Trabajo Final - Desarenadores

June 9, 2021 | Author: Anonymous | Category: N/A
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DESARENADORES

MECANICA DE FLUIDOS II

UNIVERSIDAD PRIVADA SAN PEDRO “Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria” INGENIERÍA

FACULTAD: E.A.P.:

MECÁNICA ELÉCTRICA V

CICLO:

ASIGNATURA: MECÁNICA DE FLUIDOS II TEMA:

DESARENADORES

DOCENTE: ING. GIOVENE PÉREZ CAMPOMANES INTEGRANTES:

CHÁVEZ ARIAS HENRY ANDRÉS JARA TORO ELVIS JHONATAN

2013

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DESARENADORES BIERI

DESARENADOR CONTINUO

PROYECTO: CENTRAL HIDROELECTRICA MACHUPICCHU

AUTORES: HENRY ANDRÉS CHÁVEZ ARIAS ELVIS JHONATAN JARA TORO 2013

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INDICE

Contenido

I. II. III.

IV.

V. VI. VII.

Página

CARATULA …………….………………………………………………………………………………. INDICE …….…………….………………………………………………………………………………. INTRODUCCION.…….………………………………………………………………………………. OBJETIVOS …………….………………………………………………………………………………. MARCO TEORICO.….………………………………………………………………………………. 3.1. Central Hidroeléctrica ..……………………………………………………………. 3.2. Turbinas ..…………………………………………………………………………………. 3.3. Generador………………..………………………………………………………………. 3.4. Transformador…………...……………………………………………………………. 3.5. Compuertas………………....……………………………………………………………. 3.6. Ataguías……………………….……………………………………………………………. 3.7. Limpia Rejas..……………………….……………………………………………………. DESARROLLO DEL TEMA A. Funcionamiento de un Desarenador……………………………………………………. TIPOS DE DESARENADORES………………………………………………………………. 1. Desarenador de flujo horizontal……………………………………………….…. 2. Desarenador de flujo vertical …………………………………………………. 3. Desarenador de flujo inducido…………………………………………………. 4. Desarenador de Vórtice……….……………………………………………………… B. Desarenadores Tipo BIERI………………………………………………………………. C. Importancia de los Desarenadores..……………….………………………………… CONCLUSIONES………………………………...….……………………………………………. RECOMENDACIONES…………………………………..………………………………………….. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DESARENADORES……………………………… BIBLIOGRAFIA Y PAGINAS VISITADAS..….………………………………………………….

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2 3 4 5 5 5 9 13 15 16 16 17 20 20 20 23 24 28 31 35 35 36 37 38

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I.

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INTRODUCCION: Es conocido por todos que la forma de generación de energía eléctrica más usada a nivel mundial es a través de centrales hidroeléctricas; para ello se requiere de una serie de componentes que unidos de forma adecuada conforman en sí la central hidroeléctrica. Estas centrales requieren fundamentalmente de una fuente de agua, suficiente, con la que se pueda generar la potencia deseada. Debido a que el agua tomada para el funcionamiento de estas centrales se dirige desde las cuencas de los ríos, de lagunas o de represas; arrastran en su camino piedras, arboles, y sobretodo forman una gran cantidad de sedimento, que al llegar las turbinas de la central, logran dañarlas en gran manera disminuyendo así su capacidad de generación. Por lo cual este informe tiene como finalidad principal explicar el funcionamiento de un desarenador y la importancia de su empleo en las centrales hidroeléctricas. Asimismo se explicará el funcionamiento de un desarenador continuo tipo BIERI usado mayormente en centrales de gran envergadura. La explicación del funcionamiento estos tipos de desarenador se desarrollarán tomando en consideración toda la información recibida y aprendida en aulas, en el curso de Mecánica de Fluidos II.

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II.

OBJETIVOS  Explicar de manera clara y detalla el funcionamiento de un desarenador.  Explicar de manera clara el funcionamiento de un desarenador tipo BIERI.  Explicar la importancia de los Desarenadores en la generación de Energía Eléctrica.

III.

MARCO TEORICO 3.1. CENTRAL HIDROELECTRICA En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda. En general, estas centrales aprovechan la energía potencial gravitatoria que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica. Una central hidroeléctrica es aquella que genera electricidad a partir del uso del agua como fuerza motriz. Para ello, utiliza cuatro elementos fundamentales: agua, caída, turbina y generador. Primero se reúnen las aguas disponibles (lagunas, ríos, lagos), se conducen a un embalse y se ubica la altura que proporciona la caída. Las aguas son conducidas por túneles y canales y luego por una tubería de presión, de acero muy resistente y de un diámetro adecuado, por toda la pendiente del cerro. Esta caída es la base fundamental de las centrales hidroeléctricas ya que, junto con la presión del agua, dan la potencia necesaria para mover las ruedas hidráulicas. El agua llega a una galería de distribución desde donde pasa por una cámara de válvulas hacia las turbinas. Desde que el agua ingresa a la galería de distribución ya está en la central misma es decir, en la casa de máquinas. Luego, el agua es inyectada a las turbinas que son del tipo Pelton o Francis. Con la fuerza que provee la caída del agua, las turbinas empiezan a girar y hacen girar, a través de ejes, a los generadores. En los generadores es donde se produce la electricidad: la energía mecánica se convierte por polarización de electrones en energía eléctrica.

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La electricidad generada pasa por los transformadores y se conduce al exterior de la central hacia una estación de salida donde se hallan los interruptores que se conectan a las líneas de transmisión. Estas son las encargadas de llevar la electricidad a las ciudades a través de los cables y las torres de alta tensión. Las centrales son comandadas desde una sala de mando dentro de la misma central. Ese es el lugar donde se sincronizan y se regulan todas las acciones y maniobras que el servicio requiere. Recuerda, el agua es el elemento primordial de la generación hidroeléctrica. Ahorrando electricidad aseguramos el suministro de energía para todos los peruanos.

