Desarenador de Lavado Continuo

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

ASIGNATURA: HIDRÁULICA II DOCENTE: ING. JOSUÉ RODRIGUEZ SANTOS

TEMA: DESARENADORES DE LAVADO CONTINUO

ALUMNA: ALVAREZ PÉREZ MARÍA

GRUPO# 2B

AGOSTO 2016 NOMBRE: MARÍA ALVAREZ PÉREZ

DESARENADORES DE LAVADO CONTINUO Es aquel en el que la sedimentación y evacuación son dos operaciones simultaneas, es decir, el material acumulado se está limpiando constantemente. Cuando se dispone en el río de una cantidad de agua mayor que la que se necesita captar se pueden construir desarenadores de lavado continuo. Uno de los sistemas más comunes es el de H. Dufour en el cual el fondo del desarenador está formado por una especie de reja de vigas de hormigón o madera normales a la dirección del agua. El agua al entrar en el desarenador se divide verticalmente en dos capas:  Una situada junto al fondo que contiene los sedimentos más pesados y que se encausa a una galería longitudinal de pequeña sección.  Una situada encima de la anterior sección grande y en la que se producirá la sedimentación. Las cámaras superior e inferior están separadas por la reja antes mencionada, el agua situada en la galería sale con velocidades relativamente altas, arrastrando los sedimentos. Las arenas que se depositan en la cámara superior son arrastradas a la inferior a través de los espacios estrechos entre barrotes por el agua que pasa de una cámara a otra. Las dimensiones de la galería están calculadas en tal forma para que con la carga disponible pase por ella el caudal de exceso con la velocidad necesaria para arrastrar las arenas. Debe tomarse en cuenta que en estos desarenadores sale permanentemente por abajo un caudal Qs razón por la cual la velocidad a la entrada V1 y la salida V2 no son iguales. También debido a la componente vertical de la velocidad hacia la galería es igual a 𝑢=

𝑄𝑠 𝐿𝑏𝑚𝑒𝑑

La sedimentación de las partículas es más rápida. Por lo tanto, las formulas de la longitud se modifican a: 𝐿=

ℎ 𝑉1 − 𝑉2 ∗ 𝑤 + 𝑢 log(𝑉1 ) 𝑉2

O Simplemente: 𝐿=

ℎ 𝑉1 − 𝑉2 ∗ 𝑤+𝑢 2

Donde: 𝑢 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 =

𝑄𝑠 𝐿𝑏𝑚

𝑄𝑠 = 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑚𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎

NOMBRE: MARÍA ALVAREZ PÉREZ

En el cálculo hay que tomar en cuenta que las fórmulas empleadas para el flujo de agua limpia no son aplicables para el flujo de agua limpia no son aplicables para las aguas lodosas es decir para aguas que llevan en suspensión un alto porcentaje de material sólido. MODELO DE DUFOUR Se diseñó una variante para del modelo de Dufour incorporando la tipología Bieri en el cual se disponen de 14 orificios a tresbolillo de 0.20 * 0.20 m2 en la solera de la cámara superior en sentido del flujo. Los orificios comunicación las dos cámaras y por c/u sale un chorro de alta velocidad de 5.4 y un caudal de 0.216m3/s con un nivel de funcionamiento normal. Partes de un desarenador

 Transición de entrada: Une el canal con el desarenado  Cámara de sedimentación: las partículas sólidas caen debido a la reducción de la velocidad por incremento de sección. Por Dubuat las velocidades son:

 Para arcilla: 0.081m/s  Para arena: 0.16m/s  Para arena gruesa: 0.216m/s En el fondo por lo general se tiene una pendiente transversal de 1:5 a 1:8 DISEÑO DE UN DESARENADOR DE LAVADO CONTINUO

El desarenador que se va a diseñar a continuación opera de forma automática sin obturadores de energía hidráulicos como en la tipología de Bieri Tendrá una relación de alto/ancho del desarenador que debe estar entre el 1.5 y 3.5.

