departamento de
Cundinamarca (Facatativá, Fusagasugá, Girardot, Mesitas del Colegio), en el Departamento
de Tolima (Carmen de Apicalá, Melgar, Flandes, Guamo y Alvarado).
Se buscó que las diez estructuras a evaluar tuvieran diferentes dimensiones, estrategias
operacionales, caudales, calidad de agua cruda y estar ubicadas en zonas de diferentes
altitudes y condiciones climáticas.
Los parámetros de calidad del agua se tomaron en campo inmediatamente después de
recoger la muestra, mientras que el ensayo de sólidos suspendidos totales se realizó en los
laboratorios de ingeniería ambiental y sanitaria de la Universidad de la Salle. Las muestras
de agua se recogieron en botellas ámbar de 1 litro para garantizar más cubrimiento de agua
y siguiendo los protocolos recomendados. Así mismo, se realizaron muestras a diferentes
horas del día y en diferentes días para robustecer la información de campo.
Marco de referencia
Antecedentes (estado del arte)
En el año 2016 se realizó una investigación, en la Universidad de la Salle titulado,
“Estudio de la eficiencia en desarenadores ligados a un nivel de complejidad mediante un
modelo físico a escala reducida” por Gorrón(2016) y Acosta(2016) .El proyecto ocupó la
realización de un modelo a escala reducida de un tanque desarenador tomando como
24
referencia las aguas y características de sedimentos del rio Arzobispo de la ciudad de
Bogotá, con el cual se pueden realizar ensayos en un medio controlado y permitió evaluar
el comportamiento de la eficiencia mediante la modificación de componentes
fundamentales para su funcionamiento, estos fueron: las condiciones en la cámara de
aquietamiento, la inclinación de la pantalla deflectora y la distribución de las perforaciones
de la misma. Como resultado final se obtuvo que la eficiencia del desarenador está ligada
en mayor grado a la energía que posee el flujo al momento de entrar en la zona II, ya que
esta influye en la cantidad de movimiento de las partículas, por ende, las configuraciones
que contienen una estructura disipadora de energía en la cámara de aquietamiento son las
que presentan mayor eficiencia, aumentando el grado cuando además de disipar la energía
el flujo ingresa a la zona de depuración con una cota baja respecto a la superficie del flujo.
En el año 2010 se realizó una investigación, en la Universidad de la Salle titulado,
“Estado del arte de las estructuras: trampas de grasa y desarenadores en sistemas de
alcantarillado” por Granados (2010) y Villanueva (2010). En los sistemas de alcantarillado
se evidencia la acumulación de grasas y sedimentos, producto de los vertimientos
residenciales, industriales y comerciales, y otros provenientes de las calles, en todas las
ciudades colombianas.
Consecuencia del transporte de este tipo de residuos en las redes de alcantarillado se
generan problemas de taponamiento y desgaste de las tuberías de alcantarillado que
consecuentemente generan una reducción de la capacidad hidráulica y de su vida útil. Bajo
este planteamiento, se hace importante conocer los tipos de estructuras que pueden ser
empleadas para controlar las concentraciones sedimentos y grasas y las distintas
25
metodologías de diseño con el fin de identificar sus ventajas y desventajas en futuras
implementaciones. Algunas de las causas de la existencia de esta problemática se asocian a
situaciones de erosión de cuencas, problemas de cultura ciudadana (basuras arrojadas en las
vías y desechos dispuestos inadecuadamente en los aparatos sanitarios) y la inexistencia de
estructuras hidráulicas adecuadas que permitan reducir la carga de sedimentos y grasas a las
redes de alcantarillado. Bajo este contexto, la investigación se desarrolló con el objetivo de
construir un documento que consolide una parte importante del conocimiento asociado a este
tipo de estructuras hidráulicas y convertirse en un texto de consulta para el diseño de
estructuras tipo: desarenadores y trampas de grasa. Para cumplir con este propósito se realizó
una búsqueda y análisis de información en distintas fuentes como: internet, libros, proyectos de
grado, informes técnicos.
En el año 2012, se realizó una investigación en la Universidad Nacional Autónoma de
México, titulado “criterios de diseño de desarenadores a filo de corriente “por Domínguez
(2012). La investigación tiene por objetivo hacer una revisión y análisis de los criterios para
el cálculo de diseño de desarenadores, con el fin de concebir una nueva propuesta en un
modelo físico, en el caso particular de aquellos que se emplean en las obras de generación
de electricidad. La metodología empleada consideró el criterio de diseño de desarenadores
basada en la ecuación de continuidad y de Manning basada en la hipótesis de determinar el
ancho del canal aplicado en la solución a casos prácticos, en este caso, a partir de registros
experimentales. El estudio experimental del modelo físico permitió conocer su geometría,
diseñada y basada en encausar el agua con muros prolongados denominados muros guía. Su
función es hacer que el flujo se acelere, extrayendo mayor cantidad de sedimento.
La investigación tuvo como resultado que la nueva propuesta de desarenador contribuye
a incrementar la vida útil de la presa. Las ventajas observadas fueron que remueve el
26
material en poco tiempo, no necesita de complementos mecánicos para el desalojo del
sedimento, es económico y fácil de adaptarse a las condiciones topográficas del sitio. De
los resultados obtenidos en el modelo, surge la inquietud de continuar con una
investigación que garantice el desalojo de los sedimentos en las cercanías de la obra de
generación con la intención de que se extraiga la mayor parte del sedimento, proponiendo
un sistema que sea más económico y sobre todo sin vaciar la presa.
Marco legal
El presente proyecto se llevó a cabo bajo la normatividad descrita a continuación.
Leyes Descripción
Constitución Política de
Colombia de 2015, Artículo 78.
Título II.
“La ley regulará el control de calidad de bienes y
servicios ofrecidos y prestados a la comunidad, así
como la información que debe suministrarse al
público en su comercialización. Serán
responsables, de acuerdo con la ley, quienes en la
producción y en la comercialización de bienes y
servicios, atenten contra la salud, la seguridad y el
adecuado aprovisionamiento a consumidores y
usuarios.”
Constitución Política de
Colombia de 2015, Artículo 80.
Título II - Capítulo III.
“El Estado planificará el manejo y
aprovechamiento de los recursos naturales, para
garantizar su desarrollo sostenible, su
conservación, restauración o sustitución. Además,
deberá prevenir y controlar los factores de
deterioro ambiental, imponer las sanciones legales
y exigir la reparación de los daños causados.”
Constitución Política de
Colombia de 2015, Artículo
365. Título XII - Capítulo V.
“Los servicios públicos son inherentes a la
finalidad social del Estado. Es deber del Estado
asegurar su prestación eficiente a todos los
habitantes del territorio nacional. Los servicios
públicos estarán sometidos al régimen jurídico que
fije la ley, podrán ser prestados por el Estado,
directa o indirectamente, por comunidades
organizadas, o por particulares. En todo caso, el
Estado mantendrá la regulación, el control y la
vigilancia de dichos servicios.”
27
Leyes Descripción
“Artículo 40.- El Ministerio de Salud establecerá
cuáles usos que produzcan o puedan producir
contaminación de las aguas, requerirán su
autorización previa a la concesión o permiso que
otorgue la autoridad competente para el uso del
recurso.”
Código Nacional de Recursos
Naturales Renovables y de
Protección al Medio Ambiente,
artículo 137 de decreto-ley 2811
de 1974
“Artículo 52. Para el diseño, construcción,
operación y mantenimiento de los sistemas de
suministro de agua deberán seguirse las normas del
Ministerio de Salud.”
Régimen De Los Servicios
Públicos Domiciliarios - Ley
142 de 1994
a.- Las aguas destinadas al consumo doméstico
humano y animal y a la producción de alimentos.
b.- Los criaderos y hábitats de peces, crustáceos y
demás especies que requieran manejo especial.
Las fuentes, cascadas, lagos, y otros depósitos
corrientes de aguas, naturales o artificiales, que se
encuentren en áreas declaradas dignas de
protección.”
“Artículo 28. Redes. Todas las empresas tienen el
derecho a construir, operar y modificar sus redes e
instalaciones para prestar los servicios públicos,
para lo cual cumplirán con los mismos requisitos, y
ejercerán las mismas facultades que las leyes y
demás normas pertinentes establecen para las
entidades oficiales.
Reglamento Técnico del Sector
de Agua Potable y Saneamiento
Básico – RAS, Titulo B
(2017)
Para consumo humano no podrá sobrepasar los
valores máximos aceptables para cada una de las
características físicas que se señalan a
continuación.”
“Artículo 4°. Potencial de hidrógeno. El valor para
el potencial de hidrógeno pH del agua para
consumo humano, deberá estar comprendido entre
6,5 y 9,0.”
“Artículo 21. Frecuencias y número de muestras
de control de la calidad física y química del agua
para consumo humano que debe ejercer la persona
prestadora. El control de los análisis físicos y
químicos debe realizarse en la red de distribución
por parte de las personas prestadoras.”
28
Marco teórico
Un acueducto es un sistema o conjunto de sistemas de irrigación, que permite transportar
agua en forma de flujo continuo desde un lugar en el que ésta es accesible en la naturaleza,
hasta un punto de consumo distante. Cualquier asentamiento humano, por pequeño que sea,
necesita disponer de un sistema de aprovisionamiento de agua que satisfaga sus
necesidades vitales. La solución más elemental consiste en establecer el poblamiento en las
proximidades de un río o manantial, desde donde se acarrea el agua a los puntos de
consumo. Otra solución consiste en excavar pozos dentro o fuera de la zona habitada o
construir aljibes. Pero cuando el poblamiento alcanza la categoría de auténtica ciudad, se
hacen necesarios sistemas de conducción que obtengan el agua en los puntos más
adecuados del entorno y la aproximen al lugar donde se ha establecido la población. Dentro
de los acueductos se encuentran los desarenadores garrynevyll.blog(2010)
Un acueducto tiene en su sistema las siguientes fases: captación, desarenador, planta de
tratamiento de agua potable y red de distribución
Figura 3. Esquema de un acueducto
29
Obra de captación: el término genérico utilizado para las obras de captación, derivación
o toma en ríos es bocatoma. Por medio de esta estructura se puede derivar el caudal de
diseño que, por lo general, corresponde al caudal máximo diario. Las obras de captación
deben localizarse en zonas donde el suelo sea estable y resistente a la erosión, procurando
que la captación se haga en un sector recto del cauce, esto según Cualla (1995).
Desarenador: Tanque construido con el propósito de sedimentar partículas en suspensión
por la acción de la gravedad. Este elemento constituye un tratamiento primario, pero en
algunos casos es necesario realizar un tratamiento convencional de purificación de aguas.
Como se indicó anteriormente, el desarenador debe situarse lo más cerca posible de la
bocatoma, con el fin de evitar problemas de obstrucción en la línea de aducción. El material
en suspensión trasportado por el agua es básicamente arcilla, arena o grava fina. El objetivo
del desarenador, como tal, es la remoción de partículas hasta el tamaño de arenas. Se puede
ayudar el proceso de sedimentación mediante coagulación (empleo de químicos con el fin
de remover partículas tamaño arcilla), con lo cual se logra que las partículas más pequeñas
se aglomeren y sedimente a una velocidad mayor. El proceso de coagulación puede verse
en libros relacionados con el tema de purificación de agua Cualla (1995).
Planta de tratamiento de agua potable (PTAP): El tratamiento de aguas y las plantas de
tratamiento de agua son un conjunto de sistemas y operaciones unitarias de tipo físico,
químico o biológico cuya finalidad es que a través de los equipamientos elimina o reduce la
contaminación o las características no deseables de las aguas, bien sean naturales, de
abastecimiento, de proceso o residuales.
30
La finalidad de estas operaciones es obtener unas aguas con las características adecuadas
al uso que se les vaya a dar, por lo que la combinación y naturaleza exacta de los procesos
varía en función tanto de las propiedades de las aguas de partida como de su destino final.
Debido a que las mayores exigencias en lo referente a la calidad del agua se centran en
su aplicación para el consumo humano y animal estos se organizan con frecuencia en
tratamientos de potabilización y tratamientos de depuración de aguas residuales, aunque
ambos comparten muchas operaciones Aguasistec (2018).
Red de distribución: Esta se define como el conjunto de tuberías cuya función es
suministrar el agua potable a los consumidores de la localidad en condiciones de cantidad y
calidad aceptables, la unión entre el tanque de almacenamiento y la red de distribución se
hace mediante una conducción denominada línea matriz, la cual transporta el agua al punto
o a los puntos de entrada a la red Cualla (1995).
Tipos de desarenador
Desarenadores de flujo vertical: El flujo se efectúa desde la parte inferior hacia arriba.
Las partículas 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 más elevado. Son muy utilizados en las
plantas de tratamiento de aguas residuales. (fluidos.eia.edu, s.f.)
31
Figura 4. Esquema de un desarenador de flujo vertical
Fuente: http://sistemadetratamientodelagua.blogspot.com.co/2009/04/desarenador.html
Desarenadores de alta rata: Consisten básicamente en un conjunto de tubos circulares,
cuadrados o hexagonales o simplemente láminas planas paralelas, que se disponen con un
ángulo de inclinación con el fin 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 éste es más funcional, ocupa menos
espacio, es más económico y más eficiente. (fluidos.eia.edu, s.f.)
Figura 5. Esquema de un desarenador de alta rata
Fuente: http://tuprincesadevainilla.blogspot.com.co/2010/06/desarenador.html
32
Tipo vórtice: Los sistemas de desarenación del tipo vórtice se basan en la formación de
un vórtice (remolino) inducido mecánicamente, que captura los sólidos en la tolva central
de un tanque circular. Los sistemas de desarenador por vórtice incluyen dos diseños
básicos: cámaras con fondo plano con abertura pequeña para recoger la arena y cámaras
con un fondo inclinado y una abertura grande que lleva a la tolva. A medida que el vórtice
dirige los sólidos hacia el centro, unas paletas rotativas aumentan la velocidad lo suficiente
para levantar el material orgánico más liviano y de ese modo retornarlo al flujo que pasa a
través de la cámara de arena. (fluidos.eia.edu, s.f.)
Figura 6.Esquema de un desarenador de vórtice
Fuente: http://www.monografias.com/trabajos82/pretatamiento-aguas-residuales/pretatamiento-aguas-
residuales2.shtml
Desarenadores rectangulares de flujo horizontal: Es de flujo horizontal, el más utilizado
en nuestro medio. Las partículas se sedimentan al reducirse la velocidad con que son
transportadas por el agua. Son generalmente de forma rectangular y alargada, dependiendo
33
en gran parte de la disponibilidad de espacio y de las características geográficas. La parte
esencial de estos es el volumen útil donde ocurre la sedimentación.
Figura 7. Esquema de un desarenador de flujo horizontal
Fuente: https://es.slideshare.net/ingmariocastellon/desaarenadores-convencionales
Clasificación de los desarenadores
Los desarenadores pueden clasificarse según tres criterios
En función a su operación:
Desarenadores de purga continua, son aquellos en que las partículas decantadas son
inmediatamente removidas y evacuadas por un permanente caudal de lavado, que evitan
que estas queden depositadas en el desarenador.
Desarenadores de purga descontinuos o intermitente, son aquellos en los que los
sedimentos decantados se almacenan temporalmente en las cabinas de desordenación, para
luego ser removidas, y evacuados mediante operaciones de purga que se efectúan
periódicamente. (p., s.f.)
34
En función a la velocidad de escurrimiento:
Baja velocidad, cuando la velocidad media la corriente en el desarenador se encuentra
entre 0,20 y 0,60 m/s. Estos desarenadores garantizan la remoción de partículas finas.
Alta velocidad, cuando la velocidad media de la corriente en el desarenador se encuentra
entre 0,60 y 1,50 m/s. Estos desarenadores solo garantizan la remoción de partículas medias
o gruesas de material. (p., s.f.)
Por la disposición de las cabinas de des arenación:
Serie, desarenadores conformados por dos o más depósitos construidos uno a
continuación del otro.
Paralelo, desarenadores conformados por dos o más depósitos distribuidos paralelamente
y diseñados para que cada uno de ellos operé con una fracción del caudal total derivado
para centrales hidráulicas.
(fluidos.eia.edu, s.f.)
Tipos de sedimentación
Simple: La sedimentación puede ser Simple cuando las partículas que se asientan son
discretas, o sea partículas que no cambian de forma. Tamaño o densidad durante el
descenso en el fluido. La sedimentación simple es, por ejemplo, lo que ocurre en un tanque
desarenador que se coloca contiguo a la bocatoma y cuyo objeto es separar la arena del
agua.
Inducida: La sedimentación se denomina Inducida cuando las partículas que se
sedimentan son aglomerables es decir durante la sedimentación se aglutinan entre sí,
cambiando de forma, tamaño y aumentando de peso específico.
35
La sedimentación inducida es el tipo que se presenta en una planta de tratamiento y se
logra en un tanque, llamado sedimentador o decantador, que se coloca a continuación del
floculador y que permite la separación de las partículas floculantes que se forman en los
procesos de coagulación y floculación. Las partículas floculantes adquieren su dimensión,
forma y peso casi definitivo durante la floculación, de forma que su comportamiento en el
sedimentador es muy similar al de las partículas discretas. Es por esto que los criterios para
el diseño de los sedimentadores para agua coagulada se basan en la sedimentación de
partículas discretas, fenómeno que trata de representar la Ley de Stokes.
Según el sentido de flujo del agua en los sedimentadores, éstos pueden ser de flujo
horizontal, de flujo vertical y manto de lodos, y sedimentadores de alta rata. Dentro de los
primeros están los sedimentadores de plantas convencionales y los desarenadores.
(fluidos.eia.edu, s.f.)
Partes de un desarenador
Los desarenadores normalmente están compuestos por cuatro zonas.
1. Entrada
2. Zona de sedimentación
3. Salida
4. Zona de depósito de lodos
36
Figura 8. Corte de un desarenador
Fuente: SENA, 1999. Operación y mantenimiento de plantas de potabilización de agua, p.62
Entrada: Cámara donde se disipa la energía del agua que llega con alguna velocidad
de la captación. En esta zona se orientan las líneas de corriente mediante un
dispositivo denominado pantalla deflectora, a fin de eliminar turbulencias en la zona
de sedimentación, evitar chorros que puedan provocar movimientos rotacionales de
la masa líquida y distribuir el afluente de la manera más uniforme posible en el área
transversal.
En esta zona se encuentran dos estructuras:
Vertedero de exceso, se coloca generalmente en una de las paredes paralelas a la
dirección de entrada del flujo y tiene como función evacuar el exceso de caudal que
transporta la línea de aducción en épocas de aguas altas. Si no se evacua el caudal
excedente, por continuidad, aumenta el régimen de velocidad en la zona de sedimentación y
con ello se disminuye la eficiencia del reactor. Se debe diseñar para evacuar la totalidad del
37
caudal que pueda transportar la línea de aducción, cuando se dé la eventualidad de tener
que evacuar toda el agua presente.
Pantalla deflectora, prepara la zona de entrada y la zona de sedimentación, en ella se
realizan ranuras u orificios, de acuerdo con el diseño, a través de los cuales el agua pasa
con un régimen de velocidades adecuado para que ocurra la sedimentación, no debe
sobrepasar de 0,3 m/s. Los orificios pueden ser circulares, cuadrados o rectangulares,
siendo los primeros los más adecuados.
Zona de sedimentación: Sus características de régimen de flujo permiten la remoción
de los sólidos del agua. La teoría de funcionamiento de la zona de sedimentación se
basa en las siguientes suposiciones: asentamiento sucede como lo haría en un
recipiente con fluido en reposo de la misma profundidad. La concentración de las
partículas a la entrada de la zona de sedimentación es homogénea, es decir, la
concentración de partículas en suspensión de cada tamaño es uniforme en toda la
sección transversal perpendicular al flujo. La velocidad horizontal del fluido está por
debajo de la velocidad de arrastre de los lodos, una vez que la partícula llegue al
fondo, permanece allí.
La velocidad de las partículas en el desarenador es una línea recta; en esta zona se
encuentra una cortina para sólidos flotantes que es una vigueta que se coloca en la
zona de sedimentación, cuya función es producir la precipitación al fondo del
desarenador de las partículas o sólidos como hojas y palos que pueden escapar a la
acción desarenadora del reactor.
38
Zona de lodos: Comprende el volumen entre la cota de profundidad útil en la zona de
sedimentación y el fondo de tanque, el fondo tiene pendientes longitudinales y
transversales hacia la tubería de lavado.
Salida: Constituida por una pantalla sumergida, le vertedero de salida y el canal de
recolección. Se recomienda estar totalmente cubierta para evitar posible
contaminación externa. Londoño (2008).
Calidad del agua
El concepto de calidad del agua es usado para describir y regular las características
químicas, físicas y biológicas que se deben cumplir. Con base a esto se realizarán unos
ensayos que permitirán determinar la calidad del agua para el diseño de una estructura
hidráulica.
Ensayo de turbiedad del agua: Para determinar la turbidez del agua se determina por el
método nefelométrico, en el cual se mide la turbiedad mediante un nefelómetro y se
expresan los resultados en unidades de turbidez nefelometría (UTN). Con este método se
compara la intensidad de la luz dispersada por la muestra por una suspensión estándar de
referencia en las mismas condiciones de medida. Cuanto mayor sea la intensidad de luz
dispersada mayor será la turbiedad. Como suspensión estándar de referencia se utiliza una
suspensión de un polímero de formacina, la cual es fácil de preparar y de mejores
características reproducibles que las suspensiones de arcilla y otros materiales
anteriormente usados; por otra parte, las unidades nefelométricas de turbidez, basadas en el
estándar de formacina, son aproximadamente iguales a las unidades de turbidez de Jackson.
39
Ensayo de sólidos suspendidos totales: Las aguas crudas naturales contienen tres tipos
de sólidos no sedimentables: suspendidos, coloidales y disueltos. Los sólidos suspendidos
son transportados gracias a la acción de arrastre y soporte del movimiento del agua; los más
pequeños (menos de 0,01 mm) no sedimentan rápidamente y se consideran sólidos no
sedimentables, y los más grandes (mayores de 0,01 mm) son generalmente sedimentables.
Los sólidos coloidales consisten en limo fino, bacterias, partículas causantes de color, virus,
etc., los cuales no sedimentan sino después de periodos razonables, y su efecto global se
traduce en el color y la turbiedad de aguas sedimentadas sin coagulación. Los sólidos
disueltos, materia orgánica e inorgánica, son invisibles por separado, no son sedimentables
y globalmente causan diferentes problemas de olor, sabor, color y salud, a menos que sean
precipitados y removidos mediante métodos físicos y químicos y se calculan así:
( ( ) ( ))
( )
Ensayo determinación de pH: Desde una aproximación simplificada, el pH puede
definirse como una medida que expresa el grado de acidez o basicidad de una solución en
una escala que varía entre 0 y 14.
La acidez aumenta cuando el pH disminuye. Una solución con un pH menor a 7 se dice
que es ácida, mientras que si es mayor a 7 se clasifica como básica. Una solución con pH 7
será neutra. El valor de pH representa el menos logaritmo en base diez de la concentración
(actividad) de iones hidrógeno [H+]. Como la escala es logarítmica, la caída en una unidad
de pH es equivalente a un aumento de 10 veces en la concentración de H+. Entonces, una
muestra de agua con un pH de 5 tiene 10 veces más H+ que una de pH 6 y 100 veces más
40
que una de pH 7. Los cambios en la acidez pueden ser causados por la actividad propia de
los organismos, deposición atmosférica (lluvia ácida), características geológicas de la
cuenca y descargas de aguas de desecho.
El pH afecta procesos químicos y biológicos en el agua. La mayor parte de los
organismos acuáticos prefieren un rango entre 6,5 y 8,5. pH por fuera de este rango suele
determinar disminución en la diversidad, debido al estrés generado en los organismos no
adaptados. Bajo phis también pueden hacer que sustancias tóxicas se movilicen o hagan
disponibles para los animales. Rojas (2000).
Metodologías de diseño de desarenadores
A continuación, se presenta una recopilación de diferentes metodologías para el diseño
de desarenadores de flujo horizontal.
Cualla (1995)
El periodo de retención hidráulico que tarde una partícula de agua en entrar y
salir del tanque debe fluctuar entre 30 minutos y cuatro horas. Al final del horizonte
de diseño el periodo de retención hidráulico debe tender a ser corto, mientras que al
comienzo del periodo este tiende a ser largo.
Teoría de sedimentación, esta teoría fue desarrollada por Hazen y Stokes. Su
modelo de sedimentación de partículas se resume en la siguiente ecuación, de donde
se concluye que la velocidad de sedimentación de una partícula es directamente
proporcional al cuadrado del diámetro de esta. Este autor se basa en la ley Stokes
para hallar la velocidad de sedimentación.
