estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción de

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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería

2018

Estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en Estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en

desarenadores de flujo horizontal construidos respecto a teorías desarenadores de flujo horizontal construidos respecto a teorías

de diseño de diseño

Jenny Paola Sanchez Gutierrez Universidad de La Salle, Bogotá

Leidy Katherin Jerez Rativa Universidad de La Salle, Bogotá

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ESTUDIO DEL PORCENTAJE DE EFICIENCIA DE LA REMOCIÓN DE ARENAS

EN DESARENADORES DE FLUJO HORIZONTAL CONSTRUIDOS RESPECTO A

TEORÍAS DE DISEÑO.

JENNY PAOLA SANCHEZ GUTIERREZ

LEIDY KATHERIN JEREZ RATIVA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

BOGOTÁ D.C. 2018

Estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en desarenadores de flujo

horizontal construidos respecto a teorías de diseño.

Jenny Paola Sánchez Gutiérrez

Leidy Katherin Jerez Rátiva

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar el título de ingeniera

civil.

Director temático

Ing. Edder Alexander Velandia Duran

MSc. Ing. Civil, MSc. Ing Industrial, Diploma en Liderazgo y Gobierno

Universidad de la Salle

Facultad de ingeniería

Programa de ingeniería civil

Bogotá D.C. 2018

Agradecimientos

Los autores expresan sus agradecimientos a:

Nuestro director EDDER ALEXANDER VELANDIA DURÁN por la gran

dedicación y colaboración tanto en el paso a paso del proyecto de investigación y

elaboración del documento como a la formación académica recibida.

De la misma manera queremos agradecer a los docentes que hicieron parte del

proceso de formación personal y profesional; especialmente a los ingenieros, Maria

Alejandra Caicedo, Luis Ayala, Alejandro Franco, Sofía Figueroa, Sandra Uribe, e.t.c, los

cuales influenciaron a fortalecer conocimientos y valores de manera representativa.

Agradecemos a los laboratoristas los cuales facilitaron el proceso de esta investigacion,

especialmente a Jesus Efren Martin ya que su colaboracion y dispocision fue indispensable

en este proceso.

Finalmente agradecemos a todas aquellas personas que colaboraron con el desarrollo de

este proyecto y a la UNIVERSIDAD DE LA SALLE por inculcar durante la formacion

profesional principios, valores y deberes con capacidad para servir a la sociedad.

Dedicatoria

A Dios, por guiar mi camino, por brindarme salud, sabiduría y dedicación para poder

llegar a cumplir mis sueños y metas.

A mis padres Gustavo Sánchez y Luz Gutiérrez por el amor y apoyo incondicional, por

ser mi motivación a diario, por acompañarme y orientarme en cada decisión tomada, por lo

valores y educación que me inculcaron en cada etapa de mi formación.

A mi abuela Lilia González por su amor incondicional, por su apoyo, por sus cuidados y

por brindarme confianza y esperanza.

A mi novio por acompañarme en esta etapa tan importante en mi vida, por aconsejarme

y apoyarme en los momentos de dificultad.

A la memoria de mi tía Pilar Gutiérrez, quien me demostró que siempre se debe luchar y

persistir por lo que se sueña.

Finalmente, a mí Familia quienes han estado incondicionalmente, este logro es también

de ellos.

Jenny Paola Sánchez G.

Dedicatoria

Toda la gloria sea para Dios, por la fortaleza y guía para continuar.

A mi madre Gloria Rátiva por enseñarme que jamás se debe desfallecer, por sus

consejos y miles de sacrificios para cumplir cada uno de mis sueños.

A mi Padre José Jerez por ser mi polo a tierra y mi mayor consentidor.

A mis hermanos Iván y Jhonatan por enseñarme el verdadero significado del amor,

lealtad y hermandad.

A mi prima Angie Sierra por su inmensa compresión, lealtad y conexión durante cada

etapa de mi vida.

A mi compañero de vida David Pantoja por sus consejos en los buenos y malos

momentos, creer en mí y ser un ejemplo.

Finalmente, miro hacia el cielo para dedicarle este logro a mi hermano, mi ángel, que

cada paso que doy es en honor a él, buscando llenar de orgullo su memoria.

Leidy Katherin Jerez Rátiva.

Tabla de contenido

Descripción del problema ................................................................................................ 18

Formulación del problema ........................................................................................... 20

Objetivos .......................................................................................................................... 20

Objetivo general ........................................................................................................... 20

Objetivos específicos ................................................................................................... 20

Justificación...................................................................................................................... 21

Delimitación ..................................................................................................................... 23

Marco de referencia.......................................................................................................... 23

Antecedentes (estado del arte) ..................................................................................... 23

Marco legal................................................................................................................... 26

Marco teórico ............................................................................................................... 28

Tipos de desarenador................................................................................................ 30

Clasificación de los desarenadores........................................................................... 33

Partes de un desarenador .......................................................................................... 35

Calidad del agua ....................................................................................................... 38

Metodologías de diseño de desarenadores ............................................................... 40

Metodología de Campo .................................................................................................. 117

Diagnóstico ................................................................................................................ 117

Toma de muestras en campo ...................................................................................... 117

Metodología aplicada en el laboratorio para el ensayo de solidos suspendidos totales.

........................................................................................................................................ 120

Materiales utilizados en la práctica de sólidos suspendidos totales ....................... 120

Procedimiento para la práctica de sólidos suspendidos totales .............................. 121

Descripción de desarenadores .................................................................................... 123

Fusagasugá ............................................................................................................. 123

Melgar .................................................................................................................... 126

Carmen de Apicalá ................................................................................................. 128

Girardot .................................................................................................................. 131

Mesitas del Colegio ................................................................................................ 133

Flandes ................................................................................................................... 136

Guamo .................................................................................................................... 139

Alvarado ................................................................................................................. 141

Facatativá ............................................................................................................... 143

Ventaquemada ........................................................................................................ 146

Resultados y análisis de resultados ................................................................................ 149

Desarenador de Fusagasugá ....................................................................................... 150

Desarenador de Melgar .............................................................................................. 152

Desarenador de Carmen de Apicalá ........................................................................... 154

Desarenador de Girardot ............................................................................................ 156

Desarenador de Mesitas del colegio ........................................................................... 158

Desarenador de Flandes ............................................................................................. 159

Desarenador de Guamo .............................................................................................. 161

Desarenador de Alvarado ........................................................................................... 163

Desarenador de Facatativá ......................................................................................... 164

Desarenador de Ventaquemada .................................................................................. 166

Metodología Cualla (1995) ........................................................................................ 169

Cálculo de porcentaje de remoción real ................................................................. 170

Cálculo de porcentaje de remoción teórico ............................................................ 170

Metodología Muñoz A.H (2015) ............................................................................... 176

Metodología Romero Corcho (1993) ......................................................................... 179

Metodología Muñoz H. M. (1997) ............................................................................. 183

Metodología Mijares (1961) ...................................................................................... 185

Conclusiones .................................................................................................................. 192

Recomendaciones ........................................................................................................... 195

Bibliografía ..................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Contenido de figuras

Figura 1.Desarenadores de flujo horizontal .......................................................................... 20

Figura 2. Problemas de turbiedad, acumulación de lodos, colmatación en desarenadores. . 21

Figura 3. Esquema de un acueducto ..................................................................................... 28

Figura 4. Esquema de un desarenador de flujo vertical ........................................................ 31

Figura 5. Esquema de un desarenador de alta rata ................................................................ 31

Figura 6.Esquema de un desarenador de vórtice .................................................................. 32

Figura 7. Esquema de un desarenador de flujo horizontal .................................................... 33

Figura 8. Corte de un desarenador ........................................................................................ 36

Figura 9.Trayectoria de sedimentación de una partícula discreta. ........................................ 45

Figura 10 .Velocidades de asentamiento y elevación de partículas esféricas discretas en un

fluido estático de acuerdo con el peso específico relativo de la partícula, la viscosidad

cinemática y la gravedad. .............................................................................................. 47

Figura 11. Velocidades de asentamiento y elevación de partículas esféricas discretas en

aguas estática a 10°c. .................................................................................................... 48

Figura 12. Planta de un desarenador ..................................................................................... 51

Figura 13 .Corte Longitudinal, Desarenador ........................................................................ 51

Figura 14.Zonificación de un Desarenador ........................................................................... 51

Figura 15.Coeficiente de seguridad ...................................................................................... 57

Figura 16.Desarenador convencional para PCH ................................................................... 61

Figura 17.Diámetro del grano y tiempos de sedimentación en un desarenador ................... 62

Figura 18. Dimensiones finales del desarenador .................................................................. 63

Figura 19. Porcentaje de remoción vs. Valores de a/t. ......................................................... 67

Figura 20. Sección transversal de dos desarenadores, con avenamiento. ............................. 71

Figura 21.Desarenador de flujo horizontal Fuente: Muñoz A. H (2015), depuración de

aguas residuales, pág.. 344 ............................................................................................ 75

Figura 22. Número de reynolds y coeficiente de rozamiento. .............................................. 77

Figura 23. Velocidad de sedimentación de partículas esféricas. .......................................... 78

Figura 24. Croquis de velocidades ........................................................................................ 80

Figura 25. Croquis de velocidades ........................................................................................ 80

Figura 26. Curvas de Hazen .................................................................................................. 81

Figura 27. Desarenador Quebrada Romerales primer plano ................................................. 92

Figura 28. Experiencia de Serellio. ....................................................................................... 95

Figura 29. Velocidad de sedimentación de granos de arena en agua. .................................. 97

Figura 30.Dimensiones para un tanque ................................................................................. 97

Figura 31. Esquema de un decantador ................................................................................ 101

Figura 32.Periodo de detención para diferentes profundidades y cargas superficiales. ..... 104

Figura 33.Velocidad horizontal para diferente relación longitud, profundidad de la zona de

sedimentación. ............................................................................................................ 106

Figura 34. Esquema de un desarenador .............................................................................. 110

Figura 35. Turbidímetro Hanna hi 93703 ........................................................................... 118

Figura 36 .Multiparámetro Hanna hi 991301 ..................................................................... 119

Figura 37. Montaje para SST .............................................................................................. 121

Figura 38.Capsulas en la estufa y en el desecador. ............................................................. 122

Figura 39.Papel de filtro, en el embudo .............................................................................. 122

Figura 40.Muestras con residuos ........................................................................................ 123

Figura 41.Mapa Veredal de Municipio Fusagasugá. .......................................................... 124

Figura 42. Desarenador de Fusagasugá .............................................................................. 124

Figura 43. Dimensiones desarenador Fusagasugá .............................................................. 125

Figura 44.Mapa Veredal de Melgar. ................................................................................... 126

Figura 45.Desarenador de Melgar ...................................................................................... 127

Figura 46.Desarenador de Melgar ...................................................................................... 127

Figura 47. Dimensiones desarenador melgar ...................................................................... 128

Figura 48.Mapa Carmen de Apicalá ................................................................................... 129

Figura 49.Desarenador de Carmen de Apicalá ................................................................... 130

Figura 50. Dimensiones desarenador Carmen de Apicalá. ................................................. 130

Figura 51.Ubicacion ciudad de Girardot ............................................................................. 131

Figura 52.Desarenador de Girardot .................................................................................... 132

Figura 53. Desarenador de Girardot ................................................................................... 133

Figura 54. Dimensiones desarenador de Girardot .............................................................. 133

Figura 55. Mapa localización de Mesitas del colegio. ........................................................ 134

Figura 56.Desarenador de Mesitas del Colegio .................................................................. 135

Figura 57. Dimensiones desarenador de Mesitas del Colegio. ........................................... 136

Figura 58. Mapa veredal de Flandes ................................................................................... 137

Figura 59. Desarenador de Flandes ..................................................................................... 138

Figura 60. Desarenador de Flandes. .................................................................................... 138

Figura 61. Dimensiones desarenador Flandes. ................................................................... 139

Figura 62. Mapa veredal municipio de Guamo. ................................................................. 139

Figura 63. Desarenador del Guamo .................................................................................... 140

Figura 64. Desarenador de Guamo ..................................................................................... 140

Figura 65. Plano desarenador del Guamo. .......................................................................... 141

Figura 66.Mapa municipio de Alvarado. ............................................................................ 142

Figura 67. Desarenador de Alvarado .................................................................................. 142

Figura 68. Dimensiones desarenador Alvarado. ................................................................. 143

Figura 69.Mapa Veredal de Municipio Facatativá. ............................................................ 144

Figura 70. Desarenador de Facatativá ................................................................................. 145

Figura 71. Dimensiones desarenador Facatativá ................................................................ 146

Figura 72. Mapa Veredal de municipio Ventaquemada. .................................................... 147

Figura 73. Desarenador de Ventaquemada ......................................................................... 148

Figura 74. Dimensiones desarenador Ventaquemada. ........................................................ 148

Contenido de tablas

Tabla 1. Número de Hazen (Vs/Vo) ..................................................................................... 18

Tabla 2. Establecimiento del régimen de sedimentación para depósitos de arena en agua, de

manera simplificada. ..................................................................................................... 48

Tabla 3. Relación entre diámetro de las partículas y velocidad de sedimentación. .............. 53

Tabla 4. Información usual para el diseño de desarenadores de flujo horizontal. ................ 64

Tabla 5. Para temperatura de 10°C ....................................................................................... 67

Tabla 6. Tipos de tanques ..................................................................................................... 68

Tabla 7. Velocidad de caída de partículas esféricas. ............................................................ 79

Tabla 8. Datos de proyecto representativos para desarenadores de flujo horizontal ............ 86

Tabla 9. Datos usuales para el diseño de desarenadores de flujo horizontal. ....................... 87

Tabla 10 Diámetro de partículas en función de la altura de caída ........................................ 94

Tabla 11 Diámetro de partículas en función con el tipo de turbina. .................................... 94

Tabla 12 Velocidades de sedimentación w calculado por Arkhangelski (1935) en función

del diámetro de partículas ............................................................................................. 95

Tabla 13 Valores de la constante k ....................................................................................... 96

Tabla 14 Coeficiente para el cálculo de desarenadores de baja velocidad. .......................... 99

Tabla 15. Coeficiente para el cálculo de desarenadores de alta velocidad ......................... 100

Tabla 16. Porcentaje de área adicional de sedimentación que debe proveerse ................... 107

Tabla 17. Clasificación de materiales en suspensión según su tamaño .............................. 108

Tabla 18. Valores de a/t ...................................................................................................... 112

Tabla 19. Resumen dimensiones de los desarenadores. ..................................................... 149

Tabla 20 Resultados de Turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 150

Tabla 21. Resultados de turbiedad, pH, temperatura a la salida ......................................... 150

Tabla 22. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 151

Tabla 23. Resultados SST a salida ...................................................................................... 151

Tabla 24. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la entrada .................................... 152

Tabla 25. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la salida ....................................... 152


Tabla 27. Resultados SST a la salida .................................................................................. 154

Tabla 28. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la entrada .................................... 154

Tabla 29. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la salida ....................................... 155



Tabla 32. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 156

Tabla 33. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 156

















Tabla 50. Resultados SST a la entrada. .............................................................................. 164










Tabla 60. Resumen de resultados para todos los desarenadores ......................................... 169

Tabla 61. Tiempo de retención ........................................................................................... 170

Tabla 62. Viscosidad cinemática del agua .......................................................................... 171

Tabla 63. Tiempo de sedimentación. .................................................................................. 172

Tabla 64. Resultados de periodo de retención. ................................................................... 172

Tabla 65. Porcentajes de remoción proyectados. ................................................................ 173

Tabla 66. Porcentajes de remoción según ecuación de Jorge Sáenz ................................. 174

Tabla 67. Comparación teórica vs. real .............................................................................. 174

Tabla 68. Velocidad de sedimentación. .............................................................................. 177

Tabla 69. Tasa de tratamiento. ............................................................................................ 177

Tabla 70. Rendimiento, n. ................................................................................................... 178

Tabla 71. Comparación porcentaje teórico vs. real. ........................................................... 178

Tabla 72. Velocidades de sedimentación. ........................................................................... 180

Tabla 73. Condiciones de deflectores. ................................................................................ 181

Tabla 74. Velocidad de sedimentación final ....................................................................... 181

Tabla 75. Capacidad teórica. ............................................................................................... 182

Tabla 76. Comparación de volúmenes. ............................................................................... 182

Tabla 77. Tiempos de sedimentación. ................................................................................ 183

Tabla 78. Condiciones de diseño ........................................................................................ 184

Tabla 79. Periodos de retención teóricos ............................................................................ 187

Tabla 80. Periodo de retención real. .................................................................................. 188

Tabla 81. Comparación periodos de retención teórico vs. real. .......................................... 190

Tabla 82. Resumen metodologías de autores. ..................................................................... 191

17

Introducción

Existen en la literatura diferentes criterios de diseño para la construcción de estructuras

hidráulicas como lo son desarenadores, para realizar el diseño de un desarenador de flujo

horizontal existe una variedad de autores los cuales aplican una metodología diferente

En Colombia se generó una tendencia a seguir la metodología de diseño del autor Cualla

(1995) en la cual se asume el porcentaje de remoción con base a unos datos ya establecidos;

estos valores se han buscado con el fin de encontrar un soporte que valide los datos

propuestos, pero no hay validación, por lo que hoy al hacer el diseño para un desarenador

de flujo horizontal se presentan una serie de suposiciones que pueden generar ineficiencias.

Este proyecto buscó realizar un estudio acerca del porcentaje de eficiencia de la

remoción de arenas en desarenadores de flujo horizontal realizando visitas técnicas a diez

desarenadores con diferentes tamaños y condiciones, ubicados en los departamentos de

Boyacá, Cundinamarca y Tolima. Se realizó el diagnostico de cada uno de ellos y se

emplearon unos estudios de características del porcentaje de remoción y eficiencia tales

como la turbiedad del agua, los sólidos suspendidos totales y parámetros como pH y

temperatura, estas pruebas se aplicaron mediante muestras para realizar una comparación

del porcentaje de remoción adquirido en campo y el porcentaje de remoción teórico,

Llegando así a una recomendación de cuál es la mejor opción de diseño.

Se encontró que las condiciones de mantenimiento influyen directamente en la eficiencia

del desarenador, al realizar una comparación entre el porcentaje de remoción obtenido en

campo y el teórico hallado con las condiciones de cada desarenador visitado, no hay

relación entre los porcentajes lo cual indica que los desarenadores no están en condiciones

óptimas cuando se encuentran en operación.

18

Descripción del problema

Existen en la literatura diferentes criterios de diseño para la construcción de estructuras

hidráulicas como lo son desarenadores, para realizar el diseño de un desarenador de flujo

horizontal existe una variedad de autores los cuales aplican una metodología diferente en

cada uno de los casos, algunos autores en específico hablan del tiempo de retención

hidráulico, velocidad de sedimentación, tiempo de suspensión de la partícula entre otros

aspectos. Así mismo emplean diversas metodologías con base a esas características para

hallar la eficiencia de un desarenador de flujo horizontal.

En Colombia, una metodología de diseño ampliamente usada es la propuesta por el autor

Cualla (1995), en la cual se asume el porcentaje de remoción con base a unos datos ya

establecidos. Estos valores se han buscado mediante una revisión del estado del arte con el

fin de encontrar un soporte que valide los datos propuestos, pero no se encontró tal

validación. La tabla 1 muestra la relación entre el porcentaje de remoción y las condiciones

de la pantalla deflectora (grado del desarenador) para hallar el valor de θ según el autor.

Tabla 1.

Número de Hazen (Vs/Vo)

Fuente: Cualla, 1995, Elementos de diseño para acueductos y alcantarillado, p.191

% Remoción

87,5 80 75 70 65 60 55 50

n=1 7,00 4,00 3,00 2,30 1,80 1,50 1,30 1,00

n=3 2,75 1,66 0,76

n=4 2,37 1,52 0,73

Máximo teórico 0,88 0,75 0,50

19

De esta metodología, se observa que en la tabla no se encuentran todos los valores, por

lo tanto, el diseñador puede estar asumiendo y continúa con el diseño de la estructura

alterando la metodología descrita por el autor.

Al encontrar una variedad de desarenadores de flujo horizontal con diferentes tamaños,

secciones, con o sin pantallas deflectoras, diferente calidad de agua y condiciones externas

como se muestra en la figura 1, se busca determinar por medio de ensayos y características,

que los prototipos diseñados cumplan y estén más cerca de los valores establecidos según la

tabla 1, para lo cual se realizaron pruebas de campo en las que se evaluaron diez

desarenadores de flujo horizontal donde se midió el porcentaje de remoción de arenas real

en campo junto con la eficiencia y se comparó con la eficiencia teórica descrita por

algunos autores y con el autor principal.

20

Figura 1.Desarenadores de flujo horizontal

Con el fin de garantizar un diseño que sea eficiente en operación, fue necesario revisar el

estado de arte de los desarenadores , donde se encontró 21 metodologías en las cuales los

autores aplican diferentes métodos de diseño, fue necesario realizar las muestras necesarias

y así comprobar si efectivamente el desarenador cumple con lo propuesto por los autores

cuando se encuentra en operación y así poder llegar a una claridad conceptual de cuál es la

metodología más conveniente.

Formulación del problema

¿Cuál es el porcentaje de eficiencia de remoción de arenas en los desarenadores

de flujo horizontal en campo validados respecto a diferentes criterios de diseño?

Objetivos

Objetivo general

Realizar un estudio acerca del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en

desarenadores de flujo horizontal construidos respecto a teorías de diseño.

Objetivos específicos

Realizar una revisión del estado del arte de diseño de desarenadores de flujo

horizontal.

Ejecutar un diagnóstico de diez desarenadores de flujo horizontal en municipios

de Colombia localizados en los departamentos de Cundinamarca, Boyacá y Tolima.

21

Comparar la eficiencia teórica respecto a la eficiencia real en los desarenadores

de flujo horizontal en operación objeto de estudio.

Presentar una recomendación de diseño con base en los resultados obtenidos

evaluando los criterios ya establecidos por los autores.

Justificación

Un desarenador es una estructura hidráulica importante en un acueducto, debido a que

esta estructura es la encargada de remover las arenas que vienen en el agua cruda. Su

función principal es retirar la arena y otros elementos sólidos o flotantes que viene en el

agua, proceso en el cual se disminuye la turbiedad del agua como se muestra en la figura 2,

la cual es fundamental en el proceso de sedimentación de partículas.

Figura 2. Problemas de turbiedad, acumulación de lodos, colmatación en desarenadores.

Fuente: http://evaporadoresindustriales.grupovento.com/depuracion-de-aguas-residuales-urbanas/

22

Este proceso es muy importante debido a que, por medio de la sedimentación y

remoción de arenas, en función de esto, los procesos en la planta de tratamiento serán más

fáciles o de lo contrario más complicados, ya que se puede formar colmatación en las

tuberías de aducción debido a la acumulación de solidos gruesos, al aumentar la cantidad de

partículas no removidas sería necesario realizar mayores requerimientos de lavado de las

estructuras en la planta de tratamiento, por lo que esto llevaría a ineficiencias en los

procesos de tratamiento de la planta. Por lo que se generaría un sobrecosto en el suministro

de químicos y así aumentaría el número de lavados de filtros y por lo tanto se generaría una

reducción en el rendimiento óptimo de la planta.

Este proyecto buscó determinar cuál efectivamente es el mejor criterio o conjunto de

criterios para el diseño y construcción de desarenadores de flujo horizontal en cuanto a la

eficiencia de remoción de arenas y reducción de la turbiedad. Para esto se propuso una

revisión en la literatura donde se encontró que existen diferentes autores los cuales aplican

diferentes parámetros y metodologías de diseño para la construcción de desarenadores de

flujo horizontal. Se encontró que en Colombia se utiliza como guía principal la

metodología planteada por el autor Cualla (1995) al revisar y comparar se evidencia que

hay una diferencia entre las ecuaciones y características en las metodologías de diseño para

desarenadores de flujo horizontal, debido a esto se busca llegar a una claridad conceptual al

momento de diseñar un desarenador de flujo horizontal.

23

Delimitación

Se midió la eficiencia en campo en función de parámetros como la turbiedad del agua,

solidos suspendidos y adicionalmente se tomaron lecturas de pH y temperatura, estos

parámetros se aplicaron a diez desarenadores de flujo horizontal en municipios de

Colombia, en el departamento de Boyacá (Ventaquemada), en el Departamento de

Cundinamarca (Facatativá, Fusagasugá, Girardot, Mesitas del Colegio), en el Departamento

de Tolima (Carmen de Apicalá, Melgar, Flandes, Guamo y Alvarado).

Se buscó que las diez estructuras a evaluar tuvieran diferentes dimensiones, estrategias

operacionales, caudales, calidad de agua cruda y estar ubicadas en zonas de diferentes

altitudes y condiciones climáticas.

Los parámetros de calidad del agua se tomaron en campo inmediatamente después de

recoger la muestra, mientras que el ensayo de sólidos suspendidos totales se realizó en los

laboratorios de ingeniería ambiental y sanitaria de la Universidad de la Salle. Las muestras

de agua se recogieron en botellas ámbar de 1 litro para garantizar más cubrimiento de agua

y siguiendo los protocolos recomendados. Así mismo, se realizaron muestras a diferentes

horas del día y en diferentes días para robustecer la información de campo.

Marco de referencia

Antecedentes (estado del arte)

En el año 2016 se realizó una investigación, en la Universidad de la Salle titulado,

“Estudio de la eficiencia en desarenadores ligados a un nivel de complejidad mediante un

modelo físico a escala reducida” por Gorrón(2016) y Acosta(2016) .El proyecto ocupó la

realización de un modelo a escala reducida de un tanque desarenador tomando como

24

referencia las aguas y características de sedimentos del rio Arzobispo de la ciudad de

Bogotá, con el cual se pueden realizar ensayos en un medio controlado y permitió evaluar

el comportamiento de la eficiencia mediante la modificación de componentes

fundamentales para su funcionamiento, estos fueron: las condiciones en la cámara de

aquietamiento, la inclinación de la pantalla deflectora y la distribución de las perforaciones

de la misma. Como resultado final se obtuvo que la eficiencia del desarenador está ligada

en mayor grado a la energía que posee el flujo al momento de entrar en la zona II, ya que

esta influye en la cantidad de movimiento de las partículas, por ende, las configuraciones

que contienen una estructura disipadora de energía en la cámara de aquietamiento son las

que presentan mayor eficiencia, aumentando el grado cuando además de disipar la energía

el flujo ingresa a la zona de depuración con una cota baja respecto a la superficie del flujo.

En el año 2010 se realizó una investigación, en la Universidad de la Salle titulado,

“Estado del arte de las estructuras: trampas de grasa y desarenadores en sistemas de

alcantarillado” por Granados (2010) y Villanueva (2010). En los sistemas de alcantarillado

se evidencia la acumulación de grasas y sedimentos, producto de los vertimientos

residenciales, industriales y comerciales, y otros provenientes de las calles, en todas las

ciudades colombianas.

Consecuencia del transporte de este tipo de residuos en las redes de alcantarillado se

generan problemas de taponamiento y desgaste de las tuberías de alcantarillado que

consecuentemente generan una reducción de la capacidad hidráulica y de su vida útil. Bajo

este planteamiento, se hace importante conocer los tipos de estructuras que pueden ser

empleadas para controlar las concentraciones sedimentos y grasas y las distintas

25

metodologías de diseño con el fin de identificar sus ventajas y desventajas en futuras

implementaciones. Algunas de las causas de la existencia de esta problemática se asocian a

situaciones de erosión de cuencas, problemas de cultura ciudadana (basuras arrojadas en las

vías y desechos dispuestos inadecuadamente en los aparatos sanitarios) y la inexistencia de

estructuras hidráulicas adecuadas que permitan reducir la carga de sedimentos y grasas a las

redes de alcantarillado. Bajo este contexto, la investigación se desarrolló con el objetivo de

construir un documento que consolide una parte importante del conocimiento asociado a este

tipo de estructuras hidráulicas y convertirse en un texto de consulta para el diseño de

estructuras tipo: desarenadores y trampas de grasa. Para cumplir con este propósito se realizó

una búsqueda y análisis de información en distintas fuentes como: internet, libros, proyectos de

grado, informes técnicos.

