RESUMEN•El presente informe busca detallar la importanciade un desarenador, su definición, los tipos dedesarenadores, en qué tipo de construcciones oprocesos se emplean, su funcionamiento en unaplanta de tratamiento, criterios de diseño, cuandose emplean desarenadores paralelos, o un solodesarenador, las medidas que se deben tomar encuenta, y algunos planos de perfil y planta paraobservarse mejor.

•Finalmente se empleará un ejemplo de aplicación para aclarar los conocimientos teóricos planteados.

JUSTIFICACIÓN•Los desarenadores son estructuras hidráulicas que tienen como función remover las partículas de cierto tamaño que la captación de una fuente superficial permite pasar.

•Se utilizan en tomas para acueductos, en centrales hidroeléctricas (pequeñas), plantas de tratamiento y en sistemas industriales.

•Las partículas sólidas suspendidas en el agua a tratar, pueden sedimentar como partículas discretas o como partículas floculentas por acción de la gravedad, formando sedimentos (barros o lodos) o fase sólida de esa suspensión.

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

• OBJETIVO GENERAL

• Comprender criterios técnicos para el diseño de desarenadores en sistemas de

abastecimiento de agua potable.

• OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Definir desarenador, los tipos de desarenadores, criterios de diseño según la

NTP, las medidas que se deben tomar en cuenta.

• Digitalizar algunos planos de perfil y planta para observarse mejor.

• Realizar el diseño de un desarenador a través de un ejemplo de aplicación.

CONSIDERACIONES GENERALES

• Pretratamiento y acondicionamiento previos• El sistema de pretratamiento es una estructura auxiliar que debe preceder a

cualquier sistema de tratamiento. Esta estructura persigue principalmente los

objetivos de reducir los sólidos en suspensión de distintos tamaños que traen

consigo las aguas.

• La mayoría de las fuentes superficiales de agua tienen un elevado contenido de

materia en estado de suspensión, siendo necesaria su remoción previa,

especialmente en temporada de lluvias.

• Los procedimientos de separación de material muy grueso (rejillas: gruesas y finas)

son consideradas y utilizadas como pretratamientos y acondicionamientos previos

en la planta, a unidades como desarenadores

CONSIDERACIONES GENERALES

• Variables que afectan la sedimentación• Corrientes de densidad

• Son las corrientes que se producen dentro del tanque por efecto de las diferencias de

densidad en la masa de agua y son ocasionadas por un cambio de temperatura

(térmica) y/o por diferencias en la concentración de las partículas suspendidas en las

distintas masas de agua (de concentración). (Lidia, 2000)

• Corrientes debidas al viento

• El viento puede producir corrientes de suficiente intensidad como para inducir cambios

en la dirección del flujo. (Lidia, 2000)

• Corrientes cinéticas

• Pueden ser debido al diseño impropio de la zona de entrada o de salida (velocidad de

flujo excesiva, zonas muertas, turbulencias) o por obstrucciones en la zona de

sedimentación. (Lidia, 2000)

CONSIDERACIONES GENERALES

• Información básica para el diseño• Caudal de Diseño

• Las unidades en una planta de tratamiento serán diseñadas para el caudal

máximo diario. (Lidia, 2000)

• Calidad fisicoquímico del agua

• Dependiendo de la calidad del agua cruda, se seleccionarán los procesos de

pretratamiento y acondicionamiento previo. (Lidia, 2000)

• Características del clima

• Variaciones de temperatura y régimen de lluvias. (Lidia, 2000)

DESARENADOR SEGÚN LA NTP

• Definición:Cámara diseñada para reducir la velocidad del agua residual y permitir la remoción de sólidos

minerales (arena y otros), por sedimentación. (Norma Técnica Peruana, 2006)

•La inclusión de desarenadores es obligatoria en las plantas que tienen sedimentadores y digestores. Para sistemas de lagunas deestabilización el uso de desarenadores es opcional.

•Los desarenadores serán preferentemente de limpieza manual, sin incorporar mecanismos, excepto en el caso de desarenadores parainstalaciones grandes. Según el mecanismo de remoción, los desarenadores pueden ser a gravedad de flujo horizontal o helicoidal. Losprimeros pueden ser diseñados como canales de forma alargada y de sección rectangular.

•El control de la velocidad para diferentes tirantes de agua se efectuará con la instalación de un vertedero a la salida del desarenador.Este puede ser de tipo proporcional (sutro), trapezoidal o un medidor de régimen crítico (Parshall o Palmer Bowlus). La velocidad debecomprobarse para el caudal mínimo, promedio y máximo.

