Este documento presenta el diseño de un desarenador. Incluye las condiciones de entrada de la tubería, los parámetros de diseño del desarenador como el caudal y periodo de diseño, y los cálculos para determinar las dimensiones, velocidades y cotas del desarenador. Finalmente, presenta el diseño de la línea de aducción y las bombas.
1. DISEÑO DE DESARENADOR
EDWIN DANILO ROMERO RODRIGUEZ
20071032041
MARCEL IVAN ROJAS
9823333
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERIA TOPOGRAFICA
ACUEDUCTOS
2011
2. DISEÑO DE DESARENADOR
Condiciones de la tubería de entrada
Q= 0.0195 /s
Qo= 0.051 /s
V= 1.43 m/s
Vo= 1.56 m/s
D= 8” (0.203 m)
d= 0.13 m
Condiciones de diseño del desarenador
Periodo de diseño= 20 años
numero de módulos= 2
caudal medio diario año (2025)= 27.5 L/s
caudal máximo diario año 2025= 29.6 L/s
caudal medio diario año 2005= 19.5 L/s
requerimiento de agua en la planta de purificación= 1.1 m/s
caudal de diseño de cada modulo= 27.5 L/s
remoción de partículas de diámetro: d=0.05 mm
porcentaje de remoción= 75
temperatura= 15º C
viscosidad cinemática= 0.01059 /s
grado del desarenador: n=1 sin deflector
relación longitud: ancho= 4:1
cota de la lamina en la tubería a la entrada del desarenador= 2774.87 m
cota de la batea en la tubería a la entrada del desarenador= 2774.74 m
cota de la corona de muros= 2775.17 m
3. Calculo de los parámetros de sedimentación
Velocidad de sedimentación de la partícula, arcilla fina = 0.05 mm
= 0.212cm/s
Profundidad útil de sedimentación: H=1.5 m
t= 707 s
Periodo de retención hidráulico
= 2120 s = 0.59 horas
Volumen del tanque
V = 58.3
Área superficial del tanque
= 38.86
Dimensiones del tanque para L:B
B= 3.12 m
L= 12.46 m
Carga hidráulica superficial
q= 0.00070766 /
s= 61.14 /
Velocidad de sedimentación de la partícula critica en condiciones teóricas
= 0.071 cm/s
= 0.03 mm
Velocidad horizontal
= 0.587 cm/s
Velocidad horizontal máxima
= 4.25 cm/s
4. Velocidad de re suspensión máxima
= 9.29 cm/s
Condiciones de operación de los módulos
Operación inicial en el año 2005
Caudal de operación= caudal medio diario en el año 2005= 19.5 L/s
= 0.83 hr
q= 43.35 /
Caudal de operación= 28.6 L/s
= 0.56 hr
q= 63.5 /
Calculo de los elementos del desarenador
= 0.028 m
= 0.31 m/s
Velocidad sobre la cresta del vertedero
= 0.24 m
= 0.35 m
Pantalla de salida
profundidad: 0.75 m
distancia al vertedero de salida: 0.42 m
Pantalla de entrada
profundidad: 0.75 m
distancia a la cámara de aquietamiento: 3.15 m
Almacenamiento de lodos
relación de longitud= 10
profundidad máxima= 1.24 m
profundidad máxima adoptada= 1m
profundidad mínima adoptada= 0.8 m
5. distancia punto de salida a la cámara de aquietamiento= 4.15 m
dist al punto de salida vertedero salida= 8.30 m
pendiente transversal= 7.1%
pendiente longitudinal en L/3= 5.3%
pendiente longitudinal en 2L/3= 2.6%
Cámara de aquietamiento
profundidad H/3= 0.5 m