41
donde:
Vs = Velocidad de sedimentación de la partícula (cm/s)
g= aceleración de la gravedad (981 cm/s2)
=Peso específico de la partícula
= Peso específico del fluido agua
= Viscosidad cinematica del fluido (cm2/s)
El flujo se reparte uniformemente a través de la sección transversal.
El agua se desplaza con velocidad uniforme a lo largo del tanque
Toda partícula que toque el fondo antes de llegar a la salida será removida
En primer lugar, se removerán todas las partículas con igual componente de velocidad
vertical, sin importar su punto de entrada. Igualmente, se removerán todas las partículas con
velocidad de sedimentación Vs, mayor que Vo. Las partículas con Vs menor que Vo
podrán removerse dependiendo de su nivel de entrada al tanque H.
Por semejanza de triángulos, se tiene:
Siendo V= volumen del tanque y Q = caudal. La velocidad de la partícula crítica
Vc Sera:
Siendo A= área superficial = B X L.
42
Según la ecuación de Stokes
Vs=
Remplazando la velocidad de la partícula crítica en la ecuación de Stokes, se
tiene:
√
Por otra parte, la relación V/Q es llamada periodo de retención hidráulico, y
H/Vo es el tiempo que tarda la partícula crítica en ser removida, en teoría, para
remover esta partícula se debe cumplir que:
Se adopta entonces un factor de seguridad en función de:
Porcentaje de remoción de partículas con Vs<Vo, de esta forma el autor calculo el
porcentaje de remoción con base a la velocidad de sedimentación y la velocidad inicial.
44
Grado del desarenador (n)
La clasificación de la eficiencia de las pantallas deflectoras se hace a través del
grado del desarenador.
n=1 Deflectores deficientes o ausencia de ellos
n=2 Deflectores regulares
n=3 Deflectores buenos
n=5 a 8 Deflectores muy buenos
n=-> ∞ Caso teórico
Para hallar el número de Hazen el autor utiliza la siguiente igualdad para de esta
manera hallar los valores del factor
o del número de Hazen para ser
determinados por medio de la Tabla 1.
Siendo Vs = Velocidad de sedimentación efectiva
Vo = Velocidad de sedimentación teórica = Q/A
= Numero de Hazen
45
Castillo (1997)
La trayectoria de sedimentación de una partícula discreta se representa en la figura
10.
Figura 9.Trayectoria de sedimentación de una partícula discreta.
Fuente: castillo, 1997, Acueductos, p.205
donde:
H*b = a y L*b = A
siendo:
A = Área superficial o longitudinal del desarenador.
a = Área transversal de la unidad de tratamiento.
Si se tiene una velocidad horizontal de translación definida y el caudal de diseño, se
puede determinar el valor de la sección transversal del volumen útil, o sea lo que se ha
denominado a.
46
Para la velocidad de sedimentación de partículas discretas se considera la sedimentación
de una partícula discreta en un líquido en reposo. Cuando se considera un fluido en reposo,
una partícula en él está sometida a la acción de dos fuerzas:
Una flotación Ff, que, de acuerdo con el principio de Arquímedes, es igual al peso del
volumen del líquido desplazado por la partícula y la fuerza gravitacional.
Ff * *Ɐ
Fg s*g*Ɐ
En estas expresiones:
ρ = densidad del agua
ρs = densidad de la partícula
Ɐ = volumen de la partícula
g = gravedad
Una región de flujo turbulento, para grandes números de Reynolds (Re=103 a 10
4),
para este caso:
Cd=0,4 y √ ( )
Una región de transición o intermedia entre los dos extremos indicados en los casos
anteriores, en la cual el valor de Cd puede ser calculado por la ecuación
√
47
Para la determinación de la velocidad de sedimentación se propone un
procedimiento que se reduce a las siguientes ecuaciones:
* ( )
+
⁄
[ ( ) ]
⁄
[ ( ) ]
⁄
En las ecuaciones anteriores, K1 y K2 se determinan mediante las figuras 10y 11.
Figura 10 .Velocidades de asentamiento y elevación de partículas esféricas discretas en un fluido estático
de acuerdo con el peso específico relativo de la partícula, la viscosidad cinemática y la gravedad.
Fuente: tomado de “PURIFICACION DE AGUAS Y TRATAMIENTO Y REMOCION DE AGUAS
RESIDUALES” Fair Geyer y Okun
48
Figura 11. Velocidades de asentamiento y elevación de partículas esféricas discretas en aguas estática a 10°c.
Fuente: tomado de “PURIFICACION DE AGUAS Y TRATAMIENTO Y REMOCION DE AGUAS
RESIDUALES” Fair Geyer y Okun
Usualmente los desarenadores se diseñan considerando régimen laminar y con menos
frecuencia para el régimen de transición. De manera general, las partículas de arena fina se
sedimentan en el régimen laminar. A grandes rasgos, el régimen de sedimentación de
partículas de arena, de acuerdo con su tamaño, puede ser clasificado con la tabla 2.
Tabla 2.
Establecimiento del régimen de sedimentación para depósitos de arena en agua, de manera simplificada.
Fuente: castillo, 1997, Acueductos, p.218
Diámetro de
partículas mm
Régimen
<0,085 Laminar
0,085 – 1 Transición
>1,0 Turbulento
49
Según recomendaciones la relación entre la velocidad y la velocidad vertical de
asentamiento no debe ser mayor a veinte. Teniendo en cuenta que se requiere que la
partícula que ha logrado sedimentar permanezca en el fondo, la velocidad horizontal de
translación del líquido, VH no debe exceder el valor de la velocidad de arrastre de la
partícula más pequeña que se quiera sedimentar; para desarenadores de flujo horizontal, no
provistos de tapa, normalmente se toma como 1/3 de la velocidad de arrastre según el autor
castillo (1997).
Por lo tanto:
VH
Y:
Para calcular la velocidad de arrastre de una partícula a la cual se inicia el arrastre de la
partícula considerada, se puede utilizar la formula empírica de Camp y Shields, para el
sistema métrico, la cual fue empleada por el autor Castillo (1997) es:
√( )
⁄
donde:
VA= Velocidad de arrastre de la partícula en cm/s.
Ss = Gravedad relativa de la partícula
d= Diámetro de la partícula cm.
50
Romero Corcho (1993)
La Partícula crítica es aquella que tiene una velocidad de sedimentación Vsc tal que, si
se encuentra a ras con la superficie libre al pasar de la zona de entrada a la zona de
sedimentación, llegara al fondo del tanque rectangular justo cuando la masa de agua que la
transporta pasa de la zona de sedimentación a la zona de salida
Por lo tanto, todas las partículas que tengan una velocidad de sedimentación Vsi igual o
mayor que Vsc, quedan sedimentadas y llegan a la zona de lodos quedando removidas en
un 100%; en cambio las partículas con velocidad de sedimentación menor que Vsc quedan
removidas en la proporción Vsi/Vsc. Lo anterior, se demuestra de la siguiente forma.
El tiempo que requiere la partícula critica o partícula de diseño para llegar a la zona de
lodos se denomina tiempo de retención nominal td.
donde:
Q = caudal de diseño
V= Volumen de la zona de sedimentación
La distancia máxima, H, que la partícula crítica alcanza a recorrer en td es:
51
La máxima altura h sobre el fondo, a la cual puede entrar una partícula con Vsi < Vsc
para llegar a la zona de lodo es:
Figura 12. Planta de un desarenador
Fuente: Romero Corcho, 1993, Acueductos teoría y diseño, p.185
Figura 13 .Corte Longitudinal, Desarenador
Fuente: Romero Corcho, 1993, Acueductos teoría y diseño, p.185
Figura 14.Zonificación de un Desarenador
Fuente: Romero Corcho, 1993, Acueductos teoría y diseño, p.185
52
Como la concentración de partículas a la entrada es homogénea, el porcentaje de ellas
que se sedimenta es:
Se concluye que la eficiencia de un sedimentador ideal solamente depende de la relación
entre la velocidad de las partículas y la velocidad de sedimentación crítica. A esta relación
se le conoce como numero de Hazen. Se concluye además que un desarenador se dísela
para remover un tamaño de partícula mínimo y todos los tamaños superiores a este y
además una fracción de todos los tamaños inferiores al mismo.
CEPIS (2015)
La CEPIS (Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente)
propone en su manual de diseño de desarenadores:
El periodo de diseño, bajo criterios económicos y técnicos es de 8-16 años.
El número de unidades mínimas en paralelo es 2 para efectos de mantenimiento. En
caso de caudales pequeños y turbiedades bajas se podrá contar con una sola unidad
que debe contar con un canal de by-pass para efectos de mantenimiento.
El periodo de operación es de 24 horas por día.
Debe existir una transición en la unión del canal o tubería de llegada al desarenador
para asegurar la uniformidad de la velocidad en la zona de entrada.
La transición debe tener un ángulo de divergencia suave no mayor de 12° 30´.
La sedimentación de arena fina (d<0,01 cm) se efectúa en forma más eficiente en
régimen laminar con valores de número de Reynolds menores de uno (Re<1,0).
53
La sedimentación de arena gruesa se efectúa en régimen de transición con valores
de Reynolds entre 1,0 y 1000.
La sedimentación de grava se efectúa en régimen turbulento con valores de número
de Reynolds mayores de 1000.
Tabla 3.
Relación entre diámetro de las partículas y velocidad de sedimentación.
Fuente
: Guía para
el diseño
de
desarenado
res y
sedimentad
ores CEPIS (2005)
Se determina la velocidad de sedimentación de acuerdo con los criterios indicados
anteriormente en relación con los diámetros de las partículas. Como primera aproximación
utilizamos la ley de Stokes.
Material Ф Limite
de las
partículas
# de
Reynolds
Vs Régimen Ley Aplicable
Grava >1,0 >10 000 100 Turbulento
√ (
)
Newton
Arena
Gruesa
0,100
0,080
0,050
0,050
0,040
0,030
0,020
0,015
1 000
600
180
27
17
10
4
2
10,0
8,3
6,4
5,3
4,2
3,2
2,1
1,5
Transición
(
)
[
( )
⁄
]
Allen
Arena
Fina
0,010
0,008
0,006
0,005
0,004
0,003
0,002
0,001
0,8
0,5
0,2
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
0,8
0,6
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0,01
Laminar
(
)
Stokes
55
Siendo:
Vs : Velocidad de sedimentación (cm/seg)
D : Diámetro de la partícula (cm)
η : Viscosidad cinemática del agua (cm2/seg)
ρσ : Densidad de la arena
Al disminuir la temperatura aumenta la viscosidad afectando la velocidad de
sedimentación de las partículas. (Aguas frías retienen sedimentos por periodos más
largos que cursos de agua más calientes).
Para el dimensionamiento:
De tal manera que se obtiene el área superficial (As).
Determinar el área superficial de la unidad (As), que es el área superficial de la zona
de sedimentación, de acuerdo con la relación:
Siendo:
Vs: Velocidad de sedimentación (m/seg)
Q: Caudal de diseño (m3/seg)
56
Determinar las dimensiones de largo L (m), ancho B (m) y altura h (m) de manera tal
que se cumplan las relaciones o criterios mencionados anteriormente. Considerando
el espaciamiento entre la entrada y la cortina o pared de distribución de flujo.
Determinar el tiempo de retención To (horas), mediante la relación:
Determinar el número de orificios, cumpliendo con los criterios de diseño.
Siendo:
Vo : Velocidad en los orificios (m/seg)
Q : Caudal de diseño (m3/seg)
Ao : Área total de orificios (m2)
Siendo:
ao: Área de cada orificio (m2)
n: número de orificios
Se asume una eficiencia, de acuerdo con la figura 15 y se adopta un coeficiente de
seguridad.
57
Figura 15.Coeficiente de seguridad
Fuente: Tratamiento de Aguas Residuales, G. Rivas Mijares, 1978
RAS (2017)
En el caso que, se requiera el uso de un desarenador, éste debe instalarse en el primer
tramo de la aducción, lo más cerca posible a la captación de agua, de acuerdo con las
condiciones topográficas y geológicas de la zona. Preferiblemente, los desarenadores deben
ser del tipo auto limpiante. Los desarenadores deben contener canales o pasos directos para
su operación mientras se efectúa el mantenimiento.
Para el caso de los niveles de complejidad del sistema bajo y medio, cuando se haga uso
de estructuras de desarenación, estas pueden estar compuestas por un solo desarenador,
acompañado de un canal o estructura para el paso directo del agua mientras se ejecutan
labores de operación y mantenimiento en la estructura de desarenación. En el caso de
desarenadores diseñados con tolvas para efectos de auto limpieza, este canal podría evitarse
ya que no es necesario parar su operación, sin embargo, se debe construir para cuando
sucedan problemas estructurales en el desarenador lo cual impediría su funcionamiento.
La velocidad de asentamiento vertical de una partícula sedimentable se calcula como
función de la temperatura del agua y el peso específico de dicha partícula. Para el caso
58
particular de desarenadores, el peso específico de las partículas de arenas que serán
removidas por el desarenador se puede suponer igual que 2,65 gr/cm3.
Una vez establecidas las temperaturas del agua, el peso específico de la partícula y su
diámetro, la velocidad de asentamiento se calcula de acuerdo con ecuación de Stokes
mostrada a continuación:
( )
donde:
= Velocidad de sedimentación (m/s).
= Densidad de la partícula de arena (kg/m3).
= Densidad del agua (kg/m3).
d = Diámetro de la partícula de arena (m).
g = Aceleración de la gravedad (m/s2).
= Viscosidad cinemática del agua (m2/s).
La ecuación de Stokes es válida siempre y cuando el número de Reynolds de la partícula
sea inferior o igual a 1,0. El número de Reynolds de la partícula se calcula de acuerdo con
la siguiente ecuación:
.
59
donde:
Re = Número de Reynolds de la partícula (adimensional).
= Velocidad de sedimentación (m/s).
d = Diámetro de la partícula (m).
= Viscosidad cinemática del agua (m2/s).
En caso de que el número de Reynolds no cumpla la condición para la aplicación de la
Ley de Stokes (Re<1), se debe realizar un reajuste al valor de la velocidad de asentamiento
considerando la sedimentación de la partícula en régimen de transición (1<Re<104).
Para este fin, se determina el coeficiente de arrastre CD, la cual sólo puede ser resuelta
por iteración para la velocidad de asentamiento calculada, hasta que la velocidad de
asentamiento converja:
√
La velocidad de sedimentación de la partícula en la zona de transición se calcula
mediante la ecuación
√
( )
Una vez establecida la velocidad de asentamiento vertical de la partícula, la relación
entre la velocidad horizontal de flujo en el desarenador y dicha velocidad de asentamiento
debe ser inferior a 20. Adicionalmente, la velocidad máxima horizontal de 0,25 m/s.
60
El diseño debe asegurar que todas las partículas sedimentables con diámetros superiores
o iguales que 0,15 mm sean removidas por el desarenador. La eficiencia de este no puede
ser inferior al 80%.
Adicionalmente, se deben seguir las siguientes recomendaciones en el diseño del
desarenador:
1. El largo debe ser como mínimo 4 veces el ancho.
2. El tiempo de retención de las partículas muy finas no debe ser menor de 20 minutos.
3. La velocidad del flujo debe ser menor que 1/3 la velocidad crítica.
4. La carga superficial máxima será de 1000 m³/m²/día del área horizontal.
5. Se recomienda que la relación entre la longitud útil del desarenador y la profundidad
efectiva para almacenamiento de arena sea 10 a 1.
Muñoz (1997)
Esta metodología se propone por el autor para el diseño de un desarenador
convencional para una PCH (Pequeña central hidroeléctrica), un factor determinante en
la eficiencia de un proyecto de PCH. Las bocatomas Nozaki 2 y 3, después de la
compuerta de captación se puede proyectar un desarenador con compuerta de limpieza
dirigida al cauce del río para culminar empalmando con el canal de aducción.
La figura 16 representa un desarenador convencional utilizado para PCH, la
estructura consta de una compuerta que facilita su auto limpieza en dirección hacia el
cauce natural.
61
Diseño hidráulico: la primera etapa de cálculo para dimensionar un desarenador
consiste en determinar la longitud requerida. La longitud del desarenador y el tiempo de
sedimentación de las partículas. Para determinar la longitud del desarenador, se puede
utilizar la siguiente ecuación:
donde:
L= longitud del desarenador, en mts.
V= velocidad del agua, en m/seg.
H= profundidad del desarenador, en mts.
T= Tiempo de sedimentación, en segundos.
C= coeficiente de seguridad.
Figura 16.Desarenador convencional para PCH
Fuente:Muñoz 1997 ,Hernán Materón,p107
62
Figura 17.Diámetro del grano y tiempos de sedimentación en un desarenador
Fuente:Muñoz 1997 ,Hernán Materón,p108
En las PCH, para dimensionar un desarenador, se pueden observar las siguientes pautas:
La velocidad del agua debe ser inferior 0,3 m/s.
El diámetro máximo del grano, entre 0,15 a 0,30 mm.
La capacidad de desarenación, entre 1,5 a 2,0 veces la capacidad teórica.
Los tiempos de sedimentación de los diferentes granos de arenas se pueden estimar
con base en la figura 18.
63
Figura 18. Dimensiones finales del desarenador
Fuente:Muñoz 1997 ,obras hidraulicas rurales,p109
Para diámetros superiores, se observa que la longitud del desarenador disminuye
manteniendo constante los demás parámetros. También se observa que la utilización de un
coeficiente de seguridad alto con lleva a elevar los costos de construcción; en todos los
casos el determinante para seleccionar el diámetro de la partícula a desarenar está ligado a
la eficiencia del proyecto y, por otra parte, al presupuesto e importancia de la obra.
Crites & Tchobanoglous (2000)
El autor emplea una metodología con base a la remoción de arenas en la cual emplea
unas consideraciones de diseño en la cual el diseño de desarenadores se basa por lo general
en la remoción de partículas con gravedad especifica de 2,65 y una temperatura del agua
residual de 15,5°C (60°F). A continuación, se realiza una descripción de las
consideraciones de diseño usadas para las diferentes clases de desarenadores. En la tabla 4
se presentan datos usuales para el diseño de desarenadores de flujo horizontal
64
Tabla 4..
Información usual para el diseño de desarenadores de flujo horizontal
Fuente: Crites & Tchobanoglous (2000). Tratamiento de aguas residuales en pequeñas poblaciones, pag292.
El desarenador más antiguo es el de flujo horizontal de tipo canal con velocidad
controlada. Este desarenador opera en la práctica a velocidades cercanas a 1,0 pies/s (0,3
m/s), proporcionando tiempo suficiente para que las partículas de arena sedimenten en el
fondo del canal. Bajo condiciones ideales, la velocidad de diseño debe permitir la
sedimentación de las partículas más pesadas, mientras que las partículas orgánicas pasan a
través del sedimentador. La velocidad de flujo se controla con las dimensiones del canal y
el uso de vertederos con secciones especiales para el efluente.
Mijares (1961)
Esta metodología implementa una sedimentación aplicada a todo solido más pesado que
el agua tiende a precipitarse al fondo del recipiente que lo contenga tan pronto las
velocidades horizontales del líquido disminuyan hasta ciertos límites. Se establece un
descenso que depende, naturalmente, de la gravedad específica del material sólido, del
tamaño y forma de las partículas y de la gravedad específica y viscosidad del líquido que lo
contiene.
Valor
Parámetro Unidad Intervalo Valor
usual
Tiempo de retención s 45-90 60
Velocidad horizontal Pie/s 0,8-1,3 1,0
Velocidad de sedimentación para remover:
Material malla 50 (0,30mm)
Material malla 100 (0,15mm)
Pie/min
Pie/min
9,2-10,2
2,0-3,0
9,6
2,5
Perdidas de carga en la sección de control como porcentaje de la profundidad del
canal
% 30-40 36
Longitud adicional por aumento en turbulencia a la entrada y salida % 25-50 30
65
Se ha estudiado el descenso en aguas tranquilas, a 10°C y la rata de asentamiento,
expresada en milímetros por segundo, que se denomina asentamiento hidráulico.
La velocidad de precipitación v, en mm/seg, puede ser calculada por la fórmula:
( )
donde:
s: es la gravedad especifica de la partícula
s: la gravedad especifica del líquido
d: el diámetro de la partícula en milímetros
t: la temperatura del líquido en grados Fahrenheit.
Por otra parte, como el volumen de una partícula, aproximadamente de forma esférica,
varia con el cubo de su diámetro, y su superficie con el cuadrado de su diámetro, se deduce
que una partícula, mientras más pequeña sea, tiene mayor área superficial por unidad de
peso y presenta, en consecuencia, mayor dificultad para descender en el líquido.
Hazen mostró que la Ley de Stokes no se aplica a partículas mayores de 0,10 mm de
diámetro y que ellas presentan un asentamiento hidráulico cuyo valor vario con la primera
potencia del diámetro, a diferencia de la formula anterior, arriba mostrada; así, pues, se
escribirá (para partículas entre 0,1 y 1 mm de diámetro):
( ) (
)
66
Se muestra la tabla 5, que los valores de los asentamientos hidráulicos que varían de
acuerdo con la granulometría de las partículas y peso específico de las partículas arenosas
que se encuentran muchas veces suspendidas en las aguas de cursos superficiales.
Esos valores de asentamiento no pueden ser obtenidos realmente en la práctica, ya que
en un tanque cualquiera circula el agua a una cierta velocidad horizontal (relación del gasto
que pasa por el tanque dividido entre su área transversal) cuando existe un gasto a través de
él. La acción del viento perturba la superficie del agua; la temperatura varía con la
profundidad del agua y se establecen corrientes verticales.
Además, los aditamentos de entrada y salida no pueden producir un desplazamiento
100% uniforme. Uno de los puntos más importantes en este diseño es el de mantener una
velocidad horizontal muy baja, para que no influya apreciablemente en el asentamiento
vertical de las partículas.
Hazen estudió para varios tipos de tanques de sedimentación la relación entre periodos
de retención y los porcentajes de cualquier tamaño de partículas que se desee remover.
Estos valores pueden seleccionarse de la figura 19.
67
Tabla 5.
Para temperatura de 10°C
Fuente: (Mijares 1961), Abastecimientos de aguas y alcantarillados, pag132
Figura 19. Porcentaje de remoción vs. Valores de a/t.
Fuente: (Mijares 1961), abasteciemientos de aguas y alcantarillados,p132.
Tipo de tanque Línea del grafico
70
50%
rem.
75%
rem.
7/8
rem.
Teórico máximo (no se puede obtener). A 0,5 0,75 0,875
Desnatador superficial (sistema Rockner-Roth). B 0,54 0,98 1,37
Tanque intermitente, en tiempo de servicio
solamente.
C 0,63 1,26 1,89
Tanque flujo continuo, limite teórico. D 0,69 1,38 2,08
Aproximado al límite teórico. 16 0,71 1,45 2,23
Muy bien acondicionado, con pantallas. 8 0,73 1,52 2,37
Bien acondicionado, con pantallas 4 0,76 1,66 2,75
2 tanques en serie 2 0,82 2,00 3,70
1 tanque largo, bien controlado 1 1/2 0,9 2,34 4,5
Tanque intermitente medio tiempo en servicio E 1,26 2,5 3,8
1 tanque continuo 1 1,00 3,00 7,00
68
Los tipos de tanques que corresponden a cada una de las denominaciones de la figura 20
están dados en la tabla 6.
Tabla 6.
Tipos de tanques
Valores a/t
Tipo de tanque Línea del grafico
(figura 19)
70
50% rem. 75% rem. 7/8 rem.
Teórico máximo (no se puede obtener). A 0,50 0,75 0,875
Desnatador superficial (sistema Rockner-Roth). B 0,54 0,98 1,37
Tanque intermitente, en tiempo de servicio solamente. C 0,63 1,26 1,89
Tanque flujo continuo, limite teórico. D 0,69 1,38 2,08
Aproximado al límite teórico. 16 0,71 1,45 2,23
Muy bien acondicionado, con pantallas. 8 0,73 1,52 2,37
Bien acondicionado, con pantallas 4 0,76 1,66 2,75
2 tanques en serie
2 0,82 2,00 3,70
1 tanque largo, bien controlado 1 1/2 0,90 2,34 4,50
Tanque intermitente medio tiempo en servicio E 1,26 2,50 3,80
1 tanque continuo 1 1,00 3,00 7,00
Fuente: Mijares (1961), abastecimientos de aguas y alcantarillados, pag133
Donde:
a: Periodo de retención
t: tiempo requerido por una partícula en caer desde la superficie del agua al
fondo del tanque.
