Acueducto y Alcantarillado

Profesor, Jorge Latorre

Santiago de Cali, mayo 21 de 2010

Idealización del mecanismo de golpe de ariete

El tiempo en que la lamina 1, contigua a la válvula, ha permanecido en estado de sobrepresiòn es:

CLT 2

Donde: L = Longitud hasta el deposito (m) C = Velocidad de propagación de la onda o celeridad (m/s) T = Fase o periodo de la tubería (s)

Diagrama de sobrepresiòn y depresión, para los casos teóricos y reales

El valor de celeridad o velocidad de propagación de la onda puede ser calculado mediante la formula de Allievi:

eDk

C

3.48

9900

En donde: C = Celeridad de la onda (m/s) D = Diámetro del tubo (m) e = Espesor de la pared del tubo (m) k = Relación entre el modulo de la elasticidad del agua y el material de la tubería.

Relación de módulos de elasticidad del agua y del material de la tubería

Material de la tubería K

Acero 0.5

Hierro fundido 1.0

Concreto 5.0

Asbesto – cemento 4.4

Plástico 18.0

Distribución de la presión por la maniobra rápida

Distribución de presión por maniobra lenta.

Medidas contra golpe

Pueden tomarse varios tipos de medidas, entre las cuales las mas indicadas son las que no requieren equipos especializado, ya que en el caso de acueductos rurales no es fácil la labor de mantenimiento de estos aparatos.

a.) Limitación de las velocidades (0.6 m /s a 3.0 m/s).

b.) Cierre lento de las válvulas mediante la cancelación de un volante de gran diámetro.

c.) Empleo de válvulas especiales contra golpa de ariete.

d.) Aumentar el espesor de la pared del tubo. e.) Construcción de pozos de oscilación o cámaras de

aire comprimido como las indicadas en las figuras 10.22 y 10.23

Pozo de oscilación

Cámara de aire comprimido

Acueducto y Alcantarillado

DESARENADORES

Profesor, Jorge Latorre M.

Santiago de Cali, 24.01.2012

Vista interior de Desarenador. Dispositivo de salida.

GeneralidadesTanque construido con el propósito de sedimentar partículas en suspensión por la acción de la gravedad

Tratamiento primario de aguas para consumo humano, también en aguas residuales domésticas y pluviales

Localizado lo más cercano posible a la captación, evitando abrasión y obstrucción

Minimizar transporte de arcillas, arenas y gravas finas

Clasificación del material en suspensión según su tamaño

Desarenador: corte longitudinal

Zona de Lodos

Zona de Sedimentación

Zona de SalidaZona de Entrada

Disipación, Aforo, Excesos

Esquema isométrico de un Desarenador indicando zonas principales: entrada, sedimentación, salida y de lodos

Zona de Entrada

Zona de Lodos

Zona de Sedimentación

Zona de Salida

Dispositivo de entrada. Pantalla con ranuras

Estructura de salida, Desarenador

Estructura de salida, Desarenador

Cresta vertedor de salida

Canal colector de salida

Zonas de un desarenador

Especificaciones de DiseñoNúmero de Unidades: 2 mínimo Paso Directo: Calculada con QMDRelación longitud a ancho: aproximación a flujo a pistón tanque rectangular, L/B ~ 3/1 y 5/1

Profundidad Mínima: (1.50 m) y Máxima (~ 4.50 m)

Profundidad Almacenamiento de Lodos: 0.40 m mín con pendientes entre 1 y 8%

Especificaciones de DiseñoPeríodo de retención hidráulico: tiempo que tarda una partícula de agua en entrar y salir del tanque: 0.5 y 4.0 horas

Carga hidráulica superficial: relación entre caudal de diseño o caudal de trabajo y área superficial del desarenador. Se recomienda, 15 y 80 m3/m2/día

Teoría de la Sedimentación La teoría de la sedimentación fue desarrollada por Hazen y Stokes. Su modelo muestra que la velocidad de sedimentación de una partícula es directamente proporcional al cuadrado del diámetro de ésta:

Vs ά d2

Hazen y StokesVs = g (ρs - ρ) * d2 / 18 µ = Kd2

Vs : Velocidad sedimentación partícula, cm/seg

g: Aceleración de gravedad, 981 cm/seg2

ρs: Peso específico de la partícula, arenas S = 2.65

ρ: Peso específico del fluido agua, 1.0

µ: Viscosidad cinemática del fluido, cm2/seg

Diámetro de partículas y su velocidad de sedimentación

Viscosidad cinemática del agua

En el estudio de la sedimentación se hacen las siguientes suposiciones teóricas:

1. El flujo se reparte uniformemente a través de la sección transversal (W)

2. El agua se desplaza con velocidad uniforme a lo largo del tanque.

3. Toda partícula que toque el fondo antes de llegar a la salida, será removida.

Trayectorias de partículas en un sedimentador

Figura 1

Como se observa en la figura 1, la partícula de diámetro d más crítica es aquella que entra por la parte superior del tanque, debido a que debe recorrer una altura H, y una longitud L, más desfavorable antes de ser movida.

En teoría, para remover la partícula (d) se debe cumplir :

Tiempo Retención Hidráulica

T, remoción partícula crítica

En realidad el flujo NO se distribuye uniformemente debido a:- Limitaciónes en pantalla difusora- Velocidad de flujo NO contante (corrientes térmicas y zonas muertas)-Contracorrientes superficiales debidas al viento- Resuspensión de partículas que han alcanzado la zona de lodos

En consecuencia, existirán partículas removidas con Vs < Vo

Vs : Velocidad de sedimentación efectivaVo : Velocidad de sedimentación teórica = Q/AVs / Vo : Número de HazenΘ / t : se determina por Tabla 9.3

Recomendaciones para la operación y diseño de desarenadores:1. Vh < 20 Vs2. 9 < Vh / Vo < 153.Vh < Vr para evitar re-suspensión de sedimentoVh < Vr = ((8k/f) g(ρs - ρ)

d)0.5

4. Para sedimentación de arenas, k = 0.04 y f = 0.03

Número de Hanzen (Vs/Vo)

Remoción (%)Condiciones 87.

580 75 70 65 60 55 50

n = 1 7.00 4.00

3.00 2.30

1.80

1.50

1.30 1.00

N = 3 2.75 1.66 0.76

N = 4 2.37 1.52 0.73

Máximo teórico

0.88 0.75 0.50

Ejemplo de Diseño del Desarenador

Esquema del Desarenador con indicación de las zonas definidas: sedimentación, entrada,

salida y de lodos.