capitulo 8 aduccion desarenador

8/18/2019 Capitulo 8 Aduccion Desarenador

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INFORME PARCIAL Revisión: 1 Fecha: Mayo de 2010

8. ADUCCIÓN YDESARENADOR


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TABLA DE CONTENIDO

8. ADUCCIÓN Y DESARENADOR .......................................................................... 8-1 8.1 ADUCCIÓN .................................................................................................... 8-1

8.1.1 CALCULOS HIDRÁULICOS ................................................................... 8-1 8.1.1.1 Estimación de la perdida en el tubo de 24 pulgadas de diámetro: ... 8-2

8.1.1.2 Pérdida en la entrada del tubo .......................................................... 8-3 8.1.1.3 Pérdida en la salida del tubo ............................................................ 8-3

8.2 DESARENADOR ........................................................................................... 8-3 8.2.1 Caudal para cálculos ............................................................................... 8-3 8.2.2 Cálculos hidráulicos ................................................................................ 8-4 8.2.3 Otras consideraciones en el diseño ........................................................ 8-6

8.2.3.1 Muro difusor ...................................................................................... 8-7 8.2.3.2 Vertedero de excesos en la caja de llegada ..................................... 8-8 8.2.3.3 Vertedero de descarga de materiales flotantes pequeños ................ 8-8 8.2.3.4 Vertedero de salida del desarenador ................................................ 8-8 8.2.3.5 Compuertas de desague de las tolvas .............................................. 8-8

8.3 DISEÑO ESTRUCTURAL BOX O CANAL CUBIERTO QUE CONDUCE EL AGUA DE BOCATOMA AL DESARENADOR ......................................................... 8-9

8.3.1.1 CAJA EN DONDE DESCARGA EL BOX E INICIA LA TUBERIA ... 8-12


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8. ADUCCIÓN Y DESARENADOR

8.1 ADUCCIÓN

La aducción estará conformada por un canal cuadrado cerrado (box) como elpresentado en la Figura 1.

Figura 1. Esquema canal de aducción (sin escala)

8.1.1 CALCULOS HIDRÁULICOS

Área mojada = 0.60 x 0.40 = 0.24m2 Perímetro mojado = 0.60 + (2 x 0.40) = 1.40m2

Rh = Radio Hidráulico = =

0.24

1.40= 0.17

(Rh)2/3

= (0.17)2/3

= 0.3086

Velocidad en el box

= 1 ℎ2/31/2

= Velocidad en m/s


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= Coeficiente de Rugosidad del concreto = 0.015

Rh = Radio Hidráulico = 0.17

S = Pendiente Hidráulica a buscar.

v = =

0.210

0.24 = 0.875m/s

= ℎ2/32

= 0.875 x 0.0150.3086

2

= 1.8089 x 10-3

m/m

Pérdida Longitudinal en 80m = P1 = 80 x 1.8089 x 10-3 = 0.1447m

Pérdida en la salida de Box = h =22 =

(0.875)2

19.62= P2 = 0.039

Pérdida en las tres curvas = P3 = 0.70 x22 x 3 = 0.70 x 0.039 x 3 = 0.0819

Pérdidas en el Box = P1 + P2 + P3 = 0.1447 + 0.039 + 0.0819

Pérdidas en el Box = 0.2656m

Cota de agua inicial del canal= 192.073 m, menos pérdidas en el canal de 0.2656 m,resulta en una cota de agua en la caja que da inicio al tubo de 24 pulgadas de diámetrode 191.81 m.

8.1.1.1 Estimación de la perdida en el tubo de 24 pulgadas de diámetro:

En la Longitud:Q = 0.210m3/sC = 130 (Coeficiente de Rugosidad HAZEN – WILLIANS)

D = Diámetros en metros = 0.60m j = Pérdida Unitaria en m/m.

