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ECOFYSVALGESTA S.A. PROYECTO CENTRAL HIDROELÉCTRICA GUAYACÁN Ingeniería Básica Memória de Cálculo N° EV-MC-004 MEMORIA CÁLCULO DISEÑO DEL DESARENADOR

ECOFYSVALGESTA S.A.

Dirección : Andrés de Fuenzalida #47, Piso 5 Providencia, Santiago

: APROBACION CLIENTE FECHA

:

REV.

FECHA

PREPARO

REVISO

APROBO

DESCRIPCION

A

20 Junio 2008

EV-1

RPC

JAC

Emitido para Solicitud de Permisos

ÍNDICE 1. 2. 3. 4.

ALCANCES Y OBJETIVOS ................................................................3 ANTECEDENTES ............................................................................3 CRITERIOS DE DISEÑO HIDRÁULICO ...............................................3 DIMENSIONAMIENTO DE LA CÁMARA ...............................................4 4.1. Sección Transversal ....................................................................4 4.2. Longitud Del Desarenador............................................................4 4.3. Cálculo De La Eficiencia Del Desarenador .......................................6 4.4. Verificación De La Resuspensión ...................................................7 4.5. Vertedero De Aguas Limpias ........................................................9 4.6. Cota De Muros Del Desarenador ...................................................9

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1.

ALCANCES Y OBJETIVOS

El objetivo de esta memoria es presentar los cálculos hidráulicos realizados para el dimensionamiento del desarenador de la central y sus obras de limpieza y descarga.

2.

ANTECEDENTES

Los antecedentes utilizados en el diseño hidráulico del desarenador son los siguientes: •

Plano topográfico escala 1:500 de la zona en estudio: ƒ EV-GY-PL-TO-001-04: Planta General Topografía zona Sur ƒ EV-GY-PL-TO-001-05: Planta General Topografía zona Centro ƒ EV-GY-PL-TO-001-06: Planta General Topografía zona Norte ƒ EV-GY-PL-OC-002-07 : Perfiles de Terreno 1 ƒ EV-GY-PL-OC-002-08 : Perfiles de Terreno 2

•

Informe técnico de mecánica de suelos: B.2 Informe Técnico N° EV-IT002:Informe de mecánica de suelos, JQ Ingeniería LTDA., Enero 2008

•

Mapa geológico escala 1:50.000, hoja Santiago (Lámina Occidental), Sernageomin, Enero 1991.

3.

CRITERIOS DE DISEÑO HIDRÁULICO •

Caudal de diseño: 36 m3/s.

•

Deberá atrapar el 90% de partículas mayores de 0,3 mm.

•

Deberá atrapar el 99,9% de partículas mayores de 0,5 mm.

•

El desarenador será con sistema de purga discontinua, con dos naves para asegurar que el flujo máximo se mantendrá durante el lavado de una de las naves.

•

El desarenador incluirá un sistema de lavado (flushing) automático servo- asistido con una compuerta de entrada y una de salida en cada nave para control del flujo. Además de una salida hacia el rio Maipo.

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4.

DIMENSIONAMIENTO DE LA CÁMARA

4.1.

SECCIÓN TRANSVERSAL

La tasa de remoción del sedimento depende principalmente de la velocidad de sedimentación de las partículas, de la velocidad del flujo y de la profundidad de la nave. La razón entre el ancho y la profundidad, de la nave, no debiera ser menor que 1. Una razón recomendable es de 1,5 a 2,0 (B/H). El requerimiento de área de la sección transversal puede ser determinada mediante la siguiente relación propuesta por Camps:

Donde: Q: Caudal de diseño de la nave (m³/s) d: diámetro de la partícula a sedimentar en mm Considerando el área obtenida con la relación anterior y una velocidad igual a v=0,44d½, la resuspensión del material no ocurrirá. Evaluando la expresión anterior para un caudal igual a 18 m³/s se tiene que: A=77,7 Adoptando las siguientes dimensiones para el desarenador: B=11, 5 H=7 B/H=1,64

4.2.

LONGITUD DEL DESARENADOR

El cálculo de la longitud del desarenador se realiza considerando el efecto de la turbulencia del flujo mediante la siguiente relación:

L =

v ⋅H (w − u* )

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u* = 3,1 ⋅

V ⋅n 1/6

RH

Donde: V: Velocidad del escurrimiento H: Altura del desarenador w: Velocidad de sedimentación en aguas quietas u*: Velocidad de corte n: Rugosidad de Manning RH: Radio Hidráulico La velocidad de sedimentación de una partícula con d=0,3 mm pata t=20 ºC se obtiene del gráfico siguiente:

Figura 4.1: Velocidad de sedimentación de las partículas w=3,5 cm/s v=0,223 m/s

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Rh= 3,157 m n= 0,014 u* = 0,008 L= 57,81 Se adopta una longitud de 58 m para la cámara del desarenador.

4.3.

CÁLCULO DE LA EFICIENCIA DEL DESARENADOR

Para determinar la eficiencia del desarenador se utiliza el gráfico de Camp´s presentado a continuación:

Figura 4.2: Diagrama de Camp´s

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Para la aplicación de la figura anterior se deben calcular los siguientes parámetros:

ε = 0,075 ⋅ H ⋅ (f / 8)

1/2

⋅V

Donde: ε: Coeficiente de difusión f: Factor de fricción de Darcy-Weisbach (f=0,024) V: Velocidad media del escurrimiento ε= 0,0064 Por lo tanto la abscisa es igual a:

w⋅H = 19,14 2⋅ε Adicionalmente se debe determinar el cuociente w/vs donde vs es la carga superficial: vs= Q/L*B vs= 0,0282 w/vs=1,24 Por lo tanto la tasa de remoción para d=0,3 mm es R=97 % Para una partícula de d=0,5 mm, la velocidad de sedimentación es igual a w=6 cm/s. Por lo tanto, w/vs=2,12 y la eficiencia del desarenador es del 100 %.

4.4.

VERIFICACIÓN DE LA RESUSPENSIÓN

Para verificar que no ocurra resuspensión del sedimento el esfuerzo de corte del escurrimiento debe ser menor que el crítico.

τ = γ ⋅ Rh ⋅ J

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J=

V 2 ⋅ n2 R h4 / 3

Evaluando, se tiene que: J=3,8763 10-6 τ= 0,012 kg/m2 Por otro lado, el número de Reynolds de la partícula de d=0,3 mm es:

Re * =

u* ⋅ d = 1,714 υ

Del diagrama de Shields de la figura 4.3 se tiene que:

τc = 0,07 (γ s − γ ) ⋅ d

Figura 4.3: Diagrama de Shields Por lo tanto, τc=0,036 kg/m2.

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Finalmente, se verifica que τ