EJEMPLO: Se quiere diseñar un desarenador con un caudal de diseño de 0.89m3/s con un caudal de lavado Qlav = 500lt/s en donde se requiere separar las partículas de arena con un diámetro menor a 0.03mm, con un peso específico de 2.3 (W = 3.78cm/s), la pendiente rasante del canal de ingreso es de 0.04m/m, el coeficiente de rugosidad de manning 0.0125, su ángulo en la zona de transición es de 12.5°, con una carga hidráulica en el orificio es de 3.8m, la velocidad en el desarenador Vd es de 0.35m/s. DATOS CONOCIDOS:      

Caudal de diseño Qd = 0.80m3/s Caudal de lavado Qlav = 500 l/s = 0.50m3/s Diámetro de la partícula = 0.03mm Velocidad de avanzada de flujo “Va” = 0.02m/s Peso específico = 2.5 n = 0.0125  = 12.5°

NOMBRE: MARÍA ALVAREZ PÉREZ

  

W = 0.0378m/s Vd = 0.35m/s Ho = 3.8m

DATOS DESCONOCIDOS: Abertura del orificio “a”=? L=? Lt=? Vs =?

2.65

1.6m

A2

0.5m

H

A1

0.5m

𝑄𝑑 = 𝐴𝑇 ∗ 𝑉𝑎 𝐴𝑡 =

𝑄𝑑 𝑉𝑎

𝑚3 0.80 𝑠 𝐴𝑡 = 𝑚 0.2 𝑠 𝑨𝒕 = 𝟒. 𝟎𝟎 𝒎𝟐

𝐴1 = 𝐴1 =

1 (𝐵 + 𝑏) ∗ 0.5𝑚 2

1 (1.6𝑚 + 0.5𝑚) ∗ 0.5𝑚 2 𝑨𝟏 = 𝟎. 𝟓𝟐𝟓𝒎𝟐

NOMBRE: MARÍA ALVAREZ PÉREZ

𝐻 = ℎ + 0.5𝑚 ℎ = 𝐻 − 0.5𝑚

𝐴2 = ℎ ∗ 𝐵 𝐴2 = 𝐴𝑡 ∗ 𝐴1 𝐴2 = 4.00𝑚2 − 1.2𝑚2 𝑨𝟐 = 𝟐. 𝟖𝒎𝟐

𝐴2 = (𝐻 − 1.4) ∗ 𝐵 𝐴2 = 𝐻 ∗ 𝐵 − 1.4𝐵 2.8 = 𝐻 ∗ 1.6 − (1.4 ∗ 1.6) 𝐻 = 3.15𝑚 ℎ = 𝐻 − 0.5𝑚 ℎ = 3.15 𝑚 − 0.5𝑚 𝒉 = 𝟐. 𝟔𝟓𝒎



Uso del ábaco de sheilds se determina la velocidad de sedimentación

Diámetro de la partícula de arena = 0.03mm y su peso específico de la misma. Obteniendo el resultado: 𝑉𝑠 =