= 0.2785 x 130 x 0.602.63

1.851

= 8.71236 x 10-4

m/m

En 100 metros =h = 8.71236 x 10-4 x 100


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h = 0.087m

8.1.1.2 Pérdida en la entrada del tubo

h = 0.5022

V = =

0.785 x 0.602

= 0.743m/s

h = 0.50 0.743219.62

h = 0.01407m2

8.1.1.3 Pérdida en la salida del tubo

h =22 = h = 0.01407 x 2

h= 0.028m

Pérdidas en el tubo = P1 + P2 + P3 = 0.01407 + 0.087 + 0.028

Pérdidas en el tubo = 0.1297 ≅ 0.13m

Cota del agua en la caja que inicia el tubo 1991.81 m, menos perdidas en el tubo de0.13 m, resulta en la cota de agua en la cámara de entrada al desarenador= 191.68 m.

8.2 DESARENADOR

8.2.1 Caudal para cálculos

De acuerdo con el RAS 2000 se deben tener en cuenta los siguientes parámetros(Tabla 1):


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Tabla 1. Parámetros caudal de diseño del desarenador (RAS 2000)

A Caudal Máximo Diario 164,29 aproximadamente. 165 l/s

B Pérdida por aducción, conducción y consumo en planta 15,72

aproximadamente.

15 l/s

C El desarenador es del tipo de tres tolvas con lavado hidráulico

permanente, por lo cual se le adicionan 30 l/s; para descarga por

cada tolva de 10 l/s con las arenas que se acumulan en cada una de

ellas.

30 l/s

TOTAL 210 l/s

Por otra parte el RAS 2000, recomienda que se construyan dos unidades para nointerrumpir el flujo hacia la planta de tratamiento cuando sea requerido lavarla. Estoserá de gran ayuda técnica para este proyecto de acueducto, pues al no interrumpir elflujo hacia la planta, no se suspenderá el flujo por la conducción hacia las poblaciones yesta no se despresurizará, ya que por su longitud de 33 Km es fundamental mantenerlasiempre presurizada por la demora; y el cuidado que se debe tener para volverla apresurizar si se desocupa.

8.2.2 Cálculos hidráulicos

Caudal a tratar = 210 l/s.Se desarenará el 87.5% de partículas de diámetro 0.05 mm.Temperatura media del agua 20°C.La viscosidad cinemática del agua a 20°C es de 1.007x10-6 m2/s. (Página 10 del Manualde Hidráulica de AZEVEDO-ALVAREZ).

µ= 1.007x10-6

m2/seg = 1.007x10

-2 cm

2/s = 1.01x10

-6 cm

2/s

Por la Ley de STOKES para la velocidad de sedimentación de partículas.

P s= Peso específico del material a decantar = 2.65


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p= Peso específico del agua = 1.0d = Diámetro de partículas a decantar = 0,005 cm

= 118

x 981 x(2,65−1)0.0101

x 0.0052 = 0.222 cm/s

Según HAZEN, la fórmula para averiguar la velocidad de sedimentación de partículases:

20 = 10 °60

= 10 = 2.9 mm/s.

20 = 2.9 x 68° +1060

= 3.77 mm/s

Tomando el promedio de las velocidades de sedimentación tendremos:

= 2.22 + 3.772

= 2.99 mm/s

Se adopta la profundidad mínima recomendada para un desarenador de 1.5 metros.

El tiempo que dura la partícula en caer al fondo será de:

La capacidad del desarenador C = caudal por el periodo de retención.

Según HAZEN, la relación de periodo de periodo de detención sobre el tiempo endecantarse de la partícula para una eliminación del 87.5% de partículas de diámetro0.005 cm es 2.75.

Llamemos tiempo de detención a:

= 2.75; donde a= 502 x 2.75 = 1380 segundos.

La capacidad del desarenador será igual al caudal por el período de detención,

C = Q x = 0.210 m3/s x 1380 s = 289.8 m3,


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El área para h = 1.50 m será289 .9

1.5= 193.2 m2.

CS = Carga superficial es igual a la velocidad de sedimentación = 2.99 l/s/m2.

El área mínima recomendada es = Q/(c.s)= 210/2.99=70.2 m2, luego está bien, pues70.2 < 193.2.

