Análisis del diseño de trampas de sedimento antes de tanques de tormenta

Las estructuras nuevas de trampas de sedimentos para antes de tanques de tormentas pueden implicar una mejora en la implementación de estructuras de retención que existen actualmente.

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TESIS DE PREGRADO 

 

ANALISIS DEL DISEÑO DE TRAMPAS DE SEDIMENTO ANTES DE 

TANQUES DE TORMENTA 

 

 

Tania Victoria Niño Escalante 

 

 

Asesor: Juan G. Saldarriaga Valderrama 

 

 

 

 

 

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 

FACULTAD DE INGENIERÍA 

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 

PREGRADO EN INGENIERÍA CIVIL 

BOGOTÁ D.C. 

2019 

 

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AGRADECIMIENTOS 

Quiero agradecer primeramente a la Universidad de los Andes, por haberme acompañado durante 
mi proceso de formación profesional; gracias a mi asesor Juan Guillermo Saldarriaga, por siempre 
alentarme a buscar la excelencia en las actividades; gracias a John Calvo, por ayudarme siempre en 
el laboratorio; a mis padres y hermano por el apoyo incondicional que me han dado a lo largo de mi 
vida. 

 

 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 

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Tania Victoria Niño Escalante 

Tesis de pregrado 

 

TABLA DE CONTENIDO 

Introducción ........................................................................................................................... 1 

1.1 

Objetivos ........................................................................................................................ 2 

1.1.1 

Objetivo General ..................................................................................................... 2 

1.1.2 

Objetivos Específicos ............................................................................................... 2 

Marco teórico ........................................................................................................................ 3 

Metodología........................................................................................................................... 5 

3.1 

Estimación de caudales ................................................................................................... 6 

3.2 

Selección de la granulometría ......................................................................................... 7 

3.3 

Material adicional necesario ........................................................................................... 7 

3.4 

Procedimiento de las pruebas ......................................................................................... 8 

3.5 

Granulometría de las muestras ..................................................................................... 13 

3.6 

Limpieza de la cámara desarenadora ............................................................................ 13 

Resultados ........................................................................................................................... 21 

4.1 

Capacidad de la cámara desarenadora. ......................................................................... 21 

4.2 

Granulometría de la arena saliente ............................................................................... 23 

4.3 

Tiempo de llenado de la cámara desarenadora helicoidal ............................................. 27 

Análisis de resultados ........................................................................................................... 29 

Conclusiones y recomendaciones ......................................................................................... 30 

Referencias .......................................................................................................................... 31 

 

 

 

 

 

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ii 

 

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES 

Ilustración 1. Montaje del laboratorio ........................................................................................................... 5

 

Ilustración 2. Tanque de alimentación, válvula, tubería de alimentación y tolva. ........................................... 6

 

Ilustración 3. Caudalímetro usado para las pruebas ...................................................................................... 7

 

Ilustración 4. Embudo utilizado ..................................................................................................................... 8

 

Ilustración 5. Tolva que contiene la arena ..................................................................................................... 8

 

Ilustración 6. Curva de calibración del vertedero de salida ............................................................................ 9

 

Ilustración 7. Caudal que sale de la cámara. .................................................................................................. 9

 

Ilustración 8. Tolva con la arena .................................................................................................................. 10

 

Ilustración 9. Vertedero de salida ............................................................................................................... 11

 

Ilustración 10. Vertedero de salida luego de retirar el agua ......................................................................... 11

 

Ilustración 11. Arena que se recoge del vertedero de salida ........................................................................ 12

 

Ilustración 12. Arena lista para llevar al horno para secarla ......................................................................... 12

 

Ilustración 13. Arena en la balanza luego de secarla en el horno ................................................................. 12

 

Ilustración 14. Tamices con los que se realizó la granulometría de las muestras de arena saliente de la 

cámara ............................................................................................................................................... 13

 

Ilustración 15. Tanque de almacenamiento y alimentación principal. .......................................................... 14

 

Ilustración 16. Arena ubicada en el tanque principal de abastecimiento ...................................................... 15

 

Ilustración 17. Tanque principal de abastecimiento desocupado ................................................................. 15

 

Ilustración 18. Tanque principal siendo llenado nuevamente con agua limpia ............................................. 16

 

Ilustración 19. Drenaje del agua almacenada en la parte baja de la cámara ................................................. 17

 

Ilustración 20. Drenaje del agua dentro de la cámara .................................................................................. 17

 

Ilustración 21. Creación del primer agujero de la cámara ............................................................................ 17

 

Ilustración 22. Arena almacenada al interior de la cámara ........................................................................... 18

 

Ilustración 23. Vista al interior de la cámara desde el agujero ..................................................................... 18

 

Ilustración 24. Eliminación manual de la arena ............................................................................................ 19

 

Ilustración 25. sello de los agujeros hechos en la cámara desarenadora ...................................................... 20

 

Ilustración 26. Interior de la cámara desarenadora luego de remover la arena de las pruebas anteriores .... 20

 

 

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iii 

 

ÍNDICE DE GRÁFICAS 

Gráfica 1. Eficiencia de la retención de arena de la cámara ......................................................................... 22

 

Gráfica 2. Resultados de la arena saliente de los lavados de la cámara ........................................................ 23