En el año 2012, se realizó una investigación en la Universidad Nacional Autónoma de

México, titulado “criterios de diseño de desarenadores a filo de corriente “por Domínguez

(2012). La investigación tiene por objetivo hacer una revisión y análisis de los criterios para

el cálculo de diseño de desarenadores, con el fin de concebir una nueva propuesta en un

modelo físico, en el caso particular de aquellos que se emplean en las obras de generación

de electricidad. La metodología empleada consideró el criterio de diseño de desarenadores

basada en la ecuación de continuidad y de Manning basada en la hipótesis de determinar el

ancho del canal aplicado en la solución a casos prácticos, en este caso, a partir de registros

experimentales. El estudio experimental del modelo físico permitió conocer su geometría,

diseñada y basada en encausar el agua con muros prolongados denominados muros guía. Su

función es hacer que el flujo se acelere, extrayendo mayor cantidad de sedimento.

La investigación tuvo como resultado que la nueva propuesta de desarenador contribuye

a incrementar la vida útil de la presa. Las ventajas observadas fueron que remueve el

26

material en poco tiempo, no necesita de complementos mecánicos para el desalojo del

sedimento, es económico y fácil de adaptarse a las condiciones topográficas del sitio. De

los resultados obtenidos en el modelo, surge la inquietud de continuar con una

investigación que garantice el desalojo de los sedimentos en las cercanías de la obra de

generación con la intención de que se extraiga la mayor parte del sedimento, proponiendo

un sistema que sea más económico y sobre todo sin vaciar la presa.

Marco legal

El presente proyecto se llevó a cabo bajo la normatividad descrita a continuación.

Leyes Descripción

Constitución Política de

Colombia de 2015, Artículo 78.

Título II.

“La ley regulará el control de calidad de bienes y

servicios ofrecidos y prestados a la comunidad, así

como la información que debe suministrarse al

público en su comercialización. Serán

responsables, de acuerdo con la ley, quienes en la

producción y en la comercialización de bienes y

servicios, atenten contra la salud, la seguridad y el

adecuado aprovisionamiento a consumidores y

usuarios.”


Colombia de 2015, Artículo 80.

Título II - Capítulo III.

“El Estado planificará el manejo y

aprovechamiento de los recursos naturales, para

garantizar su desarrollo sostenible, su

conservación, restauración o sustitución. Además,

deberá prevenir y controlar los factores de

deterioro ambiental, imponer las sanciones legales

y exigir la reparación de los daños causados.”


Colombia de 2015, Artículo

365. Título XII - Capítulo V.

“Los servicios públicos son inherentes a la

finalidad social del Estado. Es deber del Estado

asegurar su prestación eficiente a todos los

habitantes del territorio nacional. Los servicios

públicos estarán sometidos al régimen jurídico que

fije la ley, podrán ser prestados por el Estado,

directa o indirectamente, por comunidades

organizadas, o por particulares. En todo caso, el

Estado mantendrá la regulación, el control y la

vigilancia de dichos servicios.”

27

Leyes Descripción

“Artículo 40.- El Ministerio de Salud establecerá

cuáles usos que produzcan o puedan producir

contaminación de las aguas, requerirán su

autorización previa a la concesión o permiso que

otorgue la autoridad competente para el uso del

recurso.”

Código Nacional de Recursos

Naturales Renovables y de

Protección al Medio Ambiente,

artículo 137 de decreto-ley 2811

de 1974

“Artículo 52. Para el diseño, construcción,

operación y mantenimiento de los sistemas de

suministro de agua deberán seguirse las normas del

Ministerio de Salud.”

Régimen De Los Servicios

Públicos Domiciliarios - Ley

142 de 1994

a.- Las aguas destinadas al consumo doméstico

humano y animal y a la producción de alimentos.

b.- Los criaderos y hábitats de peces, crustáceos y

demás especies que requieran manejo especial.

Las fuentes, cascadas, lagos, y otros depósitos

corrientes de aguas, naturales o artificiales, que se

encuentren en áreas declaradas dignas de

protección.”

“Artículo 28. Redes. Todas las empresas tienen el

derecho a construir, operar y modificar sus redes e

instalaciones para prestar los servicios públicos,

para lo cual cumplirán con los mismos requisitos, y

ejercerán las mismas facultades que las leyes y

demás normas pertinentes establecen para las

entidades oficiales.

Reglamento Técnico del Sector

de Agua Potable y Saneamiento

Básico – RAS, Titulo B

(2017)

Para consumo humano no podrá sobrepasar los

valores máximos aceptables para cada una de las

características físicas que se señalan a

continuación.”

“Artículo 4°. Potencial de hidrógeno. El valor para

el potencial de hidrógeno pH del agua para

consumo humano, deberá estar comprendido entre

6,5 y 9,0.”

“Artículo 21. Frecuencias y número de muestras

de control de la calidad física y química del agua

para consumo humano que debe ejercer la persona

prestadora. El control de los análisis físicos y

químicos debe realizarse en la red de distribución

por parte de las personas prestadoras.”

28

Marco teórico

Un acueducto es un sistema o conjunto de sistemas de irrigación, que permite transportar

agua en forma de flujo continuo desde un lugar en el que ésta es accesible en la naturaleza,

hasta un punto de consumo distante. Cualquier asentamiento humano, por pequeño que sea,

necesita disponer de un sistema de aprovisionamiento de agua que satisfaga sus

necesidades vitales. La solución más elemental consiste en establecer el poblamiento en las

proximidades de un río o manantial, desde donde se acarrea el agua a los puntos de

consumo. Otra solución consiste en excavar pozos dentro o fuera de la zona habitada o

construir aljibes. Pero cuando el poblamiento alcanza la categoría de auténtica ciudad, se

hacen necesarios sistemas de conducción que obtengan el agua en los puntos más

adecuados del entorno y la aproximen al lugar donde se ha establecido la población. Dentro

de los acueductos se encuentran los desarenadores garrynevyll.blog(2010)

Un acueducto tiene en su sistema las siguientes fases: captación, desarenador, planta de

tratamiento de agua potable y red de distribución

Figura 3. Esquema de un acueducto

29

Obra de captación: el término genérico utilizado para las obras de captación, derivación

o toma en ríos es bocatoma. Por medio de esta estructura se puede derivar el caudal de

diseño que, por lo general, corresponde al caudal máximo diario. Las obras de captación

deben localizarse en zonas donde el suelo sea estable y resistente a la erosión, procurando

que la captación se haga en un sector recto del cauce, esto según Cualla (1995).

Desarenador: Tanque construido con el propósito de sedimentar partículas en suspensión

por la acción de la gravedad. Este elemento constituye un tratamiento primario, pero en

algunos casos es necesario realizar un tratamiento convencional de purificación de aguas.

Como se indicó anteriormente, el desarenador debe situarse lo más cerca posible de la

bocatoma, con el fin de evitar problemas de obstrucción en la línea de aducción. El material

en suspensión trasportado por el agua es básicamente arcilla, arena o grava fina. El objetivo

del desarenador, como tal, es la remoción de partículas hasta el tamaño de arenas. Se puede

ayudar el proceso de sedimentación mediante coagulación (empleo de químicos con el fin

de remover partículas tamaño arcilla), con lo cual se logra que las partículas más pequeñas

se aglomeren y sedimente a una velocidad mayor. El proceso de coagulación puede verse

en libros relacionados con el tema de purificación de agua Cualla (1995).

Planta de tratamiento de agua potable (PTAP): El tratamiento de aguas y las plantas de

tratamiento de agua son un conjunto de sistemas y operaciones unitarias de tipo físico,

químico o biológico cuya finalidad es que a través de los equipamientos elimina o reduce la

contaminación o las características no deseables de las aguas, bien sean naturales, de

abastecimiento, de proceso o residuales.

30

La finalidad de estas operaciones es obtener unas aguas con las características adecuadas

al uso que se les vaya a dar, por lo que la combinación y naturaleza exacta de los procesos

varía en función tanto de las propiedades de las aguas de partida como de su destino final.

Debido a que las mayores exigencias en lo referente a la calidad del agua se centran en

su aplicación para el consumo humano y animal estos se organizan con frecuencia en

tratamientos de potabilización y tratamientos de depuración de aguas residuales, aunque

ambos comparten muchas operaciones Aguasistec (2018).

Red de distribución: Esta se define como el conjunto de tuberías cuya función es

suministrar el agua potable a los consumidores de la localidad en condiciones de cantidad y

calidad aceptables, la unión entre el tanque de almacenamiento y la red de distribución se

hace mediante una conducción denominada línea matriz, la cual transporta el agua al punto

o a los puntos de entrada a la red Cualla (1995).

Tipos de desarenador

Desarenadores de flujo vertical: El flujo se efectúa desde la parte inferior hacia arriba.

Las partículas se sedimentan mientras el agua sube. Pueden ser de formas muy diferentes:

circulares, cuadrados o rectangulares. Se construyen cuando existen inconvenientes de tipo

locativo o de espacio. Su costo generalmente es más elevado. Son muy utilizados en las

plantas de tratamiento de aguas residuales. (fluidos.eia.edu, s.f.)

31

Figura 4. Esquema de un desarenador de flujo vertical

Fuente: http://sistemadetratamientodelagua.blogspot.com.co/2009/04/desarenador.html

Desarenadores de alta rata: Consisten básicamente en un conjunto de tubos circulares,

cuadrados o hexagonales o simplemente láminas planas paralelas, que se disponen con un

ángulo de inclinación con el fin de que el agua ascienda con flujo laminar.

Este tipo de desarenador permite cargas superficiales mayores que las generalmente

usadas para desarenadores convencionales y por tanto éste es más funcional, ocupa menos

espacio, es más económico y más eficiente. (fluidos.eia.edu, s.f.)

Figura 5. Esquema de un desarenador de alta rata

Fuente: http://tuprincesadevainilla.blogspot.com.co/2010/06/desarenador.html

32

Tipo vórtice: Los sistemas de desarenación del tipo vórtice se basan en la formación de

un vórtice (remolino) inducido mecánicamente, que captura los sólidos en la tolva central

de un tanque circular. Los sistemas de desarenador por vórtice incluyen dos diseños

básicos: cámaras con fondo plano con abertura pequeña para recoger la arena y cámaras

con un fondo inclinado y una abertura grande que lleva a la tolva. A medida que el vórtice

dirige los sólidos hacia el centro, unas paletas rotativas aumentan la velocidad lo suficiente

para levantar el material orgánico más liviano y de ese modo retornarlo al flujo que pasa a

través de la cámara de arena. (fluidos.eia.edu, s.f.)

Figura 6.Esquema de un desarenador de vórtice

Fuente: http://www.monografias.com/trabajos82/pretatamiento-aguas-residuales/pretatamiento-aguas-

residuales2.shtml

Desarenadores rectangulares de flujo horizontal: Es de flujo horizontal, el más utilizado

en nuestro medio. Las partículas se sedimentan al reducirse la velocidad con que son

transportadas por el agua. Son generalmente de forma rectangular y alargada, dependiendo

33

en gran parte de la disponibilidad de espacio y de las características geográficas. La parte

esencial de estos es el volumen útil donde ocurre la sedimentación.

Figura 7. Esquema de un desarenador de flujo horizontal

Fuente: https://es.slideshare.net/ingmariocastellon/desaarenadores-convencionales

Clasificación de los desarenadores

Los desarenadores pueden clasificarse según tres criterios

En función a su operación:

Desarenadores de purga continua, son aquellos en que las partículas decantadas son

inmediatamente removidas y evacuadas por un permanente caudal de lavado, que evitan

que estas queden depositadas en el desarenador.

Desarenadores de purga descontinuos o intermitente, son aquellos en los que los

sedimentos decantados se almacenan temporalmente en las cabinas de desordenación, para

luego ser removidas, y evacuados mediante operaciones de purga que se efectúan

periódicamente. (p., s.f.)

https://es.slideshare.net/ingmariocastellon/desaarenadores-convencionales

34

En función a la velocidad de escurrimiento:

Baja velocidad, cuando la velocidad media la corriente en el desarenador se encuentra

entre 0,20 y 0,60 m/s. Estos desarenadores garantizan la remoción de partículas finas.

Alta velocidad, cuando la velocidad media de la corriente en el desarenador se encuentra

entre 0,60 y 1,50 m/s. Estos desarenadores solo garantizan la remoción de partículas medias

o gruesas de material. (p., s.f.)

Por la disposición de las cabinas de des arenación:

Serie, desarenadores conformados por dos o más depósitos construidos uno a

continuación del otro.

Paralelo, desarenadores conformados por dos o más depósitos distribuidos paralelamente

y diseñados para que cada uno de ellos operé con una fracción del caudal total derivado

para centrales hidráulicas.

(fluidos.eia.edu, s.f.)

Tipos de sedimentación

Simple: La sedimentación puede ser Simple cuando las partículas que se asientan son

discretas, o sea partículas que no cambian de forma. Tamaño o densidad durante el

descenso en el fluido. La sedimentación simple es, por ejemplo, lo que ocurre en un tanque

desarenador que se coloca contiguo a la bocatoma y cuyo objeto es separar la arena del

agua.

Inducida: La sedimentación se denomina Inducida cuando las partículas que se

sedimentan son aglomerables es decir durante la sedimentación se aglutinan entre sí,

cambiando de forma, tamaño y aumentando de peso específico.

35

La sedimentación inducida es el tipo que se presenta en una planta de tratamiento y se

logra en un tanque, llamado sedimentador o decantador, que se coloca a continuación del

floculador y que permite la separación de las partículas floculantes que se forman en los

procesos de coagulación y floculación. Las partículas floculantes adquieren su dimensión,

forma y peso casi definitivo durante la floculación, de forma que su comportamiento en el

sedimentador es muy similar al de las partículas discretas. Es por esto que los criterios para

el diseño de los sedimentadores para agua coagulada se basan en la sedimentación de

partículas discretas, fenómeno que trata de representar la Ley de Stokes.

Según el sentido de flujo del agua en los sedimentadores, éstos pueden ser de flujo

horizontal, de flujo vertical y manto de lodos, y sedimentadores de alta rata. Dentro de los

primeros están los sedimentadores de plantas convencionales y los desarenadores.

(fluidos.eia.edu, s.f.)

Partes de un desarenador

Los desarenadores normalmente están compuestos por cuatro zonas.

1. Entrada

2. Zona de sedimentación

3. Salida

4. Zona de depósito de lodos

36

Figura 8. Corte de un desarenador

Fuente: SENA, 1999. Operación y mantenimiento de plantas de potabilización de agua, p.62

Entrada: Cámara donde se disipa la energía del agua que llega con alguna velocidad

de la captación. En esta zona se orientan las líneas de corriente mediante un

dispositivo denominado pantalla deflectora, a fin de eliminar turbulencias en la zona

de sedimentación, evitar chorros que puedan provocar movimientos rotacionales de

la masa líquida y distribuir el afluente de la manera más uniforme posible en el área

transversal.

En esta zona se encuentran dos estructuras:

Vertedero de exceso, se coloca generalmente en una de las paredes paralelas a la

dirección de entrada del flujo y tiene como función evacuar el exceso de caudal que

transporta la línea de aducción en épocas de aguas altas. Si no se evacua el caudal

excedente, por continuidad, aumenta el régimen de velocidad en la zona de sedimentación y

con ello se disminuye la eficiencia del reactor. Se debe diseñar para evacuar la totalidad del

37

caudal que pueda transportar la línea de aducción, cuando se dé la eventualidad de tener

que evacuar toda el agua presente.

Pantalla deflectora, prepara la zona de entrada y la zona de sedimentación, en ella se

realizan ranuras u orificios, de acuerdo con el diseño, a través de los cuales el agua pasa

con un régimen de velocidades adecuado para que ocurra la sedimentación, no debe

sobrepasar de 0,3 m/s. Los orificios pueden ser circulares, cuadrados o rectangulares,

siendo los primeros los más adecuados.

Zona de sedimentación: Sus características de régimen de flujo permiten la remoción

de los sólidos del agua. La teoría de funcionamiento de la zona de sedimentación se

basa en las siguientes suposiciones: asentamiento sucede como lo haría en un

recipiente con fluido en reposo de la misma profundidad. La concentración de las

partículas a la entrada de la zona de sedimentación es homogénea, es decir, la

concentración de partículas en suspensión de cada tamaño es uniforme en toda la

sección transversal perpendicular al flujo. La velocidad horizontal del fluido está por

debajo de la velocidad de arrastre de los lodos, una vez que la partícula llegue al

fondo, permanece allí.

La velocidad de las partículas en el desarenador es una línea recta; en esta zona se

encuentra una cortina para sólidos flotantes que es una vigueta que se coloca en la

zona de sedimentación, cuya función es producir la precipitación al fondo del

desarenador de las partículas o sólidos como hojas y palos que pueden escapar a la

acción desarenadora del reactor.

38

Zona de lodos: Comprende el volumen entre la cota de profundidad útil en la zona de

sedimentación y el fondo de tanque, el fondo tiene pendientes longitudinales y

transversales hacia la tubería de lavado.

Salida: Constituida por una pantalla sumergida, le vertedero de salida y el canal de

recolección. Se recomienda estar totalmente cubierta para evitar posible

contaminación externa. Londoño (2008).

Calidad del agua

El concepto de calidad del agua es usado para describir y regular las características

químicas, físicas y biológicas que se deben cumplir. Con base a esto se realizarán unos

ensayos que permitirán determinar la calidad del agua para el diseño de una estructura

hidráulica.

Ensayo de turbiedad del agua: Para determinar la turbidez del agua se determina por el

método nefelométrico, en el cual se mide la turbiedad mediante un nefelómetro y se

expresan los resultados en unidades de turbidez nefelometría (UTN). Con este método se

compara la intensidad de la luz dispersada por la muestra por una suspensión estándar de

referencia en las mismas condiciones de medida. Cuanto mayor sea la intensidad de luz

dispersada mayor será la turbiedad. Como suspensión estándar de referencia se utiliza una

suspensión de un polímero de formacina, la cual es fácil de preparar y de mejores

características reproducibles que las suspensiones de arcilla y otros materiales

anteriormente usados; por otra parte, las unidades nefelométricas de turbidez, basadas en el

estándar de formacina, son aproximadamente iguales a las unidades de turbidez de Jackson.

39

Ensayo de sólidos suspendidos totales: Las aguas crudas naturales contienen tres tipos

de sólidos no sedimentables: suspendidos, coloidales y disueltos. Los sólidos suspendidos

son transportados gracias a la acción de arrastre y soporte del movimiento del agua; los más

pequeños (menos de 0,01 mm) no sedimentan rápidamente y se consideran sólidos no

sedimentables, y los más grandes (mayores de 0,01 mm) son generalmente sedimentables.

Los sólidos coloidales consisten en limo fino, bacterias, partículas causantes de color, virus,

etc., los cuales no sedimentan sino después de periodos razonables, y su efecto global se

traduce en el color y la turbiedad de aguas sedimentadas sin coagulación. Los sólidos

disueltos, materia orgánica e inorgánica, son invisibles por separado, no son sedimentables

y globalmente causan diferentes problemas de olor, sabor, color y salud, a menos que sean

precipitados y removidos mediante métodos físicos y químicos y se calculan así:

( ( ) ( ))

( )

Ensayo determinación de pH: Desde una aproximación simplificada, el pH puede

definirse como una medida que expresa el grado de acidez o basicidad de una solución en

una escala que varía entre 0 y 14.

La acidez aumenta cuando el pH disminuye. Una solución con un pH menor a 7 se dice

que es ácida, mientras que si es mayor a 7 se clasifica como básica. Una solución con pH 7

será neutra. El valor de pH representa el menos logaritmo en base diez de la concentración

(actividad) de iones hidrógeno [H+]. Como la escala es logarítmica, la caída en una unidad

de pH es equivalente a un aumento de 10 veces en la concentración de H+. Entonces, una

muestra de agua con un pH de 5 tiene 10 veces más H+ que una de pH 6 y 100 veces más

40

que una de pH 7. Los cambios en la acidez pueden ser causados por la actividad propia de

los organismos, deposición atmosférica (lluvia ácida), características geológicas de la

cuenca y descargas de aguas de desecho.

El pH afecta procesos químicos y biológicos en el agua. La mayor parte de los

organismos acuáticos prefieren un rango entre 6,5 y 8,5. pH por fuera de este rango suele

determinar disminución en la diversidad, debido al estrés generado en los organismos no

adaptados. Bajo phis también pueden hacer que sustancias tóxicas se movilicen o hagan

disponibles para los animales. Rojas (2000).

Metodologías de diseño de desarenadores

A continuación, se presenta una recopilación de diferentes metodologías para el diseño

de desarenadores de flujo horizontal.

Cualla (1995)

El periodo de retención hidráulico que tarde una partícula de agua en entrar y

salir del tanque debe fluctuar entre 30 minutos y cuatro horas. Al final del horizonte

de diseño el periodo de retención hidráulico debe tender a ser corto, mientras que al

comienzo del periodo este tiende a ser largo.

Teoría de sedimentación, esta teoría fue desarrollada por Hazen y Stokes. Su

modelo de sedimentación de partículas se resume en la siguiente ecuación, de donde

se concluye que la velocidad de sedimentación de una partícula es directamente

proporcional al cuadrado del diámetro de esta. Este autor se basa en la ley Stokes

para hallar la velocidad de sedimentación.

41

donde:

Vs = Velocidad de sedimentación de la partícula (cm/s)

g= aceleración de la gravedad (981 cm/s2)

=Peso específico de la partícula

= Peso específico del fluido agua

= Viscosidad cinematica del fluido (cm2/s)

El flujo se reparte uniformemente a través de la sección transversal.

El agua se desplaza con velocidad uniforme a lo largo del tanque

Toda partícula que toque el fondo antes de llegar a la salida será removida

En primer lugar, se removerán todas las partículas con igual componente de velocidad

vertical, sin importar su punto de entrada. Igualmente, se removerán todas las partículas con

velocidad de sedimentación Vs, mayor que Vo. Las partículas con Vs menor que Vo

podrán removerse dependiendo de su nivel de entrada al tanque H.

Por semejanza de triángulos, se tiene:

Siendo V= volumen del tanque y Q = caudal. La velocidad de la partícula crítica

Vc Sera:

Siendo A= área superficial = B X L.

42

Según la ecuación de Stokes

Vs=

Remplazando la velocidad de la partícula crítica en la ecuación de Stokes, se

tiene:

√

Por otra parte, la relación V/Q es llamada periodo de retención hidráulico, y

H/Vo es el tiempo que tarda la partícula crítica en ser removida, en teoría, para

remover esta partícula se debe cumplir que:

Se adopta entonces un factor de seguridad en función de:

Porcentaje de remoción de partículas con Vs<Vo, de esta forma el autor calculo el

porcentaje de remoción con base a la velocidad de sedimentación y la velocidad inicial.

44

Grado del desarenador (n)

La clasificación de la eficiencia de las pantallas deflectoras se hace a través del

grado del desarenador.

n=1 Deflectores deficientes o ausencia de ellos

n=2 Deflectores regulares

n=3 Deflectores buenos

n=5 a 8 Deflectores muy buenos

n=-> ∞ Caso teórico

Para hallar el número de Hazen el autor utiliza la siguiente igualdad para de esta

manera hallar los valores del factor

o del número de Hazen para ser

determinados por medio de la Tabla 1.

Siendo Vs = Velocidad de sedimentación efectiva

Vo = Velocidad de sedimentación teórica = Q/A

= Numero de Hazen

45

Castillo (1997)

La trayectoria de sedimentación de una partícula discreta se representa en la figura

10.

Figura 9.Trayectoria de sedimentación de una partícula discreta.

Fuente: castillo, 1997, Acueductos, p.205

donde:

H*b = a y L*b = A

siendo:

A = Área superficial o longitudinal del desarenador.

a = Área transversal de la unidad de tratamiento.

Si se tiene una velocidad horizontal de translación definida y el caudal de diseño, se

puede determinar el valor de la sección transversal del volumen útil, o sea lo que se ha

denominado a.

46

Para la velocidad de sedimentación de partículas discretas se considera la sedimentación

de una partícula discreta en un líquido en reposo. Cuando se considera un fluido en reposo,

una partícula en él está sometida a la acción de dos fuerzas:

Una flotación Ff, que, de acuerdo con el principio de Arquímedes, es igual al peso del

volumen del líquido desplazado por la partícula y la fuerza gravitacional.

Ff * *Ɐ

Fg s*g*Ɐ

En estas expresiones:

ρ = densidad del agua

ρs = densidad de la partícula

Ɐ = volumen de la partícula

g = gravedad

Una región de flujo turbulento, para grandes números de Reynolds (Re=103 a 10

4),

para este caso:

Cd=0,4 y √ ( )

Una región de transición o intermedia entre los dos extremos indicados en los casos

anteriores, en la cual el valor de Cd puede ser calculado por la ecuación

√

47

Para la determinación de la velocidad de sedimentación se propone un

procedimiento que se reduce a las siguientes ecuaciones:

* ( )

+

⁄

[ ( ) ]

⁄

[ ( ) ]

⁄

En las ecuaciones anteriores, K1 y K2 se determinan mediante las figuras 10y 11.

Figura 10 .Velocidades de asentamiento y elevación de partículas esféricas discretas en un fluido estático

de acuerdo con el peso específico relativo de la partícula, la viscosidad cinemática y la gravedad.

Fuente: tomado de “PURIFICACION DE AGUAS Y TRATAMIENTO Y REMOCION DE AGUAS

RESIDUALES” Fair Geyer y Okun

48

Figura 11. Velocidades de asentamiento y elevación de partículas esféricas discretas en aguas estática a 10°c.

Fuente: tomado de “PURIFICACION DE AGUAS Y TRATAMIENTO Y REMOCION DE AGUAS

RESIDUALES” Fair Geyer y Okun

Usualmente los desarenadores se diseñan considerando régimen laminar y con menos

frecuencia para el régimen de transición. De manera general, las partículas de arena fina se

sedimentan en el régimen laminar. A grandes rasgos, el régimen de sedimentación de

partículas de arena, de acuerdo con su tamaño, puede ser clasificado con la tabla 2.

Tabla 2.

Establecimiento del régimen de sedimentación para depósitos de arena en agua, de manera simplificada.

Fuente: castillo, 1997, Acueductos, p.218

Diámetro de

partículas mm

Régimen

<0,085 Laminar

0,085 – 1 Transición

>1,0 Turbulento

49

Según recomendaciones la relación entre la velocidad y la velocidad vertical de

asentamiento no debe ser mayor a veinte. Teniendo en cuenta que se requiere que la

partícula que ha logrado sedimentar permanezca en el fondo, la velocidad horizontal de

translación del líquido, VH no debe exceder el valor de la velocidad de arrastre de la

partícula más pequeña que se quiera sedimentar; para desarenadores de flujo horizontal, no

provistos de tapa, normalmente se toma como 1/3 de la velocidad de arrastre según el autor

castillo (1997).

Por lo tanto:

VH

Y:

Para calcular la velocidad de arrastre de una partícula a la cual se inicia el arrastre de la

partícula considerada, se puede utilizar la formula empírica de Camp y Shields, para el

sistema métrico, la cual fue empleada por el autor Castillo (1997) es:

√( )

⁄

donde:

VA= Velocidad de arrastre de la partícula en cm/s.

