Diseño de desarenadores

DISEÑO DE DESARENADORES Manuel E. García-Narano !ustos "garc#anarano$g"a#l.co" "garc#anarano$%&'roconsultsa c.co"

Agosto, 2015

DISEÑO DE DESARENADORES

Desarena'or (.). *a+lo !oner - Matucana

DISEÑO DE DESARENADORES DEINI(ION  N(ION Los desarenadores son obras hidráulicas que tienen por fnalidad propiciar la decantación (o sedimentación) y garantizar luego la remoción (o evacuación) de las partículas sólidas que hayan ingresado a través de una obra de captación o que estén siendo conducidas a lo largo de un canal de conducción. n el proyecto de centrales hidroeléctricas! el empleo de desarenadores es esencial! pues debe garantizarse que el agua que circula por la(s) tubería "orzada(s) y

DISEÑO DE DESARENADORES #olo cuando el agua que aprovecha una central hidroeléctrica es captada de un reservorio de almacenamiento! puede obviarse el empleo de un desarenador! pues en este caso el embalse cumple las "unciones de esta estructura. $n desarenador evita los siguientes e"ectos des"avorables en las estructuras o elementos de una %.&.' • eposición de sedimentos a lo largo del canal de

conducción de la central! con el consiguiente aumento de la rugosidad! disminución de la sección

DISEÑO DE DESARENADORES • ápida colmatación de la cámara de carga que

antecede a la(s) tubería "orzada(s) en el caso de centrales con canal de aducción. • eterioro de la conducción "orzada por e"ecto

abrasivo de la corriente • esgaste acelerado de la(s) turbina(s) dispuestas

en la casa de máquinas! lo cual trae consigo paralizaciones de la %.&. para e"ectuar reparaciones y reemplazos que demandan tiempo y que además! tienen elevado costo.

DISEÑO DE DESARENADORES

Desarena'or (.). (ar%ua/uero

DISEÑO DE DESARENADORES (ASII(A(ION Los desarenadores pueden clasifcarse atendiendo a tres criterios'

aEn unc#3n a su o4erac#3n • esarenadores de purga continua! aquellos en los que

las partículas decantadas son inmediatamente removidas y evacuadas por un permanente caudal de lavado! que evita que éstas queden depositadas en el desarenador. • esarenadores de purga discontinuos o intermitente!

DISEÑO DE DESARENADORES

+ En u unc#3n a la 6el 6eloc#'a' 'e escurr#"#ento • e ba,a velocidad! cuando la velocidad media de

la corriente en el desarenador se encuentra entre -.- y -./- m0s. stos desarenadores desarenadores garantizan la remoción de partículas fnas. • e alta velocidad! cuando la velocidad media de la

corriente en el desarenador se encuentra entre -./- y 1.2- m0s. stos desarenadores solo garantizan la remoción de partículas medias o

DISEÑO DE DESARENADORES

c*or la '#s4os#c#3n 'e las na6es 'e 'esarenac#3n • n serie'

desarenadores con"ormados por dos o más depósitos construidos uno a continuación del otro. • n paralelo! desarenadores con"ormados por dos o más depósitos distribuidos paralelamente y dise3ados para que cada uno de ellos opere con una "racción del caudal total derivado para la %.&.

DISEÑO DE DESARENADORES

EEMEN7OS DE N DESARENADOR Los elementos básicos de un desarenador son los siguientes' •  4ransición de entrada • %ámara de sedimentación • 5ertedero • #istema o compuerta de purga • %anal directo o by6pass

DISEÑO DE DESARENADORES

DISEÑO DE DESARENADORES

7RANSI(ION DE EN7RADA $ne el canal con la nave de desarenación propiamente dicha. La transición debe ser proyectada de la me,or "orma posible! pues la efciencia de la sedimentación depende de la uni"ormidad de la velocidad en la sección transversal. 7ara el dise3o de la transición de entrada se recomienda que el ángulo de divergencia medido a nivel de la superfcie libre no supere los 1.2 °. n

DISEÑO DE DESARENADORES •

donde' L 4 8 longitud de la transición 9des 8 ancho del desarenador a nivel de la superfcie libre 9can 8 ancho del canal a nivel de la superfcie libre

DISEÑO DE DESARENADORES

(8MARA DE SEDIMEN7A(I9N s la nave en la que las particular sólidas decantan debido a la disminución de la velocidad de :u,o producida por el aumento de la sección transversal. n el dise3o hidráulico de la cámara de sedimentación normalmente se sigue el siguiente procedimiento' • D#:"etro 'e '#se;o 'el 'esarena'or   debe seleccionarse de modo de garantizar que toda partícula mayor o igual al diámetro de dise3o

DISEÑO DE DESARENADORES n el caso de centrales hidroeléctricas! el diámetro de dise3o usualmente se selecciona de acuerdo a la altura de caída de la central. ;sí! se tiene los siguientes valores sugeridos del diámetro de dise3o (d) en "unción de la altura de caída (&)' & < 1-- 8 -- m  d < -./ mm 

