El documento presenta el diseño de un desarenador para el acueducto de Silvania, Cundinamarca. El desarenador tiene como función remover partículas mayores a 0.05 mm mediante sedimentación. Se diseñó con dos módulos, cada uno con un caudal de 0.009 m3/s. El diseño incluye cálculos de volumen, área, velocidades y tiempos de retención requeridos para una remoción efectiva de sedimentos considerando factores como caudal, temperatura y viscosidad del agua.

1. DISEÑO DESARENADOR PARA EL ACUEDUCTO DE SILVANIA- CUNDINAMARCA
YAIR NÚÑEZ
JULIÁN LIÉVANO
EDNUARTH RAMÍREZ
JUAN SEBASTIÁN PINTO
Presentado a:
Ing. RICARDO LÓPEZ CUALLA
ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA JULIO GARAVITO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS
BOGOTÁ
2012

2. INTRODUCCIÓN
Los desarenadores son estructuras hidráulicas que tienen como función remover las partículas
de cierto tamaño que la que la captación de una fuente superficial permite pasar. Se utiliza en
tomas para acueductos, en centrales hidroeléctricas (pequeñas), plantas de tratamiento y en
sistemas industriales.

3. DESARENADOR
El desarenador es un componente destinado a la remoción de arenas y sólidos que están en
suspensión en el agua, mediante un proceso de sedimentación mecánica, este debe ubicarse
lo más cerca posible a la captación de agua. Preferiblemente debe existir un desarenador con
dos módulos que operen de forma independiente, cada uno de ellos dimensionado para el
caudal medio diario ante la posibilidad de que alguno de los dos quede fuera de servicio. Con
el fin de mantener un control efectivo sobre los sedimentos que entran es las estructuras de
captación debe mantenerse control sobre la disposición de los sedimentos retenidos por el
desarenador. Los sedimentos deben retornar al rio o a la fuente aguas abajo de la estructura
de captación.
Para el diseño del desarenador se debe conocer el caudal de diseño que como se especifico
anteriormente corresponde al caudal medio diario, sin embargo se presentaran condiciones
adicionales para necesarias para el diseño:
⁄ ⁄
⁄ ⁄
El caudal medio diario para el diseño corresponde a ⁄ . Para el diseño del
desarenador además de la información anterior se debe tener presente:
Periodo de Diseño (años) 20
Numero de módulos 2
Q medio diario 2031 (m^3/s) 0,09
Q máximo diario 2031 (m^3/s) 0,009
Q medio diario 2011 (m^3/s) 0,006
Requerimiento de agua 0,001
Q Diseño x Modulo 0,009
Remoción de partículas de diseño (mm) 0,050
% de Remoción 75,000
Temperatura del agua (°C) 15,000
Viscosidad Cinemática (cm^2/s) 0,01059
Grado del desarenador (n) 1,000
Relación Longitud Ancho 4a1
Cota de la lamina en la tubería a la entrada del desarenador 1949,77
Cota de la batea en la tubería a la entrada del desarenador 1949,67
Para analizar la sedimentación del desarenador se utiliza la ecuación de Hazen y Stokes,
quienes resumen el modelo de sedimentación de partículas a través de la ecuación:

4. ( )
Para el mínimo diámetro capaz de remover el desarenador que corresponde a 0,05 mm, es
decir que corresponde a una arena tiene un peso específico la velocidad de
sedimentación de la partícula será:
( )
⁄
Como se mostró anteriormente el grado del desarenador es 1, el porcentaje de remoción es de
75%, por ende el número de Hazen equivale a 3.
Para el diseño del sedimentador se asumirá una profundidad útil de 1,5m, lo cual permite
conocer el tiempo que tardara una partícula en llegar al fondo:
Tiempo que no equivale al periodo de retención hidráulico θ, pero que se puede calcular a
través de la relación de Hazen:
El tiempo que tarde una partícula en entrar y salir del tanque no debe ser menor a 0,5 horas ni
mayor a 4 horas, lo cual permite concluir que el diseño que se esta llevando a cabo esta
cumpliendo con este requerimiento.
El volumen del tanque se encuentra relacionado con el caudal de diseño y el periodo de
retención:
⁄
El área superficial del tanque y las dimensiones del tanque corresponden a:
√
Cabe recordar que el ancho del tanque y la longitud del mismo se encuentran relacionados por
un factor de 4.

