Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos

Bogotá, al estar localizada dentro de la zona de confluencia intertropical, cuenta con un régimen hidrológico bimodal el cuál en sus épocas de lluvia alcanza precipitaciones del orden de 142mm

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TESIS DE MAESTRÍA 

 

ESTUDIO DE LA EFICIENCIA DE DOS DESARENADORES PARA 

CÁMARAS DE INSPECCIÓN BAJO DISTINTAS CONDICIONES 

HIDRÁULICAS Y DE CARGA DE SEDIMENTOS 

 

 

Laura Alejandra Ortega de la Pava 

 

 

Asesor: Juan G. Saldarriaga Valderrama 

 

 

 

 

 

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 

FACULTAD DE INGENIERÍA 

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 

MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL 

BOGOTÁ D.C. 

2019 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Tesis de Maestría 

 

TABLA DE CONTENIDO 

Introducción .............................................................................................................................. 10 

1.1 

Objetivos ........................................................................................................................... 11 

1.1.1 

Objetivo General ....................................................................................................... 11 

1.1.2 

Objetivos Específicos ................................................................................................. 11 

1.2 

Antecedentes .................................................................................................................... 12 

1.2.1 

Los sedimentos en el drenaje urbano ....................................................................... 13 

1.2.2 

Erosión hídrica ........................................................................................................... 14 

1.2.3 

Estimación de pérdidas del suelo por erosión .......................................................... 14 

1.2.4 

Sedimentos en una red de alcantarillado pluvial ...................................................... 15 

1.2.5 

Uso de sedimentadores como estructuras previas a tanques de almacenamiento de 

aguas lluvia ................................................................................................................................ 15 

1.2.6 

Sedimentadores en la industria actual ...................................................................... 16 

Marco teórico ............................................................................................................................ 44 

2.1 

Definiciones ....................................................................................................................... 44 

2.1.1 

Desarenador .............................................................................................................. 44 

2.1.2 

Sedimentador ............................................................................................................ 45 

2.1.3 

Sedimentación ........................................................................................................... 45 

2.1.4 

Sólidos sedimentables ............................................................................................... 45 

2.1.5 

Arenas........................................................................................................................ 45 

2.1.6 

Cámaras o pozos de inspección ................................................................................ 45 

2.1.7 

Tanques de almacenamiento de agua ...................................................................... 45 

2.2 

Principios hidráulicos en el diseño de sedimentadores primarios .................................... 46 

2.2.1 

Objetivo ..................................................................................................................... 46 

2.2.2 

Principio de funcionamiento de un tanque de sedimentación ................................. 46 

2.3 

Normatividad respecto al uso de sedimentadores como parte de la red de alcantarillado 

pluvial  48 

2.3.1 

Cuerpos responsables de la normatividad en el mundo ........................................... 48 

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Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Laura Alejandra Ortega de la Pava 

Tesis de Maestría 

 

2.3.2 

Cuerpos responsables de la normatividad en Colombia ........................................... 51 

desarenadores ........................................................................................................................... 52 

3.1 

Antecedentes de los dos desarenadores .......................................................................... 52 

3.2 

Descripción de los modelos ............................................................................................... 53 

3.2.1 

Aspectos hidráulicos de los sedimentadores en evaluación ..................................... 53 

3.2.2 

Instrumentación y montaje ....................................................................................... 54 

modelo físico ............................................................................................................................. 59 

4.1 

Descripción del modelo físico ........................................................................................... 59 

4.1.1 

Desarenador tipo filtro .............................................................................................. 59 

4.1.2 

Desarenador helicoidal descendente ........................................................................ 60 

4.1.3 

Tanque de almacenamiento de agua a nivel............................................................. 60 

4.1.4 

Motobomba .............................................................................................................. 61 

4.1.5 

Tubería de PVC .......................................................................................................... 61 

4.1.6 

Tanque elevado ......................................................................................................... 62 

4.1.7 

Válvula de control ..................................................................................................... 63 

4.1.8 

Tolva para arena ........................................................................................................ 63 

4.1.9 

Tubería acrílica .......................................................................................................... 63 

4.1.10 

Cámara de inspección ............................................................................................... 64 

4.1.11 

Cámara de inspección tipo filtros .............................................................................. 65 

4.1.12 

Cámara de inspección helicoidal ............................................................................... 66 

4.1.13 

Caudalímetro ............................................................................................................. 67 

4.1.14 

Vertedero .................................................................................................................. 68 

METODOLOGÍA DE LAS PRUEBAS .............................................................................................. 69 

5.1 

Preparación de la mezcla de arenas .................................................................................. 69 

5.1.1 

Calibración del caudal de arenas ............................................................................... 71 

5.2 

Definición de caudales de agua ......................................................................................... 72 

5.2.1 

Calibración del caudal de agua .................................................................................. 75 

5.3 

Tiempos de prueba............................................................................................................ 76 

5.4 

Bombeo de agua ............................................................................................................... 76 

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5.5 

Apertura y cierre de válvula de agua ................................................................................ 76 

5.6 

Apertura y cierre de válvula de sólidos ............................................................................. 77 

5.7 

Recolección de arenas retenidas ....................................................................................... 78 

5.7.1 

Desarenador tipo filtro .............................................................................................. 78 

5.7.2 

Desarenador helicoidal ............................................................................................. 82 

5.8 

Secado de arenas en el horno ........................................................................................... 82 

5.9 

Verificación del peso de las arenas retenidas ................................................................... 83 

5.10  Documentación de las pruebas para los caudales principales .......................................... 84 

5.10.1 

Desarenador tipo filtros ............................................................................................ 84 

5.10.2 

Desarenador helicoidal ............................................................................................. 90 

5.11  Resultados ......................................................................................................................... 93 

5.11.1 

Porcentaje de retención de sólidos en el desarenador tipo filtros ........................... 93 

5.11.2 

Porcentaje de retención de sólidos en el desarenador helicoidal ............................ 97 

5.12  Evaluación de los prototipos por criterios ...................................................................... 100 

5.12.1 

Tamaño mínimo de la partícula removida .............................................................. 100 

5.12.2 

Eficiencia de desarenación ...................................................................................... 101 

5.12.3 

Versatilidad de caudales ......................................................................................... 102 

5.12.4 

Operación y limpieza ............................................................................................... 103 

Conclusiones y recomendaciones ........................................................................................... 106 

Referencias .............................................................................................................................. 109 

 

 

 

 

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ÍNDICE DE FIGURAS 

Figura 1. Diagrama de Flujo, ecuación de pérdida de suelo por erosión, USLE (Bhardwaj, 2017) ................... 15

 

Figura 2. Caudales de diseño para el año 2017 ................................................................................................ 73

 

Figura 3. Caudales de diseño para el año 2018 ................................................................................................ 73

 

Figura 4. AquaCell ............................................................................................................................................. 74

 

Figura 1. Eficiencia de desarenación en función del caudal de agua, prototipo tipo filtros ............................ 95

 

Figura 2. Eficiencia de desarenación en función de la concentración de arenas, prototipo tipo filtros .......... 96

 

Figura 3. Eficiencia de desarenación en función del caudal de agua, prototipo tipo helicoides ...................... 99

 

Figura 4. Eficiencia de desarenación en función de la concentración de arenas, prototipo tipo helicoides . 100

 

 

 

 

 

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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES 

Ilustración 1. Trash Guard Plus ......................................................................................................................... 16

 

Ilustración 2. Trash Guard Plus antes de la limpieza ........................................................................................ 18

 

Ilustración 3. Trash Guard Plus después de la limpieza .................................................................................... 18

 

Ilustración 4. Storm Tank Shield ....................................................................................................................... 19

 

Ilustración 5.Vario 800 Flex .............................................................................................................................. 20

 

Ilustración 6. Tipos de ubicación, Vario 800 Flex ............................................................................................. 21

 

Ilustración 7. Filtro universal de uso externo ................................................................................................... 22

 

Ilustración 8. Filtro universal externo industrial ............................................................................................... 23

 

Ilustración 9. Filtro para pozo de infiltración ................................................................................................... 24

 

Ilustración 10. Filtro de sedimentación ............................................................................................................ 25

 

Ilustración 11. Túnel de inspección .................................................................................................................. 27

 

Ilustración 12. HidroBox ................................................................................................................................... 27

 

Ilustración 13. Dimensionamiento del HidroBox .............................................................................................. 28

 

Ilustración 14. Estado de la cuenca antes del HidroBox ................................................................................... 30

 

Ilustración 15. Estado de la cuenca después del HidroBox .............................................................................. 30

 

Ilustración 16. Hydro Dry Screen ...................................................................................................................... 31

 

Ilustración 17.Tubería de entrada, Hydro Dry Screen ...................................................................................... 32

 

Ilustración 18. Sumidero de almacenamiento, Hydro Dry Screen ................................................................... 32

 

Ilustración 19. Pantalla de secado, Hydro Dry Screen ...................................................................................... 32

 

Ilustración 20. Vertedero vertical, Hydro Dry Screen ....................................................................................... 33

 

Ilustración 21. Pantalla, Hydro Dry Screen ....................................................................................................... 33

 

Ilustración 22. Difusor, Hydro Dry Screen ........................................................................................................ 33

 

Ilustración 23. Tubería de salida, Hydro Dry Screen ......................................................................................... 34

 

Ilustración 24. Limpieza sólidos, Hydro Dry Screen .......................................................................................... 35

 

Ilustración 25. Limpieza líquidos, Hydro Dry Screen ........................................................................................ 36

 

Ilustración 26. Optimax filter ............................................................................................................................ 36

 

Ilustración 27. Prueba #1, Optimax filter ......................................................................................................... 37

 

Ilustración 28. Prueba #2, Optimax filter ......................................................................................................... 37

 

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Ilustración 29. Prueba #3, Optimax filter ......................................................................................................... 38

 

Ilustración 30. Cabezal rociador de limpieza, Optimax filter ............................................................................ 39

 

Ilustración 31. Vortex settling tank .................................................................................................................. 39

 

Ilustración 32. First defense vortex separator .................................................................................................. 42

 

Ilustración 33. Puerto de mantenimiento y limpieza del First Defense Vortex Separator ............................... 43

 

Ilustración 34. Desarenador tipo filtro ............................................................................................................. 54

 

Ilustración 35. Dispositivo de desarenación ..................................................................................................... 56

 

Ilustración 36. Desarenador helicoidal descendente ....................................................................................... 56

 

Ilustración 37. Corte transversal del desarenador descendente ...................................................................... 57

 

Ilustración 38. Tanque de almacenamiento de agua, laboratorio de alcantarillado Uniandes ........................ 61

 

Ilustración 39. Motobomba, laboratorio de alcantarillado Uniandes .............................................................. 61

 

Ilustración 40. Tuberías PVC, laboratorio alcantarillado Uniandes .................................................................. 62

 

Ilustración 41. Tanque elevado laboratorio de alcantarillados Uniandes ........................................................ 62

 

Ilustración 42. Válvula de control, laboratorio de alcantarillado Uniandes ..................................................... 63

 

Ilustración 43. Tolva para graduar el caudal de arenas .................................................................................... 63

 

Ilustración 44. Tubería de acrílico .................................................................................................................... 64

 

Ilustración 45. Cámara de inspección ............................................................................................................... 65

 

Ilustración 46.Desarenador tipo filtros............................................................................................................. 65

 

Ilustración 47. 1/5 Filtros del sistema .............................................................................................................. 65

 

Ilustración 48. Sección de mamparas helicoidales ........................................................................................... 66

 

Ilustración 49. Composición interna del desarenador helicoidal ..................................................................... 66

 

Ilustración 50. Vista aérea del desarenador helicoidal..................................................................................... 66

 

