Republica bolivariana de Venezuela
Ministerio de educación
E.T.I “Cap. Anselmo Belloso
San Francisco, Edo-Zulia


Esquema
1) Desarenadores

Concepto:

2) Tipos de desarenadores:

a- Desarenador rectangular de flujo horizontal

b- Desarenador cuadrado de flujo horizontal

c- Desarenadores aireados

d- Tipo vórtice

3) Zonas de un desarenador

-Zona de entrada

-Zona de sedimentación

-Zona de lodos

-Zona de salida

4) Evacuación y tratamiento de arenas

Desarrollo
Los desarenadores
Los desarenadores son estructuras hidraulicas que tienen como función remover las partículas de cierto tamaño. Se utilizan en tomas para acueductos, en centrales hidroeléctricas (pequeñas), plantas de tratamiento y en sistemas industriales. El termino arena se emplea para referirse a las arenas propiamente dichas, a las gravas, cenizas y cualquier otro material pesado cuya velocidad de sedimentación o peso especifico sea considerablemente mayor al de los sólidos organicos susceptibles a la descomposición presentes en el agua residual. Las arenas se remueven de sus aguas residuales para:

* Proteger los equipos mecanicos de la abrasión y el excesivo desgaste
* Reducir la formación de depósitos de sólidos pesados en unidades y conductos aguas abajo
* Reducir la frecuencia de limpieza de los digestores porcausa de acumulación excesiva de arena.
A continuación se hablara de las diferentes unidades empleadas para la remoción de arenas, aspectos relacionados con las arenas removidas como características, cantidades y mecanismos de disposición.
Normalmente, los desarenadores se ubican después de las unidades que remueven sólidos gruesos (tamizado) y antes de tanques de sedimentación primaria, aunque en algunas plantas de tratamiento los desarenadores anteceden las unidades de tamizado. Por lo general, la instalación de unidades de tamizado fino antes del desarenador facilita la operación y mantenimiento de las instalaciones destinadas a la remoción de arena. Tres clases de desarenadores son los mas usados: de flujo horizontal para canales de sección rectangular o cuadrada; aireado, y de vórtices.

Tipos de desarenadores:
-Desarenadores rectangulares de flujo horizontal: En los desarenadores de flujo horizontal, el agua a tratar pasa a través de la camara en dirección horizontal y la velocidad lineal del flujo se controla con las dimensiones del canal ubicando compuertas especiales a la entrada para lograr una mejor distribución del flujo o utilizando vertederos de salida con secciones especiales.


-Desarenadores cuadrados de flujo horizontal: Los desarenadores cuadrados de flujo horizontal se han usado desde las décadas de 1930. El caudal afluente a la unidad se distribuye uniformemente por toda la sección transversal del tanque mediante una serie de compuertas odeflectores y fluye a través del mismo hasta rebosar por un vertedero de descarga libre. En los tipos de sedimentadores, los sólidos que sedimentan se transportan por medio de barredores mecanicos de rotación hasta un pozo ubicado a un lado del tanque. Estos sólidos se extraen del tanque con ayudas de mecanismos inclinados, como rastrillos reciprocantes o tornillos sin fin, o extraídos por un ciclón desarenador para separar el material organico presente y así concentrar las arenas. El material organico se retorna al tratamiento, mientras que las arenas concentradas se someten a una etapa de lavado
Los desarenadores cuadrados de flujo horizontal se diseñan con bases en la carga superficial, que depende del tamaño de partícula y de la temperatura del agua residual.
-Desarenadores aireados: Las arenas se remueven en un desarenador aireado por causa del movimiento en espiral que realiza el agua residual. Debido a su masa, las partículas de arenas se aceleran y abandonan las líneas de flujo hasta que en ultimas alcanzan el fondo del tanque ya que el flujo en espiral es un campo con aceleración variable inducido por el aire inyectado. Dos factores principales contribuyen a la popularidad de los desarenadores aireados, en comparación con los de flujo horizontal.
1. Mínimo desgastes de los equipos