Para nuestro caso, con desarenadores trabajando continuamente, el periodo de
retención está dado por:
69
Rojas (2004)
Según el autor los desarenadores de flujo horizontal, para aguas residuales, se diseñan
para una velocidad horizontal de flujo aproximadamente igual a 30 cm/s. dicha velocidad
permite el transporte de la mayor parte de partículas orgánicas del agua residual a través de
la cámara y tiende a resuspender el material orgánico sedimentado, pero permitiendo el
asentamiento del material pesado inorgánico.
En los diseños iniciales, con el objeto de controlar la velocidad para caudales variables,
se utilizaban plantas hasta con doce canales desarenadores angostos, los cuales se sacaban o
ponían en servicio para controlar la velocidad a medida que el flujo variaba.
Para el diseño se recomienda conocer los caudales extremos de operación con el fin de
garantizar remoción del material inorgánico para todas las condiciones de flujo.
Generalmente los desarenadores para aguas residuales se diseñan para remover todas las
partículas de diámetro mayor de 0,21 mm, aunque también se diseñan para remover
partículas de 0,15 mm.
Teniendo como supuesto de diseño arena de densidad relativa 2,65, la velocidad de
asentamiento para partículas 0,21 mm de diámetro se supone igual a 1,15 m/minuto y para
partículas de 0,15 mm de diámetro una velocidad de asentamiento de 0,75 m/minuto.
Para arena u otros materiales de densidad relativa menor a 2,65, se deben considerar
velocidades menores de asentamiento.
La longitud del canal desarenador estará determinada por la profundidad requerida por la
velocidad de asentamiento y por la sección de control. El área de la sección transversal del
canal estará definida por el caudal y por el número de unidades o canales. Se debe proveer
70
una longitud adicional a la teórica para compensar los efectos de turbulencia a la entrada y
a la salida.
Se recomienda una longitud mínima adicional igual a dos veces la profundidad máxima
de flujo y una longitud máxima adicional de flujo del 50% de la longitud teórica. El tiempo
típico de retención es aproximadamente un minuto.
La cantidad de arena varía mucho de una a otra localidad. Depende, entre otros factores,
de las características del área de drenaje, de las condiciones y tipo de alcantarillado, de la
frecuencia de lavado de las calles, del tipo de residuos industriales, del número de
desmenuzadores de basura servidos, de la población servida y de la proximidad de playas,
balnearios y canteras o zonas de explotación de materiales de construcción.
Steel (1972)
Un desarenador debe eliminar la gravilla y arena, y tan solo una mínima proporción de
los sólidos orgánicos en suspensión. La experiencia ha demostrado que la eliminación de
todas las partículas de arena de 0,2 mm o más evitara las dificultades de la planta de
tratamiento.
A 10°C las partículas de este tamaño sedimentan a 20,6 mm por segundo. Si la
temperatura de las aguas residuales es de 21°C, dichas partículas sedimentaran a 27,4 mm
por segundo. El tiempo de retención en el desarenador deber ser lo suficiente largo para
permitir que una partícula de este tamaño sedimente desde la superficie hasta el fondo. Las
velocidades horizontales medias, normales en los desarenadores de tipo convencional, son
de 22,5 a 30 cm por segundo, las cuales permiten tiempos de retención que evitan la
excesiva sedimentación de materia orgánica. Si se adopta una velocidad de 22,5 cm/seg, se
precisará una longitud de cámara de alrededor de 9cm, por cada centímetro que la partícula
71
de 0,2 mm de tamaño, indica que el movimiento de las partículas se producirá a
velocidades de 30 cm por segundo, pero no a 22,5 cm por seg.
La construcción se complica debido a la presencia de otros factores. Es preciso evitar en
lo posible los remolinos y otras perturbaciones, lo que se consigue dando forma curva a los
lados del canal para evitar los cambios bruscos de la dirección de la corriente.
Las variaciones del caudal de los líquidos residuales darían lugar a modificación de su
velocidad en la cámara, lo que se evita construyendo dos o tres cámaras en paralelo y
colocando en servicio las necesarias según el caudal de las aguas residuales.
Este tipo se ilustra en la figura 20. Las cámaras deben estar provistas de elementos para
almacenar las arenas, en cantidad que dependerá de las que contenga el líquido que ha de
tratarse y del intervalo entre limpiezas. La cantidad de arena que ha de eliminarse varía
mucho de una instalación a otra y, aun en una dada, con el tiempo.
Para los cálculos se considera ordinariamente que la cantidad de arena que ha de
eliminarse es de 0,015 a 0,006 litros/m3, y el espacio para almacenamiento que se reserva
en el fondo del tanque se adopta de manera que los intervalos de limpieza sean, como
promedio, de unas dos semanas.
Figura 20. Sección transversal de dos desarenadores, con avenamiento.
Fuente: Steel (1972), abastecimiento de agua y alcantarillado, pag 513
72
Los desarenadores se construyen actualmente con vertederos de control o aliviaderos de
otras formas, en el extremo de salida, para mantener la velocidad aproximadamente
constante al variar los caudales.
El vertedero de caudal proporcional de Rettger tiene una forma tal que el caudal a través
de este es directamente proporcional a la altura sobre su cresta. Si esta altura es también la
profundidad de la cámara de desarenado, o desarenador, el caudal será también
proporcional a dicha altura, la velocidad media será uniforme. La fórmula para este tipo de
vertedero es:
En la que Q es el caudal en litros por segundo, h es la altura sobre el vertedero en dm y b
es la constante del vertedero. Dicha constante es l √h, en donde l es la longitud del
vertedero en dm para cualquier h la formula puede escribirse, por tanto.
√
La fórmula se emplea presuponiendo el máximo caudal de agua residual para el
desarenador y la correspondiente altura sobre el vertedero.
A partir de esto puede calcularse √ , y de este modo se puede conocer b y la longitud
del vertedero. A partir de este valor de b pueden calcularse las longitudes para otros valores
de h, juntamente con los valores de Q.
Si se supone que la cresta del vertedero se halla en el fondo de la cámara de desarenado,
la h correspondiente al máximo caudal será la profundidad, y el ancho puede ser tal que la
velocidad resulte ser la deseada, por ejemplo 22,5 cm/seg.
73
Si se da una mayor profundidad para permitir la recogida de la arena, se verá afectada la
velocidad en el desarenador.
La eliminación mecánica continua resolverá esta dificultad. Para llegar a conocer las
dimensiones del vertedero, el área correspondiente a las largas superficies
aproximadamente triangulares se transforma en un rectángulo equivalente debajo de la
cresta teórica. La longitud del desarenador deber ser suficiente para permitir la
sedimentación de las partículas de arena más pequeñas que se desee eliminar. El vertedero
proporcional es de caída libre y por lo tanto requiere considerable altura.
Muñoz A. H (2015)
La función de un desarenador según el autor es separar los elementos pesados en
suspensión (arenas, arcillas, limos), que lleva el agua residual y que perjudican el
tratamiento posterior, generando sobrecargas en fangos, depósitos en las conducciones
hidráulicas, tuberías y canales, abrasión en rodetes de bomba y equipos, y disminuyendo la
capacidad hidráulica.
La retirada de estos solidos se realiza en depósitos, donde se remansa el agua, se reduce
la velocidad del agua, aumentando la sección de paso.
Las partículas en sucesión debido al mayor peso se depositan en el fondo del depósito
denominado desarenador. Esta retención se podría hacer en los tanques de decantación,
pero la mezcla de arenas y lodos complicaría los procesos siguientes del tratamiento de
lodos. Los desarenadores se clasifican así:
74
Desarenadores de flujo horizontal
Desarenadores de flujo vertical
Desarenadores de flujo inducido
El tipo más corriente es el desarenador de flujo horizontal, constituido por un
ensanchamiento en la sección del canal pretratamiento, de forma que se reduzca la
velocidad de la corriente a valores inferiores a los 20-30 cm/s.
La eficacia del desarenador depende fundamentalmente de su superficie horizontal y de
la velocidad de caída de las partículas en suspensión. La profundidad, sección transversal y
velocidad horizontal de circulación tienen importancia secundaria
El principal inconveniente de este tipo de desarenador, de flujo horizontal reside en el
hecho de que la velocidad horizontal de circulación “v”, y el calado de la lámina de agua, al
ser función del caudal afluente, sufren continuas variaciones en el tiempo. Los distintos
sistemas de vertedero proporcional ideados para la regulación de velocidad no han
conseguido obviar todos los problemas surgidos.
Para calcular la velocidad critica cualesquiera que sean del tipo y los parámetros de
dimensionamiento adoptados para el desarenador, la velocidad de flujo de corriente debe
ser inferior a aquella para la cual se inicia el arrastre de la arena retenida.
La expresión analítica de esta velocidad, denominada velocidad crítica “Vc” ha sido
calculada por Bloodgood.
√ ( )
75
donde
Vc= Velocidad critica en m/s
s= Peso específico de la partícula en Kg/dm3
d= diámetro de la particular en m
Dos técnicas son la base de los procedimientos utilizados en la separación de arenas: La
separación natural por decantación en canales o depósitos apropiados, y la separación
dinámica con procesos utilizando inyección de aire o efectos de separación centrifuga, en la
figura 21 se representa un desarenador de flujo horizontal.
Figura 21.Desarenador de flujo horizontal
Fuente: Muñoz A. H (2015), depuración de aguas residuales, pág.. 344
La teoría aplicable a la sedimentación de partículas discretas, incluyendo bajo esta
denominación aquellas caracterizadas por unas dimensiones definidas, así como volumen y
densidad fija.
En la situación señalada de equilibrio entre ambas fuerzas se tiene F=R. Siendo:
F= fuerza gravitatoria
R= fuerza de rozamiento generada por el desplazamiento de la partícula.
( )
76
donde:
ρd = densidad de la partícula
ρ = densidad del liquido
g = aceleración de la gravedad
V = Volumen de la partícula
Cd = Coeficiente de rozamiento
Ap = Superficie de la partícula en un plano perpendicular a la dirección de
desplazamiento de la partícula
v = Velocidad de caída de la partícula
De la igualdad de las dos fuerzas, se obtiene la expresión de la velocidad de caída de la
partícula, dada por:
(
)
Para partículas esféricas, la expresión puede reducirse a:
(
)
Siendo “d” el diámetro de la partícula.
El coeficiente de rozamiento depende del régimen de corriente del líquido en el que se
desplaza la partícula. Para definir este régimen se emplea el número de Reynolds.
77
donde:
R= radio hidráulico
μ= Viscosidad cinemática del liquido
La relación entre el coeficiente de rozamiento y el número de Reynolds para partículas
esféricas viene dada por la figura 22.
Figura 22. Número de reynolds y coeficiente de rozamiento.
Fuente: Muñoz A. H (2015) depuración de aguas residuales, pág. 351
Pueden distinguirse tres zonas, según el número de Reynolds, Entre:
√
78
La sedimentación de partículas discretas se corresponde con el régimen laminar,
adoptándose el valor CD= 24 /Re, y sustituyendo en la expresión de velocidad de caída se
llega a:
(
)
Debe observarse que en la velocidad de caída intervienen dos parámetros fundamentales,
la dimensión de las partículas y la temperatura del agua.
En régimen turbulento la velocidad de caída viene dada por la expresión de Newton para
Re>2x103.
(
)
La velocidad de sedimentación de partículas esféricas en función del diámetro de la
velocidad y de la densidad específica, queda reflejada en la figura 23.
Figura 23. Velocidad de sedimentación de partículas esféricas.
Fuente: Muñoz A. H (2015), depuración de aguas residuales, pag 353
79
Según la teoría anterior para el cálculo de un desarenador longitudinal, la caída de
partículas esféricas de arena (ρd= 2,65 g/cm3), en agua pura para 0,5 < Re < 10 4, vendrían
dadas, para temperaturas de 10° y 20° C, En la tabla 7.
Tabla 7..
Velocidad de caída de partículas esféricas
Velocidad de caída de partículas esféricas en cm/seg
Diámetro en mm Agua de río Agua de mar
10°C 20°C 10°C 20°C
2,00 28,15 29,20 27,46 28,42
1,50 22,80 23,90 22,20 23,18
1,00 16,40 17,50 15,86 16,82
0,80 13,40 14,60 12,81 13,81
0,60 9,75 10,95 9,47 10,48
0,50 8,05 9,00 7,65 8,59
0,40 6,20 7,00 5,75 6,62
0,30 4,05 5,00 3,73 4,52
0,25 3,10 3,75 2,80 3,45
0,20 2,21 2,65 2,02 2,45
0,18 1,85 2,17 1,68 2,05
0,16 1,51 1,76 1,38 1,68
0,14 1,20 1,43 1,09 1,35
0,12 1,00 1,10 0,82 1,02
0,10 0,67 0,80 0,60 0,75
0,08 0,44 0,58 0,39 0,51
0,06 0,25 0,32 0,22 0,29
0,05 0,18 0,23 0,15 0,20
0,04 0,11 0,14 0,098 0,128
0,02 0,028 0,036 0,025 0,033
0,01 0,007 0,009 0,006 0,008
Fuente: Muñoz A. H (2015), depuracion de aguas residuales, pag 355
Si existe una circulación horizontal, la longitud del desarenador puede definirse según la
figura 24. Esta longitud es la teórica, pero, en la partícula, por fenómeno de turbulencia, a
falta de constancia de la velocidad, la longitud deberá ser mayor.
80
Vh = velocidad horizontal
Vs= velocidad de caída de la partícula
Por otro lado, existen partículas con velocidad de caída V inferior a Vs que sedimentaran
parcialmente.
Figura 24. Croquis de velocidades
Fuente: Muñoz A. H (2015), depuración de aguas residuales, pág. 356
Todas las partículas que tengan una velocidad de sedimentación superior a Vs quedaran
completamente eliminadas. Aquellas cuya velocidad Vs1 sea inferior a Vs se eliminarán en
la relación Vs1/ Vs.
Figura 25. Croquis de velocidades
Fuente: Muñoz A. H (2015), depuración de aguas residuales, pág. 356
Cuando la suspensión contenga toda una gama de dimensiones, el total eliminado vendrá
dado por la fórmula:
81
( )
∫
En la que Co es la fracción de partículas que tienen una velocidad de sedimentación
igual o inferior a Vs.
Para definir las condiciones del desarenador se contempla aquí la teoría de HAZEN que,
para distintos rendimientos y distintos tiempos, deduce los porcentajes de partículas
sedimentadas.
Figura 26. Curvas de Hazen
Fuente: Muñoz A. H (2015), depuración de aguas residuales, pág. 357
En las curvas de Hazen:
to = tiempo de sedimentación de las partículas en aguas en reposo.
to = h/Vs = tiempo preciso por una determinada partícula con velocidad de
sedimentación Vs para sedimentar desde una altura h del tanque.
82
t= tiempo preciso para atravesar el tanque de desarenado por una partícula dada con una
probabilidad de sedimentar y/yo.
t= tiempo de retención de una partícula en el tanque, o sea:
t= Volumen del tanque / caudal
t/to = tasa de tratamiento.
y= cantidad de partículas de velocidad Vs sedimentadas.
yo= cantidad de partículas de velocidad Vs entrante en el tanque
y/yo = porción de partículas sedimentadas (%)
yo-y= cantidad de partículas de velocidad Vs que permanecen en suspensión en un
tiempo t.
El valor de “n” a considerar entre 1 y 8 dependerá de:
Angulo de divergencia del canal de llegada
Cuidado de los deflectores para el canal de entrada
Influencia de las turbulencias generadas por viento o temperatura en el tanque.
MgGhee & Lafayette (2001)
Para el autor, los sólidos suspendidos en aguas residuales municipales están constituida
por materiales orgánicos inertes tales como arena, fragmentos de metal, cascaras, etc. Esta
arena no es benéfica para el tratamiento secundario o técnicas de procesamiento de lodos.
Puede bloquear conductos y promover desgaste excesivo del equipo mecánico.
83
Los dispositivos para remoción de arena dependen de la diferencia de la densidad
especifica entre solidos orgánicos e inorgánicos para efectuar su separación. Se supone que
todas las partículas sedimentan de acuerdo con la Ley de Newton.
( ( )
)
( ( )
)
Para asegurar la remoción de arena, mientras se permite que la materia orgánica que
pueda sedimentar sea re suspendida por arrastre, la velocidad horizontal debe ser cercana,
pero no inferior, a la velocidad de arrastre de la arena.
La velocidad horizontal, como se planteó antes, es muy importante para el
funcionamiento apropiado para los desarenadores por gravedad. La velocidad puede
mantenerse constante, sin tener en cuenta el caudal, por combinación apropiada de la
sección transversal del tanque y los dispositivos de control. Para una velocidad constante, la
sección transversal del tanque debe estar proporcionada de tal forma que:
∫
En el control, en general
Al igualar
∫
84
La cual, cuando se diferencia, produce:
Así la condición de velocidad constante se mantiene, suministrando al ancho del tanque
que para que varié de manera que yn-1
=kx, donde n es el coeficiente de descarga de la
sección de control.
Los tiempos de retención son usualmente menores de 3 minutos con flujos de aire en el
orden de 0,3 a 0,5 m3/min por metro de longitud del tanque. La profundidad es de 70 a
100% el ancho y varía de 3 a 5 m. La relación de longitud a ancho debe ser al menos 2,5:1.
Las pérdidas de cabeza a través de desarenadores son insignificantes.
Calf & Eddy Inc (1995)
La misión de los desarenadores es separar arenas, termino de engloba a las arenas
propiamente dichas y a la grava , cenizas y cualquier otra materia pesada que tenga
velocidad de sedimentación o peso específico superiores a los de los sólidos orgánicos
putrescibles del agua residual, Los desarenadores deberán proteger los equipos de
mecánicos móviles de la abrasión y degaste anormales; reducir la formación de depósitos
pesados en las tuberías, canales y conductos, y la frecuencia de limpieza de los digestores
que hay que realizar como resultado de excesivas acumulaciones de arena en tales
unidades.
85
La eliminación de la arena es esencial antes de las centrifugas, de los intercambiadores
de calor y de las bombas de diafragma de alta presión. Por el contrario, en aquellos casos en
que el fango no diferido vaya a ser secado con filtros de vacíos o bien se incinere, la
utilización de desarenadores de menor eficacia ha dado resultados satisfactorios.
Existen dos tipos generales de desarenadores: de flujo horizontal y aireado. En el
primero de ellos, el flujo atraviesa el desarenador en dirección horizontal, controlándose la
velocidad rectilínea del flujo mediante la propia geometría de la instalación o el uso de
secciones de control provistas de vertederos especiales situados en el extremo de aguas
abajo del tanque.
Desarenadores de flujo horizontal. Hasta hace poco tiempo la mayoría de los
desarenadores eran de flujo horizontal con control de velocidad. Estos tanques se
proyectaban para mantener una velocidad tan próxima como fuese posible a 0,3 m/s, ya que
tal velocidad arrastra la mayoría de las partículas orgánicas a través del tanque y tiende a
suspender de nuevo a las que se hayan depositado, pero permite que la arena, que es más
pesada, se sedimente.
El diseño de los desarenadores de flujo horizontal deberá ser tal que, bajo las
condiciones más adversas, la partícula más ligera de arena alcance el fondo del canal antes
de su extremo de salida. Normalmente los desarenadores se proyectan para eliminar todas
las partículas de arena queden retenidas en un tamiz de malla 65(diámetro de 0,21 mm)
aunque muchos desarenadores hayan sido diseñados para eliminar partículas de arena re
retenidas en un tamiz de malla 100 (diámetro 0,15 mm).
86
La longitud del canal estará regida por la profundidad que requiere la velocidad de
sedimentación y la sección de control, y el área de la sección trasversal lo será por el caudal
y el número de canales. Deberá preverse cierta longitud adicional para tener en cuenta la
turbulencia que se produce en la entrada y en la salida. En la tabla 10 se presentan los datos
de proyecto representativos para desarenadores de flujo horizontal.
Tabla 8.
. Datos de proyecto representativos para desarenadores de flujo horizontal
Característica Valor
Intervalo Típico
Tiempo de detención, s 45-90 60
Velocidad horizontal, m/s 0,25-0,4 0,3
Velocidad de sedimentación para la eliminación
de:
Malla 65, m/mina
Malla 100, m/mina
1,0-1,3
0,6-0,9
1,15
0,75
Perdida de carga en la sección de control como
porcentaje de la profundidad del canal, %
30-40
36b
Incremento por turbulencia en la entrada y salida 2D e m – 0,5 L
d
Fuente: (Calf & Eddy Inc. , 1995), tratamiento, evacuación y reutilización de aguas residuales, pág. 354.
TchoBanoglous (2000)
Para la remoción de arenas se debe tener en cuenta el término para referirse a las arenas
propiamente dichas, a las gravas, cenizas y cualquier otro material pesado cuya velocidad
de sedimentación o peso específico sea considerablemente mayor al de los sólidos
orgánicos susceptibles a la descomposición presentes en el agua residual.
87
Las arenas se remueven de las aguas residuales para:1) proteger los equipos mecánicos
de la abrasión y del excesivo desgaste, 2) reducir la formación de depósitos de solido
pesados en unidades conductos aguas abajo, y 3) reducir la frecuencia de limpieza de los
digestores por causa de acumulación excesiva de arenas.
El diseño de desarenadores se basa por lo general en la remoción de partículas con
gravedad especifica de 2,65 y una temperatura del agua residual de 15,5 °C (60°F). A
continuación, se realiza una descripción de las consideraciones de diseño usadas para las
diferentes clases de desarenadores. En la tabla 9 se presentan datos usuales para el diseño
de desarenadores de flujo horizontal.
Tabla 9..
Datos usuales para el diseño de desarenadores de flujo horizontal
Fuente: TchoBanoglous (2000), sistemas de manejo de aguas residuales, pág. 292.
El desarenador más antiguo es el flujo horizontal de tipo canal con velocidad controlada.
Este desarenador opera en la práctica a velocidades cercanas a 1,0 pies/s (0,3 m/s),
proporcionado tiempo suficiente para que las partículas de arena sedimenten en el fondo del
Valor
Parámetro Unidad Intervalo Valor usual
Tiempo de retención s 45-90 60
Velocidad horizontal Pie/s 0,8-1,3 1,0
Velocidad de sedimentación
para remover:
Material malla 50 (0,30mm)
Material malla 100
(0,15mm)
Pie/min
Pie/min
9,2-10,2
2,0-3,0
9,6
2,5
Perdidas de carga en la
sección de control como
porcentaje de la profundidad
del canal
% 30-40 36
Longitud adicional por
aumento en turbulencia a la
entrada y salida
% 25-50 30
88
canal. Bajo condiciones ideales, la velocidad de diseño debe permitir la sedimentación de
las partículas más pesadas, mientras que las partículas orgánicas pasan a través del
sedimentador. La velocidad de flujo se controla con las dimensiones del canal y el uso de
vertederos con secciones especiales para el efluente.
La extracción de arenas sedimentadas en los desarenadores de flujo horizontal se realiza
mediante un mecanismo transportador dotado de raspados o cangilones. La elevación de las
arenas para su posterior lavado y disposición se realiza mediante tornillos o elevadores de
cangilones.
En plantas pequeñas es común la limpieza manual de los desarenadores.
En los desarenadores de flujo horizontal, el agua a tratar pasa a través de la cámara en
dirección horizontal y la velocidad lineal del flujo se controla con alas dimensiones del
canal, ubicado compuertas especiales a la entrada para lograr una mejor distribución del
flujo o utilizando vertederos de salida con secciones especiales.
López (2007)
Las aguas negras contienen, por lo general, cantidades relativamente grandes de solidos
orgánicos como arena, cenizas y grava, a los que generalmente se les llama arena. La
cantidad es muy variable y depende de muchos factores; pero principalmente de si el
alcantarillado colector es del tipo sanitario o combinado.
Las arenas pueden dañar a las bombas por abrasión y causar serias dificultades
operatorias en los tanques de sedimentación y en la digestión de los lodos por acumularse
alrededor de las salidas causando obstrucciones.
90
Estas se localizan antes de las bombas o de los desmenuzadores y, si su limpieza se lleva
a cabo mecánicamente como se describe después, deben ser percibidas por cribas de barras
y rastrillos gruesos. Los desarenadores se diseñan generalmente en forma de grandes
canales.
En estos canales la velocidad disminuye lo suficiente para que se depositen los sólidos
inorgánicos pesados manteniéndose en suspensión el material orgánico. Los desarenadores
de canal deben diseñarse de manera que la velocidad se pueda controlar para que se acerque
lo más posible a 30 cm, por segundo. El tiempo de retención debe basarse en el tamaño de
las partículas que deben separarse y generalmente varias de 20 segundos a un minuto.
La limpieza de los desarenadores se diseña para ser limpiados a mano o mecánicamente.