 

Gráfica 3. Curvas de granulometría de las muestras .................................................................................... 27

 

 

 

 

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iv 

 

ÍNDICE DE TABLAS 

Tabla 1. Resultados de las pruebas.............................................................................................................. 21

 

Tabla 2. Resultados de los lavados de la cámara desarenadora.................................................................... 22

 

Tabla 3. Granulometría de muestra 1 .......................................................................................................... 23

 

Tabla 4. Granulometría de muestra 2 .......................................................................................................... 23

 

Tabla 5. Granulometría de muestra 3 .......................................................................................................... 24

 

Tabla 6. Granulometría de muestra 4 .......................................................................................................... 24

 

Tabla 7. Granulometría de muestra 5 .......................................................................................................... 24

 

Tabla 8. Granulometría de muestra 6 .......................................................................................................... 25

 

Tabla 9. Granulometría de muestra 7 .......................................................................................................... 25

 

Tabla 10. Granulometría de muestra 8 ........................................................................................................ 25

 

Tabla 11. Granulometría de muestra 9 ........................................................................................................ 26

 

 

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1  INTRODUCCIÓN 

Las  estructuras  nuevas  de  trampas  de  sedimentos  para  antes  de  tanques  de  tormentas  pueden 
implicar una mejora en la implementación de estructuras de retención que existen actualmente. Las 
trampas de sedimentos, como su nombre lo indica, buscan retener los sedimentos antes de que 
lleguen a los tanques de tormenta, los cuales captan las aguas lluvias para después dirigirlas a las 
redes de alcantarillado con el fin de mitigar el caudal que pasa por estas redes en temporadas de 
lluvia (Ayesa). Un desarenador antes de un tanque de tormenta busca que el material particulado 
que contiene el agua lluvia quede retenido en la trampa y no pase al tanque de tormenta, esto con 
el fin de evitar que las redes de alcantarillado de un sector se llenen de material sedimentante y 
generen un problema mayor. 

La estructura que quiere probarse actualmente, consiste en un desarenador con forma de helicoidal 
en su interior que busca reducir la velocidad del agua que entra y de esta manera permitir que las 
arenas que transporta se decanten en su interior. Sin embargo, esta nueva estructura requiere de 
una distribución del espacio distinta a las actualmente utilizadas, es por esto, que se quiere probar 
su eficiencia, pero en especial se  quiere  analizar el diseño de  esta, es  decir, poder concluir si el 
diseño propuesto por Álvaro López, ganador del concurso de la fundación PAVCO en el 2017 es lo 
suficientemente eficiente y cuánto tiempo tardará en llenarse esta trampa, todo esto con el fin de 
dar un juicio acerca de la conveniencia de la implementación de estos nuevos modelos. 

Se espera que este modelo que se va a probar en el laboratorio a lo largo del semestre muestre un 
rendimiento superior a las estructuras actualmente utilizadas. Una prueba de lo que puede llegar a 
ser la eficiencia de este tipo de modelos, es que se han venido comercializando distintos tipos de 
desarenadores en forma de espiral, como es el caso del desarenador que se muestra en el portal de 
drenatura (Mikelfa, s.f.), el cual contiene una espiral en su interior, sin embargo, el diseño de este 
es diferente al que se desea probar en el laboratorio de alcantarillados. El diseño helicoidal que se 
quiere poner a prueba durante el periodo de investigación, asegura llegar a una eficiencia de hasta 
el 75% con un caudal de 5 l/s.  

En el campo profesional de la ingeniería hidráulica se ha generado un interés importante en este 
tipo de modelos, ya que estos modelos tienen un nivel de complejidad en el mantenimiento menor 
al actualmente implementado. Esto se debe a que, una vez instalado el tanque de tormentas, su 
mantenimiento tiene un alto nivel de  dificultad y lo que se busca con la implementación de una 
trampa de sedimentos es de evitar, a toda costa, que las arenas lleguen al tanque y a su vez a la red 
de  alcantarillado.  Las  implicaciones  que  tendrían  que  los  sedimentos  lleguen  a  la  red  de 
alcantarillado son bastante graves, ya que estas se entienden como el sistema circulatorio de una 
ciudad  en  términos  de  aguas  potables,  residuales  y  de  lluvias,  si  se  llegara  a  generar  algún 

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taponamiento de una de estas tuberías de aguas lluvias, las pérdidas económicas serían enormes. 
Además, esto implicaría la detención de la prestación del servicio del alcantarillado a la ciudad, esto 
desencadenaría una serie de brotes de enfermedades en la ciudad. Es aquí donde yace el interés del 
mundo ingenieril en este tipo de soluciones, para evitar que una ciudad deje de funcionar y entre 
en crisis económica y de salud debido a un problema que puede ser evitado adoptando medidas 
innovadoras. 

Como  se  ha  mostrado  previamente,  la  búsqueda  de  soluciones  fáciles  y  efectivas  llevará  a  una 
ciudad a tener un mejor desarrollo y evitar paros en su funcionamiento. A lo largo de estas pruebas 
de  laboratorio  se  decidirá  si  la  estructura  propuesta  es  viable  en  términos  de  limpieza, 
almacenamiento y eficiencia de retención de sedimentos. El análisis de esta cámara helicoidal se 
hará con un enfoque en su diseño y se buscará principalmente dar respuesta al interrogante de su 
capacidad de almacenamiento y un estimado de tiempo para su limpieza. 

