11.2 ASPECTOS TCNICOS

11.2.3 Memoria de diseo y clculos de los cmputos mtricos: La construccin de un desarenador tiene por objeto separar del agua cruda la arena y partculas en suspensin gruesa, con el fin de evitar que se produzcan depsitos en las obras de conduccin, proteger las bombas de la abrasin y evitar sobrecargas en los procesos posteriores de tratamiento. El desarenado se refiere normalmente a la remocin de las partculas superiores a 0,2 mm. Diseo de desarenador de tipo flujo horizontal: Es el ms utilizado hoy en da. Las partculas se sedimentan al reducirse la velocidad con que son transportadas por el agua. Son generalmente de forma rectangular y alargada, dependiendo en gran parte de la disponibilidad de espacio y de las caractersticas geogrficas.Estos desarenadores estn compuestos por 4 zonas y se disean con un canal paralelo, con el fin de realizarle su limpieza, adems su forma de trabajo es mediante la gravedad, no requiere de bombeo ni otros elementos para que el agua corra por su estructura. Componentes del desarenador:a) Zona de entradaTiene como funcin el conseguir una distribucin uniforme de las lneas de flujo dentro de la unidad, uniformizando a su vez la velocidad.

b) Zona de desarenacinParte de la estructura en la cual se realiza el proceso de depsito de partculas por accin de la gravedad.

c) Zona de salidaConformada por un vertedero de rebose diseado para mantener una velocidad que no altere el reposo de la arena sedimentada.

d) Zona de depsito y eliminacin de la arena sedimentadaConstituida por una tolva con pendiente mnima de 10% que permita el deslizamiento de la arena hacia el canal de limpieza de los sedimentos.

Criterios de diseo para el presente desarenador horizontal: El agua debe poseer una condicin ptima para el consumo humano. La infraestructura deber ser conforme a las normativas vigentes. El espacio de construccin deber ser suficiente para el establecimiento del desarenador. El periodo de diseo, teniendo en cuenta criterios econmicos y tcnicos es de 8 a 16 aos. Las dotaciones consideradas sern las que emita la poblacin futura. El periodo de operacin es de 24 horas por da. El tiempo de retencin ser entre 2 - 6 horas. La profundidad del sedimentador ser entre 1,5 2,5 m. El fondo de la unidad debe tener una pendiente entre 5 a 10% para facilitar el deslizamiento del sedimento. La velocidad en los orificios no debe ser mayor a 0,15 m/s para no crear perturbaciones dentro de la zona de sedimentacin. La ubicacin de la pantalla difusora debe ser entre 0,7 a 1,00 m de distancia de la pared de entrada. Los orificios ms altos de la pared difusora deben estar a 1/5 o 1/6 de la altura (H) a partir de la superficie del agua y los ms bajos entre 1/4 1/5 de la altura (H) a partir de la superficie del fondo.

Anlisis de la eleccin del tipo de desarenador:

Para el presente estudio se decidi trabajar con el desarenador de tipo flujo horizontal, por diversas razones, una de ellas es la cantidad de poblacin, profundizando en la investigacin, se denot que la poblacin mnima de consumo exigida para la construccin de un desarenador horizontal es de 5000 habitantes, en vista de esto se eligi este tipo de infraestructura, adems de ello, en el mbito econmico, esta construccin resulta ms econmica comparada con desarenadores ms complejos como lo es de tipo vrtice, y que de igual forma cumplen las mismas funciones, la cual es de separar los sedimentos del agua, por las razones antes mencionadas se justifica el hecho de elegir este tipo de desarenador. Para disear un desarenador se deben conocer una serie de aspectos, que vienen estrechamente ligados al tema en estudio, como lo son: Caudal: se denomina caudal al volumen de agua que circula por el cauce de unroen un lugar y tiempo determinados.

Calidad de agua: para la utilizacin de agua en lugares poblados, esta debe presentar una serie de requisitos, los cuales indiquen que es saludable para su consumo, en el sector El Capador, existe una fuente natural, la cual aporta agua para una parte del sector La Capellana, esta fuente ha sido previamente revisada por estudios qumicos, bioqumicos, microbiolgicos y bacteriolgicos, en el caso del presente proyecto no se profundizara en este tema, simplemente se apegara a la opinin brindada por el estudio realizado por Vivas Jos, Fuente natural, El Capador, Ubicada en La Capellana, va La Cascada, Bailadores Estado Mrida, donde indica que el agua es ptima para el consumo de los seres vivos.

Importancia de conocer el caudal: Es importante conocer el caudal de una fuente, porque este vara segn las condiciones meteorolgicas. En tiempo de lluvias el caudal es mayor, y ms pequeo al final del periodo de sequa.