Partes de una central hidroeléctrica http://www.jenijos.com/CENTRALESHIDROELECTRICAS/centrales_hidroelectricas.htm

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Agua Presa Rejas filtradoras Tubería forzada Conjunto turbina alternador Turbina Eje

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8. Generador 9. Líneas eléctricas 10. Transformadores

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TIPOS DE CENTRALES A. SEGÚN SU CONCEPCIÓN ARQUITECTÓNICA  Centrales al aire libre, al pie de la presa, o relativamente alejadas de esta. Están conectadas por medio de una tubería en presión.  Centrales en caverna, generalmente conectadas al embalse por medio de túneles, tuberías en presión, o por la combinación de ambas.

Represa de una central hidroeléctrica http://es.wikipedia.org/wiki/Central_hidroel%C3%A9ctrica

B. SEGÚN SU REGIMEN DE FLUJO  Centrales de agua fluyente. También denominadas centrales de filo de agua o de pasada, utilizan parte del flujo de un río para generar energía eléctrica. Operan en forma continua porque no tienen capacidad para almacenar agua, no disponen de embalse. Turbinan el agua disponible en el momento, limitadamente a la capacidad instalada. En estos casos las turbinas pueden ser de eje vertical, cuando el río tiene una pendiente fuerte u horizontal cuando la pendiente del río es baja. 

Centrales de embalse. Es el tipo más frecuente de central hidroeléctrica. Utilizan un embalse para reservar agua e ir graduando el agua que pasa por la turbina. Es posible generar energía durante todo el año si se dispone de reservas suficientes. Requieren una inversión mayor.



Centrales de regulación. Almacenamiento del agua que fluye del río capaz de cubrir horas de consumo.



Centrales de bombeo o reversibles Una central hidroeléctrica reversible es una central hidroeléctrica que además de poder transformar la energía potencial del agua en electricidad, tiene la capacidad de hacerlo a la inversa, es decir, aumentar la energía potencial del agua (por ejemplo subiéndola a un embalse) consumiendo para ello energía eléctrica. De esta manera puede utilizarse como un método de almacenamiento de energía (una especie de batería gigante). Están concebidas para satisfacer la demanda energética en horas pico y almacenar energía en horas valle. Aunque lo habitual es que esta centrales turbinen/bombeen el agua entre dos embalse a distinta altura, existe un caso particular llamado centrales de bombeo puro donde el embalse superior se sustituye por un

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gran depósito cuya única aportación de agua es la que se bombea del embalse inferior. C. SEGÚN SU ALTURA DE CAIDA DEL AGUA  Centrales de alta presión Que corresponden con el high head, y que son las centrales de más de 200 m de caída del agua, por lo que solía corresponder con centrales con turbinas Pelton. 

Centrales de media presión Son las centrales con caída del agua de 20 a 200 m, siendo dominante el uso de turbinas Francis, aunque también se puedan usar Kaplan.



Centrales de baja presión Que corresponden con el low head, son centrales con desniveles de agua de menos de 20 m, siendo usadas las turbinas Kaplan.



Centrales de muy baja presión Son centrales correspondientes con nuevas tecnologías, pues llega un momento en el cuál las turbinas Kaplan no son aptas para tan poco desnivel. Serían en inglés las very low head, y suelen situarse por debajo de los 4m.

D. OTROS TIPOS DE CENTRALES HIDROELECTRICAS  Centrales mareomotrices Utilizan el flujo y reflujo de las mareas. Pueden ser ventajosas en zonas costeras donde las diferencias entre las mareas son amplias y las condiciones morfológicas de la costa permiten la construcción de una presa que corta la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahía. 

Centrales mareomotrices sumergidas. Utilizan la energía de las corrientes submarinas. En 2002, en Gran Bretaña se implementó la primera de estas centrales a nivel experimental.



Centrales que aprovechan el movimiento de las olas. Este tipo de central es objeto de investigación desde la década de los 80. A inicios de agosto de 1995, el "Ocean Swell Powered Renewable Energy (OSPREY)" construyó la primera central que utiliza la energía de las olas en el norte de Escocia. La potencia de esta central es de 2 MW. Lamentablemente fue destruida un mes más tarde por un temporal. Los tipos de turbinas que hay son Francis, Turgo, Kaplan y Pelton. Para la transformación de la energía mecánica en energía eléctrica.

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TURBINAS

TURBINA HIDRAULICA Una turbina hidráulica es una turbo máquina motora hidráulica, que aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación que, transferido mediante un eje, mueve directamente una máquina o bien un generador que transforma la energía mecánica en eléctrica, así son el órgano fundamental de una central hidroeléctrica. Son aquéllas cuyo fluido de trabajo no sufre un cambio de densidad considerable a través de su paso por el rodete o por el estator; éstas son generalmente las turbinas de agua, que son las más comunes, pero igual se pueden modelar como turbinas hidráulicas a los molinos de viento o aerogeneradores. CLASIFICACION DE LAS TURBINAS A. DE ACUERDO AL CAMBIO DE PRESION EN EL RODETE O AL GRADO DE REACCION Dentro de este género suele hablarse de: 