Para resumir, es necesario probar las trampas de sedimentos que se encuentran en el laboratorio 
de alcantarillado de la universidad con el fin de concluir si son una buena opción o es mejor actuar 
conforme al protocolo de tanques de tormenta como se ha venido haciendo hasta ahora. También, 
es  necesario  decidir  si  vale  la  pena  cambiar  el  tipo  de  distribución  y  el  espacio  que  ocupan  las 
trampas actuales por las nuevas que han sido propuestas.  

1.1  Objetivos 

1.1.1  Objetivo General 

Evaluar  el  diseño  de  la  cámara  desarenadora  helicoidal  desarrollada  por  el  equipo  de  PAVCO  y 
diseñada por  Álvaro López  ganador del concurso de  la fundación PAVCO, este  análisis incluye  la 
estimación del tiempo de llenado de la cámara y el punto de saturación de la cámara. 

1.1.2  Objetivos Específicos 

  Evaluar la capacidad de llenado de la cámara desarenadora helicoidal 
  Establecer un tiempo real de llenado 
  Identificar oportunidades de mejora en el diseño 
  Idear un método de limpieza para la cámara 

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2  MARCO TEÓRICO 

Desarenador:

 es una estructura hidráulica que tiene como función remover las partículas de cierto 

tamaño que la captación de una fuente superficial permite pasar. Es una estructura diseñada para 
retener la arena que traen las aguas servidas o las aguas superficiales a fin de evitar que ingresen, 
al canal de aducción, a la central hidroeléctrica o al proceso de tratamiento y lo obstaculicen creando 
serios problemas. (Martínez, 1970) 

Sedimentador:

  Un  sedimentador  es  un  tanque  en  donde  se  realiza  la  remoción  de  partículas 

inferiores  a  0.2  mm  y  superiores  a  0.05  mm.  Comprende  cuatro  partes:  una  zona  de  entrada  o 
estructura  hidráulica  de  transición  que  permite  una  distribución  uniforme  del  flujo  dentro  del 
sedimentador;  una  zona  de  sedimentación;  una  zona  de  salida  constituida  por  un  vertedero, 
canaletas o tubos con perforaciones que recolectan el efluente; y una zona de recolección de lodos, 
constituida  por  una  tolva  con  capacidad  para  depositar  los  lodos  sedimentados  y  una  tubería  y 
válvula  para  su  evacuación  periódica  (OPS  2005b).  Los  sedimentadores  pueden  ser  tanques 
circulares o rectangulares (CONAGUA 2015b). En tanques rectangulares, la relación longitud-ancho 
varía entre 3:1 y 5:1, con profundidades de agua mayores a dos metros, longitud menor de 90 m., 
ancho de 3 a 24 m. y pendiente suave, 1 ó 2 %; en tanques circulares la pendiente en el fondo es del 
8% regularmente (CONAGUA 2015b). (Tilley, 2018). 

Sedimentación:

  La  sedimentación  simple  (también  conocida  como  sedimentación  simple  por 

gravedad)  es  un pretratamiento físico de  agua sencillo, de  bajo costo, que  se  realiza antes  de la 
aplicación de otros métodos de purificación como filtración (por ejemplo, filtración lenta de arena) 
y  desinfección  (cloración).  Este  proceso  sirve  para  eliminar  partículas  pequeñas  suspendidas  no 
deseadas (arena, limo y arcilla) y algunos contaminantes biológicos del agua bajo la influencia de la 
gravedad. Cuanto más tiempo se almacena el agua o se mantiene inalterada, más se depositarán 
los sólidos en suspensión y los patógenos en el fondo del recipiente. El proceso de sedimentación 
se puede acelerar agregando coagulantes. (Bruni, 2018) 

Sedimento:

 es la materia que, después de haber estado en suspensión en un líquido, termina en el 

fondo por su mayor gravedad. Este proceso se conoce como sedimentación. (Pérez Porto & Gardey, 
2010) 

Tanque de tormentas

: Los tanques de tormenta son parte de las infraestructuras de alcantarillado 

de algunas ciudades. Son depósitos cuyo objetivo es retener el agua de lluvia que llega a través de 
los  colectores,  especialmente  cuando  se  trata  de  lluvias  intensas,  para  minimizar  el  riesgo  de 
inundaciones. Limitan el aumento súbito del caudal y evitan que las primeras lluvias, que son las 
más contaminadas, lleguen directamente a ríos y arroyos. El agua que queda almacena en estos 
tanques se conduce posteriormente a las depuradoras, donde será tratada y enviada a los sistemas 
fluviales  en  condiciones  óptimas  de  calidad.  No  solo  funcionan  antes  fuertes  precipitaciones, 

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también cuando en la época de lluvias las depuradoras no son capaces de tratar más agua por falta 
de capacidad y de tiempo. Actúan entonces como retenedores hasta que las plantas depuradoras 
están preparadas para albergar nuevas entradas de agua. (Rodríguez, 2019) 

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3  METODOLOGÍA 

Para explicar el proceso llevado a cabo en el laboratorio para analizar el diseño de la trampa de 
sedimentos, es necesario aclarar el funcionamiento del modelo de laboratorio con el que se trabajó: 
se cuenta con un tanque de almacenamiento que tiene una bomba sumergible, la cual transporta el 
agua hacia un tanque de alimentación que descargará el agua a través de una tubería con válvula 
de seis pulgadas hacia una tubería que se conectará a la cámara desde la parte superior y liberará 
agua  con  sedimento.  El  sedimento  que  se  mezclará  con  el  agua  que  viene  del  tanque  de 
almacenamiento es añadido desde una tolva que se conecta a la mitad de la tubería de alimentación. 
A continuación, se mostrarán imágenes del montaje del laboratorio. 

