Desarenador de Lavado Continuo

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NOMBRE: MARÍA ALVAREZ PÉREZ

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

ASIGNATURA:

HIDRÁULICA II

DOCENTE:

ING. JOSUÉ RODRIGUEZ SANTOS

TEMA:

DESARENADORES DE LAVADO CONTINUO

ALUMNA:

ALVAREZ PÉREZ MARÍA

GRUPO# 2B

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DESARENADORES DE LAVADO CONTINUO

Es aquel en el que la sedimentación y evacuación son dos operaciones simultaneas, es decir, el material acumulado se está limpiando constantemente.

Cuando se dispone en el río de una cantidad de agua mayor que la que se necesita captar se pueden construir desarenadores de lavado continuo.

Uno de los sistemas más comunes es el de H. Dufour en el cual el fondo del desarenador está formado por una especie de reja de vigas de hormigón o madera normales a la dirección del agua.

El agua al entrar en el desarenador se divide verticalmente en dos capas:

 Una situada junto al fondo que contiene los sedimentos más pesados y que se encausa a una galería longitudinal de pequeña sección.

 Una situada encima de la anterior sección grande y en la que se producirá la sedimentación.

Las cámaras superior e inferior están separadas por la reja antes mencionada, el agua situada en la galería sale con velocidades relativamente altas, arrastrando los sedimentos. Las arenas que se depositan en la cámara superior son arrastradas a la inferior a través de los espacios estrechos entre barrotes por el agua que pasa de una cámara a otra.

Las dimensiones de la galería están calculadas en tal forma para que con la carga disponible pase por ella el caudal de exceso con la velocidad necesaria para arrastrar las arenas.

Debe tomarse en cuenta que en estos desarenadores sale permanentemente por abajo un caudal Qs razón por la cual la velocidad a la entrada V1 y la salida V2 no son iguales.

También debido a la componente vertical de la velocidad hacia la galería es igual a 𝑢 = 𝑄𝑠

𝐿𝑏_𝑚𝑒𝑑

La sedimentación de las partículas es más rápida. Por lo tanto, las formulas de la longitud se modifican a: 𝐿 = ℎ 𝑤 + 𝑢∗ 𝑉₁− 𝑉₂ log(𝑉_𝑉1 2) O Simplemente: 𝐿 = ℎ 𝑤 + 𝑢∗ 𝑉₁− 𝑉₂ 2 Donde: 𝑢 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 = 𝑄𝑠 𝐿𝑏𝑚 𝑄𝑠 = 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑚𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎

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En el cálculo hay que tomar en cuenta que las fórmulas empleadas para el flujo de agua limpia no son aplicables para el flujo de agua limpia no son aplicables para las aguas lodosas es decir para aguas que llevan en suspensión un alto porcentaje de material sólido. MODELO DE DUFOUR

Se diseñó una variante para del modelo de Dufour incorporando la tipología Bieri en el cual se disponen de 14 orificios a tresbolillo de 0.20 * 0.20 m2 en la solera de la cámara superior en sentido del flujo.

Los orificios comunicación las dos cámaras y por c/u sale un chorro de alta velocidad de 5.4 y un caudal de 0.216m3/s con un nivel de funcionamiento normal.

Partes de un desarenador

 Transición de entrada: Une el canal con el desarenado

 Cámara de sedimentación: las partículas sólidas caen debido a la reducción de la velocidad por incremento de sección.

Por Dubuat las velocidades son:

 Para arcilla: 0.081m/s  Para arena: 0.16m/s

 Para arena gruesa: 0.216m/s

En el fondo por lo general se tiene una pendiente transversal de 1:5 a 1:8

DISEÑO DE UN DESARENADOR DE LAVADO CONTINUO

El desarenador que se va a diseñar a continuación opera de forma automática sin obturadores de energía hidráulicos como en la tipología de Bieri

Tendrá una relación de alto/ancho del desarenador que debe estar entre el 1.5 y 3.5.

EJEMPLO:

Se quiere diseñar un desarenador con un caudal de diseño de 0.89m3_{/s con un caudal}

de lavado Qlav = 500lt/s en donde se requiere separar las partículas de arena con un diámetro menor a 0.03mm, con un peso específico de 2.3 (W = 3.78cm/s), la pendiente rasante del canal de ingreso es de 0.04m/m, el coeficiente de rugosidad de manning 0.0125, su ángulo en la zona de transición es de 12.5°, con una carga hidráulica en el orificio es de 3.8m, la velocidad en el desarenador Vd es de 0.35m/s. DATOS CONOCIDOS:

 Caudal de diseño Qd = 0.80m3_/s

 Caudal de lavado Qlav = 500 l/s = 0.50m3_/s

 Diámetro de la partícula = 0.03mm

 Velocidad de avanzada de flujo “Va” = 0.02m/s  Peso específico = 2.5

 n = 0.0125  = 12.5°

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NOMBRE: MARÍA ALVAREZ PÉREZ  W = 0.0378m/s

 Vd = 0.35m/s  Ho = 3.8m

DATOS DESCONOCIDOS: Abertura del orificio “a”=? L=? Lt=? Vs =? 𝑄𝑑 = 𝐴𝑇∗ 𝑉𝑎 𝐴𝑡 = 𝑄_𝑑 𝑉𝑎 𝐴_𝑡 = 0.80 𝑚3 𝑠 0.2𝑚_𝑠 𝑨_𝒕 = 𝟒. 𝟎𝟎 𝒎𝟐 𝐴₁ = 1 2(𝐵 + 𝑏) ∗ 0.5𝑚 𝐴₁ = 1 2(1.6𝑚 + 0.5𝑚) ∗ 0.5𝑚 𝑨_𝟏 = 𝟎. 𝟓𝟐𝟓𝒎𝟐 A2 A1 1.6m H 2 .65 0 .5 m 0.5m

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NOMBRE: MARÍA ALVAREZ PÉREZ 𝐻 = ℎ + 0.5𝑚 ℎ = 𝐻 − 0.5𝑚 𝐴₂ = ℎ ∗ 𝐵 𝐴₂ = 𝐴_𝑡∗ 𝐴₁ 𝐴₂ = 4.00𝑚2− 1.2𝑚2 𝑨_𝟐= 𝟐. 𝟖𝒎𝟐 𝐴2 = (𝐻 − 1.4) ∗ 𝐵 𝐴₂ = 𝐻 ∗ 𝐵 − 1.4𝐵 2.8 = 𝐻 ∗ 1.6 − (1.4 ∗ 1.6) 𝐻 = 3.15𝑚 ℎ = 𝐻 − 0.5𝑚 ℎ = 3.15 𝑚 − 0.5𝑚 𝒉 = 𝟐. 𝟔𝟓𝒎

 Uso del ábaco de sheilds se determina la velocidad de sedimentación Diámetro de la partícula de arena = 0.03mm y su peso específico de la misma. Obteniendo el resultado: 𝑉_𝑠 = 3.95 𝑐𝑚 𝑠 = 0.0395 𝑚 𝑠 𝑉_𝑠 = 𝑘 ∗ 𝑉_𝑠 𝑘 = (2.5 − 𝑦𝑎) 0.5 𝑦𝑎 𝑘 = (2.5 − 1) 0.5 1 𝑘 = 1.224744 𝑉𝑠 = 1.224744 ∗ 0.0395𝑚 𝑠

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𝑽_𝒔 =𝟎. 𝟎𝟒𝟖𝟑𝒎 𝒔  Longitud del desarenador

𝑘 = 𝐻 𝑊 + 𝑉𝑠

∗ ((𝑉1+ 𝑉2)

2 )

Calculo de la base media

𝑄 = 𝑉𝑑 ∗ 𝐵𝑚𝑒𝑑∗ 𝐻 𝑄 = 𝑄_𝑙+ 𝑄_𝑑 𝐵 = 𝑄 𝑉_𝑑∗ 𝐻 𝑩 = 0.50 ∗ 0.80 0.2 ∗ 3.15 = 0.6349𝑚 ≈ 𝟎. 𝟔𝟑𝒎 Calculo de velocidades 𝑉₁ = 𝑄𝑙+ 𝑄𝑑 𝐵_𝑚𝑒𝑑∗ 𝐻 = 0.50 + 0.80 0.63 ∗ 3.15 𝑉₁ = 1.30 𝑚 3 𝑠 ⁄ 0.63𝑚 ∗ 3.15𝑚 𝑉1 = 0.655𝑚 𝑠 𝑉₂ = 𝑄𝑙 𝐵𝑚𝑒𝑑∗ 𝐻 𝑉2 = 0.50 𝑚3⁄_𝑠 0.63𝑚 ∗ 3.15𝑚 𝑽_𝟐 =𝟎. 𝟐𝟔𝟒𝟓𝟓𝒎 𝒔 Con los valores obtenidos procedemos a calcular la longitud:

𝐿 = 𝐻 𝑊 + 𝑉_𝑠∗ ( 𝑉₁ + 𝑉₂ 2 ) 𝐿 = 3.43𝑚 0.0378𝑚 +0.0483𝑚_𝑠 ∗ ( 0.655𝑚 𝑠 + 0.26455𝑚 𝑠 2 ) 𝑳 = 𝟏𝟖. 𝟑𝟏𝟔𝟐𝒎  Altura final del desarenador

𝐻_𝑓 = 𝐻 + 𝐿 ∗ 𝐽 𝐻𝑓= 3.15𝑚 + ( 18.3162𝑚 ∗

0.04𝑚 𝑚 ) 𝑯_𝒇 = 𝟐. 𝟑𝟎𝟕𝒎 ≈ 𝟐. 𝟑𝒎

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𝐻_{𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜} = 2.3𝑚 + 3.15𝑚 2

𝑯_{𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐} = 𝟐. 𝟕𝟐𝟖𝒎 ≈ 𝟐. 𝟕𝟑𝒎

Condiciones de diseño Calculo del volumen del desarenador

𝐴₁ = 0.525𝑚2 𝐴₂ = 4.24𝑚2 𝐴𝑡𝑓 = 4.24𝑚2+ 0.525𝑚2 𝑨_𝒕𝒇= 𝟒. 𝟕𝟔𝟓𝒎𝟐 𝐴_{𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎} = 4.765𝑚 2_{+ 3.325𝑚}2 2 𝑨_{𝒎𝒆𝒅𝒊𝒂} = 𝟒. 𝟎𝟒𝟓𝒎𝟐 𝑉_{𝑑𝑒𝑠𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜𝑟}= 𝐴_{𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎} ∗ 𝐿 𝑉_{𝑑𝑒𝑠𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜𝑟} = 4.045𝑚2_{∗ 18.31𝑚} 𝑽𝒅𝒆𝒔𝒂𝒓𝒆𝒏𝒂𝒅𝒐𝒓 = 𝟕𝟒. 𝟎𝟔𝟑𝟗𝒎𝟑 Área real 𝐴_{𝑟𝑒𝑎𝑙} = 𝑉𝑑𝑒𝑠𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜𝑟 𝐻_{𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜} 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑙 = 74.0639𝑚3 2.73𝑚 2 .65 m 0 .5 m H 1.6m 0.5m

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NOMBRE: MARÍA ALVAREZ PÉREZ 𝑨_{𝒓𝒆𝒂𝒍} = 𝟐𝟕. 𝟏𝟐𝟗𝒎𝟐  Área necesaria 𝐴_{𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎} = 𝑄𝑑 𝑉_𝑠 𝐴𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 = 0.80𝑚3 𝑠 0.048𝑚 𝑠 𝐴𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎= 16.67𝑚2 𝐴_{𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎} < 𝐴_{𝑟𝑒𝑎𝑙} 𝐴_𝑡 < 𝐴_{𝑟𝑒𝑎𝑙}

 Calculo del flujo captado 𝑇𝑡 = 𝑉_{𝑑𝑒𝑠𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜𝑟} 𝑄𝑑 𝑇_𝑡= 74.0639𝑚 3 0.8𝑚3 𝑠 𝑻_𝒕 = 𝟗𝟐. 𝟓𝟕𝟗𝟖 𝒔

 Calculo de la longitud transversal 𝐿_𝑡 = 𝐵 − 𝑏 2𝑡𝑎𝑛𝛼 𝐿𝑡= 1.6 − 0.5 2𝑡𝑎𝑛12.5 𝑳_𝒕 = 𝟐. 𝟒𝟖𝟎𝟖𝒎 ≈ 𝟐. 𝟓𝒎