Cuando se limpian manualmente, se provee generalmente espacio para el almacenamiento
de las arenas depositadas. Los desarenadores para plantas de tratamiento de desechos
provenientes de alcantarillado combinado deben tener al menos dos unidades que se
limpien manualmente o una unidad de limpieza manual con derivación auxiliar. También
son aceptables los desarenadores que no sean de canal, siempre que estén provistos de
controles adecuados y adaptables para agitar y/o que tengan dispositivos para el suministro
de aire, además de equipo para eliminar las arenas.
La cantidad de arenas depende del tipo de sistemas de alcantarillado tributario, del
estado de sus líneas y de otros factores. Las aguas negras estrictamente domesticas que se
colectan en alcantarillas bien construidas contendrán muy pocas arenas, mientras a que las
aguas negras combinadas arrastrarán grandes volúmenes de arena alcanzando su máximo
en épocas de fuertes temporales. Por regla general puede esperarse un volumen de arenas
de 7 a 30 litros por cada 1000m2 (1,0-4,0 cu.ft. por millón de galones).
91
La operación de los desarenadores de limpieza manual que se usen con aguas negras
combinadas debe limpiarse después de cada temporal fuerte. En condiciones normales de
trabajo, estos desarenadores deben limpiarse cuando las arenas depositadas llenen un 50-
60% del espacio de almacenamiento, esto debe vigilarse cuando menos cada 10 días.
Cuando se usen unidades de limpieza mecánica deben limpiar a intervalos regulares,
para evitar una carga indebida sobre el mecanismo limpiador. Deben observarse
estrictamente las recomendaciones del fabricante y la experiencia operacional. Un marcado
olor de las arenas significa que se está depositando demasiada materia orgánica en el
desarenador.
Ramalho (1990)
Siempre que sea necesario debe instalarse un desarenador en el primer tramo de la
aducción lo más cerca posible a la captación de agua. Preferiblemente debe contar con dos
módulos que operen de forma independiente, cada uno dimensionado para el caudal medio
diario.
Las siguientes figuras muestran los detalles del desarenador de las quebradas romerales
y termales y en la figura 27 el vertedero de excesos.
92
Figura 27. Desarenador Quebrada Romerales primer plano
Fuente: Ramalho (1990), Tratamiento de aguas residuales, p94.
Entre los parámetros que se deben seguir en el diseño de un desarenador, están los
siguientes:
Proyectar dispositivos de entrada y de salida
La tubería o canal de llegada debe colocarse en el eje longitudinal del desarenador
En la entrada se debe instalar un dispositivo para distribuir el flujo uniformemente a lo
ancho de la sección transversal.
El dispositivo de salida debe tener un canal recolector provisto de una pantalla que
asegure una distribución uniforme del flujo.
La altura del canal recolector sobre la entrada de la tubería de conducción debe ser
suficiente para garantizar la cabeza hidráulica requerida para el caudal de diseño.
Debe existir un vertedero lateral de excesos ubicado a la entrada del desarenador.
El dispositivo de limpieza debe ubicarse en el área de desarenación y consistirá en una
caja o canal de recolección de arenas con una pendiente mínima del 5% y una válvula.
93
La pendiente del fondo estará entre el 5-8% con el fin de obtener una limpieza eficiente
a través de un barrido fácil, y debe permitir que los obreros caminen sin resbalar.
Las tuberías o canales de rebose y/o limpieza se unirán a una tubería o canal de
descarga, debe ubicarse una caja de inspección lo más cerca posible a la descarga de arenas.
Álamo (2008)
El cálculo del diámetro de las partículas a sedimentar en los desarenadores se diseña
para un determinado diámetro de partícula, es decir, que se supone que todas las partículas
de diámetro superior al escogido deben depositarse. Por ejemplo, el valor del diámetro
máximo de partícula normalmente admitido para plantas hidroeléctricas es de 0,25 mm, en
los sistemas de riego generalmente se acepte hasta d=0,5 mm.
En sistemas hidroeléctricos el diámetro puede calcularse en función de la altura de caída
como se muestra en la tabla 10 o en función del tipo de turbina como se muestra en la tabla
11.
El cálculo de la velocidad del flujo v en el tanque es la velocidad en un desarenador,
esta se considera lenta, cuando está comprendida entre 0,20 m/s a 0,60 m/s. La elección
puede ser arbitraria o puede realizarse utilizando la fórmula de Camp.
En el cálculo de la velocidad de caída w (en aguas tranquilas); para este aspecto, existen
varias fórmulas empíricas, tablas y nomogramas, algunas de las cuales consideran:
Peso específico del material a sedimentarse: (
) (medible)
Peso específico del agua turbia: (
) (medible)
√ (
)
94
donde:
d = diámetro (mm)
a = constante en función del diámetro
Tabla 10
Diámetro de partículas en función de la altura de caída
Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, pág. 7.
Tabla 11 .
Diámetro de partículas en función con el tipo de turbina
Diámetro de partículas (d) a eliminar en el desarenador (mm) Tipo de turbina
1-3 Kaplan
0,4-1 Francias
0,2-0,4 Pelton
Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, pág. 8.
La tabla 12 preparada por Arkhangelski, la misma que permite calcular w (cm/s) en
función del diámetro de partículas d en (mm).
La experiencia generada por Sellerio, se muestra en el nomograma de la figura 28, la
misma que permite calcular w (en cm/s) en función del diámetro d (en mm).
Diámetros de partículas (d) que son retenidas en el desarenador
(mm)
Altura de caída (H)
(m)
0,6 100-200
0,5 200-300
0,3 300-500
0,1 500-1000
95
Figura 28. Experiencia de Serellio.
Fuente: Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, 8.
Tabla 12
Velocidades de sedimentación w calculado por Arkhangelski (1935) en función del diámetro de
partículas
d(mm) w(cm/s)
0,05 0,178
0,10 0,692
0,15 1,560
0,20 2,160
0,25 2,700
0,30 3,240
0,40 3,780
0,45 4,320
0,50 4,860
0,55 5,400
0,60 5,940
0,70 6,480
0,75 7,320
0,80 8,070
1.00 9,440
2.00 15,290
3.00 19,250
5.00 24,900
Fuente: Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, 9.
96
√ ( )
donde:
w = velocidad de sedimentación (m/s)
d = diámetro de partículas (m)
ρs= peso específico del material (g/cm3)
k = constante que varía de acuerdo con la forma, granulometría y naturaleza de
los granos, sus valores se muestran en la tabla 13.
Tabla 13
Valores de la constante k
Forma y naturaleza k
Arena esférica 9,35
Granos redondeados 8,25
Granos cuarzo d>3mm 6,12
Granos cuarzo d<0,7mm 1,28
Fuente: Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, 9.
La experiencia generada por Sudry, la cual se muestra en el nomograma en la figura 3,
en la misma que permite calcular la velocidad de sedimentación w (en m/s) en función del
diámetro (en mm) y del peso específico del agua (ρw en gr/cm3).
La fórmula de Scott – Folglieni.
√
donde:
w = velocidad de sedimentación (m/s)
97
d = diámetro de la partícula
Para el cálculo de w de diseño se puede obtener el promedio de los ws con los métodos
enunciados anteriormente. En algunos casos puede ser recomendable estudiar en el
laboratorio la fórmula que rija las velocidades de caída de los granos de un proyecto
específico.
Figura 29. Velocidad de sedimentación de granos de arena en agua.
Fuente: Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, 10.
Para el cálculo de las dimensiones del tanque el autor plantea lo siguiente:
Despreciando el efecto del flujo turbulento sobre la velocidad de sedimentación, se
puede plantear las siguientes relaciones:
Figura 30.Dimensiones para un tanque
98
Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, 10.
Caudal: Q = b h v ; ancho del desarenador:
Tiempo de caída:
->
Tiempo de sedimentación:
->
Igualando
=
De donde la longitud, aplicando la teoría de simple sedimentación es:
Considerando los efectos retardatorios de la turbulencia con el agua en movimiento la
velocidad de sedimentación es menor, e igual a w – w’; donde w’ es la reducción de
velocidad por efectos de la turbulencia. Luego, la ecuación
; Se expresa:
Se observa que manteniendo las otras condiciones constantes la ecuación anterior
proporciona mayores valores de la longitud del tanque que la ecuación simple
sedimentación. Eghiazaroff, expresó la reducción de velocidad de flujo como:
(
)
99
Levin, relacionó esta reducción con la velocidad de flujo con un coeficiente:
(
)
Bestelli et al considera:
√
donde
h se expresa en m.
En el cálculo de los desarenadores de bajas velocidades se puede realizar una
corrección, mediante el coeficiente K, que varía de acuerdo a las velocidades de
escurrimiento en el tanque, es decir:
donde
K se obtiene de la tabla 14.
Tabla 14
Coeficiente para el cálculo de desarenadores de baja velocidad.
Velocidad de
escurrimiento
(m/s)
K
0,2 1,25
0,3 1,5
0,5 2
Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, 10.
100
En los desarenadores de altas velocidades, entre 1 m/s a 1,50 m/s, Montagre, precisa que
la caída de los granos de 1mm está poco influenciada por la turbulencia, el valor de K en
términos del diámetro, se muestran en la tabla 15.
Tabla 15.
Coeficiente para el cálculo de desarenadores de alta velocidad
Dimensiones de
las partículas a
eliminar d (mm)
K
1 1
0,5 1,3
0,25-0,30 2
Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, 11.
El largo y el ancho de los tanques pueden en general, construirse a bajo costo que las
profundidades, en el diseño se debe adoptar la mínima profundidad práctica, la cual para
velocidades entre 0,20 y 0,60 m/s, puede asumirse entre 1,50 y 4,00 m.
Pérez (1990)
Uno de los procesos más ampliamente utilizados en el tratamiento del agua es la
sedimentación, mediante la cual se remueven por efecto gravitacional las partículas en
suspensión que tienen peso específico mayor que el del agua. En un determinado tiempo no
todas las partículas en suspensión sedimentan; las que sedimentan en un intervalo de
tiempo elegido son las llamadas sólidos sedimentables.
101
En los decantadores de flujo horizontal, la sedimentación se realiza en tanques de forma
rectangular o circular en los cuales el agua se traslada horizontalmente, mientras que las
partículas caen con una velocidad vs.
Por ser más utilizados en el país los decantadores de forma rectangular se hace
referencia a estos. La figura 31 muestra este tipo de decantador.
F
igu
ra
31. Esq
ue
ma
de
un decantador
Fuente: Pérez (1990), Manual de potabilización de agua, pág. 196.
La zona de sedimentación, debido a las diferencias anteriormente descritas entre el
tanque ideal y el tanque real, es necesario considerar los siguientes factores en el diseño de
la zona de sedimentación: carga superficial; periodo de detención y profundidad; forma de
los sedimentadores; velocidad horizontal de escurrimiento y relación largo – profundidad; y
número de unidades.
La carga superficial, como fue considerada previamente, es la relación entre el caudal
que ingresa al sedimentador, Q y el área superficial A, esto es:
102
Dicho parámetro se refiere a la velocidad crítica mínima esta se obtiene con la formula
anteriormente la cual produce una eficiencia de remoción a la esperada, comprendida entre
el 70% y el 98%. Su valor depende de los siguientes factores: calidad del agua cruda, peso
y grado de hidratación de floc, forma y tipo de decantador adoptado, control del proceso,
tipo de coagulante utilizado y grado de eficiencia deseado.
La determinación de la carga superficial puede hacerse experimentalmente o
seleccionarse de parámetros de tipo general.
El periodo de detención es el tiempo que tarda la partícula crítica en llegar desde la
superficie del agua hasta el fondo de la zona de sedimentación y por consiguiente depende
de la profundidad, esto es, cuanto menor sea esta, menor será el tiempo de detención
necesario para la remoción de la partícula crítica, concepto del cual se hace uso en el diseño
de decantadores de alta rata.
En lo sedimentadores de flujo horizontal el régimen de flujo es turbulento (2000 < Re <
200000) y las estructuras no pueden construirse con profundidades bajas debido a que la
velocidad horizontal no puede hacerse muy baja, ya que existen interferencias que
entremezclan el agua en el sedimentador y factores estructurales y de operación. Por lo
anterior las profundidades fluctúan entre 3,0 y 5,0 m, más frecuentemente entre 3,5 y 4,5 m.
Estas profundidades exigen períodos de detención entre 1,5 y 5,0 h, tal como puede
observarse en la figura 32.
104
La forma de los sedimentadores es la relación de largo-ancho; está comprendida entre
2,5 y 10,0 más frecuentemente entre 4,0 y 5,0, dando mejores resultados los tanques largos.
Velocidad horizontal y relación largo – profundidad, produce dos efectos opuestos:
ayuda a la floculación en los tanques aumentando el peso y el tamaño de las partículas que
se desean remover, y arrastra y resuspende los flóculos ya depositados.
Figura 32.Periodo de detención para diferentes profundidades y cargas
superficiales.
Fuente: Pérez (1990), Manual de potabilización de agua, p198.
Por consiguiente, el valor de la velocidad debe ser tal que estimule la floculación sin
producir arrastre de sólidos.
Para el caso en que se utilice sulfato de aluminio, la velocidad horizontal óptima podría ser
alrededor de 0,5 cm/s o menos.
105
En cuanto a la relación largo – profundidad, esta se establece de la siguiente manera:
Entonces,
donde:
Q=caudal del decantador
= Carga superficial
= Área superficial de la zona de sedimentación
=Velocidad horizontal
=Área transversal de la zona de sedimentación
=Profundidad de la zona de sedimentación
Largo de la zona de sedimentación
=Ancho de la zona de sedimentación
La expresión anterior significa que, para una carga superficial seleccionada, la relación
larga – profundidad está determinada por la velocidad horizontal.
La figura 33 muestra la velocidad horizontal, para diferente relación largo –
profundidad, L/h.
106
Figura 33.Velocidad horizontal para diferente relación longitud, profundidad de la zona de
sedimentación.
Fuente: Pérez (1990), Manual de potabilización de agua, p200.
En la práctica se utiliza la siguiente relación:
5,0 ≤ L/h ≤ 25,0
El número de unidades mínimo en una planta es por lo menos dos unidades, de tal
manera que cuando una se saque de servicio, ya sea por lavado o por reparación, se pueda
seguir trabajando con la otra.
Para tener en cuenta esta situación el área total de los sedimentadores debe
incrementarse en un porcentaje, según aparece en la tabla 16.
107
Tabla 16
Porcentaje de área adicional de sedimentación que debe proveerse
Número de
unidades
Carga superficial (m3/m
2*d)
20 30 40 50 60
2 0 0 33 67 100
3 0 0 11 22 33
4 0 0 8,5 17 25
≥ 5 0 0 7 13 20
Fuente: Pérez (1990), Manual de potabilización de agua, p201.
Garavito (1970)
Si la conducción se efectúa por canal abierto, sería importante proyectar el desarenador a
la iniciación de la conducción, ya que es seguro que en el recorrido la penetraría
nuevamente material arenoso. En esos casos es más lógico proyectar el desarenador al final
de la conducción antes de la entrada al tanque regulador o a la planta de purificación.
Si la conducción se hace por medio de tubería, el desarenador se debe proyectar lo más
próximo posible a la obra de toma. En este caso, la tubería de comunicación entre la toma y
el desarenador se debe proyectar con una pendiente uniforme, tal que su velocidad sea del
orden de 1,10 m/seg con el fin de que se efectúe el arrastre del material. Es conveniente que
el trazado se haga mediante alineamientos rectos con cámara de inspección en los sitios de
cambio de dirección, para facilitar la limpieza en caso necesario.
108
El diámetro mínimo deberá ser de 6” para efectuar la limpieza.
Tabla 17.
Clasificación de materiales en suspensión según su tamaño
Clasificación de materiales en suspensión según su
tamaño
Material Tamaño
Gravilla gruesa 2mm o más
Gravilla fina 2mm - 1mm
Arena gruesa 1mm - 0,5mm
Arena media 0,5 mm - 0,25mm
Arena fina 0,25mm - 0,1mm
Arena muy fina 0,1mm - 0,05mm
Fango 0,05mm - 0,01mm
Fango fino 0,01mm - 0,005mm
Arcilla 0,01mm - 0,001mm
Arcilla fina 0,001mm -
0,0001mm
Arcilla coloidal menor de 0,01 mm
Fuente: Garavito (1970), Diseño de acueductos y alcantarillados, pág. 31.
La velocidad de sedimentación según, Hazen y Stokes y otros han estudiado los
fenómenos de sedimentación de las partículas contenidas en el agua.
Stokes dedujo la siguiente expresión:
(
)
109
V= velocidad de sedimentación de las partículas en cm/seg.
d= diámetro de las partículas en cm.
g= aceleración de la gravedad cm/seg/seg = (981)
Ps= peso específico de la partícula en gramos /cm3 (arena valor medio = 2,65)
P= peso específico del líquido en gramos /cm3
(agua= 1,00)
µ= viscosidad del agua a la temperatura del agua en cm2/seg.
Para t°C= 10°C: µ= 0,01309
Para otra temperatura se puede encontrar por la expresión:
Las aguas en general tienen en suspensión una mezcla de partículas de diferentes
tamaños.
Para el estudio se supone que, en la zona de entrada, se efectúa una repartición de flujo
que penetra al desarenador o sedimentador de manera absolutamente uniforme en toda la
sección transversal w y que esa masa de agua se desplaza con una velocidad uniforme V en
sentido horizontal.
En este estudio, se supone que una partícula que toque el fondo del depósito se considera
removida; si no alcanza a tocar el fondo antes de la zona de salida, se supone que es
arrastrada hacia el conducto de salida.
110
Para remover partículas de un diámetro d1, la partícula se sitúa en la posición más
desfavorable o sea colocada en la superficie a una altura H del fondo.
Figu
ra 34. Esquema
de un
desarena
dor
Fuente: Garavito (1970), Diseño de acueductos y alcantarillados, p33.
La partícula está sometida a dos movimientos:
a) Una traslación horizontal con una velocidad uniforme V.
b) Una traslación vertical con velocidad uniforme V’, correspondiente a la
velocidad de sedimentación de la partícula de diámetro d1. Como esos vectores
de velocidad se suponen constantes, la trayectoria será lineal. Llamando L la
distancia a la que esa partícula toca el fondo y por consiguiente se considera
removida, se tendrá:
111
Por semejanza de triángulos se puede poner:
L/V = H/V’; multiplicando el primer miembro (numerador y denominador) por
w = b. H se tiene: Lw/Vw = H/V’, pero:
Lw = capacidad del desarenador = C
Vw= caudal que penetra al desarenador = Q, luego:
C/Q = H/V’
Partiendo de la igualdad anterior estudiemos la sedimentación empleando las expresiones
de Stokes.
Despejando de la anterior igualdad a V’:
La fórmula de Stokes aplicada a la partícula de diámetro d1 es:
(
)
Las condiciones ideales anotadas, en la práctica no se cumplen por causa de la dificultad
de efectuar una repartición absolutamente uniforme en toda la sección transversal del
depósito de sedimentación o desarenación y, además, por causa de corrientes ascendentes
112
originadas por cambios de temperatura, remolinos, vientos, etc., por lo cual la relación a/t
en la práctica es mayor que la unidad.
El libro sobre Abastecimiento de Aguas de Flinn - Weston & Bogert, trae un cuadro
indicando los valores de a/t para diversas condiciones, y para remover diferentes
porcentajes de partículas.
Tabla 18.
Valores de a/t
Condiciones Remoción
50%
Remoción
75%
Remoción
87,5%
Máximo teórico 0,500 0,750 0,875
Depósito con
muy buenos
deflectores
0,730 1,520 2,370
Depósitos con
buenos
deflectores
0,760 1,660 2,750
Depósito con
deflectores
deficientes o sin
ellos
1,000 3,000 7,000
Fuente: Garavito (1970), Diseño de acueductos y alcantarillados, pág. 35.
Los deflectores son las pantallas que se proyectan a la entrada al desarenador o
sedimentador para procurar que el flujo se reparta lo más uniformemente posible en toda la
sección transversal del desarenador.
Los valores en la segunda condición “depósitos con muy buenos deflectores” se pueden
aplicar al caso en que se estudien las pantallas deflectoras mediante la construcción de
modelos reducidos.
113
Como en la mayoría de los casos no se justifica la construcción de modelos reducidos,
ordinariamente se diseñan para la tercera condición “depósitos con buenos deflectores”.
La velocidad de traslación V máxima en un desarenador o sedimentador bien diseñado,
la relación entre la velocidad de traslación V y la velocidad de sedimentación de las
partículas más pequeñas que se quieran decantar, no debe exceder de 20:1 es decir, que la
velocidad de traslación máxima deberá ser 20 por velocidad de sedimentación de la
partícula. La razón que da el Manual de A.W.W.A. para este máximo de velocidad de
traslación es impedir que las partículas sedimentadas no rueden por el fondo.
Es recomendable no tomar profundidades inferiores a 1,50 m. La relación entre largo y
ancho experimentalmente se ha encontrado que la relación entre largo y ancho debe estar
próxima a 4:1.
Peña (1995)
La mayoría de las corrientes de agua arrastran una gran variedad de materiales de
diversos tamaños como piedra, arena, arenilla, etc. Es necesario separar o sedimentar estos
materiales después de la captación, con el fin de evitar la obstrucción de las tuberías y su
rápido deterioro debido al rozamiento producido con la superficie interna de la tubería
(abrasión) para remover o sedimentar ese material se emplea un tanque desarenador.
La eficiencia del desarenador depende principalmente de la repartición uniforme del
caudal a todo lo ancho del tanque, del área superficial y del tamaño de las partículas que se
desea sedimentar, el desarenador debe disponer de un sistema mecánico para extraer el
sedimento cuando su volumen ha llegado a su valor máximo.
En el mantenimiento se eviedncian los problemas que con mas frecuencia se presentan
en esta operación son: el taponamiento de las rejillas o de las mallas y la corrasion por esta
114
razon es necesario efectuar un trabjo periodico de limpieza e inspeccion. La frecuencia de
la limpieza depende del tipo de fuente,de la epoca cliamtologica,de las condiciomes del
lugar y de las caracteristicas de la criba o rejillas utilizadas. Indudablemente que la
frecuencia debe ser mayor en invierno,cuando las fuentes superficiales transpotan mayor
cantidad de solidos de muy diversa naturaleza y tamaños.
La inspeccion u observacion de las rejillas debe hacerse al menos mensualmente con el
din de detectaralgun signo de corrosion,de desgaste o de deterioro de la instalacion.para
efectuar este trabajo en forma efiicnete,se recomienda utilizar una hoja de control que
influya los siguientes puntos.
Fecha de inspeccion o de limpieza
Clase de material removiso: hojas,troncos,etc
Mantenimiento efectuado:si se remplazo alfuna aprte o se reparo algun
elemento etc.
Indicacion de la proxima fecha de inspeccion o limpieza.
Informe sobre el estado general de la instalacion y poosble
recomendación a corto o largo plazo.
Aforos, El operador de una planta de tratamiento debe estar en capacidad de efectuar los
aforos correspondientes para que pueda cumplir eficientemente con tranjos como los
siguietnes:
El control adecuado de la cantidad de agua que se somete a traramiento.
Con base en este debera determinar y ajusar la dosificacion de las distintas
sustancias quimicas.
Determinar la cantidad de agua tratada
115
Informar si la planta esta operando para el caudal deseado o que
modificaciones habria que hacer.
Determinar el tiempo de retencion en cada unidad.
Departamento de sanidad del estado de Nuevo York (2008)
La forma convecional de separar arena es utilizando los equipos de sedimentacion ,otra
posibilidad es la utilizacion de hidrociclones.
Los ciclones DorrClone son separadores liquidos/solido.Utilizando la energia
suministrada por la bomba de alimentacion.la fuerza centrifuga separa materiales con
diferentes pesos especificos.el ciclon consiste en un cuerpo estatico cilindrico/conico,con
una alimentacion tangencial en la seccion cilindrica superior.la descarga del liquido esta
situada en la parrte superior del eje de la maquina,y los sólidos se descarguen en la parte
opuesta inferior.
Al entrar el agua residual en la camara cilindrica tangencialemnte se establece un flujo
espiral o de vortice.las fuerzas centrifugas lanzan la arena sobre las paredes del cono.donde
los solidos van deslizandose hacia el punto de slaida inferior.el agua residual libre ya de
arena,mas ligera (contiene todavia los solidos organicos o fraccion ligera)circula hacia el
centro del vortice y sale por la parte superior
Los DorrCLones más usados en el tratamiento de aguas residuales son de diametro que
oscilan entre 30 y 45 cm de diametro en la seccion cilindrica.