 

Ilustración 1. Montaje del laboratorio 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 

Análisis del diseño de trampas de sedimentos antes de tanques de tormenta

 

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Tania Victoria Niño Escalante 

Tesis de pregrado 

 

 

Ilustración 2. Tanque de alimentación, válvula, tubería de alimentación y tolva. 

 

3.1  Estimación de caudales 

Para comenzar, es necesario definir los caudales y la carga de sedimento que se le pondrá al modelo. 
Para la selección de caudales de las pruebas, se hizo uso del manual del diseñador de la cámara 
helicoidal,  donde  se  sugiere  que  el caudal máximo que  puede  tolerar el diseño es  de 5 l/s para 
garantizar una eficiencia de hasta el 75%. Con esta información de caudal, se configura entonces el 
paso del agua hacia el modelo de para no exceder el límite previamente establecido. 

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Ilustración 3. Caudalímetro usado para las pruebas 

3.2  Selección de la granulometría 

Para la selección de la granulometría de la arena que se utilizó en las pruebas, se siguió utilizando la 
seleccionada por Laura Ortega de la Pava, ya que ella estuvo trabajando con el desarenador en una 
ocasión previa y estableció ciertos parámetros para las pruebas, tales como la granulometría, que 
en este caso se considera pertinente continuar utilizando. La arena que se utilizó fue de 12-20 (1.51 
mm), 20-30 (1.21 mm), 30-40 (0.47 mm) y 60-70, en proporciones de 25% de la carga completa que 
se le irá aplicando a la cámara. Adicionalmente, se sigue con la carga de 10 kg de arena para las 
pruebas,  esto  quiere  decir  que  se  utilizarán  2.5  kg  de  arena  de  cada  tamaño  previamente 
mencionado. 

3.3  Material adicional necesario 

Para añadir la arena dentro del modelo, se utilizaron embudos con una apertura suficiente para 
permitir el paso de arena en una concentración entre 40 y 200 g/L/s, es decir, se estimó que la arena 
debe pasar por el embudo en una cantidad estimada de 10 g/s. A continuación, se muestran la tolva 
y el embudo utilizados para añadir la arena al modelo. 

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Ilustración 4. Embudo utilizado 

 

Ilustración 5. Tolva que contiene la arena 

 

3.4  Procedimiento de las pruebas 

Con el fin de llevar a cabo las pruebas, se siguió el procedimiento previamente establecido por Laura 
Ortega para probar la eficiencia de la cámara, sin embargo, en este caso, se estará analizando la 
capacidad del modelo y el tiempo de llenado, con el fin de establecer un período de tiempo para 
limpieza.  

El proceso de cada prueba consiste en: 

1.  Encender el modelo y asegurar un caudal de 5 l/s. 

En esta etapa, se abre y cierra la válvula en repetidas ocasiones y se espera a que se regule el caudal 
para probar los caudales máximos y mínimos a los que puede ser sometido el modelo. En este caso, 
se estimó que se puede manejar un rango de  caudales de aproximadamente entre 3 y 8 l/s. Sin 
embargo, se decidió apegarse a las sugerencias hechas por el diseñador y trabajar con un caudal 
para todas las pruebas de 5 l/s. Los caudales fueron medidos siempre con un caudalímetro, el cual 
se encontraba sincronizado correctamente con las curvas de calibración del vertedero del tanque 
de salida. 

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Ilustración 6. Curva de calibración del vertedero de salida 

En la Ilustración 6, se puede ver claramente el vertedero de salida y la ecuación para hallar el caudal 
según la altura de la lámina de agua. 

 

Ilustración 7. Caudal que sale de la cámara. 

2.  Añadir la carga de 10 kg de arena a la tolva con el embudo. 

Se añade la carga de 10 kg, esta carga está distribuida con los porcentajes tipo de arena según el 
tamaño de grano que se mencionaron previamente. 

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Ilustración 8. Tolva con la arena 

3.  Asegurar que la arena esté pasando por el embudo y se esté mezclando con el agua. 

Se debe asegurar que la arena si pase por el embudo de forma ininterrumpida, es por esto, que en 
esta fase se requiere de una estricta vigilancia al embudo. 

 

4.  Esperar a que toda la carga de arena sea desalojada de la tolva. 
5.  Apagar el modelo. 
6.  Sacar el agua del vertedero de salida. 

En esta etapa, se hizo uso de una bomba sumergible que permite la extracción del agua del tanque 
antes del vertedero de salida. 