•Se deben proveer dos unidades de operación alterna como mínimo.

•Para desarenadores de limpieza manual se deben incluir las facilidades necesarias (compuertas) para poner fuera de funcionamientocualquiera de las unidades. Las dimensiones de la parte destinada a la acumulación de arena deben ser determinadas en función de lacantidad prevista de material y la frecuencia de limpieza deseada. La frecuencia mínima de limpieza será de una vez por semana.

FUNCIÓN

USO

TIPOS DE DESARENADORES

• DESARENADOR DETRITUS:

Son los más conocidos y utilizados.

DESARENADOR

CONVENCIONAL

• Es de flujo horizontal, el más utilizado en nuestro medio. Las

partículas se sedimentan al reducirse la velocidad con que son transportadas por el agua.

DESARENADOR DE FLUJO VERTICAL

• 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.

DESARENADOR LONGITUDINAL

• Su funcionamiento se basa en la reducción de la velocidad del

agua y de las turbulencias, permitiendo así que el material

sólido transportado en suspensión se deposite en el fondo, de donde

es retirado periódicamente.

DESARENADOR TIPO 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.

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.

ZONAS DE UN DESARENADOR

ZONA DE ENTRADA

Consiste en una transición entre el canal que transporta el líquido con el

desarenador. Su función es distribuir uniformemente los filetes del escurrimiento

uniformizando la velocidad.

ZONA DE DESARENACIÓN

Es un canal donde se realiza el proceso de depósito de partículas mediante

gravedad, normalmente es de sección rectangular con pendiente para su

limpieza.

ZONA DE SALIDA

Está constituido por un vertedero horizontal con descarga libre ubicado en todo el

ancho de la zona de desarenación, diseñado para tener una velocidad que no altere el reposo del material sedimentado.

ZONA RECEPTORA DEL MATERIAL

DEPOSITADO

Formada por una tolva con pendiente suficiente para provocar el deslizamiento del material depositado hacia un canal

transversal colector de limpieza.

DISEÑO DE UN DESARENADOR

PARÁMETROS DE DISEÑO PARA DIMENSIONAMIENTO:

1. Tamaño de la partícula inorgánica, mediante análisis granulométrico, que

predomina durante la mayor parte del año, especialmente en períodos lluviosos.

2. Velocidad de sedimentación de las partículas minerales Vs (cm/s) a

determinarse en ensayos con columna de sedimentación o adoptando fórmulas

según sea el tamaño de las mismas.

3. Velocidad de escurrimiento horizontal Vh en la zona de desarenación, que

deberá ser función de la velocidad límite de arrastre Va (cm/s).

4. Velocidad de paso por el vertedero de salida o carga hidráulica unitaria qv

(m3/s. m), que deberá ser baja para causar la menor turbulencia y arrastre del

material en la aproximación del flujo.

5. Temperatura del agua predominante en períodos fríos (T°C).

VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN Vs (mc/s)

VELOCIDAD MEDIA DE ESCURRIMIENTO HORIZONTAL Vh (cm/s)

• Para compensar turbulencias se recomienda calcular la longitud de la zona de

sedimentación mediante la siguiente expresión:

Lfinal = 1.25H*Vh/Vs

• Se recomienda relaciones Largo/profundidad como sigue:

10 < L/H < 20

• El valor de la velocidad horizontal (Vh) debe ser siempre menor que el de la

velocidad de arrastre (Va) correspondiente al determinado diámetro (d) de arena

que deseamos sedimentar.

• Se aconsejan los siguientes valores de Vh por debajo de los cuales se minimiza la

influencia de la velocidad de arrastre:

Arena fina -------Vh = 16 cm/s

Arena gruesa -------- Vh = 21.6 cm/s

LONGITUD DE TRANSICIÓN L1 (m)

• Para calcular la longitud de la transición de entrada L1 se recomienda usar la

siguiente expresión:

𝐿1 =𝐵 − 𝑏

2𝑡𝑔12.50=𝐵 − 𝑏

0.40

b = Ancho del canal de llegada a la transición (m).

B = Ancho de la zona de sedimentación de la unidad (m).

• La velocidad de paso por el vertedero de salida debe ser muy pequeña para

causar menor turbulencia y arrastre de material, se indica que como máximo

puede admitir V = 1 m/s.

• Se aconseja considerar un canal de By-pass para desviar el flujo mientras se

efectúa el mantenimiento del desarenador.

