Camara de Carga y Desarenador

7/26/2019 Camara de Carga y Desarenador

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

PRESENTACION

El agua es el recurso natural bsico por excelencia, sin el cual sera impensable la vida tal

como la conocemos, y en la que se basa cualquier posible desarrollo de la sociedad. Es por

ello que las obras de captacin y transporte de agua han sido las primeras que ha abordado

el hombre, alterando necesariamente el entorno natural. El papel que juegan las

infraestructuras de agua en el desarrollo es pues, fundamental. Actualmente este tipo de

infraestructuras deben ser dise adas y gestionadas por profesionales t!cnicos con un alto

grado de formacin en ingenieria civil hidraulica, tanto del mbito privado como de la

administracin, que sean competentes y sepan aplicar las t!cnicas ms avan"adas y

eficientes, logrando que las obras cumplan las funciones para las que fueron dise adas en

forma eficiente y racional# captacin, transporte, almacenamiento, regulacin y distribucin.

INTRODUCCIONCURSO: OBRAS HIDRAULICAS 2016-I Pgina 1


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$os antiguos romanos y griegos aprovechaban la energa del agua% utili"aban ruedas hidrulicas

para moler trigo. &in embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retras su

aplicacin generali"ada hasta el siglo '((. )urante la edad media, las grandes ruedas hidrulicasde madera desarrollaban una potencia mxima de cincuenta caballos.

$as presas y los canales eran necesarios para la instalacin de ruedas hidrulicas sucesivas

cuando el desnivel era mayor de cinco metros. $a construccin de grandes presas de contencin

todava no era posible% el bajo caudal de agua durante el verano y el oto o, unido a las heladas en

invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidrulicas por mquinas de vapor en cuanto se pudo

disponer de carbn.

$os canales son conducciones a superficie libre que se utili"an en sistemas de suministro de agua

y en sistemas de drenaje de aguas lluvias.

En los sistemas de suministro de agua los canales pueden emplearse entre la captacin y el

tanque sedimentador, y luego entre el desarenador y el tanque de almacenamiento.

*osteriormente, dependiendo de la forma como se programe la distribucin del agua a partir del

tanque de almacenamiento, se utili"an tuberas o combinaciones de tuberas y canales.

$os sistemas de drenaje de aguas lluvias constan de un canal principal y una serie de ramales

secundarios y terciarios que captan en sus recorridos los caudales de escorrenta que se generan

en sus reas de influencia.

Algunas estructuras que se construyen en los canales son las siguientes#

+ompuertas y ertederos, para derivaciones, medicin de caudales y control de niveles.

-ransiciones, para empalmar tramos de diferente seccin transversal.

&ifones y Acueductos, o puentes, para atravesar corrientes naturales y cru"ar por

depresiones del terreno.

- neles, para atravesar obstculos naturales.

/ampas, escalones y disipadores de energa, para controlar las velocidades en canales

de alta pendiente, entre otros.

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DESARROLLO DEL TRABAJO INDICADO

CMARA DE CARGA

Definicin:

$as cmaras de carga son el primer receptor del agua del desarenador desde donde sedistribuyen a las tuberas for"adas que la conducen hacia las turbinas. Est dise ada paraactuar como una reserva de agua para mantener la presin de cada en la tubera for"ada y

requiere una entrada continua de agua del canal para mantener su nivel mximo.0ormalmente, se instala una gran rejilla coladera que cubre la "ona de entrada de agua a latubera for"ada para impedir la entrada de detritus en la misma. Es esencial una limpie"afrecuente de la rejilla coladera de la cmara de carga, ya que un caudal reducido de aguadebido a una rejilla obstruida puede conducir a presiones reducidas en la tubera de presin.$a cmara de carga act a como un ltimo desarenador y su dise o debe contar con unavlvula de purga en la compuerta de salida, para poder sacar y eliminar todos lossedimentos de la base de la misma. $a mayora de ellas cuenta tambi!n con un vertederopara desviar el exceso de agua. En algunos dise os de cmara de carga, se ha instaladouna vlvula de purga de aire en el punto en que la tubera for"ada se une con la cmara depresin. El propsito de esta vlvula es eliminar el aire de la tubera for"ada durante su

puesta en funcionamiento y como precaucin contra la formacin de un posible vaco si, poralguna ra"n, la entrada de la tubera for"ada se bloquea.