Ss = Gravedad relativa de la partícula

d= Diámetro de la partícula cm.

50

Romero Corcho (1993)

La Partícula crítica es aquella que tiene una velocidad de sedimentación Vsc tal que, si

se encuentra a ras con la superficie libre al pasar de la zona de entrada a la zona de

sedimentación, llegara al fondo del tanque rectangular justo cuando la masa de agua que la

transporta pasa de la zona de sedimentación a la zona de salida

Por lo tanto, todas las partículas que tengan una velocidad de sedimentación Vsi igual o

mayor que Vsc, quedan sedimentadas y llegan a la zona de lodos quedando removidas en

un 100%; en cambio las partículas con velocidad de sedimentación menor que Vsc quedan

removidas en la proporción Vsi/Vsc. Lo anterior, se demuestra de la siguiente forma.

El tiempo que requiere la partícula critica o partícula de diseño para llegar a la zona de

lodos se denomina tiempo de retención nominal td.

donde:

Q = caudal de diseño

V= Volumen de la zona de sedimentación

La distancia máxima, H, que la partícula crítica alcanza a recorrer en td es:

51

La máxima altura h sobre el fondo, a la cual puede entrar una partícula con Vsi < Vsc

para llegar a la zona de lodo es:

Figura 12. Planta de un desarenador

Fuente: Romero Corcho, 1993, Acueductos teoría y diseño, p.185

Figura 13 .Corte Longitudinal, Desarenador


Figura 14.Zonificación de un Desarenador


52

Como la concentración de partículas a la entrada es homogénea, el porcentaje de ellas

que se sedimenta es:

Se concluye que la eficiencia de un sedimentador ideal solamente depende de la relación

entre la velocidad de las partículas y la velocidad de sedimentación crítica. A esta relación

se le conoce como numero de Hazen. Se concluye además que un desarenador se dísela

para remover un tamaño de partícula mínimo y todos los tamaños superiores a este y

además una fracción de todos los tamaños inferiores al mismo.

CEPIS (2015)

La CEPIS (Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente)

propone en su manual de diseño de desarenadores:

El periodo de diseño, bajo criterios económicos y técnicos es de 8-16 años.

El número de unidades mínimas en paralelo es 2 para efectos de mantenimiento. En

caso de caudales pequeños y turbiedades bajas se podrá contar con una sola unidad

que debe contar con un canal de by-pass para efectos de mantenimiento.

El periodo de operación es de 24 horas por día.

Debe existir una transición en la unión del canal o tubería de llegada al desarenador

para asegurar la uniformidad de la velocidad en la zona de entrada.

La transición debe tener un ángulo de divergencia suave no mayor de 12° 30´.

La sedimentación de arena fina (d<0,01 cm) se efectúa en forma más eficiente en

régimen laminar con valores de número de Reynolds menores de uno (Re<1,0).

53

La sedimentación de arena gruesa se efectúa en régimen de transición con valores

de Reynolds entre 1,0 y 1000.

La sedimentación de grava se efectúa en régimen turbulento con valores de número

de Reynolds mayores de 1000.

Tabla 3.

Relación entre diámetro de las partículas y velocidad de sedimentación.

Fuente

: Guía para

el diseño

de

desarenado

res y

sedimentad

ores CEPIS (2005)

Se determina la velocidad de sedimentación de acuerdo con los criterios indicados

anteriormente en relación con los diámetros de las partículas. Como primera aproximación

utilizamos la ley de Stokes.

Material Ф Limite

de las

partículas

# de

Reynolds

Vs Régimen Ley Aplicable

Grava >1,0 >10 000 100 Turbulento

√ (

)

Newton

Arena

Gruesa

0,100

0,080

0,050

0,050

0,040

0,030

0,020

0,015

1 000

600

180

27

17

10

4

2

10,0

8,3

6,4

5,3

4,2

3,2

2,1

1,5

Transición

(

)

[

( )

⁄

]

Allen

Arena

Fina

0,010

0,008

0,006

0,005

0,004

0,003

0,002

0,001

0,8

0,5

0,2

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

0,8

0,6

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

0,01

Laminar

(

)

Stokes

55

Siendo:

Vs : Velocidad de sedimentación (cm/seg)

D : Diámetro de la partícula (cm)

η : Viscosidad cinemática del agua (cm2/seg)

ρσ : Densidad de la arena

Al disminuir la temperatura aumenta la viscosidad afectando la velocidad de

sedimentación de las partículas. (Aguas frías retienen sedimentos por periodos más

largos que cursos de agua más calientes).

Para el dimensionamiento:

De tal manera que se obtiene el área superficial (As).

Determinar el área superficial de la unidad (As), que es el área superficial de la zona

de sedimentación, de acuerdo con la relación:

Siendo:

Vs: Velocidad de sedimentación (m/seg)

Q: Caudal de diseño (m3/seg)

56

Determinar las dimensiones de largo L (m), ancho B (m) y altura h (m) de manera tal

que se cumplan las relaciones o criterios mencionados anteriormente. Considerando

el espaciamiento entre la entrada y la cortina o pared de distribución de flujo.

Determinar el tiempo de retención To (horas), mediante la relación:

Determinar el número de orificios, cumpliendo con los criterios de diseño.

Siendo:

Vo : Velocidad en los orificios (m/seg)

Q : Caudal de diseño (m3/seg)

Ao : Área total de orificios (m2)

Siendo:

ao: Área de cada orificio (m2)

n: número de orificios

Se asume una eficiencia, de acuerdo con la figura 15 y se adopta un coeficiente de

seguridad.

57

Figura 15.Coeficiente de seguridad

Fuente: Tratamiento de Aguas Residuales, G. Rivas Mijares, 1978

RAS (2017)

En el caso que, se requiera el uso de un desarenador, éste debe instalarse en el primer

tramo de la aducción, lo más cerca posible a la captación de agua, de acuerdo con las

condiciones topográficas y geológicas de la zona. Preferiblemente, los desarenadores deben

ser del tipo auto limpiante. Los desarenadores deben contener canales o pasos directos para

su operación mientras se efectúa el mantenimiento.

Para el caso de los niveles de complejidad del sistema bajo y medio, cuando se haga uso

de estructuras de desarenación, estas pueden estar compuestas por un solo desarenador,

acompañado de un canal o estructura para el paso directo del agua mientras se ejecutan

labores de operación y mantenimiento en la estructura de desarenación. En el caso de

desarenadores diseñados con tolvas para efectos de auto limpieza, este canal podría evitarse

ya que no es necesario parar su operación, sin embargo, se debe construir para cuando

sucedan problemas estructurales en el desarenador lo cual impediría su funcionamiento.

La velocidad de asentamiento vertical de una partícula sedimentable se calcula como

función de la temperatura del agua y el peso específico de dicha partícula. Para el caso

58

particular de desarenadores, el peso específico de las partículas de arenas que serán

removidas por el desarenador se puede suponer igual que 2,65 gr/cm3.

Una vez establecidas las temperaturas del agua, el peso específico de la partícula y su

diámetro, la velocidad de asentamiento se calcula de acuerdo con ecuación de Stokes

mostrada a continuación:

( )

donde:

= Velocidad de sedimentación (m/s).

= Densidad de la partícula de arena (kg/m3).

= Densidad del agua (kg/m3).

d = Diámetro de la partícula de arena (m).

g = Aceleración de la gravedad (m/s2).

= Viscosidad cinemática del agua (m2/s).

La ecuación de Stokes es válida siempre y cuando el número de Reynolds de la partícula

sea inferior o igual a 1,0. El número de Reynolds de la partícula se calcula de acuerdo con

la siguiente ecuación:

.

59

donde:

Re = Número de Reynolds de la partícula (adimensional).

= Velocidad de sedimentación (m/s).

d = Diámetro de la partícula (m).

= Viscosidad cinemática del agua (m2/s).

En caso de que el número de Reynolds no cumpla la condición para la aplicación de la

Ley de Stokes (Re<1), se debe realizar un reajuste al valor de la velocidad de asentamiento

considerando la sedimentación de la partícula en régimen de transición (1<Re<104).

Para este fin, se determina el coeficiente de arrastre CD, la cual sólo puede ser resuelta

por iteración para la velocidad de asentamiento calculada, hasta que la velocidad de

asentamiento converja:

√

La velocidad de sedimentación de la partícula en la zona de transición se calcula

mediante la ecuación

√

( )

Una vez establecida la velocidad de asentamiento vertical de la partícula, la relación

entre la velocidad horizontal de flujo en el desarenador y dicha velocidad de asentamiento

debe ser inferior a 20. Adicionalmente, la velocidad máxima horizontal de 0,25 m/s.

60

El diseño debe asegurar que todas las partículas sedimentables con diámetros superiores

o iguales que 0,15 mm sean removidas por el desarenador. La eficiencia de este no puede

ser inferior al 80%.

Adicionalmente, se deben seguir las siguientes recomendaciones en el diseño del

desarenador:

1. El largo debe ser como mínimo 4 veces el ancho.

2. El tiempo de retención de las partículas muy finas no debe ser menor de 20 minutos.

3. La velocidad del flujo debe ser menor que 1/3 la velocidad crítica.

4. La carga superficial máxima será de 1000 m³/m²/día del área horizontal.

5. Se recomienda que la relación entre la longitud útil del desarenador y la profundidad

efectiva para almacenamiento de arena sea 10 a 1.

Muñoz (1997)

Esta metodología se propone por el autor para el diseño de un desarenador

convencional para una PCH (Pequeña central hidroeléctrica), un factor determinante en

la eficiencia de un proyecto de PCH. Las bocatomas Nozaki 2 y 3, después de la

compuerta de captación se puede proyectar un desarenador con compuerta de limpieza

dirigida al cauce del río para culminar empalmando con el canal de aducción.

La figura 16 representa un desarenador convencional utilizado para PCH, la

estructura consta de una compuerta que facilita su auto limpieza en dirección hacia el

cauce natural.

61

Diseño hidráulico: la primera etapa de cálculo para dimensionar un desarenador

consiste en determinar la longitud requerida. La longitud del desarenador y el tiempo de

sedimentación de las partículas. Para determinar la longitud del desarenador, se puede

utilizar la siguiente ecuación:

donde:

L= longitud del desarenador, en mts.

V= velocidad del agua, en m/seg.

H= profundidad del desarenador, en mts.

T= Tiempo de sedimentación, en segundos.

C= coeficiente de seguridad.

Figura 16.Desarenador convencional para PCH

Fuente:Muñoz 1997 ,Hernán Materón,p107

62

Figura 17.Diámetro del grano y tiempos de sedimentación en un desarenador

Fuente:Muñoz 1997 ,Hernán Materón,p108

En las PCH, para dimensionar un desarenador, se pueden observar las siguientes pautas:

La velocidad del agua debe ser inferior 0,3 m/s.

El diámetro máximo del grano, entre 0,15 a 0,30 mm.

La capacidad de desarenación, entre 1,5 a 2,0 veces la capacidad teórica.

Los tiempos de sedimentación de los diferentes granos de arenas se pueden estimar

con base en la figura 18.

63

Figura 18. Dimensiones finales del desarenador

Fuente:Muñoz 1997 ,obras hidraulicas rurales,p109

Para diámetros superiores, se observa que la longitud del desarenador disminuye

manteniendo constante los demás parámetros. También se observa que la utilización de un

coeficiente de seguridad alto con lleva a elevar los costos de construcción; en todos los

casos el determinante para seleccionar el diámetro de la partícula a desarenar está ligado a

la eficiencia del proyecto y, por otra parte, al presupuesto e importancia de la obra.

Crites & Tchobanoglous (2000)

El autor emplea una metodología con base a la remoción de arenas en la cual emplea

unas consideraciones de diseño en la cual el diseño de desarenadores se basa por lo general

en la remoción de partículas con gravedad especifica de 2,65 y una temperatura del agua

residual de 15,5°C (60°F). A continuación, se realiza una descripción de las

consideraciones de diseño usadas para las diferentes clases de desarenadores. En la tabla 4

se presentan datos usuales para el diseño de desarenadores de flujo horizontal

64

Tabla 4..

Información usual para el diseño de desarenadores de flujo horizontal

Fuente: Crites & Tchobanoglous (2000). Tratamiento de aguas residuales en pequeñas poblaciones, pag292.

El desarenador más antiguo es el de flujo horizontal de tipo canal con velocidad

controlada. Este desarenador opera en la práctica a velocidades cercanas a 1,0 pies/s (0,3

m/s), proporcionando tiempo suficiente para que las partículas de arena sedimenten en el

fondo del canal. Bajo condiciones ideales, la velocidad de diseño debe permitir la

sedimentación de las partículas más pesadas, mientras que las partículas orgánicas pasan a

través del sedimentador. La velocidad de flujo se controla con las dimensiones del canal y

el uso de vertederos con secciones especiales para el efluente.

Mijares (1961)

Esta metodología implementa una sedimentación aplicada a todo solido más pesado que

el agua tiende a precipitarse al fondo del recipiente que lo contenga tan pronto las

velocidades horizontales del líquido disminuyan hasta ciertos límites. Se establece un

descenso que depende, naturalmente, de la gravedad específica del material sólido, del

tamaño y forma de las partículas y de la gravedad específica y viscosidad del líquido que lo

contiene.

Valor

Parámetro Unidad Intervalo Valor

usual

Tiempo de retención s 45-90 60

Velocidad horizontal Pie/s 0,8-1,3 1,0

Velocidad de sedimentación para remover:

Material malla 50 (0,30mm)


Pie/min

Pie/min

9,2-10,2

2,0-3,0

9,6

2,5

Perdidas de carga en la sección de control como porcentaje de la profundidad del

canal

% 30-40 36

Longitud adicional por aumento en turbulencia a la entrada y salida % 25-50 30

65

Se ha estudiado el descenso en aguas tranquilas, a 10°C y la rata de asentamiento,

expresada en milímetros por segundo, que se denomina asentamiento hidráulico.

La velocidad de precipitación v, en mm/seg, puede ser calculada por la fórmula:

( )

donde:

s: es la gravedad especifica de la partícula

s: la gravedad especifica del líquido

d: el diámetro de la partícula en milímetros

t: la temperatura del líquido en grados Fahrenheit.

Por otra parte, como el volumen de una partícula, aproximadamente de forma esférica,

varia con el cubo de su diámetro, y su superficie con el cuadrado de su diámetro, se deduce

que una partícula, mientras más pequeña sea, tiene mayor área superficial por unidad de

peso y presenta, en consecuencia, mayor dificultad para descender en el líquido.

Hazen mostró que la Ley de Stokes no se aplica a partículas mayores de 0,10 mm de

diámetro y que ellas presentan un asentamiento hidráulico cuyo valor vario con la primera

potencia del diámetro, a diferencia de la formula anterior, arriba mostrada; así, pues, se

escribirá (para partículas entre 0,1 y 1 mm de diámetro):

( ) (

)

66

Se muestra la tabla 5, que los valores de los asentamientos hidráulicos que varían de

acuerdo con la granulometría de las partículas y peso específico de las partículas arenosas

que se encuentran muchas veces suspendidas en las aguas de cursos superficiales.

Esos valores de asentamiento no pueden ser obtenidos realmente en la práctica, ya que

en un tanque cualquiera circula el agua a una cierta velocidad horizontal (relación del gasto

que pasa por el tanque dividido entre su área transversal) cuando existe un gasto a través de

él. La acción del viento perturba la superficie del agua; la temperatura varía con la

profundidad del agua y se establecen corrientes verticales.

Además, los aditamentos de entrada y salida no pueden producir un desplazamiento

100% uniforme. Uno de los puntos más importantes en este diseño es el de mantener una

velocidad horizontal muy baja, para que no influya apreciablemente en el asentamiento

vertical de las partículas.

Hazen estudió para varios tipos de tanques de sedimentación la relación entre periodos

de retención y los porcentajes de cualquier tamaño de partículas que se desee remover.

Estos valores pueden seleccionarse de la figura 19.

67

Tabla 5.

Para temperatura de 10°C

Fuente: (Mijares 1961), Abastecimientos de aguas y alcantarillados, pag132

Figura 19. Porcentaje de remoción vs. Valores de a/t.

Fuente: (Mijares 1961), abasteciemientos de aguas y alcantarillados,p132.

Tipo de tanque Línea del grafico

70

50%

rem.

75%

rem.

7/8

rem.

Teórico máximo (no se puede obtener). A 0,5 0,75 0,875

Desnatador superficial (sistema Rockner-Roth). B 0,54 0,98 1,37

Tanque intermitente, en tiempo de servicio

solamente.

C 0,63 1,26 1,89

Tanque flujo continuo, limite teórico. D 0,69 1,38 2,08

Aproximado al límite teórico. 16 0,71 1,45 2,23

Muy bien acondicionado, con pantallas. 8 0,73 1,52 2,37

Bien acondicionado, con pantallas 4 0,76 1,66 2,75

2 tanques en serie 2 0,82 2,00 3,70

1 tanque largo, bien controlado 1 1/2 0,9 2,34 4,5

Tanque intermitente medio tiempo en servicio E 1,26 2,5 3,8

1 tanque continuo 1 1,00 3,00 7,00

68

Los tipos de tanques que corresponden a cada una de las denominaciones de la figura 20

están dados en la tabla 6.

Tabla 6.

Tipos de tanques

Valores a/t

Tipo de tanque Línea del grafico

(figura 19)

70

50% rem. 75% rem. 7/8 rem.

Teórico máximo (no se puede obtener). A 0,50 0,75 0,875

Desnatador superficial (sistema Rockner-Roth). B 0,54 0,98 1,37

Tanque intermitente, en tiempo de servicio solamente. C 0,63 1,26 1,89

Tanque flujo continuo, limite teórico. D 0,69 1,38 2,08

Aproximado al límite teórico. 16 0,71 1,45 2,23

Muy bien acondicionado, con pantallas. 8 0,73 1,52 2,37

Bien acondicionado, con pantallas 4 0,76 1,66 2,75

2 tanques en serie

2 0,82 2,00 3,70

1 tanque largo, bien controlado 1 1/2 0,90 2,34 4,50

Tanque intermitente medio tiempo en servicio E 1,26 2,50 3,80

1 tanque continuo 1 1,00 3,00 7,00

Fuente: Mijares (1961), abastecimientos de aguas y alcantarillados, pag133

Donde:

a: Periodo de retención

t: tiempo requerido por una partícula en caer desde la superficie del agua al

fondo del tanque.

Para nuestro caso, con desarenadores trabajando continuamente, el periodo de

retención está dado por:

69

Rojas (2004)

Según el autor los desarenadores de flujo horizontal, para aguas residuales, se diseñan

para una velocidad horizontal de flujo aproximadamente igual a 30 cm/s. dicha velocidad

permite el transporte de la mayor parte de partículas orgánicas del agua residual a través de

la cámara y tiende a resuspender el material orgánico sedimentado, pero permitiendo el

asentamiento del material pesado inorgánico.

En los diseños iniciales, con el objeto de controlar la velocidad para caudales variables,

se utilizaban plantas hasta con doce canales desarenadores angostos, los cuales se sacaban o

ponían en servicio para controlar la velocidad a medida que el flujo variaba.

Para el diseño se recomienda conocer los caudales extremos de operación con el fin de

garantizar remoción del material inorgánico para todas las condiciones de flujo.

Generalmente los desarenadores para aguas residuales se diseñan para remover todas las

partículas de diámetro mayor de 0,21 mm, aunque también se diseñan para remover

partículas de 0,15 mm.

Teniendo como supuesto de diseño arena de densidad relativa 2,65, la velocidad de

asentamiento para partículas 0,21 mm de diámetro se supone igual a 1,15 m/minuto y para

partículas de 0,15 mm de diámetro una velocidad de asentamiento de 0,75 m/minuto.

Para arena u otros materiales de densidad relativa menor a 2,65, se deben considerar

velocidades menores de asentamiento.

La longitud del canal desarenador estará determinada por la profundidad requerida por la

velocidad de asentamiento y por la sección de control. El área de la sección transversal del

canal estará definida por el caudal y por el número de unidades o canales. Se debe proveer

70

una longitud adicional a la teórica para compensar los efectos de turbulencia a la entrada y

a la salida.

Se recomienda una longitud mínima adicional igual a dos veces la profundidad máxima

de flujo y una longitud máxima adicional de flujo del 50% de la longitud teórica. El tiempo

típico de retención es aproximadamente un minuto.

La cantidad de arena varía mucho de una a otra localidad. Depende, entre otros factores,

de las características del área de drenaje, de las condiciones y tipo de alcantarillado, de la

frecuencia de lavado de las calles, del tipo de residuos industriales, del número de

desmenuzadores de basura servidos, de la población servida y de la proximidad de playas,

balnearios y canteras o zonas de explotación de materiales de construcción.

Steel (1972)

Un desarenador debe eliminar la gravilla y arena, y tan solo una mínima proporción de

los sólidos orgánicos en suspensión. La experiencia ha demostrado que la eliminación de

todas las partículas de arena de 0,2 mm o más evitara las dificultades de la planta de

tratamiento.

A 10°C las partículas de este tamaño sedimentan a 20,6 mm por segundo. Si la

temperatura de las aguas residuales es de 21°C, dichas partículas sedimentaran a 27,4 mm

por segundo. El tiempo de retención en el desarenador deber ser lo suficiente largo para

permitir que una partícula de este tamaño sedimente desde la superficie hasta el fondo. Las

velocidades horizontales medias, normales en los desarenadores de tipo convencional, son

de 22,5 a 30 cm por segundo, las cuales permiten tiempos de retención que evitan la

excesiva sedimentación de materia orgánica. Si se adopta una velocidad de 22,5 cm/seg, se

precisará una longitud de cámara de alrededor de 9cm, por cada centímetro que la partícula

71

de 0,2 mm de tamaño, indica que el movimiento de las partículas se producirá a

velocidades de 30 cm por segundo, pero no a 22,5 cm por seg.

La construcción se complica debido a la presencia de otros factores. Es preciso evitar en

lo posible los remolinos y otras perturbaciones, lo que se consigue dando forma curva a los

lados del canal para evitar los cambios bruscos de la dirección de la corriente.

Las variaciones del caudal de los líquidos residuales darían lugar a modificación de su

velocidad en la cámara, lo que se evita construyendo dos o tres cámaras en paralelo y

colocando en servicio las necesarias según el caudal de las aguas residuales.

Este tipo se ilustra en la figura 20. Las cámaras deben estar provistas de elementos para

almacenar las arenas, en cantidad que dependerá de las que contenga el líquido que ha de

tratarse y del intervalo entre limpiezas. La cantidad de arena que ha de eliminarse varía

mucho de una instalación a otra y, aun en una dada, con el tiempo.

Para los cálculos se considera ordinariamente que la cantidad de arena que ha de

eliminarse es de 0,015 a 0,006 litros/m3, y el espacio para almacenamiento que se reserva

en el fondo del tanque se adopta de manera que los intervalos de limpieza sean, como

promedio, de unas dos semanas.

Figura 20. Sección transversal de dos desarenadores, con avenamiento.

Fuente: Steel (1972), abastecimiento de agua y alcantarillado, pag 513

72

Los desarenadores se construyen actualmente con vertederos de control o aliviaderos de

otras formas, en el extremo de salida, para mantener la velocidad aproximadamente

constante al variar los caudales.

El vertedero de caudal proporcional de Rettger tiene una forma tal que el caudal a través

de este es directamente proporcional a la altura sobre su cresta. Si esta altura es también la

profundidad de la cámara de desarenado, o desarenador, el caudal será también

proporcional a dicha altura, la velocidad media será uniforme. La fórmula para este tipo de

vertedero es:

En la que Q es el caudal en litros por segundo, h es la altura sobre el vertedero en dm y b

es la constante del vertedero. Dicha constante es l √h, en donde l es la longitud del

vertedero en dm para cualquier h la formula puede escribirse, por tanto.

√

La fórmula se emplea presuponiendo el máximo caudal de agua residual para el

desarenador y la correspondiente altura sobre el vertedero.

A partir de esto puede calcularse √ , y de este modo se puede conocer b y la longitud

del vertedero. A partir de este valor de b pueden calcularse las longitudes para otros valores

de h, juntamente con los valores de Q.

Si se supone que la cresta del vertedero se halla en el fondo de la cámara de desarenado,

la h correspondiente al máximo caudal será la profundidad, y el ancho puede ser tal que la

velocidad resulte ser la deseada, por ejemplo 22,5 cm/seg.

73

Si se da una mayor profundidad para permitir la recogida de la arena, se verá afectada la

velocidad en el desarenador.

La eliminación mecánica continua resolverá esta dificultad. Para llegar a conocer las

dimensiones del vertedero, el área correspondiente a las largas superficies

aproximadamente triangulares se transforma en un rectángulo equivalente debajo de la

cresta teórica. La longitud del desarenador deber ser suficiente para permitir la

sedimentación de las partículas de arena más pequeñas que se desee eliminar. El vertedero

proporcional es de caída libre y por lo tanto requiere considerable altura.

Muñoz A. H (2015)

La función de un desarenador según el autor es separar los elementos pesados en

suspensión (arenas, arcillas, limos), que lleva el agua residual y que perjudican el

tratamiento posterior, generando sobrecargas en fangos, depósitos en las conducciones

hidráulicas, tuberías y canales, abrasión en rodetes de bomba y equipos, y disminuyendo la

capacidad hidráulica.

La retirada de estos solidos se realiza en depósitos, donde se remansa el agua, se reduce

la velocidad del agua, aumentando la sección de paso.

Las partículas en sucesión debido al mayor peso se depositan en el fondo del depósito

denominado desarenador. Esta retención se podría hacer en los tanques de decantación,

pero la mezcla de arenas y lodos complicaría los procesos siguientes del tratamiento de

lodos. Los desarenadores se clasifican así:

74

Desarenadores de flujo horizontal

Desarenadores de flujo vertical

Desarenadores de flujo inducido

El tipo más corriente es el desarenador de flujo horizontal, constituido por un

ensanchamiento en la sección del canal pretratamiento, de forma que se reduzca la

velocidad de la corriente a valores inferiores a los 20-30 cm/s.

La eficacia del desarenador depende fundamentalmente de su superficie horizontal y de

la velocidad de caída de las partículas en suspensión. La profundidad, sección transversal y

velocidad horizontal de circulación tienen importancia secundaria

El principal inconveniente de este tipo de desarenador, de flujo horizontal reside en el

hecho de que la velocidad horizontal de circulación “v”, y el calado de la lámina de agua, al

ser función del caudal afluente, sufren continuas variaciones en el tiempo. Los distintos

sistemas de vertedero proporcional ideados para la regulación de velocidad no han

conseguido obviar todos los problemas surgidos.

Para calcular la velocidad critica cualesquiera que sean del tipo y los parámetros de

dimensionamiento adoptados para el desarenador, la velocidad de flujo de corriente debe

ser inferior a aquella para la cual se inicia el arrastre de la arena retenida.

La expresión analítica de esta velocidad, denominada velocidad crítica “Vc” ha sido

calculada por Bloodgood.

√ ( )

75

donde

Vc= Velocidad critica en m/s

s= Peso específico de la partícula en Kg/dm3

d= diámetro de la particular en m

Dos técnicas son la base de los procedimientos utilizados en la separación de arenas: La

separación natural por decantación en canales o depósitos apropiados, y la separación

dinámica con procesos utilizando inyección de aire o efectos de separación centrifuga, en la

figura 21 se representa un desarenador de flujo horizontal.

Figura 21.Desarenador de flujo horizontal

Fuente: Muñoz A. H (2015), depuración de aguas residuales, pág.. 344

La teoría aplicable a la sedimentación de partículas discretas, incluyendo bajo esta

denominación aquellas caracterizadas por unas dimensiones definidas, así como volumen y

densidad fija.