Se recomienda que el largo L sea 4 veces el ancho b.

b x 4b = 193.2; b =193.24 0.5 = 6.95 m.

LLargo = 4 x 6.95 = 27.8 m.

Velocidad de translación máxima recomendada = 20 x velocidad de sedimentación = 20x 2.99 = 59.8 mm/s.

Velocidad de translación obtenida:

0.210

6.95 x 1.5= 0.02 m/seg = 20 mm/s

20 mm/s < 59.8 mm/s, OK

8.2.3 Otras consideraciones en el diseño

La tubería de aducción Ø24” que viene de la bocatoma, es necesario protegerla a sullegada al desarenador en ese punto, el terreno natural se encuentra en la cota 191.70;la tubería se bajará a cota de batea 189.63 para que le quede un recubrimiento de tierraa la clave del tubo de 1.43 m (191.70 - 189.63 - 0.64 = 1.43), con lo cual se garantizaque en una creciente de gran caudal no vaya a afectar la tubería por erosión.

La cámara de llegada tendrá entonces como cota de batea 189.63.

De esa cámara de llegada, el agua sube a un nivel superior con cota 190.63 en dondese encuentran dos compuertas de 0.60 x 1.25 m, para entrar respectivamente a cadadesarenador.

Pérdida en la salida de la tubería = 0.5 x ν2/2g


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Área de la tubería: 4

(0.60)2 = 0.2826 m2,

= =0.210

0.2826= 0.743 m/s,

ℎ = 0.5 x 0.7432

19.62= 0.014 m.

Pérdida por cambio de dirección = 0.40 x0.7432

19.62= 0.0113 m.

Pérdida por paso de la compuerta =

Área útil = 0.60 x 1.00 = 0.06 m2

ℎ = 0.2100.63 x 0.60

2

119.62

= 0.0157 m.

Nivel del agua en la cámara = 191.63 + 0.0157 = 191.646

Nivel del agua en el desarenador + pérdida por paso por la compuerta.

8.2.3.1 Muro difusor

Consta de 51 huecos Ø6” más 3 aberturas inferiores de 2.21 x 0.15

Área de un Ø6” =4

(0.16)2 = 0.02 m2

Área total de paso del agua = (51x0.02) + (2.21x0.15x2) = 1.682 m2

=

0.210

1.682

= 0.1248 m/s,

ℎ = ν22g

=0.12482

19.62= 7.935 x 10−4 = 0.000735m.


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8.2.3.2 Vertedero de excesos en la caja de llegada

L = 2.40 m.

Cota del vertedero = 191.68, para un caudal de 0.210 m3/s,

ℎ = 0.2101.70 x 2.40

0.6667

= 0.14 m. OK, se cuenta con 20 centímetros.

8.2.3.3 Vertedero de descarga de materiales flotantes pequeños

L = 0.50 m.q = 1.7 x 0.50 x (0.02)1.5 = 0.0024 m3/s.

8.2.3.4 Vertedero de salida del desarenador

L = 6.95 m.

Q = 1.95 m3/s

ℎ = 0.1951.70 x 6.95

0.6667

= 0.065 m.

Cota del agua en el desarenador = 191.63Carga sobre el vertedero = 0.0650Cota del agua en la caja de salida = 191.56

Por seguridad se baja a 191.53 m, considerando que al llegar el agua al vertedero ya sunivel ha bajado por descarga de 30 l/s para lavado permanente de las tres tolvas.

8.2.3.5 Compuertas de desague de las tolvas

Para las tolvas No. 1 y No. 2 las compuertas son de HF de Ø10”


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Área =4

(0.25)2 = 0.049 m2.

Caudal inicial de descarga

ℎ = 191.63 – 188.83 = 2.8 m.

Q = 0.60 x 0.049 x (19.62x2.80)0.5 = 0.217 m3/s

Cabeza de carga sobre la tubería Ø12” de desagüe:

Área Ø12” = 4

(0.30)2 = 0.0706 m2.