La arena recogida en la parte inferior del ciclon entra en un clasificador
rascador,diseñado para hacer un lavado y eliminar el agua de la arena recogida.en esta fase
116
separan los materiales biodegradables que han salido acompañando la arena,y se elimina el
agua en ella contenida para poder ser mas facilmente transportada al punto de vertido.
El tanque es rectangular con el fondo inclinado.en el extremo superior se descarga la
arena. El extremo inferior donde se derrama el fango esta cerrado parcialmnete con un
vertedero ajustable que regula el rebosamiento del liquido.la alimentacion se hace por la
parte superior de la camara de sedimentacion.el mecanismo de rastrillo consta de varias
paletas operadas mecanicamente y sometidas a un movimiento de vaiven,estando sopostado
todo el sistema en ambos extremos de la instalacion todo ello movido por un cabezal.
El lodo que se ontroduce en la alimentacion se separa rapidamente en dos fracciones ,
los finos material que se sedimenta lentamente(en su mayoria materia organica),inferiores a
la malla de separacion y la parte mas gruesa de sedimentacion rapida y que denominamos
arena de mayor tamaño que la malla de separacion.la fraccion fina se mantiene en
suspension debido a su diferente peso especifico y a la agitacion producida por el
movimiento de vaiven de las paletas de rastrillo no siendo posible su sedimentacion,los
finos pasan con el liquido por el rebosadero.la fraccion mas gruesa,por otra parte,se hunde
rapidamente hacia el fondo y es arrastrada por las paletas del rastrillo.el movimiento de
vaiven de las paletas del rastrillo trasnporta los granos de arena, y separa los finos de menor
tamaño de los materiales gruesos y los mantiene en suspension hasta que estos salen con el
rebose.las particulas mas gruesas se separan por encima del nivel del liquido,siendo
finalmente descargadas por la ultima de las paletas.
117
Metodología de Campo
Diagnóstico
Se tomó la decisión de estudiar 10 acueductos rurales de los municipios de
Cundinamarca, Tolima y Boyacá, para los cuales se hizo un estudio previo acerca de las
condiciones que prevalecen entre ellos, tales como el tamaño y volumen del desarenador, el
clima, la captación de donde es tomada el agua para el desarenador, el caudal captado y el
lugar donde estaban ubicados.
Se realizó un aforo en cada desarenador para comprobar el caudal que este está
captando, entre los aspectos de laboratorio se recogieron dos muestras, una muestra a la
entrada y otra muestra a la salida en cada uno de los desarenadores con el fin de comparar
ensayos donde se determinen propiedades del agua como lo son turbiedad, pH, se hizo el
ensayo de sólidos suspendidos totales para la comparación.
Toma de muestras en campo
Se realizó un aforo para determinar el caudal por medio del método volumétrico en el
cual se tomó el tiempo que tardaba en llenar un recipiente con un volumen conocido, de
esta manera se realizó este procedimiento para los desarenadores cuya fuente de captación
eran quebradas y ríos de bajo caudal. Esto se hizo debido a que muchas fuentes de
captación eran ríos a los que no era asequible el ingreso.
Para tomar las muestras de agua en cada desarenador se utilizaron botellas ámbar de
plástico de 1 litro, las cuales se usaron para recoger el agua que entraba al desarenador, esta
primera muestra se recogió en la bocatoma y seguidamente se recogió la segunda muestra a
la salida del desarenador para esto fue necesario sumergir la botella casi hasta el tubo de
118
salida para garantizar que no se filtraran solidos que estuvieran en suspensión en la
superficie de la lámina de agua. Se llevaron a campo dos equipos fundamentales para tomar
de manera inmediata las lecturas de turbiedad y pH.
Para la lectura de turbiedad se utilizó el equipo turbidímetro HANNA HI 93703; se
limpiaba la celda con agua desionizada, se depositaba un poco de la muestra recogida para
purgar la celda y luego se depositaba la muestra en la celda y se tomaba la lectura, esto con
el fin de que no hubiera distorsión en los datos y fueran lecturas más exactas, se hizo el
mismo procedimiento con la muestra de salida.
Figura 35. Turbidímetro Hanna hi 93703
Para la lectura de pH se utilizó el equipo MULTIPARAMETRO HANNA HI 991301; en el
cual se limpiaba la sonda con agua desionizada y luego se purgaba la sonda con el agua de
la muestra, se pasaba a un vaso beaker y se introducía la muestra donde se procedía a
introducir la sonda y tomar la lectura esto con el fin de que no hubiera distorsión en los
119
datos y fueran lecturas más exactas. Se hizo el mismo procedimiento con la muestra de
salida.
Figura 36 .Multiparámetro Hanna hi 991301
Seguidamente a este procedimiento se tomaron nuevamente dos muestras una a la
entrada del desarenador y otra muestra a la salida del desarenador teniendo en cuenta un
tiempo de 30 minutos después de las primeras muestras que se recogieron. Nuevamente se
repite el procedimiento de toma de lecturas para turbiedad y para pH. Para el ensayo de
sólidos suspendidos totales se refrigeraron las muestras en neveras con geles refrigerantes,
para la conservación de la muestra debido a que la materia orgánica podría ser diluida y así
alterar las propiedades de la muestra.
Se hace calibración del equipo MULTIPARAMETRO HANNA HI 991301 en campo para
rectificar en cada desarenador una lectura precisa debido a que la sonda se puede
contaminar y alterar las futuras lecturas, la calibración del equipo turbidímetro HANNA HI
93703 se hizo en el laboratorio de ambiental y sanitaria de la Universidad de la Salle. Este
120
procedimiento se repite para los 10 desarenadores visitados y se recogieron muestras en dos
días diferentes.
Metodología aplicada en el laboratorio para el ensayo de solidos suspendidos totales.
La metodología aplicada en el laboratorio de ambiental y sanitaria de la universidad de
la Salle se realizó bajo las normas de seguridad establecidas por el laboratorista, para hacer
una práctica adecuada. Para la realización del ensayo de sólidos suspendidos totales fue
necesario tomar una capacitación para el desarrollo de la práctica.
Materiales utilizados en la práctica de sólidos suspendidos totales
Bomba
Erlenmeyer con desprendimiento lateral
Filtro de fibra de vidrio
Embudo plástico
Capsulas de vidrio
Balanza analítica
Pinzas
Micro pinzas
Manguera plástica (2)
Probeta de vidrio de 50 ml y 100 ml
Vasos beaker
Estufa
Desecador
Trampa de agua con silika de gel
121
Procedimiento para la práctica de sólidos suspendidos totales
Primer paso
Alistar el montaje para la práctica con los siguientes materiales bomba, Erlenmeyer
con desprendimiento lateral, Embudo plástico, Manguera plástica (2), Trampa de agua
con silika de gel y embudo.
Se conecta con la manguera la bomba y la trampa de agua con silika de gel, y de la
trampa de agua con la manguera al erlenmeyer con desprendimiento lateral y encima de
este se coloca el embudo plástico como se ve en la figura 37.
Figura 37. Montaje para SST
Segundo paso
Se alistan las capsulas con el papel de filtro correspondiente, y se meten en la estufa
durante media hora para eliminar la humedad contenida en cada filtro. Luego de este
tiempo se sacan las capsulas de la estufa y se meten en un desecador por veinte minutos
para que se aireen y seguidamente se llevan a la balanza analítica para registrar el peso
inicial del filtro, es necesario que cada capsula esté marcada.
122
Figura 38.Capsulas en la estufa y en el desecador.
Tercer paso
Se coloca el filtro ya pesado en el embudo y se procede a depositar el agua de la
muestra en las probetas y se mide la cantidad de agua que se está filtrando, se debe tener
en cuenta que el agua no se extienda por fuera del papel de filtro ya que los sólidos
pueden irse por los lados y no quedar contenidos en el papel de filtro.
Seguidamente se retira el papel de filtro con la micro pinza, se deposita en la capsula
que le corresponde y nuevamente se deja en la estufa, pero por una hora para que la
humedad se seque y luego se deja en el desecador por media hora, nuevamente se pesan
y así se obtiene el peso final.
Figura 39.Papel de filtro, en el embudo
123
Figura 40.Muestras con residuos
Descripción de desarenadores
Fusagasugá
Fusagasugá es un municipio colombiano, capital de la Provincia del Sumapaz, ubicado
en el departamento de Cundinamarca. Está ubicada a 59 km al suroccidente de Bogotá, en
una meseta delimitada por el río Cuja y el Chocho, el cerro de Fusacatán y el Quininí que
conforman el valle de los Sutagaos y la altiplanicie de Chinauta. Se encuentra entre los 550
y los 3,050 msnm. El perímetro urbano se encuentra en una altura promedio de 1,726
msnm, con una temperatura promedio de 20 °C. La humedad relativa media es de 85%, con
máximos mensuales de 93% y mínimos mensuales de 74%, con una precipitación superior
a los 1,250 mm.
Fusagasugá hace parte de la cuenca del río Sumapaz, el cual pertenece al sistema
hidrográfico occidental del departamento de Cundinamarca.
La distribución de las principales fuentes hídricas de Fusagasugá es la siguiente:
Se encuentra al occidente del municipio el río Chocho-Panches y al sur los ríos Cuja, Batán
y Guavio con sus respectivos afluentes, que conforman la parte central de la misma cuenca.
124
En el sector donde los ríos Panches y Cuja se encajonan y conforman el Río Sumapaz,
sus afluentes bajan casi verticalmente, formando así un drenaje subparalelo, mucho más
denso que el dendrítico principal. Las aguas subterráneas (nivel freático) en la zona se
encuentran a profundidades mayores de veinte metros, con excepción de algunas zonas en
donde están entre 1,5 y 2 m.
Figura 41.Mapa Veredal de Municipio Fusagasugá.
Fuente: Secretaria de Planeación
Figura 42. Desarenador de Fusagasugá
125
El desarenador del municipio de Fusagasugá se abastece de la bocatoma del río Barro
Blanco, cuenta con un caudal captado de 95 l/s, se debe tener en cuenta que se encuentra
ubicado en una zona verde; por lo tanto, se deben tener en cuenta los factores externos del
medio que lo rodea ya que estos pueden afectar directamente los resultados de los ensayos a
realizar y la eficiencia del desarenador por ejemplo hojas, palos de árboles, insectos, etc.
El desarenador cuenta con una pantalla deflectora en buen estado; ya que se realizó una
observación visual, en la que se vio que el agua antes de la pantalla deflectora pasa con
turbulencia y después de esta, el agua no presenta turbulencia. Esto se asume mediante el
criterio de observación, se le realiza mantenimiento cada seis meses, dentro de la
descripción del diseño para mayor claridad se observan los detalles en el plano, este fue
obtenido de la empresa de servicios públicos de Fusagasugá.
Figura 43. Dimensiones desarenador Fusagasugá
126
Melgar
El municipio de melgar ubicado en el departamento de Tolima, cuenta con una
superficie total de 215,7Km, localizado a 91km de Ibagué, la capital del departamento, y a
98km al suroccidente de Bogotá, capital de Colombia, tiene una población total 36047 hab.
Se encuentra localizado en el valle del río Sumapaz muy cerca de su desembocadura con el
río Magdalena. Limita al norte con el departamento de Cundinamarca, al este con el
municipio de Icononzo, al sur con el municipio de Cunday y al sur y oeste con el municipio
de Carmen de Apicalá. Su clima es cálido semiseco con temperaturas que varían entre los
22 y los 35 °C, siendo el promedio anual de 28°C; la temperatura máxima registrada de
40ºC. La empresa de servicios públicos EMPUMELGAR E.S.P. garantiza la calidad y
continuidad del suministro de agua potable al municipio de Melgar. Con la captación,
procesamiento, tratamiento, conducción, distribución, conexión y medición del agua. Al
igual que el mantenimiento de las redes, reposición, rehabilitación y expansión de estas. La
zona de captación principal del agua la encontramos a orillas del rio Sumapaz y en la
vereda “La Cajita”.
Figura 44.Mapa Veredal de Melgar.
Fuente: http://yoleidajaimeperez.blogspot.com/
127
El desarenador del municipio de melgar se abastece de la bocatoma quebrada la Palmira,
cuenta con un caudal captado de 80l/s, se debe tener en cuenta que se encuentra ubicado en
una zona de bosque por lo tanto se deben tener en cuenta los factores externos del medio
que lo rodea ya que estos pueden afectar directamente los resultados de los ensayos a
realizar y la eficiencia del desarenador por ejemplo hojas, palos de árboles, insectos, aves,
etc. Se encuentra cercado por alambre. Su diseño es de flujo horizontal y cuenta con una
pantalla deflectora, por modulo las cuales se encuentran en buen estado, el mantenimiento
se realiza cada tres meses, ya que se realizó una observación visual, en la que se vio que el
agua antes de la pantalla deflectora pasa con turbulencia y después de esta, el agua no
presenta turbulencia. Esto se asume mediante el criterio de observación.
Figura 45.Desarenador de Melgar
Figura 46.Desarenador de Melgar
128
Dentro de la descripción del diseño para mayor claridad se observan las dimensiones y
los detalles en la figura 47.
Figura 47. Dimensiones desarenador melgar
Carmen de Apicalá
Carmen de Apicalá es un municipio colombiano del Departamento de Tolima, situado a
unos 12 km de Melgar. Su temperatura promedio es de unos 28°C y está ubicado a unos
300 msnm. Cuenta con una superficie total de 183 km. Altitud media 328 msnm. y una
población de 8793 hab.
Agua potable totalmente pura y saludable para consumo humano, que en DAGUAS S.A.
E.S.P. llevan al casco urbano del municipio Carmen de Apicalá, con un cubrimiento urbano
del 100% que corresponde a 2,924 suscriptores.
129
Se realiza una caracterización de las aguas, confrontando parametros de calidad de
acuerdo con lo estipulado en el decreto 2115 de 2007 del Ministerio de Salud, lo que
permite un diagnostico sobre la potabilidad del agua analizada.
Figura 48.Mapa Carmen de Apicalá
Fuente: CORTOLIMA
El desarenador del municipio de Carmen de Apicalá se abastece de la bocatoma
quebrada agua negra, cuenta con un caudal captado de 8l/s, se debe tener en cuenta que se
encuentra ubicado en una zona de bosque por lo tanto se deben tener en cuenta los factores
externos del medio que lo rodea ya que estos pueden afectar indirectamente los resultados
de los ensayos a realizar y la eficiencia del desarenador porque se encuentra totalmente
cubierto; por lo tanto estos podrían afectar de otra manera. Su diseño es de flujo horizontal
y cuenta con rejilla lateral. Este desarenador no cuenta con pantalla deflectora; ya que su
diseño es totalmente cubierto, por lo tanto, su grado de desarenador será igual a 1.
130
Figura 49.Desarenador de Carmen de Apicalá
Dentro de la descripción del diseño para mayor claridad se observan los detalles y las
dimensiones en la figura 50.
Figura 50. Dimensiones desarenador Carmen de Apicalá.
131
Girardot
Girardot es un municipio del departamento de Cundinamarca - Colombia ubicado en la
Provincia del Alto Magdalena, de la cual es capital. Limita al norte con los municipios de
Nariño y Tocaima, al sur con el municipio de Flandes y el Río Magdalena, al oeste con el
municipio de Nariño, el Río Magdalena y el municipio de Coello y al este con el municipio
de Ricaurte y el Río Bogotá. Está ubicado a 134km al suroeste de Bogotá. La temperatura
media anual es de 27,8°C.; cuenta con una superficie total de 129km, una altitud media 326
msnm. y una población total de 106283 hab.
Este acueducto cuenta con una instalación de una red de acueducto CCP de 24” entre la
captación y los desarenadores de la planta de tratamiento de Acuagyr ubicada en el
municipio de Ricaurte, una construcción de la línea de impulsión de acueducto desde el
tanque aguas claras II de la planta de tratamiento hasta la vía panamericana en el sector
aledaño a la entrada del proyecto Hacienda Peñalisa en el municipio de Ricaurte. Y una
construcción del canal de distribución del agua proveniente de los floculadores hacia los
sedimentadores en la planta de tratamiento del municipio de Ricaurte.
Figura 51.Ubicacion ciudad de Girardot
Fuente: Secretaria de Planeación
132
El desarenador del municipio de Girardot se abastece del río Magdalena, cuenta con un
caudal captado de 450l/s, se debe tener en cuenta que se encuentra ubicado en la planta;
cuenta con tres desarenadores y un sistema de bombeo; por lo tanto, se deben tener en
cuenta los factores externos del medio que lo rodea ya que estos pueden afectar
directamente los resultados de los ensayos a realizar y la eficiencia del desarenador por
ejemplo hojas, palos de árboles, insectos, aves, etc. Su diseño es de flujo horizontal. El
desarenador cuenta con una pantalla deflectora en buen estado, ya que se realizó una
observación visual, en la que se vio que el agua antes de la pantalla deflectora pasa con
turbulencia y después de esta, el agua no presenta turbulencia. Esto se asume mediante el
criterio de observación,
Figura 52.Desarenador de Girardot
133
Figura 53. Desarenador de Girardot
Figura 54. Dimensiones desarenador de Girardot
Mesitas del Colegio
Mesitas del Colegio es un municipio de Cundinamarca-Colombia, ubicado en la Provincia
del Tequendama; se encuentra a 31km del salto del Tequendama en la vía de Bogotá -
Girardot. Cuenta con una superficie total de 117 km, altitud media de 990 msnm y una
población total 21832 habitantes. En el área de acueducto se realizaron obras de
mantenimiento en las plantas de agua potable Francia y Buenos aires los cuales consisten
134
en: Planta Francia: cuenta con macromedidor de 4 pulgadas de entrada de agua cruda,
filtros con enchapes en baldosa para facilitar un lavado a las estructuras.
Planta Buenos Aires: el sedimentador cuenta con un enchapado en las paredes superiores
en baldosa para facilitar su limpieza, un macromedidor de 8 pulgadas para agua cruda para
de esta forma llevar un control exacto del agua cruda que entra a la planta contra el agua
que es tratada y distribuida a los usuarios, cuenta con bombas que están instaladas en la
planta.
Figura 55. Mapa localización de Mesitas del colegio.
Fuente: CORTOLIMA
El desarenador del municipio de Mesitas del Colegio se abastece de la bocatoma
quebrada Santa María, cuenta con un caudal captado de 30l/s. Se debe tener en cuenta que
se encuentra ubicado en una zona de bosque por lo tanto se deben tener en cuenta los
factores externos del medio que lo rodea ya que estos pueden afectar directamente los
resultados de los ensayos a realizar y la eficiencia del desarenador por ejemplo hojas, palos
de árboles, insectos, aves, etc.
135
A pesar de que este se encuentra cercado por alambre y en el techo con polisombra
evitando el menor acceso de los agentes externos. Su diseño es de flujo horizontal, cuenta
con una pantalla deflectora en buen estado, ya que se realizó una observación visual, en la
que se vio que el agua antes de la pantalla deflectora pasa con turbulencia y después de
esta, el agua no presenta turbulencia. Esto se asume mediante el criterio de observación,
Dentro de la descripción del diseño para mayor claridad se observan los detalles en la
figura 57.
Figura 56.Desarenador de Mesitas del Colegio
136
Figura 57. Dimensiones desarenador de Mesitas del Colegio.
Flandes
Flandes es un municipio colombiano ubicado en el departamento de Tolima. Se
encuentra localizado en el centro del país en la cuenca alta del Río Magdalena, en las
desembocaduras del río Bogotá, río Sumapaz y el río Coello. El cual se encuentra
conurbado con la ciudad de Girardot y el municipio de Ricaurte (Cundinamarca). Limita al
norte con el río Magdalena, la ciudad de Girardot y el municipio de Ricaurte; al este con el
río Magdalena, los municipios de Ricaurte y Suárez; al sur con el municipio de El Espinal y
al oeste con el municipio de Coello. Tiene una superficie total de 95km, altitud media de
285 msnm., una población total de 29106 hab.
137
El servicio de acueducto está compuesto por las actividades de captación, aducción-
conducción, tratamiento y distribución del agua, procesos necesarios para entregar a los
usuarios agua apta para el consumo humano. Y a su vez programar, organizar y dirigir las
operaciones necesarias para realizar el mantenimiento.
Figura 58. Mapa veredal de Flandes
Fuente: CORTOLIMA
El desarenador del municipio de Flandes se abastece de la bocatoma la cual capta del rio
magdalena, cuenta con un caudal captado de 120 l/s, se debe tener en cuenta que se
encuentra ubicado en una zona de arborizada por lo tanto se deben tener en cuenta los
factores externos del medio que lo rodea ya que estos pueden afectar directamente los
resultados de los ensayos a realizar y la eficiencia del desarenador por ejemplo hojas, palos
de árboles, insectos, aves, etc. se encuentra cercado por alambre.
138
Su diseño es de flujo horizontal y se compone de un bafle con 24 orificios, ya que se
realizó una observación visual, en la que se vio que el agua antes de la pantalla deflectora
pasa con turbulencia y después de esta, el agua no presenta turbulencia. Esto se asume
mediante el criterio de observación.
Figura 59. Desarenador de Flandes
Figura 60. Desarenador de Flandes.
139
Figura 61. Dimensiones desarenador Flandes.
Guamo
Guamo es un municipio colombiano ubicado en el suroriente del departamento de
Tolima, es catalogada como la “Capital Ganadera del Tolima” ya que sus ferias se realizan
los miércoles y jueves. El municipio también es bañado por tres ríos Luisa, Magdalena y el
Saldaña. Tiene una superficie total de 561km, altitud media 321 msnm y una población
total 48356 hab.
Figura 62. Mapa veredal municipio de Guamo.
Fuente: CORTOLIMA
140
El desarenador del municipio de Guamo se abastece de la bocatoma del río Cucuana.
Cuenta con un caudal captado de 62l/s y se encuentra ubicado cerca de una zona de bosque
por lo tanto se deben tener en cuenta los factores externos del medio que lo rodea ya que
estos pueden afectar directamente los resultados de los ensayos a realizar y la eficiencia del
desarenador por ejemplo hojas, palos de árboles, insectos, aves, etc. se encuentra cercado
por alambre. Su diseño es de flujo horizontal y se compone de una pantalla deflectora en
buen estado, ya que se realizó una observación visual, en la que se vio que el agua antes de
la pantalla deflectora pasa con turbulencia y después de esta, el agua no presenta
turbulencia. Esto se asume mediante el criterio de observación.
Figura 63. Desarenador del Guamo
Figura 64. Desarenador de Guamo
141
Figura 65. Plano desarenador del Guamo.
Alvarado
Alvarado es un municipio de Colombia, cuenta con una población de 8972 habitantes en
el censo de 2005. Se encuentra ubicado a 20 minutos con Ibagué capital del Departamento
del Tolima a una distancia 27 kilómetros. Su hidrografía, aunque hay zonas secas, posee 3
ríos de gran importancia como el Totaré, La China y Alvarado. Posee un gran número de
corrientes menores. Cuenta con una altitud 412 metros, temperatura 27 grados Celsius,
latitud: 04º 34' 06" N, longitud: 074º 57' 24" O.
La fuente de abastecimiento es el río Alvarado. Esta es conducida hasta la planta de
tratamiento que fue construida en 1987, su capacidad de tratamiento es de 20 L/s, cuenta
con sistemas de floculación hidráulica, sedimentación de alta tasa, filtración y desinfección.
También cuenta con un tanque de almacenamiento de agua potable y conducción a la planta
de tratamiento - red y la red de distribución.
142
Figura 66.Mapa municipio de Alvarado.
Fuente: CORTOLIMA
El desarenador del municipio de Alvarado se abastece de la bocatoma río Alvarado.
Cuenta con un caudal captado de 63,2 l/s y se encuentra ubicado cerca de una zona de
bosque por lo tanto se deben tener en cuenta los factores externos del medio que lo rodea ya
que estos pueden afectar directamente los resultados de los ensayos a realizar y la eficiencia
del desarenador de una u otra manera pues ya que este se encuentra totalmente cubierto,
pero se puede ver afectado por otro tipo factores. Su diseño es de flujo horizontal, cuenta
con una pantalla deflectora en buen estado, ya que se realizó una observación visual, en la
que se vio que el agua antes de la pantalla deflectora pasa con turbulencia y después de
esta, el agua no presenta turbulencia. Esto se asume mediante el criterio de observación.
Figura 67. Desarenador de Alvarado
143
Figura 68. Dimensiones desarenador Alvarado.
Facatativá
Facatativá es la capital de la Provincia de Sabana Occidente. Se encuentra ubicado a 36
km de Bogotá, sobre la carretera Bogotá-Villeta-Honda-Medellín. Por su altitud, Facatativá
presenta un clima frío que tiene como temperatura media anual los 14 °C. Se presenta
durante el día una temperatura de hasta 22 °C, pero en la noche de hasta 0°C.