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Ilustración 9. Vertedero de salida 

Luego  de  retirar  el  agua,  se  puede  observar  la  arena  que  no  quedó  atrapada  en  la  cámara 
desarenadora y que llegó al tanque. 

 

Ilustración 10. Vertedero de salida luego de retirar el agua 

7.  Recoger la arena que queda en el fondo del vertedero de salida en recipientes de aluminio 

aptos para horno. 

Esta arena se retira en su totalidad con una pala pequeña y una brocha. 

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Ilustración 11. Arena que se recoge del vertedero de 

salida 

 

Ilustración 12. Arena lista para llevar al horno para 

secarla 

 

8.  Llevar las muestras al horno, este proceso puede tardar alrededor de un día. 
9.  Pesar la arena resultante. 

 

Ilustración 13. Arena en la balanza luego de secarla en el horno 

10. Realizar la granulometría de estas muestras de arena. 

Se decidió hacer la granulometría de las muestras de la arena que sale de la cámara debido a que 
se notó que el tamaño de grano saliente depende de si se está alimentando la cámara con arena o 
no. 

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Ilustración 14. Tamices con los que se realizó la granulometría de las muestras de arena saliente de la cámara 

Este procedimiento se debe repetir hasta que la arena que sale de la cámara llega a ser por lo menos 
el 25% de la arena que se le introduce. Finalmente, se estima que el proceso de vaciado de la arena 
en el agua toma un tiempo de alrededor una hora. 

3.5  Granulometría de las muestras 

Después de haber pesado la arena que salió de la trampa de sedimentos, fue considerado pertinente 
hacer la granulometría de estas muestras, para esto, se llevó a cabo el procedimiento especificado 
en la NTC 77. 

3.6  Limpieza de la cámara desarenadora 

Debido a que a la cámara desarenadora se le había puesto arena en pruebas anteriores llevadas a 
cabo por Laura Ortega, y esta arena se quedó atrapada dentro de la cámara, fue necesario buscar 
alternativas para lograr su limpieza. 

Para comenzar, se decidió encender el modelo por un periodo prolongado de tiempo con el caudal 
máximo  permitido  el  montaje  del  laboratorio,  es  decir,  8  l/s.  Luego  de  mantener  encendido  el 
montaje por periodos de 1 hora, se lograba sacar una parte de la arena atrapada, sin embargo, se 
presumía que no era toda la que se encontraba atrapada en la cámara. Por esta razón, se decidió 
llevar a cabo un proceso exploratorio de la ubicación de la arena dentro de todo el montaje. 

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Primeramente, se vació el tanque de almacenamiento grande y se encontró una porción de arena 
que se albergaba allí. Sin embargo, tampoco era la totalidad de la arena, entonces, se lavó el tanque 
y se retiró toda la arena y limos que se encontraban allí para llenarlo nuevamente con agua limpia. 

 

Ilustración 15. Tanque de almacenamiento y alimentación principal. 

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Ilustración 16. Arena ubicada en el tanque principal de abastecimiento 

 

Ilustración 17. Tanque principal de abastecimiento desocupado 

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Ilustración 18. Tanque principal siendo llenado nuevamente con agua limpia 

De acuerdo con el protocolo propuesto por el diseñador Álvaro López, la limpieza de esta cámara se 
haría por medio de  un Vactor, el  cual succionaría el agua y la arena atrapados desde la tubería 
central y de esta forma, permitir que la cámara desarenadora siga funcionando sin contratiempos. 
Pero  este  procedimiento  de  limpieza  no  es  posible  de  realizar  en  el  laboratorio  debido  a  las 
limitaciones de espacio, de ahí que, se debió buscar una alternativa factible para su limpieza en el 
laboratorio, la cual resultó ser abrir agujeros lo suficientemente grandes como para hacer la limpieza 
manual como se mostrará a continuación. 

Luego, después de haber descartado el tanque de almacenamiento, se decidió que era necesario 
abrir un agujero en la cámara desarenadora para hacer la verificación pertinente. Se encontró que 
la arena si quedaba almacenada dentro de la cámara en la zona inferior, por lo  tanto, luego de 
analizar los planos hechos por el diseñador, se escogieron dos lugares para abrir el hueco. Estos 
agujeros permitieron la limpieza de la cámara en gran medida y se pudo continuar con las pruebas 
y lograr la saturación que se estaba buscando. 

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Ilustración 19. Drenaje del agua almacenada en la parte baja de la cámara 

 

Ilustración 20. Drenaje del agua dentro de la cámara 

 

Ilustración 21. Creación del primer agujero de la cámara 

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En la Ilustración 21, se puede observar la ubicación del primer agujero que se le hizo a la cámara. El 
agujero debía ser lo suficientemente grande para poder hacer la extracción de la arena almacenada 
de forma manual.  

 

Ilustración 22. Arena almacenada al interior de la cámara 

 

 

Ilustración 23. Vista al interior de la cámara desde el agujero 

También, en la  Ilustración  23, se  puede  observar la  acumulación de  arena dentro de la cámara. 
Luego de esto, se procedió a hacer la limpieza manual con una pala y un balde, en la Ilustración 24 

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se observa el proceso de eliminación de la arena que se encuentra al interior de la parte inferior del 
desarenador. 

