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

8. CORTE TRANSVERSAL DEL DESARENADOR
VISTA EN PLANTA DE DESARENADOR

9. PLANO TOPOGRAFICO CUCAITA BOYACA

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