Partes:

-apn# Es el accesorio de maniobra que facilita la limpie"a del tanque sedimentador,cumpliendo la funcin de compuerta, por lo que tambi!n permite controlar el ingreso deagua.

/ejilla# Evita que los slidos flotantes ingresen a la tubera de presin, ya que puedenafectar el funcionamiento de las mquinas. &ituadas en varios puntos a lo largo del canal seencuentran una serie de rejillas coladeras que impiden que caigan a los mismos restos devegetacin y grandes piedras. $as rejillas coladeras estn hechas de barras de metalparalelas espaciadas de modo uniforme y se colocan normalmente en posicin inclinada.)e esta manera ser ms fcil recoger las hojas y detritus de la misma.

)ependiendo del empla"amiento, las rejillas coladeras debern limpiarse regularmente, y enalgunos casos ser necesario desmontarlas para limpiarlas apropiadamente./ecientemente se han introducido en el mercado rejillas coladeras de plstico duro. Ademsde su poco peso, que facilita el proceso de poner y quitar la rejilla, las barras puedenfabricarse con perfiles aerodinmicos para reducir turbulencias y minimi"ar las p!rdidas decarga.



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F ncin:

$as principales funciones de la cmara de carga o tanque de presin son# permitir laconexin entre el sistema de conduccin y la tubera de presin, producir la sedimentacin y

eliminacin de materiales slidos que pudiera transportar el sistema de conduccin,impidiendo de esta forma la entrada a la tubera de presin de materiales slidos, dearrastre y flotantes. -ambi!n debe desalojar el exceso de agua en las horas en que lacantidad consumida por las turbinas es inferior al caudal de dise o..

Dise!":

Esta estructura hidrulica busca crear un volumen de reserva de agua que permitasatisfacer las necesidades de las turbinas y garanti"ar la sumergencia del sistema deconduccin de alta presin, manteniendo una altura de agua suficiente que evite, a todacosta, la entrada de aire a estos equipos de generacin

Estas obras deben tener una longitud y un ancho adecuados, sin ser demasiadovoluminosos o caros. *ara el dise o de la cmara de carga establecemos lo siguiente#

El caudal de dise o ser el mismo que llega a trav!s del canal

El tirante de entrada es equivalente al tirante del canal, de igual manera el ancho de entradacorresponde al ancho del canal.



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)onde#

t 1 volumen del tanque de carga 2m34s5

A 1 rea del canal de conduccin 2m65

i1 pendiente del canal de llegada

g 1 aceleracin de la gravedad 2m4s65

7,893 es un coeficiente de disminucin del volumen A partir del volumen del tanquepodemos obtener la constante de capacidad de este, para ello empleamos la siguientetabla#

Pre #i$ensi"na$ient" #e% tan& e:

)onde#

: 1 profundidad del tanque de almacenamiento

; 1 ancho del tanque de almacenamiento

$ 1 $argo del tanque de almacenamiento &e considera, para efectos prcticos, queB = L

E#

)e esta manera si se tiene un caudal de 7.56 m3 / seg

Vt = 0.693 x7.56

2

1.73 x

0.005 x

9.8= 4.67 m

3



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En cientos de metros c bicos, ser ?,8@ por lo que se utili"a 1 B,C#

H =4.67

3

+ 1.8 = 3.36 m

B = 4.673.36 = 11.80 m*or tanto, las dimensiones calculadas para la cmara de carga son#

*rofundidad 2:cc5 1 3,38 m

Ancho 2;5 1 BB,C7 m

$ongitud 2$5 1 BB,C7 m)imensiones que garanti"an que el chorro, producto de la cada desde el canal deconduccin, se integre a la cmara de carga sin afectar sus paredes con deteriorosimprevistos.



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$a altura mnima entre el eje de ingreso a la tubera y el nivel de agua en la cmara puedecalcularse por medio de la siguiente expresin recomendada por algunos autores#

)onde#

:min 1 altura mnima de agua sobre el eje de la tubera 2m5

v 1 velocidad media en la tubera de presin 2m4s5) 1 dimetro interno de la tubera 2m5+ 1 constante que vara seg n algunos autores entre 7.3 y 7.? o 7.D y 7.@



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DESARENADOR

DEFINICI'N$os desarenadores son obras hidrulicas que sirven para separar 2decantar5 yremover 2evacuar5 despu!s, el material slido que lleva el agua de un camal.

El material slido que se transporta ocasiona perjuicios a las obras#

na gran parte del material slido va depositndose en el fondo de los canales

disminuyendo suseccin. Esto aumenta el costo anual de mantenimiento y produce

molestas interrupciones en el servicio de canal.