5. La carga hidráulica definida como el caudal puesto por unidad de área superficial, debe estar
entre 15 y ⁄ . Siendo q:
⁄ ⁄
La carga hidráulica superficial es igual a la velocidad de sedimentación de la partícula critica en
condiciones teóricas Vo.
⁄ ⁄
La anterior velocidad corresponde a un diámetro:
√
( )
Se puede verificar que la relación entre los tiempos es igual a la relación entre velocidades:
Bajo las condiciones anteriores, la velocidad horizontal y la velocidad horizontal máxima serán:
⁄
⁄
La velocidad horizontal debe ser menor que la velocidad de arrastre de las partículas con el fin
de evitar la re suspensión del sedimento. Para el caso de la sedimentación de las arenas, el
valor de k es igual a 0,04 y para sedimentación por la simple acción de la gravedad el valor de f
es igual a 0,03, aplicando a continuación la ecuación para velocidad de re suspensión se tiene:
( )
√ ( ) √ ⁄

6.  Condiciones de operación de los módulos
Operación inicial en el año 2012:
Caudal de operación: ⁄
θ
La carga hidráulica superficial será q =Q/As: 61,1m
La carga hidráulica en condiciones iniciales de funcionamiento es: 40,4 m
Caudal de operación: ⁄
Como se puede observar cuando esta trabajando solamente uno de los módulos el periodo de
retención hidráulico se reduce, así como en manera análoga la carga hidráulica aumenta.
 Calculo de los elementos del desarenador
Vertedero de salida
La velocidad sobre la cresta del vertedero debe ser en teoría mayor de 0,3 m/s para poder
aplicar en rigor la ecuación del alcance horizontal de la vena vertiente, por tanto:
( )
⁄
Para que se cumpla la condición anterior puede asumirse una aproximación de ⁄ a
⁄ . Con lo cual se obtiene:
( ) ( ) ( ) ( )
Pantalla de salida:
Profundidad (H/2) 0,75m
Distancia al vertedero de salida (15Hv) 0,29m
Pantalla de Entrada:
Profundidad (H/2) 0,75m
Distancia a la cámara de aquietamiento (L/4) 1.78m
Almacenamiento de lodos: 10

7. Dist. Pto. De salida a la cámara de aquietamiento (L/3) 2,37m
Dist. Pto de salida al vertedero de salida (2L/3) 4.73m
Profundidad (H/3) 0,5m
Ancho (B/3) 0,60m
Largo (adoptado) 1m
 Almacenamiento de lodos
Relación Long.:Prof. Lodos = 10
Profundidad máxima = 0,71 m
Profundidad máxima adoptada = 1,00 m
Dist. pto. Salida a entrada des.= 2,37 m
Dist. pto. Salida a salida des.= 4,73 m
Profundidad mínima = 0,80 m
Rebose de la cámara de aquietamiento
⁄
( )
⁄
( ) ( )

8.  Perfil hidráulico
2
Pérdida entrada cámara aquietamiento (h = K DV /2g) (K=0.2):
V1 = 1,28 m/s V2 = 0,06 m/s h1 = 0,02 m
2
Pérdida entrada zona de sedimentación (h = K DV /2g) (K=0.2):
V1 = 0,06 m/s V2 = 0,01 m/s h2 = 0,00 m
1/2
Pérdidas paso cortina inicial y final ( Q = Cd Ao (2gH) ):
Ao = 1,35 m² h3 = 0,00 m
 Cálculo de diámetros de tuberías de excesos y lavado:
Tubería de excesos = 6 ''
Tubería de lavado:
Cota entrega desagüe de tubería de lavado: 1945,85
Cota batea a la salida del desarenador: 1947,25
Cota lámina de agua sobre tubería: 1949,75
H disponible = 3.90 m
 Pérdidas en conducción por L.E. (línea de energía).
Perdidas
Entrada normal 2,50 m
Válvula de compuerta 1,10 m
Codo radio corto 4,90 m
Te cambio dirección 10,00 m
Salida 5,00 m
Longitud de tubería 70,00 m
L.E. total 93,50 m
 Calculo de vaciado desarenado
J = H/L.E. = 0,04171 m/m
Q inicial = 0,053 m³/s
V= 2,92 m/s
2
V / 2g inicial = 0,44 m
pérdidas = 0,98 m
⁄
√
Cd = 0,42
⁄
( ⁄ )*
√
t vaciado = 1492 seg-25 min

9.  Cotas
Cota batea tubería de entrada: 1949,67
Cota lámina de agua entrada: 1949,77
Cota lámina agua entrada aquietamiento: 1949,75
Cota lámina agua entrada sedimentación: 1949,75
Cota corona muros sedimentador: 1950,07
Cota cresta vertedero cámara aquietamiento: 1949,68
Cota fondo cámara aquietamiento: 1949,25
Cota inferior pantallas: 1949,00
Cota prof. útil sedimentación: 1948,25
Cota placa fondo superior: 1947,45
Cota batea salida tubería lavado: 1947,25
Cota clave salida tubería lavado: 1947,45
Cota cresta vert. salida: 1949,73
Cota lámina agua vert. salida: 1949,58
Cota fondo vertedero salida: 1949,18 (0.40 m supuestos)
Cota entrada desagüe lavado: 1945,85 (Supuesta)

10. BIBLIOGRAFÍA
Texto
 López Cualla Ricardo Alfredo, elementos de diseño para acueductos y
alcantarillados. escuela colombiana de ingeniería, 1995.
Recursos web
 http://ingenieria.udea.edu.co/~jecanon/cursos/ejerciciosabastecimiento.htm
 http://tuprincesadevainilla.blogspot.com/2010/06/desarenador.html