 

Ilustración 24. Eliminación manual de la arena 

A pesar de la gran cantidad de arena que se retiró por este agujero, fue necesario abrir un segundo 
hueco, ya que el tamaño de la cámara desarenadora no permitía el acceso a toda la arena por retirar. 
El segundo hueco se hizo justo al otro lado del primero, pero se hizo más bajo, es decir, a ras del 
fondo del tanque, con este segundo agujero se pudo desalojar toda la arena que se albergaba ahí. 
Los agujeros se sellaron con cinta para ducto debido a que se debían abrir en ocasiones posteriores. 

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Ilustración 25. sello de los agujeros hechos en la cámara desarenadora 

La  limpieza  de  la  cámara  resultó  ser  positiva  para  la  obtención  de  los  nuevos  resultados  de  las 
pruebas, luego de haber sellado los agujeros se continuó con las pruebas descritas previamente. 

 

Ilustración 26. Interior de la cámara desarenadora luego de remover la arena de las pruebas anteriores 

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4  RESULTADOS 

Los resultados obtenidos fueron los siguientes: 

4.1  Capacidad de la cámara desarenadora. 

En este apartado se muestran los resultados obtenidos en forma de número de prueba y cantidad 
de arena saliente.  

Tabla 1. Resultados de las pruebas 

Prueba 

Carga (kg)  Descarga (g) 

10 

317 

10 

376 

10 

428 

10 

495,5 

10 

356,5 

10 

525,5 

10 

1016 

10 

851,1 

10 

1279,1 

10 

10 

1053,5 

11 

10 

830,5 

12 

10 

1447,5 

13 

10 

1063 

También se puede observar la curva de comportamiento de la capacidad de almacenamiento de la 
trampa para sedimentos. 

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22 

 

 

Gráfica 1. Eficiencia de la retención de arena de la cámara 

Luego  de  obtener  estos  datos  se  decidió  también  hacer  ciclos  de  auto  lavado  de  la  cámara 
desarenadora, para esto, la cámara se encendió por periodos de 30 minutos con el caudal máximo 
de 8 l/s y se obtuvieron los siguientes resultados: 

Tabla 2. Resultados de los lavados de la cámara desarenadora 

Lavado 

Duración 

(minutos) 

Caudal (l/s) 

Salida (g) 

30 

4963 

30 

2919 

30 

768 

30 

367,5 

30 

457,5 

 

0,00%

2,00%

4,00%

6,00%

8,00%

10,00%

12,00%

14,00%

16,00%

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

% Descarga

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Análisis del diseño de trampas de sedimentos antes de tanques de tormenta

 

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Tesis de pregrado 

23 

 

 

Gráfica 2. Resultados de la arena saliente de los lavados de la cámara 

4.2  Granulometría de la arena saliente 

Como  indicador  de  la  eficiencia  y  la  saturación  de  la  cámara,  se  consideró  el  tamaño  de  grano 
saliente. Los resultados se muestran a continuación. 

Tabla 3. Granulometría de muestra 1 

Muestra 

317 

 

 

 

Tamiz 

Abertura 

Retuvo 

% r. parcial  % r. acum 

%pasa 

2,38 

0% 

0% 

100% 

16 

1,19 

0% 

0% 

100% 

20 

 

0% 

0% 

100% 

30 

0,595 

0% 

0% 

100% 

50 

0,297 

31,1 

10% 

10% 

90% 

100 

0,149 

157,4 

50% 

59% 

41% 

200 

0,074 

90,8 

29% 

88% 

12% 

fondo 

 

28 

9% 

97% 

3% 

 

Tabla 4. Granulometría de muestra 2 

Muestra 

377,2 

  

  

  

Tamiz 

Abertura 

Retuvo 

% r. parcial  % r. acum 

%pasa 

2,38 

0% 

0% 

100% 

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1

2

3

4

5

A

rena

 qu

sa

le 

de 

la

 c

ám

ar

(g

)

Número de lavado

Arena que sale durante los lavados

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Tesis de pregrado 

24 

 

16 

1,19 

0% 

0% 

100% 

20 

  

1,1 

0% 

0% 

100% 

30 

0,595 

4,5 

1% 

1% 

99% 

50 

0,297 

58,4 

15% 

17% 

83% 

100 

0,149 

221,3 

59% 

76% 

24% 

200 

0,074 

64,9 

17% 

93% 

7% 

fondo 

  

27 

7% 

100% 

0% 

 

Tabla 5. Granulometría de muestra 3 

Muestra 

495 

  

  

  

Tamiz 

Abertura 

Retuvo 

% r. parcial  % r. acum 

%pasa 

2,38 

0% 

0% 

100% 

16 

1,19 

0,5 

0% 

0% 

100% 

20 

  

2,5 

1% 

1% 

99% 

30 

0,595 

10 

2% 

3% 

97% 

50 

0,297 

100,4 

20% 

23% 

77% 

100 

0,149 

225 

45% 

68% 

32% 

200 

0,074 

66,8 

13% 

82% 

18% 

fondo 

  

90,3 

18% 

100% 

0% 

 

Tabla 6. Granulometría de muestra 4 

Muestra 

495,5 

  

  

  

Tamiz 

Abertura 

Retuvo 

% r. parcial  % r. acum 

%pasa 

2,38 

0% 

0% 

100% 

16 

1,19 

0,8 

0% 

0% 

100% 

20 

  