&i los canales sirven a plantas hidroel!ctricas, la arena arrastrada por el agua pasa a las

turbinas desgastndolas tanto ms rpidamente cuanto mayor es la velocidad. Esto significa

una disminucin del rendimiento y a veces exige reposiciones frecuentes y costosas.

CLASES DE DESARENADORES

*or la disposicin de los )esarenadores#

En serie, formado por dos o ms depsitos construidos uno a continuacin del otro.En paralelo, formado por dos o ms depsitos distribuidos paralelamente y dise ados para

una fraccin del caudal derivado.



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DESARENADORES DE LA(ADO INTERMITENTE

&on el tipo ms com n y la operacin de lavado se procura reali"ar en el menor tiempo

posible con el objeto de reducir al mnimo las p!rdidas del agua.

El desarenador tiene como finalidad la separacin y eliminacin de partculas slidas como

la arcilla, arenas finas y gruesas que son transportadas en el escurrimiento de agua.

$a separacin de las partculas slidas retenidas se lo reali"a antes de que ingrese el agua

a la conduccin principal, con la finalidad de evitar que se produ"can sedimentos en la

conduccin y desgaste desmedido del equipo electromecnico.

ELEMENTOS BSICOS DE UN DESARENADOR

Fona de entrada



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Fona de desarenacin Fona de salida Fona de depsito y eliminacin del material sedimentado

B. -ransicin de entrada, la cual une el canal con el desarenador.6. +mara de sedimentacin, en la cual las particular slidas caen al fondo, debido a la

disminucin de la velocidad producida por el aumento de la seccin transversal.

&eg n )ubuat, las velocidades lmites por debajo de las cuales el agua cesa de arrastrar

diversas materias son#

para la arcilla 7.7CB m4s para arena fina 7.B87 m4s para la arena gruesa 7.6B8 m4s

)e acuerdo a lo anterior, la seccin transversal de un desarenador, se dise a para

velocidades que varan entre 7.B m4s y 7.? m4s, con una profundidad media de B.D m y ? m.

>bservar que para una velocidad elegida y un caudal dado, una mayor profundidad implica

un ancho menor y viceversa.

$a forma de la seccin transversal puede ser cualquiera aunque generalmente se escoge

una rectangular o una trape"oidal simple o compuesta. $a primera simplifica

considerablemente la construccin, pero es relativamente cara pues las paredes deben se

soportar la presin de la tierra exterior y se dise an por lo tanto como muros de

sostenimiento.

$a segunda es hidrulicamente ms eficiente y ms econmica pues las paredes trabajan

como simple revestimientos. +on el objeto de facilitar el lavado concentrando las partculas

hacia el centro conviene que el fondo no sea hori"ontal sino que tenga una cada hacia el

centro. $a pendiente transversal usualmente escogida es de B#D a B#C.

3. ertedero, al final de la cmara se construye un vertedero sobre el cual pasa el agua limpia

hacia el canal. $as capas superiores son las que primero se limpian es por esto que la



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salida del agua desde el desarenador se hace por medio de un vertedero, que hasta donde

sea posible debe trabajar con descarga libre.

-ambi!n mientras ms peque a es la velocidad de paso por el vertedero, menos turbulencia

causa en el desarenador y menos materiales en suspensin arrastra. +omo mximo se

admite que esta velocidad puede llegar a v 1 B m4s.

?. +ompuerta de lavado, sirve para desalojar los materiales depositados en el fondo. *ara

facilitar elmovimiento de las arenas hacia la compuerta, al fondo del desarenador se le da

una gradientefuerte del 6G al 8G. El incremento de la profundidad obtenido por efecto de

esta gradiente no se incluye en el tirante de clculo, sino que el volumen adicional obtenidose lo toma como depsitos para las arenas sedimentadas entre dos lavados sucesivos.

Es necesario hacer un estudio de la cantidad y tama o de sedimentos que trae el agua para

asegura una adecuada capacidad del desarenador y no necesitar lavarlo con demasiada

frecuencias.

*ara lavar una cmara del desarenador se cierran las compuertas gran velocidad

arrastrando la mayor parte de sedimentos.

Entre tanto el caudal normal sigue pasando al canal sea a trav!s del canal directo o a trav!s

de otra cmara del desarenador.

na ve" que esta vaca la cmara, se abre parcialmente las compuertas de admisin y el

agua que entra circula con gran velocidad sobre los sedimentos que han quedado,

erosionndolos y completando el lavado.