Turbinas de acción: Son aquellas en que el fluido no sufre ningún cambio de presión a través de su paso por el rodete. La presión que el fluido tiene a la entrada en la turbina se reduce hasta la presión atmosférica en la corona directriz, manteniéndose constante en todo el rodete. Su principal característica es que carecen de tubería de aspiración. La principal turbina de acción es la Turbina Pelton, cuyo flujo es tangencial. Se caracterizan por tener un número específico de revoluciones bajo (nsFlujo diagonal; Hélice->Flujo axial) y turbinas con álabes orientables (Deriaz->Flujo diagonal; Kaplan->Flujo axial). El empleo de álabes orientables permite obtener rendimientos hidráulicos mayores. El rango de aplicación (una aproximación) de las turbinas, de menor a mayor salto es: kaplan-francis-pelton El número específico de revoluciones es un número común para todas las turbinas/bombas geométricamente semejantes (de menor a mayor es: INGENIERIA MECANICA-ELECTRICA

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pelton-francis-kaplan). Cuanto mayor es el número específico de revoluciones, tanto mayor es el riesgo de cavitación de la turbina, es decir, una Turbina Kaplan tiene más probabilidad de que se dé en ella el fenómeno de la cavitación que en una Turbina Francis o una pelton. B. DE ACUERDO AL DISEÑO DEL RODETE TURBINA KAPLAN. Las turbinas Kaplan son uno de los tipos más eficientes de turbinas de agua de reacción de flujo axial, con un rodete que funciona de manera semejante a la hélice de un del motor de un barco, y deben su nombre a su inventor, el austriaco Viktor Kaplan. Se emplean en saltos de pequeña altura. Las amplias palas o álabes de la turbina son impulsadas por agua a alta presión liberada por una compuerta. Los álabes del rodete en las turbinas Kaplan son siempre regulables y tienen la forma de una hélice, mientras que los álabes de los distribuidores pueden ser fijos o regulables. Si ambos son regulables, se dice que la turbina es una turbina Kaplan verdadera; si solo son regulables los álabes del rodete, se dice que la turbina es una turbina Semi-Kaplan. Las turbinas Kaplan son de admisión axial, mientras que las semi-Kaplan puede ser de admisión radial o axial. Para su regulación, los álabes del rodete giran alrededor de su eje, accionados por unas manijas, que son solidarias a unas bielas articuladas a una cruceta, que se desplaza hacia arriba o hacia abajo por el interior del eje hueco de la turbina. Este desplazamiento es accionado por un servomotor hidráulico, con la turbina en movimiento. Las turbinas de hélice se caracterizan porque tanto los álabes del rodete como los del distribuidor son fijos, por lo que solo se utilizan cuando el caudal y el salto son prácticamente constantes.

Turbina kaplan http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Kaplan

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Turbina Kaplan http://josemachete42.blogspot.com/2012/04/tocoma.html

TURBUNA FRANCIS La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis.. Se trata de una turbo máquina motora a reacción y de flujo mixto. Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica mediante centrales hidroeléctricas. Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo. PARTES DE LA TURBINA FRANCIS Caja espiral Tiene como función distribuir uniformemente el fluido en la entrada del rodete de una turbina. Pre distribuidor Tienen una función netamente estructural, para mantener la estructura de la caja espiral, tienen una forma hidrodinámica para minimizar las pérdidas hidráulicas.

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Distribuidor Es el nombre con que se conocen los álabes directores de la turbo máquina, su función es regular el caudal que entra en la turbina, a la vez de direccionar al fluido para mejorar el rendimiento de la máquina. Este recibe el nombre de distribuidor Fink. Rotor Es el corazón de la turbina, ya que aquí tiene lugar el intercambio de energía entre la máquina y el fluido, pueden tener diversas formas dependiendo del número de giros específico para el cual está diseñada la máquina. Tubo de aspiración Es la salida de la turbina. Su función es darle continuidad al flujo y recuperar el salto perdido en las instalaciones que están por encima del nivel de agua a la salida. En general se construye en forma de difusor, para generar un efecto de aspiración, el cual recupera parte de la energía que no fuera entregada al rotor en su ausencia.

Turbina francis http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Francis

Turbina francis Información Personal

TURBINA PELTON Una turbina Pelton es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica. Es una turbo máquina motora, de flujo transversal, admisión parcial y de acción. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia, las cuales están especialmente realizadas para convertir la energía de un chorro de agua que incide sobre las cucharas. Las turbinas Pelton están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos de bajo caudal. Las centrales hidroeléctricas dotadas de este tipo de turbina cuentan, la mayoría de las veces, con una larga tubería llamada INGENIERIA MECANICA-ELECTRICA

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galería de presión para trasportar al fluido desde grandes alturas, a veces de hasta más de doscientos metros. Al final de la galería de presión se suministra el agua a la turbina por medio de una o varias válvulas de aguja, también llamadas inyectores, los cuales tienen forma de tobera para aumentar la velocidad del flujo que incide sobre las cucharas. La tobera o inyector lanza directamente el chorro de agua contra la serie de paletas en forma de cuchara montadas alrededor del borde de una rueda, el doble de la distancia entre el eje de la rueda y el centro del chorro de agua se denomina diámetro Pelton. El agua acciona sobre las cucharas intercambiando energía con la rueda en virtud de su cambio de cantidad de movimiento, que es casi de 180°. Obsérvese en la figura anexa un corte de una pala en el diámetro Pelton; el chorro de agua impacta sobre la pala en el medio, es dividido en dos, los cuales salen de la pala en sentido casi opuesto al que entraron, pero jamás puede salir el chorro de agua en dirección de 180° ya que si fuese así el chorro golpearía a la pala sucesiva y habría un efecto frenante. La sección de entrada del fluido a la cuchara se denomina 1, así como 2 a la sección de salida.

Instalación de Turbina pelton http://members.tripod.com/mqhd_ita.mx/u3.htm

3.3.

turbina pelton http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Pelto

GENERADOR Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday.

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Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases. El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica. No sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desde este punto de vista más amplio, los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales:  

Primarios: Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc. Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables.