5,7 

1% 

1% 

99% 

30 

0,595 

26,3 

5% 

7% 

93% 

50 

0,297 

199,1 

40% 

47% 

53% 

100 

0,149 

189 

38% 

85% 

15% 

200 

0,074 

55,2 

11% 

96% 

4% 

fondo 

  

19,4 

4% 

100% 

0% 

 

Tabla 7. Granulometría de muestra 5 

Muestra 

356,2 

  

  

  

Tamiz 

Abertura 

Retuvo 

% r. parcial  % r. acum 

%pasa 

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Tania Victoria Niño Escalante 

Tesis de pregrado 

25 

 

2,38 

0% 

0% 

100% 

16 

1,19 

0,6 

0% 

0% 

100% 

20 

  

1% 

2% 

98% 

30 

0,595 

13,3 

4% 

5% 

95% 

50 

0,297 

99,9 

28% 

33% 

67% 

100 

0,149 

154,3 

43% 

77% 

23% 

fondo 

  

83,1 

23% 

100% 

0% 

 

Tabla 8. Granulometría de muestra 6 

Muestra 

525,6 

  

  

  

Tamiz 

Abertura 

Retuvo 

% r. parcial  % r. acum 

%pasa 

2,38 

0% 

0% 

100% 

16 

1,19 

0% 

0% 

100% 

20 

  

6,2 

1% 

1% 

99% 

30 

0,595 

20 

4% 

5% 

95% 

50 

0,297 

132,1 

25% 

30% 

70% 

100 

0,149 

233,9 

45% 

75% 

25% 

fondo 

  

131,8 

25% 

100% 

0% 

 

Tabla 9. Granulometría de muestra 7 

Muestra 

1016,1 

  

  

  

Tamiz 

Abertura 

Retuvo 

% r. parcial  % r. acum 

%pasa 

2,38 

0% 

0% 

100% 

16 

1,19 

3,2 

0% 

0% 

100% 

20 

  

15,1 

1% 

2% 

98% 

30 

0,595 

61,8 

6% 

8% 

92% 

50 

0,297 

458,2 

45% 

53% 

47% 

100 

0,149 

337,2 

33% 

86% 

14% 

fondo 

  

140 

14% 

100% 

0% 

 

Tabla 10. Granulometría de muestra 8 

Muestra 

851,1 

  

  

  

Tamiz 

Abertura 

Retuvo 

% r. parcial  % r. acum 

%pasa 

2,38 

0% 

0% 

100% 

16 

1,19 

3,2 

0% 

0% 

100% 

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Tania Victoria Niño Escalante 

Tesis de pregrado 

26 

 

20 

  

16,2 

2% 

2% 

98% 

30 

0,595 

73,8 

9% 

11% 

89% 

50 

0,297 

424,1 

50% 

61% 

39% 

100 

0,149 

233,8 

27% 

88% 

12% 

fondo 

  

99,6 

12% 

100% 

0% 

 

Tabla 11. Granulometría de muestra 9 

Muestra 

1279,1 

  

  

  

Tamiz 

Abertura 

Retuvo 

% r. parcial  % r. acum 

%pasa 

2,38 

0% 

0% 

100% 

16 

1,19 

12,9 

1% 

1% 

99% 

20 

  

35 

3% 

4% 

96% 

30 

0,595 

149 

12% 

15% 

85% 

50 

0,297 

604 

47% 

63% 

37% 

100 

0,149 

319,8 

25% 

88% 

12% 

fondo 

  

158,3 

12% 

100% 

0% 

 

Adicionalmente, se obtuvieron las siguientes curvas de granulometría: 

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27 

 

 

Gráfica 3. Curvas de granulometría de las muestras 

 

4.3  Tiempo de llenado de la cámara desarenadora helicoidal 

Para estimar el tiempo de llenado de la cámara desarenadora se hizo un cálculo teniendo en cuenta 
el tiempo que tardaba la arena ser desalojada de la tolva. 

Velocidad de caída de la arena = 10 g/s 

Caudal promedio = 5 l/s 

Carga de arena = 10 kg 

Entonces, con los datos anteriores se obtiene que: 

𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑜𝑙𝑣𝑎 =

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎

𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎

=

10000𝑔

10 𝑔/𝑠

= 17 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠  

Sin embargo, se debe tener en cuenta el tiempo añadido debido a los taponamientos que se generan 
en el embudo. Por esta razón, se considera un tiempo de alrededor 45 a 50 minutos para vaciar la 
tolva y que la carga completa pase a la trampa de sedimento. 

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

P

as

a

Tamiz

Granulometría

1

2

3

4

5

6

7

8

9

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28 

 

Con el conocimiento de que se le añadieron 130 kg de arena y que este fue el peso máximo que 
alcanzó antes de perder eficiencia, se considera entonces que la cantidad de tiempo que tarda una 
cámara desarenadora como la probada en el laboratorio es de: 

𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎 = 50 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 ∗ 13 𝑝𝑟𝑢𝑏𝑎𝑠 = 650 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 ≅ 11 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 

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29 

 

5  ANÁLISIS DE RESULTADOS 

De la capacidad de retención de la cámara desarenadora, se puede decir que su eficiencia se ve 
directamente condicionada a la cantidad de material que esté atrapando previamente, es por esto 
que se ve una curva en aumento en la Gráfica 1. Sin embargo, se ve claramente una divergencia 
luego del dato 8, esto se debe a que ya la cámara está llegando a su límite y, en lugar de mantener 
un  comportamiento  ordenado,  oscila  en  su  capacidad  de  retención.  Es  necesario  aclarar  que  la 
cámara funcionaría correctamente  hasta alcanzar una eficiencia del 85%, sin embargo,  el diseño 
está pensado para que el desarenador helicoidal llegue a una eficiencia del 75%.  