ancho B/3= 1.04 m
largo (adoptado)= 1 m
Rebose de la cámara de aquietamiento
= 0.019
= 0.05 m
= 0.40 m/s
= 0.30 m
Perfil hidráulico
Perdidas a entrada de la cámara de aquietamiento
1.43 m/s
= 0.07 m/s
= 0.02 m
Perdidas a la entrada de la zona de sedimentación
= 0.07 m/s
= 0.01 m/s
= 0.00 m
Perdidas por las pantallas inicial y final
= 2.12
H= 0.00 m
6. Calculo de los diámetros de la tubería de exceso y lavado
Tubería de excesos
= 6”
Tubería de lavado
Cota de entrega del desagüe de lavado: 2495.05 m
Cota de la lamina de agua sobre la tubería: 2498.85 m
Diámetro nominal 6”= 0.168 m
Tubería PVC RDE-41,C= 150
Diámetro real: 160 mm
Longitud de la conducción-: 70 m
Altura disponible: 3.80 m
Perdidas en la conducción (longitud equivalente-)= 93.50 m
J= 0.04067 m/m
= 0.060 /s
V= 2.97 m/s
Coeficiente de descarga del tanque
= 0.42
Calculo de cotas
Cota de batea de la tubería de entrada: 2774.74
Cota lamina de agua en tubería de entrada: 2774.87
Cota de lámina en cámara de aquietamiento: 2774.85
Cota de la cresta del vertedero cámara de aquietamiento: 2774.8
Cota fondo de la cámara de aquietamiento: 2774.35
Cota lamina de agua en zona de sedimentación: 2774.85
Cota de la corona de los muros del desarenador: 2774.17
Cota inferior de pantallas de entrada y salida: 2774.10
Cota del fondo de profundidad útil de sedimentación: 2773.35
Cota placa fondo a la entrada y salida del desarenador: 2772.55
Cota placa fondo en punto de desagüe: 2772.35
7. Cota de batea de tubería de lavado: 2772.55
Cota cresta del vertedero de salida: 2772.82
Cota lamina de agua de la cámara de recolección: 2774.67
Cota fondo de la cámara de recolección supuesta: 2774.37
CORTE LONGITUDINAL DEL DESARENADOR
10. DISEÑO DE LA LINEA DE ADUCCION BOCATOMA- DESARENADOR.
Caudal de Diseño. 19.5 L/s = 0.0195 m³/s
Coeficiente de rugosidad de
Manning.
n=0.009
Longitud de condición. L= 50m
CALCULO DE PENDIENTE.
(99,15 98,92)
100 0.45%
50
S
1/2
3/8
3/8
1/2
0.009 0.0195
1.548 1.548 0.17 6.69"
0.0045
nQ x
D x m
S
Tomando el diámetro comercial, D= 7”= 0.177 m.
1/2
8/3
8/3 1/2
3
0
0.177 0.0045
0.312 0.312 0.023 /
0.009
x
D S
Q x m s
n
0
0 2
0
0.023 4
0.93 /
0.177
Q x
V m s
A x
2
0
0
0
0.177
0.044
4 4 4
A D D
R m
P x D
0
0.0195
0.85
0.023
Q
Q
Con el valor de Q / 0
Q , se obtiene:
0
1.001
r
V
V
; 0.791
d
D
;
0
1.216
R
R
11. 0
1.001 1.001 0.93 0.93 /
r
V xV x m s
0.791 0.791 0.177 0.14
d xD x m
0
1.216 1.216 0.044 0.05
R xR x m
2
9.810 0.05 0.0045 0.0022 /
RS x x N m
VERIFICACION DE LA COTA A LA SALIDA DE LA BOCATOMA
2
2
0.93
1.5 0.14 1.5 0.21
2 2
V
d m
g g
Al subir la cota del fondo de la cámara de recolección de 99.15 a 99.217 (28 cm de altura), y definir
la cota de batea de la tubería a la llegada como 98.92-0.18=98.74 se tiene:
99.27 98.74
100 1.05%
50
S x
1/2
3/8
3/8
1/2
0.009 0.0195
1.548 1.548 0.092 3.62"
0.0105
nQ x
D x m
S
Tomando el diámetro comercial, D= 7”= 0.177 m.