El clima de la ciudad se caracteriza por lluvia abundante, aunque usualmente, durante
los meses de mayo, junio, julio y agosto, se presenta la temporada seca.
El municipio cuenta con ríos y arroyos que se encuentran regados por una red
hidrográfica de la que sobresale la principal arteria fluvial determinada por el río Los Andes
o río Botello (Tenequené) cuyo nacimiento se halla al suroccidente de la cabecera
municipal, y desemboca en el río Bojacá. Entre sus afluentes están el río Pava y la quebrada
El Vino.
144
Cuenta con otras corrientes de menor tamaño que han sido sometidas a campañas de
descontaminación en los últimos años.
El acueducto Municipal fue construido en 1946, bajo los lineamientos de Acuamarca
entidad que para esos días direccionaba los sistemas de Acueducto en el Departamento. La
fuente de abastecimiento fue la Quebrada Mancilla, desde la cual se captaba el agua por
medio de una bocatoma de fondo, y la conducía hasta un desarenador y desde allí, a través
de una tubería de Hierro de diámetro 6”, el agua era conducida hasta la planta de
tratamiento La Guapucha, que se encuentra ubicada en la parte alta del Barrio Dos
Caminos.
En 1972 el Instituto Nacional De Fomento Municipal (INSFOPAL) construyó la Planta
de Tratamiento de Agua Potable El Gatillo que transporta el agua hasta el tanque de
estabilización, con un sistema de bombeo. Para compensar la demanda en aquella época
fueron perforados los pozos subterráneos de Cartagenita, Manablanca y San Rafael I.
Figura 69.Mapa Veredal de Municipio Facatativá.
Fuente: Alcaldía de municipio de Facatativá
145
El desarenador del municipio de Facatativá se abastece de la bocatoma embalse Santa
Martha. Cuenta con un caudal captado de 200 l/s y se encuentra ubicado alrededor de pasto,
pero cubierto por teja.
Tiene algunos orificios a los costados y estos pueden afectar directamente los resultados
de los ensayos a realizar y la eficiencia del desarenador por ejemplo hojas, palos de árboles,
insectos, aves, etc. Su diseño es de flujo horizontal, no cuenta con pantalla deflectora, ya
que su diseño es parcialmente cubierto, por lo tanto, su grado de desarenador será igual a 1.
Figura 70. Desarenador de Facatativá
146
Figura 71. Dimensiones desarenador Facatativá
Ventaquemada
Ventaquemada es un municipio colombiano ubicado en la Provincia del Centro, en el
departamento de Boyacá. Está situado sobre la Troncal Central del Norte, a unos 29 km de
la ciudad de Tunja, capital del departamento. El municipio limita al norte con Tunja y
Samacá, al sur con Turmequé, Villapinzón y Lenguazaque, al oriente con Boyacá, Jenesano
y Nuevo Colón y al occidente con Guachetá, Lenguazaque y Villapinzón. Tiene una
superficie de 159,3 km, una altitud media de 2630 msnm, población 15442 hab.
El acueducto cuenta con la cobertura del 95%, existen algunas pérdidas de agua. La
capacidad del tanque del acueducto urbano es insuficiente. Se generan conflictos por las
instalaciones de la planta de tratamiento y se requiere un cambio de tubería de la red de
aducción.
147
El diseño actual no es técnico y es insuficiente. Las aguas servidas son entregadas a las
quebradas: Cachichita, San Antonio y el Bosque.
Figura 72. Mapa Veredal de municipio Ventaquemada.
Fuente: Secretaria de Planeación
El desarenador del municipio de Ventaquemada se abastece de la bocatoma quebrada el
Bosque, cuenta con un caudal captado de 7,5l/s, se debe tener en cuenta que se encuentra
ubicado alrededor de zona de bosque cubierto por rejas con orificios, por lo tanto se deben
tener en cuenta los factores externos del medio que lo rodea ya que tiene algunos orificios
a los costados y estos pueden afectar directamente los resultados de los ensayos a realizar y
la eficiencia del desarenador por ejemplo hojas, palos de árboles, insectos, aves, etc. Su
diseño es de flujo horizontal, cuenta con una pantalla deflectora en buen estado, ya que se
realizó una observación visual, en la que se vio que el agua antes de la pantalla deflectora
pasa con turbulencia y después de esta, el agua no presenta turbulencia. Esto se asume
mediante el criterio de observación.
148
Figura 73. Desarenador de Ventaquemada
Dentro de la descripción del diseño para mayor claridad se observan los detalles en el
plano.
Figura 74. Dimensiones desarenador Ventaquemada.
149
A continuación, en la tabla 19 se presenta un resumen con las dimensiones y el caudal
captado en cada uno de los desarenadores visitados:
Tabla 19.
Resumen dimensiones de los desarenadores.
Desarenador Q Largo Ancho Alto Vol.
(l/s) (m3/s) (m) (m) (m) (m3)
Fusagasugá 95 0,095 18,05 4,72 2,5 212,99
Melgar 80 0,08 10,3 3,55 2,55 93,24
Carmen de
Apicalá
8 0,08 7,8 2,6 3 60,84
Girardot 450 0,45 30,4 8,23 2,1 505,52
Mesitas del
Colegio
30 0,3 9,43 1,96 1,58 29,203
Flandes 120 0,12 10,77 2,6 2,2 56,56
Guamo 62 0,06 11,8 2,1 1,65 40,987
Alvarado 10 0,01 4,5 1,5 2 13,26
Facatativá 200 0,2 10 6 5 300
Ventaquemada 7,5 0,075 5 3 1,8 29,7
Resultados y análisis de resultados
Se realizaron visitas a los desarenadores en dos días diferentes en los meses de febrero y
marzo, tomando muestras con una diferencia de 30 minutos, a la entrada y salida de la
estructura. Al analizar los resultados se evidenció que había inconsistencias en los
resultados de los desarenadores de Fusagasugá y Melgar, por lo tanto, fue necesario realizar
de nuevo una visita a estas estructuras para rectificar los datos obtenidos.
150
Los resultados de los ensayos de laboratorio de turbiedad, pH y solidos suspendidos
totales se describen a continuación, de tal forma en que se muestran los datos obtenidos en
cada muestra.
Desarenador de Fusagasugá
A continuación, se muestran los datos obtenidos de turbiedad, pH y temperatura para
cada una de las muestras recogidas.
Tabla 20
Resultados de Turbiedad, pH, temperatura, a la entrada
FUSAGASUGA
Fecha Hora Entrada Turbiedad
UNT
pH T (°c )
Febrero 15 11:40 1 12,1 6,26 16,1
12:10 2 13,69 6,23 15,6
Febrero 16 13:00 3 11,39 7,07 18,3
13:30 4 11,95 6,4 18,7
Fecha Hora Entrada Turbiedad
UNT
pH T ( °c )
Marzo 16 7:00 1 10,6 6,1 12,7
7:30 2 10,15 5,9 12,6
Tabla 21.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura a la salida
FUSAGASUGA
Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c
)
Febrero 15 11:40 1 11,76 6,1 15,3
12:10 2 11,3 6,02 15,5
Febrero 16 13:00 3 10,76 6,14 18,5
13:30 4 10,46 5,88 18,9
Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c
)
151
Marzo 16 7:00 1 10,2 6,05 12,9
7:30 2 9,55 5,8 12,7
Los resultados obtenidos del día 16 de febrero disminuyen, debido a las condiciones
climáticas ocurridas la noche del 15 de febrero, ya que ese día llovió toda la noche, por lo
que fue necesario volver a tomar muestras otro día para así rectificar los datos, se puede
evidenciar que la turbiedad baja en las muestras que fueron tomadas a la salida del
desarenador.
Con los resultados obtenidos se rectificaron los datos de las muestras recogidas en otro
día con condiciones climáticas similares. Donde se evidencia que no hay cambios abruptos
y que los resultados son proporcionales. Se evidencia que en la turbidez al considerarse que
hay presencia de solidos disueltos estos disminuyen a la salida del desarenador.
Los datos obtenidos en el laboratorio del ensayo de sólidos suspendidos totales se
muestran en las tablas 22 y 23.
Tabla 22.
Resultados SST a la entrada
FUSAGASUGA
Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 968 152,696 152,709 0,014
2 934 153,054 153,070 0,018
3 900 1534072,000 153,446 0,043
4 932 151,757 151,771 0,014
Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 920 73,744 73,758 0,015
2 860 87,308 87,318 0,012
Tabla 23. Resultados SST a salida
FUSAGASUGA
Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
152
1 962 181,724 181,738 0,015
2 970 170,371 170,386 0,015
3 940 150,947 150,950 0,003
4 940 97,554 97,566 0,013
Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 1000 78,912 78,918 0,005
2 980 313,126 313,139 0,013
Los resultados finales de cada una de las muestras, se evidencia que hay mayor cantidad
de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que a la salida. Teniendo en
cuanto que se realizó una visita adicional debido a que en el mes de febrero se presentaron
periodos de precipitación muy altos los cuales generaban inconsistencia en las muestras,
adicionalmente no se había realizado mantenimiento por lo que los resultados arrojados
presentaban re suspensión en la salida del desarenador. Por lo tanto, fue necesario realizar
de nuevo una visita en el mes de marzo.
Desarenador de Melgar
A continuación, se muestran los datos obtenidos de turbiedad, pH y temperatura para
cada una de las muestras recogidas.
Tabla 24.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la entrada
MELGAR
Fecha Hora Entrada Turbiedad UNT pH T ( °c )
Febrero 15 14:40 1 5,16 6,81 25,20
15:10 2 4,93 6,62 25,20
Febrero 16 9:30 3 4,50 6,90 24,30
10:00 4 4,29 6,88 24,10
Fecha Hora Entrada Turbiedad UNT pH T ( °c )
Marzo 16 8:40 1 1,48 6,72 26,00
9:10 2 1,27 6,69 25,50
Tabla 25.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la salida
MELGAR
153
Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c )
Febrero 15 14:40 1 5,09 6,68 25,10
15:10 2 4,52 6,69 25,10
Febrero 16 9:30 3 3,75 6,75 23,70
10:00 4 3,65 6,80 23,60
Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c )
Marzo 16 8:40 1 1,29 6,65 24,90
9:10 2 1,23 6,60 25,00
Los resultados obtenidos del día 16 de febrero disminuyen, debido a las condiciones
climáticas ocurridas la noche del 15 de febrero, ya que ese día llovió toda la noche, por lo
que fue necesario volver a tomar muestras otro día para así rectificar los datos, se puede
evidenciar que la turbiedad baja en las muestras que fueron tomadas a la salida del
desarenador.
Con los resultados obtenidos se rectificaron los datos de las muestras recogidas en otro
día con condiciones climáticas similares. Donde se evidencia que no hay cambios abruptos
y que los resultados son proporcionales. Se evidencia que en la turbidez al considerarse que
hay presencia de solidos disueltos estos disminuyen a la salida del desarenador.
Los datos obtenidos en el laboratorio del ensayo de sólidos suspendidos totales se
muestran en las tablas 26 y 27.
Tabla 26.
Resultados SST a la entrada
MELGAR
Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 976 122,427 122,434 0,007
2 970 152,644 152,655 0,012
3 982 151,706 151,711 0,005
4 986 117,455 117,461 0,006
Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 970 96,835 96,836 0,002
2 940 157,081 157,086 0,006
154
Tabla 27.
Resultados SST a la salida
MELGAR
Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 980 136,307 136,313 0,006
2 962 97,503 97,513 0,010
3 920 144,230 144,237 0,008
4 963 149,662 149,667 0,005
Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 910 350,525 350,528 0,004
2 960 149,857 149,858 0,001
Los resultados finales de cada una de las muestras, se evidencia que hay mayor cantidad
de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que a la salida. Teniendo en
cuanto que se realizó una visita adicional debido a que en el mes de febrero se presentaron
periodos de precipitación muy altos los cuales generaban inconsistencia en las muestras,
adicionalmente no se había realizado mantenimiento por lo que los resultados arrojados
presentaban re suspensión en la salida del desarenador. Por lo tanto, fue necesario realizar
de nuevo una visita en el mes de marzo.
Desarenador de Carmen de Apicalá
A continuación, se muestran los datos obtenidos de turbiedad, pH y temperatura para
cada una de las muestras recogidas.
Tabla 28. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la entrada
CARMEN DE APICALA
Fecha Hora Entrada Turbiedad UNT pH T ( °c )
Febrero 15 16:15 1 1,79 6,81 24,80
16:35 2 1,29 6,61 24,90
155
Febrero 16 10:48 3 2,98 7,03 24,50
11:25 4 2,91 6,20 24,30
Tabla 29.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la salida
CARMEN DE APICALA
Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c )
Febrero 15 16:15 1 1,77 6,77 21,40
16:35 2 1,32 6,51 25,10
Febrero 16 10:48 3 2,90 6,33 25,40
11:25 4 2,85 6,36 25,00
Según los resultados se puede observar que, en los dos días, las muestras recogidas a la
entrada del desarenador presentan una turbiedad más alta, que las muestras recogidas a la
salida del desarenador, lo que implica que el desarenador está en funcionamiento,
cumpliendo con las condiciones mínimas.
Los datos obtenidos en el laboratorio del ensayo de sólidos suspendidos totales se
muestran en las tablas 30 y 31.
Tabla 30.
Resultados SST a la entrada
CARMEN DE APICALA
Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 1000 151,022 151,032 0,011
2 968 127,518 127,532 0,014
3 940 111,814 111,824 0,011
4 958 89,657 89,667 0,011
Tabla 31.
Resultados SST a la salida
CARMEN DE APICALA
Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 964 156,862 156,870 0,008
156
2 1000 153,559 153,567 0,008
3 1000 350,279 350,285 0,006
4 960 144,666 144,679 0,013
Los resultados finales de cada una de las muestras, se evidencia que hay mayor cantidad
de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que en la salida debido a que
este desarenador cumple con las recomendaciones para evitar que factores externos
influyan en el procedimiento de sedimentación.
Desarenador de Girardot
A continuación, se muestran los datos obtenidos de turbiedad, pH y temperatura para
cada una de las muestras recogidas.
Tabla 32.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada
GIRARDOT
Fecha Hora Entrada Turbiedad UNT pH T ( °c )
Febrero 15 17:40 1 234,60 6,98 27,50
18:00 2 286,00 7,20 27,10
Febrero 16 15:30 3 277,70 6,80 29,10
16:00 4 251,60 6,94 27,40
Tabla 33.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida
GIRARDOT
Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c )
Febrero 15 17:40 1 200,30 7,11 27,70
18:00 2 177,20 7,13 28,90
Febrero 16 15:30 3 246,40 7,25 26,30
16:00 4 242,00 7,07 28,10
157
Según los resultados se puede observar que, en los dos días, las muestras recogidas a la
entrada del desarenador presentan una turbiedad más alta, que las muestras recogidas a la
salida del desarenador, lo que implica que el desarenador está en funcionamiento,
cumpliendo con las condiciones mínimas.
Los datos obtenidos en el laboratorio del ensayo de sólidos suspendidos totales se
muestran en las tablas 34y 35.
Tabla 34
. Resultados SST a la entrada
GIRARDOT
Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 900 128,636 129,241 0,672
2 1000 136,369 136,961 0,592
3 982 144,250 144,823 0,584
4 1000 168,038 168,453 0,415
Tabla 35.
Resultados SST a la entrada
GIRARDOT
Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 937 181,711 182,199 0,521
2 960 136,362 136,679 0,330
3 844 122,479 122,787 0,366
4 822 143,725 144,045 0,390
Los resultados finales de cada una de las muestras, se evidencia que hay mayor cantidad
de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que en la salida, este
desarenador presentaba una turbiedad mayor respecto a los demás, a pesar de que se
encontraba expuesto al aire libre no había vegetación alrededor lo que garantizaba que no
cayeran elementos que alteraran el proceso de sedimentación de este.
158
Desarenador de Mesitas del colegio
A continuación, se muestran los datos obtenidos de turbiedad, pH y temperatura para
cada una de las muestras recogidas.
Tabla 36.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada
MESITAS DEL COLEGIO
Fecha Hora Entrada Turbiedad UNT pH T ( °c )
Febrero 19 15:11 1 18,59 6,88 18,20
15:45 2 18,07 5,52 19,10
Febrero 20 13:00 3 22,60 6,58 19,40
13:30 4 23,45 6,68 17,50
Tabla 37.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida
MESITAS DEL COLEGIO
Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c )
Febrero 19 15:11 1 14,00 6,75 19,40
15:45 2 13,05 6,68 18,00
Febrero 20 13:00 3 12,71 6,77 19,00
13:30 4 16,78 6,76 17,90
Según los resultados se puede observar que, en los dos días, las muestras recogidas a la
entrada del desarenador presentan una turbiedad más alta, que las muestras recogidas a la
salida del desarenador, lo que implica que el desarenador está en funcionamiento,
cumpliendo con las condiciones mínimas. Los datos obtenidos en el laboratorio del ensayo
de sólidos suspendidos totales se muestran en las tablas 38 y 37.
159
Tabla 38.
Resultados SST a la entrada
MESITAS DEL COLEGIO
Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 1194 170,363 170,382 0,016
2 1000 150,386 150,406 0,020
3 822 153,047 153,062 0,018
4 1084 109,898 109,913 0,014
Tabla 39.
Resultados SST a la salida
MESITAS DEL COLEGIO
Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 1000 117,509 117,523 0,014
2 1023 117,635 117,643 0,008
3 1033 149,724 149,739 0,014
4 1000 143,670 143,678 0,008
Los resultados finales de cada una de las muestras, se evidencia que hay mayor cantidad
de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que en la salida debido a que
este desarenador cumple con las recomendaciones para evitar que factores externos
influyan en el procedimiento de sedimentación, sin embargo, debido a su estructura de
protección y su deterioro se filtraba vegetación.
Desarenador de Flandes
A continuación, se muestran los datos obtenidos de turbiedad, pH y temperatura para
cada una de las muestras recogidas.
160
Tabla 40.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada
FLANDES
Fecha Hora Entrada Turbiedad UNT pH T ( °c )
Marzo 16 10:20 1 214,00 5,74 26,50
10:40 2 180,00 5,93 26,00
Marzo 17 8:00 3 160,00 5,94 26,00
8:30 4 170,00 6,06 25,50
Tabla 41.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida
FLANDES
Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c )
Marzo 16 10:20 1 210,00 6,13 26,10
10:40 2 140,00 6,13 26,50
Marzo 17 8:00 3 147,25 6,20 26,40
8:30 4 155,00 6,21 25,80
Según los resultados se puede observar que, en los dos días, las muestras recogidas
a la entrada del desarenador presentan una turbiedad más alta, que las muestras recogidas a
la salida del desarenador, lo que implica que el desarenador está en funcionamiento,
cumpliendo con las condiciones mínimas. Los datos obtenidos en el laboratorio del ensayo
de sólidos suspendidos totales se muestran en las tablas 42 y 43.
Tabla 42.
Resultados SST a la entrada
FLANDES
Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 960 153,685 153,829 0,150
2 1000 168,171 168,584 0,412
3 960 157,764 157,885 0,126
4 1000 127,920 128,053 0,134
161
Tabla 43.
Resultados SST a la salida
FLANDES
Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 950 143,562 143,692 0,136
2 970 151,966 152,111 0,150
3 740 151,065 151,187 0,165
4 920 135,607 135,744 0,149
Los resultados finales de cada una de las muestras, se evidencia que hay mayor cantidad
de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que en la salida, este
desarenador presentaba una turbiedad alta, a pesar de que se encontraba expuesto al aire
libre no había vegetación alrededor lo que garantizaba que no cayeran elementos que
alteraran el proceso de sedimentación de este.
Desarenador de Guamo
A continuación, se muestran los datos obtenidos de turbiedad, pH y temperatura para
cada una de las muestras recogidas.
Tabla 44.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada
GUAMO
Fecha Hora Entrada Turbiedad UNT pH T ( °c )
Marzo 16 11:30 1 152,00 6,45 27,00
12:00 2 162,40 6,54 27,30
Marzo 17 9:45 3 161,50 6,59 28,20
10:15 4 149,60 6,59 28,00
162
Tabla 45.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida
GUAMO
Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c )
Marzo 16 11:30 1 141,50 6,45 28,10
12:00 2 154,20 6,47 27,10
Marzo 17 9:45 3 151,30 6,35 27,50
10:15 4 139,70 6,38 27,00
Según los resultados se puede observar que, en los dos días, las muestras recogidas a la
entrada del desarenador presentan una turbiedad más alta, que las muestras recogidas a la
salida del desarenador, lo que implica que el desarenador está en funcionamiento,
cumpliendo con las condiciones mínimas. Los datos obtenidos en el laboratorio del ensayo
de sólidos suspendidos totales se muestran en las tablas 46 y 47.
Tabla 46.
Resultados SST a la entrada
GUAMO
Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 970 144,780 144,823 0,045
2 950 164,938 164,990 0,055
3 960 334,370 334,417 0,049
4 950 88,914 88,931 0,019
Tabla 47.
Resultados SST a la salida
GUAMO
Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 950 109,225 109,248 0,023
2 940 116,914 116,935 0,023
3 920 111,090 111,100 0,010
4 940 94,921 94,938 0,018
163
Los resultados finales de cada una de las muestras, se evidencia que hay mayor cantidad
de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que en la salida, a pesar de que
se encontraba expuesto al aire libre y hay vegetación alrededor, este no se veía afectado ya
que estaba recién construido.
Desarenador de Alvarado
A continuación, se muestran los datos obtenidos de turbiedad, pH y temperatura para
cada una de las muestras recogidas.
Tabla 48.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada
ALVARADO
Fecha Hora Entrada Turbiedad UNT pH T ( °c )
Marzo 16 11:30 1 145,00 6,63 29,00
12:00 2 150,00 6,69 29,40
Marzo 17 9:45 3 139,00 6,71 28,90
10:15 4 140,00 6,72 29,70
Tabla 49.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida
ALVARADO
Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c )
Marzo 16 11:30 1 149,00 6,65 30,10
12:00 2 148,00 6,62 31,30
Marzo 17 9:45 3 133,00 6,69 29,80
10:15 4 139,70 6,70 30,20
Según los resultados se puede observar que, en los dos días, las muestras recogidas a la
entrada del desarenador presentan una turbiedad más alta, que las muestras recogidas a la
164
salida del desarenador, lo que implica que el desarenador está en funcionamiento,
cumpliendo con las condiciones mínimas.
Los datos obtenidos en el laboratorio del ensayo de sólidos suspendidos totales se
muestran en las tablas 50 y 51.
Tabla 50..
Resultados SST a la entrada
ALVARADO
Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 950 159,630 159,726 0,102
2 950 350,364 350,679 0,332
3 950 89,192 89,257 0,068
4 940 82,897 82,967 0,075
Tabla 51.
Resultados SST a la salida
ALVARADO
Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 950 110,327 110,350 0,024
2 910 155,226 155,254 0,030
3 900 128,241 128,258 0,019
4 950 104,602 104,648 0,048
Los resultados finales de cada una de las muestras, se evidencia que hay mayor cantidad
de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que en la salida debido a que
este desarenador cumple con las recomendaciones para evitar que factores externos
influyan en el procedimiento de sedimentación.
Desarenador de Facatativá
A continuación, se muestran los datos obtenidos de turbiedad, pH y temperatura para
cada una de las muestras recogidas.
165
Tabla 52.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada
FACATATIVA
Fecha Hora Entrada Turbiedad UNT pH T ( °c )
Febrero 26 15:11 1 6,23 6,14 13,00
15:45 2 6,62 5,84 12,30
Febrero 27 13:00 3 8,18 5,86 11,60
13:30 4 8,20 5,86 12,60
Tabla 53.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida
FACATATIVA
Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c )
Febrero 26 15:11 1 4,94 5,76 12,00
15:45 2 5,67 5,72 11,80
Febrero 27 13:00 3 4,78 5,69 11,50
13:30 4 4,65 5,56 11,90
Según los resultados se puede observar que, en los dos días, las muestras recogidas a la
entrada del desarenador presentan una turbiedad más alta, que las muestras recogidas a la
salida del desarenador, lo que implica que el desarenador está en funcionamiento,
cumpliendo con las condiciones mínimas.
Los datos obtenidos en el laboratorio del ensayo de sólidos suspendidos totales se
muestran en las tablas 54 y 55.
Tabla 54.
Resultados SST a la entrada
FACATATIVA
Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 964 63,655 63,657 0,001
2 954 86,623 86,636 0,013
3 910 83,557 83,561 0,005
4 956 89,656 90,235 0,605
166
Tabla 55.
