Profundidad Toma de agua y Perdida de Cargas en Conducción.

El agua que entra por la torre de toma es transportada por la toma de agua, es decir, por una tubería de PVC de un diámetro de 1600 mm, que nos conduce el agua desde la torre de entrada hasta la cántara de captación.

Según lo establecido por el Ministerio de Obras Publicas y lo publicado en el Boletín Oficial del Estado (BOE), se expone: “La longitud del emisario de vertido al mar tiene una longitud total de 2175 m y la conducción de entrada a planta coincide en 1400 m de conducción, situándose una diferencia entre la entrada de alimentación y salida de salmuera de 775m; y la conducción de salida de salmuera termina en una serie de difusores colocados en una cota de -20 m bajo el nivel del mar”.

Con la longitud del emisario, la profundidad de la zona y las características de la costa que presentan una morfología Mediterránea con una linealidad de la profundidad y distancia de la costa.

Se obtiene:

Diámetro toma (1600 mm)

Profundidad (-m) Longitud(m) Perdida Carga

20 2175 1,090 19 2066,25 1,035 18 1957,5 0,981 17 1848,75 0,926 16 1740 0,872 15 1631,25 0,817 14 1522,5 0,763 13 1413,75 0,708 12 1305 0,654 11 1196,25 0,599 10 1087,5 0,545 9 978,75 0,490 8 870 0,436 7 761,25 0,381 6 652,5 0,327 5 543,75 0,272 Fijado 1400 0,701

La profundidad a la que se sitúa la cántara de captación se comprenderá entre los 10 y 9 metros de profundidad, coincidiendo con la toma de agua que se situara a la misma cota por debajo del nivel del mar.

La toma de agua presenta el mismo diámetro que la torre de toma, unos 1600 mm, para distintas profundidades y longitudes de la toma podemos calcular sus perdidas de carga.

La velocidad de entrada del agua por la sección de 1600 mm es de:

V= 1,24 m/s

Suministrada por un caudal de 216000 m3/d con una sección fijada en 1600 mm tramo recto de conducción 2175 m, calculando las pérdidas de carga:

hf tramo recto 2175 m = 4f (L/d) ( V2 /2 *9,81)

Calculando el Reynolds:

Re = (V d ρ)/ μ = (1, 24 m/s 1, 6 m 1199, 64 Kg/m3)/ (0,00089N.s/m2) = 2, 68 106

A partir del Reynolds y la rugosidad relativa del material, se pasa a calcular el factor de fricción de la conducción, graficado en tablas o mediante expresiones empíricas, optando por estas ultimas ya que se comete menos error que los métodos gráficos a partir de la grafica de Moody, utilizando las ecuaciones de Chen valida para cualquier tipo de tubo rugoso y la ecuación de Drew para tubos lisos ambas en estado turbulento, el Reynolds obtenido es de un valor elevado comprendido entre 3000 – 3.106, satisfaciéndose así la condición necesaria para la utilización de las ecuaciones determinadas.

Obteniéndose un factor de fricción de 4f = 0,0101 (adimensional).

La ecuación de Drew: f = 0,00140 + 0,125 Re-0,32

Obteniéndose un factor de fricción de 4f = 0,0102 (adimensional).

Demostrándose que no existe gran diferencia en utilizar una u otra independientemente de trabajemos con tubo rugoso o liso, por tanto se obtendrá un factor de fricción de 0,01015, siendo la media de ambos valores.

Calculados el factor de fricción, se calcula la pérdida de carga en el tramo recto de conducción de 1400 mm y de sección de 1600 mm de diámetro, a partir de la ecuación que abajo se adjunta:

Siendo:

-4f = Factor de fricción = 0,01015 (adimensional). -L = Longitud conducción = 1400 m

-D = Diámetro de la conducción = 1600 mm = 1,6 m -V = Velocidad en la conducción = 1,24 m/s

-hf = Perdida de carga.

Dando un valor de perdida de carga de 0,70 m, a o largo de la conducción que nos une la torre de toma o captación, con la cántara de captación de las bombas llevan la alimentación a la planta desaladora en cuestión.

Descripción de la solución propuesta:

La profundidad de la conducción desde la torre de toma hasta la cántara de captación debe de estar en concordancia la una con la otra, para que se produzca la entrada natural de agua salada a la cántara.

La conducción de agua coincide en unos 1400 m con el emisario submarino, que se sitúa en una cota de -20 m por debajo del nivel del mar.

Esta conducción posee un diámetro de 1600 mm y una longitud de 1400 m desde la cántara de captación hasta la torre de toma de agua salada, las perdidas de carga que se producen en la misma es de 0,70 m.

Produciéndose una perdidas de carga insignificantes, y provocando que al situar la cántara de captación por debajo de este valor de 0,70 m, en una cota por debajo del nivel del mar, se produzca la entrada de agua salada a través de la conducción sin necesidad de utilizar agentes externos como bombas.

3. Diseño cántara de captación de agua de mar.

El agua que es transportada por la tubería de captación desde la torre de toma hasta la planta de alimentación, pasa por una cantara de captación previa a la alimentación actuando como un pozo de agua marina.