Medicin del caudal: Para realizar estas mediciones lo ms implementado son los aforos. En este proyecto, en vista de las condiciones de tiempo, se tom como referencia un estudio denominado Aforos para el clculo de la cuenca ubicada en El Capador, Sector La Capellana, Municipio Rivas Dvila, Bailadores, Estado Mrida, efectuado por Rosales Aurimar, Ramrez Yesika y Garca Mara, los datos reflejados son los siguientes:Mtodo de rea

InstrumentoTiempo (sg)

17.58

25.42

35.29

44.27

55.80

65.50

72.99

83.92

94.04

104.14

Tabla de tiempos extrada del documento mencionado.A travs de la tabla de tiempos y con la frmula:

Dnde: t= tiempo. tn= nmero total de tiempos.Se obtuvo que: El tiempo; t = 4.91 sg.

En segundo lugar con el promedio de tiempos total, se pudo encontrar la velocidad: = 0.591 m/sg.Dnde: V= velocidad. D1-2= Distancia del recorrido. t= tiempo. En tercer lugar mediante el mtodo de figuras geomtricas conocidas, se determin el rea total de la cuenca:

Atotal= 0.164m.

Por ltimo se calcul el caudal:Q= V*AQ= 0.0969 m/sg.Lo que es igual: Q=96.9 lt/sg.

Dnde: Q= caudal. V= velocidad. A= rea total de la cuenca. Una vez obtenido el caudal, conocemos el volumen de agua que arroja por segundo la fuente natural de agua, de esta forma se puede proyectar el diseo de un desarenador en la zona del Capador, Sector la Capellana, siguiendo los parmetros de diseo.

Dotacin: para el clculo de la dotacin se tomarn en cuenta los datos arrojados por el consejo comunal La Capellana, del Municipio Rivas Dvila, Bailadores, a travs de un censo realizado en este ao vigente, y una proyeccin de 16 aos posteriores, por otra parte se tomarn en consideracin las dotaciones indicadas en la Norma Sanitaria de 1988.

Tabulacin de poblacin actual (2015)

N de familias 88

N de habitantes310

Total de nios y nias (0 a 14 aos)66

Total de adolescentes (15 a 17 aos)34

Total hombres y mujeres (18aos en adelante)208

Total de poblacin discapacitada 2

Caracterizacin del Consejo comunal (2015)

N de parcelasN de viviendasN de quintasN de aptosN de viviendas tradicionalesN de viviendas convencionales

1391213902755

Dotaciones de agua para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliaresrea Total de la Parcela o del lote en metros cuadradosDotacin de agua correspondiente en litros por da

Hasta 201301 401 501 601 701 801 901 1001 1201 1401170120012501Mayores de200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 17002000 2500 300030001.500 1.700 1.900 2.100 2.200 2.300 2.400 2.500 2.600 2.800 3.000 3.4003.800 4.500 5.000 5.000 ms 100/da por cada 100 m de superficie adicional.

Norma Sanitaria 1988

1) Clculo de caudales:

Consumo medio diario: es el consumo que se espera que realice la poblacin de diseo durante un periodo de un da Qmedio diario=

Clculo de dotaciones

rea de viviendamCantidad de viviendasDotacin lts/daQ medio diario lts/da

25033170056.100

30025170042.500

35018190034.200

45015210031.500

60017220037.400

70013230029.900

48.100121231.600

rea aproximada del Sector La Capellana: 141.700 m. Total de consumo medio diario: 231.600 lts/da. 2.68 lts/sg.

Caudal Mximo Diario: es el mximo consumo que se espera realice la poblacin en un da y se calcula como un factor de ampliacin (K1) del Qmd, dicho factor est establecido por la norma sanitaria 1988, art 109 parte B.

K1= 1.3Q mx. diario= 1.3 x 231.600 lts/daQ mx. diario= 301.080 lts/da. 3.49 lts/sg. Caudal mximo horario:Qmx horaria= k2 * Qmedio diario.K2 depende de:Si la poblacin es < 5000 habitantes, se calcula con la siguiente formula:

K2= 4.8QmxH= 4.8 * 2.68 lts/sg.QmxH= 12.86 lts/sg. Clculo de dotacin para poblacin futura:Clculo de poblacin futura: Crecimiento anual promedio:

I= crecimiento anual promedioPa= Poblacin actual (ltimo censo).Pi= Poblacin del primer censo.n= Aos transcurridos entre el primer censo y el ltimo.

I= 8.467. Poblacin futura:

Dnde: Pf = Poblacin futura.Pa = Poblacin actual.N = Periodo que fija el proyectista.I = Crecimiento anual promedio.Pf= 310 + (8.467x16)Pf= 446 habitantes.Tabulacin de poblacin futura (2065)N de familias 127

N de habitantes446

Total de nios y nias (0 a 14 aos)95

Total de adolescentes (15 a 17 aos)49

Total hombres y mujeres (18aos en adelante)299

Total de poblacin discapacitada 3

Caracterizacin del Consejo comunal futuro (2065)

N de parcelasN de viviendasN de quintasN de aptosN de viviendas tradicionalesN de viviendas convencionales