Resultados SST a la salida
FACATATIVA
Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 926 88,041 88,041 0,000
2 880 95,564 95,564 0,001
3 954 143,667 143,671 0,003
4 946 150,337 150,340 0,003
Los resultados finales de cada una de las muestras, se evidencia que hay mayor cantidad
de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que la que en la salida. Debido
a que se encontraba enterrado y cubierto.
Desarenador de Ventaquemada
A continuación, se muestran los datos obtenidos de turbiedad, pH y temperatura para
cada una de las muestras recogidas.
Tabla 56.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada
VENTAQUEMADA
Fecha Hora Entrada Turbiedad UNT pH T ( °c )
Marzo 1 14:45 1 0,81 5,98 10,40
15:15 2 0,39 5,95 10,90
Marzo 2 10:00 3 0,54 5,59 10,80
10:30 4 0,72 5,46 11,30
167
Tabla 57.
Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida
VENTAQUEMADA
Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c )
Marzo 1 14:45 1 0,45 5,41 11,80
15:15 2 1,97 5,31 11,40
Marzo 2 10:00 3 0,48 5,30 11,50
10:30 4 0,63 5,09 10,80
Según los resultados se puede observar que, en los dos días, las muestras recogidas a la
entrada del desarenador presentan una turbiedad más alta, que las muestras recogidas a la
salida del desarenador, lo que implica que el desarenador está en funcionamiento,
cumpliendo con las condiciones mínimas.
Los datos obtenidos en el laboratorio del ensayo de sólidos suspendidos totales se
muestran en las tablas 58 y 59.
Tabla 58.
Resultados SST a la entrada
VENTAQUEMADA
Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 940 111,788 111,788 0,000
2 920 168,010 168,013 0,004
3 900 117,628 117,628 0,001
4 890 95,518 95,521 0,004
Tabla 59.
Resultados SST a la salida
VENTAQUEMADA
Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)
1 950 117,461 117,461 0,000
2 930 96,936 96,937 0,001
3 910 97,496 97,497 0,001
4 950 110,988 110,990 0,002
168
Los resultados finales de cada una de las muestras, se evidencia que hay mayor cantidad
de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que en la salida debido a que
este desarenador cumple con las recomendaciones para evitar que factores externos
influyan en el procedimiento de sedimentación. Estos no son del todo efectivos ya que el
desarenador cuenta con una reja para cubrirlo y se encuentra rodeado de vegetación.
A continuación, en la tabla 60 se presenta el resumen de los resultados obtenidos en los
diferentes laboratorios, donde se realizó un promedio de las cuatro muestras de entrada y un
promedio de las cuatro muestras de salida para hacer una comparación de la entrada y
salida, para el caso de los municipios de Fusagasugá y melgar que se realizó una visita de
más, se incluyen en el promedio de ese desarenador.
Se realizó un promedio de los resultados de solidos suspendidos totales, turbiedad y pH
para la temperatura se realizó un promedio con el fin de usar ese valor en las tablas para
determinar la viscosidad, este valor no se altera al hacer el promedio ya que se encuentra en
un rango especifico. Con el fin de hallar el porcentaje de remoción real obtenido en campo,
se halló restando los resultados obtenidos en la entrada menos los resultados obtenidos en
la salida, esto dividido en los resultados obtenidos en la entrada, multiplicado por cien.
Como se muestra en la siguiente ecuación.
169
Tabla 60.
Resumen de resultados para todos los desarenadores
Con el estudio de los autores mencionados en las metodologías de diseño para
desarenadores de flujo horizontal, se realizaron cinco metodologías representativas
buscando analizar las condiciones reales en las que se encontraron los desarenadores y así
poder evaluar y comparar los resultados teóricos de cada uno de los autores con los
resultados obtenidos en campo. Como se evaluaron varias metodologías, muchos autores
utilizan como diámetro menor una partícula de 0,1 mm, Se eligió este valor para analizar
los desarenadores ya que en las metodologías consultadas la mayoría de los autores utiliza
como diámetro mínimo de partícula Arena muy fina, comprendiendo valores entre (0,1 mm
y 0,05 mm) para hallar las velocidades de sedimentación por lo tanto se aplica este
diámetro como criterio en la evaluación de las cinco metodologías más representativas.
Consultando la tendencia de tamaño de partícula en Colombia se ha encontrado que en la
mayoría de ríos el tipo de material que se sedimenta es entre Arena muy fina entre (0,1 mm
Desarenador %
Remoción
SST
(mg/l)
Entrada
SST
(mg/l)
Salida
Turbiedad
(UNT)
Entrada
Turbiedad
(UNT)
Salida
pH
Entrada
pH
Salida
T°c
Fusagasugá 44,31 0,0193 0,0107 11,65 10,67 6,33 6,00 15,65
Melgar 5,33 0,0061 0,0116 3,61 3,26 6,77 6,70 24,81
Carmen de Apicalá 24,29 0,0117 0,0089 2,24 2,21 6,66 6,49 24,43
Girardot 28,96 0,5656 0,4018 262,48 216,48 6,98 7,14 27,76
Mesitas del Colegio 34,53 0,0170 0,0111 20,68 14,14 6,42 6,74 18,56
Flandes 26,99 0,2057 0,1502 181,00 163,06 5,92 6,17 26,10
Guamo 55,20 0,0419 0,0188 156,38 146,68 6,54 6,41 27,53
Alvarado 78,93 0,1444 0,0304 143,50 142,43 6,69 6,67 29,80
Facatativá 98,71 0,1562 0,0020 7,31 5,01 5,93 5,68 12,09
Ventaquemada 51,64 0,0021 0,0010 0,61 0,88 5,75 5,28 11,11
170
y 0.05 mm) y Arena fina (0,1 mm y 0,25 mm), por lo que fue necesario obtener un valor
promedio que coincidiera con lo que los autores usan en cada metodología.
Metodología Cualla (1995)
Cálculo de porcentaje de remoción real
Se comprueba que la cantidad de solidos suspendidos que entran al desarenador son
mayores que los que salen, se calcula el porcentaje de remoción real para hacer la
comparación con el porcentaje de remoción teórico y así validar que tan eficiente es el
desarenador.
Cálculo de porcentaje de remoción teórico
Se calculó el porcentaje de remoción teórico por medio de las variables como el caudal
captado en cada desarenador y el volumen de la zona de sedimentación del desarenador
para hallar el tiempo de retención. El tiempo de retención se halló dividiendo el volumen en
metros cúbicos sobre el caudal captado en metro cúbico sobre segundo los resultados se
muestran en la tabla 61.
Tabla 61.
Tiempo de retención
Desarenador Caudal
(l/s)
Vol.(m3)
Tiempo de
retención
(s)
Fusagasugá 95,0 213 2242,11
Melgar 80,0 93,24 1165,51
Carmen de Apicalá 8,0 60,84 5102,50
Girardot 450,0 505,52 1123,38
Mesitas del colegio 30,0 29,20 973,43
Flandes 125,0 56,56 452,48
Guamo 62,0 40,89 659,47
Alvarado 10,0 13,26 1326,00
Facatativá 200,0 300,00 1500,00
Ventaquemada 7,5 29,70 3960,00
171
Seguidamente se calculó el tiempo de sedimentación por medio de las variables de
temperatura, viscosidad y diámetro de la partícula para calcular la velocidad de
sedimentación. Con la tabla 61 y los valores de temperatura real en campo, se interpoló
para hallar el valor exacto de la viscosidad. Se decidió tomar como mínimo diámetro de
partícula 0,1 mm debido a que para muchos autores este valor es considerado como el
mínimo.
Para hallar el tiempo de sedimentación se utilizaron las variables de velocidad de
sedimentación y altura del desarenador, dividiendo la altura sobre la velocidad de
sedimentación, los resultados se muestran en la tabla 63.
Tabla 62.
Viscosidad cinemática del agua
Temperatura
(°C)
Viscosidad
cinemática
(cm2/s)
Temperatura
(°C)
Viscosidad
cinemática
(cm2/s)
0 0,01792 18 0,01059
2 0,01763 20 0,01007
4 0,01567 22 0,0096
6 0,001473 24 0,00917
8 0,001386 26 0,00876
10 0,001308 28 0,00839
12 0,001237 30 0,00804
14 0,01172 32 0,00772
15 0,01146 34 0,00741
16 0,01112 36 0,00713
Fuente: Cualla, 1995, Elementos de diseño para acueductos y alcantarillado, p.187
172
Tabla 63..
Tiempo de sedimentación
Seguidamente se halla el valor de θ con los valores de tiempo de sedimentación y tiempo
de retención se despeja de la formula el valor de θ.
despejando θ
Los resultados de θ para cada desarenador se muestran en la tabla 64.
Tabla 64.
Resultados de periodo de retención.
Según el θ obtenido se compara con el autor
Desarenador T°c Viscosidad
(cm2/s)
Diámetro
partícula
(mm)
Diámetro
partícula
(cm)
Vs(cm/s) H(cm) Ts(s)
Fusagasugá 15,65 0,011 0,100 0,010 0,800 250 312,455
Melgar 24,81 0,009 0,100 0,010 0,999 255 255,325
Carmen de
Apicalá
24,43 0,009 0,100 0,010 0,990 200 201,987
Girardot 27,76 0,008 0,100 0,010 1,066 210 196,967
Mesitas del
Colegio
18,56 0,010 0,100 0,010 0,861 158 183,511
Flandes 26,10 0,009 0,100 0,010 1,029 202 196,362
Guamo 27,53 0,008 0,100 0,010 1,061 165 155,540
Alvarado 29,80 0,008 0,100 0,010 1,114 200 179,594
Facatativá 12,09 0,013 0,100 0,010 0,679 500 736,211
Ventaquemada 11,11 0,013 0,100 0,010 0,709 180 253,931
Desarenador Tr (s) Ts(s) θ
Fusagasugá 2242,1 312,5 7,2
Melgar 1165,5 255,3 4,6
Carmen de Apicalá 5102,5 202,0 25,3
Girardot 1123,4 197,0 5,7
Mesitas del colegio 973,4 183,5 5,3
Flandes 452,5 196,4 2,3
Guamo 659,5 155,5 4,2
Alvarado 1326,0 179,6 7,4
Facatativá 1500,0 736,2 2,0
Ventaquemada 3960,0 253,9 15,6
173
principal (Cualla, 1995) el cual plantea unos valores de θ establecidos por él, los cuales no
tienen comprobación, se realiza una proyección de los datos por medio de una tendencia
potencial y así se obtiene la ecuación de la gráfica, debido a que existen vacíos en la tabla
se busca por este método completarla para hacer una comparación con las condiciones
reales de los desarenadores.
A continuación, se presenta la tabla referida por el autor y los datos completados bajo el
supuesto en color rojo (Tabla 65).
Tabla 65.
Porcentajes de remoción proyectados.
θ: Constante para hallar el porcentaje de remoción
En la tabla 66 se obtienen los diferentes valores de θ para hallar el porcentaje de
remoción según la siguiente ecuación dada por Jorge Saenz en la cual se utilizan los valores
de eficiencia según el grado del desarenador en cada uno.
(
)
donde:
y/yo: % Remoción
n: Valor inverso de la eficiencia según las condiciones.
Condiciones % Remoción
87,5 80 75 70 65 60 55 50
n=1 7,00 4,00 3,00 2,30 1,80 1,50 1,30 1,00
n=3 2,75 2,06 1,66 1,47 1,24 1,05 0,88 0,76
n=4 2,37 1,84 1,52 1,35 1,16 0,99 0,85 0,73
Máximo teórico 0,88 0,79 0,75 0,68 0,63 0,58 0,54 0,50
174
Tabla 66.
Porcentajes de remoción según ecuación de Jorge Sáenz
Condiciones % Remoción
87,5 80 75 70 65 60 55 50 5,33 24,29 28,96 34,53 26,99
n=1 7,000 4,000 3,000 2,333 1,857 1,500 1,222 1,000 1,141 0,321 0,408 0,527 0,370
n=3 3,000 2,130 1,762 1,481 1,676 1,072 0,915 0,780 0,867 0,292 0,362 0,455 0,332
n=4 2,727 1,981 1,657 1,405 1,200 1,030 0,884 0,757 0,839 0,288 0,357 0,447 0,327
Se halla el valor de θ teórico obtenido de la ecuación de Jorge Saenz asumiéndolo con
las características y el porcentaje real hallado en los desarenadores existentes como se
muestra en la tabla 67, según los valores de θ de Cualla y Jorge Saenz donde se utilizan las
condiciones de eficiencia del grado del desarenador, este fue observado en cada uno de los
desarenadores; Con respecto a el porcentaje de remoción obtenido en campo se halla el θ
teórico mediante los dos métodos aplicados.
Tabla 67.
Comparación teórica vs. real
Desarenador %
Remoción
θ
Teórico
(Cualla)
θ
en
campo
θ Teórico
(Ecuación
Jorge
Sáenz)
Cantidad
de bafles
n Observaciones
Fusagasugá 44,310 7,200 0,76 0,780 1 3 Buen estado
Melgar 5,330 4,600 - 0,867 1 3 Buen estado
Carmen de
Apicalá
24,290 25,300 - 0,321 0 1 Cubierto
Girardot 28,960 5,700 - 0,362 1 3 Buen estado
Mesitas del
Colegio
34,530 5,300 - 0,455 1 3 Buen estado,
cubierto
Flandes 26,990 2,300 - 0,332 1 3 Buen estado
Guamo 55,200 4,200 0,850 0,880 1 4 Buen estado
Alvarado 78,930 7,400 2,06 1,760 1 3 Buen estado
Facatativá 98,710 2,000 7,00 7,000 0 1 Cubierto
Ventaquemada 51,640 15,600 0,76 0,780 1 3 Buen estado
175
Con los resultados obtenidos hay varias inconsistencias en cuanto a los datos, no hay
porcentaje de remoción según la tabla 65 menor al 50 % ni mayor al 87,5% lo que indica
que para los porcentajes de remoción en campo no cumple para todos por lo que no sería
posible hacer una comparación con el valor de θ teórico. Se puede observar en la tabla 67,
que teniendo estas condiciones no hay un θ teórico para el desarenador de Melgar debido
a que el porcentaje de remoción es del 5,33 % es menor al 50 % , para el desarenador de
Carmen de Apicalá no hay valor de θ teórico ya que el porcentaje de remoción de este fue
de 24,29% es decir es menor al mínimo establecido por el autor , para el desarenador de
Girardot el porcentaje de remoción es del 28,96% lo que indica que es menor al 50 % y así
seria para los desarenadores de Mesitas del colegio con un porcentaje de remoción del
34,53% y para el desarenador de Flandes con un porcentaje de remoción del 26,99 %.
En el caso del desarenador de Facatativá el porcentaje de remoción es de 98,71%, es
mayor al establecido por el autor el cual es de un 87,5% lo que se hizo en este caso al estar
más cercano a ese valor se realizó la comparación.
Analizando los valores del θ teórico según Cualla y los obtenidos por la ecuación de
Jorge Sáenz con el θ de campo no se ve ninguna similitud entre ellos, en ningún
desarenador lo que genera un grado de incertidumbre entre lo que dice el autor y lo que se
investiga en campo. Muchos de estos factores pueden estar influenciados por factores
externos como se ha nombrado anteriormente lo que puede alterar las condiciones del
desarenador.
176
Metodología Muñoz A.H (2015)
La metodología implementada por este autor utiliza una velocidad de sedimentación la
cual se halla por medio de la ecuación de Stokes como se ha venido trabajando
anteriormente, en esta metodología se halla de manera diferente el porcentaje de
eliminación o remoción, ya que el autor plantea por medio de una gráfica y por medio de
una tasa de tratamiento el valor de porcentaje removido.
t: Tiempo preciso para atravesar el tanque de desarenado por una partícula dada con una
probabilidad de sedimentar y/yo, tiempo de retención de una partícula en el tanque.
to: Tiempo preciso por una determinada partícula con velocidad de sedimentación vs
para sedimentar desde una altura h del tanque.
t/to: Tasa de tratamiento
Con los cálculos anteriores se halló para cada desarenador, la velocidad de
sedimentación, por medio de la ecuación de Stokes donde los valores de viscosidad se
hallaron por medio de la temperatura. La tabla 68 muestra los resultados de velocidad de
sedimentación para cada desarenador
177
Tabla 68.
Velocidad de sedimentación.
Desarenador T°c Viscosidad
(cm2/s)
Diámetro
partícula(mm)
Diámetro
partícula(cm)
Vs(cm/s)
Fusagasugá 15,65 0,0112 0,100 0,01 0,80
Melgar 24,81 0,0090 0,100 0,01 1,00
Carmen de Apicalá 24,43 0,0091 0,100 0,01 0,99
Girardot 27,76 0,0084 0,100 0,01 1,07
Mesitas del Colegio 18,56 0,0104 0,100 0,01 0,86
Flandes 26,10 0,0087 0,100 0,01 1,03
Guamo 27,53 0,0085 0,100 0,01 1,06
Alvarado 29,80 0,0081 0,100 0,01 1,11
Facatativá 12,09 0,0132 0,100 0,01 0,68
Ventaquemada 11,11 0,0127 0,100 0,01 0,71
Seguidamente se halló el tiempo de retención de una partícula en el tanque utilizando las
variables de caudal y volumen, la tabla 69 muestra los resultados de tiempo de retención, el
tiempo de sedimentación de las partículas en aguas de reposo y la tasa de tratamiento.
Este autor denomina más valores para las condiciones de las pantallas deflectoras, la
tabla 70 muestra los valores de rendimiento que el autor utiliza.
Tabla 69..
Tasa de tratamiento
Desarenador h(cm) Caudal
m3/s
Vol m3 t to t/to n
Fusagasugá 250 0,10 213 2242,11 312,45 7,18 3,00
Melgar 255 0,08 93,24 1165,51 255,32 4,56 5,00
Carmen de Apicalá 200 0,01 60,84 5102,50 201,99 25,26 1,00
Girardot 210 0,45 505,52 1123,38 196,97 5,70 3,00
Mesitas del Colegio 158 0,03 29,20 973,43 183,51 5,30 3,00
Flandes 202 0,13 56,56 452,48 196,36 2,30 5,00
Guamo 165 0,06 40,89 659,47 155,54 4,24 8,00
Alvarado 200 0,01 13,26 1326,00 179,59 7,38 3,00
Facatativá 500 0,20 300,00 1500,00 736,21 2,04 1,00
Ventaquemada 180 0,01 29,70 3960,00 253,93 15,59 3,00
178
Tabla 70..
Rendimiento, n
Con los resultados y el n asignado a cada desarenador según la condición con el que está
construido, se entró a la gráfica con el valor de la tasa de tratamiento hasta que corte con la
curva del n escogido y se obtiene de esta manera el porcentaje de remoción. La grafica se
muestra en la figura 26.
Con el valor del porcentaje de remoción teórico se realizó una tabla con los resultados
para cada desarenador y se procede a comparar con el porcentaje de remoción en campo. La
tabla 71 muestra los resultados.
Tabla 71.
Comparación porcentaje teórico vs. real.
n Rendimiento
1 Muy pobre
2 Pobre
3 Bueno
5 Bueno
8 Muy bueno
∞ Óptimo
Desarenador % Teórico % Real
Fusagasugá 0,00 44,31
Melgar 98,00 5,33
Carmen de Apicalá 0,00 24,29
Girardot 94,00 28,96
Mesitas del Colegio 93,00 34,53
Flandes 81,00 26,99
Guamo 96,00 55,20
Alvarado 0,00 78,93
Facatativá 67,00 98,71
Ventaquemada 0,00 51,64
179
Se puede observar en los resultados que para los desarenadores de Fusagasugá, Carmen
de Apicalá, Alvarado y Ventaquemada no fue posible leer un valor en la gráfica, debido a
que la tasa de tratamiento de estos valores superaba el rango de escala , el valor es superior
a 6,0, para los demás desarenadores se hace una comparación en la cual para el desarenador
de melgar el porcentaje teórico es mayor que el real, para el de Girardot , mesitas del
colegio, Flandes, los valores teóricos son mayores a los reales , para el caso de Facatativá el
valor teórico es menor al real y el de guamo es mayor el teórico pero está más cerca al real.
Metodología Romero Corcho (1993)
Según la metodología de este autor, es muy importante realizar un factor de conversión
para hallar la viscosidad cinemática según la temperatura del agua, el autor emplea la
siguiente formula donde se utiliza la viscosidad del agua a una temperatura de 10°C igual a
0,0131 cm2/s.
Conociendo la viscosidad cinemática del agua a la temperatura de cada desarenador ya
no se emplean tablas si no se adquiere el valor exacto, el cual se utiliza en la fórmula de
Stokes para hallar la velocidad de sedimentación. El autor recomienda que es necesario
realizar la velocidad de sedimentación por el método de Allen Hazen por medio de la
siguiente formula en la cual el autor deja la velocidad de sedimentación para una
temperatura de 10°c como 2,9.
180
Debido a estudios realizados en laboratorios el autor recomienda hacer un promedio de
la velocidad de sedimentación por medio de la fórmula de Stokes y la fórmula de Allen
Hazen. La tabla 72 muestra los resultados finales.
Tabla 72.
Velocidades de sedimentación
Desarenador T°c Viscosidad
(cm2/s)
Diámetro
partícula(mm)
Diámetro
partícula(cm)
Vs(cm/s)
Stokes
Vs(cm/s)
Allen
Hazen
Vs
(cm/s)
Final
Fusagasugá 15,65 0,0112 0,100 0,010 0,80 0,34 0,5711
Melgar 24,81 0,0091 0,100 0,010 0,99 0,42 0,7053
Carmen de
Apicalá
24,43 0,0091 0,100 0,010 0,98 0,42 0,6997
Girardot 27,76 0,0085 0,100 0,010 1,05 0,44 0,7486
Mesitas del
colegio
18,56 0,0104 0,100 0,010 0,86 0,36 0,6138
Flandes 26,10 0,0088 0,100 0,010 1,02 0,43 0,7243
Guamo 27,53 0,0086 0,100 0,010 1,05 0,44 0,7452
Alvarado 29,80 0,0082 0,100 0,010 1,09 0,46 0,7785
Facatativá 12,09 0,0123 0,100 0,010 0,73 0,31 0,5188
Ventaquemada 11,11 0,0127 0,100 0,010 0,71 0,30 0,5045
Con el valor de la profundidad útil se calcula el tiempo de caída de la partícula el cual
está dado por la siguiente formula:
Para calcular el tiempo de retención el autor emplea una tabla en la cual se puede
escoger el porcentaje de remoción y según la condición de la pantalla deflectora se escoja
un valor denominado a el cual se multiplica con el tiempo de caída de la partícula, la tabla
73 muestra las condiciones de la pantalla deflectora y el porcentaje de remoción.
181
Tabla 73..
Condiciones de deflectores
Con los deflectores escogidos para cada desarenador se calcula el tiempo de
sedimentación el cual es la altura sobre la velocidad de sedimentación final la tabla 74
muestra los resultados.
Tabla 74.
Velocidad de sedimentación final
Con el porcentaje real obtenido en campo y el deflector se escoge un (a) teórico con el
cual se halla el tiempo de retención para cada desarenador, seguidamente se multiplica el
valor del (a) teórico con el valor del tiempo de retención y se halló la capacidad del
desarenador, en este caso se comparará la capacidad teórica del desarenador con la medida
en campo.
Condiciones Remoción
50%
Remoción
75%
Remoción 87 1/2
%
Máximo teórico 0,500 0,750 0,875
Depósitos con muy buenos deflectores 0,730 1,520 2,370
Depósitos con buenos deflectores 0,760 1,660 2,750
Depósitos con deficientes deflectores o sin
ellos
1,000 3,000 7,000
Desarenador h(cm) Caudal m3/s Vol. m3 Vs (cm/s) Final t(s)
Fusagasugá 250 0,10 213 0,5711 437,78
Melgar 255 0,08 93,24 0,7053 361,53
Carmen de Apicalá 200 0,01 60,84 0,6997 285,83
Girardot 210 0,45 505,52 0,7486 280,51
Mesitas del
Colegio
158 0,03 29,20 0,6138 257,43
Flandes 202 0,13 56,56 0,7243 278,90
Guamo 165 0,06 40,89 0,7452 221,43
Alvarado 200 0,01 13,26 0,7785 256,90
Facatativá 500 0,20 300,00 0,5188 963,71
Ventaquemada 180 0,01 29,70 0,5045 356,76
182
La tabla 75 muestra los resultados obtenidos y la tabla 76 muestra la comparación de el
volumen tomado en campo y el volumen (capacidad teórica) que se halló por medio del
porcentaje de remoción de arenas.
Se puede evidenciar en la comparación, solo para el desarenador de Flandes el valor
teórico es similar al valor real, a excepción de este desarenador ningún otro se le acerca a
una similitud en los resultados.