2. No requiere una unidad independiente para lavados de arenas en aéreas donde las aguas residuales industriales son descargadas en la red de alcantarilladlo, se debeconsiderar la liberación potencial COV en los desarenadores aireados.
Los desarenadores aireados se diseñan para remover partículas de tamaño malla 70 (0.21mm) o superior, con tiempos de retención de 2 a 5 minutos bajo condiciones de caudal de pico horario.
La velocidad de giro o agitación determina las partículas removidas de acuerdo con su gravedad específica. Si la velocidad es excesiva, las partículas de arenas seran arrastradas fuera del desarenador, por otra parte, a velocidades bajas se promueve la remoción de material organico particulado con un ajuste apropiado de las condiciones de operación es posible obtener el 100% de remoción para un tamaño de partícula determinado y conseguir arena muy limpia. La sección transversal se diseña para crear un flujo en espiral, por eso incluye un canal colector de arenas de unos 0.9m de profundidad, con paredes laterales muy inclinadas, ubicado a lo largo del fondo del tanque justo debajo de los difusores de aire.
Los difusores de aire se ubican entre 1.5 y 2 pies (0.45 a 0.6m) por encima del fondo del tanque.
Para mejorar la eficiencia en la remoción da arenas se ubican deflectores tanto a la entrada como a la salida y así se ejerce un control hidraulico sobre los elementos.
- Tipo vórtice: Los sistemas de desarenación del tipo vórtice se basan en la formación de un vórtice (remolino) inducido mecanicamente, que captura los sólidos en la tolva central de un tanque circular. Los sistemas de desarenador por vórtice incluyendos diseños basicos: camaras con fondo plano con abertura pequeña para recoger la arena y camaras 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 organico mas liviano y de ese modo retornarlo al flujo que pasa a través de la camara de arena.
* De Flujo Variable: Se usan en pequeñas instalaciones. La arena se extrae manualmente de un canal longitudinal que tiene una capacidad de almacenamiento de 4-5 días.
* De Flujo Constante: Mantienen una velocidad constante de flujo de 0,3 m/s aproximadamente, de forma independiente al caudal que circule por ellos. Las variaciones de altura en el canal nos daran una medida de dicho caudal. El canal mas utilizado es el Canal Parshall: Es un canal simple de paredes paralelas, que sufre un estrechamiento hacia la mitad; si aumenta el caudal aumenta la altura de la lamina de agua, y al revés.
Parametros de diseño principales:
* Carga Hidraulica menor o igual a 70 m3/m2/h
* Velocidad Horizontal 0,3 m/s
* Tiempo de Retención 1-2 min a Carga maxima
* Longitud 20-25 veces la altura de la lamina de agua
 Desarenadores rectangulares aireados
Se inyecta una cantidad de aire que provoca un movimiento helicoidal del líquido y crea una velocidad de barrido de fondo constante, perpendicular a la velocidad de paso, la cual puede variar sin que se produzca ningúninconveniente. Ademas se favorece la separación de las partículas organicas que puedan quedar adheridas a las partículas de arena.
Este tipo de desarenador ofrece una serie de ventajas frente a otros tipos:
* El agua se airea y por tanto, disminuye la producción de olores.
* Rendimientos constantes con lo que podemos variar el caudal sin disminución del rendimiento.
* Pérdidas de carga muy pequeñas.
* Con un adecuado caudal de aire obtenemos unas arenas muy limpias de materia organica.
* Puede ser usado también como desengrasador cuando el contenido en grasas del agua bruta no es muy elevado.
Los difusores de aire se colocan en uno de los laterales del desarenador, a una altura entre 0,5-0,9 m. La cantidad de aire que hay que suministrar varía según la profundidad del canal:
* De 3,0-12 l/s por metro de longitud del canal para profundidades superiores a 3,6 m.
* De 1,5-7,5 l/s por metro de longitud del canal para profundidades menores.
Desarenado y desengrasado pueden ir combinados cuando el primero lleva aireación.
Parametros de diseño principales:
* Carga Hidraulica menor o igual a 70 m³/m²/h a Carga maxima
* Velocidad horizontal menor o igual a 0,15 m/s
* Tiempo de retención 2-5 min a Carga maxima
* Relación longitud-anchura 1:1- 5:1
Desarenadores circulares con alimentación tangencial
El agua entra tangencialmente en un depósito cilíndrico con fondo tronco-cónico produciendo un efecto Vortex, el cual da comoresultado la sedimentación de las arenas. Mientras, las partículas organicas se mantienen en suspensión mediante un sistema de agitación de paletas o por suministro de aire con un motocompresor.
Parametros de diseño principales:
* Carga Hidraulica menor o igual a 90 m3/m2/h a Q max.
* Velocidad Periférica media 0,3-0,4 m/s
* Tiempo de Retención 0,5-1,0 min. a Q max.

* Zonas de un desarenador 
Camara 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 mas uniforme posible en el area transversal
* Zona de entrada
En esta zona se encuentran dos estructuras:
1. 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 se debe diseñar para evacuar la totalidad del caudal que pueda transportar la del reactor
2. Pantalla deflectora: Separa la zona de entrada y la zona de sedimentación, en ella se realizan   ranuras u orificios, deacuerdo 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 0.3m/s. Los orificios pueden ser circulares, cuadrados o rectangulares, siendo los primeros los mas adecuados  línea de aducción, cuando se dé la eventualidad de tener que evacuar toda el agua presente.
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 esta 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 la siguiente estructura:
Cortina para sólidos flotantes: 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.
 