En la situación señalada de equilibrio entre ambas fuerzas se tiene F=R. Siendo:

F= fuerza gravitatoria

R= fuerza de rozamiento generada por el desplazamiento de la partícula.

( )

76

donde:

ρd = densidad de la partícula

ρ = densidad del liquido

g = aceleración de la gravedad

V = Volumen de la partícula

Cd = Coeficiente de rozamiento

Ap = Superficie de la partícula en un plano perpendicular a la dirección de

desplazamiento de la partícula

v = Velocidad de caída de la partícula

De la igualdad de las dos fuerzas, se obtiene la expresión de la velocidad de caída de la

partícula, dada por:

(

)

Para partículas esféricas, la expresión puede reducirse a:

(

)

Siendo “d” el diámetro de la partícula.

El coeficiente de rozamiento depende del régimen de corriente del líquido en el que se

desplaza la partícula. Para definir este régimen se emplea el número de Reynolds.

77

donde:

R= radio hidráulico

μ= Viscosidad cinemática del liquido

La relación entre el coeficiente de rozamiento y el número de Reynolds para partículas

esféricas viene dada por la figura 22.

Figura 22. Número de reynolds y coeficiente de rozamiento.

Fuente: Muñoz A. H (2015) depuración de aguas residuales, pág. 351

Pueden distinguirse tres zonas, según el número de Reynolds, Entre:

√

78

La sedimentación de partículas discretas se corresponde con el régimen laminar,

adoptándose el valor CD= 24 /Re, y sustituyendo en la expresión de velocidad de caída se

llega a:

(

)

Debe observarse que en la velocidad de caída intervienen dos parámetros fundamentales,

la dimensión de las partículas y la temperatura del agua.

En régimen turbulento la velocidad de caída viene dada por la expresión de Newton para

Re>2x103.

(

)

La velocidad de sedimentación de partículas esféricas en función del diámetro de la

velocidad y de la densidad específica, queda reflejada en la figura 23.

Figura 23. Velocidad de sedimentación de partículas esféricas.

Fuente: Muñoz A. H (2015), depuración de aguas residuales, pag 353

79

Según la teoría anterior para el cálculo de un desarenador longitudinal, la caída de

partículas esféricas de arena (ρd= 2,65 g/cm3), en agua pura para 0,5 < Re < 10 4, vendrían

dadas, para temperaturas de 10° y 20° C, En la tabla 7.

Tabla 7..

Velocidad de caída de partículas esféricas

Velocidad de caída de partículas esféricas en cm/seg

Diámetro en mm Agua de río Agua de mar

10°C 20°C 10°C 20°C

2,00 28,15 29,20 27,46 28,42

1,50 22,80 23,90 22,20 23,18

1,00 16,40 17,50 15,86 16,82

0,80 13,40 14,60 12,81 13,81

0,60 9,75 10,95 9,47 10,48

0,50 8,05 9,00 7,65 8,59

0,40 6,20 7,00 5,75 6,62

0,30 4,05 5,00 3,73 4,52

0,25 3,10 3,75 2,80 3,45

0,20 2,21 2,65 2,02 2,45

0,18 1,85 2,17 1,68 2,05

0,16 1,51 1,76 1,38 1,68

0,14 1,20 1,43 1,09 1,35

0,12 1,00 1,10 0,82 1,02

0,10 0,67 0,80 0,60 0,75

0,08 0,44 0,58 0,39 0,51

0,06 0,25 0,32 0,22 0,29

0,05 0,18 0,23 0,15 0,20

0,04 0,11 0,14 0,098 0,128

0,02 0,028 0,036 0,025 0,033

0,01 0,007 0,009 0,006 0,008

Fuente: Muñoz A. H (2015), depuracion de aguas residuales, pag 355

Si existe una circulación horizontal, la longitud del desarenador puede definirse según la

figura 24. Esta longitud es la teórica, pero, en la partícula, por fenómeno de turbulencia, a

falta de constancia de la velocidad, la longitud deberá ser mayor.

80

Vh = velocidad horizontal

Vs= velocidad de caída de la partícula

Por otro lado, existen partículas con velocidad de caída V inferior a Vs que sedimentaran

parcialmente.

Figura 24. Croquis de velocidades

Fuente: Muñoz A. H (2015), depuración de aguas residuales, pág. 356

Todas las partículas que tengan una velocidad de sedimentación superior a Vs quedaran

completamente eliminadas. Aquellas cuya velocidad Vs1 sea inferior a Vs se eliminarán en

la relación Vs1/ Vs.

Figura 25. Croquis de velocidades


Cuando la suspensión contenga toda una gama de dimensiones, el total eliminado vendrá

dado por la fórmula:

81

( )

∫

En la que Co es la fracción de partículas que tienen una velocidad de sedimentación

igual o inferior a Vs.

Para definir las condiciones del desarenador se contempla aquí la teoría de HAZEN que,

para distintos rendimientos y distintos tiempos, deduce los porcentajes de partículas

sedimentadas.

Figura 26. Curvas de Hazen


En las curvas de Hazen:

to = tiempo de sedimentación de las partículas en aguas en reposo.

to = h/Vs = tiempo preciso por una determinada partícula con velocidad de

sedimentación Vs para sedimentar desde una altura h del tanque.

82

t= tiempo preciso para atravesar el tanque de desarenado por una partícula dada con una

probabilidad de sedimentar y/yo.

t= tiempo de retención de una partícula en el tanque, o sea:

t= Volumen del tanque / caudal

t/to = tasa de tratamiento.

y= cantidad de partículas de velocidad Vs sedimentadas.

yo= cantidad de partículas de velocidad Vs entrante en el tanque

y/yo = porción de partículas sedimentadas (%)

yo-y= cantidad de partículas de velocidad Vs que permanecen en suspensión en un

tiempo t.

El valor de “n” a considerar entre 1 y 8 dependerá de:

Angulo de divergencia del canal de llegada

Cuidado de los deflectores para el canal de entrada

Influencia de las turbulencias generadas por viento o temperatura en el tanque.

MgGhee & Lafayette (2001)

Para el autor, los sólidos suspendidos en aguas residuales municipales están constituida

por materiales orgánicos inertes tales como arena, fragmentos de metal, cascaras, etc. Esta

arena no es benéfica para el tratamiento secundario o técnicas de procesamiento de lodos.

Puede bloquear conductos y promover desgaste excesivo del equipo mecánico.

83

Los dispositivos para remoción de arena dependen de la diferencia de la densidad

especifica entre solidos orgánicos e inorgánicos para efectuar su separación. Se supone que

todas las partículas sedimentan de acuerdo con la Ley de Newton.

( ( )

)

( ( )

)

Para asegurar la remoción de arena, mientras se permite que la materia orgánica que

pueda sedimentar sea re suspendida por arrastre, la velocidad horizontal debe ser cercana,

pero no inferior, a la velocidad de arrastre de la arena.

La velocidad horizontal, como se planteó antes, es muy importante para el

funcionamiento apropiado para los desarenadores por gravedad. La velocidad puede

mantenerse constante, sin tener en cuenta el caudal, por combinación apropiada de la

sección transversal del tanque y los dispositivos de control. Para una velocidad constante, la

sección transversal del tanque debe estar proporcionada de tal forma que:

∫

En el control, en general

Al igualar

∫

84

La cual, cuando se diferencia, produce:

Así la condición de velocidad constante se mantiene, suministrando al ancho del tanque

que para que varié de manera que yn-1

=kx, donde n es el coeficiente de descarga de la

sección de control.

Los tiempos de retención son usualmente menores de 3 minutos con flujos de aire en el

orden de 0,3 a 0,5 m3/min por metro de longitud del tanque. La profundidad es de 70 a

100% el ancho y varía de 3 a 5 m. La relación de longitud a ancho debe ser al menos 2,5:1.

Las pérdidas de cabeza a través de desarenadores son insignificantes.

Calf & Eddy Inc (1995)

La misión de los desarenadores es separar arenas, termino de engloba a las arenas

propiamente dichas y a la grava , cenizas y cualquier otra materia pesada que tenga

velocidad de sedimentación o peso específico superiores a los de los sólidos orgánicos

putrescibles del agua residual, Los desarenadores deberán proteger los equipos de

mecánicos móviles de la abrasión y degaste anormales; reducir la formación de depósitos

pesados en las tuberías, canales y conductos, y la frecuencia de limpieza de los digestores

que hay que realizar como resultado de excesivas acumulaciones de arena en tales

unidades.

85

La eliminación de la arena es esencial antes de las centrifugas, de los intercambiadores

de calor y de las bombas de diafragma de alta presión. Por el contrario, en aquellos casos en

que el fango no diferido vaya a ser secado con filtros de vacíos o bien se incinere, la

utilización de desarenadores de menor eficacia ha dado resultados satisfactorios.

Existen dos tipos generales de desarenadores: de flujo horizontal y aireado. En el

primero de ellos, el flujo atraviesa el desarenador en dirección horizontal, controlándose la

velocidad rectilínea del flujo mediante la propia geometría de la instalación o el uso de

secciones de control provistas de vertederos especiales situados en el extremo de aguas

abajo del tanque.

Desarenadores de flujo horizontal. Hasta hace poco tiempo la mayoría de los

desarenadores eran de flujo horizontal con control de velocidad. Estos tanques se

proyectaban para mantener una velocidad tan próxima como fuese posible a 0,3 m/s, ya que

tal velocidad arrastra la mayoría de las partículas orgánicas a través del tanque y tiende a

suspender de nuevo a las que se hayan depositado, pero permite que la arena, que es más

pesada, se sedimente.

El diseño de los desarenadores de flujo horizontal deberá ser tal que, bajo las

condiciones más adversas, la partícula más ligera de arena alcance el fondo del canal antes

de su extremo de salida. Normalmente los desarenadores se proyectan para eliminar todas

las partículas de arena queden retenidas en un tamiz de malla 65(diámetro de 0,21 mm)

aunque muchos desarenadores hayan sido diseñados para eliminar partículas de arena re

retenidas en un tamiz de malla 100 (diámetro 0,15 mm).

86

La longitud del canal estará regida por la profundidad que requiere la velocidad de

sedimentación y la sección de control, y el área de la sección trasversal lo será por el caudal

y el número de canales. Deberá preverse cierta longitud adicional para tener en cuenta la

turbulencia que se produce en la entrada y en la salida. En la tabla 10 se presentan los datos

de proyecto representativos para desarenadores de flujo horizontal.

Tabla 8.

. Datos de proyecto representativos para desarenadores de flujo horizontal

Característica Valor

Intervalo Típico

Tiempo de detención, s 45-90 60

Velocidad horizontal, m/s 0,25-0,4 0,3

Velocidad de sedimentación para la eliminación

de:

Malla 65, m/mina

Malla 100, m/mina

1,0-1,3

0,6-0,9

1,15

0,75

Perdida de carga en la sección de control como

porcentaje de la profundidad del canal, %

30-40

36b

Incremento por turbulencia en la entrada y salida 2D e m – 0,5 L

d

Fuente: (Calf & Eddy Inc. , 1995), tratamiento, evacuación y reutilización de aguas residuales, pág. 354.

TchoBanoglous (2000)

Para la remoción de arenas se debe tener en cuenta el término para referirse a las arenas

propiamente dichas, a las gravas, cenizas y cualquier otro material pesado cuya velocidad

de sedimentación o peso específico sea considerablemente mayor al de los sólidos

orgánicos susceptibles a la descomposición presentes en el agua residual.

87

Las arenas se remueven de las aguas residuales para:1) proteger los equipos mecánicos

de la abrasión y del excesivo desgaste, 2) reducir la formación de depósitos de solido

pesados en unidades conductos aguas abajo, y 3) reducir la frecuencia de limpieza de los

digestores por causa de acumulación excesiva de arenas.

El diseño de desarenadores se basa por lo general en la remoción de partículas con

gravedad especifica de 2,65 y una temperatura del agua residual de 15,5 °C (60°F). A

continuación, se realiza una descripción de las consideraciones de diseño usadas para las

diferentes clases de desarenadores. En la tabla 9 se presentan datos usuales para el diseño

de desarenadores de flujo horizontal.

Tabla 9..

Datos usuales para el diseño de desarenadores de flujo horizontal

Fuente: TchoBanoglous (2000), sistemas de manejo de aguas residuales, pág. 292.

El desarenador más antiguo es el flujo horizontal de tipo canal con velocidad controlada.

Este desarenador opera en la práctica a velocidades cercanas a 1,0 pies/s (0,3 m/s),

proporcionado tiempo suficiente para que las partículas de arena sedimenten en el fondo del

Valor

Parámetro Unidad Intervalo Valor usual

Tiempo de retención s 45-90 60

Velocidad horizontal Pie/s 0,8-1,3 1,0

Velocidad de sedimentación

para remover:


Material malla 100

(0,15mm)

Pie/min

Pie/min

9,2-10,2

2,0-3,0

9,6

2,5

Perdidas de carga en la

sección de control como

porcentaje de la profundidad

del canal

% 30-40 36

Longitud adicional por

aumento en turbulencia a la

entrada y salida

% 25-50 30

88

canal. Bajo condiciones ideales, la velocidad de diseño debe permitir la sedimentación de

las partículas más pesadas, mientras que las partículas orgánicas pasan a través del

sedimentador. La velocidad de flujo se controla con las dimensiones del canal y el uso de

vertederos con secciones especiales para el efluente.

La extracción de arenas sedimentadas en los desarenadores de flujo horizontal se realiza

mediante un mecanismo transportador dotado de raspados o cangilones. La elevación de las

arenas para su posterior lavado y disposición se realiza mediante tornillos o elevadores de

cangilones.

En plantas pequeñas es común la limpieza manual de los desarenadores.

En los desarenadores de flujo horizontal, el agua a tratar pasa a través de la cámara en

dirección horizontal y la velocidad lineal del flujo se controla con alas dimensiones del

canal, ubicado compuertas especiales a la entrada para lograr una mejor distribución del

flujo o utilizando vertederos de salida con secciones especiales.

López (2007)

Las aguas negras contienen, por lo general, cantidades relativamente grandes de solidos

orgánicos como arena, cenizas y grava, a los que generalmente se les llama arena. La

cantidad es muy variable y depende de muchos factores; pero principalmente de si el

alcantarillado colector es del tipo sanitario o combinado.

Las arenas pueden dañar a las bombas por abrasión y causar serias dificultades

operatorias en los tanques de sedimentación y en la digestión de los lodos por acumularse

alrededor de las salidas causando obstrucciones.

89

Por esta razón es práctica común eliminar este material por medio de las cámaras

desarenadoras.

90

Estas se localizan antes de las bombas o de los desmenuzadores y, si su limpieza se lleva

a cabo mecánicamente como se describe después, deben ser percibidas por cribas de barras

y rastrillos gruesos. Los desarenadores se diseñan generalmente en forma de grandes

canales.

En estos canales la velocidad disminuye lo suficiente para que se depositen los sólidos

inorgánicos pesados manteniéndose en suspensión el material orgánico. Los desarenadores

de canal deben diseñarse de manera que la velocidad se pueda controlar para que se acerque

lo más posible a 30 cm, por segundo. El tiempo de retención debe basarse en el tamaño de

las partículas que deben separarse y generalmente varias de 20 segundos a un minuto.

La limpieza de los desarenadores se diseña para ser limpiados a mano o mecánicamente.

Cuando se limpian manualmente, se provee generalmente espacio para el almacenamiento

de las arenas depositadas. Los desarenadores para plantas de tratamiento de desechos

provenientes de alcantarillado combinado deben tener al menos dos unidades que se

limpien manualmente o una unidad de limpieza manual con derivación auxiliar. También

son aceptables los desarenadores que no sean de canal, siempre que estén provistos de

controles adecuados y adaptables para agitar y/o que tengan dispositivos para el suministro

de aire, además de equipo para eliminar las arenas.

La cantidad de arenas depende del tipo de sistemas de alcantarillado tributario, del

estado de sus líneas y de otros factores. Las aguas negras estrictamente domesticas que se

colectan en alcantarillas bien construidas contendrán muy pocas arenas, mientras a que las

aguas negras combinadas arrastrarán grandes volúmenes de arena alcanzando su máximo

en épocas de fuertes temporales. Por regla general puede esperarse un volumen de arenas

de 7 a 30 litros por cada 1000m2 (1,0-4,0 cu.ft. por millón de galones).

91

La operación de los desarenadores de limpieza manual que se usen con aguas negras

combinadas debe limpiarse después de cada temporal fuerte. En condiciones normales de

trabajo, estos desarenadores deben limpiarse cuando las arenas depositadas llenen un 50-

60% del espacio de almacenamiento, esto debe vigilarse cuando menos cada 10 días.

Cuando se usen unidades de limpieza mecánica deben limpiar a intervalos regulares,

para evitar una carga indebida sobre el mecanismo limpiador. Deben observarse

estrictamente las recomendaciones del fabricante y la experiencia operacional. Un marcado

olor de las arenas significa que se está depositando demasiada materia orgánica en el

desarenador.

Ramalho (1990)

Siempre que sea necesario debe instalarse un desarenador en el primer tramo de la

aducción lo más cerca posible a la captación de agua. Preferiblemente debe contar con dos

módulos que operen de forma independiente, cada uno dimensionado para el caudal medio

diario.

Las siguientes figuras muestran los detalles del desarenador de las quebradas romerales

y termales y en la figura 27 el vertedero de excesos.

92

Figura 27. Desarenador Quebrada Romerales primer plano

Fuente: Ramalho (1990), Tratamiento de aguas residuales, p94.

Entre los parámetros que se deben seguir en el diseño de un desarenador, están los

siguientes:

Proyectar dispositivos de entrada y de salida

La tubería o canal de llegada debe colocarse en el eje longitudinal del desarenador

En la entrada se debe instalar un dispositivo para distribuir el flujo uniformemente a lo

ancho de la sección transversal.

El dispositivo de salida debe tener un canal recolector provisto de una pantalla que

asegure una distribución uniforme del flujo.

La altura del canal recolector sobre la entrada de la tubería de conducción debe ser

suficiente para garantizar la cabeza hidráulica requerida para el caudal de diseño.

Debe existir un vertedero lateral de excesos ubicado a la entrada del desarenador.

El dispositivo de limpieza debe ubicarse en el área de desarenación y consistirá en una

caja o canal de recolección de arenas con una pendiente mínima del 5% y una válvula.

93

La pendiente del fondo estará entre el 5-8% con el fin de obtener una limpieza eficiente

a través de un barrido fácil, y debe permitir que los obreros caminen sin resbalar.

Las tuberías o canales de rebose y/o limpieza se unirán a una tubería o canal de

descarga, debe ubicarse una caja de inspección lo más cerca posible a la descarga de arenas.

Álamo (2008)

El cálculo del diámetro de las partículas a sedimentar en los desarenadores se diseña

para un determinado diámetro de partícula, es decir, que se supone que todas las partículas

de diámetro superior al escogido deben depositarse. Por ejemplo, el valor del diámetro

máximo de partícula normalmente admitido para plantas hidroeléctricas es de 0,25 mm, en

los sistemas de riego generalmente se acepte hasta d=0,5 mm.

En sistemas hidroeléctricos el diámetro puede calcularse en función de la altura de caída

como se muestra en la tabla 10 o en función del tipo de turbina como se muestra en la tabla

11.

El cálculo de la velocidad del flujo v en el tanque es la velocidad en un desarenador,

esta se considera lenta, cuando está comprendida entre 0,20 m/s a 0,60 m/s. La elección

puede ser arbitraria o puede realizarse utilizando la fórmula de Camp.

En el cálculo de la velocidad de caída w (en aguas tranquilas); para este aspecto, existen

varias fórmulas empíricas, tablas y nomogramas, algunas de las cuales consideran:

Peso específico del material a sedimentarse: (

) (medible)

Peso específico del agua turbia: (

) (medible)

√ (

)

94

donde:

d = diámetro (mm)

a = constante en función del diámetro

Tabla 10

Diámetro de partículas en función de la altura de caída

Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, pág. 7.

Tabla 11 .

Diámetro de partículas en función con el tipo de turbina

Diámetro de partículas (d) a eliminar en el desarenador (mm) Tipo de turbina

1-3 Kaplan

0,4-1 Francias

0,2-0,4 Pelton

Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, pág. 8.

La tabla 12 preparada por Arkhangelski, la misma que permite calcular w (cm/s) en

función del diámetro de partículas d en (mm).

La experiencia generada por Sellerio, se muestra en el nomograma de la figura 28, la

misma que permite calcular w (en cm/s) en función del diámetro d (en mm).

Diámetros de partículas (d) que son retenidas en el desarenador

(mm)

Altura de caída (H)

(m)

0,6 100-200

0,5 200-300

0,3 300-500

0,1 500-1000

95

Figura 28. Experiencia de Serellio.

Fuente: Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, 8.

Tabla 12

Velocidades de sedimentación w calculado por Arkhangelski (1935) en función del diámetro de

partículas

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

0,40 3,780

0,45 4,320

0,50 4,860

0,55 5,400

0,60 5,940

0,70 6,480

0,75 7,320

0,80 8,070

1.00 9,440

2.00 15,290

3.00 19,250

5.00 24,900


96

√ ( )

donde:

w = velocidad de sedimentación (m/s)

d = diámetro de partículas (m)

ρs= peso específico del material (g/cm3)

k = constante que varía de acuerdo con la forma, granulometría y naturaleza de

los granos, sus valores se muestran en la tabla 13.

Tabla 13

Valores de la constante k

Forma y naturaleza k

Arena esférica 9,35

Granos redondeados 8,25

Granos cuarzo d>3mm 6,12

Granos cuarzo d<0,7mm 1,28


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

en la misma que permite calcular la velocidad de sedimentación w (en m/s) en función del

diámetro (en mm) y del peso específico del agua (ρw en gr/cm3).

La fórmula de Scott – Folglieni.

√

donde:

w = velocidad de sedimentación (m/s)

97

d = diámetro de la partícula

Para el cálculo de w de diseño se puede obtener el promedio de los ws con los métodos

enunciados anteriormente. En algunos casos puede ser recomendable estudiar en el

laboratorio la fórmula que rija las velocidades de caída de los granos de un proyecto

específico.

Figura 29. Velocidad de sedimentación de granos de arena en agua.


Para el cálculo de las dimensiones del tanque el autor plantea lo siguiente:

Despreciando el efecto del flujo turbulento sobre la velocidad de sedimentación, se

puede plantear las siguientes relaciones:

Figura 30.Dimensiones para un tanque

98

Fuente: Álamo (2008), Estructuras hidráulicas, 10.

Caudal: Q = b h v ; ancho del desarenador:

Tiempo de caída:

->

Tiempo de sedimentación:

->

Igualando

=

De donde la longitud, aplicando la teoría de simple sedimentación es:

Considerando los efectos retardatorios de la turbulencia con el agua en movimiento la

velocidad de sedimentación es menor, e igual a w – w’; donde w’ es la reducción de

velocidad por efectos de la turbulencia. Luego, la ecuación

; Se expresa:

Se observa que manteniendo las otras condiciones constantes la ecuación anterior

proporciona mayores valores de la longitud del tanque que la ecuación simple

sedimentación. Eghiazaroff, expresó la reducción de velocidad de flujo como:

(

)

99

Levin, relacionó esta reducción con la velocidad de flujo con un coeficiente:

(

)

Bestelli et al considera:

√

donde

h se expresa en m.

En el cálculo de los desarenadores de bajas velocidades se puede realizar una

corrección, mediante el coeficiente K, que varía de acuerdo a las velocidades de

escurrimiento en el tanque, es decir:

donde

K se obtiene de la tabla 14.

Tabla 14

Coeficiente para el cálculo de desarenadores de baja velocidad.

Velocidad de

escurrimiento

(m/s)

K

0,2 1,25

0,3 1,5

0,5 2


100

En los desarenadores de altas velocidades, entre 1 m/s a 1,50 m/s, Montagre, precisa que

la caída de los granos de 1mm está poco influenciada por la turbulencia, el valor de K en

términos del diámetro, se muestran en la tabla 15.

Tabla 15.

Coeficiente para el cálculo de desarenadores de alta velocidad

Dimensiones de

las partículas a

eliminar d (mm)

K

1 1

0,5 1,3

0,25-0,30 2


El largo y el ancho de los tanques pueden en general, construirse a bajo costo que las

profundidades, en el diseño se debe adoptar la mínima profundidad práctica, la cual para

velocidades entre 0,20 y 0,60 m/s, puede asumirse entre 1,50 y 4,00 m.

Pérez (1990)

Uno de los procesos más ampliamente utilizados en el tratamiento del agua es la

sedimentación, mediante la cual se remueven por efecto gravitacional las partículas en

suspensión que tienen peso específico mayor que el del agua. En un determinado tiempo no

todas las partículas en suspensión sedimentan; las que sedimentan en un intervalo de

tiempo elegido son las llamadas sólidos sedimentables.

101

En los decantadores de flujo horizontal, la sedimentación se realiza en tanques de forma

rectangular o circular en los cuales el agua se traslada horizontalmente, mientras que las

partículas caen con una velocidad vs.

Por ser más utilizados en el país los decantadores de forma rectangular se hace

referencia a estos. La figura 31 muestra este tipo de decantador.

F

igu

ra

31. Esq

ue

ma

de

un decantador

Fuente: Pérez (1990), Manual de potabilización de agua, pág. 196.

La zona de sedimentación, debido a las diferencias anteriormente descritas entre el

tanque ideal y el tanque real, es necesario considerar los siguientes factores en el diseño de

la zona de sedimentación: carga superficial; periodo de detención y profundidad; forma de

los sedimentadores; velocidad horizontal de escurrimiento y relación largo – profundidad; y

número de unidades.

La carga superficial, como fue considerada previamente, es la relación entre el caudal

que ingresa al sedimentador, Q y el área superficial A, esto es:

102

Dicho parámetro se refiere a la velocidad crítica mínima esta se obtiene con la formula

anteriormente la cual produce una eficiencia de remoción a la esperada, comprendida entre

el 70% y el 98%. Su valor depende de los siguientes factores: calidad del agua cruda, peso

y grado de hidratación de floc, forma y tipo de decantador adoptado, control del proceso,

tipo de coagulante utilizado y grado de eficiencia deseado.

La determinación de la carga superficial puede hacerse experimentalmente o

seleccionarse de parámetros de tipo general.

El periodo de detención es el tiempo que tarda la partícula crítica en llegar desde la

superficie del agua hasta el fondo de la zona de sedimentación y por consiguiente depende

de la profundidad, esto es, cuanto menor sea esta, menor será el tiempo de detención

necesario para la remoción de la partícula crítica, concepto del cual se hace uso en el diseño

de decantadores de alta rata.

En lo sedimentadores de flujo horizontal el régimen de flujo es turbulento (2000 < Re <

200000) y las estructuras no pueden construirse con profundidades bajas debido a que la

velocidad horizontal no puede hacerse muy baja, ya que existen interferencias que

entremezclan el agua en el sedimentador y factores estructurales y de operación. Por lo

anterior las profundidades fluctúan entre 3,0 y 5,0 m, más frecuentemente entre 3,5 y 4,5 m.

Estas profundidades exigen períodos de detención entre 1,5 y 5,0 h, tal como puede

observarse en la figura 32.

104

La forma de los sedimentadores es la relación de largo-ancho; está comprendida entre

2,5 y 10,0 más frecuentemente entre 4,0 y 5,0, dando mejores resultados los tanques largos.

Velocidad horizontal y relación largo – profundidad, produce dos efectos opuestos:

ayuda a la floculación en los tanques aumentando el peso y el tamaño de las partículas que

se desean remover, y arrastra y resuspende los flóculos ya depositados.