Ilustración 51. Caudalímetro Ultrasónico ......................................................................................................... 67

 

Ilustración 52. Sensores Ultrasónicos ............................................................................................................... 67

 

Ilustración 53. Vertederos laboratorio de alcantarillado Uniandes ................................................................. 68

 

Ilustración 54. Diámetro externo del embudo ................................................................................................. 72

 

Ilustración 55. Diámetro interno del embudo .................................................................................................. 72

 

Ilustración 56. Válvula de control ..................................................................................................................... 77

 

Ilustración 57. Embudo instalado a la salida de la tolva ................................................................................... 78

 

Ilustración 58. Cañuela desarenador helicoidal pos ensayo ............................................................................ 79

 

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Ilustración 59. Escaleras internas ..................................................................................................................... 79

 

Ilustración 60. Filtros del desarenador pos ensayo .......................................................................................... 80

 

Ilustración 61. Vista del desarenador sin filtros ............................................................................................... 80

 

Ilustración 62. Muestra de arenas retenidas en el desarenador ...................................................................... 81

 

Ilustración 63. Filtro pre lavado ........................................................................................................................ 81

 

Ilustración 64. Arenas retenidas en el vertedero ............................................................................................. 82

 

Ilustración 65. Secado de las arenas en horno ................................................................................................. 83

 

Ilustración 66. Pesaje de las arenas secas ........................................................................................................ 83

 

Ilustración 67. Limpieza desarenador tipo filtros ........................................................................................... 104

 

Ilustración 68. Limpieza desarenador helicoidal ............................................................................................ 105

 

 

 

 

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ÍNDICE DE TABLAS 

Tabla 1. Dimensiones del Trash Guard ............................................................................................................. 17

 

Tabla 2. Tipos de filtros, Vario 800 Flex ............................................................................................................ 21

 

Tabla 3. Dimensiones del filtro universal de uso externo ................................................................................ 23

 

Tabla 4. Dimensiones filtro universal externo industrial .................................................................................. 24

 

Tabla 5. Dimensiones filtro para pozo de infiltración ....................................................................................... 25

 

Tabla 6. Dimensiones filtro de sedimentación ................................................................................................. 26

 

Tabla 7. Dimensiones del HidroBox .................................................................................................................. 29

 

Tabla 8. Capacidad Hydro Dry Screen............................................................................................................... 34

 

Tabla 9. Dimensiones Vortex Settling Tank ...................................................................................................... 40

 

Tabla 10. Dimensiones First Defense Vortex Separator ................................................................................... 43

 

Tabla 1. Rango de tamices 12 al 20 gradado .................................................................................................... 70

 

Tabla 2. Rango de tamices 20 al 30 gradado .................................................................................................... 70

 

Tabla 3. Rango de tamices 30 al 40 gradado .................................................................................................... 70

 

Tabla 4. Rango de tamices 40 al 60 gradado .................................................................................................... 70

 

Tabla 5. Distribución porcentual del tamaño de las partículas en las muestras .............................................. 71

 

Tabla 6. Diámetro de abertura de malla por número de tamiz ........................................................................ 71

 

Tabla 7. Caudal sólido para la apertura mínima de la válvula de la Tolva ........................................................ 71

 

Tabla 11. capacidad hidráulica tubería 160mm PVC (PAVCO, 2015)................................................................ 74

 

Tabla 8. Tiempo por ensayo ............................................................................................................................. 76

 

Tabla 9. Resultado de desarenación prototipo tipo filtros bajo 10g/s ............................................................. 93

 

Tabla 10. Resultados de desarenación prototipo tipo filtros bajo 5g/s ........................................................... 94

 

Tabla 11. Resultado de desarenación prototipo tipo helicoides bajo 10g/s .................................................... 97

 

Tabla 12. Resultados de desarenación prototipo tipo helicoides bajo 5g/s ..................................................... 98

 

 

 

 

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ÍNDICE DE ESQUEMAS 

Esquema 1. Plano de instalación en planta, desarenador tipo filtro ................................................................ 59

 

Esquema 2. Plano de instalación en perfil, desarenador tipo filtro ................................................................. 59

 

Esquema 4. Plano de instalación en planta, desarenador helicoidal ............................................................... 60

 

Esquema 5. Plano de instalación en perfil, desarenador helicoidal ................................................................. 60

 

 

 

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Tesis de Maestría 

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1  INTRODUCCIÓN 

Bogotá, al estar localizada dentro de la zona de confluencia intertropical, cuenta con un régimen 
hidrológico bimodal el cuál en sus épocas de lluvia alcanza precipitaciones del orden de 142mm; por 
lo  que  se  conoce  que  una  de  sus  mayores  problemáticas  es  la  amortiguación  de  aguas  lluvias. 
Adicionalmente, el desarrollo urbano sobre grandes extensiones de suelo en la ciudad ha generado 
la impermeabilización masiva del territorio bogotano incrementando significativamente el riesgo de 
inundación.   

De acuerdo a lo anterior, en los últimos años se han establecido los Sistemas de Drenaje Urbano 
Sostenibles como parte de las estrategias de mitigación de impactos de la rápida urbanización; con 
ellos se pretende que la respuesta hidrológica de una zona urbanizada se mantenga lo más parecida 
posible a la que tenía en su estado original. (Abellán, 2013) 

Es importante mencionar que la problemática descrita no hace referencia únicamente al volumen 
de  agua  incrementado  por  escorrentía  sino  también  a  la  calidad  de  la  misma,  pues  durante  las 
épocas secas, se acumula una gran cantidad de contaminantes sobre las superficies los cuales son 
posteriormente  lavados  por  la  lluvia,  así  como  también  se  precipitan  aquellos  que  siguen 
suspendidos  en  el  aire  y  generan  un  alto  impacto  en  cuanto  a  contaminación  de  los  cuerpos 
receptores.  

El tipo y fuente de contaminación asociada a la escorrentía del agua lluvia es poco puntual por lo 
que se le da el nombre de contaminación difusa, ya que abarca una amplia gama de contaminantes 
como: materia orgánica, pesticidas, metales, patógenos, nutrientes, hidrocarburos y sedimentos. 
(Escalante, 2011) 

Es por ello que la emergencia de los SUDS surge como estrategia de mitigación de la problemática 
tanto  de  la  cantidad  como  de  la  calidad  de  la  escorrentía  urbana  los  cuales  permiten  recoger, 
transportar, descontaminar, retener, infiltrar y evacuar el agua de lluvia de una manera sostenible 
integrando los pilares económicos, sociales y ambientales. (Escalante, 2011) 

Dentro  de  las  estrategias  de  la  implementación  de  SUDS  existen  varios  enfoques:  mantener 
equilibrados  los  niveles  de  escorrentía  evitando  así  el  colapso  de  los  sistemas  de  alcantarillado 
existentes, la reutilización de las aguas lluvias almacenadas en distintos usos urbanos, captar aguas 
lluvias por infiltración evitando inundaciones no solo en zonas duras sino también en zonas verdes 
e  implementar  herramientas  hacia  la  construcción  de  sistemas  de  redes  de  drenaje  de  redes 
separados.  

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Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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La ingeniería ambiental, viene jugando un rol muy importante en cuanto al manejo sostenible de los 
recursos  hídricos  y  los  SUDS  integran  armónicamente  el  uso  de  las  estructuras  hidráulicas 
convenciones y no convencionales en pro de un desarrollo urbano sostenible a partir del cual se 
incentiva el crecimiento de las ciudades de hoy sin dejar de lado la concientización de la población 
en cuánto al aprovechamiento y disminución del consumo de agua potable.  

Dentro  de  la  legislación  de  la  Secretaría  Distrital  de  Ambiente,  se  encuentran  varios  ejemplos 
avalados de SUDS: Tanques de almacenamiento de agua lluvia, drenajes filtrantes, cuentas verdes, 
zonas de bioretención, pondajes húmedos vegetados y sumideros tipo alcorque inundable.  

Los tanques de almacenamiento de agua lluvia son usados como estructuras de control de caudales 
pico, son convencionalmente construidos en concreto, pero se han desarrollado nuevas tecnologías 
que los hacen no solo más económicos, prácticos y de fácil instalación, sino que les dan también una 
mayor versatilidad en la implementación de proyectos con limitaciones de tiempo y espacio y les 
han dado mayores beneficios y usos que permiten que sean adaptados como SUDS. El uso de celdas 
plásticas perforadas modulares es una propuesta para reemplazar los tanques de almacenamiento 
de  agua  lluvia  convencionales  que  cumplen  con  los  criterios  anteriormente  descritos  por  la 
Secretaría  Distrital  de  Ambiente  para  ser  considerado  como  un  Sistema  Urbano  de  Drenaje 
Sostenible.  

Sin embargo, a pesar de que desde el año 2015, se viene implementando con éxito el uso de éste 
tipo de estructuras en proyectos de diferente índole, se ha encontrado que la tasa de acumulación 
de sedimentos en las celdas es aún desconocida y puede estar comprometiendo el comportamiento 
hidráulico de las mismas por la pérdida de volumen y capacidad de almacenamiento.  

El diseño de los tanques de almacenamiento mediante el uso de estas celdas exige la instalación de 
una estructura de desarenación por cada punto de entrada al sistema, pero la capacidad que éste 
debe tener en función del caudal es desconocida. 

1.1  Objetivos 

1.1.1  Objetivo General 

Medir la eficiencia de dos desarenadores, instalados dentro de cámaras de inspección plásticas, de 
un metro de diámetro, que acompañen tanques de almacenamiento de agua tipo celdas plásticas 
modulares. 

1.1.2  Objetivos Específicos 

  Seleccionar cuál de los dos desarenadores es más eficiente y tiene un mejor ajuste al uso 

para el que fue diseñado, bajo condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos iguales. 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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  Identificar las condiciones óptimas de funcionamiento de cada uno de los desarenadores 

evaluados. 

  Identificar oportunidades de mejora en los diseños actuales. 

1.2  Antecedentes 

La Gestión integral del Recurso Hídrico, definida por el ministerio de ambiente como “un proceso 
que promueve la gestión y el aprovechamiento coordinado de los recursos hídricos, la tierra y los 
recursos naturales relacionados, con el fin de maximizar el bienestar social y económico de manera 
equitativa sin comprometer la sustentabilidad de los ecosistemas vitales” ha sido uno de los pilares 
de  la  ingeniería  civil  y  ambiental  cuya  importancia  no  cesa  de  crecer,  en  principio,  por  la 
dependencia vitalicia e irremplazable que tenemos los seres vivos de un abastecimiento continuo 
del recurso y consecuentemente por las alarmantes noticias del cambio climático y la reducción en 
cantidad y calidad del agua. (Minambiente, 2019) 

Por otro lado, en las últimas décadas el porcentaje de la población que vive en zonas urbanas, en 
especial en ciudades densas, ha incrementado hasta superar el 50 por ciento a nivel mundial. Tan 
solo 200 años atrás el 90 por ciento de la población global vivía en áreas rurales, sin embargo, en 
los Estados Unidos de América el porcentaje de personas que ocupaba la urbe subió a un 40 por 
ciento en 1900 y para el año 2000 ya había superado el 80 por ciento. Japón supera esa cifra con un 
90 por ciento de su población habitando las ciudades, China cuenta con un 58 por ciento e India con 
un 33 por ciento. En el caso de Colombia, al año 2017 según cifras del World Bank Group 39.471.325 
personas conforman la población urbana. (Banco Mundial, 2018) 

Una de las consecuencias de esa urbanización abrupta y repentina, ha sido la impermeabilización 
de una gran área de terreno natural. Los anterior ha impactado los recursos hídricos en cuanto a 
cantidad  y  calidad  del  agua,  geomorfología  de  los  cauces,  y  naturaleza  ecológica  de  los  hábitats 
naturales.  El  ciclo  del  agua  como  lo conocemos, está  compuesto  de  varios  procesos  físicos tales 
como evapotranspiración, condensación,  precipitación  e  infiltración en  su  forma  simplificada.  La 
urbanización,  reduce  significativamente  el  porcentaje  de  agua  infiltrada  en  los  suelos,  como 
consecuencia  del  reemplazo  de  terreno  natural  por  materiales  con  un  índice  de  permeabilidad 
mucho menor, casi nulo, irrumpiendo así el ciclo natural del agua.  