En esta cántara el agua va a permanecer un tiempo de retención de 1,5 horas para favorecer la sedimentación de los posibles elementos sólidos que entran con el agua, es decir, actuando como un sedimentador primario, que elimina el agua de partículas sólidas que puedan dañar las bombas de alimentación a la planta.

Esta cántara estará situada en la cota de -10 m por debajo del nivel del mar, favoreciendo la entrada natural del agua de mar por presión, sin necesidad de bombear directamente el agua hasta la cántara.

Coincidiendo esta cota con el nivel de colocación de la tubería de captación de agua de mar conectada con la torre de toma.

Dimensionando la misma para un tiempo de retención comentado anteriormente de 1,5 horas, tiempo mínimo de retención, para favorecer la sedimentación de las partículas sólidas.

Para el diseño de la cántara debemos tener en cuenta el tiempo de retención que va a estar el agua en la cantara para así actuar de decantador primario, se aconseja que el tiempo mínimo sea de 60 minutos, en la siguiente tabla podemos ver como influye el tiempo de retención en el volumen de la cantara.

Tiempo (h) Caudal (m3/h) Volumen (m3) 1 9000 9000 1,2 9000 10800 2 9000 18000 2,5 9000 22500 3 9000 27000 3,5 9000 31500 4 9000 36000

Observándose que a mayor tiempo de retención en la cántara de captación mayor será el volumen de la misma, tomando un tiempo de 1,2 horas (72 minutos) vamos a necesitar un volumen de 10800 m3, se menciona que el tiempo de retención mínimo es de 60 minutos sobre dimensionándolo un 33,4% obtenemos un tiempo de 72 minutos.

Fijando el caudal para un tiempo de 72 minutos obtenemos las siguientes características dimensionales de la cántara; considerándola de forma rectangular siendo la más adecuada para este tipo de instalación.

Volumen (m3) Alto (m) Largo (m) Ancho (m) 10800 6,75 40 40 10800 8,64 50 25 10800 3 60 60 10800 2,20 70 70 10800 1,69 80 80

La cántara de captación va a actuar como desarenador o decantador primario rectangular ya que en ella se van a depositar las arenas o partículas en suspensión que entran con el agua de alimentación; para desarenadores primarios rectangulares existe una acotación dimensional para el tamaño del mismo, como se puede observar en la tabla: Decantación Primaria Valor Mínimo Valor Típico Valor Máximo L 5 -- 90 L/H 5 15 40 L/d 1,5 4,5 7,5 H 1,5 3 3

Para el diseño de la cántara se obtiene lo anteriores resultados tabulados en la tabla anterior.

Las características más idóneas para la construcción de la misma y que se van a optar son de 8,64 m de alto, 50 m de largo y 25 m de ancho. Ya que estas relaciones se comprenden entre los valores prefijados para las distintas relaciones.

En nuestro diseño obtenemos:

L/H 5,8

L/d 2

L 50

H 8,64

Satisfaciéndose así las distintas relaciones para asemejar la cántara a un decantador primario en sus dimensiones ya que esta cántara va a actuar de decantador y cántara de bombeo.

Las dimensiones de la balsa de bombeo, deben permitir la sedimentación de las partículas de arena aspiradas por la toma de tamaño superior a 70 micras. De acuerdo a la teoría de sedimentación, para la eliminación por gravedad de las partículas de tamaño D, es necesario que la carga superficial hidráulica del decantador sea inferior a la velocidad de sedimentación crítica, según la Ley de Stokes, se deduce de la expresión:

Siendo:

-Vc = Velocidad crítica de sedimentación.

- G = Aceleración de la gravedad. - ρs = Densidad de la partícula.

- ρw= Densidad del agua.

- µ = Coeficiente de viscosidad molecular.

Para un diámetro de la partícula de 70 micras, se obtiene una velocidad crítica de sedimentación de:

Vc = (9,81(2650-1199,64)(70.10-6)2)/(18. 1,15.10-3) = 3,367.10-3 m/s.

Vc = 3,367.10-3 m/s.

Corrigiendo este valor con un coeficiente de 0,8, para tener en cuenta el efecto de turbulencia en la entrada a la balsa y la no esfericidad de los granos de arena tenemos que:

Vc = 2,69.10-3 m/s.

Siendo:

-As = Área de sedimentador. - Q = Caudal de entrada.

- S = Carga superficial Hidráulica (Vc).

-K = Coeficiente corrector de acumulación no uniforme de la arena, (K= 1,3).

Sustituyendo los valores anteriores, obtenemos como área mínima de sedimentación, para partículas de diámetro igual a 70 micras.

As = 1,3. (900/3600). (1/2,69.10-3) = 1208,18 m2.

As =1208,18 m2.

Obteniéndose un área mínima para la sedimentación de partículas del tamaño considerado de 70 micras, de 1208 m2, siendo esta menor que el área diseñada anteriormente en función de tiempo de retención del agua; por tanto cubrimos las necesidades de sedimentación con satisfacción.

Área = 1250 m2 > 1208 m2 de área mínima de sedimentación (70 micras).