1391745602797

Debido al aumento de la poblacin para una proyeccin de 16 aos, que es el tiempo mximo tomado en los criterios de diseo especificados en la Gua para el diseo de desarenadores y sedimentadores Lima 2005, el aumento de viviendas y dems caracterizaciones es generativo dependiente de la poblacin, con dichos datos ser entonces calculado el desarenador, en vista de que las dotaciones sern superiores para los aos posteriores, y se desea capacitar dicha infraestructura para que beneficie la poblacin existente as como la futura, se aplicar una relacin entre la dotacin generada por la poblacin actual la cual es de 3.49 lts/sg, y la poblacin futura, generando entonces nuevos datos los cuales se plasman en la siguiente tabla:PoblacinCaudal medio diarioCaudal mximo diarioCaudal mximo horario

Existente 2.68 lts/sg3.49 lts/sg12.86 lts/sg

Futura3.86 lts/sg5.01 lts/sg18.50 lts/sg

2) Calculo de las dimensiones del desarenador:Vh= 0.509 m/sg (Velocidad Horizontal).Ancho= 0.60m (Asumido).Qms horaria= 18.50 lts/sg 0.0185 m/sg.H= H= H= 0.061 m (Tirante de agua).3) Clculo de la longitud del desarenador: Para el diseo del desarenador no solo se estima la poblacin actual y la futura, junto con los caudales sino adems, se realiza en base al anlisis de los fenmenos de sedimentacin de partculas, lo cual se puede realizar utilizando las frmulas de Stokes (en rgimen laminar), de Newton (en rgimen turbulento) de Allen (en rgimen transitorio), segn la tabla siguiente:

Tabla de relacin entre dimetro de las partculas y velocidad de sedimentacin. Sin embargo para simplificar los clculos del diseo es necesario ahondar sobre una referencia acerca de lo que es la velocidad de sedimentacin de las partculas, ya que se puede notar con la tabla anterior la complejidad que posee el estudio, y por causa del tiempo es necesaria la implementacin de los datos vlidos en sedimentacin libre para partculas de arena con densidad inferior a 0.300mm y temperatura del agua de 15,5C, obtenidos de la investigacin realizada por Ramrez Cesar y su grupo de trabajo, denominada Diseo del Acueducto para el Sector Hatico Valera, Estado Trujillo, donde se menciona que el dimetro de las partculas fue derivado mediante informacin recolectada en C.A HIDROLGICA DE LA CORDILLERA DE LOS ANDES, y a su vez lo que respecta a las velocidades de las partculas, observando que dicho antecedente se efectu en la Cordillera Andina, es estima que los datos son factibles para el presente proyecto por la similitud de los climas en las zonas que se estudian.Dimetro de las partculas eliminadasVelocidad de sedimentacin

0,150 mm40-50 m/h

0,200 mm65-75 m/h

0,250 mm85-95 m/h

0,300 mm105-120 m/h

Tabla de sedimentacin libre. Fuente: HidroandesL= Vh= Velocidad Horizontal. = 0.509 m/sg.Vs= Velocidad de sedimentacin de la partcula.= 0.011 m/sg.H= Tirante de agua.= 0.061 m.L= Longitud del canal.L= x 0.061mL= 2.82 m => L=3m.4) Clculo de la pendiente del canal desarenador: De la frmula de Manning (formula tomada de manual de Hidrulica de J.M. de Azevedo Netto y Guillermo Acosta lvarez, 6 Edicin.):V =Dnde: V= velocidad (0.509m/s) n = coeficiente de rugosidad (0.015 valor tomado de tabla 23.5 de manual de hidrulica de J.M. de Azevedo Netto y Guillermo Acosta lvarez, 6 Edicin. RH = radio hidrulico S = pendienteRH = A / PM.Dnde: A= rea. PM= Permetro mojado.rea= (Ancho x Tirante de agua).rea= (0.60m x 0.061m).rea= 0.0366 m.PM= 0.061m +0.60m +0.061mPM= 0.722M.RH= 0.0366 m/ 0.722mRH= 0.051 m. (Radio Hidrulico)De la frmula V = despejo S= V*n* = m => RH=0.1375 m = 0.509 *0.015*0.1375S=0.032%.Resultados del diseo del desarenadorDimetro de partculasVelocidad de sedimentacinVelocidad horizontal

0.150 mm0.011 m/sg0.509 m/sg

LongitudAnchoDimetro de orificiosPendienteCaudal de diseo

3 m0.60 m3 cm0.032%18.50 lt/sg

Anlisis de los resultados:

Evaluacin de la fuente de abastecimiento

Tipo de fuenteSuperficial afluente de la quebrada El Capador

Caudal (lts/sg)96.9

Calidad del agua ptima

Velocidad (m/sg)0.591

Obra de captacin

Tipo de captacinToma directa

Estado Cumple con la funcin

Caudal (lts/sg)18.50

Dimetro de tubera6

Tubera tipoH.G

Desarenador

Largo interno (m) 3.00

Largo superficial (m)3.30

Ancho interno (m)0.60

Ancho superficial (m)0.90

Pendiente mnima (%)0.032

Pendiente asumida (%)5