Caracterización de los sedimentos para mejorar el criterio de diseño de los sedimentadores en el ámbito del Proyecto Especial Chavimochic

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. AS. FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS. CU AR I. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRÍCOLA. RO. PE. UNIVERSIDAD NACIONAl DE BIBLIOTECA DE CC AGROf1 fCUAI~IASII ~~"~SIGNATURA TOPOG.. AG. "CARACTERIZACIÓN DE LOS SEDIMENTOS PARA MEJORAR EL CRITERIO DE DISEÑO DE lOS SEDIMENTADORES EN EL ÁMBITO DEL PROYECTO ESPECIAL CHAVIMOCHIC". DE. TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE:. IO TE CA. INGENIERO AGRÍCOLA Br. PAULO CÉSAR SÁNCHEZ TISNADO. ASESOR. lng. JUAN EMILIO PAZ VERGARA PÉREZ. BL. AUTOR.. BI. CO~ASESOR:. lng. GUSTAVO LIZARES ARCE. TRUJILLQ. S. PERÚ. 2009. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PE CU AR I. AS. ACTA DE APROBACIÓN DEL JURADO. Ing. J olio Zabaleta Armas PRESIDENTE. o1\). !\¡. OT E. CA. DE. AG. '. RO. 1. o ..... 1 '-> Q -o. BI BL I. Ing. Juan Emilio Paz Vergara Pérez ASESOR. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. tE[presente. OP EC UA RI AS. DEDICATORIA. tra6ajo [o dedico con mu.cfio caáño:. Jl ())ios todo poáeroso por sermifortafeza, y guianne siempre por e[camitw áe[ 6ien.. Jl[gran liom6re sinónimo áe tra6ajo y superación, mi paáre, }lnésimo Sáncliez, que ())ios tenga en su g[orifl.. AG R. Jl mí querida maáre %fanáa, que a pesar áe [as aáversiáaáes áe fa viáa siempre estuvo conmigo, 6rináánáome su apoyo inconáiciona[mente.. DE. Jl mis liermanos, :Nur-4 :Jltlirifl·n, P1mer, Juan, :Nifton, :Manue[y Cf.Wcío (For cotifiar y creer en mi, por su apoyo y afiento constante áurante e[ transcurso áe miviáa.. EC A. Jl mi so6rino y futuro cofega J/ion, a quien [o quiero como liermano.. OT. tEn especia[ [o áeáico con profunáo amor a mi esposa Juanita y a mis liijos .Jlnáree y Cielito, por que son e[ motivo y áeseo áe mi superación. .. fos quiero muclio.. BI BL I. qracias a toáos por ayuáanne a áar este gran paso. Paufo. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ~i admiración y. 11l(J.. CU AR I. AS. AGRADECIMIENTOS. etertW agradecimiento a:. Jfu6er Vergara CDíaz. PE. CJ>or pemtitirme (])esarrollar e[ tra6ajo de rresis en [a institución, .. 11l(J.. RO. [a cualdirige CJ>royecto CEspecia[ C}{.Jlrr/I~OCJ{IC. Juan P.mifw CJ>az Vergara q>érez. AG. CJ>or su dedicación, experiencia y acertado asesoramiento. DE. P,n la realización de[presente tra6ajo de investigación.. In¡j.. q1lstavo 't.'izares )free. IO TE CA. CJ>ore[ apoyo 6rindado en la. BI. BL. CE}ecución dé[presente tra6ajo dé investigación.. 11. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PE CU AR I. AS. AUTORIDADES UNIVERSITARIAS QUE OTORGAN EL TÍTULO DE INGENIERO AGRÍCOLA. RECTOR DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. RO. Dr. Víctor Carlos, Sabana Gamarra. AG. VICE RECTOR ACADÉMICO. DE. Dr. Juan, Muro Morey. CA. DECANO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS . AGROPECUARIAS. OT E. Msc. Nelson Horacio, Ríos Campos. BI BL I. DIRECTOR DE LA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRÍCOLA Ing. Amanda, Otoya Ayesta. lll. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PE CU AR IA. S. PRESENTACIÓN. Señores miembros del jurado Dictaminador:. Dando cumplimiento a las disposiciones del reglamento de Grados y títulos de la facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Nacional de Trujillo, someto a. AG RO. vuestra consideración y elevado criterio, el trabajo titulado:. "CARACTERIZACIÓN DE LOS SEDIMENTOS PARA MEJORAR EL CRITERIO DE DISEÑO DE LOS SEDIMENTADORES EN EL. DE. ÁMBITO DEL PROYECTO ESPECIAL CHAVIMOCHIC". EC A. Invocando su comprensión Señores Miembros del Jurado a los errores que involuntariamente haya cometido, espero su veredicto en la calificación del presente. BI B. LI. OT. trabajo. Trujillo, Abril de 2009. IV. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AS. RESUMEN El presente trabajo de investigación tiene como finalidad Caracterizar los los. CU AR I. sedimentos y sólidos en suspensión que salen del desarenador, para optimizar. diseños de los sedimentado res en el ámbito del Proyecto Especial CHAVIM:OCIDC. Los sólidos en suspensión ocasionan un sin número de inconvenientes en el sistema de riego presurizado, que se traducen en una reducción de la vida útil de los equipos y demás elementos del sistema, trayendo consigo consecuencias negativas en el. PE. costo de operación y producción de sistemas y cultivos.. RO. Los sedimentadores son una solución sencilla y económica para la eliminación de sólidos en suspensión (arena, limo y arcillas). Para poder diseñarlos se debe conocer las características de los sedimentos como son tamaño, forma, peso específico,. AG. composición mineralógica y velocidad de caída.. La caracterización de sedimentos se realizo en la primera y segunda etapa del. DE. Proyecto Especial CHAVIMOCIDC, en las siguientes estaciones: E. Desarenador, E. La Agonía, E. Cámara de Carga, E. lateral 1O y E. Rinconada. Por ser estas estaciones las. CA. más importantes a lo largo del sistema.. Las características más relevantes de los sedimentos es que son partículas muy. TE. finas teniendo como mayor diámetro 0.25 - 0.3mm hasta partículas incluso menores a 0.0015mm. Estas partículas están constituidas en su mayoría por limos y arcillas. IO. teniendo solo un 4% de arena fina. Su peso especifico relativo en promedio de 2.64 g/cc y peso especifico sumergido de 1.05g/cc. En su composición mineralógica predomina el. BL. cuarzo con un 70.5%. En cuanto a la velocidad de sedimentación está en función al diámetro de partícula a decantar, para un diámetro de 0.05mm la velocidad es de. BI. 0.25cm/s, al igual que para una partícula de O.Olmm le corresponde una velocidad de O.Ollcm/s.. V. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AS. ABSTRACT. CU AR I. Thís research aíms to characterize the sedíments and suspended solíds leavíng the desanding to optimize the design of the sediments in the Special Project CHAVIMOCIITC.. Suspended solids without causing a number of drawbacks in the pressurized irrigation system, resulting in a reduction in the lifetime of the equipment and other. PE. elements of the system, resulting in negative effects on the cost of operation and. RO. production systems and crops.. The settlers are a simple and economical solution for the removal of suspended /. solids (sand, silt and el ay). May be designed to be the characteristics of the sediments. AG. such as size, shape, weight, speed and mineralogical composition offall. Sediment characterization was performed in the first and second phase of the. DE. Special Project CHAVIMOCIITC at the following stations: S. Desanding, S. The Agony, S. Cargo House, S. 10 E. Side Rinconada. As the most important stations along the. A. system.. EC. The most important characteristics of the sedíments is that they are very fine particles with the greatest diameter 0.25 - 0.3mm up particles even smaller than. OT. 0.0015mm. These particles are formed by a majority of silt and clay with only 4% of fine sand. lts specific weight on average 2.64 g/cc and specífic weíght of submerged 1.05 g/cc. In íts mineral composítion domínated by quartz with a 70.5%. As for the. BI BL I. sedimentatíon rate ís a function ofparticle diameter to settle for a diameter of0.05mm is. the speed of0.25cm/s, as for a partícle ofO.Olmm has a speed ofO.Ollcm/s.. VI. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PE CU AR I. AS. INDICE. ACTA DE APROBACIÓN DE JURADO DEDICATORIA AGRADECIMIENTO AUTORIDADES PRESENTACIÓN RESUMEN ABSTRACT. BI BL I. OT E. CA. DE. AG. RO. l. INTRODUCCIÓN........................................................................ 1.1 ENUNCIADO DEL PROBLEMA ............................................... . 1.2 HIPOTESIS ........................ .................................................. . OBJETIVO ........................................................................... . 1.3 11. REVISION BIBLIOGRAFICA ...................................................... . 2.1 SEDIMENTOS .......................................................................... . 2.1.1 Origen y Procedencia de los sedimentos ....................................... . a) Origen de los sólidos o sedimentos en el río Santa........................ . 2.1.2 Transporte de Sedimentos ......................................................... . 2.1.3 Propiedades físicas de los sólidos ................................................ . a) Tamaño ............................................................................. . b) Forma................................................................................. . e) Peso específico ................................................................... . d) Velocidad de caída................................................................ . e) Composición mineralógica ..................................................... . 2.2 SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN ......................................................... . 2.2.1 Características de la Suspensión ................................................. . 2.2.2 Mediciones .......................................................................... . 2.3 SEDIMENTACIÓN .................................................................... . 2.3 .1 Sedimentación de partículas discretas ........................................... . 2.3.2 Sedimentación de partículas :floculentas ......................................... . 2.3 .3 Sedimentación por caída libre e interferida...................................... .. Página. u m IV. v v1. 1 3 3. 3 4 4 4. 5. 7. 9 9 13 13 14. 16. 17 17 17 19. 20 20 20. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) AS. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 20 21 21 22. 2.5 SEDIMENTADO RES ......................................... o......................... 24. CU AR I. 2.4 FLOCULACIÓN Y COAGULACIÓN.............................................. 2.4.1 Coagulación........................................................................ 2.4.2 Floculación......................................................................... 2.4.3 Dosificación En CHAVIMOCIDC... ... .. . . . . . . . .. . . .. . .. . . . ... . . . ... . . . . . . . . .. 24. a) Componentes... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... .... .. .... .. .... l. Zona de entrada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24 25. 2. Zona de sedimentación.......................................................... 25. 3. Zona de salida... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. ... . .. .... .. ... 4. Zona de recolección de lodos... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 25 26. RO. PE. 2.5.1 Parámetros para el diseño de un sedimentador.... .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. DE. AG. b) Criterios de diseño............................................................... e) Dimensionamiento.................................................................... Ul. MATERIALES Y MÉTODOS.............................................................. 3.1 UBICACIÓN DEL ÁREA DEL ESTUDIO............................................... 3 .1.1 Ubicación geográfica................................................................... 3.1.2 Ubicación Política........................................................................ 26 28 26 30 30 30 31. 3.2 CARACTERÍSTICAS CLIMATOLÓGICAS.......................................... 3.2.1 Clima.......................................................................................... 31 31. A. 3 .1.3 Ubicación Administrativa... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... .. . ... .. .... .. . ... .. .. 31 31. 3.3 TRABAJO DE CAMPO .. o..................................................................... 3.3.1 Estaciones de muestreo..................................................................... 32. OT. EC. 3.2.2 Temperatura.................................................................................. 3.2.3 Humedad Relativa............................................................................. BI BL I. 3.3.2 Toma de muestras............................................................................ 3.3.3 Medición de Caudal......................................................................... 3.4 TRABAJO DE LABORATORIO............................................................ 3 .4.1 Determinación de la concentración de sólidos en suspensión................... 3.4.2 Análisis granulométrico... ... ... ... ... ... ... .. . . .. .......................................... 32. 33 34 35 35 36. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) AS. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 37. 3.4.5 Velocidad de sedimentación.................................................................. 38 38 38. PE CU AR I. 3.4.3 Peso específico.................................................................................. 3.4.4 Forma de la partícula......................................................................... 3.5 TRABAJO DE GABINETE............................................................................. 3.5.1 Caudal Sólido....................................................................... 3.5.2 Determinación del diámetro de la partícula..................................... 3.5.3 Determinación de la Velocidad de Caída........................................ 3.5.4 Construcción de la Curva Granulométrica... ... ... ... ... ... ... .. . ... ... ... ... . a) Textura del Sedimento......................................................... b) Coeficiente de Uniformidad...... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 39 40 40 40 40. 43 43 46 52 52 53 54 55 55. 57 58 58 59. 60 62. BI BL I. OT E. CA. DE. AG. RO. IV. RESULTADOS.......................................................................................... 4.1 CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN........................ 4.2 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO.............................. .................. ... 4.3 PESO ESPECÍFICO..................................................................... 4.4 FORMA DE LA PARTÍCULA........................................................ 4.5 VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN............................................. 4.6 COMPOSICIÓN MINERALÓGICA................................................ , V. DISCUSION............................................................................. 