Lo anterior genera la aparición de caudales pico, mayores volúmenes de escorrentía e incremento 
en el riesgo de  inundaciones. Asimismo, la escorrentía  no solo crece  en caudal sino en carga de 
contaminantes  que  en  algunos  de  sus  casos  pueden  llegar  a  ser  tóxicos,  pues  las  actividades 
antrópicas  dentro  de  las  urbanizaciones  generan  residuos  químicos  y  orgánicos,  tales  como 
sedimentos,  nutrientes,  materia  orgánica,  metales  pesados,  patógenos,  pesticidas,  herbicidas  e 
hidrocarburos, que se acumulan sobre el suelo siendo transportados, luego de un evento de lluvia, 
hacia cuerpos de agua receptores. En cuanto a la geomorfología de los cauces se han registrados 

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impactos negativos en la erosión, especialmente en cercanías a la zona de vertimiento debido a que 
las  cargas  de  agua  son  mayores  y  desembocan  en  tiempos  más  cortos;  de  la  misma  manera,  el 
incremento en la sedimentación de partículas de gran tamaño en el fondo de los cuerpos receptores, 
disminuye la profundidad y altera la sección transversal en los mismos. (Ritchie & Roser, 2018) 

Es por ello que, como respuesta a éstos fenómenos, la ingeniería ha desarrollado el concepto de 
Sistemas  Urbanos  de  Drenaje  Sostenible  (SUDS),  los  cuales  buscan  solucionar  o  por  lo  menos 
atenuar los impactos negativos de las urbanizaciones sobre el ciclo del agua. Su principal objetivo 
es la reducción de caudales pico, por medio de elementos estructurales y no estructurales. Los tipos 
de  SUDs  son  denominados  por  el  gremio  como  tipologías  y  varían  dentro  un  amplio  rango  de 
aproximaciones  entre  las  cuales  se  identifican  medidas  de  infiltración,  retención,  filtración, 
detención y retardo.  

Entre las tipologías más conocidas de SUDs están los techos y muros verdes, alcorques inundables, 
cunetas verdes, zonas de bioretención, cuencas secas de drenaje o piscinas de detención, pondajes 
húmedos,  humedales  artificiales,  cuencas  de  infiltración,  pavimentos  permeables,  sumideros  de 
infiltración,  filtros  de  arena,  sumideros  de  infiltración,  zanjas  de  infiltración,  drenes  filtrantes  y 
tanques de almacenamiento de agua. (Haydee, Reguero, & Rodriguez, 2015) 

Éstos últimos, son los más utilizados a lo largo de la historia del manejo sostenible de aguas lluvias 
y en épocas más recientes, en forma de tanques plásticos modulares, se han incrementado sus usos 
y ventajas. Tres son sus usos principales: retención temporal de agua lluvia para control de caudales 
pico y hacer una descarga controlada al alcantarillado pluvial, retención de agua lluvia para reúso 
inmediato o posterior en actividades tales como riego, lavado de zonas duras, descarga de aparatos 
sanitarios u otros usos no potables y finalmente infiltración del agua lluvia recolectada después de 
un evento para lograr la recarga de acuíferos subterráneos y normalizar el ciclo hidrológico. 

Garantizar la eficiencia de ésta tipología de SUDs, requiere de un control de sedimentos aguas arriba 
del tanque, en forma de sedimentadores convencionales, hidrodinámicos o como se estudia a lo 
largo del desarrollo del proyecto en mención sedimentadores adaptados a cámaras de inspección. 
(CIRIA, 2017) 

1.2.1  Los sedimentos en el drenaje urbano 

Los  grandes  asentamientos  urbanos,  son  también  los  responsables  del  incremento  de  material 
sólido de distintos tamaños arrastrados por la escorrentía urbana. Aquellos sedimentos de mayor 
tamaño, son los responsables del fenómeno denominado erosión hídrica, el cual, al presentarse en 
zonas urbanas puede además de alterar la geomorfología de los cauces, obstruir o inclusive colapsar 
las redes de drenaje de las ciudades. Es por esto, que cómo parte de las disciplinas que acompañan 
el diseño de una red de drenaje urbana sostenible se ha incorporado el estudio de los procesos de 
producción, transporte y depósito de sedimentos. (Heal et al., 2009) 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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1.2.2  Erosión hídrica 

La  erosión  hídrica  puede  ser  categorizada  como  erosión  pluvial  o  fluvial,  la  primera  es  aquella 
generada por la lluvia, más específicamente las gotas de agua que caen sobre el suelo y cuya fuerza 
es suficiente para segregar las partículas del suelo en varias de menor tamaño. La erosión pluvial 
tiene mayores impactos en zonas áridas, de poca cobertura vegetal. La segunda es el tipo de erosión 
generada por el flujo del agua en cauces fluviales y está directamente relacionada con el caudal. 
Dentro de su desarrollo se identifican tres etapas (1) El Desprendimiento: es la separación de las 
partículas de la capa superficial del terreno. (2) El Trasporte: El material que ha sido desprendido se 
conduce desde el lugar de origen en el sentido del flujo del agua. (3) La sedimentación: El material 
transportado  se  deposita  una  vez  el  peso  de  la  partícula  supere  la  energía  del  flujo.  (Camargo, 
Pacheco, & López, 2017; Casado, 2018) 

1.2.3  Estimación de pérdidas del suelo por erosión 

La Ecuación Universal de Pérdidas del Suelo (USLE), es uno de los muchos métodos desarrollados en 
la  estimación  de  pérdidas  del  suelo  ocasionadas  por  erosión  hídrica  y  demás  mecanismos 
responsables de la degradación de los suelos naturales. Dentro de sus utilidades no sólo de atribuye 
la cuantificación de los caudales sólidos producidos por flujos hidráulicos según las condiciones y 
características de un terreno natural sino a la vez proponer medidas de protección y conservación 
de los terrenos e inclusive hacer las veces de guía de buenas prácticas para agricultores, ganaderos 
y demás trabajadores de la tierra. (Ibáñez, Ramón, Blanquer, & Manuel, 2015) 

El  desarrollo  del  método  propone  la  modelación  de  las  pérdidas  de  suelo  mediante  la 
parametrización de seis factores ambientales independientes. (1) Factor de erosividad de la lluvia 
“R”: es la caracterización de la capacidad del evento de lluvia de erosionar el suelo. (2) Factor de 
erosionabilidad del suelo “K”: es la representación de la susceptibilidad del suelo a sufrir pérdidas 
de suelo por erosión. (3) y (4) Factor topográfico “LS”: es la determinación del efecto del terreno, 
tanto de la pendiente como de la longitud de la ladera. (5) Factor vegetación “C”: depende de la 
cobertura vegetal y de la protección de que capaz de darle al suelo. (6) Factor de conservación por 
medidas  antrópicas  “P”:  se  atribuye  dependiendo  el  uso  del  suelo  y  las  prácticas  de  trabajo. 
(Bhardwaj, 2017) 

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Figura 1. Diagrama de Flujo, ecuación de pérdida de suelo por erosión, USLE (Bhardwaj, 2017) 

1.2.4  Sedimentos en una red de alcantarillado pluvial 

Por otro lado, los sistemas de drenaje de las ciudades son sistemas abiertos, lo que implica que sus 
entradas  vienen  de  distintas  fuentes  y  los  sedimentos  por  él  trasportados  no  obedecen 
exclusivamente al material erosionado del suelo natural sino también de material acumulado sobre 
cubiertas de edificaciones, andenes y vías, parqueaderos, escombros de construcción etc.  

En  1967  se  realizó  la  evaluación  microscópica  de  muestras  de  sedimentos  de  un  sistema  de 
alcantarillado pluvial piloto en dónde se buscaba entender el comportamiento del transporte de 
sólidos en alcantarillados. Cómo resultado se encontraron partículas tipo arena, con un rango de 
tamaños  de  entre  40  a  900mm  con  gravedades  específicas  de  2.4  a  2.6.  Las  partículas  fueron 
categorizadas en carga de cama, suspendida y de lavado. La carga de cama fue definida como el 
material sólido que se encuentra cercano a las bateas de los colectores, la carga suspendida son los 
sólidos que  han sido barridos y re-suspendidos desde la carga de cama y la carga de  lavado son 
aquellas partículas que entraron en el sistema y continúan en suspensión dadas las condiciones de 
flujo del sistema. (Pérez, 2016) 

1.2.5  Uso de sedimentadores como estructuras previas a tanques de almacenamiento 

de aguas lluvia 

Con el fin de contrarrestar los efectos negativos de los sedimentos en las redes de alcantarillado los 
diseñadores se han enfocado en buscar técnicas hidráulicas que garanticen la auto limpieza de la 
red, por lo general, garantizando que el esfuerzo cortante a lo largo del sistema permanezca dentro 
del rango 2.50 a 3.0 Pa y la velocidad mínima del sistema sea de 0.75m/s, según la metodología 
propuesta por el RAS para alcantarillados pluviales. (Pérez, 2016) 

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Por  otro  lado,  la  incorporación  de  sistemas  de  drenaje  urbano  sostenible  en  su  tipología  de 
almacenamiento y detención en forma de tanques de almacenamiento de agua, requiere que su 
funcionamiento  a  lo  largo  de  toda  la  vida  útil  del  sistema  sea  garantizado  mediante  un  plan  de 
inspección y mantenimiento, con la periodicidad suficiente para cumpla con su función sin ninguna 
eventualidad.  En  el  caso  de  tanques  de  almacenamiento  tipo  celdas  plásticas  modulares,  la 
inspección post instalación no es posible y por ende se deben plantear soluciones alternativas; que, 
en la mayoría de los casos, como se va a ilustrar a continuación, se resuelve mediante la instalación 
de un tanque desarenador aguas arriba al tanque, el cual tiene como función, evitar el ingreso de 
cualquier tipo de sólido trasportado por el colector al tanque de almacenamiento de agua.  

1.2.6  Sedimentadores en la industria actual 

1.2.6.1  Trash Guard Plus 

 

Ilustración 1. Trash Guard Plus 

Empresa: ACF Environmental 

Lugar de Origen: Reino Unido 

Página web (fuente de información): www.acfenvironmental.com 

 

Descripción 

Su productor lo denomina como un dispositivo de pretratamiento para aguas lluvias. Es un escudo 
metálico tipo rejilla, diseñado para ser atornillado dentro de un sumidero o cámara de inspección 
de mampostería o concreto, podría adaptarse a cámaras plásticas siempre y cuando se garantice 
hermeticidad en los puntos de acople. 

Su función es la de capturar escombros, sedimentos de gran tamaño y sólidos flotantes. En la parte 
inferior del escudo cuenta con orificios de diámetro igual a 3/8” y en la parte superior el diámetro 
de los orificios pasa a ser de ¾” 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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17 

 

Se distribuyen en tres tamaños diferentes, clasificados según su ancho de la siguiente manera: 

Tabla 1. Dimensiones del Trash Guard 

A  Diámetro del colector  ≤ 15”  ≤ 18”  ≤ 24” 

Altura 

24” 

30” 

36” 

Ancho 

23” 

28” 

34” 

 

 

Ventajas 

  Su instalación es rápida, y sencilla, no requiere del uso de maquinaria pesada ni 

instrumentación específica. 