Figura 32.Periodo de detención para diferentes profundidades y cargas

superficiales.

Fuente: Pérez (1990), Manual de potabilización de agua, p198.

Por consiguiente, el valor de la velocidad debe ser tal que estimule la floculación sin

producir arrastre de sólidos.

Para el caso en que se utilice sulfato de aluminio, la velocidad horizontal óptima podría ser

alrededor de 0,5 cm/s o menos.

105

En cuanto a la relación largo – profundidad, esta se establece de la siguiente manera:

Entonces,

donde:

Q=caudal del decantador

= Carga superficial

= Área superficial de la zona de sedimentación

=Velocidad horizontal

=Área transversal de la zona de sedimentación

=Profundidad de la zona de sedimentación

Largo de la zona de sedimentación

=Ancho de la zona de sedimentación

La expresión anterior significa que, para una carga superficial seleccionada, la relación

larga – profundidad está determinada por la velocidad horizontal.

La figura 33 muestra la velocidad horizontal, para diferente relación largo –

profundidad, L/h.

106

Figura 33.Velocidad horizontal para diferente relación longitud, profundidad de la zona de

sedimentación.


En la práctica se utiliza la siguiente relación:

5,0 ≤ L/h ≤ 25,0

El número de unidades mínimo en una planta es por lo menos dos unidades, de tal

manera que cuando una se saque de servicio, ya sea por lavado o por reparación, se pueda

seguir trabajando con la otra.

Para tener en cuenta esta situación el área total de los sedimentadores debe

incrementarse en un porcentaje, según aparece en la tabla 16.

107

Tabla 16

Porcentaje de área adicional de sedimentación que debe proveerse

Número de

unidades

Carga superficial (m3/m

2*d)

20 30 40 50 60

2 0 0 33 67 100

3 0 0 11 22 33

4 0 0 8,5 17 25

≥ 5 0 0 7 13 20


Garavito (1970)

Si la conducción se efectúa por canal abierto, sería importante proyectar el desarenador a

la iniciación de la conducción, ya que es seguro que en el recorrido la penetraría

nuevamente material arenoso. En esos casos es más lógico proyectar el desarenador al final

de la conducción antes de la entrada al tanque regulador o a la planta de purificación.

Si la conducción se hace por medio de tubería, el desarenador se debe proyectar lo más

próximo posible a la obra de toma. En este caso, la tubería de comunicación entre la toma y

el desarenador se debe proyectar con una pendiente uniforme, tal que su velocidad sea del

orden de 1,10 m/seg con el fin de que se efectúe el arrastre del material. Es conveniente que

el trazado se haga mediante alineamientos rectos con cámara de inspección en los sitios de

cambio de dirección, para facilitar la limpieza en caso necesario.

108

El diámetro mínimo deberá ser de 6” para efectuar la limpieza.

Tabla 17.

Clasificación de materiales en suspensión según su tamaño

Clasificación de materiales en suspensión según su

tamaño

Material Tamaño

Gravilla gruesa 2mm o más

Gravilla fina 2mm - 1mm

Arena gruesa 1mm - 0,5mm

Arena media 0,5 mm - 0,25mm

Arena fina 0,25mm - 0,1mm

Arena muy fina 0,1mm - 0,05mm

Fango 0,05mm - 0,01mm

Fango fino 0,01mm - 0,005mm

Arcilla 0,01mm - 0,001mm

Arcilla fina 0,001mm -

0,0001mm

Arcilla coloidal menor de 0,01 mm

Fuente: Garavito (1970), Diseño de acueductos y alcantarillados, pág. 31.

La velocidad de sedimentación según, Hazen y Stokes y otros han estudiado los

fenómenos de sedimentación de las partículas contenidas en el agua.

Stokes dedujo la siguiente expresión:

(

)

109

V= velocidad de sedimentación de las partículas en cm/seg.

d= diámetro de las partículas en cm.

g= aceleración de la gravedad cm/seg/seg = (981)

Ps= peso específico de la partícula en gramos /cm3 (arena valor medio = 2,65)

P= peso específico del líquido en gramos /cm3

(agua= 1,00)

µ= viscosidad del agua a la temperatura del agua en cm2/seg.

Para t°C= 10°C: µ= 0,01309

Para otra temperatura se puede encontrar por la expresión:

Las aguas en general tienen en suspensión una mezcla de partículas de diferentes

tamaños.

Para el estudio se supone que, en la zona de entrada, se efectúa una repartición de flujo

que penetra al desarenador o sedimentador de manera absolutamente uniforme en toda la

sección transversal w y que esa masa de agua se desplaza con una velocidad uniforme V en

sentido horizontal.

En este estudio, se supone que una partícula que toque el fondo del depósito se considera

removida; si no alcanza a tocar el fondo antes de la zona de salida, se supone que es

arrastrada hacia el conducto de salida.

110

Para remover partículas de un diámetro d1, la partícula se sitúa en la posición más

desfavorable o sea colocada en la superficie a una altura H del fondo.

Figu

ra 34. Esquema

de un

desarena

dor

Fuente: Garavito (1970), Diseño de acueductos y alcantarillados, p33.

La partícula está sometida a dos movimientos:

a) Una traslación horizontal con una velocidad uniforme V.

b) Una traslación vertical con velocidad uniforme V’, correspondiente a la

velocidad de sedimentación de la partícula de diámetro d1. Como esos vectores

de velocidad se suponen constantes, la trayectoria será lineal. Llamando L la

distancia a la que esa partícula toca el fondo y por consiguiente se considera

removida, se tendrá:

111

Por semejanza de triángulos se puede poner:

L/V = H/V’; multiplicando el primer miembro (numerador y denominador) por

w = b. H se tiene: Lw/Vw = H/V’, pero:

Lw = capacidad del desarenador = C

Vw= caudal que penetra al desarenador = Q, luego:

C/Q = H/V’

Partiendo de la igualdad anterior estudiemos la sedimentación empleando las expresiones

de Stokes.

Despejando de la anterior igualdad a V’:

La fórmula de Stokes aplicada a la partícula de diámetro d1 es:

(

)

Las condiciones ideales anotadas, en la práctica no se cumplen por causa de la dificultad

de efectuar una repartición absolutamente uniforme en toda la sección transversal del

depósito de sedimentación o desarenación y, además, por causa de corrientes ascendentes

112

originadas por cambios de temperatura, remolinos, vientos, etc., por lo cual la relación a/t

en la práctica es mayor que la unidad.

El libro sobre Abastecimiento de Aguas de Flinn - Weston & Bogert, trae un cuadro

indicando los valores de a/t para diversas condiciones, y para remover diferentes

porcentajes de partículas.

Tabla 18.

Valores de a/t

Condiciones Remoción

50%

Remoción

75%

Remoción

87,5%


Depósito con

muy buenos

deflectores

0,730 1,520 2,370

Depósitos con

buenos

deflectores

0,760 1,660 2,750

Depósito con

deflectores

deficientes o sin

ellos

1,000 3,000 7,000

Fuente: Garavito (1970), Diseño de acueductos y alcantarillados, pág. 35.

Los deflectores son las pantallas que se proyectan a la entrada al desarenador o

sedimentador para procurar que el flujo se reparta lo más uniformemente posible en toda la

sección transversal del desarenador.

Los valores en la segunda condición “depósitos con muy buenos deflectores” se pueden

aplicar al caso en que se estudien las pantallas deflectoras mediante la construcción de

modelos reducidos.

113

Como en la mayoría de los casos no se justifica la construcción de modelos reducidos,

ordinariamente se diseñan para la tercera condición “depósitos con buenos deflectores”.

La velocidad de traslación V máxima en un desarenador o sedimentador bien diseñado,

la relación entre la velocidad de traslación V y la velocidad de sedimentación de las

partículas más pequeñas que se quieran decantar, no debe exceder de 20:1 es decir, que la

velocidad de traslación máxima deberá ser 20 por velocidad de sedimentación de la

partícula. La razón que da el Manual de A.W.W.A. para este máximo de velocidad de

traslación es impedir que las partículas sedimentadas no rueden por el fondo.

Es recomendable no tomar profundidades inferiores a 1,50 m. La relación entre largo y

ancho experimentalmente se ha encontrado que la relación entre largo y ancho debe estar

próxima a 4:1.

Peña (1995)

La mayoría de las corrientes de agua arrastran una gran variedad de materiales de

diversos tamaños como piedra, arena, arenilla, etc. Es necesario separar o sedimentar estos

materiales después de la captación, con el fin de evitar la obstrucción de las tuberías y su

rápido deterioro debido al rozamiento producido con la superficie interna de la tubería

(abrasión) para remover o sedimentar ese material se emplea un tanque desarenador.

La eficiencia del desarenador depende principalmente de la repartición uniforme del

caudal a todo lo ancho del tanque, del área superficial y del tamaño de las partículas que se

desea sedimentar, el desarenador debe disponer de un sistema mecánico para extraer el

sedimento cuando su volumen ha llegado a su valor máximo.

En el mantenimiento se eviedncian los problemas que con mas frecuencia se presentan

en esta operación son: el taponamiento de las rejillas o de las mallas y la corrasion por esta

114

razon es necesario efectuar un trabjo periodico de limpieza e inspeccion. La frecuencia de

la limpieza depende del tipo de fuente,de la epoca cliamtologica,de las condiciomes del

lugar y de las caracteristicas de la criba o rejillas utilizadas. Indudablemente que la

frecuencia debe ser mayor en invierno,cuando las fuentes superficiales transpotan mayor

cantidad de solidos de muy diversa naturaleza y tamaños.

La inspeccion u observacion de las rejillas debe hacerse al menos mensualmente con el

din de detectaralgun signo de corrosion,de desgaste o de deterioro de la instalacion.para

efectuar este trabajo en forma efiicnete,se recomienda utilizar una hoja de control que

influya los siguientes puntos.

Fecha de inspeccion o de limpieza

Clase de material removiso: hojas,troncos,etc

Mantenimiento efectuado:si se remplazo alfuna aprte o se reparo algun

elemento etc.

Indicacion de la proxima fecha de inspeccion o limpieza.

Informe sobre el estado general de la instalacion y poosble

recomendación a corto o largo plazo.

Aforos, El operador de una planta de tratamiento debe estar en capacidad de efectuar los

aforos correspondientes para que pueda cumplir eficientemente con tranjos como los

siguietnes:

El control adecuado de la cantidad de agua que se somete a traramiento.

Con base en este debera determinar y ajusar la dosificacion de las distintas

sustancias quimicas.

Determinar la cantidad de agua tratada

115

Informar si la planta esta operando para el caudal deseado o que

modificaciones habria que hacer.

Determinar el tiempo de retencion en cada unidad.

Departamento de sanidad del estado de Nuevo York (2008)

La forma convecional de separar arena es utilizando los equipos de sedimentacion ,otra

posibilidad es la utilizacion de hidrociclones.

Los ciclones DorrClone son separadores liquidos/solido.Utilizando la energia

suministrada por la bomba de alimentacion.la fuerza centrifuga separa materiales con

diferentes pesos especificos.el ciclon consiste en un cuerpo estatico cilindrico/conico,con

una alimentacion tangencial en la seccion cilindrica superior.la descarga del liquido esta

situada en la parrte superior del eje de la maquina,y los sólidos se descarguen en la parte

opuesta inferior.

Al entrar el agua residual en la camara cilindrica tangencialemnte se establece un flujo

espiral o de vortice.las fuerzas centrifugas lanzan la arena sobre las paredes del cono.donde

los solidos van deslizandose hacia el punto de slaida inferior.el agua residual libre ya de

arena,mas ligera (contiene todavia los solidos organicos o fraccion ligera)circula hacia el

centro del vortice y sale por la parte superior

Los DorrCLones más usados en el tratamiento de aguas residuales son de diametro que

oscilan entre 30 y 45 cm de diametro en la seccion cilindrica.

La arena recogida en la parte inferior del ciclon entra en un clasificador

rascador,diseñado para hacer un lavado y eliminar el agua de la arena recogida.en esta fase

116

separan los materiales biodegradables que han salido acompañando la arena,y se elimina el

agua en ella contenida para poder ser mas facilmente transportada al punto de vertido.

El tanque es rectangular con el fondo inclinado.en el extremo superior se descarga la

arena. El extremo inferior donde se derrama el fango esta cerrado parcialmnete con un

vertedero ajustable que regula el rebosamiento del liquido.la alimentacion se hace por la

parte superior de la camara de sedimentacion.el mecanismo de rastrillo consta de varias

paletas operadas mecanicamente y sometidas a un movimiento de vaiven,estando sopostado

todo el sistema en ambos extremos de la instalacion todo ello movido por un cabezal.

El lodo que se ontroduce en la alimentacion se separa rapidamente en dos fracciones ,

los finos material que se sedimenta lentamente(en su mayoria materia organica),inferiores a

la malla de separacion y la parte mas gruesa de sedimentacion rapida y que denominamos

arena de mayor tamaño que la malla de separacion.la fraccion fina se mantiene en

suspension debido a su diferente peso especifico y a la agitacion producida por el

movimiento de vaiven de las paletas de rastrillo no siendo posible su sedimentacion,los

finos pasan con el liquido por el rebosadero.la fraccion mas gruesa,por otra parte,se hunde

rapidamente hacia el fondo y es arrastrada por las paletas del rastrillo.el movimiento de

vaiven de las paletas del rastrillo trasnporta los granos de arena, y separa los finos de menor

tamaño de los materiales gruesos y los mantiene en suspension hasta que estos salen con el

rebose.las particulas mas gruesas se separan por encima del nivel del liquido,siendo

finalmente descargadas por la ultima de las paletas.

117

Metodología de Campo

Diagnóstico

Se tomó la decisión de estudiar 10 acueductos rurales de los municipios de

Cundinamarca, Tolima y Boyacá, para los cuales se hizo un estudio previo acerca de las

condiciones que prevalecen entre ellos, tales como el tamaño y volumen del desarenador, el

clima, la captación de donde es tomada el agua para el desarenador, el caudal captado y el

lugar donde estaban ubicados.

Se realizó un aforo en cada desarenador para comprobar el caudal que este está

captando, entre los aspectos de laboratorio se recogieron dos muestras, una muestra a la

entrada y otra muestra a la salida en cada uno de los desarenadores con el fin de comparar

ensayos donde se determinen propiedades del agua como lo son turbiedad, pH, se hizo el

ensayo de sólidos suspendidos totales para la comparación.

Toma de muestras en campo

Se realizó un aforo para determinar el caudal por medio del método volumétrico en el

cual se tomó el tiempo que tardaba en llenar un recipiente con un volumen conocido, de

esta manera se realizó este procedimiento para los desarenadores cuya fuente de captación

eran quebradas y ríos de bajo caudal. Esto se hizo debido a que muchas fuentes de

captación eran ríos a los que no era asequible el ingreso.

Para tomar las muestras de agua en cada desarenador se utilizaron botellas ámbar de

plástico de 1 litro, las cuales se usaron para recoger el agua que entraba al desarenador, esta

primera muestra se recogió en la bocatoma y seguidamente se recogió la segunda muestra a

la salida del desarenador para esto fue necesario sumergir la botella casi hasta el tubo de

118

salida para garantizar que no se filtraran solidos que estuvieran en suspensión en la

superficie de la lámina de agua. Se llevaron a campo dos equipos fundamentales para tomar

de manera inmediata las lecturas de turbiedad y pH.

Para la lectura de turbiedad se utilizó el equipo turbidímetro HANNA HI 93703; se

limpiaba la celda con agua desionizada, se depositaba un poco de la muestra recogida para

purgar la celda y luego se depositaba la muestra en la celda y se tomaba la lectura, esto con

el fin de que no hubiera distorsión en los datos y fueran lecturas más exactas, se hizo el

mismo procedimiento con la muestra de salida.

Figura 35. Turbidímetro Hanna hi 93703

Para la lectura de pH se utilizó el equipo MULTIPARAMETRO HANNA HI 991301; en el

cual se limpiaba la sonda con agua desionizada y luego se purgaba la sonda con el agua de

la muestra, se pasaba a un vaso beaker y se introducía la muestra donde se procedía a

introducir la sonda y tomar la lectura esto con el fin de que no hubiera distorsión en los

119

datos y fueran lecturas más exactas. Se hizo el mismo procedimiento con la muestra de

salida.

Figura 36 .Multiparámetro Hanna hi 991301

Seguidamente a este procedimiento se tomaron nuevamente dos muestras una a la

entrada del desarenador y otra muestra a la salida del desarenador teniendo en cuenta un

tiempo de 30 minutos después de las primeras muestras que se recogieron. Nuevamente se

repite el procedimiento de toma de lecturas para turbiedad y para pH. Para el ensayo de

sólidos suspendidos totales se refrigeraron las muestras en neveras con geles refrigerantes,

para la conservación de la muestra debido a que la materia orgánica podría ser diluida y así

alterar las propiedades de la muestra.

Se hace calibración del equipo MULTIPARAMETRO HANNA HI 991301 en campo para

rectificar en cada desarenador una lectura precisa debido a que la sonda se puede

contaminar y alterar las futuras lecturas, la calibración del equipo turbidímetro HANNA HI

93703 se hizo en el laboratorio de ambiental y sanitaria de la Universidad de la Salle. Este

120

procedimiento se repite para los 10 desarenadores visitados y se recogieron muestras en dos

días diferentes.

Metodología aplicada en el laboratorio para el ensayo de solidos suspendidos totales.

La metodología aplicada en el laboratorio de ambiental y sanitaria de la universidad de

la Salle se realizó bajo las normas de seguridad establecidas por el laboratorista, para hacer

una práctica adecuada. Para la realización del ensayo de sólidos suspendidos totales fue

necesario tomar una capacitación para el desarrollo de la práctica.

Materiales utilizados en la práctica de sólidos suspendidos totales

Bomba

Erlenmeyer con desprendimiento lateral

Filtro de fibra de vidrio

Embudo plástico

Capsulas de vidrio

Balanza analítica

Pinzas

Micro pinzas

Manguera plástica (2)

Probeta de vidrio de 50 ml y 100 ml

Vasos beaker

Estufa

Desecador

Trampa de agua con silika de gel

121

Procedimiento para la práctica de sólidos suspendidos totales

Primer paso

Alistar el montaje para la práctica con los siguientes materiales bomba, Erlenmeyer

con desprendimiento lateral, Embudo plástico, Manguera plástica (2), Trampa de agua

con silika de gel y embudo.

Se conecta con la manguera la bomba y la trampa de agua con silika de gel, y de la

trampa de agua con la manguera al erlenmeyer con desprendimiento lateral y encima de

este se coloca el embudo plástico como se ve en la figura 37.

Figura 37. Montaje para SST

Segundo paso

Se alistan las capsulas con el papel de filtro correspondiente, y se meten en la estufa

durante media hora para eliminar la humedad contenida en cada filtro. Luego de este

tiempo se sacan las capsulas de la estufa y se meten en un desecador por veinte minutos

para que se aireen y seguidamente se llevan a la balanza analítica para registrar el peso

inicial del filtro, es necesario que cada capsula esté marcada.

122

Figura 38.Capsulas en la estufa y en el desecador.

Tercer paso

Se coloca el filtro ya pesado en el embudo y se procede a depositar el agua de la

muestra en las probetas y se mide la cantidad de agua que se está filtrando, se debe tener

en cuenta que el agua no se extienda por fuera del papel de filtro ya que los sólidos

pueden irse por los lados y no quedar contenidos en el papel de filtro.

Seguidamente se retira el papel de filtro con la micro pinza, se deposita en la capsula

que le corresponde y nuevamente se deja en la estufa, pero por una hora para que la

humedad se seque y luego se deja en el desecador por media hora, nuevamente se pesan

y así se obtiene el peso final.

Figura 39.Papel de filtro, en el embudo

123

Figura 40.Muestras con residuos

Descripción de desarenadores

Fusagasugá

Fusagasugá es un municipio colombiano, capital de la Provincia del Sumapaz, ubicado

en el departamento de Cundinamarca. Está ubicada a 59 km al suroccidente de Bogotá, en

una meseta delimitada por el río Cuja y el Chocho, el cerro de Fusacatán y el Quininí que

conforman el valle de los Sutagaos y la altiplanicie de Chinauta. Se encuentra entre los 550

y los 3,050 msnm. El perímetro urbano se encuentra en una altura promedio de 1,726

msnm, con una temperatura promedio de 20 °C. La humedad relativa media es de 85%, con

máximos mensuales de 93% y mínimos mensuales de 74%, con una precipitación superior

a los 1,250 mm.

Fusagasugá hace parte de la cuenca del río Sumapaz, el cual pertenece al sistema

hidrográfico occidental del departamento de Cundinamarca.

La distribución de las principales fuentes hídricas de Fusagasugá es la siguiente:

Se encuentra al occidente del municipio el río Chocho-Panches y al sur los ríos Cuja, Batán

y Guavio con sus respectivos afluentes, que conforman la parte central de la misma cuenca.

https://es.wikipedia.org/wiki/Municipios_de_Colombia

https://es.wikipedia.org/wiki/Colombia

https://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_del_Sumapaz

https://es.wikipedia.org/wiki/Departamentos_de_Colombia

https://es.wikipedia.org/wiki/Cundinamarca

https://es.wikipedia.org/wiki/Bogot%C3%A1

https://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo_Cuja

https://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo_Panches

https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Cerro_de_Fusacat%C3%A1n&action=edit&redlink=1

https://es.wikipedia.org/wiki/Cerro_de_Quinin%C3%AD

https://es.wikipedia.org/wiki/M_s._n._m.

https://es.wikipedia.org/wiki/%C2%B0C

https://es.wikipedia.org/wiki/Mm

https://es.wikipedia.org/wiki/Cuenca_hidrogr%C3%A1fica

https://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo_Sumapaz


124

En el sector donde los ríos Panches y Cuja se encajonan y conforman el Río Sumapaz,

sus afluentes bajan casi verticalmente, formando así un drenaje subparalelo, mucho más

denso que el dendrítico principal. Las aguas subterráneas (nivel freático) en la zona se

encuentran a profundidades mayores de veinte metros, con excepción de algunas zonas en

donde están entre 1,5 y 2 m.

Figura 41.Mapa Veredal de Municipio Fusagasugá.

Fuente: Secretaria de Planeación

Figura 42. Desarenador de Fusagasugá

https://es.wikipedia.org/wiki/Red_de_drenaje#Drenaje_paralelo

https://es.wikipedia.org/wiki/Red_de_drenaje#Drenaje_dendrítico

https://es.wikipedia.org/wiki/Aguas_subterr%C3%A1neas

https://es.wikipedia.org/wiki/Metro

https://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjJ5sb15u7ZAhWGCpAKHdalDeAQjRwIBg&url=http://www.fusagasuga-cundinamarca.gov.co/MiMunicipio/Paginas/Galeria-de-Mapas.aspx&psig=AOvVaw3SeUa8nvn9yeVg3g7dhh2N&ust=1521219593071446

https://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjJ5sb15u7ZAhWGCpAKHdalDeAQjRwIBg&url=http://www.fusagasuga-cundinamarca.gov.co/MiMunicipio/Paginas/Galeria-de-Mapas.aspx&psig=AOvVaw3SeUa8nvn9yeVg3g7dhh2N&ust=1521219593071446

125

El desarenador del municipio de Fusagasugá se abastece de la bocatoma del río Barro

Blanco, cuenta con un caudal captado de 95 l/s, se debe tener en cuenta que se encuentra

ubicado en una zona verde; por lo tanto, se deben tener en cuenta los factores externos del

medio que lo rodea ya que estos pueden afectar directamente los resultados de los ensayos a

realizar y la eficiencia del desarenador por ejemplo hojas, palos de árboles, insectos, etc.

El desarenador cuenta con una pantalla deflectora en buen estado; ya que se realizó una

observación visual, en la que se vio que el agua antes de la pantalla deflectora pasa con

turbulencia y después de esta, el agua no presenta turbulencia. Esto se asume mediante el

criterio de observación, se le realiza mantenimiento cada seis meses, dentro de la

descripción del diseño para mayor claridad se observan los detalles en el plano, este fue

obtenido de la empresa de servicios públicos de Fusagasugá.

Figura 43. Dimensiones desarenador Fusagasugá

126

Melgar

El municipio de melgar ubicado en el departamento de Tolima, cuenta con una

superficie total de 215,7Km, localizado a 91km de Ibagué, la capital del departamento, y a

98km al suroccidente de Bogotá, capital de Colombia, tiene una población total 36047 hab.

Se encuentra localizado en el valle del río Sumapaz muy cerca de su desembocadura con el

río Magdalena. Limita al norte con el departamento de Cundinamarca, al este con el

municipio de Icononzo, al sur con el municipio de Cunday y al sur y oeste con el municipio

de Carmen de Apicalá. Su clima es cálido semiseco con temperaturas que varían entre los

22 y los 35 °C, siendo el promedio anual de 28°C; la temperatura máxima registrada de

40ºC. La empresa de servicios públicos EMPUMELGAR E.S.P. garantiza la calidad y

continuidad del suministro de agua potable al municipio de Melgar. Con la captación,

procesamiento, tratamiento, conducción, distribución, conexión y medición del agua. Al

igual que el mantenimiento de las redes, reposición, rehabilitación y expansión de estas. La

zona de captación principal del agua la encontramos a orillas del rio Sumapaz y en la

vereda “La Cajita”.

Figura 44.Mapa Veredal de Melgar.

Fuente: http://yoleidajaimeperez.blogspot.com/

https://es.wikipedia.org/wiki/Tolima

https://es.wikipedia.org/wiki/Ibagu%C3%A9

https://es.wikipedia.org/wiki/Km


https://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo_Sumapaz


https://es.wikipedia.org/wiki/Icononzo

https://es.wikipedia.org/wiki/Cunday

https://es.wikipedia.org/wiki/Carmen_de_Apical%C3%A1

127

El desarenador del municipio de melgar se abastece de la bocatoma quebrada la Palmira,

cuenta con un caudal captado de 80l/s, se debe tener en cuenta que se encuentra ubicado en

una zona de bosque por lo tanto se deben tener en cuenta los factores externos del medio

que lo rodea ya que estos pueden afectar directamente los resultados de los ensayos a

realizar y la eficiencia del desarenador por ejemplo hojas, palos de árboles, insectos, aves,

etc. Se encuentra cercado por alambre. Su diseño es de flujo horizontal y cuenta con una

pantalla deflectora, por modulo las cuales se encuentran en buen estado, el mantenimiento

se realiza cada tres meses, ya que se realizó una observación visual, en la que se vio que el

agua antes de la pantalla deflectora pasa con turbulencia y después de esta, el agua no

presenta turbulencia. Esto se asume mediante el criterio de observación.

Figura 45.Desarenador de Melgar

Figura 46.Desarenador de Melgar

128

Dentro de la descripción del diseño para mayor claridad se observan las dimensiones y

los detalles en la figura 47.

Figura 47. Dimensiones desarenador melgar

Carmen de Apicalá

Carmen de Apicalá es un municipio colombiano del Departamento de Tolima, situado a

unos 12 km de Melgar. Su temperatura promedio es de unos 28°C y está ubicado a unos

300 msnm. Cuenta con una superficie total de 183 km. Altitud media 328 msnm. y una

población de 8793 hab.

Agua potable totalmente pura y saludable para consumo humano, que en DAGUAS S.A.

E.S.P. llevan al casco urbano del municipio Carmen de Apicalá, con un cubrimiento urbano

del 100% que corresponde a 2,924 suscriptores.

https://es.wikipedia.org/wiki/Colombiano



https://es.wikipedia.org/wiki/Melgar_(Tolima)

https://es.wikipedia.org/wiki/Msnm

129

Se realiza una caracterización de las aguas, confrontando parametros de calidad de

acuerdo con lo estipulado en el decreto 2115 de 2007 del Ministerio de Salud, lo que

permite un diagnostico sobre la potabilidad del agua analizada.