Heneralmente, al lavar un desarenador se cierran las compuertas de admisin. &inembargo, para casos de emergencia el desarenador debe poder vaciarse inclusive con

estas compuertas abiertas. *or este motivo las compuertas de lavado deben dise arse para

un caudal igual al trado por el canal ms el lavado que se obtiene dividiendo el volumen del

desarenador para el tiempo de lavado.

:ay que asegurarse que el fondo de la o las compuertas este ms alto que el punto del ro

al cual se conducen las aguas del lavado y que la gradiente sea suficiente para obtener una

velocidad capa" de arrastrar las arenas.



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&e consideran que para que el lavado pueda efectuarse en forma rpida y efica" esta

velocidad debe ser de 3 I D m4s.

CLASIFICACI'N EN FUNCI'N DE OPERACI'N

DESARENADOR DE LA(ADO CONTINUO

Es aquel en el que la sedimentacin y evacuacin son dos operaciones simultneas, la

funcin del desarenador de lavado continuo es dividir el agua que ingresa al desarenador en

dos capas, la primera situad al fondo que contiene sedimentos ms pesados y que encausa

a una galera longitudinal de peque a seccin, y la otra situada encima de la anterior capa

descrita para producir sedimentacin. $as capas de agua son separadas mediante una reja

de vigas de hormign o de madera en la direccin del agua.

DESARENADOR DE LA(ADO DISCONTINUO O INTERMITENTE

Es aquel que recolecta los sedimentos en suspensin y los que estn en el fondo

del canal, para la limpie"a se reali"a la evacuacin por medio de un canal o tubera de

desagJe que se har en el menor tiempo posible, o en este caso se construir 6 o ms

cmaras desarenadoras, o un canal de paso directo. &e recomienda que esta estructura se

ubique inmediatamente despu!s de la captacin, luego de un canal para obtener una



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velocidad de conduccin uniforme. Kigura 0o.B.? Este tipo de desarenador se compone

fundamentalmente de# transicin de entrada, cmara de sedimentacin, vertedero de salida,

compuerta de lavado, transicin de salida, canal directo

CLASIFICACI'N EN FUNCI'N DE LA (ELOCIDAD DE ESCURRIMIENTO

De Ba)a (e%"ci#a# ( * + M,S -./0. 1 ./2. M,S3

*uede asegurar la eliminacin de partculas de 7,BD mm de dimetro, se

caracteri"a por la forma de tolva con fuertes taludes de su seccin transversal, por sus

orificios de purga poco espaciados entre B a 6 m y con secciones decrecientes aguas abajo,

por sus vanos de evacuacin auxiliar y vanos de aislamiento que permiten la limpie"a de los

tanques y por unos vanos de gran dimensin ubicado aguas arriba como trampa de gravas.

Heneralmente el consumo de agua en la purga vara entre el DG al B7G del gasto derivado.

De A%ta (e%"ci#a# ( 4 + M,S -+/.. 1 +/5. M,S3



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Esta velocidad es suficiente para arrastrar el material depositado hacia los

orificios de purga situados en el extremo aguas abajo de la estructura. El consumo de agua

puede considerarse comprendido entre el 6G y el B7G del gasto derivado. *resentadificultades en la seleccin de la velocidad de dimensionamiento ya que su lmite inferior de

aproximadamente B m4s reduce la eliminacin de partculas en general menores a 7,D7 mm

de dimetro, con velocidades menores se puede provocar la decantacin que no sucede

con estas velocidades

CLASIFICACI'N POR LA DISPOSICI'N DE LOS DESARENADORES

*or disposicin encontramos en serie que se forma por dos o ms cmaras construidas unaa continuacin dela otra, en paralelo que se forma por dos o ms depsitos distribuidos uno

a lado del otro y dise ados para una fraccin del caudal derivado y los de disposicin mixta

que es la combinacin de dos o ms desarenadores en serie construidos paralelamente con

capacidad para una fraccin del gasto derivado.

TIPOS DE DE ARENADORES

Existen varios tipos de desarenadores, los principales son#



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DESARENADOR LONGITUDINAL:

DESARENADOR DE ('RTICE6

CRITERIOS DE DISE7O

El periodo de dise o, teniendo en cuenta criterios econmicos y t!cnicos es de C a B8 a os.El n mero de unidades mnimas en paralelo es de dos 265 para efectos de mantenimiento. I

El periodo de operacin es de 6? horas por da.El tiempo de retencin ser entre 6 I 8 horas.