  Puede adaptarse a bases irregulares de captación, cómo cuencas naturales o inclusive a 

paredes. 

 

Desventajas 

  Deja filtrar dentro del tanque, sedimentos de diámetro menor a 3/4 de pulgada, lo que 

puede generar problemas a futuro en cuanto a reducción de capacidad de almacenamiento. 

  La frecuencia del mantenimiento dependerá directamente del tamaño del sumidero dentro 

del cual se instale, sumideros muy pequeños pueden saturarse de basuras prontamente, 
colapsar el sistema y generar inundaciones aguas arriba. 

 

Caso de éxito 

Burlington, NC 

  198 libras de sólidos fueron capturados dentro de la cámara en un total de siete meses, 

incluyendo nitrógeno, fósforo y metales regulados. 

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Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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18 

 

 

Ilustración 2. Trash Guard Plus antes de la limpieza 

 

Ilustración 3. Trash Guard Plus después de la limpieza 

 

Recomendaciones de operación y mantenimiento 

Debe inspeccionarse trimestralmente para determinar cuándo es necesario el mantenimiento. Si la 
acumulación  de  sedimentos  y  escombros cubre más  de  la  mitad  de  la  unidad,  se  recomienda  la 
remoción de escombros. Algunas instalaciones pueden requerir más inspecciones y mantenimiento 
según las cargas. 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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1.2.6.2  Storm Tank Shield 

 

Ilustración 4. Storm Tank Shield 

Empresa: Brentwood 

Lugar de origen: Estados Unidos 

Página web (fuente de información): www.brentwoodindustries.com 

 

Descripción 

Similar al anteriormente descrito, el StormTank Shield es también un dispositivo de tratamiento de 
aguas  lluvias,  su  diseño  reduce  la  cantidad  de  contaminantes  a  través  de  la  eliminación  de 
sedimentos y la separación de aceites en el agua. No permite el ingreso de elementos flotantes y 
aceites,  transportados  por  tuberías,  al  tanque  de  almacenamiento  de  agua.  Puede  instalarse 
también, a la salida de tuberías, justo antes de su vertimiento a cuerpos de agua naturales, con el 
fin de que los contaminantes transportados no sean entregados al medio ambiente. Es una solución 
de  tratamiento  que  reduce  el  impacto  negativo  causado  por  la  contaminación  del  agua  de 
escorrentía. 

Con  la  instalación  del  dispositivo,  los  elementos  más  pesados  se  depositarán  en  el  fondo  del 
sumidero, ya que su diseño corrugado incrementa la longitud del flujo y reduce la velocidad de la 
escorrentía al mantener un nivel constante de agua en la estructura. 

Para un adecuado funcionamiento el sumidero donde será instalado deberá tener una profundidad 
mínima de 36”, sin embargo, para un mejor tratamiento se recomienda una profundidad mínima de 
2.5 veces el diámetro de la tubería de salida. 

Consideraciones  adicionales  para  un  diseño  adecuado  son:  que  la  capota  del  escudo  cubra  la 
totalidad  del  área  de  apertura  del  tubo  de  salida,  que  el  tamaño  seleccionado  garantice  que  la 

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Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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20 

 

capacidad hidráulica de la red no se disminuya con respecto a lo transportado aguas arriba y que al 
instalar e escudo se garantice un sellado hermético en todas las juntas y perforaciones. 

 

Ventajas 

  Cuenta con ventilación para la prevención de vórtices y sifones.  
  Está disponible en tamaños de 18, 24 y 36 pulgadas. 
  Tiene un puerto de acceso para limpieza interna y prevención de taponamientos. 
  Si perfil es delgado, no ocupa mucho espacio y garantiza que el sumidero o cámara siga 

siendo inspeccionable. 

  Cuenta con un punto de agarre para que sea fácil de manejar durante el proceso de 

instalación. 

 

Desventajas 

  En sumideros pequeños, un solo evento de lluvia puede taponar el sistema. 
  La frecuencia de mantenimiento puede ser muy alta en zonas de acumulación de basuras y 

sedimentos grandes. 

 

Recomendaciones de operación y mantenimiento 

De la misma forma que el ejemplo anterior, los manufactureros de esta solución de tratamiento 
recomiendan que, para las dimensiones de sumidero especificadas, se haga una revisión periódica, 
inicialmente una vez al mes o cada vez que haya un evento de lluvia importante y así establecer la 
periodicidad de limpieza prudente ya que ésta puede variar con respecto al lugar de instalación. 

1.2.6.3  Vario 800 Flex 

 

Ilustración 5.Vario 800 Flex 

Empresa: Graf 

Lugar de origen: Francia 

Página web (fuente de información): www.graf-water.com 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Descripción 

El vario 800 Flex funciona como una cámara de inspección, pero en lugar de conectar intersecciones 
de tuberías, se inserta como una extensión a las celdas del tanque de almacenamiento. Además de 
servir como un punto de inspección, permite que las conexiones de entrada de tuberías se hagan 
directamente sobre el cuerpo del pozo; lo anterior facilita las conexiones ya que cuenta con muescas 
prefabricadas de diámetros nominales de 200, 300 y 400 milímetros que pueden ser perforados in 
situ según diseños. Adicionalmente, los módulos de entrada son de giro libre. 

Es su parte superior, el vario 800, es terminado con un domo telescópico de 600mm de diámetro el 
cual le da un acceso fácil a la base cuadrada que mide 800x800mm. 

Las cámaras Vario 800 pueden ser instaladas bajo tres tipos de configuraciones: esquina, lateral y 
central.  

 

Ilustración 6. Tipos de ubicación, Vario 800 Flex 

Cuándo  son  utilizados  como  pretratamiento,  al  interior  de  la  cámara  de  instala  un  filtro,  cuyo 
espesor de la malla varía según el diámetro nominal de la tubería de entrada y el uso (infiltración o 
asentamiento, doméstico o industrial) 

Tabla 2. Tipos de filtros, Vario 800 Flex 

Tipo de filtro 

Ilustración 

Material 

Espesor de la 

malla 

Volumen de 

sólidos 

A: DN 400 (16”) 

 

PP 

0.35 mm 

(0.01”) 

15 L (4 US gal.) 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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22 

 

Tipo de filtro 

Ilustración 

Material 

Espesor de la 

malla 

Volumen de 

sólidos 

B: DN 600 (24”) 

 

Acero 

inoxidable 

0.75mm 

(0.03”) 

25 L (6.6 US 

gal.) 

C: Filtro de infiltración 

 

Galvanizado 

<0.5mm 

(0.01”) 

20 L (5.3 US 

gal.) 

 

PP 

0.35mm 

(0.01”) 

D: Filtro de asentamiento 

 

PP 

0.35mm 

(0.01”) 

17 L (4.5 US 

gal.) 

 

1.2.6.3.1.1  Tipo de tecnología de filtración 

1.2.6.3.1.1.1  Filtro universal externo 

 

Ilustración 7. Filtro universal de uso externo 

Cuenta con una conexión de entrada, el agua que ingresa al tanque pasa por el filtro antes de salir 
por el colector de mayor profundidad. Adicionalmente tiene un colector de salida de emergencia o 
rebose. 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Tabla 3. Dimensiones del filtro universal de uso externo 

Dimensiones de las conexiones 

Entrada  273 -723 mm (10.7 – 28.5”) 

Salida 

544 – 944 mm (21.4 – 37.2”) 

Rebose 

273 -723 mm (10.7 – 28.5”) 

 

  EL rendimiento hidráulico es del 100 por ciento, no cuenta con control de caudales pico, 

pero es ideal para instalación en drenajes de techos pequeños. 

  El espesor de la malla es de 0.35mm (0.01”) 
  La profundidad de la instalación puede variar entre 600 y 1050mm. 
  La diferencia en cotas bateas de las tuberías de entrada y salida debe ser mínimo de 270mm 
  El caudal máximo que puede soportar es de 5.5L/seg. Para conexiones de DN100 

1.2.6.3.1.1.2  Filtro universal externo industrial 

 

Ilustración 8. Filtro universal externo industrial 

El lado izquierdo de la imagen permite apreciar en la parte superior el colector de entrada al tanque 
y en la parte inferior el colector de salida, después de que el agua ha pasado por el filtro. Al lado 
derecho está el colector de rebose o emergencia. 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Tabla 4. Dimensiones filtro universal externo industrial 

Dimensiones de las conexiones 

Entrada  DN 150 (6”)/ 200 (8”)  395 – 962 mm (15.6 – 37.9”) 

Salida 

DN 150 (6”) 

624 – 1191 mm (24.6 – 46.9”) 

Rebose  DN 150 (6”)/ 200 (8”)  395 – 962 mm (15.6 – 37.9”) 

 

  El caudal máximo de trabajo es de 29.5L/s para conexiones de DN 200 y de 16 L/seg. para 

conexiones de DN 150 

  La profundidad de instalación es variable, puede estar entre 703 – 1270 mm (26.7 – 50.0 “) 
  Sólo se requiere una diferencia de nivel de 229 mm entre la salida y la entrada 
  Puede soportar cargas peatonales y vehiculares 
  El diámetro nominal del pozo es de 600mm  
  El espesor de la malla es de 0.75mm (0.03”) 

1.2.6.3.1.1.3  Filtro para pozo de infiltración 

 

Ilustración 9. Filtro para pozo de infiltración 

En este caso los filtros están ubicados en la parte superior del elevador del pozo, cuenta con una 
sola salida de emergencia o rebose, la entrada del agua es por infiltración, en la parte superior del 
pozo, las paredes son herméticas. Tanto el agua que sale por rebose como el agua infiltrada pasan 
por el proceso de filtración. 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Tabla 5. Dimensiones filtro para pozo de infiltración 

Dimensiones de las conexiones 

Salida  245 – 725 mm (9.6 – 28.5”) 

 

  Es  un  tratamiento  de  3  etapas:  filtro  de  gruesos,  filtro  de  finos  (0.35m)  y  zona  de 

sedimentación. 

  Retiene los contaminantes que puedan afectar el proceso de infiltración. 
  Ideal como elemento de desbordamiento de zanja 
  Resistente a cargas vehiculares de hasta 3.5 toneladas 
  Profundidad de instalación variable, de 570 a 1050 mm (22.4 – 41.3”) 
  Caudal máximo de 5.5L/seg. para DN 100 (4”) y 16L/s para DN 150 (6”) 
  Conexiones de DN 100 (4”) y DN 150 (6”) 

1.2.6.3.1.1.4  Filtro de sedimentación 

 

Ilustración 10. Filtro de sedimentación 

La entrada de la tubería, en el extremo tiene terminación en codo de 90°, el cual dirige el flujo de 
agua hacia la malla de filtración, el fondo del tanque hace las veces de zona de sedimentación, la 
salida,  tiene  en  su  extremo  inicial  un  accesorio  TEE  es  cual  funciona  como  separador  inmerso  y 
garantiza que los sólidos sedimentados no salgan del tanque por el colector. 

 

 

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Tabla 6. Dimensiones filtro de sedimentación 

Dimensiones de las conexiones 

Entrada 

380 - 1080 mm (15 – 42.5”) 

Salida 

630 – 1330 mm (24.8 – 52.4”) 

 

  Profundidad de instalación variable: 900 – 1600 mm (2’ 11.4” – 5’ 3”) 
  Resistente a cargas peatonales y viales de hasta 3.5 toneladas 
  Máximo caudal soportado de 16L/s 
  Conexiones de DN 150 (6”) 

 

Ventajas 

  Fácil inspección, permite acceder sin problemas a todas las celdas. 
  Puede tener varios usos: pozo de inspección, pozo de conexión de entrada de agua, pozo 

de filtración. 