Figura 48.Mapa Carmen de Apicalá

Fuente: CORTOLIMA

El desarenador del municipio de Carmen de Apicalá se abastece de la bocatoma

quebrada agua negra, cuenta con un caudal captado de 8l/s, se debe tener en cuenta que se

encuentra ubicado en una zona de bosque por lo tanto se deben tener en cuenta los factores

externos del medio que lo rodea ya que estos pueden afectar indirectamente los resultados

de los ensayos a realizar y la eficiencia del desarenador porque se encuentra totalmente

cubierto; por lo tanto estos podrían afectar de otra manera. Su diseño es de flujo horizontal

y cuenta con rejilla lateral. Este desarenador no cuenta con pantalla deflectora; ya que su

diseño es totalmente cubierto, por lo tanto, su grado de desarenador será igual a 1.

130

Figura 49.Desarenador de Carmen de Apicalá

Dentro de la descripción del diseño para mayor claridad se observan los detalles y las

dimensiones en la figura 50.

Figura 50. Dimensiones desarenador Carmen de Apicalá.

131

Girardot

Girardot es un municipio del departamento de Cundinamarca - Colombia ubicado en la

Provincia del Alto Magdalena, de la cual es capital. Limita al norte con los municipios de

Nariño y Tocaima, al sur con el municipio de Flandes y el Río Magdalena, al oeste con el

municipio de Nariño, el Río Magdalena y el municipio de Coello y al este con el municipio

de Ricaurte y el Río Bogotá. Está ubicado a 134km al suroeste de Bogotá. La temperatura

media anual es de 27,8°C.; cuenta con una superficie total de 129km, una altitud media 326

msnm. y una población total de 106283 hab.

Este acueducto cuenta con una instalación de una red de acueducto CCP de 24” entre la

captación y los desarenadores de la planta de tratamiento de Acuagyr ubicada en el

municipio de Ricaurte, una construcción de la línea de impulsión de acueducto desde el

tanque aguas claras II de la planta de tratamiento hasta la vía panamericana en el sector

aledaño a la entrada del proyecto Hacienda Peñalisa en el municipio de Ricaurte. Y una

construcción del canal de distribución del agua proveniente de los floculadores hacia los

sedimentadores en la planta de tratamiento del municipio de Ricaurte.

Figura 51.Ubicacion ciudad de Girardot






https://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_del_Alto_Magdalena

https://es.wikipedia.org/wiki/Nari%C3%B1o_(Cundinamarca)

https://es.wikipedia.org/wiki/Tocaima

https://es.wikipedia.org/wiki/Flandes_(Tolima)

https://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo_Magdalena

https://es.wikipedia.org/wiki/Coello_(Tolima)

https://es.wikipedia.org/wiki/Ricaurte_(Cundinamarca)

https://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo_Bogot%C3%A1



https://es.wikipedia.org/wiki/%C2%B0C

https://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiZ4qWk5u7ZAhXEHJAKHZ_jB1YQjRwIBg&url=https://es.slideshare.net/OlneyIvnEscobarForero/girardot-29208130&psig=AOvVaw2J6IYVRW0-crIE0Ttb4Y-0&ust=1521219401045130

132

El desarenador del municipio de Girardot se abastece del río Magdalena, cuenta con un

caudal captado de 450l/s, se debe tener en cuenta que se encuentra ubicado en la planta;

cuenta con tres desarenadores y un sistema de bombeo; por lo tanto, se deben tener en

cuenta los factores externos del medio que lo rodea ya que estos pueden afectar

directamente los resultados de los ensayos a realizar y la eficiencia del desarenador por

ejemplo hojas, palos de árboles, insectos, aves, etc. Su diseño es de flujo horizontal. El

desarenador cuenta con una pantalla deflectora en buen estado, ya que se realizó una

observación visual, en la que se vio que el agua antes de la pantalla deflectora pasa con

turbulencia y después de esta, el agua no presenta turbulencia. Esto se asume mediante el

criterio de observación,

Figura 52.Desarenador de Girardot

133

Figura 53. Desarenador de Girardot

Figura 54. Dimensiones desarenador de Girardot

Mesitas del Colegio

Mesitas del Colegio es un municipio de Cundinamarca-Colombia, ubicado en la Provincia

del Tequendama; se encuentra a 31km del salto del Tequendama en la vía de Bogotá -

Girardot. Cuenta con una superficie total de 117 km, altitud media de 990 msnm y una

población total 21832 habitantes. En el área de acueducto se realizaron obras de

mantenimiento en las plantas de agua potable Francia y Buenos aires los cuales consisten




https://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_del_Tequendama

https://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_del_Tequendama

https://es.wikipedia.org/wiki/Salto_del_Tequendama


https://es.wikipedia.org/wiki/Girardot

134

en: Planta Francia: cuenta con macromedidor de 4 pulgadas de entrada de agua cruda,

filtros con enchapes en baldosa para facilitar un lavado a las estructuras.

Planta Buenos Aires: el sedimentador cuenta con un enchapado en las paredes superiores

en baldosa para facilitar su limpieza, un macromedidor de 8 pulgadas para agua cruda para

de esta forma llevar un control exacto del agua cruda que entra a la planta contra el agua

que es tratada y distribuida a los usuarios, cuenta con bombas que están instaladas en la

planta.

Figura 55. Mapa localización de Mesitas del colegio.

Fuente: CORTOLIMA

El desarenador del municipio de Mesitas del Colegio se abastece de la bocatoma

quebrada Santa María, cuenta con un caudal captado de 30l/s. Se debe tener en cuenta que

se encuentra ubicado en una zona de bosque por lo tanto se deben tener en cuenta los

factores externos del medio que lo rodea ya que estos pueden afectar directamente los

resultados de los ensayos a realizar y la eficiencia del desarenador por ejemplo hojas, palos

de árboles, insectos, aves, etc.

https://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwip0vLP5e7ZAhXCipAKHdq3AoUQjRwIBg&url=https://www.goplaceit.com/co/inmueble/venta/casa/el-colegio/2451569-casa&psig=AOvVaw2vgwVoI9_qoFx_aUZ8gokh&ust=1521219252884433

135

A pesar de que este se encuentra cercado por alambre y en el techo con polisombra

evitando el menor acceso de los agentes externos. Su diseño es de flujo horizontal, cuenta

con una pantalla deflectora en buen estado, ya que se realizó una observación visual, en la

que se vio que el agua antes de la pantalla deflectora pasa con turbulencia y después de

esta, el agua no presenta turbulencia. Esto se asume mediante el criterio de observación,

Dentro de la descripción del diseño para mayor claridad se observan los detalles en la

figura 57.

Figura 56.Desarenador de Mesitas del Colegio

136

Figura 57. Dimensiones desarenador de Mesitas del Colegio.

Flandes

Flandes es un municipio colombiano ubicado en el departamento de Tolima. Se

encuentra localizado en el centro del país en la cuenca alta del Río Magdalena, en las

desembocaduras del río Bogotá, río Sumapaz y el río Coello. El cual se encuentra

conurbado con la ciudad de Girardot y el municipio de Ricaurte (Cundinamarca). Limita al

norte con el río Magdalena, la ciudad de Girardot y el municipio de Ricaurte; al este con el

río Magdalena, los municipios de Ricaurte y Suárez; al sur con el municipio de El Espinal y

al oeste con el municipio de Coello. Tiene una superficie total de 95km, altitud media de

285 msnm., una población total de 29106 hab.

https://es.wikipedia.org/wiki/Municipio_colombiano



https://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo_Bogot%C3%A1

https://es.wikipedia.org/wiki/Girardot

https://es.wikipedia.org/wiki/Ricaurte_(Cundinamarca)

https://es.wikipedia.org/wiki/Su%C3%A1rez_(Tolima)

https://es.wikipedia.org/wiki/El_Espinal_(Tolima)

https://es.wikipedia.org/wiki/Coello_(Tolima)

137

El servicio de acueducto está compuesto por las actividades de captación, aducción-

conducción, tratamiento y distribución del agua, procesos necesarios para entregar a los

usuarios agua apta para el consumo humano. Y a su vez programar, organizar y dirigir las

operaciones necesarias para realizar el mantenimiento.

Figura 58. Mapa veredal de Flandes

Fuente: CORTOLIMA

El desarenador del municipio de Flandes se abastece de la bocatoma la cual capta del rio

magdalena, cuenta con un caudal captado de 120 l/s, se debe tener en cuenta que se

encuentra ubicado en una zona de arborizada por lo tanto se deben tener en cuenta los

factores externos del medio que lo rodea ya que estos pueden afectar directamente los

resultados de los ensayos a realizar y la eficiencia del desarenador por ejemplo hojas, palos

de árboles, insectos, aves, etc. se encuentra cercado por alambre.

https://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwir4JOF6e7ZAhXIhJAKHSobCLUQjRwIBg&url=http://cdim.esap.edu.co/Combosdependientes.asp?PnDepartamentos=73&Pnmuni=73275&psig=AOvVaw3dQUZlojyKClG5SBCYgSIw&ust=1521220204415209

138

Su diseño es de flujo horizontal y se compone de un bafle con 24 orificios, ya que se

realizó una observación visual, en la que se vio que el agua antes de la pantalla deflectora

pasa con turbulencia y después de esta, el agua no presenta turbulencia. Esto se asume

mediante el criterio de observación.

Figura 59. Desarenador de Flandes

Figura 60. Desarenador de Flandes.

139

Figura 61. Dimensiones desarenador Flandes.

Guamo

Guamo es un municipio colombiano ubicado en el suroriente del departamento de

Tolima, es catalogada como la “Capital Ganadera del Tolima” ya que sus ferias se realizan

los miércoles y jueves. El municipio también es bañado por tres ríos Luisa, Magdalena y el

Saldaña. Tiene una superficie total de 561km, altitud media 321 msnm y una población

total 48356 hab.

Figura 62. Mapa veredal municipio de Guamo.

Fuente: CORTOLIMA


https://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Tolima

https://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Tolima

https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=R%C3%ADo_Luisa&action=edit&redlink=1


https://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo_Salda%C3%B1a

https://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjP2s6U6O7ZAhWGE5AKHRvhCksQjRwIBg&url=http://cdim.esap.edu.co/Combosdependientes.asp?PnDepartamentos=73&Pnmuni=73319&psig=AOvVaw3fznVTvB66xf1oCTWFeyg9&ust=1521219955998427



140

El desarenador del municipio de Guamo se abastece de la bocatoma del río Cucuana.

Cuenta con un caudal captado de 62l/s y se encuentra ubicado cerca de una zona de bosque

por lo tanto se deben tener en cuenta los factores externos del medio que lo rodea ya que

estos pueden afectar directamente los resultados de los ensayos a realizar y la eficiencia del

desarenador por ejemplo hojas, palos de árboles, insectos, aves, etc. se encuentra cercado

por alambre. Su diseño es de flujo horizontal y se compone de una pantalla deflectora en

buen estado, ya que se realizó una observación visual, en la que se vio que el agua antes de

la pantalla deflectora pasa con turbulencia y después de esta, el agua no presenta

turbulencia. Esto se asume mediante el criterio de observación.

Figura 63. Desarenador del Guamo

Figura 64. Desarenador de Guamo

141

Figura 65. Plano desarenador del Guamo.

Alvarado

Alvarado es un municipio de Colombia, cuenta con una población de 8972 habitantes en

el censo de 2005. Se encuentra ubicado a 20 minutos con Ibagué capital del Departamento

del Tolima a una distancia 27 kilómetros. Su hidrografía, aunque hay zonas secas, posee 3

ríos de gran importancia como el Totaré, La China y Alvarado. Posee un gran número de

corrientes menores. Cuenta con una altitud 412 metros, temperatura 27 grados Celsius,

latitud: 04º 34' 06" N, longitud: 074º 57' 24" O.

La fuente de abastecimiento es el río Alvarado. Esta es conducida hasta la planta de

tratamiento que fue construida en 1987, su capacidad de tratamiento es de 20 L/s, cuenta

con sistemas de floculación hidráulica, sedimentación de alta tasa, filtración y desinfección.

También cuenta con un tanque de almacenamiento de agua potable y conducción a la planta

de tratamiento - red y la red de distribución.


https://es.wikipedia.org/wiki/Ibagu%C3%A9

142

Figura 66.Mapa municipio de Alvarado.

Fuente: CORTOLIMA

El desarenador del municipio de Alvarado se abastece de la bocatoma río Alvarado.

Cuenta con un caudal captado de 63,2 l/s y se encuentra ubicado cerca de una zona de

bosque por lo tanto se deben tener en cuenta los factores externos del medio que lo rodea ya

que estos pueden afectar directamente los resultados de los ensayos a realizar y la eficiencia

del desarenador de una u otra manera pues ya que este se encuentra totalmente cubierto,

pero se puede ver afectado por otro tipo factores. Su diseño es de flujo horizontal, cuenta

con una pantalla deflectora en buen estado, ya que se realizó una observación visual, en la

que se vio que el agua antes de la pantalla deflectora pasa con turbulencia y después de

esta, el agua no presenta turbulencia. Esto se asume mediante el criterio de observación.

Figura 67. Desarenador de Alvarado

143

Figura 68. Dimensiones desarenador Alvarado.

Facatativá

Facatativá es la capital de la Provincia de Sabana Occidente. Se encuentra ubicado a 36

km de Bogotá, sobre la carretera Bogotá-Villeta-Honda-Medellín. Por su altitud, Facatativá

presenta un clima frío que tiene como temperatura media anual los 14 °C. Se presenta

durante el día una temperatura de hasta 22 °C, pero en la noche de hasta 0°C.

El clima de la ciudad se caracteriza por lluvia abundante, aunque usualmente, durante

los meses de mayo, junio, julio y agosto, se presenta la temporada seca.

El municipio cuenta con ríos y arroyos que se encuentran regados por una red

hidrográfica de la que sobresale la principal arteria fluvial determinada por el río Los Andes

o río Botello (Tenequené) cuyo nacimiento se halla al suroccidente de la cabecera

municipal, y desemboca en el río Bojacá. Entre sus afluentes están el río Pava y la quebrada

El Vino.

https://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_de_Sabana_Occidente



https://es.wikipedia.org/wiki/Villeta

https://es.wikipedia.org/wiki/Honda

https://es.wikipedia.org/wiki/Medell%C3%ADn

https://es.wikipedia.org/wiki/0%C2%B0C

144

Cuenta con otras corrientes de menor tamaño que han sido sometidas a campañas de

descontaminación en los últimos años.

El acueducto Municipal fue construido en 1946, bajo los lineamientos de Acuamarca

entidad que para esos días direccionaba los sistemas de Acueducto en el Departamento. La

fuente de abastecimiento fue la Quebrada Mancilla, desde la cual se captaba el agua por

medio de una bocatoma de fondo, y la conducía hasta un desarenador y desde allí, a través

de una tubería de Hierro de diámetro 6”, el agua era conducida hasta la planta de

tratamiento La Guapucha, que se encuentra ubicada en la parte alta del Barrio Dos

Caminos.

En 1972 el Instituto Nacional De Fomento Municipal (INSFOPAL) construyó la Planta

de Tratamiento de Agua Potable El Gatillo que transporta el agua hasta el tanque de

estabilización, con un sistema de bombeo. Para compensar la demanda en aquella época

fueron perforados los pozos subterráneos de Cartagenita, Manablanca y San Rafael I.

Figura 69.Mapa Veredal de Municipio Facatativá.

Fuente: Alcaldía de municipio de Facatativá

145

El desarenador del municipio de Facatativá se abastece de la bocatoma embalse Santa

Martha. Cuenta con un caudal captado de 200 l/s y se encuentra ubicado alrededor de pasto,

pero cubierto por teja.

Tiene algunos orificios a los costados y estos pueden afectar directamente los resultados

de los ensayos a realizar y la eficiencia del desarenador por ejemplo hojas, palos de árboles,

insectos, aves, etc. Su diseño es de flujo horizontal, no cuenta con pantalla deflectora, ya

que su diseño es parcialmente cubierto, por lo tanto, su grado de desarenador será igual a 1.

Figura 70. Desarenador de Facatativá

146

Figura 71. Dimensiones desarenador Facatativá

Ventaquemada

Ventaquemada es un municipio colombiano ubicado en la Provincia del Centro, en el

departamento de Boyacá. Está situado sobre la Troncal Central del Norte, a unos 29 km de

la ciudad de Tunja, capital del departamento. El municipio limita al norte con Tunja y

Samacá, al sur con Turmequé, Villapinzón y Lenguazaque, al oriente con Boyacá, Jenesano

y Nuevo Colón y al occidente con Guachetá, Lenguazaque y Villapinzón. Tiene una

superficie de 159,3 km, una altitud media de 2630 msnm, población 15442 hab.

El acueducto cuenta con la cobertura del 95%, existen algunas pérdidas de agua. La

capacidad del tanque del acueducto urbano es insuficiente. Se generan conflictos por las

instalaciones de la planta de tratamiento y se requiere un cambio de tubería de la red de

aducción.



https://es.wikipedia.org/wiki/Provincia_del_Centro_(Boyac%C3%A1)


https://es.wikipedia.org/wiki/Boyac%C3%A1

https://es.wikipedia.org/wiki/Troncal_Central_del_Norte


https://es.wikipedia.org/wiki/Tunja

https://es.wikipedia.org/wiki/Tunja

https://es.wikipedia.org/wiki/Samac%C3%A1

https://es.wikipedia.org/wiki/Turmequ%C3%A9

https://es.wikipedia.org/wiki/Villapinz%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Lenguazaque

https://es.wikipedia.org/wiki/Boyac%C3%A1

https://es.wikipedia.org/wiki/Jenesano

https://es.wikipedia.org/wiki/Nuevo_Col%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Guachet%C3%A1

https://es.wikipedia.org/wiki/Lenguazaque

147

El diseño actual no es técnico y es insuficiente. Las aguas servidas son entregadas a las

quebradas: Cachichita, San Antonio y el Bosque.

Figura 72. Mapa Veredal de municipio Ventaquemada.


El desarenador del municipio de Ventaquemada se abastece de la bocatoma quebrada el

Bosque, cuenta con un caudal captado de 7,5l/s, se debe tener en cuenta que se encuentra

ubicado alrededor de zona de bosque cubierto por rejas con orificios, por lo tanto se deben

tener en cuenta los factores externos del medio que lo rodea ya que tiene algunos orificios

a los costados y estos pueden afectar directamente los resultados de los ensayos a realizar y

la eficiencia del desarenador por ejemplo hojas, palos de árboles, insectos, aves, etc. Su

diseño es de flujo horizontal, cuenta con una pantalla deflectora en buen estado, ya que se

realizó una observación visual, en la que se vio que el agua antes de la pantalla deflectora

pasa con turbulencia y después de esta, el agua no presenta turbulencia. Esto se asume

mediante el criterio de observación.

https://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwi81dnv5-7ZAhUFjJAKHUvoB9QQjRwIBg&url=https://www.pinterest.com.mx/pin/434597432774368561/&psig=AOvVaw1dTlfSKX0tTSCxtAMWaaMe&ust=1521219856967289

148

Figura 73. Desarenador de Ventaquemada

Dentro de la descripción del diseño para mayor claridad se observan los detalles en el

plano.

Figura 74. Dimensiones desarenador Ventaquemada.

149

A continuación, en la tabla 19 se presenta un resumen con las dimensiones y el caudal

captado en cada uno de los desarenadores visitados:

Tabla 19.

Resumen dimensiones de los desarenadores.

Desarenador Q Largo Ancho Alto Vol.

(l/s) (m3/s) (m) (m) (m) (m3)

Fusagasugá 95 0,095 18,05 4,72 2,5 212,99

Melgar 80 0,08 10,3 3,55 2,55 93,24

Carmen de

Apicalá

8 0,08 7,8 2,6 3 60,84

Girardot 450 0,45 30,4 8,23 2,1 505,52

Mesitas del

Colegio

30 0,3 9,43 1,96 1,58 29,203

Flandes 120 0,12 10,77 2,6 2,2 56,56

Guamo 62 0,06 11,8 2,1 1,65 40,987

Alvarado 10 0,01 4,5 1,5 2 13,26

Facatativá 200 0,2 10 6 5 300

Ventaquemada 7,5 0,075 5 3 1,8 29,7

Resultados y análisis de resultados

Se realizaron visitas a los desarenadores en dos días diferentes en los meses de febrero y

marzo, tomando muestras con una diferencia de 30 minutos, a la entrada y salida de la

estructura. Al analizar los resultados se evidenció que había inconsistencias en los

resultados de los desarenadores de Fusagasugá y Melgar, por lo tanto, fue necesario realizar

de nuevo una visita a estas estructuras para rectificar los datos obtenidos.

150

Los resultados de los ensayos de laboratorio de turbiedad, pH y solidos suspendidos

totales se describen a continuación, de tal forma en que se muestran los datos obtenidos en

cada muestra.

Desarenador de Fusagasugá

A continuación, se muestran los datos obtenidos de turbiedad, pH y temperatura para

cada una de las muestras recogidas.

Tabla 20

Resultados de Turbiedad, pH, temperatura, a la entrada

FUSAGASUGA

Fecha Hora Entrada Turbiedad

UNT

pH T (°c )

Febrero 15 11:40 1 12,1 6,26 16,1

12:10 2 13,69 6,23 15,6

Febrero 16 13:00 3 11,39 7,07 18,3

13:30 4 11,95 6,4 18,7

Fecha Hora Entrada Turbiedad

UNT

pH T ( °c )

Marzo 16 7:00 1 10,6 6,1 12,7

7:30 2 10,15 5,9 12,6

Tabla 21.

Resultados de turbiedad, pH, temperatura a la salida

FUSAGASUGA

Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c

)

Febrero 15 11:40 1 11,76 6,1 15,3

12:10 2 11,3 6,02 15,5

Febrero 16 13:00 3 10,76 6,14 18,5

13:30 4 10,46 5,88 18,9

Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c

)

151

Marzo 16 7:00 1 10,2 6,05 12,9

7:30 2 9,55 5,8 12,7

Los resultados obtenidos del día 16 de febrero disminuyen, debido a las condiciones

climáticas ocurridas la noche del 15 de febrero, ya que ese día llovió toda la noche, por lo

que fue necesario volver a tomar muestras otro día para así rectificar los datos, se puede

evidenciar que la turbiedad baja en las muestras que fueron tomadas a la salida del

desarenador.

Con los resultados obtenidos se rectificaron los datos de las muestras recogidas en otro

día con condiciones climáticas similares. Donde se evidencia que no hay cambios abruptos

y que los resultados son proporcionales. Se evidencia que en la turbidez al considerarse que

hay presencia de solidos disueltos estos disminuyen a la salida del desarenador.

Los datos obtenidos en el laboratorio del ensayo de sólidos suspendidos totales se

muestran en las tablas 22 y 23.

Tabla 22.

Resultados SST a la entrada

FUSAGASUGA

Entrada Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)

1 968 152,696 152,709 0,014

2 934 153,054 153,070 0,018

3 900 1534072,000 153,446 0,043

4 932 151,757 151,771 0,014


1 920 73,744 73,758 0,015

2 860 87,308 87,318 0,012

Tabla 23. Resultados SST a salida

FUSAGASUGA

Salida Volumen (ml) Peso Inicial (gr) Peso Final(gr) Peso Solidos (gr/l)

152

1 962 181,724 181,738 0,015

2 970 170,371 170,386 0,015

3 940 150,947 150,950 0,003

4 940 97,554 97,566 0,013


1 1000 78,912 78,918 0,005

2 980 313,126 313,139 0,013

Los resultados finales de cada una de las muestras, se evidencia que hay mayor cantidad

de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que a la salida. Teniendo en

cuanto que se realizó una visita adicional debido a que en el mes de febrero se presentaron

periodos de precipitación muy altos los cuales generaban inconsistencia en las muestras,

adicionalmente no se había realizado mantenimiento por lo que los resultados arrojados

presentaban re suspensión en la salida del desarenador. Por lo tanto, fue necesario realizar

de nuevo una visita en el mes de marzo.

Desarenador de Melgar



Tabla 24.

Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la entrada

MELGAR

Fecha Hora Entrada Turbiedad UNT pH T ( °c )

Febrero 15 14:40 1 5,16 6,81 25,20

15:10 2 4,93 6,62 25,20

Febrero 16 9:30 3 4,50 6,90 24,30

10:00 4 4,29 6,88 24,10


Marzo 16 8:40 1 1,48 6,72 26,00

9:10 2 1,27 6,69 25,50

Tabla 25.

Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la salida

MELGAR

153

Fecha Hora Salida Turbiedad UNT pH T ( °c )

Febrero 15 14:40 1 5,09 6,68 25,10

15:10 2 4,52 6,69 25,10

Febrero 16 9:30 3 3,75 6,75 23,70

10:00 4 3,65 6,80 23,60


Marzo 16 8:40 1 1,29 6,65 24,90

9:10 2 1,23 6,60 25,00

Los resultados obtenidos del día 16 de febrero disminuyen, debido a las condiciones

climáticas ocurridas la noche del 15 de febrero, ya que ese día llovió toda la noche, por lo

que fue necesario volver a tomar muestras otro día para así rectificar los datos, se puede

evidenciar que la turbiedad baja en las muestras que fueron tomadas a la salida del

desarenador.

Con los resultados obtenidos se rectificaron los datos de las muestras recogidas en otro

día con condiciones climáticas similares. Donde se evidencia que no hay cambios abruptos

y que los resultados son proporcionales. Se evidencia que en la turbidez al considerarse que

hay presencia de solidos disueltos estos disminuyen a la salida del desarenador.



Tabla 26.


MELGAR


1 976 122,427 122,434 0,007

2 970 152,644 152,655 0,012

3 982 151,706 151,711 0,005

4 986 117,455 117,461 0,006


1 970 96,835 96,836 0,002

2 940 157,081 157,086 0,006

154

Tabla 27.

Resultados SST a la salida

MELGAR


1 980 136,307 136,313 0,006

2 962 97,503 97,513 0,010

3 920 144,230 144,237 0,008

4 963 149,662 149,667 0,005


1 910 350,525 350,528 0,004

2 960 149,857 149,858 0,001


de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que a la salida. Teniendo en

cuanto que se realizó una visita adicional debido a que en el mes de febrero se presentaron

periodos de precipitación muy altos los cuales generaban inconsistencia en las muestras,

adicionalmente no se había realizado mantenimiento por lo que los resultados arrojados

presentaban re suspensión en la salida del desarenador. Por lo tanto, fue necesario realizar

de nuevo una visita en el mes de marzo.

Desarenador de Carmen de Apicalá



Tabla 28. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la entrada

CARMEN DE APICALA


Febrero 15 16:15 1 1,79 6,81 24,80

16:35 2 1,29 6,61 24,90

155

Febrero 16 10:48 3 2,98 7,03 24,50

11:25 4 2,91 6,20 24,30

Tabla 29.

Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la salida

CARMEN DE APICALA


Febrero 15 16:15 1 1,77 6,77 21,40

16:35 2 1,32 6,51 25,10

Febrero 16 10:48 3 2,90 6,33 25,40

11:25 4 2,85 6,36 25,00

Según los resultados se puede observar que, en los dos días, las muestras recogidas a la

entrada del desarenador presentan una turbiedad más alta, que las muestras recogidas a la

salida del desarenador, lo que implica que el desarenador está en funcionamiento,

cumpliendo con las condiciones mínimas.



Tabla 30.