5.1 SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN.......................................................... 5.2 GRANULOMETRÍA................................................................... 5.3 PESO ESPECÍFICO................................................................... 5.4 VELOCIDAD DE SEDIMENTACION........................................... 5.5 CONSTITUCIÓN FÍSICA Y MINERALÓGICA DE LOS SEDIMENTOS VI. CONCLUSIONES..................................................................... VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................. ANEXOS. 37. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) CU AR I. INDICE DE ANEXOS. AS. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. NORMA TECNICAPERUANA: NTP 339.128 "Métodos de ensayo para. ANEXO 1:. el análisis granulométrico.". NORMA TECNICA PERUANA: NTP 339.131 "Método de ensayo para. ANEXO 2:. PE. determinar el peso específico relativo de las partículas sólidas de un. RO. suelo.". Registro diario de Descargas, Concentraciones Y Caudal Solido De. ANEXO 3:. AG. Sólidos En Suspensión. ANEXO 4:. Curva de turbidez del agua cruda Vs sólidos suspendidos.. ANEXO 5:. Promedios Mensuales de Descargas, Concentraciones Y Caudal Sólido. DE. De Sólidos En Suspensión. Análisis Granulométrico Método Combinado - Hidrómetro Y Tamizado.. ANEXO 6:. EC. A. Diámetro y velocidad de caída de la partícula. Peso Específico relativo de las partículas sólidas.. ANEXO 8:. Velocidad de sedimentación.. ANEXO 9:. Planos.. BI BL I. OT. ANEXO 7:. ANEXO 10: Fotografias.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AS. 1.- INTRODUCCIÓN. .En los últimos años, la agricultura ha tomado un papel muy importante en la. PE CU AR I. economía de la costa del Perú; muestra de ello, es la región La Libertad que cuenta con el Proyecto Especial CHAVIMOCIDC.. Este Proyecto es- un órgano desconcentrado de ejecución del Gobierno Regional, el cual tiene como uno de sus objetivos captar agua del río Santa para abastecer a los diferentes usuarios del sistema. Para lograr este propósito fueron construidas,,-~. puestas en operatividad diversas obras de infraestructura mayor de. riego, pertenecientes-a-la-primera- y- segunda-etapa, -si:Fviend0"actualmente a los-valles . _. RO. de Chao, Virú y Moche (Pagador, 2000).. En el ámbito del Proyecto Especial CHAVIMOCIDC se encuentran los. AG. fundos de diversas empresas agroindustriales, las que hacen uso del agua suministrada por dicho proyecto, estas empresas en su mayoría riegan con sistemas. DE. de riego presurizado (riego por goteo) los cuales se han visto afectados por la cantidad de sedimentos en suspensión que transporta el agua, siendo mayor en. CA. épocas de avenidas.. La acción erosiva de las lluvias acarrea anualmente millones de toneladas de suelo a los ríos. Por otro lado, las corrientes también ejercen una acción erosiva en. OT E. sus canales. Partículas de lecho arrancadas de éste, pasan a ser transportadas en suspensión en la corriente por acción de las componentes verticales en régimen. BI BL I. turbulento (Monsalve, 1997). Los sólidos presentes en el canal madre y laterales del proyecto. CHAVIMOCHIC son partículas finas que tienen fundamentalmente dos orígenes: La cuenca del río Santa y las dunas presentes en los íntervalles (J.U. Riego Presurizado, 2007).. En la cuenca del río Santa, el origen de los sedimentos está relacionado con los procesos erosivos y de movimiento masivo de tierras y taludes especialmente 1. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. durante el periodo de lluvias. Asimismo el aporte permanente de sedimentos, lo constituyen las explotaciones mineras, como consecuencia de la actividad de. AS. explotación y procesamiento, como en el caso de relaves abandonados, que se ubican en el lecho del río y que son lavados o arrastrados por las aguas. Se estima que el. CU AR I. caudal sólido promedio anual es de 27,7 millones de toneladas lo que significa una concentración media de 5,15 Kg/m3, siendo de 7 Kg/m3 en los meses de enero a abril. (Rocha, 1999). Está determinado que los afluentes del río Santa, Coronguillo, Tablachaca,. PE. Manta y otros que reciben relaves de las minas son los principales apartadores de materiales en suspensión y por análisis de sedimentos se ha comprobado que estos. RO. son altamente abrasivos, por su composición de materiales de alta dureza (cuarzo), constituyendo un problema para el mantenimiento de estructuras hidráulicas y equipos hidromecánicos y eléctricos.. De otro lado, las partículas sólidas en. AG. suspensión del río Santa son muy finas; siendo 80% de diámetro inferior a O, 15 mm. y sólo 20% mayores que 0,15 mm (Rocha. 1999). DE. En la época de creciente todos los ríos llevan grande proporción de sólidos en suspensión y de fondo. El tamaño de las partículas tiene mucho interés para la ingeniería, se considera como tales desde grandes piedras hasta limos y arciiias con. CA. diámetro incluso menores a 0.002mm los cuales producen daño a los canales,. TE. tuberías, bombas, filtros, etc. (Chávez, 1994) Los sólidos en suspensión ocasionan un sin número de inconvenientes en el. IO. sistema de riego presurizado, que se traducen en una reducción de la vida útil de los equipos. La obstrucción de los emisores es uno de los principales problemas a los. BL. cuales debe enfrentarse el agricultor al manejar un equipo de riego localizado. El. taponamiento de los emisores, altera el normal abastecimiento de agua a la planta, lo. BI. que trae como consecuencia una baja producción y al mismo tiempo un elevado costo de mantenimiento al sistema, dado que se requieren materiales y mano de obra. adicional para su corrección. (Rojas, 2001).. 2. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Los desarenadores de los proyectos de irrigación no eliminan el limo y la arci1Ia, y si las cantidades son muy altas, donde hay 400 ppm de partículas más finas. AS. que la arena, las mismas no son eliminadas por los filtros del sistema de riego, por lo. sistema de filtrado (Pinna, 2007). Los sedimentadores. son una solución. CU AR I. que se tiene que construir además pozas de decantación ("sedimentadores") antes del. sencilla y económica para la. eliminación de sólidos en suspensión (arena, limo y arcillas). y de algunos precipitados químicos (Pizarro, 1996).. PE. Para poder diseñar un sedimentador se debe conocer las características del transporte de sólidos, las concentraciones, la granulometría, la variabilidad temporal,. ENUNCIADO DEL PROBLEMA. AG. 1.1. RO. las perspectivas de variación en el futuro (Rocha, 1990).. ¿Cuál será la caracterización de los sedimentos para mejorar el criterio de. 1.2. HIPÓTESIS. DE. diseño de los sedimentadores en el ámbito del Proyecto Especial CHAVIMOCHIC?. CA. El conocimiento de las características de los sedimentos mejora los criterios de diseño de los sedimentadores, de tal manera que se obtienen sedimentadores más. OBJETIVO. IO. 1.3. TE. eficientes en la retención de las partículas sólidas.. Caracterizar los sedimentos y sólidos en suspensión para la optimización de. BL. los diseños de los sedimentadores en el ámbito del Proyecto Especial. BI. CHAVIMOCHIC.. 3. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. SEDIM:ENTOS. PE CU AR I. 2.1. AS. 11.