  Resiste camiones de hasta 60 toneladas de peso para una cobertura de tierra de 800mm. 
  Tiene superficies de conexión de hasta DN400. 
  El acceso es amplio. 
  No requiere excavación adicional con respecto a la realizada para la instalación del tanque. 
  Los canales de inspección del sistema vario 800 flex, son perfectamente compatibles con las 

celdas del mismo fabricante Ecobloc. 

  Las dimensiones del cámara vario 800 flex permiten su libre posicionamiento dentro del 

sistema Ecobloc. 

  Sus partes son apilables lo que permite ahorro de espacio durante las etapas de transporte 

y almacenamiento temporal. 

 

Desventajas 

  No cuentan con filtros de grandes profundidades, mayores de 3.0 metros. 
  El  mantenimiento  es  frecuente  y  requiere  de  una  persona  dedicada  a  su  continua 

inspección. 

 

Recomendaciones de operación y mantenimiento 

Para una fácil y muy acertada inspección, se recomienda que exista una alineación entre los pozos 
de inspección del tanque como se muestra en la imagen, formando un túnel continuo. El acceso se 
da, por lo general, a través de la cara interna de DN200 (8”). Las celdas Ecobloc tiene una estructura 
interna que permite la inspección y limpieza de los elementos a lo largo de la zanja permanente 
además de que garantiza una buena iluminación. 

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Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Los  filtros  son  removibles  para  que  su  vaciado  y  lavado  sea  sencillo,  a  través  de  los  túneles  de 
inspección  se  pueden  ingresar  elementos  de  inspección  por  CCTV  y  jets  de  limpieza  con  agua  a 
presión para remover cualquier sedimento que se haya escapado de los sistemas de filtración. 

 

Ilustración 11. Túnel de inspección 

1.2.6.4  Separador hidrodinámico HidroBox 

 

Ilustración 12. HidroBox 

Empresa: Hidrostank 

Lugar de origen: España 

Página web (fuente de información): www.hidrostank.com 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Descripción 

Un separador hidrodinámico garantiza la eliminación de sólidos aceites y grasas, retiene todos los 
contaminantes  capturados  inclusive  en  caudales  altos;  la  eliminación  de  los  contaminantes 
capturados en muy sencilla pues los aísla en el fondo del tanque, por lo general, en seco.  

1.2.6.4.1.1  Principios de funcionamiento 

  Se introduce el flujo dentro de la cámara tangencialmente para crear un vórtice de baja 

energía. 

  Los sedimentos se depositan en el fondo del tanque. 
  Los sólidos flotantes y aceites ascienden a la superficie. 

1.2.6.4.1.2  Aplicaciones 

  Pretratamiento para la recogida / reutilización de aguas pluviales. 
  Pretratamiento para infiltración y bioretención. 
  Reconstrucción urbana. 
  Protección de estanques y lagos contra los sedimentos y basuras. 
  Protección de bombas. 

1.2.6.4.1.3  Dimensiones disponibles 

 

Ilustración 13. Dimensionamiento del HidroBox 

 

 

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Tabla 7. Dimensiones del HidroBox 

Q alivio 

[L/s] 

Volumen 

depósito 

[m

3

Volumen 
de aceite 

[L] 

A [mm] 

B [mm] 

C [mm] 

D [mm] 

28 

0.7 

232 

610 

1,372 

533 

2,460 

43 

1.1 

376 

610 

1,600 

533 

2,460 

63 

1.1 

439 

610 

1,702 

533 

2,735 

151 

1.5 

994 

610 

2,058 

533 

3,090 

297 

4.5 

2149 

610 

2,642 

711 

3,730 

 

Ventajas 

  La separación hidrodinámica es un método rentable de eliminación de contaminantes 
  Se reduce el tamaño de las estructuras de pretratamiento 
  El mantenimiento es sencillo  

 

Desventajas 

  Requiere de personal capacitado para su instalación, operación y mantenimiento. 
  Sólo existen dos profundidades de instalación lo que limita su flexibilidad de conexiones a 

redes de alcantarillado existentes y/o de altas pendientes. 

 

Caso de éxito 

Se instaló en el 2017 un separador hidrodinámico HidroBox a la orilla de un estanque de retención 
en el condado de Pinellas, Florida, la cual sufría de una excesiva contaminación de cigarrillos y otros 
desechos arrastrados por la escorrentía. Tan solo dos meses después, la orilla del estaque quedó 
completamente limpia.  

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Ilustración 14. Estado de la cuenca antes del HidroBox 

 

Ilustración 15. Estado de la cuenca después del HidroBox 

 

Recomendaciones de operación y mantenimiento 

Se usa un dispositivo comercial tipo vactor para remover los sedimentos que se encuentran en el 
fondo del equipo y la basura flotante capturada en la parte superior. La limpieza por lo general se 
realiza una o dos veces al año, dependiendo de la carga contaminante del lugar. 

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1.2.6.5  Hydro Dry Sreen 

 

Ilustración 16. Hydro Dry Screen 

 

Descripción 

El principio de funcionamiento es la reducción de la velocidad del flujo de agua conducido a través 
de una tubería para que los sólidos allí presentes se asienten fuera de él. 

  En la medida en que el flujo entra a la cámara pasa por un proceso de difusión y reduce su 

velocidad. 

  Los  sólidos  gruesos  se  transportan  alrededor  del  difusor  y  se  capturan  en  la  pantalla 

horizontal, donde se mantienen secos. 

  A medida que el flujo encuentra la primera pared deflectora, la velocidad vuelve a disminuir, 

lo que permite que las partículas suspendidas se asienten. 

  Otros  sólidos  en  la  corriente  de  flujo  golpean  la  pared  del  deflector  y  se  asientan  en el 

sumidero, donde la presencia del deflector impide el movimiento adicional. 

  El flujo continúa a través de las siguientes dos cámaras deflectoras, donde las partículas más 

pequeñas se depositan. 

 

 

 

 

 

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1.2.6.5.1.1  Componentes del sistema  

  Conexión a tubería de entrada 

 

Ilustración 17.Tubería de entrada, Hydro Dry Screen 

  Sumidero de almacenamiento de sedimentos 

 

Ilustración 18. Sumidero de almacenamiento, Hydro Dry Screen 

  Pantalla de secado (altura ajustable) 

 

Ilustración 19. Pantalla de secado, Hydro Dry Screen 

 

 

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  Vertedero de pantalla vertical 

 

Ilustración 20. Vertedero vertical, Hydro Dry Screen 

  Pantalla en rampa 

 

Ilustración 21. Pantalla, Hydro Dry Screen 

  Difusor de flujo patentado 

 

Ilustración 22. Difusor, Hydro Dry Screen 

 

 

 

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34 

 

  Conexión para tubería de salida 

 

Ilustración 23. Tubería de salida, Hydro Dry Screen 

1.2.6.5.1.2  Dimensiones 

Las dimensiones que se exponen a continuación corresponden al ancho y alto del tanque, el largo 
es estándar de 7.0m. 

•  4 x 8 ft / 1.2 x 2.4 m 
•  6 x 12 ft / 1.8 x 3.7 m 
•  8 x 14 ft / 2.4 x 4.3 m 
•  10 x 16 ft / 3.0 x 4.9 m 
•  12 x 20 ft / 3.7 x 6.1 m 

1.2.6.5.1.2.1  Capacidades 

Tabla 8. Capacidad Hydro Dry Screen 

Capacidad de tratamiento 

4.500 L/s 

Caudal de trabajo típico 

300 L/s – 2200 L/s 

Capacidad de almacenamiento en pantalla 

26.8 m

3

 

Capacidad de almacenamiento de sedimentos 

27.1 m

1.2.6.5.1.2.2  Aplicaciones 

  Zonas con tuberías grandes y picos de caudales altos. 
  Instalaciones que requieran una pérdida de cabeza hidráulica pequeña, es decir, perfiles de 

drenaje de baja pendiente. 

  Instalaciones superficiales con un nivel freático alto. 
  Áreas con problemáticas de basuras. 

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Ventajas 

  La altura de la pantalla seca es ajustable 
  El mantenimiento es sencillo 
  Cuenta con llaves de ajuste de los tornillos, no se requiere de herramientas adicionales. 
  La pantalla puede tener hasta un 80 por ciento de saturación sin afectar el drenaje aguas 

arriba. 

 

Desventajas 

  Utiliza más espacio que otros tipos de desarenadores 

 

Recomendaciones de operación y mantenimiento 

La remoción de sólidos y líquidos para limpieza se recomienda sea efectuada con el uso de un vactor, 
cada Hydro Dry Screen tiene tres perforaciones de acceso desde la superficie, y las pantallas tanto 
de secado como la rampa que sostiene el difusor pueden ser desatornilladas para que la manguera 
del vactor pueda ingresar con comodidad y llegar a todos los rincones del tanque.  

 

Ilustración 24. Limpieza sólidos, Hydro Dry Screen 

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Ilustración 25. Limpieza líquidos, Hydro Dry Screen 

1.2.6.6  Optimax Filter 

 

Ilustración 26. Optimax filter 

Empresa: Rain Harvest Systems 

Lugar de origen: Estados Unidos 

Página web (fuente de información): www.rainharvest.com 

 

Descripción  

Es un filtro de agua lluvia para instalaciones residenciales o comerciales pequeñas, proporciona una 
solución de mantenimiento fácil y económica ya que permite la remoción y el reemplazo del filtro 
con la frecuencia que se considere necesaria. Puede ser instalado a profundidades variables desde 
22 a 44”. Solo hay una diferencia de altura entre la entrada y la salida de 7”. 

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1.2.6.6.1.1  Rendimiento 

1.2.6.6.1.1.1  Prueba # 1 

Se probó el sistema con un flujo entrante de 0.354gal/seg que corresponde a un evento de lluvia 
fuerte de 10.7 gal/seg por acre en una cubierta de 1500 ft2 y se obtuvo una tasa de rendimiento de 
99.8%.  

 

Ilustración 27. Prueba #1, Optimax filter 

1.2.6.6.1.1.2  Prueba # 2 

Se probó el sistema con un flujo entrante de 0.827gal/seg que corresponde a un evento de lluvia 
fuerte de 10.7 gal/seg por acre en una cubierta de 3400 ft2 y se obtuvo una tasa de rendimiento de 
96.5% 

 

Ilustración 28. Prueba #2, Optimax filter 

 

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1.2.6.6.1.2  Prueba # 3 

Se probó el sistema con un flujo entrante de 1.701gal/seg que corresponde a un evento de lluvia 
fuerte de 10.7 gal/seg por acre en una cubierta de 7000 ft2 y se obtuvo una tasa de rendimiento del 
89% 

 

Ilustración 29. Prueba #3, Optimax filter 

 

Ventajas 

  De los sistemas revisados, es el único que propone limpieza automatizada y sin necesidad 

de personal. 

  Garantiza un caudal de entrada al sistema, completamente limpio. Los excesos no entran al 

tanque bajo ninguna circunstancia. 

 

Desventajas 

  Los  sedimentos  separados  de  la  corriente  de agua, de  no  ser  retirados  inmediatamente 

después del evento van a salir por la conexión de rebose. 

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Recomendación de operación y mantenimiento 

 

Ilustración 30. Cabezal rociador de limpieza, Optimax filter 

En la parte superior de la conexión de la tubería de entrada, se puede instalar un cabezal rociador 
para proporcionar una limpieza manos libres del filtro. El cabezal cuenta con 16 chorros de agua de 
alta potencia; el proceso puede ser automatizado completamente extendiendo la red de la zona de 
riego hasta la entrada del rociador y programar intervalos regulares, también puede ser programado 
manualmente. 