Generador – Central Huinco Información personal

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TRANSFORMADOR Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

Transformadores – Central Huampani Información personal

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COMPUERTAS Una compuerta hidráulica es un dispositivo hidráulico-mecánico destinado a regular el pasaje de agua u otro fluido en una tubería, en un canal, presas, esclusas, obras de derivación u otra estructura hidráulica. La compuerta tipo vagón es un tipo de compuerta hidráulica utilizado en descargas de fondos y bocatomas de presas. Es accionada por un pistón hidráulico o neumático.

Compuerta Vagón http://www.desing.com.co/compuertas-hidraulicasplanas.html

3.6.

Compuerta Vagón en funcionamiento www.sensores-demedida.es/sensing_sl/APLICACIONES_1/Instrumentación-para-elsector-industrial_121/Control-de-posición-en-compuertas_208/

ATAGUIAS Las ataguías son elementos que se usan para encauzar generalmente flujos de agua. Su uso es común cuando se realizan obras en cauces de ríos en los cuales es necesario manejar el caudal remanente del mismo; estos son generalmente pequeñas presas de tierra confinadas con algún tipo de encofrado y con alma de un material impermeable. Estos medios, empleados en las instalaciones hidráulicas, los contemplaremos desde dos aspectos distintos, aunque los fines para los que se destinan son similares, como son el atajar o bloquear el paso de agua. Así tenemos las ataguías construidas de hormigón, materiales sueltos, etc., para cortar el libre discurrir de las aguas de un río, al objeto de despejar el cauce del mismo y poder realizar, al aire libre y

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sobre terreno seco, obras tales como presas, pilares de puentes, etc. Son muros de contención del agua. En segundo lugar y con un interés más destacado, en relación con lo que a nosotros nos afecta, hacemos mención a los elementos, también conocidos como ataguías en la técnica hidráulica, utilizados para el cierre de aberturas en las conducciones, tanto en embocaduras como en desembocaduras, aplicándose, respectivamente, antes y después de las compuertas o válvulas instaladas en dichos conductos. Podemos considerar a las ataguías en estos casos. Como compuertas de seguridad que permiten hacer revisiones y reparaciones en las compuertas, válvulas, turbinas, y en las propias conducciones.

Montaje de una ataguía http://dc147.4shared.com/doc/E2ZMO6tE/preview.html

3.7.

Preparación de la ataguía http://www.escambray.cu/2012/reparacion.html

LIMPIA REJAS Los limpia-rejas son aparatos sencillos y sólidos, creados para la limpieza de las rejas aguas arriba de las centrales hidroeléctricas o en la misma toma de agua. Están formados por un chasis de acero mecano-soldado que soporta dos cadenas sinfín que maniobran un rastrillo por medio de un motor-reductor, un árbol de accionamiento y unas ruedas dentadas. FUNCIONAMIENTO Cuando no está en funcionamiento, el rastrillo está inmovilizado en la parte superior del aparato. Esta posición está controlada por un interruptor. Cuando se pone en marcha, el rastrillo se sumerge en el agua guiado por las cadenas hasta los pies de la reja, a una distancia suficientemente importante de ésta para evitar comprimir los desperdicios acumulados hacia el fondo del canal.

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La subida del rastrillo se efectúa a lo largo de la reja y los desperdicios se llevan hacia arriba. Al final del movimiento de subida, el rastrillo bascula y vuelca los desperdicios en una pasarela o en un pequeño canal de recuperación y evacuación. Al final de este ciclo, el rastrillo queda inmovilizado en su posición de paro. DISPOSITIVO DE ACCIONAMIENTO AUTOMÁTICO: El accionamiento automático de nuestros limpiarrejas mecánicos se pone en funcionamiento ya sea por un interruptor regulable que determina la frecuencia de funcionamiento, o bien por un sistema detector del relleno de las rejas. DISPOSITIVO DE SEGURIDAD: Todos nuestros limpiarrejas están equipados con un dispositivo de seguridad que corta la alimentación del motor de mantenimiento en caso de bloqueo del rastrillo en la reja. EVACUACIÓN DE LOS DESPERDICIOS: Nuestros limpia-rejas mecánicos pueden estar equipados con un dispositivo automático de evacuación de los desperdicios compuesto por:  Un pequeño canal de recuperación y evacuación montado en la parte posterior de los limpia-rejas. 

Una bomba sumergida de funcionamiento automático accionada por la puesta en funcionamiento del Limpia-rejas

LIMPIA REJAS http://www.filtramas.com/esp/Equipos/Limpiarrejas/RC-FC/1%20RC-FC.htm

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Sistema de Limpia-rejas http://www.inamar.cl/paginas/e_hidromecanico.html