- REVISIÓN BffiLIOGRÁFICA. Las partículas de ongen mineral u orgánico arrastrados por un fluido constituyen los sedimentos. Todos estos materiales, después de cierto acarreo, finalmente son depositados a lo largo de los propios cauces, en lagos o lagunas, en el mar y en la parte baja de la cuenca (García, 1999A). 2.1.1. Origen y Procedencia de los sedimentos.. RO. Los sedimentos presentes en un efluente tienen diversas fuentes de origen, siendo la más importante los suelos y rocas que se encuentran en su. AG. cuenca, el agua y el viento son, los principales agentes de erosión y transporte. Por otro lado la actividad del hombre en el medio que lo rodea, constituye una fuente de producción de sedimento artificial. Entre las. •. DE. principales fuentes tenemos:. Erosión de la superficie del terreno. La lluvia cae sobre el terreno. CA. ejerciendo una fuerza capaz de arrancar partículas de suelos y rocas. Una vez que la lluvia agote la capacidad de infiltración del suelo, se inicia el llamado. OT E. flujo de agua por tierra. Este escurrimiento superficial desprende y arranca también partículas de las capas superficiales del terreno. La cantidad del material acarreado depende de la intensidad y frecuencia de las lluvias. Esta. BI BL I. acción erosiva de las lluvias lleva anualmente millones de toneladas de sedimentos a los ríos.(García, 1999A) El viento también es un agente de transporte de sedimentos, este. arrastra y levanta partículas que llegan a depositarse en las llanuras, o caen directamente en las corrientes.. 4. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Erosión del cauce principal. Las corrientes ejercen una fuerza erosiva. •. en sus canales. Partículas de lecho, arrancadas de este, pasan a ser. CU AR I. verticales en régimen turbulento. (Monsalve, 1997). AS. transportadas en suspensión en la corriente por acción de las componentes. Destrucción de la vegetación. La explotación irracional de bosques y. •. praderas para abrir terrenos para la agricultura, o· para el desarrollo urbano o industrial. Estas actividades producen grandes cantidades de sedimentos ya que de esa manera privan al suelo de su manto protector, indispensable contra. PE. las aguas de arroyada.(García, 1999A). Obras de ingeniería. La construcción de caminos, puentes, presas,. •. RO. plantas industriales, ciudades, etc. Para desarrollar una región hace que grandes volúmenes de materiales sean removidos y queden más sueltos que. AG. en su estado natural, lo cual facilita al transporte de sedimentos al hacia las corrientes y cuerpos de agua.(García, 1999A) Explotación de minas y canteras. Estas actividades rompen y fracturan. DE. •. rocas y suelos, lo que producen grandes cantidades de partículas pequeñas o polvo, que posteriormente son arrastradas o transportadas hasta los causes de. CA. los ríos, por los flujos del agua de lluvia o por el viento.(García, 1999A) Desechos urbanos e industriales. Son los materiales arrastrados por el. TE. •. drenaje que son arrojados directamente a los ríos y lagos.. BI. BL. IO. a). Origen de los sólidos o sedimentos en el rio Santa. El transporte de sólidos en suspensión en el río Santa, fuente de. abastecimiento del sistema CHAVIMOCHIC, que es captado por la bocatoma y eliminados parcialmente en el Desarenador, provienen de la cuenca del río Santa. A lo largo del canal se producen aportes importantes, excepcionalmente, a través de las descargas de las quebradas que entregan al canal madre durante las lluvias del fenómeno de El Niño que son fuente concentrada de transporte tanto de material en suspensión, 5. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. como material de arrastre que rellena el canal CHAVIMOCIITC; así mismo, constituyen una fuente de sólidos en suspensión, los aportes de las. materiales. en. suspensión. CHAVIMOCIITC.(Rocha, 1999). al. canal. principal. PE CU AR I. mcorpora. AS. dunas o zonas de arenas migratorias debido al efecto del viento que. A nivel de cuenca del río Santa, el origen de los sedimentos está relacionado con los procesos erosivos y de movimientos masivos de tierra y taludes especialmente durante el período de lluvia, proceso que es más intenso en la parte alta de la cuenca donde se desarrollan actividades agrícolas y pecuarias especialmente en la Cordillera Negra. De otro lado. RO. el aporte permanente de sedimentos, lo constituyen las explotaciones mineras a quienes se debe las fuertes concentraciones de sólidos en suspensión durante los meses de estiaje, sea como consecuencia de la. AG. actividad de la explotación y procesamiento, como en el caso de relaves abandonados, que por su ubicación en lecho del río son lavados los Así está determinado que los ríos. DE. materiales de relleno, río abajo.. afluentes como Coronguillo, Tablachaca, Manta y otros que reciben relaves de minas son los grandes aportadores de materiales de suspensión. CA. al río Santa. (Rocha, 1999) Está comprobado por análisis mecánicos que los sedimentos del río. OT E. Santa son altamente abrasivos, por su composición de materiales de alta. dureza (cuarzo), constituyendo un problema para el mantenimiento de. estructuras hidráulicas y equipos hidromecánicos y eléctricos.(Rocha,. BI BL I. 1999). 6. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.1.2. Transporte de Sedimentos.. AS. En los causes naturales existen principalmente dos mecanismos de transportes de sedimentos: el arrastre en la capa de fondo y el transporte en. CU AR I. suspensión.. El material de arrastre, que está constituido por las partículas de mayor tamaño, rueda o se desliza siempre en contacto con el fondo y avanza en forma de rizos, dunas y barras (siempre que la granulometría lo permita). La velocidad de una partícula sólida es en general inferior a la de la corriente.. PE. (Rocha, 1998). RO. El material en suspensión está constituido por las partículas más finas, y prácticamente se halla distribuido en toda la sección transversal.. AG. Teóricamente la concentración es mínima en la superficie y máxima cerca del fondo. La curva de distribución vertical de concentraciones es. DE. logarítmica, como se ve en el Gráfico 2.1. IO. TE. CA. Gráfico 2.1: Distribución vertical típica de velocidades, concentraciones y fuerza de corte.. BI. BL. Fuente: Introducción a la hidráulica Fluvial. En la práctica es usual que en los ríos de alta velocidad (en los que la. turbulencia se encuentra plenamente. desarrollada), la concentración sea. prácticamente la misma en toda la sección transversal, siempre que las partículas sean muy pequeñas. La velocidad con la que avanza una partícula. 7. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. sólida en suspensión es prácticamente igual a la de la corriente en ese punto. AS. (Rocha, 1998). No existe una proporción definida entre la cantidad de material sólido. PE CU AR I. transportado en suspensión y aquélla transportada por el fondo. La distinción entre material de suspensión y de fondo sólo puede hacerse en función de la velocidad de la corriente en un momento dado. Por lo general el gasto sólido en suspensión es mayor que el gasto sólido de fondo. Para el río Rin, por ejemplo, se ha establecido que hasta su desembocadura en el lago Constanza descarga 3 millones de m3 de material sólido por año, de los cuales solamente 100000 m3 corresponde a material de fondo. En el río Mississippi. RO. se ha determinado que el 85% del material sólido transportado corresponde a suspensión y 15% al fondo (Rocha, 1998).. AG. La distinción entre ambas modalidades de transporte es importante. Desde el punto de vista metodológico corresponde a una condición natural, que se ve modificada por la construcción de una obra, tal como un. DE. encausamiento o una presa (Rocha, 1998). El gasto sólido en suspensión se determina a partir de mediciones de. CA. la concentración. Se llama concentración e a la cantidad de partículas sólidas, expresadas como peso seco, por unidad de volumen de la mezcla agua-. OT E. sedimento. El producto de la concentración por el gasto es igual al gasto sólido. El gasto sólido de fondo, en cambio, se determina en base a cálculos.. BI BL I. La suma de ambos constituye el gasto sólido total (TI) (Rocha, 1998). Debemos tener presente que la determinación de los gastos sólidos es. un problema muy dificil, principalmente por las siguientes circunstancias (Rocha, 1998). a) Gran variabilidad de los fenómenos, tanto en el espacio como en el tiempo.. 8. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. b) Elevado y no bien determinado número de variables que intervienen.. AS. e) Dificultad de comprobar en la Naturaleza los resultados. 2.1.3. Propiedades físicas de los sólidos.. CU AR I. obtenidos.. Las partículas que intervienen en el transporte de sólidos se pueden clasificar en cohesivas y no cohesivas. Acá consideramos solo el comportamiento. de. los. materiales. no. cohesivos.. Las. principales. Tamaño.. -. Forma.. RO. -. PE. características que interesan de un sedimento no cohesivo son:. Velocidad de caída.. AG. Peso especifico.. DE. Estas propiedades se refieren a las partículas individuales y no al conjunto de ellas, como sería el caso de porosidad o el peso específico. IO TE CA. aparente. a). Tamaño.. De todas las propiedades del sedimento, el tamaño de las partículas. que lo constituyen es una de las más importantes y quizá la más utilizada.. Pero el tamaño de las partículas no puede definirse fácilmente con una sola dimensión, como podría hacerse si ellas fueran esferas o cubos. (García,. BI. BL. 1999A). Existen diferentes clasificaciones para identificar una partícula de. tamaño determinado. En la Tabla 2.1 se presenta la perteneciente a la American Geophysical Union (A. G. U.), confeccionada en base al diámetro. El tamaño de los cantos rodados y guijarros se puede medir directamente. El. 9. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. de las gravas y arenas se mide mediante mallas, y el de limos y arcillas se. AS. determina por medio de sedimentación o con microscopio. (Rocha, 1998) Cuadro 2.1: Clasificación de partículas de acuerdo a la American Geophysical Union (A. G. U.) (Escala de Wentworth) 2 000-1000 mm. grandes. 1) Cantos rodados (250-4 000 mm). medianos pequeños grandes. 2) Guijarros (64-250 mm). 1000-500 mm. 500-250 mm 250-125 mm. pequeños. 3) Gravas (2-64 mm). 4 000-2 000 mm. PE CU AR I. muy grandes. 125-64 mm. muy gruesa. 64-32 mm. gruesa. 32-16 mm. media. 16-8 mm. fina. 8-4mm. 4-2mm. RO. muy fina. 2-1mm. gruesa. 1-0,5 mm. media. 0,5-0,25 mm. fina. 0,25-0,125 mm. muy fina. 0,125-0,062 mm. AG. 4) Arenas (0,062-2 mm). muy gruesa. DE. 5) Limos. (4 a 62 (J.)= (0,004 a 0,062 mm) 6) Arcillas. CA. (0,24 a 4 (J.) = (0,00024 a 0,004 mm). Fuente: Introducción a la hidraúlica Fluvial. BI BL I. OT E. Cuadro 2.2: equivalencia de mallas y aberturas. Malla 0.742" 0.525" 0.371". Abertura. Abertura Malla #20 #30. (mm). (mm). #4 #5 #8. 18.85 13.33 9.423 4.76 4 2.38. #10. 2. # 100. 0.149. # 18. 1. #200. 0.075. #35 #40 #50 #60. 10. 0.84 0.59 0.5 0.42 0.297 0.25. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Al realizar un análisis granulornétrico se obtiene la llamada curva de. PE CU AR IA. logarítmico aparece corno indica el siguiente gráfico.. S. distribución granulornétrica de la muestra. Al dibujar en un papel semi. AG RO. Gráfico 2.2: Distribución Granulométrica del Material Sólido. DE. Fuente: Introducción a la hidraúlica Fluvial. En el estudio del transporte de sedimentos existen diferentes criterios. CA. para tornar o elegir un diámetro representativo de la muestra. Así por ejemplo, es común tornar el diámetro que corresponde al 50% del porcentaje. TE. acumulado, denorninándosele corno d5o; EINS1EN, por ejemplo, torna el d65. BI. BL. IO. y MEYER-PE1ER utiliza el llamado diámetro efectivo, que lo define como.. Siendo. ~p. d. m. =~(di ~. Llp). 100. un intervalo que se torna sobre el eje vertical de porcentajes y d¡ el. diámetro medio correspondiente al intervalo. 11. ~p.. (Rocha, 1998). Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Con respecto al tamaño representativo de una partícula existen los conceptos señalados a continuación:. AS. Diámetro nominal. Es el diámetro de una esfera cuyo volumen es. •. PE CU AR I. igual al de la partícula.. Volumen. Volumen. 6. = (;. X. Vp. )1/3. RO. Dnominal. AG. Donde: Vp= volumen de la partícula.. Diámetro de cribado. Es la abertura de la malla mínima para que pase. •. DE. la partícula. Es el método más usado por la facilidad para determinarlo. También se le conoce como diámetro de tamiz. Se utiliza comúnmente para definir el tamaño de partículas mayores de O. 062mm, como las arenas y. EC A. gravas.. En el caso de una esfera los diámetros nominal y de cribado siempre. son iguales. Para partículas naturales, las cuales muestran siempre desgaste o. OT. redondez, se ha encontrado que el diámetro de cribado es ligeramente menor. BI B. LI. que el diámetro nominal, esto es:. •. Dcribado =O. 80 Dn. Diámetro de sedimentación. Es el diámetro de una esfera que tiene el. mismo peso específico cuya velocidad de caída terminal es igual a la de la partícula.. 12. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. •. Diámetro de. sedimentación Normalizado. ("Standard'').Es. el. diámetro de una esfera cuya densidad relativa es 2.65, cuya velocidad de. S. sedimentación terminal es igual a la de la partícula, cayendo ambas en una. PE CU AR IA. extensión infinita de agua destilada en reposo a 24 oc (Rocha, 1998). Los diámetros de sedimentación se emplean habitualmente para definir el tamaño de partículas muy finas como las de los limos o arcillas.. En problemas relacionados con el transporte de sedimentos, los diámetros de sedimentación tienen mayor significado fisico, ya que en su determinación influyen la forma y densidades reales de la partícula, así como la densidad del. b). AG RO. fluido en que se sedimentan.. Forma.. Esta característica describe el aspecto o apariencia de la partícula, independientemente del tamaño, densidad o composición mineralogía.. DE. La forma es una característica importante, por que influye en el movimiento de las partículas que caen o desplazan dentro del seno de un fluido. Las partículas pueden asumir un sin número de formas, lo cual. CA. dificulta su clasificación formas geométricas regulares tales como esferas, cilindros y elipsoides resultan artificiales, son poco efectivos. Sin embargo, lo. TE. que se requiere es un parámetro sencillo que sea susceptible de análisis. IO. matemático (García, 1999a). BL. e). Peso específico.. Cada partícula sólida tiene su propia densidad Ps y su prop1o peso. BI. específico Ys que dependen de la composición mineralógica del material. sólido originado en la erosión de la cuenca. Es muy frecuente la presencia de materiales cuarzosos, cuyo peso específico es de 2.65 t/m3 .. 13. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Se denomina peso específico relativo Ys /y a la relación entre el peso específico de los sedimentos y el peso específico del agua. Para el cuarzo su. AS. valor es de 2.65.. PE CU AR I. Se denomina peso específico del material sólido sumergido a la expresión Ys- y. Se denomina Peso específico relativo del material sólido sumergido a la relación.. Para el cuarzo su valor seria 1.65.. RO. El peso específico del agua cargada de sedimento es:. (. Ys- e Ys- Y. )). AG. Ymezcla = (. Donde: e es la concentración (en peso, en forma de fracción) del material sólido en suspensión. (Rocha, 1998). Velocidad de caída.. DE. d). Se denomina velocidad de caída a la velocidad con la que cae una. CA. partícula sólida (sedimento) en una masa fluida ilimitada y en reposo. La velocidad de caída es un parámetro descriptivo de primera importancia en el. OT E. estudio de la interacción flujo-sedimento. El conocimiento de la velocidad de caída de las partículas sólidas es importante, tanto para el estudio del. Transporte de. Sedimentos,. como. para resolver algunos. problemas. BI BL I. específicos: diseño de desarenadores, cálculo del Volumen Muerto por. sedimentación de un embalse, o la reproducción de determinados fenómenos en un modelo hidráulico. (García, 1998) Debe tenerse presente que hidráulicamente es posible analizar el. fenómeno de la caída, tanto considerando que una partícula (o un objeto, en el caso más general) se coloca en un fluido en movimiento, como considerando. 14. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. que el objeto se mueve en un fluido en reposo. En ambos casos el. S. movimiento relativo es el mismo (Rocha, 1998).. PE CU AR IA. En principio, la velocidad de caída Wt varía con el tiempo. Al iniciarse la caída de una partícula su movimiento es acelerado. Si se tiene una partícula de una determinada forma cayendo en un fluido, su velocidad dependerá tanto de propiedades del fluido como de propiedades de la partícula, así como de la aceleración de la gravedad g. Las propiedades determinantes son: viscosidad m y densidad p del fluido, tamaño d y densidad ps de la partícula. Mediante sencillas transformaciones se llega a que la velocidad de caída de una partícula (de una forma dada) puede expresarse como (Rocha, 1998) fl,. y, ps, t). AG RO. Wt = <!> (p,. Cuando la partícula alcanza su velocidad terminal (es decir, cuando termina el movimiento acelerado), la velocidad de caída se hace constante e independiente del tiempo. La velocidad terminallv es también independiente. DE. de la densidad de la partícula, pues no hay aceleración. Entonces (Rocha, 1998). fl,. d, ys). CA. Wt = <!> (p,. La velocidad de caída terminal W, que es la que nos interesa, se. TE. describe mediante parámetros adimensionales que se obtienen a partir de las variables independientes señaladas. Las partículas, cuya velocidad de caída se. IO. trata de determinar, pueden ser de las más diversas formas. Pueden ser partículas artificiales de distintos materiales y formas geométricas (esferas,. BI. BL. cubos, etc.). Pueden ser partículas naturales (como arenas o limos), con formas de. dificil definición geométrica. Una partícula de volumen V que cae en una masa fluida está sujeta, cualquiera que sea su forma, a dos fuerzas: a) la que el fluido ejerce sobre la partícula, que en el idioma inglés se conoce con el nombre de "drag", y que usualmente se expresa en castellano como fuerza de 15. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. arrastre, y b) la resultante de la fuerza de gravedad menos la fuerza de. AS. sustentación (principio de ARQUIMIDES) (Rocha, 1998). La concentración del material en suspensión también tiene influencia. CU AR I. en la velocidad de caída. No es lo mismo una partícula aislada cayendo en un medio infinito, que un conjunto de partículas cayendo en un recipiente finito (Rocha, 1998).. Composición mineralógica.. e). PE. La composición mineralógica de los sólidos es muy variable. Depende de la naturaleza geológica de la cuenca. Puede ocurrir que en un mismo río se encuentren composiciones mineralógicas diferentes. Esto se debe a que se. RO. producen lluvias en distintas zonas de la cuenca, arrastrando cada vez. AG. materiales sólidos de composición mineralógica particular. El análisis mineralógico indicará las cantidades de determinados elementos presentes en la muestra. Si la muestra corresponde a los materiales. DE. más finos es probable que la proporción de elementos abrasivos sea mayor que en una muestra que incluya materiales más gruesos.. A. Así por ejemplo, en los análisis correspondientes a los sólidos del río. EC. Mantaro se encontró que si:. d > O, 7 mm 70% de los materiales son abrasivos O, 4 < d < O, 7 mm 80% de los. OT. materiales son abrasivos d < 0,4 mm 90% de los materiales son abrasivos Como una muestra de análisis mineralógicos ofrecemos en el anexo 4 los. BI BL I. resultados correspondientes a los sólidos encontrados en el desarenador de la. Central Hidroeléctrica de Machupicchu (río Vilcanota). (Rocha, 1998) En el río Tabaconas se encontró que las partículas con diámetros SI02. comprendidos entre O, 1 y 5 mm tenían un contenido de 30 a 34% de cuarzo, de 25 a 40% de feldespato y 8 a 33% de mica.. 16. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.2. SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN Características de la Suspensión. AS. 2.2.1. El material sólido en suspensión es transportado por un río, así como. CU AR I. el de fondo, proviene de la erosión de la cuenca. La suspensión está constituida por partículas finas, las que se distribuyen en toda la sección transversal del río y dan color al agua (Rocha, 1998).. Si la fuerza tractiva aumenta un poco más, lo que podría ocurrir por. PE. un aumento de caudal, algunas partículas se desprenden del fondo y avanzan temporalmente a saltos. Esta es la modalidad de transporte llamada saltación.. RO. Si la fuerza tractiva continua aumentando, lo que significa aumento de caudal, de velocidad, etc. Llega un momento en el que la velocidad de corte. AG. será mayor que la velocidad de caída de las partículas, y éstas entran en suspensión. La partícula se mantiene en suspensión a una altura de equilibrio entre la componente ascensional de la turbulencia y la velocidad de caída de. DE. la partícula (Rocha, 1998).. Aunque para partículas finas el inicio de la suspensión corresponde a. CA. una condición menos exigente. De otro lado, debe tenerse presente que no hay un límite claro entre la saltación y la suspensión. En realidad no basta con. TE. que una partícula se desprenda temporalmente del fondo para admitir que está en suspensión cuando al desplazarse se mantenía separada del fondo una. IO. distancia mayor que 100 veces su diámetro (Rocha, 1998).. BI. BL. 2.2.2. Mediciones. La forma más conveniente, quizá la única, de determinar el gasto. sólido en suspensión, es a partir de la medición de las concentraciones. Toda. campaña de toma de muestras debe tener en cuenta la gran variabilidad de los fenómenos. Las avenidas sólidas son intensas, pero, casos excepcionales, su duración no es grande. De nada valdría un largo periodo de toma de muestras. 17. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. si se dejase pasar sin registro los pocos días al año en los que una súbita crecida da lugar a altas concentraciones de sólidos en suspensión. El primer. AS. problema que debe resolverse es el de la frecuencia de la toma de muestras. PE CU AR I. (Rocha, 1998).. Sólo a título ilustrativo podríamos indicar la necesidad de un mínimo de tres muestras diarias de diciembre a abril. Pero, el observador debe estar preparado para aumentar la frecuencia tan pronto como se detecte que se ha producido una lluvia fuerte. En los meses de octubre, noviembre y mayo puede bastar con una muestra diaria, y el resto probablemente, no se requiera más de una muestra semanal. Naturalmente que estas frecuencias señaladas. RO. son sólo orientativas y deben variar con las características del río y de la cuenca (Rocha, 1998).. AG. El número de puntos de muestreo en cada sección tendrá que determinarse por aproximaciones sucesivas. Teóricamente hay un gradiente vertical de concentraciones, pero en los torrentes, cuyo flujo es muy. DE. turbulento, el material sólido en suspensión está más o menos uniformemente distribuido en toda la sección transversal, de modo que cualquier muestra es. CA. igualmente representativa (Rocha, 1998). Para la toma de muestras hay aparatos muy simples, de alta. OT E. confiabilidad, pero cuya precisión es muy baja. Tal es el caso del llamado muestreador cilíndrico. En cambio un instrumento mucho más elaborado como la turbisonda Neyrpic, o la botella de Delft, tienen una alta precisión,. pero baja confiabilidad, pues el instrumento es sumamente delicado, a veces. BI BL I. imperceptible, alteración en el sistema causa diferencias notables en los resultados. El muestreador, cualquiera que sea su tipo, debe ser simple,. fácilmente transportable, de bajo costo y capaz de proporcionar una muestra representativa de la mezcla de agua - sedimento en las proximidades del punto de muestreo. Fundamentalmente debe ser adecuado al río que se está estudiando. La tarea de muestreo de sólidos y posterior procesamiento de los datos en una labor que requiere personal altamente especializado. Las 18. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. mediciones de sólidos deben ser una actividad permanente en los ríos y. S. extenderse el mayor número posible de años (Rocha, 1998).. PE CU AR IA. La falta, o poca confiabilidad, de los datos, obliga a que en el momento de desarrollar un proyecto se tenga que aceptar márgenes de seguridad muy amplios, o bien, que a pesar de ello, las estructuras no funcionen eficientemente, con el consiguiente daño para el proyecto (Rocha, 1998). 2.3. SEDIMENTACIÓN.. La sedimentación es un proceso muy importante. Las partículas que se. AG RO. encuentran en el agua pueden ser perjudiciales en los sistemas o procesos de tratamiento ya que elevadas turbiedades inhiben los procesos biológicos y se depositan en el medio filtrante causando elevadas pérdidas de carga y deterioro de la calidad del agua efluente de los filtros.. Se entiende por sedimentación la remoción por efecto gravitacional de las. DE. partículas en suspensión presentes en el agua. Estas partículas deberán tener un peso específico mayor que el fluido.. EC A. La remoción de partículas en suspensión en el agua puede conseguirse por sedimentación o filtración, De allí que ambos procesos se consideren como complementarios. La sedimentación remueve las partículas más densas, mientras que. OT. la filtración remueve aquellas partículas que tienen una densidad muy cercana a la del agua o que han sido resuspendidas y, por lo tanto, no pudieron ser removidas en. LI. el proceso anterior. (Frank:, 1998). BI B. Las partículas en suspensión sedimentan en diferente forma, dependiendo de. las características de las partículas, así como de su concentración. Es así que podemos referirnos a la sedimentación de partículas discretas, sedimentación de. partículas floculentas y sedimentación de partículas por caída libre e interferida.. 19. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3.1. Sedimentación de partículas discretas. características (forma, tamaño, densidad) durante la caída.. AS. Se llama partículas discretas a aquellas partículas que no cambian de. PE CU AR I. Se denomina sedimentación o sedimentación simple al proceso de depósito de partículas discretas. Este tipo de partículas y esta forma de sedimentación se presentan en los desarenadores, en los sedimentadores y en los pre-sedimentadores como paso previo a la coagulación en las plantas de filtración rápida y también en sedimentadores como paso previo a la filtración lenta. (Maldonado, 2007). Sedimentación por caída libre e interferida. RO. 2.3.2. Cuando existe una baja concentración de partículas en el agua, éstas. AG. se depositan sin interferir. Se denomina a este fenómeno caída libre. En cambio, cuando hay altas concentraciones de partículas, se producen colisiones que las mantienen en una posición fija y ocurre un depósito masivo. DE. en lugar de individual. A este proceso de sedimentación se le denomina depósito o caída interferida o sedimentación zonal. (Maldonado, 2007) Sedimentación de partículas floculentas. CA. 2.3.3. Partículas floculentas son aquellas producidas por la aglomeración de. OT E. partículas coloides desestabilizadas a consecuencia de la aplicación de agentes químicos. A diferencia de las partículas discretas, las características de este tipo de partículas -forma, tamaño, densidad- sí cambian durante la. BI BL I. caída. (Maldonado, 2007). 2.4. Floculación Y Coagulación. Las aguas fluviales, en distintas cantidades, contienen material suspendido,. sólidos que pueden sedimentar en reposo, ó sólidos dispersados que no sedimentan con facilidad. Una parte considerable de estos sólidos que no sedimentan pueden ser coloides. En los coloides, cada partícula se encuentra estabilizada por una serie de. 20. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. cargas de igual signo sobre su superficie, haciendo que se repelan dos partículas vecinas como se repelen dos polos magnéticos. Puesto que esto impide el choque de. AS. las partículas y que formen así masas mayores, llamadas flóculos, las partículas no sedimentan. Las operaciones de coagulación y floculación desestabilizan los coloides. químicos y aplicando energía de mezclado.. CU AR I. y consiguen su sedimentación. Esto se logra por lo general con la adición de agentes. Los términos Coagulación y Floculación se utilizan ambos indistintamente en colación con la formación de agregados. Sin embargo, conviene señalar las. PE. diferencias conceptuales entre estas dos operaciones.. La confusión proviene del hecho de que frecuentemente ambas operaciones. RO. se producen de manera simultánea. Para aclarar ideas definiremos Coagulación como la desestabilización de la suspensión coloidal, mientras que la Floculación se limita a. AG. los fenómenos de transporte de las partículas coaguladas para provocar colisiones entre ellas promoviendo su aglomeración. Por tanto:. Coagulación.. DE. 2.4.1. Desestabilización de un coloide producida por la eliminación de las dobles capas eléctricas que rodean a todas las partículas coloidales, con la. CA. formación de núcleos microscópicos. En la coagulación, se agrega una substancia al agua para cambiar el. TE. comportamiento de las partículas en suspensión. Hace que las partículas, que anteriormente tendían a repelerse unas de otras, sean atraídas las unas a las. IO. otras o hacia el material agregado. La coagulación ocurre durante una mezcla. BL. rápida o el proceso de agitación que inmediatamente sigue a la adición del. BI. coagulante.. 2.4.2 Floculación. Aglomeración. de. partículas. desestabilizadas. pnmero. en. microflóculos, y más tarde en aglomerados voluminosos llamados Flóculos.. 21. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El proceso de floculación que sigue a la coagulación, consiste de ordinario en una agitación suave y lenta. Durante la floculación, las partículas. PE CU AR I. mayores que pueden separarse por sedimentación o filtración.. AS. entran más en contacto recíproco, se unen unas a otras para formar partículas. En la Figura 2.1 se muestra como los coagulantes cancelan las cargas eléctricas sobre la superficie del coloide permitiendo la aglomeración y la formación de flóculos. Estos flóculos inicialmente son pequeños, pero se juntan y forman aglomerados mayores capaces de sedimentar. Para favorecer la formación de aglomerados de mayor tamaño se adicionan un grupo de productos denominados floculantes.. La adición de un coagulante neutraliza las cargas, produciendo un colapso de la "nube de iones" que rodean los coloides. de modo que puedan acumularse.. <. ,. ,1. OT E. CA. DE. AG. RO. Figura 2.1: Desestabilización del coloide y compresión de la capa difusa.. 2.4.3. Dosificación En CHAVIMOCIDC.. El agua suministrada por el Proyecto Especial CHAVIMOCIITC contiene. BI BL I. cantidades considerables de sólidos en suspensión, en su mayoría limos y. arcillas los cuales no sedimentan con facilidad. Por lo que es necesario el uso de coagulantes y floculantes.. La dosificación se realiza de acuerdo al grado de turbidez con la que viene el agua.. 22. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Cuadro 2.3: Cuadro comparativo de dosificaciones optimas de los polímeros. CU AR I. AS. aniónicos frente a la turbidez del agua.. PRUEBA. DE. LABORATORIO. TODAS ESTAS DOSIFICACIONES NOS LLEVAN A UNA TURBIDEZ. J. 1900. 2000. AG. r-. RO. PE. FINAL DE: "30 NW".. .;----...!!:_312_ _ .1 1. L_3soo~_j. 0.333. 1. o.444-¡. 0.175. 0.184. ~ o.z3_~- ·. DE. Fuente: Junta de usuarios de riego presurizado Moche Viró y Chau. Cuadro 2.3: Dosificación optima del Cloruro Férrico.. 200 250 300 400 500 600 700 800 900. BI. BL. IO. TE. .. l Clo~ro F~rrico. CA. Turbidez (NTU). ppm. 1.97 2.06 2.14 2.31 2.48 2.65 2.82 3.00 3.17. Turbidez (NTUJ 1. 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000. Clo~ro F~rrieo ppm. 3.34 4.2 5.07 5.94 6.81 7.69 8.57 9.46 10.35. Fuente: Junta de usuarios de riego presurizado Moche Viró y Chau. 23. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.5. SEDIMENTADORES.. Los sedimentadores tienen por objeto separar del agua cruda partículas en. AS. suspensión, como limos y arcillas con el fin de evitar se produzcan depósitos en las obras de conducción, proteger las bombas de la abrasión y evitar obturación en los. PE CU AR I. emisores. Las partículas de limo y arcilla, en forma individual, son más pequeñas que los pasos y aberturas de los emisores de riego (goteros y micro aspersores), pero en presencia del ion Calcio del agua, se floculan y adquieren dimensiones mayores, que obturan los emisores (Pinna, 2007). Las pozas de decantación además de permitir la sedimentación de los sólidos en suspensión, se usan cuando las aguas tienen alta concentración de hierro soluble,. RO. el que es divalente (FeO), y por medio de su oxigenación pasa a trivalente (Fe2 03), se precipita, y no pasa al sistema de riego, donde obtura los emisores (López, 1997). Parámetros para el diseño de un sedimentador.. AG. 2.5.1. A continuación se presentan los parámetros de un diseño de. DE. sedimentador, el cual no es exactamente un modelo que se usa en el ámbito del Proyecto CHAVIMOCIDC.. OT EC A. a) Componentes. BI BL I. Esta unidad se puede dividir en cuatro partes o zonas.. 24. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Pant;;UQ l)ify$c•ra con. .,--. "n"Orifi~~. 1!. PE CU AR I. l. AS. Comruerta de Evacliacion de Lado;;. Zona d!). Zona de Sedimerrtacion. Ent.rada VertedeJO de .O.Wio. i Lo"-'-~ '''"'""'. ~~~. Salida. RO. ••. \. Zona de. ........-- 1~------Lodo..!.-------=---~=----. Zona de. DE. l. Zona de entrada. AG. -.-...._ Drificio de Evacuacion da Lodos. Estructura hidráulica de transición, que permite una distribución uniforme del. CA. flujo dentro del sedimentador.. 2. Zona de sedimentación. OT E. Consta de un canal rectangular con volumen, longitud y condiciones de flujo adecuados para que sedimenten las partículas. La dirección del flujo es. horizontal y la velocidad es la misma en todos los puntos, flujo pistón.. BI BL I. 3. Zona de salida. Constituida por un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que tienen. la finalidad de recolectar el efluente sin perturbar la sedimentación de las partículas depositadas.. 25. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 4. Zona de recolección de Iodos. AS. Constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados, y una tubería y válvula para su evacuación periódica.. PE CU AR I. b) Criterios de diseño. El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 a 16 años. -. El número de unidades mínimas en paralelo es de dos (2) para efectos de mantenimiento.. El periodo de operación es de 24 horas por día.. -. El tiempo de retención será entre 2 - 6 horas.. -. La carga superficial será entre los valores de 2- 10 mJ/rm/día.. -. La profundidad del sedimentador será entre 1,5-2,5 m.. -. La relación de las dimensiones de largo y ancho (L/B) será entre los valores de 3 - 6.. -. AG. RO. -. La relación de las dimensiones de largo y profundidad (L/H) será. -. DE. entre los valores de 5 - 20.. El fondo de la unidad debe tener una pendiente entre 5 a 1O% para facilitar el deslizamiento del sedimento. La velocidad en los orificios no debe ser mayor a O, 15 m/s para no. CA. -. crear perturbaciones dentro de la zona de sedimentación. Se debe aboquillar los orificios en un ángulo de 15° en el sentido del. OT E. -. flujo.. -. La descarga de lodos se debe ubicar en el primer tercio de la unidad,. BI BL I. pues el 80% del volumen de los lodos se deposita en esa zona.. -. -. -. Se debe efectuar experimentalmente la determinación del volumen máximo que se va a producir. El caudal por metro lineal de recolección en la zona de salida debe ser igual o inferior a 3 1/s. Se debe guardar la relación de las velocidades de flujo y las dimensiones de largo y altura.. 26. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) -. La sección de la compuerta de la evacuación de lodos (A2) debe. Az. =. As X ..Jii _4_8_5_0_x_t. CU AR I. mantener la relación. Donde tes el tiempo de vaciado.. La ubicación de la pantalla difusora debe ser entre 0,7 a 1,00 m de. Los orificios más altos de la pared difusora deben estar a 1/5 o 1/6 de. TE. -. CA. DE. AG. RO. distancia de la pared de entrada.. PE. -. AS. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. la altura (H) a partir de la superficie del agua y los más bajos entre. 1,4. BI. BL. IO. ó 1/5 de la altura (H) a partir de la superficie del fondo.. 27. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.