CRITERIOS DE DISEÑO

- El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de

8 a 16 años.- El mínimo de unidades mínimas en paralelo es 2 para efectos de

mantenimiento.

- La relación largo/ancho debe ser entre 10 y 20.

- Para su dimensionamiento se debe determinar la velocidad de sedimentación

de las partículas más pesadas a ser retenidas en un 100% antes del ingreso a

los procesos de potabilización.

- La velocidad media de escurrimiento horizontal Vhm.

- Vmh = Q/ b*h

- Th = L / Vhm = 𝑥 =𝑏 𝐿 ℎ

Q

- tv = h / Vs

-𝒃 𝑳 𝒉

𝐐= 𝒉/𝑽𝒔 Es decir Vs =

𝑸

𝐛∗𝐋=

𝑸

𝐀

CRITERIOS DE DISEÑO

- En teoría, la profundidad del desarenador no influye en el proceso.

- En práctica existe una limitación en la velocidad del flujo en el desarenador,para evitar arrastre de partículas sedimentadas.

- En la compensación de turbulencias es habitual calcular la longitud de la zona

de desareno con un coef. De seguridad entre 1.25 – 1.5

- L= 1,25 a 1,5𝑡

𝑉ℎ𝑚

- El mínimo de número de unidades en paralelo son 2, que se calculan con el

caudal total de diseño, con un ancho mínimo de b=0.60m

- 𝐡𝐯 =𝐐

𝟏.𝟖𝟒∗𝐛

𝟐

𝟑=Tirante sobre el vertedero

• Estos se diseñan para un determinado diámetro de partículas.

• Las estructuras deben ser unidades simples, fuertes y con buenos

acabados.

• En el periodo de trabajo se deben controlar los siguientes aspectos:

• TÉCNICO

• SEGURIDAD

• VULNERABILIDAD.

• RIESGO SANITARIO

GUÍA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE DESARENADORES

TÉCNICO

• Concreto simple, reforzado, mampostería de ladrillo.

• La cimentación y la losa no deben presentar fisuras por asentamientos diferenciales.

• Los trabajos deben iniciarse durante el periodo seco.

• La pendiente del fondo de la unidad debe ser de 10%

SEGURIDAD

• Las instalaciones deben estar cercadas.

• Espesor mínimo de 0.20 – 0.30m (En mampostería o Concreto Simple)

VULNER.

• Evitar suelos de mala calidad, pendientes altas.

• Evitar que la ubicación de la planta sea afectada por posibles desbordes.

RIESGO SANITARIO

• Proteger el agua pre tratada del crecimiento de algas y de la contaminación que pueda transportar el aire.

• Tener cuidado en los drenajes de las aguas de lavado. Desagües mal diseñados con pendientes no adecuadas.

OPERACIÓN

La operación es básicamente llevar una vigilancia de la eficiencia de éste para

proceder a la evacuación de los sedimentos acumulados en el fondo.

MANTENIMIENTO

Consiste en actividades periódicas para el drenaje y evacuación de sedimentos.

Se hacen cada 6 u 8 semanas, dependiendo de la calidad del agua y el vol. Del

tanque.

Engrasado de dispositivos de apertura de compuertas. (mensualmente)

Pintado de elementos metálicos con pintura anticorrosiva (semestralmente)

Resane de deterioros en la estructura, reparaciones (anualmente)

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE DESARENADORES

APLICACIÓN

MATERIAL

(o) Límite de

las partículas

(cm)

# de Reynolds Vs RégimenLey Aplicable

Grava > 1.0 > 10 000 100 Turbulento𝑉𝑠 = 1.82 𝑑𝑔(

𝜌𝑎 − 𝜌

𝜌)

Arena

Gruesa

0.10 1000.00 10.00

Transición𝑉𝑠 = 0.22(

𝜌𝑎−𝜌

𝜌𝑔)2/3

𝑑

(𝜇/𝜌)1/3

0.08 600.00 8.30

0.05 180.00 6.40

0.05 27.00 5.30

0.04 17.00 4.20

0.03 10.00 3.20

0.02 4.00 2.10

0.02 2.00 1.50

Arena

Fina

0.010 0.80 0.80

Laminar𝑉𝑠 = (

1

18𝑔)

𝜌𝑎 − 𝜌

𝜇𝑑2

0.0080 0.50 0.60

0.0060 0.24 0.40

0.0050 1.00 0.30

0.0040 1.00 0.20

0.0030 1.00 0.13

0.0020 1.00 0.06

0.0010 1.00 0.015

SOLUCIÓN