ℎ = 0.2170.60 x 0.0706

2

x1

19.62 = 1.33 m.

Las cajas en que descargan las compuertas y desde donde arrancan las tuberías tienen1.73 m de alto, luego no se desbordaran.

Para la tolva No. 3, la compuerta es de HD de Ø8”.

Área =4

(0.20)2 = 0.0314 m2.

Caudal inicial de descargaQ = 0.60 x 0.0314 x (19.62x2.80)0.5 = 0.140 m3/s.Cabeza de carga sobre la tubería Ø12” de desagüe

Área Ø12” = 0.0706 m2.

ℎ = 0.1400.60x0 .0706

2

x1

19.62 = 0.56 m.

Las cajas en que descargan las compuertas y desde donde arrancan la tubería tiene1.73 m de alto, luego no se desbordan.

8.3 DISEÑO ESTRUCTURAL BOX O CANAL CUBIERTO QUECONDUCE EL AGUA DE BOCATOMA AL DESARENADOR

La sección interna es de 0.60 x 0.60 con muros y placas de 0.20 de espesor.


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En los primeros 6.30m, que va adyacente a la escalera, se apoya en el concretociclópeo y este a su vez sobre roca (Figura 2).

Después, en parte va enterrado o elevado con apoyos en concreto ciclópeo cada 3.0m.

El agua va a 40cm de altura para Q = 210lps, pero aun suponiendo que en crecientelleve más caudal y lo llene por negligencia en el control de la compuerta de admisión,tendríamos hw = 0.60m (Figura 2).

La presión que causa esta altura hw = 0.60m es de solo = 0.18 T,

insignificante y el momento = 0.18 x 0.60/3= 0.036 T-m, despreciable.

Se armara entonces con,∆s min = 0.0018 x 100 x 15 = 2.70cm2 Refuerzo de Ø½” cada 30cm en ambos lados

Figura 2. Esquema canal cubierto

Para el caso en que vaya sobre apoyos cada 3.0m (Figura 3).


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Figura 3. Esquema apoyo

CargasMUROS 0.60 x 0.20 x 2.40 x 2 0.58

BASE 1.0 x 0.20 x 2.40 0.48

TAPA 1.0 x 0.20 x 2.40 0.48

AGUA 0.60 x 0.60 x 1.0 0.36

1.9 T/m

C.V. = 4 personas/m = 0.270

u = 1.40 x 1.35 x 1.90 + 1.70 x 0.27

u = 3.59 + 0.46 = 4.05 T/m

Se reparte esa carga entre los dos muros; 4.05/2 = 2.03 T/m.

Figura 4. Esquema refuerzo


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h = 0.60, d = 55

M =2

8=

2.05 x 32

8= 2.30 T-m

K =2.30 x 100

20 x 552 = 3.80 x 10-3

= 1.01 x 10-3

∆s = x 20 x 55 = 1.01cm2 ; colocar 2 Ø ½” abajo y Ø ½” cada 30cm en cada lado.

8.3.1.1 CAJA EN DONDE DESCARGA EL BOX E INICIA LA TUBERIA

Por la tabla III de C.P.A. (Cemento Portland Asoc.)

b/a =1.50

2.80= 0.53

Mx = 0.024 x (191.81 – 190.20) x (193.00 – 190.20)2 = 0.30 T-m

Mu = 0.30 x 2.29 = 0.69 T-m


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K =0.69 x 100

100 x 152 = 3.08 x 10-3

= 8.21 x 10-3

∆s = x 100 x 15 = 1.23cm2

My = 0.017 x (191.81 – 190.20) x (193.00 – 190.20)2 = 0.21 T-m

Mu = 0.21 x 2.29 = 0.49 T-m

K = 0.49 x 100100 x 152 = 2.18 x 10

-3

= 5.78 x 10-3

∆s = 0.86cm2

∆s mín = 0.0018 x 100 x 15 = 2.7cm2 ; Colocar Ø ½” cada 30cm en cada lado.

Figura 5. Esquema caja de carga de la tubería

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