Sistema de Limpia-rejas Información Personal

Sistema de Limpia-rejas al interior. Información Personal

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DESARROLLO DEL TEMA A. FUNCIONAMIENTO DE UN DESARENADOR Como se mencionó al inicio de este informe, el elemento fundamental para le generación de energía eléctrica es el agua tomada de ríos, lagunas, lagos, etc. Dependiendo de la configuración de la central hidroeléctrica es que instalan los equipos, tuberías y sistemas empleados para la conducción del agua, para lo que siempre es necesario que esta fuente de energía llegue a las turbinas lo las limpias posibles. Para esto es necesario el uso de un desarenador que tiene objetivo eliminar partículas más pesadas que el agua, que no se hayan quedado retenidas en el desbaste, y que tienen un tamaño superior a 200 micras, sobre todo arenas pero también otras sustancias como cáscaras, semillas, etc. Con este proceso se consiguen proteger los equipos de procesos posteriores ante la abrasión, atascos y sobrecargas. Los Desarenadores son obras hidráulicas que sirven para separar (decantar) y luego remover (evacuar) Para una explicación clara del funcionamiento de una central lo dividiremos en partes fundamentales: al material solido que lleva el agua de un canal. Una gran parte del material solido va depositándose en el fondo de los canales disminuyendo su sección. Esto aumenta el costo anual de mantenimiento y produce molestas interrupciones en el servicio del canal. Si los canales sirven para hidroeléctricas, la arena arrastrada por el agua pasa a las turbinas desgastándolas tanto más rápidamente cuanto mayor es la velocidad. Esto significa una disminución del rendimiento y a veces exige reposiciones frecuentes y costosas. TIPOS DE DESARENADORES Existen tres tipos fundamentales de Desarenadores: 1) Desarenador flujo horizontal: Los Desarenadores de flujo horizontal son utilizados en instalaciones de pequeñas poblaciones y consisten en un ensanchamiento del canal del pre tratamiento de forma que se reduzca la velocidad de flujo y decanten las partículas. Debe diseñarse con un canal paralelo para proceder a su limpieza que se realiza manualmente. Suelen instalarse con un canal Parshall a la salida que permite al mismo tiempo mantener la velocidad constante y medir el caudal.

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Son generalmente de forma rectangular y alargada, dependiendo en gran parte de la disponibilidad de espacio y de las características geográficas. La parte esencial de estos es el volumen útil donde ocurre la sedimentación. Como se ha expuesto, los Desarenadores están diseñados para remover partículas discretas sedimentables con densidad relativa de 2.65. Una condición hidráulica importante en el diseño de los Desarenadores tipo canal de flujo horizontal es mantener la velocidad de derrame de 0.3 m/s aproximadamente. Un incremento del 25 % puede provocar que la arena se resuspenda, mientras que si se reduce un 25% pueden retenerse en el canal los materiales orgánicos. Debido a que se tendrán gastos variables, es conveniente controlar la velocidad horizontal de alguna manera. Esto se logra disponiendo un vertedor especial en el extremo de salida de los Desarenadores, diseñado de tal modo que proporcione la altura de agua en los Desarenadores, al gasto de la misma, con el fin de mantener así una velocidad de derrame bastante constante. Generalmente se instala un vertedor proporcional en el extremo aguas abajo del canal.

Desarenador de flujo horizontal http://apuntesmatones.com.ar/desarenador-en-bocatomas/

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Desarenador de flujo horizontal http://plantacipolettilujandecuyo.blogspot.com/

Canal Parshall http://brandt.com.mx/productos/medidores-de-flujo/canal-parshall/

Canal Parshall http://www.caa.com.pe/Galeria/GaleriaFotos.html

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2) Desarenador de flujo vertical: La unidad debe tener un volumen que reproduzca el tiempo total de floculación que optimiza el proceso. Debe estar compuesta por varios canales con compartimentos de diferentes anchos que reproduzcan velocidades decrecientes entre el primer y el último canal. El agua circula por los canales en forma vertical. Las pantallas para formar los compartimentos en cada canal, pueden ser tabiques de concreto, placas de asbesto, cemento o madera machihembrada. El flujo se efectúa desde la parte inferior hacia arriba. Las partículas se sedimentan mientras el agua sube. Pueden ser de formas muy diferentes: circulares, cuadrados o rectangulares. Se construyen cuando existen inconvenientes de tipo locativo o de espacio. Su costo generalmente es más elevado. Son muy utilizados en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Los desarenadores de flujo vertical se diseñan mediante tanques que tienen una velocidad ascensional del agua tal que permite la decantación de las arenas pero no caen las partículas orgánicas. Suelen ser depósitos tronco-colíndricos con alimentación tangencial. Criterios de diseño  El rango de tiempo de retención en el que optimiza el proceso, es de 10 a 30 minutos.  El rango de gradientes de velocidad recomendables para flocular se encuentra entre 70 y 20 s-1. 

La profundidad de la unidad es de 3 a 4 metros.

Criterios de operación y mantenimiento  El nivel del agua dentro de la unidad debe mantenerse siempre por debajo del nivel máximo de las placas, para evitar la formación de cortocircuitos (porcentaje del caudal que no participa del proceso).  Debe mantenerse el caudal de diseño de las unidades para que no se alteren los parámetros de diseño. Al disminuir el caudal, el tiempo de retención se incrementa y los gradientes de velocidad disminuyen; al aumentar el caudal, el efecto es a la inversa, el tiempo de retención disminuye y los gradientes de velocidad se incrementan. Estas variaciones afectan la formación del floculo.

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Desarenador de flujo vertical http://www.epsgrau.com.pe/index.php?opt=pasper&opci on=ver&id=1

Desarenador de flujo vertical http://www.ingenieroambiental.com/2info/filtrosrapidos.htm

3) Desarenador de flujo inducido: Los Desarenadores de flujo inducido son de tipo rectangulares aireados. En estos equipos se inyecta aire por medio de grupos moto soplantes creando una corriente en espiral de manera que permite la decantación de las arenas y genera una corriente de fondo. Además el aire provoca la separación de las materias orgánicas. De esta forma, dado que el depósito está aireado y se favorece la separación de la materia orgánica, se reduce la producción de malos olores. La separación de las arenas puede ser manual o por medio de hidrociclón, en plantas de pequeño tamaño. En plantas mayores se instalan sistemas de separación mediante tornillos de Arquímedes o mediante clasificador alternativos de rastrillos o de vaivén. Estos dos últimos lavan las arenas y vuelven a disminuir su contenido en materia orgánica. El aire que se inyecta provoca una rotación al líquido (trayectoria horizontal) y crea una velocidad constante de barrido de fondo, perpendicular a la velocidad de paso, la cual puede entonces variar sin inconvenientes. El aire inyectado, además de su papel motor, favorece, INGENIERIA MECANICA-ELECTRICA