CARMEN DE APICALA


1 1000 151,022 151,032 0,011

2 968 127,518 127,532 0,014

3 940 111,814 111,824 0,011

4 958 89,657 89,667 0,011

Tabla 31.


CARMEN DE APICALA


1 964 156,862 156,870 0,008

156

2 1000 153,559 153,567 0,008

3 1000 350,279 350,285 0,006

4 960 144,666 144,679 0,013


de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que en la salida debido a que

este desarenador cumple con las recomendaciones para evitar que factores externos

influyan en el procedimiento de sedimentación.

Desarenador de Girardot



Tabla 32.

Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada

GIRARDOT


Febrero 15 17:40 1 234,60 6,98 27,50

18:00 2 286,00 7,20 27,10

Febrero 16 15:30 3 277,70 6,80 29,10

16:00 4 251,60 6,94 27,40

Tabla 33.

Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida

GIRARDOT


Febrero 15 17:40 1 200,30 7,11 27,70

18:00 2 177,20 7,13 28,90

Febrero 16 15:30 3 246,40 7,25 26,30

16:00 4 242,00 7,07 28,10

157






muestran en las tablas 34y 35.

Tabla 34

. Resultados SST a la entrada

GIRARDOT


1 900 128,636 129,241 0,672

2 1000 136,369 136,961 0,592

3 982 144,250 144,823 0,584

4 1000 168,038 168,453 0,415

Tabla 35.


GIRARDOT


1 937 181,711 182,199 0,521

2 960 136,362 136,679 0,330

3 844 122,479 122,787 0,366

4 822 143,725 144,045 0,390


de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que en la salida, este

desarenador presentaba una turbiedad mayor respecto a los demás, a pesar de que se

encontraba expuesto al aire libre no había vegetación alrededor lo que garantizaba que no

cayeran elementos que alteraran el proceso de sedimentación de este.

158

Desarenador de Mesitas del colegio



Tabla 36.


MESITAS DEL COLEGIO


Febrero 19 15:11 1 18,59 6,88 18,20

15:45 2 18,07 5,52 19,10

Febrero 20 13:00 3 22,60 6,58 19,40

13:30 4 23,45 6,68 17,50

Tabla 37.


MESITAS DEL COLEGIO


Febrero 19 15:11 1 14,00 6,75 19,40

15:45 2 13,05 6,68 18,00

Febrero 20 13:00 3 12,71 6,77 19,00

13:30 4 16,78 6,76 17,90




cumpliendo con las condiciones mínimas. Los datos obtenidos en el laboratorio del ensayo

de sólidos suspendidos totales se muestran en las tablas 38 y 37.

159

Tabla 38.


MESITAS DEL COLEGIO


1 1194 170,363 170,382 0,016

2 1000 150,386 150,406 0,020

3 822 153,047 153,062 0,018

4 1084 109,898 109,913 0,014

Tabla 39.


MESITAS DEL COLEGIO


1 1000 117,509 117,523 0,014

2 1023 117,635 117,643 0,008

3 1033 149,724 149,739 0,014

4 1000 143,670 143,678 0,008




influyan en el procedimiento de sedimentación, sin embargo, debido a su estructura de

protección y su deterioro se filtraba vegetación.

Desarenador de Flandes



160

Tabla 40.


FLANDES


Marzo 16 10:20 1 214,00 5,74 26,50

10:40 2 180,00 5,93 26,00

Marzo 17 8:00 3 160,00 5,94 26,00

8:30 4 170,00 6,06 25,50

Tabla 41.


FLANDES


Marzo 16 10:20 1 210,00 6,13 26,10

10:40 2 140,00 6,13 26,50

Marzo 17 8:00 3 147,25 6,20 26,40

8:30 4 155,00 6,21 25,80

Según los resultados se puede observar que, en los dos días, las muestras recogidas

a la entrada del desarenador presentan una turbiedad más alta, que las muestras recogidas a

la salida del desarenador, lo que implica que el desarenador está en funcionamiento,



Tabla 42.


FLANDES


1 960 153,685 153,829 0,150

2 1000 168,171 168,584 0,412

3 960 157,764 157,885 0,126

4 1000 127,920 128,053 0,134

161

Tabla 43.


FLANDES


1 950 143,562 143,692 0,136

2 970 151,966 152,111 0,150

3 740 151,065 151,187 0,165

4 920 135,607 135,744 0,149


de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que en la salida, este

desarenador presentaba una turbiedad alta, a pesar de que se encontraba expuesto al aire

libre no había vegetación alrededor lo que garantizaba que no cayeran elementos que

alteraran el proceso de sedimentación de este.

Desarenador de Guamo



Tabla 44.


GUAMO


Marzo 16 11:30 1 152,00 6,45 27,00

12:00 2 162,40 6,54 27,30

Marzo 17 9:45 3 161,50 6,59 28,20

10:15 4 149,60 6,59 28,00

162

Tabla 45.


GUAMO


Marzo 16 11:30 1 141,50 6,45 28,10

12:00 2 154,20 6,47 27,10

Marzo 17 9:45 3 151,30 6,35 27,50

10:15 4 139,70 6,38 27,00






Tabla 46.


GUAMO


1 970 144,780 144,823 0,045

2 950 164,938 164,990 0,055

3 960 334,370 334,417 0,049

4 950 88,914 88,931 0,019

Tabla 47.


GUAMO


1 950 109,225 109,248 0,023

2 940 116,914 116,935 0,023

3 920 111,090 111,100 0,010

4 940 94,921 94,938 0,018

163


de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que en la salida, a pesar de que

se encontraba expuesto al aire libre y hay vegetación alrededor, este no se veía afectado ya

que estaba recién construido.

Desarenador de Alvarado



Tabla 48.


ALVARADO


Marzo 16 11:30 1 145,00 6,63 29,00

12:00 2 150,00 6,69 29,40

Marzo 17 9:45 3 139,00 6,71 28,90

10:15 4 140,00 6,72 29,70

Tabla 49.


ALVARADO


Marzo 16 11:30 1 149,00 6,65 30,10

12:00 2 148,00 6,62 31,30

Marzo 17 9:45 3 133,00 6,69 29,80

10:15 4 139,70 6,70 30,20



164





Tabla 50..


ALVARADO


1 950 159,630 159,726 0,102

2 950 350,364 350,679 0,332

3 950 89,192 89,257 0,068

4 940 82,897 82,967 0,075

Tabla 51.


ALVARADO


1 950 110,327 110,350 0,024

2 910 155,226 155,254 0,030

3 900 128,241 128,258 0,019

4 950 104,602 104,648 0,048




influyan en el procedimiento de sedimentación.

Desarenador de Facatativá



165

Tabla 52.


FACATATIVA


Febrero 26 15:11 1 6,23 6,14 13,00

15:45 2 6,62 5,84 12,30

Febrero 27 13:00 3 8,18 5,86 11,60

13:30 4 8,20 5,86 12,60

Tabla 53.


FACATATIVA


Febrero 26 15:11 1 4,94 5,76 12,00

15:45 2 5,67 5,72 11,80

Febrero 27 13:00 3 4,78 5,69 11,50

13:30 4 4,65 5,56 11,90







Tabla 54.


FACATATIVA


1 964 63,655 63,657 0,001

2 954 86,623 86,636 0,013

3 910 83,557 83,561 0,005

4 956 89,656 90,235 0,605

166

Tabla 55.


FACATATIVA


1 926 88,041 88,041 0,000

2 880 95,564 95,564 0,001

3 954 143,667 143,671 0,003

4 946 150,337 150,340 0,003


de sólidos suspendidos totales en la entrada del desarenador que la que en la salida. Debido

a que se encontraba enterrado y cubierto.

Desarenador de Ventaquemada



Tabla 56.


VENTAQUEMADA


Marzo 1 14:45 1 0,81 5,98 10,40

15:15 2 0,39 5,95 10,90

Marzo 2 10:00 3 0,54 5,59 10,80

10:30 4 0,72 5,46 11,30

167

Tabla 57.


VENTAQUEMADA


Marzo 1 14:45 1 0,45 5,41 11,80

15:15 2 1,97 5,31 11,40

Marzo 2 10:00 3 0,48 5,30 11,50

10:30 4 0,63 5,09 10,80







Tabla 58.


VENTAQUEMADA


1 940 111,788 111,788 0,000

2 920 168,010 168,013 0,004

3 900 117,628 117,628 0,001

4 890 95,518 95,521 0,004

Tabla 59.


VENTAQUEMADA


1 950 117,461 117,461 0,000

2 930 96,936 96,937 0,001

3 910 97,496 97,497 0,001

4 950 110,988 110,990 0,002

168




influyan en el procedimiento de sedimentación. Estos no son del todo efectivos ya que el

desarenador cuenta con una reja para cubrirlo y se encuentra rodeado de vegetación.

A continuación, en la tabla 60 se presenta el resumen de los resultados obtenidos en los

diferentes laboratorios, donde se realizó un promedio de las cuatro muestras de entrada y un

promedio de las cuatro muestras de salida para hacer una comparación de la entrada y

salida, para el caso de los municipios de Fusagasugá y melgar que se realizó una visita de

más, se incluyen en el promedio de ese desarenador.

Se realizó un promedio de los resultados de solidos suspendidos totales, turbiedad y pH

para la temperatura se realizó un promedio con el fin de usar ese valor en las tablas para

determinar la viscosidad, este valor no se altera al hacer el promedio ya que se encuentra en

un rango especifico. Con el fin de hallar el porcentaje de remoción real obtenido en campo,

se halló restando los resultados obtenidos en la entrada menos los resultados obtenidos en

la salida, esto dividido en los resultados obtenidos en la entrada, multiplicado por cien.

Como se muestra en la siguiente ecuación.

169

Tabla 60.

Resumen de resultados para todos los desarenadores

Con el estudio de los autores mencionados en las metodologías de diseño para

desarenadores de flujo horizontal, se realizaron cinco metodologías representativas

buscando analizar las condiciones reales en las que se encontraron los desarenadores y así

poder evaluar y comparar los resultados teóricos de cada uno de los autores con los

resultados obtenidos en campo. Como se evaluaron varias metodologías, muchos autores

utilizan como diámetro menor una partícula de 0,1 mm, Se eligió este valor para analizar

los desarenadores ya que en las metodologías consultadas la mayoría de los autores utiliza

como diámetro mínimo de partícula Arena muy fina, comprendiendo valores entre (0,1 mm

y 0,05 mm) para hallar las velocidades de sedimentación por lo tanto se aplica este

diámetro como criterio en la evaluación de las cinco metodologías más representativas.

Consultando la tendencia de tamaño de partícula en Colombia se ha encontrado que en la

mayoría de ríos el tipo de material que se sedimenta es entre Arena muy fina entre (0,1 mm

Desarenador %

Remoción

SST

(mg/l)

Entrada

SST

(mg/l)

Salida

Turbiedad

(UNT)

Entrada

Turbiedad

(UNT)

Salida

pH

Entrada

pH

Salida

T°c

Fusagasugá 44,31 0,0193 0,0107 11,65 10,67 6,33 6,00 15,65

Melgar 5,33 0,0061 0,0116 3,61 3,26 6,77 6,70 24,81

Carmen de Apicalá 24,29 0,0117 0,0089 2,24 2,21 6,66 6,49 24,43

Girardot 28,96 0,5656 0,4018 262,48 216,48 6,98 7,14 27,76

Mesitas del Colegio 34,53 0,0170 0,0111 20,68 14,14 6,42 6,74 18,56

Flandes 26,99 0,2057 0,1502 181,00 163,06 5,92 6,17 26,10

Guamo 55,20 0,0419 0,0188 156,38 146,68 6,54 6,41 27,53

Alvarado 78,93 0,1444 0,0304 143,50 142,43 6,69 6,67 29,80

Facatativá 98,71 0,1562 0,0020 7,31 5,01 5,93 5,68 12,09

Ventaquemada 51,64 0,0021 0,0010 0,61 0,88 5,75 5,28 11,11

170

y 0.05 mm) y Arena fina (0,1 mm y 0,25 mm), por lo que fue necesario obtener un valor

promedio que coincidiera con lo que los autores usan en cada metodología.

Metodología Cualla (1995)

Cálculo de porcentaje de remoción real

Se comprueba que la cantidad de solidos suspendidos que entran al desarenador son

mayores que los que salen, se calcula el porcentaje de remoción real para hacer la

comparación con el porcentaje de remoción teórico y así validar que tan eficiente es el

desarenador.

Cálculo de porcentaje de remoción teórico

Se calculó el porcentaje de remoción teórico por medio de las variables como el caudal

captado en cada desarenador y el volumen de la zona de sedimentación del desarenador

para hallar el tiempo de retención. El tiempo de retención se halló dividiendo el volumen en

metros cúbicos sobre el caudal captado en metro cúbico sobre segundo los resultados se

muestran en la tabla 61.

Tabla 61.

Tiempo de retención

Desarenador Caudal

(l/s)

Vol.(m3)

Tiempo de

retención

(s)

Fusagasugá 95,0 213 2242,11

Melgar 80,0 93,24 1165,51

Carmen de Apicalá 8,0 60,84 5102,50

Girardot 450,0 505,52 1123,38

Mesitas del colegio 30,0 29,20 973,43

Flandes 125,0 56,56 452,48

Guamo 62,0 40,89 659,47

Alvarado 10,0 13,26 1326,00

Facatativá 200,0 300,00 1500,00

Ventaquemada 7,5 29,70 3960,00

171

Seguidamente se calculó el tiempo de sedimentación por medio de las variables de

temperatura, viscosidad y diámetro de la partícula para calcular la velocidad de

sedimentación. Con la tabla 61 y los valores de temperatura real en campo, se interpoló

para hallar el valor exacto de la viscosidad. Se decidió tomar como mínimo diámetro de

partícula 0,1 mm debido a que para muchos autores este valor es considerado como el

mínimo.

Para hallar el tiempo de sedimentación se utilizaron las variables de velocidad de

sedimentación y altura del desarenador, dividiendo la altura sobre la velocidad de

sedimentación, los resultados se muestran en la tabla 63.

Tabla 62.

Viscosidad cinemática del agua

Temperatura

(°C)

Viscosidad

cinemática

(cm2/s)

Temperatura

(°C)

Viscosidad

cinemática

(cm2/s)

0 0,01792 18 0,01059

2 0,01763 20 0,01007

4 0,01567 22 0,0096

6 0,001473 24 0,00917

8 0,001386 26 0,00876

10 0,001308 28 0,00839

12 0,001237 30 0,00804

14 0,01172 32 0,00772

15 0,01146 34 0,00741

16 0,01112 36 0,00713

Fuente: Cualla, 1995, Elementos de diseño para acueductos y alcantarillado, p.187

172

Tabla 63..

Tiempo de sedimentación

Seguidamente se halla el valor de θ con los valores de tiempo de sedimentación y tiempo

de retención se despeja de la formula el valor de θ.

despejando θ

Los resultados de θ para cada desarenador se muestran en la tabla 64.

Tabla 64.

Resultados de periodo de retención.

Según el θ obtenido se compara con el autor

Desarenador T°c Viscosidad

(cm2/s)

Diámetro

partícula

(mm)

Diámetro

partícula

(cm)

Vs(cm/s) H(cm) Ts(s)

Fusagasugá 15,65 0,011 0,100 0,010 0,800 250 312,455

Melgar 24,81 0,009 0,100 0,010 0,999 255 255,325

Carmen de

Apicalá

24,43 0,009 0,100 0,010 0,990 200 201,987

Girardot 27,76 0,008 0,100 0,010 1,066 210 196,967

Mesitas del

Colegio

18,56 0,010 0,100 0,010 0,861 158 183,511

Flandes 26,10 0,009 0,100 0,010 1,029 202 196,362

Guamo 27,53 0,008 0,100 0,010 1,061 165 155,540

Alvarado 29,80 0,008 0,100 0,010 1,114 200 179,594

Facatativá 12,09 0,013 0,100 0,010 0,679 500 736,211

Ventaquemada 11,11 0,013 0,100 0,010 0,709 180 253,931

Desarenador Tr (s) Ts(s) θ

Fusagasugá 2242,1 312,5 7,2

Melgar 1165,5 255,3 4,6

Carmen de Apicalá 5102,5 202,0 25,3

Girardot 1123,4 197,0 5,7

Mesitas del colegio 973,4 183,5 5,3

Flandes 452,5 196,4 2,3

Guamo 659,5 155,5 4,2

Alvarado 1326,0 179,6 7,4

Facatativá 1500,0 736,2 2,0

Ventaquemada 3960,0 253,9 15,6

173

principal (Cualla, 1995) el cual plantea unos valores de θ establecidos por él, los cuales no

tienen comprobación, se realiza una proyección de los datos por medio de una tendencia

potencial y así se obtiene la ecuación de la gráfica, debido a que existen vacíos en la tabla

se busca por este método completarla para hacer una comparación con las condiciones

reales de los desarenadores.

A continuación, se presenta la tabla referida por el autor y los datos completados bajo el

supuesto en color rojo (Tabla 65).

Tabla 65.

Porcentajes de remoción proyectados.

θ: Constante para hallar el porcentaje de remoción

En la tabla 66 se obtienen los diferentes valores de θ para hallar el porcentaje de

remoción según la siguiente ecuación dada por Jorge Saenz en la cual se utilizan los valores

de eficiencia según el grado del desarenador en cada uno.

(

)

donde:

y/yo: % Remoción

n: Valor inverso de la eficiencia según las condiciones.

Condiciones % Remoción

87,5 80 75 70 65 60 55 50

n=1 7,00 4,00 3,00 2,30 1,80 1,50 1,30 1,00

n=3 2,75 2,06 1,66 1,47 1,24 1,05 0,88 0,76

n=4 2,37 1,84 1,52 1,35 1,16 0,99 0,85 0,73

Máximo teórico 0,88 0,79 0,75 0,68 0,63 0,58 0,54 0,50

174

Tabla 66.

Porcentajes de remoción según ecuación de Jorge Sáenz

Condiciones % Remoción

87,5 80 75 70 65 60 55 50 5,33 24,29 28,96 34,53 26,99

n=1 7,000 4,000 3,000 2,333 1,857 1,500 1,222 1,000 1,141 0,321 0,408 0,527 0,370

n=3 3,000 2,130 1,762 1,481 1,676 1,072 0,915 0,780 0,867 0,292 0,362 0,455 0,332

n=4 2,727 1,981 1,657 1,405 1,200 1,030 0,884 0,757 0,839 0,288 0,357 0,447 0,327

Se halla el valor de θ teórico obtenido de la ecuación de Jorge Saenz asumiéndolo con

las características y el porcentaje real hallado en los desarenadores existentes como se

muestra en la tabla 67, según los valores de θ de Cualla y Jorge Saenz donde se utilizan las

condiciones de eficiencia del grado del desarenador, este fue observado en cada uno de los

desarenadores; Con respecto a el porcentaje de remoción obtenido en campo se halla el θ

teórico mediante los dos métodos aplicados.

Tabla 67.

Comparación teórica vs. real

Desarenador %

Remoción

θ

Teórico

(Cualla)

θ

en

campo

θ Teórico

(Ecuación

Jorge

Sáenz)

Cantidad

de bafles

n Observaciones

Fusagasugá 44,310 7,200 0,76 0,780 1 3 Buen estado

Melgar 5,330 4,600 - 0,867 1 3 Buen estado

Carmen de

Apicalá

24,290 25,300 - 0,321 0 1 Cubierto

Girardot 28,960 5,700 - 0,362 1 3 Buen estado

Mesitas del

Colegio

34,530 5,300 - 0,455 1 3 Buen estado,

cubierto

Flandes 26,990 2,300 - 0,332 1 3 Buen estado

Guamo 55,200 4,200 0,850 0,880 1 4 Buen estado

Alvarado 78,930 7,400 2,06 1,760 1 3 Buen estado

Facatativá 98,710 2,000 7,00 7,000 0 1 Cubierto

Ventaquemada 51,640 15,600 0,76 0,780 1 3 Buen estado

175

Con los resultados obtenidos hay varias inconsistencias en cuanto a los datos, no hay

porcentaje de remoción según la tabla 65 menor al 50 % ni mayor al 87,5% lo que indica

que para los porcentajes de remoción en campo no cumple para todos por lo que no sería

posible hacer una comparación con el valor de θ teórico. Se puede observar en la tabla 67,

que teniendo estas condiciones no hay un θ teórico para el desarenador de Melgar debido

a que el porcentaje de remoción es del 5,33 % es menor al 50 % , para el desarenador de

Carmen de Apicalá no hay valor de θ teórico ya que el porcentaje de remoción de este fue

de 24,29% es decir es menor al mínimo establecido por el autor , para el desarenador de

Girardot el porcentaje de remoción es del 28,96% lo que indica que es menor al 50 % y así

seria para los desarenadores de Mesitas del colegio con un porcentaje de remoción del

34,53% y para el desarenador de Flandes con un porcentaje de remoción del 26,99 %.

En el caso del desarenador de Facatativá el porcentaje de remoción es de 98,71%, es

mayor al establecido por el autor el cual es de un 87,5% lo que se hizo en este caso al estar

más cercano a ese valor se realizó la comparación.

Analizando los valores del θ teórico según Cualla y los obtenidos por la ecuación de

Jorge Sáenz con el θ de campo no se ve ninguna similitud entre ellos, en ningún

desarenador lo que genera un grado de incertidumbre entre lo que dice el autor y lo que se

investiga en campo. Muchos de estos factores pueden estar influenciados por factores

externos como se ha nombrado anteriormente lo que puede alterar las condiciones del

desarenador.

176

Metodología Muñoz A.H (2015)

La metodología implementada por este autor utiliza una velocidad de sedimentación la

cual se halla por medio de la ecuación de Stokes como se ha venido trabajando

anteriormente, en esta metodología se halla de manera diferente el porcentaje de

eliminación o remoción, ya que el autor plantea por medio de una gráfica y por medio de

una tasa de tratamiento el valor de porcentaje removido.

t: Tiempo preciso para atravesar el tanque de desarenado por una partícula dada con una

probabilidad de sedimentar y/yo, tiempo de retención de una partícula en el tanque.

to: Tiempo preciso por una determinada partícula con velocidad de sedimentación vs

para sedimentar desde una altura h del tanque.

t/to: Tasa de tratamiento

Con los cálculos anteriores se halló para cada desarenador, la velocidad de

sedimentación, por medio de la ecuación de Stokes donde los valores de viscosidad se

hallaron por medio de la temperatura. La tabla 68 muestra los resultados de velocidad de

sedimentación para cada desarenador

177

Tabla 68.

Velocidad de sedimentación.


(cm2/s)

Diámetro

partícula(mm)

Diámetro

partícula(cm)

Vs(cm/s)

Fusagasugá 15,65 0,0112 0,100 0,01 0,80

Melgar 24,81 0,0090 0,100 0,01 1,00

Carmen de Apicalá 24,43 0,0091 0,100 0,01 0,99

Girardot 27,76 0,0084 0,100 0,01 1,07

Mesitas del Colegio 18,56 0,0104 0,100 0,01 0,86

Flandes 26,10 0,0087 0,100 0,01 1,03

Guamo 27,53 0,0085 0,100 0,01 1,06

Alvarado 29,80 0,0081 0,100 0,01 1,11

Facatativá 12,09 0,0132 0,100 0,01 0,68

Ventaquemada 11,11 0,0127 0,100 0,01 0,71

Seguidamente se halló el tiempo de retención de una partícula en el tanque utilizando las

variables de caudal y volumen, la tabla 69 muestra los resultados de tiempo de retención, el

tiempo de sedimentación de las partículas en aguas de reposo y la tasa de tratamiento.

Este autor denomina más valores para las condiciones de las pantallas deflectoras, la

tabla 70 muestra los valores de rendimiento que el autor utiliza.

Tabla 69..

Tasa de tratamiento

Desarenador h(cm) Caudal

m3/s

Vol m3 t to t/to n

Fusagasugá 250 0,10 213 2242,11 312,45 7,18 3,00

Melgar 255 0,08 93,24 1165,51 255,32 4,56 5,00

Carmen de Apicalá 200 0,01 60,84 5102,50 201,99 25,26 1,00

Girardot 210 0,45 505,52 1123,38 196,97 5,70 3,00

Mesitas del Colegio 158 0,03 29,20 973,43 183,51 5,30 3,00

Flandes 202 0,13 56,56 452,48 196,36 2,30 5,00

Guamo 165 0,06 40,89 659,47 155,54 4,24 8,00

Alvarado 200 0,01 13,26 1326,00 179,59 7,38 3,00

Facatativá 500 0,20 300,00 1500,00 736,21 2,04 1,00

Ventaquemada 180 0,01 29,70 3960,00 253,93 15,59 3,00

178

Tabla 70..

Rendimiento, n

Con los resultados y el n asignado a cada desarenador según la condición con el que está

construido, se entró a la gráfica con el valor de la tasa de tratamiento hasta que corte con la

curva del n escogido y se obtiene de esta manera el porcentaje de remoción. La grafica se

muestra en la figura 26.

Con el valor del porcentaje de remoción teórico se realizó una tabla con los resultados

para cada desarenador y se procede a comparar con el porcentaje de remoción en campo. La

tabla 71 muestra los resultados.

Tabla 71.

Comparación porcentaje teórico vs. real.

n Rendimiento

1 Muy pobre

2 Pobre

3 Bueno

5 Bueno

8 Muy bueno

∞ Óptimo

Desarenador % Teórico % Real

Fusagasugá 0,00 44,31

Melgar 98,00 5,33

Carmen de Apicalá 0,00 24,29

Girardot 94,00 28,96

Mesitas del Colegio 93,00 34,53

Flandes 81,00 26,99

Guamo 96,00 55,20

Alvarado 0,00 78,93

Facatativá 67,00 98,71

Ventaquemada 0,00 51,64

179

Se puede observar en los resultados que para los desarenadores de Fusagasugá, Carmen

de Apicalá, Alvarado y Ventaquemada no fue posible leer un valor en la gráfica, debido a

que la tasa de tratamiento de estos valores superaba el rango de escala , el valor es superior

a 6,0, para los demás desarenadores se hace una comparación en la cual para el desarenador

de melgar el porcentaje teórico es mayor que el real, para el de Girardot , mesitas del

colegio, Flandes, los valores teóricos son mayores a los reales , para el caso de Facatativá el

valor teórico es menor al real y el de guamo es mayor el teórico pero está más cerca al real.

Metodología Romero Corcho (1993)

Según la metodología de este autor, es muy importante realizar un factor de conversión

para hallar la viscosidad cinemática según la temperatura del agua, el autor emplea la

siguiente formula donde se utiliza la viscosidad del agua a una temperatura de 10°C igual a

0,0131 cm2/s.

Conociendo la viscosidad cinemática del agua a la temperatura de cada desarenador ya

no se emplean tablas si no se adquiere el valor exacto, el cual se utiliza en la fórmula de

Stokes para hallar la velocidad de sedimentación. El autor recomienda que es necesario

realizar la velocidad de sedimentación por el método de Allen Hazen por medio de la

siguiente formula en la cual el autor deja la velocidad de sedimentación para una

temperatura de 10°c como 2,9.

180

Debido a estudios realizados en laboratorios el autor recomienda hacer un promedio de

la velocidad de sedimentación por medio de la fórmula de Stokes y la fórmula de Allen

Hazen. La tabla 72 muestra los resultados finales.

Tabla 72.

