Estudio de un modelo físico a escala de un desarenador, para establecer la eficiencia de tres tipos de pantallas deflectoras.

Abstract

El funcionamiento eficiente de las estructuras hidráulicas de desarenado depende, en gran medida, de que las condiciones de flujo sean lo más cercanas posibles a un flujo uniforme, que sea unidimensional en la zona de sedimentación, o del establecer condiciones de flujo que propicien la separación del caudal solido del líquido. El componente principal de la estructura para lograr dicho objetivo es la denominada pantalla deflectora, la cual se encarga de distribuir la masa de flujo a lo alto y ancho de la sección transversal de la estructura direccionando el flujo hacia la zona de sedimentación. En la bibliografía consultada se encuentran recomendaciones sobre la forma y el funcionamiento de los componentes de los deflectores. En este trabajo de investigación se pretende establecer la eficiencia, para la remoción de partículas sólidas del flujo, y mediante la relación del tipo de componente con el número de Hazen, hacer recomendaciones de diseño para las estructuras hidráulicas de desarenado, de tal manera que se garantice la eficiencia esperada. El funcionamiento inadecuado de la estructura de desarenado depende de las características físicas de las pantallas deflectoras, que mal dispuestas generan interferencias en el flujo propiciando zonas de flujo rotacional. Pero otros factores como corrientes convectiva, acción del viento, entre otros, afectan el flujo en el tanque sedimentador y propician ineficiencias en el proceso de remoción de partículas sólidas. Otras posibles causas de problema en el funcionamiento deficiente de desarenadores son los diseños incorrectos, la modificación de la estructura por desconocimiento de las funciones que cumplen sus componentes dentro del sistema y la ausencia o deficiencia en su mantenimiento. Entre los efectos que se pueden presentar están los siguientes: perdida de eficiencia real de la estructura; sobredimensionamiento de la estructura, que tienen como consecuencia adicional sobrecostos; o subdimensionamiento, generando un desempeño con velocidades superiores a las esperadas y por lo tanto esfuerzos cortantes turbulentos superiores que contribuyen al trasporte de las partículas sólidas que evitan el desarenado. El trabajo desarrollado busca determinar la influencia de tres tipos de pantallas deflectoras, sobre la eficiencia en la remoción de partículas sólidas y asociar, además, el desempeño obtenido con el número de Hazen, parámetro adimensional que se vincula desde el diseño con la eficiencia de la estructura, que relaciona el periodo de retención hidráulico con el tiempo de sedimentación.

The efficient operation of hydraulic structures for de-sanding depends, to a large extent, on the flow conditions being as close as possible to a uniform flow, which is one-dimensional in the sedimentation zone, or on the establishment of flow conditions that favor the separation of solid flow from liquid. The main component of the structure to achieve this objective is the so-called deflector screen, which is responsible for distributing the mass of flow to the height and width of the cross section of the structure directing the flow towards the sedimentation zone. Recommendations on the shape and function of the baffle components are found in the consulted literature. In this research work it is intended to establish the efficiency, for the removal of solid particles from the flow, and through the relationship of the type of component with the Hazen number, to make design recommendations for the hydraulic structures of sandblasting, in such a way that ensure the expected efficiency. The inadequate operation of the de-sanding structure depends on the physical characteristics of the deflector screens, which poorly arranged generate interference in the flow, favoring areas of rotational flow. But other factors such as convective currents, wind action, among others, affect the flow in the settling tank and lead to inefficiencies in the solid particle removal process. Other possible causes of problems in the deficient operation of grit traps are incorrect designs, modification of the structure due to ignorance of the functions performed by its components within the system and the absence or deficiency in its maintenance. Among the effects that may occur are the following: loss of real efficiency of the structure; oversizing of the structure, resulting in additional cost overruns; or undersizing, generating performance with speeds higher than expected and therefore higher turbulent shear stresses that contribute to the transport of solid particles that prevent sandblasting. The work carried out seeks to determine the influence of three types of deflector screens on the efficiency in the removal of solid particles and to associate, in addition, the performance obtained with the Hazen number, a dimensionless parameter that is linked from the design with the efficiency of the structure, which relates the hydraulic retention period with the sedimentation time.