diseño de obras de arte


DESARENADORES

1.1 Definición

Los desarenadores (figura 1), son obras hidráulicas que sirven para separar (decantar) y remover (evacuar) después, el material sólido que lleva el agua de un canal.
El material sólido que se transporta ocasiona perjuicios de las obras:

i. Una gran parte del material sólido va depositándose en el fondo de los canales disminuyendo su sección. Estoaumenta el costo anual de mantenimiento y produce molestas interrupciones en el servicio del canal.
ii. Si los canales sirven a plantas hidroeléctricas, la arena arrastrada por el agua pasa a

las turbinas desgastándolas tanto más rápidamente cuanto mayor es la velocidad. Esto significa una disminución del rendimiento y a veces exige reposiciones frecuentes y costosas.

1.2 Clases dedesarenadores

i. En función de su operación:

 Desarenadores de lavado continuo, es aquel en el que la sedimentación y evacuación son dos operaciones simultáneas.
 Desarenadores de lavado discontinuo (intermitente), que almacena y luego

expulsa los sedimentos en movimientos separados. Son el tipo más común y la operación de lavado se procura realizar en el menor tiempo posible con elobjeto de reducir al mínimo las pérdidas de agua.

ii. En función de la velocidad de escurrimiento:

 De baja velocidad v < 1 m/s (0.20 – 0.60 m/s)

 De alta velocidad v > 1 m/s (1 – 1.5 m/s)

iii. Por la disposición de los desarenadores:

 En serie, formado por dos o más depósitos construidos uno a continuación del otro.
 En paralelo, formado por dos o más depósitosdistribuidos paralelamente y diseñados para una fracción del caudal derivado.

1.3 Fases del desarenamiento

 Fase de sedimentación

 Fase de purga (evacuación)

1.4 Elementos de un desarenador

Para cumplir su función, el desarenador se compone de los siguientes elementos:

a. Transición de entrada: une el canal con el desarenador.





b. Cámara de sedimentación: lugaren la cual las partículas sólidas caen al fondo, debido a la disminución de la velocidad producida por el aumento de la sección transversal.

Según Dubuat, las velocidades límites por debajo de las cuales el agua cesa de arrastrar diversas materias son:

 Para la arcilla 0.081 m/s

 Para la arena fina 0.16 m/s

 Para la arena gruesa 0.216 m/s

De acuerdo a lo anterior,la sección transversal de un desarenador, se diseña para velocidades que varían entre 0.1 m/s y 0.4 m/s, con una profundidad media de 1.5 m y 4 m. Observar que para una velocidad elegida y un caudal dado, una mayor profundidad implica un ancho menor y viceversa.

La forma de la sección transversal puede ser cualquiera aunque generalmente se escoge una rectangular o una trapezoidalsimple o compuesta. La primera simplifica considerablemente la construcción, pero es relativamente cara pues las paredes deben soportar la presión de la tierra exterior y se diseñan por lo tanto como muros de sostenimiento. La segunda es hidráulicamente más eficiente y más económica pues las paredes trabajan como simple revestimiento. Con el objeto de facilitar ellavado, concentrando las partículas hacia el centro, conviene que el fondo no sea horizontal sino que tenga una caída hacia el centro. La pendiente transversal usualmente escogida es de
1:5 a 1:8.

c. Vertedero: al final de la cámara se construye un vertedero sobre el cual pasa el agua limpia hacia el canal. Las capas superiores son las que primero se limpian, es por esto que la salida delagua desde el desarenador se hace por medio de un vertedero, que hasta donde sea posible debe trabajar con descarga libre.
También mientras más pequeña es la velocidad de paso por el vertedero, menos turbulencia causa en el desarenador y menos materiales en suspensión arrastran. Como máximo se admite que esta velocidad puede llegar a v = 1 m/s.

De la ecuación de Francis para un vertedero...