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$a carga superficial ser entre los valores de 6 I B7 m3 4m6 4da$a profundidad del sedimentador ser entre B,D L 6,D m.$a relacin de las dimensiones de largo y ancho 2$4;5 ser entre los valores de 3 I 8.$a relacin de las dimensiones de largo y profundidad 2$4:5 ser entre los valores de D I 67.El fondo de la unidad debe tener una pendiente entre D a B7G para facilitar el desli"amiento

del sedimento.$a velocidad en los orificios no debe ser mayor a 7,BD m4s para no crear perturbaciones

dentro de la "ona de sedimentacin.&e debe aboquillar los orificios en un ngulo de BDM en el sentido del flujo.

CONSIDERACIONES PARA EL DISE7O 8IDRULICO

+6 CLCULO DEL DIMETRO DE LAS PART9CULAS A SEDIMENTAR

$os desarenadores se dise an para un determinado dimetro de partcula es decir,

que se supone que todas las particulas de dimetro superior al escogido deben depositarse.

*or ejemplo, el valor del dimetro mximo de partcula normalmente admitido para plantas

hidroel!ctricas es de 7.6D mm.

En los sistemas de riego generalmente se acepte hasta d 1 7.D mm. En sistemas

hidroel!ctricos el dimetro puede calcularse en funcin de la altura de cada como semuestra en la tabla B, o en funcin del tipo de turbina como se muestra en la tabla 6.



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06 CALCULO DE LA (ELOCIDAD DEL FLUJOV EN EL TAN UE$a velocidad en un desarenador se considera lenta, cuando esta comprendida entre 7.67

m4s a 7.87 m4s. $a eleccin puede ser arbitraria o puede reali"arse utili"ando la formula de

+amp#

;6 CALCULO DE LA (ELOCIDAD DE CA9DA < -EN AGUAS TRAN UILAS3

*ara este aspecto, existen varias frmulas empricas, tablas y nomogramas, algunas de

las cuales consideran#

*eso especfico del material a sedimentarse# gr4cm3 2medible5

*eso especfico del agua turbia# gr4cm3 2medible5

As se tiene#

;6+ Ta=%a ; >re>ara#a >"r Ar?@an e%s?i

la misma que permite calcular N 2cm4s5 en funcin del dimetro de partculas d 2en mm5



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;60 La e >eriencia enera#" >"r Se%%eri"

la cual se muestra en el nomograma de la figura 6,la misma que permite calcularw 2en

cm4s5 en funcin del dimetrod 2en mm5.

3

LA F'RMULA DE O


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donde#

N 1 velocidad de sedimentacin 2m4s5

d 1 dimetro de partculas 2m5p, 1 peso especfico del material 2g4crrrO5k 1 constante que vara de acuerdo con la forma y naturale"ade los granos, sus valores se muestra en la tabla 8.?

;65 LA F'RMULA DE SCOTTI 1 FOGLIENI

donde# N 1 velocidad de sedimentacin 2mis5 d 1 dimetro de la partcula 2m5

*ara el clculo dew de dise o, se puede obtener el promedio de los Ws con los m!todos

enunciados anteriormente.



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Di$ensi"na$ient"

I )eterminar el rea superficial de

la unidad 2As5, que es el rea superficial de la "ona de sedimentacin, de acuerdo a la

relacin#

&iendo# s # elocidad de sedimentacin

2m4seg5 P# +audal de dise o 2m34seg5

)eterminar las dimensiones de largo $ 2m5, ancho ; 2m5 y altura h 2m5 de manera tal

que se cumplan las relaciones o criterios mencionados anteriormente. +onsiderando el

espaciamiento entre la entrada y la cortina o pared de distribucin de flujo.

)eterminar la velocidad hori"ontal : 2m4seg5 de la unidad mediante la ecuacin.

El cual debe cumplir con las relaciones mencionadas anteriormente.



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)eterminar el tiempo de retencin -o 2horas5, mediante la relacin#

)eterminar el n mero de orificios, cumpliendo con los criterios de dise o.

E)e$>%"s a>%icati "sPara e% #ise!" #e n #esarena#"r

&e tiene como datos#

+audal de )ise o# 67 lps

)ensidad relativa de la arena# 6,8D

)imetro de la partcula# 7,76 cm

-emperatura del agua# 67 M+



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