& < -- 8 =-- m  d < -.2 mm & < =-- 8 2-- m  d < -.= mm & < 2-- 8 1--- m  d < -.1 mm 





DISEÑO DE DESARENADORES l diámetro de dise3o también puede ser seleccionado en "unción al tipo de turbina a utilizar. n este caso! se tiene'  4urbina ?aplan' 1 8 = mm  4urbina @rancis' -.= a 1 mm  4urbina 7elton' -.1 a -.= mm

DISEÑO DE DESARENADORES •

todo de la fuerza de arrastre de esferas: En este caso, se hace uso de la f órmula:

wo

=

4 ∆ gD 3

C 

 D donde: wo 8  velocidad de sedimentación de la partí cula en un medio en reposo ∆ - densidad relativa sumergida: D < d 6 diámetro de la partí cula de dise3o CD  - coeficiente de arrastre de esferas, el cual se obtiene del

siguiente gr áfico:

DISEÑO DE DESARENADORES

Gr:ca 'el (oec#ent e 'e Arrastre 'e Eseras

DISEÑO DE DESARENADORES • El procedimiento a seguir para la determinación de la velocidad de sedimentación mediante el método del coeficiente de arrastre de esferas se resume en los siguientes pasos: •  Asumir un valor de wo • Calcular el nmero de !e"nolds: #a viscosidad cinem$tica del agua,  ν, usualmente es %&-' m()s • Con !e ir al gr$fico " hallar C D 4 ∆ gD • *allado CD, calcular wo con la ecuación: wo = 3 C  D • +erificar si wo hallado coincide con el wo asumido de no ser as, repetir el proceso.

DISEÑO DE DESARENADORES

% e& 'e Sto?es 7uede aplicarse para el caso de partículas es"éricas peque3as ( C 2- µm) y un n+mero de eynolds ba,o (e C 1). 9a,o estas condiciones! el coefciente %   del método del coefciente de arrastre de es"eras está dado por' % < D0e. %on ello! la velocidad de sedimentación resulta igual a'

DISEÑO DE DESARENADORES Las velocidades de sedimentación determinadas por cualquiera de los métodos anteriores (G o)! deben ser corregidas para tomar en cuenta la turbulencia de la corriente! pues si bien la velocidad de :u,o en un desarenador es ba,a! de todos modos el medio :uido no se encuentra en reposo. e este modo! el valor de la velocidad de sedimentación (ω) a utilizar en el cálculo de la longitud del desarenador (L) debe considerar la corrección dada por alguno de los siguientes

DISEÑO DE DESARENADORES • n "unción de la velocidad' ω < ωo 8 -.-D 5 • e acuerdo al método de #oolov' ω < ωo 6 -.12 ωo • #eg+n ghiazaroM' • #eg+n 9estelli y Levin' Levin plantea la siguiente reducción de velocidad' ω < ωo 6 α 5 donde el coefciente α es propuesto por 9estelli

y se obtiene a partir de la siguiente relación'

DISEÑO DE DESARENADORES %abe también indicar que! alternativamente! en el caso de desarenadores de ba,a velocidad! se puede corregir la longitud del desarenador calculada en base a la velocidad teórica de sedimentación en medio en reposo! G o! haciendo uso de un coefciente ?! el cual se selecciona en base a la velocidad de escurrimiento. e esta manera! donde ? se obtiene de la siguiente tabla'

DISEÑO DE DESARENADORES

actor 'e a"4l#cac#3n 4ara el c:lculo 'e la long#tu' 'el 'esarena'or, 'eter"#na'a en unc#3n a la 6eloc#'a' 'e se'#"entac#3n 'e las 4artículas en re4oso

DISEÑO DE DESARENADORES La tabla anterior puede eIpresarse mediante el gráfco mostrado! donde se aprecia que' ? < .2N5 O -.J2

DISEÑO DE DESARENADORES

(r#ter#o Est:n'ar 4ara el D#se;o 'e Desarena'ores 4ara *() en el A"+#to Rural %abe indicar la eIistencia de un criterio estándar de dimensionamiento de desarenadores para peque3as centrales hidroeléctricas (7%&) a ser proyectadas en el ámbito rural. l planteamiento "ue "ormulado en los a3os PF- por 4suguo Qozai! eIperto ,aponés que durante varios a3os desempe3ó la labor de asesor de lectro7er+ para propósitos energéticos. e acuerdo con esta metodología estándar! se

DISEÑO DE DESARENADORES

*lanta 'e Desarena'or 7í4#co

DISEÑO DE DESARENADORES

Ele6ac#3n & Secc#ones 'e Desarena'or 7í4#co

DISEÑO DE DESARENADORES

D#"ens#ona" #ento 'el 'esarena'or est:n'ar en unc#3n 'el cau'al 'e '#se;o

DISEÑO DE DESARENADORES