Dentro de los resultados, también se obtuvieron datos de ciclos de auto lavado de la cámara. Los 
resultados que se obtienen son desfavorecedores para la cámara debido a que se evidencia una 
gran pérdida del material que  se  encuentra almacenado. Durante  las pruebas del laboratorio se 
pudo  observar  que  el  tamaño  del  grano  de  arena  resultante  de  estos  lavados  correspondía 
principalmente a la gradación más grande que tenía la arena, es decir el tamaño 12-20 (1.51mm). 
en  estos  ciclos  de  lavado  es  donde  se  logra  ver  claramente  cómo  se  supera  la  eficiencia  de 
contención de sedimentos de la que se habló previamente. 

Como criterio de saturación de la cámara desarenadora se utilizó el tamaño de grano saliente. Para 
evaluar este criterio se obtuvieron las curvas de granulometría de la arena saliente de la cámara. 
Estas curvas se pueden observar en la Gráfica 3, se puede observar en esta gráfica que, a medida 
que se va avanzando con las pruebas, la curva se va moviendo más a la derecha, esto significa que 
el tamaño del grano va aumentando con el paso de las pruebas. Esto se debe a que, en las primeras 
pruebas, se espera que la cámara, al estar vacía retenga todo el sedimento y que las partículas que 
salen sean las más pequeñas que  se encuentran en  suspensión en el agua. A medida que  se  va 
avanzando, la capacidad del desarenador disminuye y esto ocasiona que cada vez, partículas más 
grandes salgan del mismo. Cuando se llega a una curva que está muy a la derecha, se puede concluir 
también que el desarenador ha llegado al límite y deber vaciado. 

El  tiempo  de  llenado  de  la  cámara  desarenadora  arrojó  un  estimado  de  11  horas  recibiendo 
sedimento  y  agua  en  su  capacidad  máxima,  este  desarenador  también  estaría  siendo  capaz  de 
albergar un estimado de 150 kg de sedimento antes de llegar al límite recomendado. Como no se 
tienen datos de escorrentía de sedimentos en ciudades, y este dato depende también del régimen 
de lluvias que pueda llegar a presentar una ciudad, no es posible dar un periodo de mantenimiento 
preciso. Sin embargo, se considera que la capacidad del desarenador es insuficiente en condiciones 
extremas. 

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30 

 

6  CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

De los resultados obtenidos se puede decir que el desarenador helicoidal probado no es funcional 
debido a la cantidad de material particulado que sale hacia los vertederos. Se puede observar que 
también hay cierta cantidad de arena que no queda retenida en el vertedero que se espera, sino 
que  pasó  directo  al  tanque  de  alimentación  del  modelo,  por  lo  tanto,  hay  un  porcentaje  de 
sedimento que no fue atrapado por la cámara desarenadora, pero tampoco pudo ser contabilizado 
luego de su paso por la misma ya que está quedó almacenada en el tanque de alimentación del 
modelo. 

Desde el principio de las pruebas, se puede observar una gran salida de material y esta salida va en 
aumento al avanzar con las pruebas. Sin embargo, la arena que sale procedente de cada prueba no 
es una preocupación, ya que se puede ver que se mantiene dentro del rango de la eficiencia para el 
que se diseñó la cámara. La salida de material que es preocupante se refiere a la que sale de los 
lavados de la cámara, es decir, cuando se enciende el modelo y se pone a correr el agua sin añadirle 
sedimento a la entrada de la cámara, de este si se logra ver una enorme cantidad de material que 
sale y puede llegar a convertirse en un problema debido a su magnitud. 

Una forma útil de saber si la cámara está llegando a su punto de saturación, es con las curvas de 
granulometría de la arena saliente, de esta forma se puede saber si la salida se encuentra dentro de 
los rangos normales esperados, es decir, las partículas más pequeñas que permanecen suspendidas 
por un periodo mayor de tiempo, o si se están lavando las partículas más grandes que pueda llegar 
a soportar el desarenador. 

El mantenimiento en el laboratorio no es fácil de hacer y requiere de mucho tiempo para poder 
poner en funcionamiento el desarenador. Es necesario indagar más sobre el proceso de limpieza 
con el vactor, sin embargo, se considera insuficiente para retirar todo el material almacenado dentro 
de la cámara.  

 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/c0db101120992c1bc5ba22f9cb073988/index-html.html
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Universidad de los Andes 

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 

Análisis del diseño de trampas de sedimentos antes de tanques de tormenta

 

MIC 201920 

 

 

Tania Victoria Niño Escalante 

Tesis de pregrado 

31 

 

7  REFERENCIAS 

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ASCE

 

 

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