3.95 𝑐𝑚 0.0395 𝑚 = 𝑠 𝑠 𝑉𝑠 = 𝑘 ∗ 𝑉𝑠

𝑘=

𝑘=

(2.5 − 𝑦𝑎 )0.5 𝑦𝑎

(2.5 − 1)0.5 1

𝑘 = 1.224744 𝑉𝑠 = 1.224744 ∗

NOMBRE: MARÍA ALVAREZ PÉREZ

0.0395𝑚 𝑠

𝑽𝒔 = 

𝟎. 𝟎𝟒𝟖𝟑𝒎 𝒔

Longitud del desarenador 𝑘=

(𝑉1 + 𝑉2 ) 𝐻 ∗( ) 𝑊 + 𝑉𝑠 2

Calculo de la base media 𝑄 = 𝑉𝑑 ∗ 𝐵𝑚𝑒𝑑 ∗ 𝐻 𝑄 = 𝑄𝑙 + 𝑄𝑑 𝐵= 𝑩=

𝑄 𝑉𝑑 ∗ 𝐻

0.50 ∗ 0.80 = 0.6349𝑚 ≈ 𝟎. 𝟔𝟑𝒎 0.2 ∗ 3.15

Calculo de velocidades 𝑉1 =

𝑄𝑙 + 𝑄𝑑 0.50 + 0.80 = 𝐵𝑚𝑒𝑑 ∗ 𝐻 0.63 ∗ 3.15

𝑉2 =

𝐵𝑚𝑒𝑑 ∗ 𝐻 3

3

0.50 𝑚 ⁄𝑠 𝑉2 = 0.63𝑚 ∗ 3.15𝑚

1.30 𝑚 ⁄𝑠 𝑉1 = 0.63𝑚 ∗ 3.15𝑚 𝑉1 =

𝑄𝑙

0.655𝑚 𝑠

𝑽𝟐 =

𝟎. 𝟐𝟔𝟒𝟓𝟓𝒎 𝒔

Con los valores obtenidos procedemos a calcular la longitud: 𝐿=

𝐻 𝑉1 + 𝑉2 ∗( ) 𝑊 + 𝑉𝑠 2

0.655𝑚 0.26455𝑚 + 3.43𝑚 𝑠 𝐿= ∗( 𝑠 ) 0.0483𝑚 2 0.0378𝑚 + 𝑠 𝑳 = 𝟏𝟖. 𝟑𝟏𝟔𝟐𝒎 

Altura final del desarenador 𝐻𝑓 = 𝐻 + 𝐿 ∗ 𝐽 𝐻𝑓 = 3.15𝑚 + ( 18.3162𝑚 ∗

0.04𝑚 ) 𝑚

𝑯𝒇 = 𝟐. 𝟑𝟎𝟕𝒎 ≈ 𝟐. 𝟑𝒎 NOMBRE: MARÍA ALVAREZ PÉREZ

𝐻𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

2.3𝑚 + 3.15𝑚 2

𝑯𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐 = 𝟐. 𝟕𝟐𝟖𝒎 ≈ 𝟐. 𝟕𝟑𝒎

Condiciones de diseño Calculo del volumen del desarenador

2.65m

1.6m

0.5m

H

0.5m

𝐴1 = 0.525𝑚2 𝐴2 = 4.24𝑚2 𝐴𝑡𝑓 = 4.24𝑚2 + 0.525𝑚2 𝑨𝒕𝒇 = 𝟒. 𝟕𝟔𝟓𝒎𝟐 𝐴𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 =

4.765𝑚2 + 3.325𝑚2 2

𝑨𝒎𝒆𝒅𝒊𝒂 = 𝟒. 𝟎𝟒𝟓𝒎𝟐

𝑉𝑑𝑒𝑠𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜𝑟 = 𝐴𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 ∗ 𝐿 𝑉𝑑𝑒𝑠𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜𝑟 = 4.045𝑚2 ∗ 18.31𝑚 𝑽𝒅𝒆𝒔𝒂𝒓𝒆𝒏𝒂𝒅𝒐𝒓 = 𝟕𝟒. 𝟎𝟔𝟑𝟗𝒎𝟑

Área real 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑙 NOMBRE: MARÍA ALVAREZ PÉREZ

𝑉𝑑𝑒𝑠𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜𝑟 𝐻𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜

74.0639𝑚3 = 2.73𝑚

𝑨𝒓𝒆𝒂𝒍 = 𝟐𝟕. 𝟏𝟐𝟗𝒎𝟐 

Área necesaria 𝐴𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 =

𝐴𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎

𝑄𝑑 𝑉𝑠

0.80𝑚3 𝑠 = 0.048𝑚 𝑠

𝐴𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 = 16.67𝑚2 𝐴𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 < 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑙 𝐴𝑡 < 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑙



Calculo del flujo captado 𝑇𝑡 =

𝑉𝑑𝑒𝑠𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑄𝑑

74.0639𝑚3 𝑇𝑡 = 0.8𝑚3 𝑠 𝑻𝒕 = 𝟗𝟐. 𝟓𝟕𝟗𝟖 𝒔



Calculo de la longitud transversal 𝐿𝑡 = 𝐿𝑡 =

𝐵−𝑏 2𝑡𝑎𝑛𝛼

1.6 − 0.5 2𝑡𝑎𝑛12.5

𝑳𝒕 = 𝟐. 𝟒𝟖𝟎𝟖𝒎 ≈ 𝟐. 𝟓𝒎

NOMBRE: MARÍA ALVAREZ PÉREZ