1.2.6.7  Vortex settling Tank 

 

Ilustración 31. Vortex settling tank 

Empresa: Ecol-unicon 

Lugar de origen: Polonia 

Página web (fuente de información): en.ecol-unicon.com 

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Descripción 

Son tanques de sedimentación utilizados en el pretratamiento de agua lluvia y la sedimentación de 
sólidos  suspendidos  de  densidad  mayor  a  1kg/dm

3

,  adicionalmente  garantiza  la  separación  de 

derivados del petróleo. 

1.2.6.7.1.1  Operación 

Para  su  funcionamiento,  los  tanques  utilizan  tanto  la  fuerza  de  la  gravedad  como  la  fuerza 
centrífuga. La unión de estas  dos fueras garantiza que  haya  una alta eficiencia de  separación  de 
sólidos suspendidos inclusive bajos cargas hidráulicas altas. Lo anterior permite la reducción de los 
tamaños requeridos. 

En  el  interior  del  tanque,  hay  un  deflector  direccional  que  ocasiona  permanentemente  el 
movimiento  rotatorio  de  las  aguas  residuales.  La  salida  de  la  cámara  de  vórtice  está  en  el  tubo 
central. 

Tabla 9. Dimensiones Vortex Settling Tank 

Capacidad 

Q

max 

[L/s] 

Diámetro 

interno 

del tanque 

[mm] 

H

w

 

[mm] 

A

min 

[mm] 

Diámetro 

máximo de 

la tuberías 

de entrada 

y salida 

[mm] 

Capacidad 

volumétrica de 

sedimentación 

[L] 

Capacidad 

volumétrica de 

almacenamiento 

de aceites [L] 

60 

1000 

900 

890 

400 

580 

350 

100 

1200 

1710 

1090 

500 

1750 

790 

150 

1200 

1710 

1090 

500 

1750 

790 

200 

1200 

1710 

1090 

500 

1750 

790 

250 

1200 

2100 

970 

500 

2190 

1350 

 

 

Ventajas 

  Es de los sedimentadores de mayor capacidad referenciados hasta el momento. 
  Puede utilizarse para el pretratamiento del agua lluvia proveniente de calles, parqueadero, 

zonas industriales, estaciones  de  petróleo, áreas de almacenamiento y bodegas, garajes, 
lavaderos de carros, etc. 

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Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Desventajas 

  No es muy eficiente en tanques de almacenamiento pequeños. 

 

Recomendaciones de operación y mantenimiento 

  Inspección del dispositivo 

–  Control visual de la tapa y del pozo de inspección. 

–  Inspección de la cantidad de sólidos suspendidos acumulados y / o de la película de 

aceite o espesor de la capa de grasa 

–  Control  visual  de  los  componentes:  deflectores,  vertederos,  tuberías,  sección  de 

láminas. 

  Detalles de Inspección y limpieza 

–  Cuando la capacidad de almacenamiento de sólidos suspendidos se llena a 1/2 y 

hasta 2/3, el dispositivo debe someterse al proceso de limpieza.  

–  La limpieza debe incluir las siguientes actividades:  

o  Eliminación de desechos sólidos flotantes de gran tamaño. 

o  Bombeo de aguas residuales, aceites, grasas, lodos y arena acumulados en 

el dispositivo. 

o  En  el  caso  de  los  separadores  de  aceite,  lavado  por  corriente  de  agua 

intensiva bajo presión. Se debe hacer la descarga de agua aceitosa en el 
sistema de tratamiento de aguas residuales contaminadas con aceites. 

  Frecuencia 

–  Dos veces por año 

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1.2.6.8  First defense vortex separator 

 

Ilustración 32. First defense vortex separator 

Empresa: Hydro International 

Lugar de origen: Estados Unidos 

Página web (fuente de información): www.hydro-int.com 

 

Descripción 

Separador de vórtice hidrodinámico para la eliminación efectiva de sedimentos, basura y aceite de 
las  aguas  superficiales.  Los  contaminantes  capturados  se  guardan  dentro  del  dispositivo, 
manteniendo las áreas públicas libres de contaminantes dañino, es adecuado para el control de la 
contaminación en la fuente en las cuencas de tamaño pequeño a mediano, puede utilizarse como 
tratamiento de aguas superficiales en un pozo de tamaño estándar. Contiene un bypass integral que 
transmite flujos de eventos de lluvia grandes e infrecuentes directamente al canal de salida, así se 
evitan las turbulencias en la cámara e impide que los contaminantes capturados se eliminen. 

Está  compuesto  de  nueve  partes:  (1)  canal  de  entrada,  (2)  colector  de  entrada,  (3)  puesto  de 
extracción de flotantes, (4) cámara prefabricada, (5) bypass interno, (6) canal de salida, (7) colector 
de salida, (8) zona de almacenamiento de aceites y flotantes y (9) sumidero de almacenamiento de 
sedimentos. 

 

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1.2.6.8.1.1  Dimensionamiento 

Tabla 10. Dimensiones First Defense Vortex Separator 

Diámetro del 

pozo 

Tasa de 

tratamiento 

[L/s] 

Capacidad 

hidráulica [L/s] 

Capacidad de 

almacenamiento 

de aceites 

Capacidad de 

almacenamiento 

de sedimentos 

1.2 

29 

120 

681 

0.76 

1.8 

90 

510 

1590 

2.7 

 

La tasa de tratamiento es basada en la eliminación del 80% de arenas medias a finas mientras que 
la capacidad hidráulica es el caudal máximo que puede pasar a través de la cámara sin que haya 
represamiento aguas arriba. 

 

Ventajas 

  El dispositivo puede ser ajustado a cámaras de inspección existentes, o nuevas siempre y 

cuando tengan los diámetros referenciados. 

  Puede  ser  utilizado  como  separados  de  aceites  además  de  sedimentos.  Excelente  para 

escorrentía proveniente de vías. 

 

Desventajas 

  Cuando  el  caudal  de  entrada  al  sistema  supera  la  tasa  de  tratamiento,  los  sedimentos 

ingresan al tanque de almacenamiento de agua en lugar de ser rebosados. 

 

Recomendaciones de operación y mantenimiento 

Cuenta con un eje circular ubicado centralmente a través del cual se puede acceder al sumidero de 
almacenamiento de sedimentos con una manguera de aspiración. El diámetro de abertura de este 
eje  de  acceso  es  de  15  pulgadas  de  diámetro. Por  lo  tanto,  la  boquilla  permite  la  instalación  de 
cualquier manguera utilizada para el mantenimiento debe tener menos de 15 pulgadas de diámetro. 

 

Ilustración 33. Puerto de mantenimiento y limpieza del First Defense Vortex Separator 

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2  MARCO TEÓRICO 

2.1  Definiciones 

2.1.1  Desarenador 

Estructura hidráulica cuyo objetivo es la remoción de partículas, de un rango de tamaños definido, 
que  vienen  suspendidas  en  un  flujo  de  agua  superficial,  para  evitar  que  ingresen  a  estructuras 
posteriores tales como procesos de tratamiento, pequeñas centrales hidroeléctricas, aducciones u 
otras estructuras. (López, 2009) 

2.1.1.1  Tipos de desarenadores 

 

Convencional 

Los desarenadores convencionales son de flujo horizontal, en ellos el asentamiento de las partículas 
se logra reduciendo la velocidad del flujo. Sus partes principales son: transición de entrada, cámara 
de sedimentación, vertedero, compuerta de purga y canal de salida o bypass. Típicamente se tienen 
forma rectangular, y la longitud depende tanto de la capacidad para la que se está diseñando, la 
disponibilidad de espacio y las características geográficas de la zona. Los diseños se concentran en 
el volumen útil, que es la sección dónde se da lugar a la sedimentación. (López, 2009) 

 

De flujo vertical 

Los desarenadores de flujo vertical, son aquellos en dónde el flujo del agua se da desde la parte baja 
o inferior del dispositivo hacia la parte superior. Las partículas quedan en el fondo. Son útiles cuando 
existen limitaciones de espacio. (López, 2009) 

 

De alta rata 

Dentro de los diferentes tipos de desarenadores, son lo de mayor eficiencia, ocupan menor espacio 
y en algunos casos pueden ser más económicos con respecto a los convencionales. Para lograr éstas 
cualidad se utilizan varias cámaras, divididas por mamparas, láminas planas inclinadas, que obligan 
al  fluido  que  los  atraviesan  a  incrementar  la  línea  de  recorrido  y  disminuir  su velocidad.  (López, 
2009) 

 

Tipo vórtice 

Éste tipo de desarenación, se logra induciendo el fluido a formar un vórtice con energía mecánica. 
Los sólidos son dirigidos por el vórtice al fondo de la estructura. Usualmente cuentan con un fondo 
plano, el cual puede ser limpiado a través de una pequeña abertura que permite la remoción de 
arena y otros sólidos. (López, 2009) 

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2.1.2  Sedimentador 

Contenedor cuya función es el almacenamiento de agua con sólidos hasta lograr la separación, por 
gravedad, de las partículas suspendidas en la totalidad del volumen de agua.  

2.1.3  Sedimentación 

Proceso  físico  mediante  el  cual  pequeñas  partículas  de  sólidos  son  depositadas  y  asentadas  por 
gravedad en el fondo de un líquido y forman una capa removible. (Organización paneméricana de 
la salud, 2005) 

2.1.4  Sólidos sedimentables 

Es la fracción del total de los sólidos contenidos en cierto volumen de agua que tienen la facultad 
de  ser  asentados  por  la  acción  de  la  gravedad  en  un  tiempo  determinado.  (Organización 
paneméricana de la salud, 2005) 

2.1.5  Arenas 

Conjunto  de  las  partículas  disgregadas,  de  rocas  silíceas  y  de  otro tipo,  que  miden  de  0,063  a 2 
milímetros. (Organización paneméricana de la salud, 2005) 

2.1.6  Cámaras o pozos de inspección 

Estructura hidráulica ubicada en las intersecciones de tuberías de alcantarillados con el objetivo de 
evitar  taponamientos,  excesos  de  velocidad  y  garantizar  el  flujo  adecuado  en  la  red.  Permite, 
además,  el  acceso  a  los  sistemas  de  alcantarillado  desde  la  superficie  para  supervisión  y 
mantenimiento. (Cambridge University, 2019) 

2.1.7  Tanques de almacenamiento de agua 

2.1.7.1  Tanques de agua potable 

Grandes contenedores para la recolección y almacenamiento de agua potable. Fundamentales en 
las redes de abastecimiento de agua de las ciudades para regular las condiciones de demanda por 
variaciones horarias. (Cambridge University, 2018) 

2.1.7.2  Tanques de agua lluvia 

Grandes contenedores para la recolección y almacenamiento de agua lluvia. Su uso más común es 
la detención de cierto volumen de agua por un periodo de tiempo definido con el fin de hacer una 
entrega de caudales controlada a la red de alcantarillado existente. (Cambridge University, 2018) 

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2.1.7.3  Geosintético 

Grupo de materiales fabricados a partir de derivados del petróleo, utilizados para mejorar, cambiar 
o mantener las características del suelo con el que interactúan. (CIRIA, 2017) 

2.1.7.4  Geomembrana 

Revestimientos o barreras de líquidos y vapores, fabricadas a partir de polímeros termoestables o 
termoplásticos. Se considera el material más impermeable que se consigue en la actualidad, sirven 
como aislante entre distintos medios para impedir filtraciones indeseadas. (CIRIA, 2017) 

2.1.7.5  Geotextil 

Es  un  geosintético  utilizado  en  obras  civiles,  especialmente  en  las  disciplinas  de  geotecnia  e 
hidráulica. Útil en el manejo de suelos inestables, blandos o en presencia de nivel freático. Dentro 
de  sus  principales  funciones  se  encuentran  la  separación  de  estratos  de  suelo  evitando  la 
contaminación o mezcla indeseada de materiales, el refuerzo de suelos por su alta resistencia a la 
tensión, la filtración y drenaje por sus excelentes características hidráulicas.  