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por su efecto de agitación, la separación de la materia orgánica que puede quedar adherida a las partículas de arena. Los difusores de aire se sitúan en uno de los laterales del tanque a una distancia entre 0,5 y 0,9 m sobre el suelo. Para el control hidráulico del elemento y para mejorar la eficacia en la eliminación de arenas se suelen usar deflectores tanto en la entrada como en la salida de agua. Las arenas se remueven en un desarenador aireado por causa del movimiento en espiral que realiza el agua residual, como puede observarse en la Figura 5.6. Debido a su masa, las partículas de arena se aceleran y abandonan las líneas de flujo hasta que en últimas alcanzan el fondo del tanque, ya que el flujo en espiral es un campo con aceleración variable inducido por el aire inyectado. Dos factores principales contribuyen a la popularidad de los desarenadores aireados, en comparación con los de flujo horizontal: 1) mínimo desgaste de los equipos y 2) no se requiere una unidad independiente para lavado de arenas. En áreas donde las aguas residuales industriales son descargadas en la red de alcantarillado, se debe considerar la liberación potencial COV en los desarenadores aireados.

Modelo de flujo helicoidal de un desarenador aireado http://www.monografias.com/trabajos82/pretatamiento-aguas-residuales/pretatamiento-aguas-residuales2.shtml

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Inyección de aire mediante Aireadores de tipo turbina http://s3.amazonaws.com/pptdownload/elprocesodedesarenado110525104716phpapp02.ppt?response-contentdisposition=attachment&Signature= RtvUQAfs6%2BrDE69eY7C2OxgyOb0 %3D&Expires=1373216412&AWSAcc essKeyId=AKIAIW74DRRRQSO4NIKA

Aireadores de tipo turbina http://s3.amazonaws.com/pptdownload/elprocesodedesarenado-110525104716phpapp02.ppt?response-contentdisposition=attachment&Signature=RtvUQAfs6%2Br DE69eY7C2OxgyOb0%3D&Expires=1373216412&AW SAccessKeyId=AKIAIW74DRRRQSO4NIKA

Aireador superficial http://www.hellopro.es/FILTRAMAS_S_A_-6710noprofil-1001594-7983-0-1-1-fr-societe.html

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Agitador de lodo en proceso de limpieza http://www.eadic.com/blog/index.php/2012/12/13/d epuracion-aguas-urbanas/

Aireadores de eje vertical sumergidos http://www.eadic.c om/blog/index.php/ 2012/12/13/depura cion-aguas-urbanas/

Desarenador de palas rotativas http://www.sereco.it/prodotti.php?language=spagnolo&vedi=20120135

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4) Desarenador de Vórtice: Los sistemas de desarenación del tipo vórtice se basan en la formación de un vórtice (remolino) inducido mecánicamente, que captura los sólidos en la tolva central de un tanque circular. Los sistemas de desarenador por vórtice incluyen dos diseños básicos: cámaras con fondo plano con abertura pequeña para recoger la arena y cámaras con un fondo inclinado y una abertura grande que lleva a la tolva. A medida que el vórtice dirige los sólidos hacia el centro, unas paletas rotativas aumentan la velocidad lo suficiente para levantar el material orgánico más liviano y de ese modo retornarlo al flujo que pasa a través de la cámara de arena. El desarenador fluídico de tubo de vórtice es un dispositivo utilizado para la extracción de sedimentos de cauces o canales y está formado por un tubo con una ranura abierta a lo largo de su parte superior instalado en el fondo del cauce. La mezcla de agua-sedimento que fluye cerca del fondo del cauce es atrapada por el tubo y expulsada hacia un canal de extracción con la ayuda del vórtice que se forma en el interior del tubo. El funcionamiento del dispositivo se evalúa por medio de la eficiencia de atrapamiento, la cual se define como la relación entre el gasto sólido extraído y el gasto sólido total transportado, y por la eficiencia de extracción, que se define como la relación entre el gasto líquido extraído a través del tubo y el gasto líquido conducido por el cauce. En este artículo se presentan los resultados de pruebas experimentales llevadas a cabo en un desarenador de este tipo en el laboratorio Enzo Levi del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Los resultados indican que se logran eficiencias de atrapamiento de hasta 94.9%, con relaciones de extracción que no sobrepasan el 10% en todas las pruebas realizadas. Los Desarenadores de vórtice consisten en un tanque cilíndrico al cual ingresa el agua a tratar en forma tangencial, creando un vórtice dentro del cilindro. Existen dos clases de desarenadores de vórtice. En el primero de éstos, el diseño permite que tanto la salida como la entrada del agua sean en forma tangencial. La turbina giratoria se emplea para producir una trayectoria toroidal de las partículas, logrando así que las arenas sedimenten en el fondo del pozo, de donde se extraen con una bomba de arenas o del tipo air lift. Las arenas extraídas de la unidad se pueden procesar posteriormente para remover material orgánico presente. En el segundo tipo de desarenadores se genera un vórtice libre por acción del flujo tangencial de entrada. El efluente sale por el centro de la parte superior de la unidad desde un cilindro rotatorio, llamado también “ojo” del fluido. Las fuerzas centrífuga y gravitacional, presentes dentro INGENIERIA MECANICA-ELECTRICA

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de este cilindro rotatorio, limitan la liberación de las partículas con densidad superior a la del agua. Las partículas de arenas se sedimentan por gravedad en la parte inferior de la unidad, mientras que las partículas orgánicas y demás partículas separadas de las arenas por acción de las fuerzas centrífugas, abandonan el desarenador con el efluente. Si se instalan más de dos unidades se deben proveer arreglos especiales para la división de caudal.

Desarenadores a Vórtice http://www.eadic.com/blog/index.php/2012/1 2/13/depuracion-aguas-urbanas/

Desarenador a Vórtice (planta) http://www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/343524

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Desarenador a Vórtice (corte longitudinal) http://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Desarenador_Tipo_V%C3%B3rtice_-_Corte_longitudinal.png

Los desarenadores también pueden catalogarse de acuerdo a su operación, velocidad y disposición: a) En función de su operación: 

Desarenadores de lavado continuo, es aquel en el que la sedimentación y evacuación son dos operaciones simultáneas.



Desarenadores de lavado discontinuos (intermitente), que almacena y luego expulsa los sedimentos en movimiento separados.

b) En función de la velocidad de escurrimiento: 

De baja velocidad v < 1 m/s (0.20 . 0.60 m/s)



De alta velocidad v > 1 m/s (1.00 . 1.50 m/s)

c) 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

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B. DESARENADORES TIPO BIERI El desarenador tipo BIERI es un sistema de desarenado continuo, controlado automáticamente para garantizar la limpieza del canal por donde circula el agua y a su vez elimina los residuos que puedan dañar las turbinas de la central hidroeléctrica. Este es un sistema en el cual las compuertas y accionamientos de abertura van completamente sumergidas en el canal de desarenado; por lo cual los elementos empleados para su abertura y cierre son encapsulados y funcionan a través de pistones hidráulicos movidos por una central hidráulica de poder. En nuestro caso, de la Central Hidroeléctrica de Machipicchu, cuenta con un sistema de desarenado tipo BIERI compuesto por cuatro canales que trabajan en dos grupos para su accionamiento. Este sistema está compuesto por tres grupos de compuertas: Compuertas cuchilla, se les conoce con este nombre por la forma que tienen, debido a que el final de las compuertas tiene una sección menor que en el inicio. Estas compuertas trabajan en posición horizontal en grupos de dos, al cerrarse una con la otra, las cuchillas de la compuerta permiten tener mayor facilidad de desplazamiento dentro del agua. En cada canal de desarenado se instalan tres pares de compuertas cuchilla activadas de forma secuencial. Compuertas de limpia, son compuertas deslizantes que trabajan como compuertas de fondo (semejantes a las compuertas tipo Vagón), pueden ser cuadradas o rectangulares dependiendo del diseño del desarenador; estas compuertas también trabajan accionadas por pistones hidráulicos por ubicarse sumergidas dentro del canal. Compuertas de purga, esta compuerta se encuentra al final de un canal subterráneo, por donde se evacúa el agua cargada de la sedimentación extraída de los canales del desarenador. Por la ubicación de estas compuertas es que también se activan con equipamiento hidráulico. La secuencia de funcionamiento del desarenador BIERI se realiza de la siguiente manera: 1° Debido a la posición en que se encuentran las compuertas de tipo cuchilla son las primeras en activarse. Es sobre estas compuertas donde se acumula todo el sedimento que trae el agua de los canales. Una vez que el lodo (sedimento) se ha acumulado, es detectado por un sensor de lodo y un sensor de sólidos. Estos envían la señal al sistema de control de modo que se abren las INGENIERIA MECANICA-ELECTRICA

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compuertas de manera secuencial haciendo caer hacia el canal subterráneo todos los residuos acumulados sobre estas compuertas. 2° Una vez abiertas las compuertas cuchilla, en cuestión de segundos, se abren las compuertas de limpia haciendo ingresar la suficiente agua para remover todos los residuos que puedan haber quedado sobre las compuertas cuchillas. 3° Una vez terminado este proceso se cierran las compuertas de limpia y las compuertas cuchilla, y automáticamente se abre la compuerta de purga. Permitiendo así evacuar toda la sedimentación y los sólidos existentes en el canal. Debido a que el caudal se pueda ver afectado por la evacuación de una cantidad considerable de agua, durante el proceso de limpieza; de los cuatro canales existentes en este sistema, el proceso de limpieza solo se desarrolla en dos canales por vez; permitiendo que los otros dos canales se abran para compensar el caudal de agua y no se disminuya en la salida.

Equipos empleados para el desarenador BIERI Información personal

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Pistones para las compuertas cuchilla Información personal

Central hidráulica de poder para las compuertas cuchilla Información personal

Central hidráulica de poder y pistones hidráulicos para las compuertas de purga Información personal

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Central hidráulica de poder para las compuertas de limpia de los cuatro canales Información personal

Tableros de control para desarenadores tipo BIERI Información personal

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C. IMPORTANCIA DE LOS DESARENADORES Haciendo un análisis de todo lo mencionado anteriormente, notamos cuán importante es que el agua ingresada a las turbinas de la central hidroeléctrica sea lo más limpia posible. La única forma de lograr aprovechar al máximo la vida y potencia de diseño de las turbinas es haciendo que el agua sea separada lo más posible de todo residuo sólido que traiga consigo, y esto se logra únicamente a través de los sistemas de decantación o desarenadores; sin los cuales el agua ingresaría llena de sedimentos. Si tomamos en cuenta la acumulación de sedimento en la parte inferior de los canales, esto ocasiona una variación considerable en la sección transversal del canal disminuyendo también de esta manera la captación de agua dirigida hacia la tubería forzada y por ende se altera la potencia de la central. Por otro lado el sedimento acumulado en la parte inferior de una compuerta auxiliar, que permanece más tiempo cerrada, se adhiere uniendo la compuerta con la losa inferior del canal. Esto origina un gravísimo problema y genera un costo de mantenimiento excesivamente elevado; ya que en algunas ocasiones solo queda cambiar la compuerta. Es por ello, que de cualquier forma que lo queramos entender, los sistemas desarenadores cumplen una función importante en todo el proceso de generación. V.