1/2
8/3
8/3 1/2
3
0
0.177 0.0105
0.312 0.312 0.035 /
0.009
x
D S
Q x m s
n
0
0 2
0
0.035 4
1.42 /
0.177
Q x
V m s
A x
2
0
0
0
0.177
0.044
4 4 4
A D D
R m
P x D
0
0.0195
0.56
0.035
Q
Q
12. 0
0.880
r
V
V
; 0.601
d
D
;
0
1.121
R
R
0
0.880 0.880 1.42 1.25 /
r
V xV x m s
0.601 0.601 0.177 0.10
d xD x m
0
1.121 1.121 0.044 0.05
R xR x m
2
9.810 0.05 0.0105 0.0052 /
RS x x N m
VERIFICACION DE LA COTA A LA SALIDA DE LA BOCATOMA
2
2
1.25
1.5 0.10 1.5 0.22
2 2
V
d m
g g
Valor aproximadamente igual al supuesto de 0.21m.
El caudal de exceso máximo previsto será de:
3
0.035 0.0195 0.0155 /
exceso lleno diseño
Q Q Q m s
Este será el caudal que habrá que considerar en el diseño de la estructura de excesos del
desarenador:
Las cotas definitivas y condiciones hidráulicas serán:
Cota de batea a la salida de la bocatoma = 2775.27
Cota clave a la salida de la bocatoma = 2775.47
Cota de batea a la llegada al desarenador = 2774.74
Cota clave a la llegada al desarenador = 2774.94
Cota de la lamina de agua a la llegada al desarenador = 2774.87
13. DISEÑO DE BOMBAS
Datos iniciales del proyecto
Periodo de diseño: 20 años
Caudal máximo diario: 19.5 L/s
Número total de horas de bombeo al dia: 12
Altura sobre el nivel del mar: 2640 msnm
Temperatura del agua: 14º C
Tubería PVC: 1507
= 0.039 /s
Calculo de los diámetros
Tubería de impulsión según la ecuación de Bresse
Di= 8” = 0.203 m
Velocidad de la tubería
Vi= 1.20 m/s 1<Vi<3 según recomendación
Tubería de succión
Velocidad resultante: 1.20 m/s < 1.6 m/s
Sumergencia= 0.73 m
Calculo de la altura dinámica de elevación
Altura estatica de succion= 4 m
Altura estatica de impulsión= 38 m
Altura estatica total= 42 m
14. Perdidas en la succion
D= 8”
Válvula de pie con coladera: 52 m
Codo de radio corto a 90º= 6.4 m
Reducción excéntrica: 1.52 m
Entrada= 7.50 m
Longitud de tubería recta: 5.23 m
Longitud equivalente total: 72.65 m
Hazen-Williams
Q= 0.2785 C
Perdida de carga total J= 0.00419 m/m
Perdidas en la succion= 0.30 m
Perdidas en la impulsión ( )= 8” =0.203
Expansión concéntrica (12D)= 3.05 m
Valvula de retención horizontal= 32 m
Valvula de cortina= 1.7 m
Codo de radio largo 90º= 4 codos = 17.2 m
T con cambio des dirección= 13 m
Tubería= 192 m
Longitud equivalente total= 258.95 m
Hazen-William
Q= 0.2785 C
J= 0.00419 m/m
Perdidas en la impulsión= 1.08 m
Altura de la velocidad en la velocidad Vi= 0.07 m
Altura dinámica total de elevación= 43.45 m
Altura dinámica total
Pb= 27.7 Kw
Pm= 33.2 Kw
Altura barométrica= 7.21 m
Altura estatica de succion máxima= Hs= 4 m
15. Perdidas en la succion
L.E= 72.65 m
C= 150 m
Q= 0.054 /s
Ds= 0.254 m
Otros cálculos
Volumen del pozo
Tiempo de retención = 3 a 5 minutos
V= 18.90
Área minima= 1.27
Sumergencia= 0.74 m
Altura de la coladera= 8” hc = 0.30 m
Distancia del fondo a la coladera, hf= 0.38 m
Altura del pozo= 3.80 m
Área del pozo= 4.27 >1.27
Adoptando una sección rectangular (2:1) se tiene B= 1.58 m y L= 3.15
Hazen-William
J= 0.00379 m/m
Hs= 0.28 m
Vs= 1.07 m/s
Altura de velocidad: 0.05 m
Presión de vapor
CNPSd= 2.65 m
CNPSr= 2.50 m
Velocidad
Ns= 23.7
Nsmàx= 54.8
Ns<Nsmax