Dentro de sus procesos de fabricación se pueden identificar dos tipos de geotextiles, los tejidos y 
los no tejidos. Los tejidos son fabricados mediante la orientación de fibras o cintas planas en dos 
direcciones.  Los  no  tejidos  son  fibras  entrelazadas  aleatoriamente,  ligadas  mediante  procesos 
mecánicos, térmicos o químicos. (CIRIA, 2017) 

2.1.7.6  Celdas plásticas modulares 

Son cajas plásticas, con una porosidad del 85% o superior, apilables en cualquier dirección y de alta 
resistencia estructural diseñadas para la formación de tanques de almacenamiento de agua lluvia. 
La recolección del agua puede hacerse de manera puntual, sobre el sitio donde se precipita la lluvia, 
por infiltración o por conexión directa al sistema de alcantarillado pluvial. (PAVCO, 2015) 

2.2  Principios hidráulicos en el diseño de sedimentadores primarios 

2.2.1  Objetivo 

Un tanque de sedimentación primario se diseña e instala con el objetivo de remover partículas de 
sólidos, típicamente arenas, suspendidas en agua de fuentes tanto puntuales como difusas.  

2.2.2  Principio de funcionamiento de un tanque de sedimentación 

El  principio  hidráulico  del  funcionamiento,  en  la  totalidad  de  los  tipos  de  sedimentadores,  es  la 
reducción de la velocidad del flujo de entrada al tanque, entre mayor sea la ésta reducción, más 
partículas y de menor tamaño serán sedimentadas. La velocidad a la cual las partículas de menor 

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tamaño, que se pretenden sedimentar, descienden hacia el fondo de la estructura, es denominada 
“velocidad de sedimentación”. 

La  cantidad  de  partículas  recolectadas  en  el  fondo  del  tanque,  depende  no  solamente  de  la 
velocidad de sedimentación y su diferencia con la velocidad real del agua dentro del tanque, sino 
también de otros factores como el tamaño y forma, tanto del tanque como de las partículas, tiempo 
de detención e inclusive la temperatura del agua. (Li, Kang, Sim-Linm, & Kayhanian, n.d.) 

2.2.2.1  Velocidad de sedimentación 

La velocidad de sedimentación de una partícula es definida por la Ley de Stoke. Esta ecuación, puede 
aplicarse  en  partículas  pequeñas,  simétricas,  contenidas  en  un  fluido.  Considera  las  fuerzas  que 
actúan sobre la partícula mientras esta se hunde a lo largo de una columna de líquido bajo la acción 
de la gravedad. 

La  fuerza  que  se  opone  a  la  caída  es  igual  a  6𝜋𝑟𝜂𝜈  donde  r  es  el  radio  de  la  partícula,  ꞃ  es  la 
viscosidad del fluido y v es la velocidad de caída. En contraposición, la fuerza actuando a favor de la 

caída  es  igual  a 

4
3

𝜋𝑟

3

(𝜌

1

− 𝜌

2

)𝑔,  en  donde  ρ

corresponde  la  densidad  de  la  partícula,  ρ

2

  es  la 

densidad del líquido y g es la constante gravitacional. (Britannica, 2014) 

Cuando la velocidad de caída es contante, las fuerzas actuando sobre la partícula son iguales, de 
esta  manera,  igualando  las  expresiones  y  despejando  la  velocidad,  Stokes  encontró  la  siguiente 
expresión: 

𝑣 =

2

9𝜂

(𝜌

1

− 𝜌

2

)𝑔𝑟

2

 

Ecuación 1. Velocidad de sedimentación (Anupoju, 2016) 

2.2.2.2  Velocidad de salida  

La velocidad de rebose se estima como el volumen de agua que ingresa al sistema por unidad de 
tiempo, o caudal de entrada, por unidad de área de salida. Para garantizar que las partículas sean 
sedimentadas, la velocidad de salida debe ser menor que la velocidad de sedimentación. 

2.2.2.3  Velocidad de transición 

La velocidad con la que el agua viaja desde la entrada al tanque de sedimentación hasta la salida del 
mismo. Debe ser una velocidad baja. 

2.2.2.4  Periodo de detención 

Corresponde  al tiempo  que  transcurre  desde  que  el agua  entra  al  sistema  hasta  que  sale.  Entre 
mayor sea éste valor más eficiente será el sistema.  

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2.2.2.5  Eficiencia 

La  eficiencia  de  un  sedimentador,  es  la  relación  entre  la  máxima  concentración  de  sólidos  a  la 
entrada  versus  la  máxima  concentración  de  sólidos  en  el  agua  a  la  salida.  Este  valor  depende 
netamente de la velocidad de sedimentación y la de salida. 

2.3  Normatividad respecto al uso de sedimentadores como parte de la red 

de alcantarillado pluvial 

2.3.1  Cuerpos responsables de la normatividad en el mundo  

2.3.1.1  Reino Unido 

Los principales cuerpos regulatorios en el Reino Unido, en términos de manejo de agua lluvia y sus 
impactos, son: 

•  The Environmental Agency (Inglaterra) 

•  The Scottish Environment Protection Agency – SEPA (Escocia) 

•  Natural Resources Wales (Gales) (Lemont, 2018) 

 

Flood Water Management Act (2010) – Legislación Gubernamental  

Es  el  estatuto  utilizado  por  las  autoridades  locales  para  ejercer  el  rol  de  “Lead  Local  Flood 
Authorities”  (LLFAs),  quienes  juegan  un  rol  importante  en  la  toma  de  decisiones  en  cuanto  a 
implementación, operación y mantenimiento de estrategias locales para manejo de inundaciones, 
es su área de administración. 

Los  LLFAs  también  actúan  como  consultores  estatutarios  en  proyectos  que  involucren  la 
intervención de grandes áreas de drenaje. (Lemont, 2018) 

 

Department of Environment, Food and Rural Affairs (DEFRA) 

Es el encargado de establecer una guía para las descargas de agua superficiales y subterráneas. Lista 
los permisos medioambientales que pueden aplicar en cada caso particular. (Lemont, 2018) 

 

Code of Practice for Surface Water Management for Development Sites (2013) – BS 
8582 

Da recomendaciones sobre la planificación, diseño, construcción y mantenimiento de sistemas de 
gestión de aguas superficiales para nuevos desarrollos y sitios de redesarrollo en cuanto a: 

  Minimizar  y/o  mitigar  las  inundaciones  y  otros  riesgos  ambientales  derivados  de  la 

escorrentía. 

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  Maximizar  los  beneficios  sociales  y  ambientales  potenciales  derivados  del  uso  de  la 

escorrentía de agua superficial para proteger y mejorar los recursos y suministros de agua 
locales 

A pesar de las diferencias regionales en los enfoques para la gestión del riesgo de inundación, esta 
norma se aplica a todos los territorios del Reino Unido y todas las autoridades regionales. Inglaterra, 
Gales,  Escocia  e  Irlanda  del  Norte  participaron  activamente  en  la  redacción  de  este  estándar. 
(Lemont, 2018) 

 

The Construction Industry Research and Information Association (CIRIA) 

Se  considera  como  el  líder  nacional  de  drenaje  sostenible.  Su  manual  de  SuDS  en  ampliamente 
aceptado como una guía completa para el diseño y requisitos de este tipo de sistemas. (Lemont, 
2018) 

 

The Chartered Institution of Water and Environmental Management (CIWEM) 

Cuenta  con  un  “Grupo  de  Drenaje  Urbano”  el  cual  se  encarga  de  la  promoción  de  las  mejores 
prácticas en éste campo de la ingeniería a través de talleres y conferencias técnicas. (Lemont, 2018) 

 

The Association of Drainage Authorities (ADA) 

Representa las autoridades a nivel de drenaje de agua y gestión de riesgos de inundaciones, ofrece 
consultores, contratistas e interviene en la selección de proveedores como miembros asociados. 
(Lemont, 2018) 

2.3.1.2  Estados Unidos 

 

United States Environmental Protection Agency (EPA) 

Clean Water Act, fue la primera legislación gubernamental en los Estados Unidos en exigir el control 
de las descargas de agua lluvia según el “National Pollutant Discharge Elimination System” (NPDES) 
en 1972.  

Para  cumplir  con  el  CWA,  las  autoridades  de  la  industria  y  la  construcción  debían  crear  e 
implementar  un  plan  de  medidas  de  control  del  manejo  de  agua  lluvia  (conocidos  como  Best 
Management Practices BPM). Dentro de las BMP están soluciones estructurales como pondaje de 
detención y otras NO estructurales como el reemplazo de superficies impermeables por pavimentos 
permeables. (Lemont, 2018) 

 

US EPA’s Environmental Technology Verification Program (ETV) (1994-2014) 

Programa nacional para prueba de productos, en colaboración con entidades sin ánimo de lucro. 
Trataba  de  lidiar  con  la  falta  de  información  acerca  de  la  efectividad  y  longevidad  de  las  BMPs. 
(Lemont, 2018) 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Tesis de Maestría 

50 

 

 

Water Environment Federations 

Cuentan con un grupo de trabajo e investigación denominado “Stormwater Testing and Evaluation 
of Products and Practices”. 

Llena el vacío que genera la falta de evaluación de terceros de las soluciones y casos de estudio en 
los distintos estados. 

Emitió en el 2014 un programa de evaluación de los programas nacionales y ha sido fuertemente 
apoyado por los entes interesados o stakeholders. (Lemont, 2018) 

 

Storm Water Solutions 

Es una revista online, cuenta con las noticias más recientes dentro del gremio y expone casos de 
estudio. (Lemont, 2018) 

 

American Society of Civil Engineers (ASCE) 

Es una de las fuentes técnicas de temas referentes al manejo de recursos hídricos más consultadas 
en el mundo. (Lemont, 2018) 

2.3.1.3  Australia 

 

Cooperative Research Center for Water Sensitive Cities 

Trabajan  con  un  amplio  rango  de  socios  involucrados  en  el  manejo  de  agua  urbana  y  el 
planteamiento  de  soluciones  sostenibles.  Hacen  también  trabajo  cooperativo  con  el  grupo  de 
investigación nacional CISRO. Se le atribuyen la mayoría de avances en investigación referente al 
manejo  de  agua  lluvia  alcanzado  hasta  el  momento  en  Australia,  especialmente  en  calidad, 
almacenamiento y reúso. (Lemont, 2018) 

 

CISRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) 

En  la  actualidad  cuenta  con  una  gran  cantidad  de  “laboratorios  urbanos”  en  toda  Australia  que 
permite a los investigadores determinar las interacciones entre factores como la calidad de las aguas 
pluviales urbanas, la reutilización en el entorno urbano, las medidas de sostenibilidad, consumo de 
energía y aceptación social, así como la medición y valoración de las aguas pluviales. (Lemont, 2018) 

 

Water Environment Research Foundation (Nueva Zelanda) 

Expidió  una  guía  de  manejo  de  aguas  lluvias  in  situ  (2004).  Permite  que  el  gobierno  local,  los 
diseñadores  y  los  propietarios  de  viviendas  diseñen  sistemas  de  aguas  pluviales  para  reducir  la 
contaminación y las inundaciones. (Lemont, 2018) 

 

Building Code Clause E1 

Norma de eliminación del agua de lluvia de superficies externas. Establece requisitos de rendimiento 
para sistemas de drenaje y soluciones aceptables. (Lemont, 2018) 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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2.3.2  Cuerpos responsables de la normatividad en Colombia 

En Colombia la normatividad vigente en el ámbito de SuDS, se resume en la Norma Técnica NS-166, 
la cual involucra varias entidades del sector público bajo diferentes estatutos: 

2.3.2.1  Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá 

Se encarga de los lineamientos en cuanto a construcción general, geotecnia, gestión ambiental y 
diseño. 

