DISEÑO DE UN DESARENADOR, Ejercicios de Hidráulica

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Desarenadores

Los desarenadores, son obras hidráulicas que sirven para

separar (decantar) y remover (evacuar) después, el material sólido

que lleva el agua de un canal.

2. En función de la velocidad de escurrimiento::

• De baja velocidad v < 1 mis (Recomendable: 0.20 - 0.60 mis).
• De alta velocidad v > 1 mis ( Recomendable: 1- 1.5 mis).

3. Por la disposición de los desarenadores:

• En serie: formado por dos o más depósitos construidos uno a

continuación del otro.

• En paralelo: formado por dos o más depósitos distribuidos

paralelamente y diseñados para una fracción del caudal derivado.

Desarenadores de lavado intermitente

Son el tipo más común y la operación de lavado se procura

realizar en el menos tiempo posible con el objetivo de reducir al

mínimo las pérdidas de agua.

Fases del desarenamiento: Fase de sedimientación Fase de purga(evacaucaión)

Elementos de una desarenador:

1.Transcion de entrada: Es la cual une el canal con el desarenador.

2. Cámara de sedimentación: Es en la cual las partículas sólidas caen

al fondo, debido a la disminución de la velocidad producida por

el aumento de la sección transversal.

Según Dubuat, las velocidades límites por debajo de las cuales el

agua cesa de arrastrar diversas materias son:

para la arcilla 0.081 m/s

para la arena fina 0.16 m/s

para la arena gruesa 0.216 m/s

3. Vertedero: Al final de la cámara se construye un vertedero sobre el

cual pasa el agua limpia hacia el canal.

De la ecuación de Francis para de un vertedero rectangular sin

contracciones, se tiene:

. siendo el área hidráulica sobre

vertedero:

A= Lh

. la velocidad, por la ecuación de continuidad, será: . y la carga sobre el vertedero:

CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO HIDRAULICO

1. Cálculo del diámetro de las partículas a sedimentar

Los desarenadores se diseñan para remover partículas mayores a un diámetro específico. En plantas hidroeléctricas, comúnmente se admite un tamaño máximo de 0.25 mm, mientras que en sistemas de riego se tolera hasta 0.5 mm. En hidroeléctricas, el diámetro admisible puede determinarse según la altura de caída o el tipo de turbina. Tabla N°6.1 Diámetro de partículas en función de laaltura de caída Tabla N°6.2 Diámetro de partículas en función con eltipo de turbina CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO HIDRAULICO

1. Cálculo del diámetro de las partículas a sedimentar

Los desarenadores se diseñan para remover partículas mayores a un diámetro específico. En plantas hidroeléctricas, comúnmente se admite un tamaño máximo de 0.25 mm, mientras que en sistemas de riego se tolera hasta 0.5 mm. En hidroeléctricas, el diámetro admisible puede determinarse según la altura de caída o el tipo de turbina. Tabla N°6.1 Diámetro de partículas en función de laaltura de caída Tabla N°6.2 Diámetro de partículas en función con eltipo de turbina CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO HIDRAULICO

1. Cálculo del diámetro de las partículas a sedimentar

Los desarenadores se diseñan para remover partículas mayores a un diámetro específico. En plantas hidroeléctricas, comúnmente se admite un tamaño máximo de 0.25 mm, mientras que en sistemas de riego se tolera hasta 0.5 mm. En hidroeléctricas, el diámetro admisible puede determinarse según la altura de caída o el tipo de turbina. Tabla N°6.1 Diámetro de partículas en función de laaltura de caída Tabla N°6.2 Diámetro de partículas en función con eltipo de turbina CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO HIDRAULICO

1. Cálculo del diámetro de las partículas a sedimentar

Los desarenadores se diseñan para remover partículas mayores a un diámetro específico. En plantas hidroeléctricas, comúnmente se admite un tamaño máximo de 0.25 mm, mientras que en sistemas de riego se tolera hasta 0.5 mm. En hidroeléctricas, el diámetro admisible puede determinarse según la altura de caída o el tipo de turbina. Tabla N°6.1 Diámetro de partículas en función de laaltura de caída Tabla N°6.2 Diámetro de partículas en función con eltipo de turbina

Una turbina Kaplan es un tipo de turbina hidráulica de flujo axial y palas orientables, diseñada para trabajar con alturas de caída bajas (entre 2 y 30 metros) y altos caudales. Fue desarrollada por el ingeniero austríaco Viktor Kaplan en 1913.

2. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL

FLUJO

La velocidad en un desarenador se considera lenta cuando está comprendida entre0,20 a 0,60 m/s, la elección puede ser arbitraria o puede realizarse utilizando lafórmula de Camp.

Tabla N°6.3 Velocidades de sedimentación w calculado por "Arkhangelski (1935)" en función deldiámetro de partículas. FÓRMULA DE OWEN donde: w = velocidad de sedimentación (m/s) d = diámetro de partículas (m) Ps = peso específico del material (g/cm3) k = constante que varía de acuerdo con la forma y naturaleza de los granos, sus valores se muestra en la tabla 6.

La experiencia generada por Sudry, la cual se muestra en el nomograma de la figura 6.4, 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 (pw en gr/cm3). La fórmula de Scotti - Foglieni donde: w = velocidad de sedimentación (m/s) d = diámetro de la partícula (m)

4.2 Considerando los efectos retardatorios de laLa fórmula de Scotti - Foglieni 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 (6.4) se expresa: en la cual se observa que manteniendo las otras condiciones constantes la ecuación (6.5) proporciona mayores valores de la longitud del tanque que la ecuación (6.4). Eghiazaroff, expresó la reducción de velocidad como: Levin , relacionó esta reducción con la velocidad de flujo con un coeficiente:

Bestelli et al , consideran. 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 6. Tabla 6.5 Coeficiente para el cálculo de desarenadores de baja velocidad. En los desarenadores de altas velocidades, entre 1 m/s a 1.50 m/s, Montagre, precisa que la caída de los granos de 1 mm están poco influenciados por la turbulencia, el valor de K en términos del diámetro, se muestra en la tabla 6.6. Tabla 6.6 Coeficiente para el cálculo de de desarenadores de alta velocidad

6.2 Cálculo del ángulo central a y el radio R con que se traza la longitud del vertedero En la figura 6.5, se muestra un esquema del tanque del desarenador, en ella se indican los elementos R y L, Cálculo de Se sabe que: de donde: despejando R, se tiene: De la figura 6.5, tomando el triángulo OAB, se tiene: de donde: Igualando las ecuaciones (6.10) y (6.11), se tiene: