Investigacin sobre Dinmica de sedimentos y agua El flujo en una trampa de arena

SIMULACIN NUMRICA DE UN NUEVO SISTEMA DE LAVADO SAND TRAP

En general, a menor velocidad y mayor longitud del desarenador es mayor

la eficiencia de decantacin. Lo mismo puede decirse con respecto a las

partculas slidas. Mientras ms pequeas sean, su probabilidad de decantacin

es menor.

Las partculas muy finas, cuya forma se parece notoriamente de la esfrica,

decantan ms difcilmente.

Se trabaja con valores medios y por lo tanto hay que aceptar errores, que en

algunos casos pueden ser de magnitud considerable.

El diseo debe considerarse necesariamente el conocimiento detallado

acerca del tipo de partculas slidas que se desea eliminar: tamao,

cantidad y calidad. Es indispensable, el estudio de las propiedades fsicas

de los slidos para obtener parmetros que sean tiles en el diseo.

El periodo de diseo, teniendo en cuenta criterios econmicos y

tcnicos es de 8 a 16 aos.

El periodo de operacin es de 24 horas por da.

Debe existir una transicin en la unin del canal o tubera de llegada

al desarenador para asegurar la uniformidad de la velocidad en la

zona de entrada.La transicin debe tener un ngulo de divergencia

suave no mayor de 12 30.

La velocidad de paso por el vertedero de salida debe ser pequea

para causar menor turbulencia y arrastre de material

(Krochin,V=1m/s).

La llegada del flujo de agua a la zona de transicin no debe

proyectarse en curva pues produce velocidades altas en los lados de

la cmara.

La relacin largo/ancho debe ser entre 10 y 20.

La sedimentacin de arena fina (d

Vs : velocidad de sedimentacin (m/s)

d: dimetro de la partcula (m)

g: aceleracin de la gravedad (9,81 m/s2)

a : densidad de la partcula (kg/m3)

: densidad del agua (kg/m3)

TOPOGRAFIA

El estudio de esta informacin mostrara si se tienen:

Zonas plana que proporcionen espacios adecuados para ubicar las

dimensiones de un desarenador, o zonas variadas que tal vez obliguen a

tener una estructura en caverna.

Cierta altura que permita la descarga por gravedad de los sedimentos

atrapados en el desarenador hacia una corriente de agua.

Facilidades de acceso a la zona de ubicacin de la estructura.

GEOLOGIA

El estudio geolgico nos mostrara las formaciones de modo de saber si se tienen capas duras que obliguen a disear desarenadores poco profundos,

que sera tambin el caso de obras para irrigacin; si se tiene capas blandas se pude pensar en tener desarenadores ms profundos.

Si el terreno sobre el cual se va a construir el desarenador es muy escarpado, entonces puede ser impracticable construir uno ancho. Los valores de la

velocidad horizontal y profundidad de recoleccin pueden seleccionarse nuevamente para conseguir un desarenador ms angosto pero ms largo.

El dimensionamiento de esta obra se fundamenta en

dos condiciones:

1. Deber permitir la retencin del material slido

que tenga dimetros mayores al dimetro mximo

permitido por las condiciones de escurrimiento de la

estructura de conduccin.

2. Los sedimentos atrapados debern ser

rpidamente evacuados durante las operaciones de

limpieza.

Los desarenadores se disean para un determinado

dimetro de partcula, es decir, que se supone que

todas las partculas de dimetro superior al escogido

deben depositarse.

PARA FINES DE IRRIGACION

En los sistemas de riego generalmente se acepta hasta

d = 0.5 mm.

PARA FINES DE IRRIGACIONNombre Tamao en (mm)

Arcilla Menor que 0.002

Limo fino 0.002 a 0.006

Limo medio 0.006 a 0.02

Limo grueso 0.02 a 0.06

Arcilla fina 0.06 a 0.2

Arcilla media 0.2 a 0.6

Arcilla gruesa 0.6 a 2

Grava 2 a 100

Tabla 2. Clasificacin del suelo

por el tamao de sus partculas

PARA CENTRALES HIDROELECTRICAS

En sistemas hidroelctricos el dimetro puede calcularse en funcin de la altura de cada como se

muestra en la tabla 3, o en funcin del (tipo de turbina como se muestra en la tabla 4.

PARA CENTRALES HIDROELECTRICAS

Dimetro de partculas (d)

que son retenidas en el

desarenador (mm)

Altura de cada (H)

(m)

0.1 a 0.3 Mayor a 500

0.3 a 0.5 300 a 500

0.5 a 0.6 200 a 300

0.6 a 1.0 100 a 200

1.0 a 3.0 Menor a 100

Tabla 3. Dimetro de partculas en

funcin de la altura de cada

PARA CENTRALES HIDROELECTRICAS

Tabla 4. Dimetro de partculas

en funcin con el tipo de turbinas

Dimetro de

partculas (d) a

eliminar (mm)

Tipo de turbina

1 3 Kaplan

0.4 1 Francis

0.2 0.4 Pelton

La velocidad en un desarenador se considera lenta, cuando est comprendida entre 0.20 m/s a 0.60

m/s.

La eleccin puede ser arbitraria o puede realizarse utilizando la frmula de Camp:

( / )v a d cm s

Donde:

d = dimetro (mm)

a = constante en funcin del dimetro

a d (mm)

51 0.1

44 0.1 - 1

36 1

Valor de la constante a en funcin del dimetro

Para este aspecto, existen varias frmulas empricas, tablas y nomogramas, algunas de las cuales

consideran:

Peso especfico del material a sedimentar: gr/cm3 (medible)

Peso especfico del agua turbia: gr/cm3 (medible)

FORMULA DE RUBEY

Esta frmula actualmente es muy utilizada y su ventaja sobre las formulas radica en que tiene en

cuenta ms parmetros que influyen sobre la velocidad de cada.

=2

3

+

36 2

226

Donde:

W = velocidad de cada

= densidad de la partcula

= densidad del agua

= viscosidad dinmica

= Dimetro de la partcula

ARKHANGELSI

d(mm) w (cm/s)

0.05 0.178

0.10 0.692

0.15 1.560

0.20 2.160

0.25 2.700

0.30 3.240

0.35 3.780

0.40 4.320

0.45 4.860

0.50 5.400

0.55 5.940

0.60 6.480

0.70 7.320

0.80 8.070

1.00 9.440

2.00 15.290

3.00 19.250

5.00 24.900

Tabla 6 preparada por Arkhangelski la misma que permite

calcular w (cm/s) en funcin del dimetro de partculas d (en mm)

SELLERIO

La experiencia generado por Sellerio, la cual se muestra en el nomograma de la figura , la misma

que permite calcular w (en cm/s) en funcin del dimetro d (en mm).

SELLERIO

FORMULA DE OWENS

( 1)sw k d

Donde:

W=velocidad de sedimentacin (m/s).

d =dimetro de partculas (m).

=Peso especifico del material (g/cm3).

= Constante que vara de acuerdo con la forma y

naturaleza de los granos.

FORMULA DE SUDRY

La experiencia generada por Sudry , la cual se muestra en el nomograma en la figura 3, la misma

que permite calcular la velocidad de sedimentacin w (en m/s) en funcin del dimetro (en mm) y

del peso especfico del agua

(

Forma y naturaleza k

arena esfrica 9.35

granos

redondeados

8.25

granos cuarzo d >

3 mm

6.12

granos cuarzo d <

0.7 mm

1.28

FORMULA DE SUDRY

(

FORMULA DE SCOTTI - FOGLIENI

(

3.8 8.3w d d

Donde:

w = velocidad de sedimentacin (m/s)

d = dimetro de la partcula (m)

Para el clculo de w de diseo se puede obtener el promedio de los Ws, con los mtodos enunciados

anteriormente.

En algunos casos puede ser recomendable estudiar en el laboratorio la frmula que rija las velocidades

de cada de los granos de un proyecto especfico