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• Abrahan Choquenaira Ttito

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DESARENADORES

Los desarenadores son obras hidráulicas que tienen por finalidad 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. En el proyecto de centrales hidroeléctricas, el empleo de desarenadores es esencial, pues debe garantizarse que el agua que circula por la(s) tubería forzada(s) y que acciona luego la(s) turbina(s) se encuentra libre de la presencia de partículas sólidas que pudieran originar su rápido desgaste o deterioro. Solo 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 funciones de esta estructura. Un desarenador evita los siguientes efectos desfavorables en las estructuras o elementos de una captación hidráulica (C.H)  Deposición de sedimentos a lo largo del canal de conducción de la central, con el consiguiente aumento de la rugosidad, disminución de la sección efectiva y de la capacidad de conducción.  Rápida colmatación de la cámara de carga que antecede a la(s) tubería forzada(s) en el caso de centrales con canal de aducción.  Deterioro de la conducción forzada por efecto abrasivo de la corriente  Desgaste acelerado de la(s) turbina(s) dispuestas en la casa de máquinas, lo cual trae consigo paralizaciones de la C.H. para efectuar reparaciones y reemplazos que demandan tiempo y que además, tienen elevado costo. Partes de un desarenador Transición de entrada, la cual une el canal con el desarenador.

Cámara de sedimentación, en la cual las particular 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 arena fina 0.160 m/s para la arena gruesa 0.216 m/s Vertedero, al final de la cámara se construye un vertedero sobre el cual pasa el agua limpia hacia el canal. Las capas superiores son las que primero se limpian es por esto que la salida del agua desde el desarenador se hace por medio de un vertedero, que hasta donde sea posible debe trabajar con descarga libre. Compuerta de lavado, sirve para desalojar los materiales depositados en el fondo. Para facilitar el movimiento de las arenas hacia la compuerta, al fondo del desarenador se le da una gradiente fuerte del 2% al 6%. El incremento de la profundidad obtenido por efecto de esta gradiente no se incluye en el tirante de cálculo, sino que el volumen adicional obtenido se lo toma como depósitos para las arenas sedimentadas entre dos lavados sucesivos. Es necesario hacer un estudio de la cantidad y tamaño de sedimentos que trae el agua para asegura una adecuada capacidad del desarenador y no necesitar lavarlo con demasiada frecuencias. Canal directo, por el cual se da servicio mientras se está lavando el desarenador. El lavado se efectúa generalmente en un tiempo corto, pero por si cualquier motivo, reparación o inspección, es necesario secar la cámara del desarenador, el canal directo que va por su contorno, permite que el servicio no se suspenda. Con este fin a la entrada se colocan dos compuertas, una de entrada al desarenador y otra al canal directo. Resumen de partes  El desarenador de lavado intermitente tiene los siguientes componentes:  Compuerta de admisión.  Transición de entrada.  Transición de salida o vertedero.  Cámara de sedimentación.  Compuerta de purga.  Canal directo.

CLASES DE DESARENADORES 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. 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) 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.

FASES DEL DESARENAMIENTO Fase sedimentación Fase de purga (evacuación)

Diseño de desarenador Datos

Caudal de Diseño: 1 m3 / seg Temperatura Promedio del Agua (T): 5 º C Diámetro de partículas a eliminar: 0.75 mm Velocidad de sedimentación de la partícula d = 0.75 mm diámetro de partículas ρ = 1.03 kg/cm³ densidad de Agua Turbia ρs = 2.2 gr/ cm³ densidad del Suelo Tº = 5 ºC Temperatura g = 981.00 cm/s² μ = 15.2E-06 kg/cm seg Viscosidad Dinamica Ecuación de Hazzen

w = 3.15 cm/s

Diagrama de Sellerio Se presentan en el siguiente gráfico, el cual permite hallar la velocidad de sedimentación en función del tamaño de partícula.

Como puede observarse en el gráfico anterior, la recta determinada por Sellerio pasa por el origen y, además, para d = 1mm se tiene que wo = 10 cm/s; con lo cual, la pendiente de la recta es 10. De esta manera, la velocidad de sedimentación para cualquier tamaño de partícula puede obtenerse, según este método, con la relación: wo (cm/s) = 10 d (mm) wo (cm/s) =7.5 cm/s Formula de Owens

w = velocidad de sedimentación (m/s) d = diámetro de partículas (m) ρs = peso específico del material (gr/cm 3 ) k = constante que varía de acuerdo con la forma y naturaleza de los granos, sus valores se muestran en la tabla siguiente:

𝐰 = 𝟏. 𝟐𝟖√𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟕𝟓(𝟐. 𝟐 − 𝟏)

𝐰 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟑𝟖𝟒 𝐦⁄𝐬 𝐰 = 𝟑. 𝟖𝟒 𝐜𝐦⁄𝐬 Diagrama de sudry El diagrama de Sudry nos relaciona la velocidad de sedimentación "w", diámetro de la partícula "D" (en mm.), peso específico del agua Y(H2O) (en gr/cm3). Tenemos: D=0.75 mm;

W=9.5 cm/seg. Formula de Scotti 𝑾 = 𝟑. 𝟖√𝒅 + 𝟖. 𝟑𝒅 𝑾 = 𝟑. 𝟖√𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟕𝟓 + 𝟖. 𝟑 ∗ 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟕𝟓

𝑾 = 𝟎. 𝟏𝟏𝟎𝟑 𝒎/𝒔𝒆𝒈 𝑾 = 𝟏𝟏. 𝟎𝟑 𝒎/𝒔𝒆𝒈

Formula de Krey D2mm 𝑑(𝜌𝑠 − 1) = 0.00064𝑤 2 Formula a usar 𝑑(𝜌𝑠 − 1) = 0.007𝑤 1.2 𝒘 = 𝟎. 𝟏𝟖𝟎𝟗 𝒎/𝒔𝒆𝒈 𝒘 = 𝟏𝟖. 𝟎𝟗 𝒎/𝒔𝒆𝒈

Formula de Bosterli Con nueve clases de granos de diferentes dimensiones obtuvo un ábaco que relaciona los tiempos de caída con las profundidades de sedimentación, fig. 26 y la expresión de la velocidad de sedimentación. 𝒘 = (𝟏𝟎 ≈ 𝟏𝟐)√𝒅 𝒘 = (𝟏𝟎)√𝒅 𝒘 = 𝟎. 𝟐𝟕𝟑𝟖 𝒎/𝒔𝒆𝒈 𝒘 = 𝟐𝟕. 𝟑𝟖 𝒄𝒎/𝒔𝒆𝒈

Formula de Guiciardi Sobre granos de arena natural serpentinosa con diámetros comprendidos, entre 0.2 y 2.0 mm., con velocidades de transporte de 6 a 87 cm./seg. 𝑑 = 0.005𝑤 1.3 𝒘 = 𝟎. 𝟐𝟑𝟐𝟒𝒎/𝒔𝒆𝒈

𝒘 = 𝟐𝟑. 𝟐𝟒𝒄𝒎/𝒔𝒆𝒈

Diagrama Coronado

𝒆𝒏 𝒆𝒔𝒕𝒆 𝒄𝒂𝒔𝒐 𝒏𝒐 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒊𝒅𝒆𝒓𝒂𝒆𝒎𝒐𝒔 𝒑𝒐𝒓 𝒌 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒆𝒍 𝒅𝒊𝒂𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝒐𝒃𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 𝒏𝒐 𝒆𝒙𝒊𝒔𝒕𝒆 𝒍𝒂 𝒊𝒏𝒕𝒆𝒓𝒔𝒆𝒄𝒄𝒊𝒐𝒏 FORMULA Hacen Selerio Owens Sudry Stoti-foglirni Krey bosterli guicciardi coronado

W(cm/seg) 3.15 7.5 3.84 9.5 11.03 18.09 27.38 23.24 ---

Tomamos el valor promedio= 12.97 cm/seg CALCULO DEL NUMERO DE REYNOLS 𝑅𝑒 = 𝑅𝑒 =

𝑉∗𝑑 𝛾

0.1297 ∗ 0.0075 1.31 ∗ 10^2

𝑅𝑒 = 7.42 𝑟𝑒𝑔𝑖𝑚𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 (1𝑎 1000)𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑎

VELOCIDAD DEL FLUJO De acuerdo de CAMO (ref 1), tenemos: 𝑉ℎ = 𝑎𝑑 0.5 A 36 44 51

D(mm) >1 1-0.2