Velocidades de sedimentación


(cm2/s)

Diámetro

partícula(mm)

Diámetro

partícula(cm)

Vs(cm/s)

Stokes

Vs(cm/s)

Allen

Hazen

Vs

(cm/s)

Final

Fusagasugá 15,65 0,0112 0,100 0,010 0,80 0,34 0,5711

Melgar 24,81 0,0091 0,100 0,010 0,99 0,42 0,7053

Carmen de

Apicalá

24,43 0,0091 0,100 0,010 0,98 0,42 0,6997

Girardot 27,76 0,0085 0,100 0,010 1,05 0,44 0,7486

Mesitas del

colegio

18,56 0,0104 0,100 0,010 0,86 0,36 0,6138

Flandes 26,10 0,0088 0,100 0,010 1,02 0,43 0,7243

Guamo 27,53 0,0086 0,100 0,010 1,05 0,44 0,7452

Alvarado 29,80 0,0082 0,100 0,010 1,09 0,46 0,7785

Facatativá 12,09 0,0123 0,100 0,010 0,73 0,31 0,5188

Ventaquemada 11,11 0,0127 0,100 0,010 0,71 0,30 0,5045

Con el valor de la profundidad útil se calcula el tiempo de caída de la partícula el cual

está dado por la siguiente formula:

Para calcular el tiempo de retención el autor emplea una tabla en la cual se puede

escoger el porcentaje de remoción y según la condición de la pantalla deflectora se escoja

un valor denominado a el cual se multiplica con el tiempo de caída de la partícula, la tabla

73 muestra las condiciones de la pantalla deflectora y el porcentaje de remoción.

181

Tabla 73..

Condiciones de deflectores

Con los deflectores escogidos para cada desarenador se calcula el tiempo de

sedimentación el cual es la altura sobre la velocidad de sedimentación final la tabla 74

muestra los resultados.

Tabla 74.

Velocidad de sedimentación final

Con el porcentaje real obtenido en campo y el deflector se escoge un (a) teórico con el

cual se halla el tiempo de retención para cada desarenador, seguidamente se multiplica el

valor del (a) teórico con el valor del tiempo de retención y se halló la capacidad del

desarenador, en este caso se comparará la capacidad teórica del desarenador con la medida

en campo.

Condiciones Remoción

50%

Remoción

75%

Remoción 87 1/2

%


Depósitos con muy buenos deflectores 0,730 1,520 2,370

Depósitos con buenos deflectores 0,760 1,660 2,750

Depósitos con deficientes deflectores o sin

ellos

1,000 3,000 7,000

Desarenador h(cm) Caudal m3/s Vol. m3 Vs (cm/s) Final t(s)

Fusagasugá 250 0,10 213 0,5711 437,78

Melgar 255 0,08 93,24 0,7053 361,53

Carmen de Apicalá 200 0,01 60,84 0,6997 285,83

Girardot 210 0,45 505,52 0,7486 280,51

Mesitas del

Colegio

158 0,03 29,20 0,6138 257,43

Flandes 202 0,13 56,56 0,7243 278,90

Guamo 165 0,06 40,89 0,7452 221,43

Alvarado 200 0,01 13,26 0,7785 256,90

Facatativá 500 0,20 300,00 0,5188 963,71

Ventaquemada 180 0,01 29,70 0,5045 356,76

182

La tabla 75 muestra los resultados obtenidos y la tabla 76 muestra la comparación de el

volumen tomado en campo y el volumen (capacidad teórica) que se halló por medio del

porcentaje de remoción de arenas.

Se puede evidenciar en la comparación, solo para el desarenador de Flandes el valor

teórico es similar al valor real, a excepción de este desarenador ningún otro se le acerca a

una similitud en los resultados.

Tabla 75..

Capacidad teórica

Tabla 76..

Comparación de volúmenes

Desarenador % Real Deflector a teórico t(s) tr(s) C(m3)

Fusagasugá 44,309119 Buen estado 0,76 437,78 332,71 31,61

Melgar 5,325039 Buen estado 0,76 361,53 274,76 21,98

Carmen de

Apicalá

24,289194 No hay 1 285,83 285,83 2,29

Girardot 28,964762 Buen estado 0,76 280,51 213,18 95,93

Mesitas del

Colegio

34,526249 Buen estado 0,76 257,43 195,65 5,87

Flandes 26,987729 Buen estado 0,76 278,90 211,96 26,50

Guamo 55,201151 Buen estado 0,76 221,43 168,28 10,43

Alvarado 78,933097 Buen estado 1,66 256,90 426,45 4,26

Facatativá 98,706931 No hay 7 963,71 6745,94 1349,19

Ventaquemada 51,643798 Buen estado 0,76 356,76 271,14 2,03

Desarenador C(m3) Vol m

3

Fusagasugá 31,61 213

Melgar 21,98 93,24

Carmen de Apicalá 2,29 60,84

Girardot 95,93 505,52


Flandes 26,50 56,56

Guamo 10,43 40,89

Alvarado 4,26 13,26

Facatativá 1349,19 300,00


183

Metodología Muñoz H. M. (1997)

La metodología de Muñoz se muestra a continuación, paso a paso donde se halló las

diferencias en tiempos de sedimentación y sus condiciones para diseñar los desarenadores.

La tabla 77 se calculó teniendo en cuenta diferentes factores de diseño como:

El área de cada uno de los desarenadores se halló con la profundidad y el ancho de estos.

la velocidad del agua se halló tomando los resultados del área y caudal de cada uno de

los desarenadores.

La longitud del desarenador se halló multiplicando los valores obtenidos anteriormente;

el coeficiente de seguridad, tiempo de sedimentación, profundidad del desarenador y la

velocidad del agua.

El tiempo de sedimentación teórico se halló con los resultados adquiridos en las

prácticas de laboratorio.

Las diferencias de tiempo de sedimentación se hallaron con el tiempo de sedimentación

teórico y el tiempo de sedimentación según el autor. La tabla 78 muestra las condiciones de

diseño que el autor toma como referencia en el diseño de un desarenador.

Tabla 77..

Tiempos de sedimentación

Desarenado

r

Q

(mᶟ/

s)

Áre

a

(m²

)

V

(m/s

)

L

Profundid

ad (m)

H

Ancho(

m)

B

Ts (s)

prácti

ca

T

Coeficie

nte de

segurida

d

Diámetro

del grano

(mm)

D

Longit

ud (m)

L

Ts(s)

Teóri

co

Diferenci

as Ts (s)

Fusagasugá 0,10 11,8 0,008

2,5 4,7 75 2 0,100 3,02 312 237

Melgar 0,08 9,0 0,00

9

2,6 3,5 75 2 0,100 3,38 255 180

Carmen de

Apicalá

0,01 5,2 0,002

2,0 2,6 75 2 0,100 0,46 202 127

Girardot 0,45 17,3 0,02

6

2,1 8,2 75 2 0,100 8,20 197 122

Mesitas del

Colegio

0,03 3,1 0,010

1,6 1,9 75 2 0,100 2,30 184 109

Flandes 0,13 5,3 0,02

4

2,0 2,6 75 2 0,100 7,21 196 121

Guamo 0,06 3,5 0,018

1,7 2,1 75 2 0,100 4,43 156 81

Alvarado 0,01 3,0 0,00 2,0 1,5 75 2 0,100 1,00 180 105

184

Tabla 78.

Condiciones de diseño

condiciones

V <0,3m/s

D máx. 0,15-2,0

coeficiente

de seguridad

1,5 - 2.0

capacidad de

desarenación

1,5 - 2,0

Según la teoría de este autor la eficiencia de un desarenador de flujo horizontal se da por

la capacidad de desarenación la cual debe estar entre 1,5 – 2,0 veces la capacidad teórica

observando en la tabla 77, para ninguno de los municipios se cumple esta condición ya que

el tiempo de sedimentación teórico es mayor que el tomado según la figura 16 ya que se

entró con un diámetro de 0,100 mm obteniendo un tiempo de sedimentación de 75 s. Para

todos los desarenadores ya que todos tienen el mismo diámetro de grano calculado

anteriormente, se tomó el máximo coeficiente de seguridad asumiendo que estos

desarenadores cumplieran en cabalidad con el 100% de la eficiencia, pero al variar este

valor se observó que la longitud del desarenador disminuiría notoriamente; por otra parte,

el municipio de Carmen de Apicalá y Ventaquemada mostró la longitud del desarenador no

es lógica debido a su valor tan mínimo 0,46 m y 0,38 m., entonces estos dos municipios no

pueden ser calculados por este método ya que los datos no cumplirían analizándolo a la

hora de aplicarlos en campo. Por lo tanto, se puede concluir que este método no funciona

debido a la deficiencia en la desarenación según los datos obtenidos en campo y también

3

Facatativá 0,20 30,0 0,00

7

5,0 6,0 75 2 0,100 5,00 736 661

Ventaquem

ada

0,01 5,4 0,001

1,8 3,0 75 2 0,100 0,38 254 179

185

por los diámetros de grano son excluyentes porque se encuentran entre 0,1 mm y 1,2 mm,

sin tener en cuenta otros diámetros que se podrían encontrar en campo dependiendo el lugar

donde se encuentre el desarenador.

Por otra parte, se observó que la velocidad del agua si cumple ya que en todos los

desarenadores se encuentran valores <0,3 m/s cumpliendo así con una de las condiciones,

también cumple con el diámetro de la partícula ya que el diámetro máximo es de 1,5 mm y

el de nuestros desarenadores es de 0,100 mm.

Metodología Mijares (1961)

En la metodología de este autor se emplean para los diseños diferentes factores como:

El tipo de tanque se tomó según las condiciones con las cuales se diseñaron los

desarenadores.

Los valores a/t se asumieron según la eficiencia que se quiera obtener en cada diseño de

desarenadores. El diámetro del grano se tomó utilizando el mismo rango para todos los

autores para qué cumplieran.

La velocidad de asentamiento vertical se tomó según el diámetro de la partícula.

Período de retención fue obtenido según la profundidad del desarenador.

Período teórico de sedimentación de la partícula es el período de retención por la velocidad

de asentamiento vertical.

Periodo de retención en la práctica se halló con el periodo teórico de sedimentación y los

valores de a/t.

186

Porcentaje de remoción en campo fue tomada de los resultados de laboratorios.Periodo

de retención teórica se halló según valores supuestos de diseño para una alta eficiencia y el

periodo de retención en la práctica se halló con valores adquiridos durante las prácticas de

laboratorio. Logrando una comparación entre los dos porcentajes de remoción lo resultados

obtenidos para cada desarenador se muestran en la tabla 79.

[1] Tipo de tanque

[2] valores a/t 87,5% Rem.

[3] Diámetro del grano (mm) ≥ 0,10 mm D

[4] Velocidad de asentamiento vertical (mm/seg)

[5] Periodo de Retención (mm) H

[6] Periodo teórico de sedimentación partículas (s)

[7] Periodo de retención teorico (s)

[8] % Remoción en campo

[9] valores a/t

[10] Diámetro del grano (mm) ≥ 0,10 mm D

[11] Velocidad de asentamiento vertical (mm/seg)

[12] Periodo de Retención (mm) H

[13] Periodo teórico de sedimentación partículas (s)

[14] Periodo de retención en la práctica (s)

187

Tabla 79.

Periodos de retención teóricos

Se realizó esta metodología utilizando un porcentaje (%) de remoción ideal según el

autor para una mayor eficiencia con las condiciones de los desarenadores estudiados.

Desarenador [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]

Fusagasugá 4 2,75 0,10 8 2500 312,5 859,38 44,31 1 0,100 8 2500 312,5 237,0

Melgar 2 3,7 0,10 8 2550 318,7 1179,38 5,33 0,82 0,100 8 2550 318,7 261,8

Carmen de

Apicalá

D 2,08 0,10 8 2000 250 520,00 24,29 0,69 0,100 8 2000 250 172,0

Girardot 4 2,75 0,10 8 2100 262,5 721,88 28,96 0,76 0,100 8 2100 262,5 199,0

Mesitas del

Colegio

1 7 0,10 8 1580 197,5 1382,50 34,53 1 0,100 8 1580 197,5 197,0

Flandes 8 2,37 0,10 8 2020 252,5 598,43 26,99 0,73 0,100 8 2020 252,5 184,3

Guamo 2 3,70 0,10 8 1650 206,2 763,13 55,20 0,82 0,100 8 1650 206,2 169,3

Alvarado D 2,08 0,10 8 2000 250 520,00 78,93 1,38 0,100 8 2000 250 345,0

Facatativá 1 7 0,10 8 5000 625 4375,00 98,71 7 0,100 8 5000 625 437,0

Ventaquemada 1

1/2

4,5 0,10 8 1800 225 1012,50 51,64 0,9 0,100 8 1800 225 202,5

188

Tabla 80. .

Periodo de retención real

Se realizó esta metodología utilizando el porcentaje (%) de remoción real obtenido en

campo mediante los ensayos realizados, a continuación, la tabla 81 muestra la comparación

entre el valor de retención de las partículas teóricas y reales.

Desarenador %

Remoción

en campo

valores

a/t Diámetro del grano

(mm) ≥ 0,10 mm

D

Velocidad de

asentamiento

vertical

(mm/seg)

Periodo de

Retención

práctico

(mm)

H

Periodo teórico

de

sedimentación

partícula (s)

Periodo de

retención en la

práctica (s)

Fusagasugá 44,31 1 0,100 8 2500 312,5 237,50

Melgar 5,33 0,82 0,100 8 2550 318,75 261,38

Carmen de

Apicalá 24,29 0,69 0,100 8 2000 250 172,50

Girardot 28,96 0,76 0,100 8 2100 262,5 199,50

Mesitas del

Colegio

34,53 1 0,100 8 1580 197,5 197,50

Flandes 26,99 0,73 0,100 8 2020 252,5 184,33

Guamo 55,20 0,82 0,100 8 1650 206,25 169,13

Alvarado 78,93 1,38 0,100 8 2000 250 345,00

Facatativá 98,71 7 0,100 8 5000 625 4375,00

Ventaquemada 51,64 0,9 0,100 8 1800 225 202,50

190

Tabla 81.

Comparación periodos de retención teórico vs. real.

Desarenador Periodo de retención

teórico (s)

Periodo de

retención en la

práctica (s)

Fusagasugá 859,375 237,5

Melgar 1179,375 261,375

Carmen de Apicalá 520 172,5

Girardot 721,875 199,5


Flandes 598,425 184,325

Guamo 763,125 169,125

Alvarado 520 345

Facatativá 4375 4375


Se puede evidenciar que en la comparación de periodos de retención teórico la eficiencia

de los desarenadores es mayor a la eficiencia real ya que esta muestra valores menores de

retención en cada uno de ellos. Lo que quiere decir que los desarenadores no están

diseñados bajo condiciones óptimas, ni teniendo en cuenta su máximo nivel de remoción,

se evidencia que el único que tiene una eficiencia del 87,5% aproximadamente es

Facatativá y Alvarado; ya que ambos valores de periodos de retención son similares.

A continuación, se presenta en la tabla 82, los resultados de las cinco metodologías

evaluadas y en la cual se presentan los datos que fueron comparados en campo y en la

teoría.

191

Tabla 82.

Resumen metodologías de autores

Desarenad

ores

AUTORES

Cualla Corcho Muñoz A.H Muñoz H.M Mijares

Ɵ Cualla Ɵ

ecua

ción

Ɵ

Cam

po

C

m3

Vol

m3

%

Remoci

ón

Teóric

o

%

Remoci

ón en

campo

Tiempo

sedimentac

ión

(Campo)

Tiempo

sedimentac

ión (

Teórico)

Periodo

de

retenció

n

Teórico

Perio

do de

reten

ción

Cam

po

Fusagasug

á

7,2 0,78 0,76 31,6

1

213 0 44,31 75 312 859,375 237,5

Melgar 4,6 0,86 - 21,98

93,24

98 5,33 75 255 1179,375 269,75

Carmen de

Apicalá

25,3 0,32

1

- 2,29 60,8

2

0 24,29 75 202 520 172,5

Girardot 5,7 0,36 - 95,93

505,32

94 28,96 75 197 721,875 199,5

Mesitas del

Colegio

5,3 0,45 - 5,87 29,2 93 34,53 75 184 1382,5 197,5

Flandes 2,3 0,33 - 26,5 56,56

81 26,99 75 196 598,425 184,325

Guamo 4,2 0,88 0,85 10,4

3

40,8

9

96 55,2 75 156 763,115 169,1

2

Alvarado 7,4 1,76 2,06 4,26 13,26

0 78,93 75 180 520 345

Facatativá 2 7 7 1349

,2

300 67 98,71 75 736 4335 43,75

Venta

quemada

15,6 0,78 0,76 2,03 29,7 0 51,64 75 254 1012,5 202,5

192

Conclusiones

Se realizo una comparación entre el porcentaje de remoción hallado en campo y el

porcentaje de remoción teórico hallado con cada una de las teorías de diseño evaluadas ,

teniendo en cuenta un diámetro de partícula de 0,1 mm para todos los desarenadores debido

a que según lo investigado es un rango de partícula característico y predominante en ríos

colombianos, además debido a que la mayoría de los autores manejan escalas e intervalos

que inician desde este valor; Donde se encontró que solo el desarenador de Facatativá y el

desarenador de Alvarado, cumplían casi en un 100 % de similitud entre el porcentaje de

remoción real y el porcentaje de remoción teórico, esto debido a que las características en

común de estos desarenadores es que se encuentran totalmente cubiertos, lo que evita que

factores externos incidan en el proceso de sedimentación y eficiencia en cada desarenador.

Se realizó una revisión del estado de arte de diseño de desarenadores de flujo horizontal,

en la cual se encontró que existe una gran variedad de metodologías de diseño

referenciados por distintos autores. Cada referencia muestra varias recomendaciones,

características y parámetros que hacen que cada una de ellas aporte algo diferente para los

diseñadores de desarenadores de flujo horizontal; logrando concluir cuál de estos autores es

mejor para lograr un diseño con eficiencia optima según los datos tomados en campo.

Se ejecutó el estudio a diez desarenadores de flujo horizontal en los cuales se pudo

evidenciar que las condiciones de mantenimiento son esenciales para el buen

funcionamiento de la estructura, ya que si no se realiza un mantenimiento la estructura

puede sufrir re suspensión de sólidos , los cuales harían ineficiente la estructura, en lo que

se pudo observar la mayoría de los desarenadores a los cuales se les realizó una visita

técnica , no presentaban una adecuada estructura que los protegiera de condiciones

193

externas, ya que la mayoría de los desarenadores diseñados se encontraron descubiertos en

la superficie exponiéndose a factores externos como lo son la acción del viento el cual

perturba la superficie del agua, los cuales se observaron en la descripción de cada uno de

ellos y las respectivas ilustraciones. La zona en la que estaban construidos ya que la

mayoría quedaban expuestos a zonas con mucha vegetación alrededor, junto a laderas y

demás factores que intervenían en el proceso de sedimentación, la temperatura varia con la

profundidad del agua y se establecen corrientes verticales.

En todas las metodologías evaluadas y consultadas se evidenció por medio de los

resultados que la mayoría de desarenadores a los cuales se les evaluó el periodo de

retención para hallar el porcentaje de remoción, no coincidía con el periodo de retención

para hallar el porcentaje de remoción teórico, esto se demostró por medio de la evaluación

de las cinco metodologías de diseño escogidas, en las cuales se analizaron parámetros como

tiempo de sedimentación, velocidad de sedimentacion, Capacidad o volumen del

desarenador , entre otros. Al evaluarse por diferentes metodologías los desarenadores no se

acercaban al valor teórico deseado, lo que comprobó que muchas de las estructuras

evaluadas estando en operación no cumplían con un diseño que tuviera una porcentaje de

remoción óptimo, y en la mayoría de los casos el volumen estaba sobredimensionado, esto

puede ocurrir por factores como la demanda de la población , el caudal captado , ya que

cuando se diseñó no demandaba la misma cantidad por lo que el desarenador con el tiempo

fue perdiendo eficiencia y se fue deteriorando.

Al estudiar las diferentes metodologías se encuentra que cada autor implementa ciertos

diseños que se quedan en la parte teórica, la mayoría de ellos no demuestran un diseño que

haya sido implementado y con base en él se hallan dado las recomendaciones, pasa con el

194

autor Cualla (1995) el cual en su diseño presenta un porcentaje de remoción mayor al 50 %,

presenta la tabla 1 incompleta y comparando los valores teóricos con los de campo,

ningún valor se acerca o es similar a los establecidos por el autor. Al complementar los

valores de la tabla 1, para ningún desarenador fue posible hacer una relación ya que se

encontraban por encima o por debajo de los límites que el autor establecida, por lo tanto, no

es una metodología que al ser usada garantice que el desarenador tenga una eficiencia

estimada, debido a los vacíos en sus datos hace que el diseñador opte por otras variables y

el diseño se vea modificado.

Se ha encontrado que en la mayoría de ríos el tipo de material que se sedimenta es arena

muy fina con valores entre (0,1 mm y 0.05 mm) y arena fina con valores entre (0,1 mm y

0,25 mm), por lo que fue necesario obtener un valor promedio que coincidiera con lo que

los autores usan en cada metodología para tener un mismo criterio al momento de analizar

una condición igual, ya que estas metodologías lo usan para hallar la velocidad de

sedimentacion en los desarenadores de flujo horizontal.

Se encontró que para obtener un porcentaje de remoción más óptimo se aconseja la

metodología del autor Corcho (1993) para el cual el autor hace una recomendación y es que

hay que hacer una corrección a la viscosidad por medio de la temperatura, ya que no se guía

por tablas si no por un valor exacto y característico del sitio donde se implementara el

desarenador de flujo horizontal , de este modo permite que todas las condiciones se ajusten

a el sitio en específico.

Se recomienda un manejar un porcentaje de remoción por encima del 80 % ya que los

municipios de Facatativá (98,71 %) y Alvarado (78,93 %) estuvieron próximos a ese rango

y cumplió para la metodología de Muñoz H.M (1997).

195

Recomendaciones

La metodología del autor Mijares (1961) maneja condiciones de diseño para

desarenadores con varias características las cuales se encuentran bajo unos parámetros

específicos como la velocidad no puede ser mayor a 0,3 m/s, el coeficiente de seguridad

debe encontrarse entre un rango de 1,5-2,0 y la capacidad de desarenación debe ser 1,5-2,0

la teórica. Por lo tanto, estas condiciones no cumplen en desarenadores como los estudiados

ya que en ninguno de los casos se ve el nivel de eficiencia mínimo que deberían presentar,

debido a que el diámetro de la partícula se supuso para que se pudiera calcular mediante

este método por lo que este autor solo acepta diámetros a partir de 0,1 mm hasta 1,2 mm;

sin tener en cuenta otros diámetros de partículas más pequeñas o más grandes. En

conclusión, para diseñar bajo estas condiciones se aconseja hacerlo con desarenadores que

cumplan con los tamaños de diámetros establecidos en el.

La metodología del autor Muñoz H.M (1997) diseña bajo porcentajes de remoción

entre 50%, 75% y 87,5% siendo este la máxima eficiencia en el periodo de remoción de las

partículas en los desarenadores de flujo horizontal, una de las recomendaciones es diseñar

con los parámetros que da el autor con un 87,5% ya que si diseñamos bajo estos parámetros

clasificando cada uno de nuestros desarenadores según su tipo de tanque estaríamos

apostando a que cumpla con su mayor porcentaje de eficiencia al ser construido, este

método es recomendable ya que no cuenta con parámetros excluyentes; sino que solo se

tienen en cuenta parámetros según cada una de las características con que estos cuentan.

Una clara demostración de que este método funciona en un 100% es el desarenador del

municipio de Facatativá ya que debido a sus condiciones de diseño cumple con un

196

porcentaje de remoción entre 87,5% - 100% porque los resultados tanto teóricos como

reales fueron iguales en su eficiencia de diseño.

La metodología del autor Muñoz A.H (2015) realiza el cálculo del porcentaje de

remoción por medio de una gráfica para la cual según la condición de las pantallas se

calcule el valor, es una metodología poco acertada debido a que no existe una operación

que permita saber un valor exacto este se hace por tanteo, de igual forma calcula la

velocidad de sedimentación mediante diámetros asumidos, por lo que no se conocen las

condiciones y parámetros exactos para realizar un diseño.

Es muy importante para realizar un diseño de un desarenador de flujo horizontal que

todos los parámetros sean obtenidos en campo ya que cada lugar ya sea pueblo o ciudad;

cuenta con diferentes características en su red hídrica, lo cual altera los diseños y disminuye

la eficiencia en ellos; por lo tanto, no es recomendado diseñar bajo parámetros teóricos ya

que estos no especifican para que tipo de agua se está diseñando, obteniendo así una mejor

eficiencia en los nuevos diseños.

El autor Romero Corcho (1993) en su metodología el autor hace una recomendación y es

que hay que hacerle una corrección a la viscosidad por medio de la temperatura , ya que no

se guía por tablas si no por un valor exacto y característico del sitio donde se implementara

el desarenador de flujo horizontal , seguidamente de este proceso el autor establece que es

necesario calcular la velocidad de sedimentación por medio de la ley de Stokes y la ley de

Allen Hazen , y realizar un promedio de estas dos velocidades para tener un rango más

acertado de la velocidad de sedimentación, ya que por lo general todos los autores asumen

que para la velocidad de sedimentación se debe considerar siempre la ley de Stokes debido

a que siempre el flujo estará en régimen laminar.

197

Aunque las pruebas hechas con los desarenadores no demostraron que esta teoría se

acercara a los valores de campo, si demostró que en cuestión de alternativas es la más

recomendable debido a que el autor realizo estudios de laboratorio en los cuales relata la

importancia de registrar los datos característicos del lugar de estudio ya que La eficiencia

del diseño de un desarenador de flujo horizontal depende fundamentalmente de su

superficie horizontal y de la velocidad de caída de las partículas en suspensión.

Se recomienda que el tiempo de retención se base en el tamaño de las partículas que

deben separarse; y se encuentren en el desarenador diseñado, generalmente varían de 20

segundos a un minuto.

Se puede disponer de cierta variedad de unidades de limpieza mecánica que eliminan las

arenas mediante rastrillos o cangilones estando en operación normal el desarenador. Estas

unidades requieren mucho menor espacio para el almacenamiento de las arenas que las

unidades de operación manual. Se recomienda que la operación de los desarenadores de

limpieza manual debe limpiarse después de cada temporal fuerte debido a que como se

observó en los municipios de Melgar y Fusagasugá al siguiente día que se recogieron las

muestras, estas presentaban mayor turbiedad a la salida. Esto se debe a la presencia de

solidos que se resuspenden por la acción de la lluvia ocasionando que haya mayor cantidad

de solidos a la salida del desarenador. Por esto algunos autores recomiendan que el

desarenador debe estar totalmente cubierto para que la eficiencia sea óptima.

198

En condiciones normales de trabajo, estos desarenadores deben limpiarse cuando las

arenas depositadas llenen un 50-60% del espacio de almacenamiento. Esto debe vigilarse

cuando menos cada 10 días. Cuando se usen unidades de limpieza mecánica deben limpiar

a intervalos regulares, para evitar una carga indebida sobre el mecanismo limpiador. Deben

observarse estrictamente las recomendaciones del fabricante.

Se recomienda cuando sea necesario instalarse un desarenador en el primer tramo de la

aducción lo más cerca posible a la captación de agua. Preferiblemente debe contar con dos

módulos que operen de forma independiente, cada uno dimensionado para el caudal medio

diario. Como pudimos observar en algunos de los municipios se contaba con dos o tres

desarenadores para facilitar el mantenimiento de estos, observando que estos donde se

realizaban mantenimientos continuos presentaron mayor eficiencia de remoción.

El diseño de un desarenador debe contar con una pendiente de fondo que estará entre el

5-8% con el fin de obtener una limpieza eficiente a través de un barrido fácil, y debe

permitir que los obreros caminen sin resbalar. También debe ubicarse una caja de

inspección lo más cerca posible a la descarga de arenas.

199

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