Tabla 75..
Capacidad teórica
Tabla 76..
Comparación de volúmenes
Desarenador % Real Deflector a teórico t(s) tr(s) C(m3)
Fusagasugá 44,309119 Buen estado 0,76 437,78 332,71 31,61
Melgar 5,325039 Buen estado 0,76 361,53 274,76 21,98
Carmen de
Apicalá
24,289194 No hay 1 285,83 285,83 2,29
Girardot 28,964762 Buen estado 0,76 280,51 213,18 95,93
Mesitas del
Colegio
34,526249 Buen estado 0,76 257,43 195,65 5,87
Flandes 26,987729 Buen estado 0,76 278,90 211,96 26,50
Guamo 55,201151 Buen estado 0,76 221,43 168,28 10,43
Alvarado 78,933097 Buen estado 1,66 256,90 426,45 4,26
Facatativá 98,706931 No hay 7 963,71 6745,94 1349,19
Ventaquemada 51,643798 Buen estado 0,76 356,76 271,14 2,03
Desarenador C(m3) Vol m
3
Fusagasugá 31,61 213
Melgar 21,98 93,24
Carmen de Apicalá 2,29 60,84
Girardot 95,93 505,52
Mesitas del Colegio 5,87 29,20
Flandes 26,50 56,56
Guamo 10,43 40,89
Alvarado 4,26 13,26
Facatativá 1349,19 300,00
Ventaquemada 2,03 29,70
183
Metodología Muñoz H. M. (1997)
La metodología de Muñoz se muestra a continuación, paso a paso donde se halló las
diferencias en tiempos de sedimentación y sus condiciones para diseñar los desarenadores.
La tabla 77 se calculó teniendo en cuenta diferentes factores de diseño como:
El área de cada uno de los desarenadores se halló con la profundidad y el ancho de estos.
la velocidad del agua se halló tomando los resultados del área y caudal de cada uno de
los desarenadores.
La longitud del desarenador se halló multiplicando los valores obtenidos anteriormente;
el coeficiente de seguridad, tiempo de sedimentación, profundidad del desarenador y la
velocidad del agua.
El tiempo de sedimentación teórico se halló con los resultados adquiridos en las
prácticas de laboratorio.
Las diferencias de tiempo de sedimentación se hallaron con el tiempo de sedimentación
teórico y el tiempo de sedimentación según el autor. La tabla 78 muestra las condiciones de
diseño que el autor toma como referencia en el diseño de un desarenador.
Tabla 77..
Tiempos de sedimentación
Desarenado
r
Q
(mᶟ/
s)
Áre
a
(m²
)
V
(m/s
)
L
Profundid
ad (m)
H
Ancho(
m)
B
Ts (s)
prácti
ca
T
Coeficie
nte de
segurida
d
Diámetro
del grano
(mm)
D
Longit
ud (m)
L
Ts(s)
Teóri
co
Diferenci
as Ts (s)
Fusagasugá 0,10 11,8 0,008
2,5 4,7 75 2 0,100 3,02 312 237
Melgar 0,08 9,0 0,00
9
2,6 3,5 75 2 0,100 3,38 255 180
Carmen de
Apicalá
0,01 5,2 0,002
2,0 2,6 75 2 0,100 0,46 202 127
Girardot 0,45 17,3 0,02
6
2,1 8,2 75 2 0,100 8,20 197 122
Mesitas del
Colegio
0,03 3,1 0,010
1,6 1,9 75 2 0,100 2,30 184 109
Flandes 0,13 5,3 0,02
4
2,0 2,6 75 2 0,100 7,21 196 121
Guamo 0,06 3,5 0,018
1,7 2,1 75 2 0,100 4,43 156 81
Alvarado 0,01 3,0 0,00 2,0 1,5 75 2 0,100 1,00 180 105
184
Tabla 78.
Condiciones de diseño
condiciones
V <0,3m/s
D máx. 0,15-2,0
coeficiente
de seguridad
1,5 - 2.0
capacidad de
desarenación
1,5 - 2,0
Según la teoría de este autor la eficiencia de un desarenador de flujo horizontal se da por
la capacidad de desarenación la cual debe estar entre 1,5 – 2,0 veces la capacidad teórica
observando en la tabla 77, para ninguno de los municipios se cumple esta condición ya que
el tiempo de sedimentación teórico es mayor que el tomado según la figura 16 ya que se
entró con un diámetro de 0,100 mm obteniendo un tiempo de sedimentación de 75 s. Para
todos los desarenadores ya que todos tienen el mismo diámetro de grano calculado
anteriormente, se tomó el máximo coeficiente de seguridad asumiendo que estos
desarenadores cumplieran en cabalidad con el 100% de la eficiencia, pero al variar este
valor se observó que la longitud del desarenador disminuiría notoriamente; por otra parte,
el municipio de Carmen de Apicalá y Ventaquemada mostró la longitud del desarenador no
es lógica debido a su valor tan mínimo 0,46 m y 0,38 m., entonces estos dos municipios no
pueden ser calculados por este método ya que los datos no cumplirían analizándolo a la
hora de aplicarlos en campo. Por lo tanto, se puede concluir que este método no funciona
debido a la deficiencia en la desarenación según los datos obtenidos en campo y también
3
Facatativá 0,20 30,0 0,00
7
5,0 6,0 75 2 0,100 5,00 736 661
Ventaquem
ada
0,01 5,4 0,001
1,8 3,0 75 2 0,100 0,38 254 179
185
por los diámetros de grano son excluyentes porque se encuentran entre 0,1 mm y 1,2 mm,
sin tener en cuenta otros diámetros que se podrían encontrar en campo dependiendo el lugar
donde se encuentre el desarenador.
Por otra parte, se observó que la velocidad del agua si cumple ya que en todos los
desarenadores se encuentran valores <0,3 m/s cumpliendo así con una de las condiciones,
también cumple con el diámetro de la partícula ya que el diámetro máximo es de 1,5 mm y
el de nuestros desarenadores es de 0,100 mm.
Metodología Mijares (1961)
En la metodología de este autor se emplean para los diseños diferentes factores como:
El tipo de tanque se tomó según las condiciones con las cuales se diseñaron los
desarenadores.
Los valores a/t se asumieron según la eficiencia que se quiera obtener en cada diseño de
desarenadores. El diámetro del grano se tomó utilizando el mismo rango para todos los
autores para qué cumplieran.
La velocidad de asentamiento vertical se tomó según el diámetro de la partícula.
Período de retención fue obtenido según la profundidad del desarenador.
Período teórico de sedimentación de la partícula es el período de retención por la velocidad
de asentamiento vertical.
Periodo de retención en la práctica se halló con el periodo teórico de sedimentación y los
valores de a/t.
186
Porcentaje de remoción en campo fue tomada de los resultados de laboratorios.Periodo
de retención teórica se halló según valores supuestos de diseño para una alta eficiencia y el
periodo de retención en la práctica se halló con valores adquiridos durante las prácticas de
laboratorio. Logrando una comparación entre los dos porcentajes de remoción lo resultados
obtenidos para cada desarenador se muestran en la tabla 79.
[1] Tipo de tanque
[2] valores a/t 87,5% Rem.
[3] Diámetro del grano (mm) ≥ 0,10 mm D
[4] Velocidad de asentamiento vertical (mm/seg)
[5] Periodo de Retención (mm) H
[6] Periodo teórico de sedimentación partículas (s)
[7] Periodo de retención teorico (s)
[8] % Remoción en campo
[9] valores a/t
[10] Diámetro del grano (mm) ≥ 0,10 mm D
[11] Velocidad de asentamiento vertical (mm/seg)
[12] Periodo de Retención (mm) H
[13] Periodo teórico de sedimentación partículas (s)
[14] Periodo de retención en la práctica (s)
187
Tabla 79.
Periodos de retención teóricos
Se realizó esta metodología utilizando un porcentaje (%) de remoción ideal según el
autor para una mayor eficiencia con las condiciones de los desarenadores estudiados.
Desarenador [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]
Fusagasugá 4 2,75 0,10 8 2500 312,5 859,38 44,31 1 0,100 8 2500 312,5 237,0
Melgar 2 3,7 0,10 8 2550 318,7 1179,38 5,33 0,82 0,100 8 2550 318,7 261,8
Carmen de
Apicalá
D 2,08 0,10 8 2000 250 520,00 24,29 0,69 0,100 8 2000 250 172,0
Girardot 4 2,75 0,10 8 2100 262,5 721,88 28,96 0,76 0,100 8 2100 262,5 199,0
Mesitas del
Colegio
1 7 0,10 8 1580 197,5 1382,50 34,53 1 0,100 8 1580 197,5 197,0
Flandes 8 2,37 0,10 8 2020 252,5 598,43 26,99 0,73 0,100 8 2020 252,5 184,3
Guamo 2 3,70 0,10 8 1650 206,2 763,13 55,20 0,82 0,100 8 1650 206,2 169,3
Alvarado D 2,08 0,10 8 2000 250 520,00 78,93 1,38 0,100 8 2000 250 345,0
Facatativá 1 7 0,10 8 5000 625 4375,00 98,71 7 0,100 8 5000 625 437,0
Ventaquemada 1
1/2
4,5 0,10 8 1800 225 1012,50 51,64 0,9 0,100 8 1800 225 202,5
188
Tabla 80. .
Periodo de retención real
Se realizó esta metodología utilizando el porcentaje (%) de remoción real obtenido en
campo mediante los ensayos realizados, a continuación, la tabla 81 muestra la comparación
entre el valor de retención de las partículas teóricas y reales.
Desarenador %
Remoción
en campo
valores
a/t Diámetro del grano
(mm) ≥ 0,10 mm
D
Velocidad de
asentamiento
vertical
(mm/seg)
Periodo de
Retención
práctico
(mm)
H
Periodo teórico
de
sedimentación
partícula (s)
Periodo de
retención en la
práctica (s)
Fusagasugá 44,31 1 0,100 8 2500 312,5 237,50
Melgar 5,33 0,82 0,100 8 2550 318,75 261,38
Carmen de
Apicalá 24,29 0,69 0,100 8 2000 250 172,50
Girardot 28,96 0,76 0,100 8 2100 262,5 199,50
Mesitas del
Colegio
34,53 1 0,100 8 1580 197,5 197,50
Flandes 26,99 0,73 0,100 8 2020 252,5 184,33
Guamo 55,20 0,82 0,100 8 1650 206,25 169,13
Alvarado 78,93 1,38 0,100 8 2000 250 345,00
Facatativá 98,71 7 0,100 8 5000 625 4375,00
Ventaquemada 51,64 0,9 0,100 8 1800 225 202,50
190
Tabla 81.
Comparación periodos de retención teórico vs. real.
Desarenador Periodo de retención
teórico (s)
Periodo de
retención en la
práctica (s)
Fusagasugá 859,375 237,5
Melgar 1179,375 261,375
Carmen de Apicalá 520 172,5
Girardot 721,875 199,5
Mesitas del Colegio 1382,5 197,5
Flandes 598,425 184,325
Guamo 763,125 169,125
Alvarado 520 345
Facatativá 4375 4375
Ventaquemada 1012,5 202,5
Se puede evidenciar que en la comparación de periodos de retención teórico la eficiencia
de los desarenadores es mayor a la eficiencia real ya que esta muestra valores menores de
retención en cada uno de ellos. Lo que quiere decir que los desarenadores no están
diseñados bajo condiciones óptimas, ni teniendo en cuenta su máximo nivel de remoción,
se evidencia que el único que tiene una eficiencia del 87,5% aproximadamente es
Facatativá y Alvarado; ya que ambos valores de periodos de retención son similares.
A continuación, se presenta en la tabla 82, los resultados de las cinco metodologías
evaluadas y en la cual se presentan los datos que fueron comparados en campo y en la
teoría.
191
Tabla 82.
Resumen metodologías de autores
Desarenad
ores
AUTORES
Cualla Corcho Muñoz A.H Muñoz H.M Mijares
Ɵ Cualla Ɵ
ecua
ción
Ɵ
Cam
po
C
m3
Vol
m3
%
Remoci
ón
Teóric
o
%
Remoci
ón en
campo
Tiempo
sedimentac
ión
(Campo)
Tiempo
sedimentac
ión (
Teórico)
Periodo
de
retenció
n
Teórico
Perio
do de
reten
ción
Cam
po
Fusagasug
á
7,2 0,78 0,76 31,6
1
213 0 44,31 75 312 859,375 237,5
Melgar 4,6 0,86 - 21,98
93,24
98 5,33 75 255 1179,375 269,75
Carmen de
Apicalá
25,3 0,32
1
- 2,29 60,8
2
0 24,29 75 202 520 172,5
Girardot 5,7 0,36 - 95,93
505,32
94 28,96 75 197 721,875 199,5
Mesitas del
Colegio
5,3 0,45 - 5,87 29,2 93 34,53 75 184 1382,5 197,5
Flandes 2,3 0,33 - 26,5 56,56
81 26,99 75 196 598,425 184,325
Guamo 4,2 0,88 0,85 10,4
3
40,8
9
96 55,2 75 156 763,115 169,1
2
Alvarado 7,4 1,76 2,06 4,26 13,26
0 78,93 75 180 520 345
Facatativá 2 7 7 1349
,2
300 67 98,71 75 736 4335 43,75
Venta
quemada
15,6 0,78 0,76 2,03 29,7 0 51,64 75 254 1012,5 202,5
192
Conclusiones
Se realizo una comparación entre el porcentaje de remoción hallado en campo y el
porcentaje de remoción teórico hallado con cada una de las teorías de diseño evaluadas ,
teniendo en cuenta un diámetro de partícula de 0,1 mm para todos los desarenadores debido
a que según lo investigado es un rango de partícula característico y predominante en ríos
colombianos, además debido a que la mayoría de los autores manejan escalas e intervalos
que inician desde este valor; Donde se encontró que solo el desarenador de Facatativá y el
desarenador de Alvarado, cumplían casi en un 100 % de similitud entre el porcentaje de
remoción real y el porcentaje de remoción teórico, esto debido a que las características en
común de estos desarenadores es que se encuentran totalmente cubiertos, lo que evita que
factores externos incidan en el proceso de sedimentación y eficiencia en cada desarenador.
Se realizó una revisión del estado de arte de diseño de desarenadores de flujo horizontal,
en la cual se encontró que existe una gran variedad de metodologías de diseño
referenciados por distintos autores. Cada referencia muestra varias recomendaciones,
características y parámetros que hacen que cada una de ellas aporte algo diferente para los
diseñadores de desarenadores de flujo horizontal; logrando concluir cuál de estos autores es
mejor para lograr un diseño con eficiencia optima según los datos tomados en campo.
Se ejecutó el estudio a diez desarenadores de flujo horizontal en los cuales se pudo
evidenciar que las condiciones de mantenimiento son esenciales para el buen
funcionamiento de la estructura, ya que si no se realiza un mantenimiento la estructura
puede sufrir re suspensión de sólidos , los cuales harían ineficiente la estructura, en lo que
se pudo observar la mayoría de los desarenadores a los cuales se les realizó una visita
técnica , no presentaban una adecuada estructura que los protegiera de condiciones
193
externas, ya que la mayoría de los desarenadores diseñados se encontraron descubiertos en
la superficie exponiéndose a factores externos como lo son la acción del viento el cual
perturba la superficie del agua, los cuales se observaron en la descripción de cada uno de
ellos y las respectivas ilustraciones. La zona en la que estaban construidos ya que la
mayoría quedaban expuestos a zonas con mucha vegetación alrededor, junto a laderas y
demás factores que intervenían en el proceso de sedimentación, la temperatura varia con la
profundidad del agua y se establecen corrientes verticales.
En todas las metodologías evaluadas y consultadas se evidenció por medio de los
resultados que la mayoría de desarenadores a los cuales se les evaluó el periodo de
retención para hallar el porcentaje de remoción, no coincidía con el periodo de retención
para hallar el porcentaje de remoción teórico, esto se demostró por medio de la evaluación
de las cinco metodologías de diseño escogidas, en las cuales se analizaron parámetros como
tiempo de sedimentación, velocidad de sedimentacion, Capacidad o volumen del
desarenador , entre otros. Al evaluarse por diferentes metodologías los desarenadores no se
acercaban al valor teórico deseado, lo que comprobó que muchas de las estructuras
evaluadas estando en operación no cumplían con un diseño que tuviera una porcentaje de
remoción óptimo, y en la mayoría de los casos el volumen estaba sobredimensionado, esto
puede ocurrir por factores como la demanda de la población , el caudal captado , ya que
cuando se diseñó no demandaba la misma cantidad por lo que el desarenador con el tiempo
fue perdiendo eficiencia y se fue deteriorando.
Al estudiar las diferentes metodologías se encuentra que cada autor implementa ciertos
diseños que se quedan en la parte teórica, la mayoría de ellos no demuestran un diseño que
haya sido implementado y con base en él se hallan dado las recomendaciones, pasa con el
194
autor Cualla (1995) el cual en su diseño presenta un porcentaje de remoción mayor al 50 %,
presenta la tabla 1 incompleta y comparando los valores teóricos con los de campo,
ningún valor se acerca o es similar a los establecidos por el autor. Al complementar los
valores de la tabla 1, para ningún desarenador fue posible hacer una relación ya que se
encontraban por encima o por debajo de los límites que el autor establecida, por lo tanto, no
es una metodología que al ser usada garantice que el desarenador tenga una eficiencia
estimada, debido a los vacíos en sus datos hace que el diseñador opte por otras variables y
el diseño se vea modificado.
Se ha encontrado que en la mayoría de ríos el tipo de material que se sedimenta es arena
muy fina con valores entre (0,1 mm y 0.05 mm) y arena fina con valores entre (0,1 mm y
0,25 mm), por lo que fue necesario obtener un valor promedio que coincidiera con lo que
los autores usan en cada metodología para tener un mismo criterio al momento de analizar
una condición igual, ya que estas metodologías lo usan para hallar la velocidad de
sedimentacion en los desarenadores de flujo horizontal.
Se encontró que para obtener un porcentaje de remoción más óptimo se aconseja la
metodología del autor Corcho (1993) para el cual el autor hace una recomendación y es que
hay que hacer una corrección a la viscosidad por medio de la temperatura, ya que no se guía
por tablas si no por un valor exacto y característico del sitio donde se implementara el
desarenador de flujo horizontal , de este modo permite que todas las condiciones se ajusten
a el sitio en específico.
Se recomienda un manejar un porcentaje de remoción por encima del 80 % ya que los
municipios de Facatativá (98,71 %) y Alvarado (78,93 %) estuvieron próximos a ese rango
y cumplió para la metodología de Muñoz H.M (1997).
195
Recomendaciones
La metodología del autor Mijares (1961) maneja condiciones de diseño para
desarenadores con varias características las cuales se encuentran bajo unos parámetros
específicos como la velocidad no puede ser mayor a 0,3 m/s, el coeficiente de seguridad
debe encontrarse entre un rango de 1,5-2,0 y la capacidad de desarenación debe ser 1,5-2,0
la teórica. Por lo tanto, estas condiciones no cumplen en desarenadores como los estudiados
ya que en ninguno de los casos se ve el nivel de eficiencia mínimo que deberían presentar,
debido a que el diámetro de la partícula se supuso para que se pudiera calcular mediante
este método por lo que este autor solo acepta diámetros a partir de 0,1 mm hasta 1,2 mm;
sin tener en cuenta otros diámetros de partículas más pequeñas o más grandes. En
conclusión, para diseñar bajo estas condiciones se aconseja hacerlo con desarenadores que
cumplan con los tamaños de diámetros establecidos en el.
La metodología del autor Muñoz H.M (1997) diseña bajo porcentajes de remoción
entre 50%, 75% y 87,5% siendo este la máxima eficiencia en el periodo de remoción de las
partículas en los desarenadores de flujo horizontal, una de las recomendaciones es diseñar
con los parámetros que da el autor con un 87,5% ya que si diseñamos bajo estos parámetros
clasificando cada uno de nuestros desarenadores según su tipo de tanque estaríamos
apostando a que cumpla con su mayor porcentaje de eficiencia al ser construido, este
método es recomendable ya que no cuenta con parámetros excluyentes; sino que solo se
tienen en cuenta parámetros según cada una de las características con que estos cuentan.
Una clara demostración de que este método funciona en un 100% es el desarenador del
municipio de Facatativá ya que debido a sus condiciones de diseño cumple con un
196
porcentaje de remoción entre 87,5% - 100% porque los resultados tanto teóricos como
reales fueron iguales en su eficiencia de diseño.
La metodología del autor Muñoz A.H (2015) realiza el cálculo del porcentaje de
remoción por medio de una gráfica para la cual según la condición de las pantallas se
calcule el valor, es una metodología poco acertada debido a que no existe una operación
que permita saber un valor exacto este se hace por tanteo, de igual forma calcula la
velocidad de sedimentación mediante diámetros asumidos, por lo que no se conocen las
condiciones y parámetros exactos para realizar un diseño.
Es muy importante para realizar un diseño de un desarenador de flujo horizontal que
todos los parámetros sean obtenidos en campo ya que cada lugar ya sea pueblo o ciudad;
cuenta con diferentes características en su red hídrica, lo cual altera los diseños y disminuye
la eficiencia en ellos; por lo tanto, no es recomendado diseñar bajo parámetros teóricos ya
que estos no especifican para que tipo de agua se está diseñando, obteniendo así una mejor
eficiencia en los nuevos diseños.
El autor Romero Corcho (1993) en su metodología el autor hace una recomendación y es
que hay que hacerle una corrección a la viscosidad por medio de la temperatura , ya que no
se guía por tablas si no por un valor exacto y característico del sitio donde se implementara
el desarenador de flujo horizontal , seguidamente de este proceso el autor establece que es
necesario calcular la velocidad de sedimentación por medio de la ley de Stokes y la ley de
Allen Hazen , y realizar un promedio de estas dos velocidades para tener un rango más
acertado de la velocidad de sedimentación, ya que por lo general todos los autores asumen
que para la velocidad de sedimentación se debe considerar siempre la ley de Stokes debido
a que siempre el flujo estará en régimen laminar.
197
Aunque las pruebas hechas con los desarenadores no demostraron que esta teoría se
acercara a los valores de campo, si demostró que en cuestión de alternativas es la más
recomendable debido a que el autor realizo estudios de laboratorio en los cuales relata la
importancia de registrar los datos característicos del lugar de estudio ya que La eficiencia
del diseño de un desarenador de flujo horizontal depende fundamentalmente de su
superficie horizontal y de la velocidad de caída de las partículas en suspensión.
Se recomienda que el tiempo de retención se base en el tamaño de las partículas que
deben separarse; y se encuentren en el desarenador diseñado, generalmente varían de 20
segundos a un minuto.
Se puede disponer de cierta variedad de unidades de limpieza mecánica que eliminan las
arenas mediante rastrillos o cangilones estando en operación normal el desarenador. Estas
unidades requieren mucho menor espacio para el almacenamiento de las arenas que las
unidades de operación manual. Se recomienda que la operación de los desarenadores de
limpieza manual debe limpiarse después de cada temporal fuerte debido a que como se
observó en los municipios de Melgar y Fusagasugá al siguiente día que se recogieron las
muestras, estas presentaban mayor turbiedad a la salida. Esto se debe a la presencia de
solidos que se resuspenden por la acción de la lluvia ocasionando que haya mayor cantidad
de solidos a la salida del desarenador. Por esto algunos autores recomiendan que el
desarenador debe estar totalmente cubierto para que la eficiencia sea óptima.
198
En condiciones normales de trabajo, estos desarenadores deben limpiarse cuando las
arenas depositadas llenen un 50-60% del espacio de almacenamiento. Esto debe vigilarse
cuando menos cada 10 días. Cuando se usen unidades de limpieza mecánica deben limpiar
a intervalos regulares, para evitar una carga indebida sobre el mecanismo limpiador. Deben
observarse estrictamente las recomendaciones del fabricante.
Se recomienda cuando sea necesario instalarse un desarenador en el primer tramo de la
aducción lo más cerca posible a la captación de agua. Preferiblemente debe contar con dos
módulos que operen de forma independiente, cada uno dimensionado para el caudal medio
diario. Como pudimos observar en algunos de los municipios se contaba con dos o tres
desarenadores para facilitar el mantenimiento de estos, observando que estos donde se
realizaban mantenimientos continuos presentaron mayor eficiencia de remoción.
El diseño de un desarenador debe contar con una pendiente de fondo que estará entre el
5-8% con el fin de obtener una limpieza eficiente a través de un barrido fácil, y debe
permitir que los obreros caminen sin resbalar. También debe ubicarse una caja de
inspección lo más cerca posible a la descarga de arenas.
199
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