FUNDAMENTOS DEL DISEÑO DE UN DESARENADOR
1. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE UN DESARENADOR
El fundamento principal de diseño es disminuir la velocidad del agua, para que logren sedimentar las partículas es suspensión en una estructura que sea capaz a la vez, de ser limpiada en forma rápida y económica. A estas estructuras se les conoce con el nombre de Desarenadores.
1. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE UN
DESARENADOR
Básicamente para que un desarenador sea eficiente debe cumplir:
a) Hidráulicamente
- Distribución uniforme del caudal en las naves desarenadoras.
- Líneas de corriente paralelas, por lo tanto sin vórtices de eje vertical u horizontal.
- No causar remanso en el canal aguas arriba.
de purga de la nave. b) Sedimentológicamente
- Sedimentación de los materiales es suspensión.
- Evacuación al exterior de los depósitos. - Limpieza uniforme de las naves desarenadoras.
- No existencia de zonas imposibles de limpiarlas en las naves.
- Transición de entrada sin sedimentación. - Eficiencia adecuada.
La sedimentación es posible de lograr disminuyendo la velocidad de flujo hasta un cierto valor para permitir su depósito. Dicho valor esta en función del diámetro de la partícula a extraer.
La evacuación o limpieza es el mayor problema en el diseño del desarenador. Esta fase obliga a tener un manual de operación bien detallado, a fin de lograr la total evacuación de los sedimentos depositados. El canal de purga debe tener por lo menos igual o mayor pendiente que el conducto de purga de las naves.
Si el desarenador se encuentra aguas debajo de un canal es necesario tener en cuenta el posible remanso que podría generar en el canal, un vertedero o una compuerta situada al final de las naves con el objetivo de establecer una cota de operación, etc.
Es necesario que el desarenador se encuentre topográficamente más alto que el río con la finalidad de que pueda evacuar por gravedad los sedimentos depositados en las naves desarenadoras.
2.
EVOLUCION
Lo que determina la evolución del desarenador es la forma como son evacuados los sedimentos que se acumulan de la sedimentación, en un primer momento se efectuaba la limpieza mecánicamente para luego pasar a la limpieza hidráulica.
2.1. Cámaras de decantación
En un inicio se usaban éstas estructuras formadas por tazas, donde la decantación y la extracción de los depósitos eran dos operaciones sucesivas.
La decantación era posible al tener velocidades muy pequeñas.
La evacuación de sedimentos era mecánica, razón por la cual se les llamaba cámaras de extracción mecánica. Actualmente ningún diseño contempla este criterio. Luego se pensó en utilizar la misma agua para efectuar la limpieza y sugirieron las llamadas cámaras de evacuación hidráulica, que constituyeron un verdadero avance. Las más antiguas obras de este tipo tienen en general fondo plano y la abertura de evacuación de dimensiones reducidas y a menudo ubicadas lateralmente. Las obras más odernastienen pendientes longitudinales del 3% al 5%, con aberturas de evacuación de 0.70 a 1.00 m. aproximadamente. (Ver figura Nº 1).
2.2. Desarenadores
En el diseño del desarenador, el objetivo no solamente es que se produzca la sedimentación y luego se pueda efectuar la limpieza hidráulicamente, sino que sedimenten partículas hasta un cierto diámetro, según sea el uso que se desee dar al agua.
Los desarenadores propiamente dichos, son aquellos en los cuales las operaciones de decantación y extracción de los depósitos son operaciones simultáneas. Su evolución también se ha visto enmarcada dentro de las necesidades hidráulicas. Así en un primer tiempo, en las tomas de agua para irrigación se iniciaron con los llamados desarenadores en corrientes con velocidades lentas, caracterizados por una baja velocidad de escurrimiento, entre 0.2 y 0.6 m/s, que permiten la eliminación de elementos hasta 0.1 mm. (Ver figura Nº 2). Posteriormente con la aparición de las grandes centrales hidroeléctricas y surgiendo necesidad de mantener secciones de ciertas dimensiones, sobretodo en túneles, se piensa en velocidades de hasta 1.0 y 1.5 m/s, lo que también limita la eliminación de partículas hasta de 0.5 mm, en los llamados desarenadores con velocidades altas. (Ver figura Nº 3).
Existen diversos estudios sobre desarenadores, tratando de establecer modelos de diseño que sirvan para aplicar en distintos casos, entre estos se encuentran:
a) BUCHI.- Eliminaba el agua de la capa superficial con un tablero de rendijas. Sin embargo las mayores concentraciones de sedimentos en suspensión se encuentran en zonas bajas. b) BOUCHER.- Buscando disminuir la velocidad de
régimen del agua, desviaba los filetes fluidos de la dirección horizontal a vertical, mediante unos tabiques, siendo evidente que el choque de los filetes contra estos tabiques que dificultaban el proceso de decantación.
c) DOFOUR.- es recomendable para ríos con mucho transporte de sólidos. Tiene aberturas a lo largo del fondo del desarenador, teniendo una sección
aberturas. Este modelo ha sido modificado por otros investigadores.
d) PABLO BONE e) R
f) Existen numerosos desarenadores en el Perú que se han construido bajo el diseño del ingeniero Boner. Estos se ubican mayormente en los ríos Rímac y Santa Eulalia en Lima. Los desarenadores son parte de las centrales hidroeléctricas que fueron ejecutadas desde inicios de siglo.
g) DOFOUR, MONTAGNE, LEVI. - Con velocidades de 1.0 a 1.5 m/s. Se caracteriza porque las aberturas de purga se encuentran en las zonas finales de las naves.