CONCLUSIONES 1. En toda esta información se ha tratado de cumplir con los objetivos trazados, siendo el primero el realizar una descripción detallada del funcionamiento de un desarenador, entendiendo así la necesidad del uso de estos sistemas. Se pueden seleccionar cualquiera de los diversos tipos de desarenadores mencionados en este informe; adaptando cada sistema a la necesidad de limpieza y al espacio obtenido para su instalación. 2. Es gracias a la Mecánica de Fluidos que podemos entender las diversas formas en las que se puede emplear el flujo de agua, tanto para la generación de energía eléctrica como para que ella misma pueda ser tomada para producir su limpieza. 3. La selección del sistema de desarenado está en función de la zona donde se instalara considerando las cotas de agua y la turbulencia existente en el rio antes de llegar al sistema para poder así calcular las dimensiones y rigidez de las estructuras metálicas usadas para las compuertas.

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RECOMENDACIONES 1. Una de las recomendaciones principales que debe tenerse en cuenta para el diseño de un desarenador, es la de realizar una evaluación minuciosa de la cantidad de sólidos y sedimentación que traen las aguas del rio de donde se toma. Esta evaluación debe realizarse en las diferentes estaciones del año para llegar a un resultado certero. 2. Para garantizar un mejor funcionamiento del sistema desarenador tipo BIERI, se recomienda instalar antes de las compuertas de entrada rejillas verticales que ayudarán a retener los objetos sólidos de mayor dimensión; de tal forma que el sistema de desarenado se encargue mayormente de la sedimentación existente. 3. Por causa del daño que causa la sedimentación, la velocidad y la presión a las compuertas; es necesario, que las compuertas sean revestidas con pinturas mineralizadas, especiales para aumentar el tiempo de vida y daño por corrosión que puedan sufrir las compuertas. 4. Para la selección de uno de los sistemas de desarenado se requiere también evaluar los factores costo y beneficio; de tal forma que la inversión sea necesaria y recuperable.

Por ultimo presentamos un cuadro comparativo de ventajas y desventajas de los tipos más comunes de desarenadores para poder seleccionarlos.

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE DISTINTOS DESARENADORES (WEF, 1992)

Tipo de desarenador

Ventajas  Misma eficiencia para una variación amplia en el flujo.  Pérdidas de cargas mínima al pasar por el desarenador.

Desarenador Aireado

 Controlar la tasa de aireación permite remover una baja cantidad de materia orgánica putrefacta.

Desventajas  Puede generar malos olores  Se requiere mantenimiento en el sistema de aireación  Consumo de energía elevado

 Puede ser utilizado para mezcla química, preaereación y floculación después del tratamiento primario.

Desarenadores de Vórtice

 Es sencillo controlar la tasa de aireación una vez que se haya instalado el sistema.  Efectivo con variaciones de flujo.

 Diseño patentado.

 No hay equipos sumergidos que necesiten mantenimiento.

 Costos de adquisición del equipo.

 Espacio reducido.

 Las paletas pueden recoger trapos y basura que destruyan el mecanismo de funcionamiento.

 Remoción de un alto porcentaje de partículas finas.

 Se puede saturar el colector de arena e impedir el correcto funcionamiento.  Necesita limpieza y supervisión continua. Desarenadores de Flujo Horizontal.

 No necesita un diseño complejo que dificulte su construcción.

 Es difícil mantener la velocidad del flujo óptima.

 Con un control adecuado del flujo, no se necesita hacer una clasificación posterior de los residuos.

 Si no se controla el flujo, el tanque remueve grandes cantidades de materia orgánica, requiriendo lavar los residuos y clasificarlos.

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BIBLIOGRAFIA Y PAGINAS VISITADAS PARA LA RECOPILACION DE INFORMACION  http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina  http://es.wikipedia.org/wiki/Tuber%C3%ADa_forzada  http://es.wikipedia.org/wiki/Presa_hidr%C3%A1ulica  http://es.wikipedia.org/wiki/Central_hidroel%C3%A9ctrica  http://www.jenijos.com/CENTRALESHIDROELECTRICAS/centrales_hidroelectri cas.htm  http://www.monografias.com/trabajos89/central-hidroelectrica/centralhidroelectrica.shtml  http://definicion.de/central-hidroelectrica/  http://www.sappiens.com/sappiens/comunidades/elecarti.nsf/0/670c475ea15526 8741256aae0033fe2f!OpenDocument&Click=  http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_hidr%C3%A1ulica  http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Kaplan  http://josemachete42.blogspot.com/2012/04/tocoma.html  http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Francis  http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Pelton  http://members.tripod.com/mqhd_ita.mx/u3.htm  http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctrico  http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador  http://sistemadetratamientodelagua.blogspot.com/2009/04/bocatoma.html  http://www.saltosdelpirineo.com/catalogos/cat_viry.pdf  http://www.saltosdelpirineo.com/equipos/complementarias/cat_limpiarrejas.pdf  http://es.wikipedia.org/wiki/Canal_%28ingenier%C3%ADa%29  http://es.scribd.com/doc/60295442/canales-naturales-hidraulica  http://www.slideshare.net/mefrint/los-canales-son-conductos-en-los-que-el-aguacircula-debido-a-la-accion-de-gravedad-y-sin-ninguna-presin  ftp://soporte.uson.mx/FTP/PUBLICO/04_INGENIERIA%20CIVIL/Hidraulica%20 SZ%202012_2/Hidr%E1ulica%20de%20canales_2012_2.pdf  http://www.powermatic.com.pe/unidades.php  http://www.dysac.com/productos/COPUERTAS.pdf

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