Zona de lodos
Recibe y almacena los lodos sedimentados que sedepositan en el fondo del desarenador. Entre el 60% y el 90% queda almacenado en el primer tercio de su longitud. En su diseño deben tenerse en cuenta dos aspectos: la forma de remoción de lodos y la velocidad horizontal del agua del fondo, pues si esta es grande las partículas asentadas pueden ser suspendidas de nuevo en el flujo y llevadas al afluente.
 
Zona de salida
Esta zona tiene por objeto mantener uniformemente distribuido el flujo a la salida de la zona de sedimentación, para mantener uniforme la velocidad.
El tipo de estructura de salida determina en buena parte la mayor o menor proporción de partículas que pueden ser puestas en suspensión en el flujo.
Existe una gran variedad de estructuras de salida, las cuales podríamos clasificar en: vertederos de rebose, canaletas de rebose, orificios (circulares o cuadrados)
Evacuación y tratamiento de las arenas
Cuando se haga el diseño del pre tratamiento hay que tener muy en cuenta el volumen de arenas extraídas, ya que su falta de previsión puede dar importantes problemas de funcionamiento en la depuradora al llegar volúmenes superiores a los considerados teóricamente. Esto puede ocurrir en poblaciones con calles sin pavimentar, con redes de alcantarillado en mal estado Si no tenemos datos reales de la cantidad de arena posible, es necesario calcular por exceso los volúmenes de extracción, considerando valores normales:
* Redes Separativas 5 l/m3 de agua residual
* Redes Unitarias 50 l/m3 de aguaresidual.
Y que otro dato a tener en cuenta proveniente de varias plantas es que se pueden recoger de 1-15 l/hab/año.
La extracción de las arenas de los desarenadores puede ser:
* Manuales: En plantas pequeñas, con desarenadores de tipo canal.
* Mecanicos: En los desarenadores de canal la extracción se realiza mediante unas bombas especiales incorporadas a un puente y con la longitud adecuada para llegar al fondo del canal, donde se depositan las arenas, pero sin llegar a tocar el suelo. El puente va avanzando a lo largo del canal y al mismo tiempo la bomba va succionando las arenas depositadas.
En los desarenadores aireados la arena puede extraerse mediante air-lift (succión a través de unas bombas situadas en la base de la unidad con recogida en tolvas inferiores), bombas especiales o rasquetas de barrido que empujan las arenas a una tolva de las que son extraídas al exterior.
Una vez sacadas las arenas del desarenador, hay que eliminar toda la cantidad posible de agua que llevan. La separación arena-agua se puede hacer:
* Sedimentación en un depósito poco profundo, con evacuación del agua por losas filtrantes o vertedero de rebose.
* Separación mecanica mediante Tornillo de Arquímedes o Clasificador Alternativo de Rastrillos, y almacenamiento en una tolva fija o en contenedor.
* Mediante hidrociclón y almacenamiento en tolva con vertedero.
* Mediante hidrociclón y recogida por Tornillo de Arquímedes antes de su almacenamiento en tolvafija o en contenedor.
* En instalaciones importantes se procede a veces a un lavado de las arenas con el fin de disminuir su contenido en materia organica. Se puede realizar con Tornillo de Arquímedes con agua de aportación a contracorriente.
Las tareas que debemos realizar son:
* Vaciar los depósitos de arena de los canales de desarenado manual cuando veamos que esta lleno.
* Reparar y cambiar los difusores rotos en los desarenadores aireados.
* Vigilar que el caudal de aire él los desarenadores aireados es el adecuado.
* . Realizar el mantenimiento de todos los equipos (bombas, rasquetas, cadenas, clasificadores de arena, etc) Según las recomendaciones de los fabricantes
Esta zona es especialmente resbaladiza, debemos tener un cuidado muy especial por este motivo, procurando retirar las manchas de grasa cuando estas aparezcan en el suelo. Tenga cuidado de los gases peligrosos cuando trabaje en desarenadores cubiertos.
Los clasificadores son maquinas de movimiento lento, y como ya hemos dicho estas maquinas son muy peligrosas. Debemos desconectarlas cada vez que tengamos que manipularlas por cualquier motivó.

Web grafía
https://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/hammeken_a_am/capitulo5.pdf

https://fluidos.eia.edu.co/obrashidraulicas/articulos/desarenadores/desarenadores.html

Anexos
Desarenador rectangular de flujo horizontal

Desarenador aireado

Desarenador tipo vórtice

Desarenador cuadrado de flujo horizontal