En junio del 2017, la EAAB, en conjunto con la Universidad de los Andes, produjo la primera Cartilla 
Técnica  de  SuDS  en  Colombia;  en  ella  se  establece  una  guía  de  selección  de  las  tipologías  y/o 
tecnologías de SuDS que más se adapten a las condiciones de Bogotá D.C. 

2.3.2.2  Ministerio de ambiente 

Hace referencia al uso de SuDS en decreto 1076 de 2015: Decreto Único Reglamentario del Sector 
Amiente y Desarrollo sostenible. 

“El  mantenimiento  dependerá  directamente  de  quien  decida  implementar  este  tipo  de  medidas 
(tanques de almacenamiento de agua lluvia), debe proveerse un sistema adecuado que permita la 
remoción de grasas y filtración de sedimentos con el fin de mejorar la calidad del agua afluente para 
su uso posterior.” (Minambiente, 2019) 

2.3.2.3  Ministerio de vivienda 

Establece la resolución 0330 de 2017: por la cual se adopta el Reglamento Técnico para el sector de 
Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS. 

2.3.2.4  INVÍAS 

Produjo el Manual de Drenaje para carreteras. 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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3  DESARENADORES 

3.1  Antecedentes de los dos desarenadores  

Una vez al año, PAVCO, en conjunto con su fundación y otras entidades líderes en el gremio de la 
hidráulica, la protección del medio ambiente y los recursos hídricos como: CECODES, el Ministerio 
de Ambiente, UNICEF, la Universidad de los Andes, la Asociación Colombiana para el Avance de la 
Ciencia y la Red de Jóvenes de Ambiente; les dan la oportunidad a jóvenes colombianos, con ideas 
innovadoras, de proponer soluciones que ayuden al cuidado y la protección de los recursos hídricos.  

En su más reciente edición, el premio del agua, se enfocó en el mejoramiento de la propuesta de 
PAVCO®  de  manejo  sostenible  de  aguas  lluvias,  AQUACELL®,  específicamente  en  el  proceso  de 
pretratamiento del afluente previo a su entrada a las celdas, el cual, como se mencionó en el literal 
3.6 del presente documento se logra mediante la sedimentación de los sólidos suspendidos en el 
agua  dentro  de  una  cámara  de  inspección  de  1000mm  de  diámetro  cuya  base  no  cuenta  con 
entradas  ni  salidas (base  tipo  tanque)  sino  que  su  elevador es  perforado a  la  altura  a  la  que  los 
colectores de la red de alcantarillado se ajustan por diseño. 

Como principios de diseño e instalación, se recomienda que la diferencia entre las cotas bateas de 
las tuberías de entrada y salida del tanque sea cómo mínimo de 20cm, asimismo en el extremo de 
la tubería de entrada, dentro del tanque, se plantea la instalación de un codo de 90° mientras que 
en  el  extremo  de  la  tubería  de  salida  del  tanque  desarenador  con  conexión  a  las  celdas,  de 
recomienda la instalación de una TEE. Lo anterior con el fin de garantizar que la línea de flujo del 
agua vaya desde la entrada al desarenador en dirección al fondo, exista una reducción significativa 
en  la  velocidad  del  flujo  y  finalmente  que  la  mayor  cantidad  de  sólidos  suspendidos  queden 
depositados en el fondo. 

Sin embargo, al día de hoy, se desconoce con precisión la eficiencia de las cámaras desarenadoras 
en función del caudal que reciben.  

Por lo anterior, y teniendo en cuenta que el manejo sostenible de aguas lluvias se ha convertido en 
uno de los temas de mayor importancia en el desarrollo urbanístico e hidráulico de las ciudades, la 
temática  del  premio  del  agua  para  el  2018  impulsó  a  sus  participantes  a  diseñar  una  nueva 
propuesta de desarenación para cámaras de inspección plásticas de 1000mm de diámetro. Dentro 
de  las  propuestas  recibidas  se  evaluaron  varios  criterios  cómo:  innovación,  sustentabilidad, 
principios  hidráulicos  y  presentación.  Los  modelos  de  las  dos  propuestas  finalistas  fueron 
construidos durante el segundo semestre del 2018 y serán probados en el laboratorio de hidráulica 
de  la Universidad de  los Andes  para definir mediante  pruebas reales  cuál es el desarenador con 
mayor eficiencia. 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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3.2  Descripción de los modelos 

Dentro  de  los  dos  modelos  finalistas,  se  tienen  dos  tipos  de  desarenadores.  El  primero  es  un 
desarenador  tipo  filtro,  diseñado  por  el  estudiante  de  arquitectura  de  la  Pontificia  Universidad 
Javeriana de Bucaramanga, Carlos Andrés Mariño Quintero, el cual garantiza la remoción de solidos 
desde 0,1mm hasta 2mm de diámetro por medio de 4 mayas de distintos calibres. El segundo es un 
desarenador de mamparas helicoidales, diseñado por el ingeniero Álvaro Josué López Duarte, el cual 
promete la retención de la totalidad de los sedimentos transportados por un caudal máximo de 5L/s. 

3.2.1  Aspectos hidráulicos de los sedimentadores en evaluación 

3.2.1.1   Desarenador tipo filtro 

Como su nombre lo indica, el principio del funcionamiento de este desarenador es la filtración del 
agua; para lograrlo propone la instalación dentro de la cámara de inspección de un filtro multicapa, 
intercambiable y reutilizable. (Mariño, 2018) 

 

Especificaciones 

  Compuesto por un cuerpo plástico de polipropileno (PP) o polietileno (PE) 
  Filtración invertida con 4 mallas de acero inoxidable 
  Inserción y remoción en forma vertical 
  Disposición radial en intervalos de 50 grados 

 

Detalles de diseño 

  Área superficial abierta (superior o inferior) = 263cm

2

 

  5 unidades por desarenador = 1315cm

2

 

  Permite un taponamiento del 40,73% de su área superficial sin afectar el flujo normal del 

agua 

3.2.1.2  Desarenador helicoidal descendente 

El  propósito  del  diseño  del  desarenador  helicoidal,  es  ampliar  modularmente  el  proceso  del 
desarenador  básico  desarrollando  este  proceso  sobre  una  rampa  helicoidal  descendente, 
aprovechando la gravedad para impulsar el agua a través de los mamparos desarenadores, bajo los 
principios hidráulicos listados a continuación. 

 

Flotabilidad 

Los  sólidos  suspendidos  en  el  agua  son  divididos  en  dos  categorías:  los  sólidos  flotantes  y  los 
precipitables. Para lograr una remoción completa, el agua a tratar se obliga a pasar sucesivamente 
sobre  los  mamparos  bajos  que  retienen  los  elementos  pesados  y  bajo  los  mamparos  altos  que 
retienen los elementos suspendidos. (López, 2018) 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Efecto vórtice 

Aprovechando  la  forma  circular  de  las  cámaras  de  inspección,  el  proceso  se  desarrolla 
circularmente, en sentido contra reloj, buscando el efecto succionador del vórtice con el fin de que 
se induzca la precipitación de los sedimentos al fondo y de allí rodar a la cámara de desechos. Este 
propósito se logra haciendo rebosar el agua sobre mamparos alabeados de construcción inclinada 
y helicoidal sobre los que al pasar el agua se arremolinan hacia las aberturas inferiores del fondo 
cónico desde donde finalmente caerán al depósito de arena. (López, 2018) 

 

Turbulencia 

El paso del agua contaminada por cada una de las cámaras ocurre a través de una estrecha abertura 
y enseguida llega a la parte ancha de la siguiente cámara reduciendo su velocidad, la aceleración del 
agua a su paso por la sección estrecha genera turbulencia que momentáneamente suspende los 
sedimentos  y  los  que  puedan  ser  lanzados  hacia  arriba  encuentran  el  techo  de  los  mamparos 
alabeados  y  finalmente,  al  reducirse  la  velocidad  del  agua,  se  precipitan  al  fondo  para  ser 
desechados por la abertura de desarenado. (López, 2018) 

3.2.2  Instrumentación y montaje 

3.2.2.1  Desarenador tipo filtro 

 

Ilustración 34. Desarenador tipo filtro 

 

Tubería de entrada de aguas 

Como referencia para las pruebas de eficiencia en el laboratorio de asume una tubería de PVC de 
160mm de diámetro. 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Adaptador para entrada de aguas (1) 

Teniendo en cuenta la forma del desarenador, se requiere la instalación de un adaptador para que 
la tubería de entrada de aguas pueda ser instalada cómoda y estable. El adaptador es universal, para 
cámaras plásticas de 1000mm de diámetro y se perfora en el lugar de instalación en conjunto con 
el elevador de la cámara. 

 

Tanque principal (2) 

Tomando el nivel del agua como la delimitación del tanque, la capacidad del almacenamiento total 
es  de  75,82L.  El  sedimento  que  se  filtra  se  ubicará al  fondo  del  tanque  y  puede  acumular  hasta 
32,59L  de  sólidos  sin  afectar  el  funcionamiento  normal  del  desarenador.  Lo  anterior  equivale  al 
39,68% del volumen total del desarenador o al 42,97% si no se tiene en cuenta la cámara de aire, es 
decir, el volumen total efectivo. 

 

Sistema de filtros (3) 

El  sistema  de  filtros  garantiza  que  el  desarenador  cumpla  con  su  función.  Los  sólidos  de  mayor 
tamaño y densidad quedan al fondo del tanque sin necesidad de pasar por los filtros, sin embargo, 
los  sólidos  de  menor  tamaño  tienen  una  alta  probabilidad  de  seguir  con  la  corriente.  La 
implementación de un sistema de filtros por diámetros evita la posibilidad de taponamiento que 
existiría en el caso en el que se instalara un solo filtro de finos. 

Por lo general, los filtros se instalan hacia abajo, pero en este diseño, la parte inferior del filtro es 
utilizada  como  zona  de  almacenamiento  de  sedimentos,  por  lo  tanto,  el  sistema  de  filtros  debe 
funcionar de forma invertida. Éste tipo de funcionamiento, mejora a su vez, su funcionalidad pues 
las partículas estarían en flujo contrario a la gravedad, mejorando drásticamente su eficiencia. 

Entre  mayor  es  el  área  de  filtrado,  mayor  eficiencia  tendrá  el  desarenador,  es  por  eso  que  se 
proponen mallas de acero inoxidable plegadas tipo acordeón de manera que se aumente el área 
superficial, se genere una mejor filtración, se garantice un mejor caudal y se incremente la tolerancia 
del dispositivo al taponamiento. 

 

Cámara de aire (4) 

El  desarenador  funciona  por  medio  de  gravedad  y  presión  atmosférica,  de  la  misma  forma  que 
trabajan los aparatos sanitarios, por ende, no puede ser hermético y requiere de una cámara de 
aire. Además, este espacio permite flexibilidad para la ubicación del adaptador y se utiliza para las 
actividades de mantenimiento y limpieza. 

 

Válvula para salida de sólidos (5) 

En el proceso de limpieza y extracción de sólidos, el personal encargado deberá conectar a la válvula 
de  salida  del  desarenador  una  manguera  de  extracción  de  sólidos.  A  la  vez,  otra  manguera  es 
insertada en la cámara de aire para generar un flujo de agua después de encender la bomba de 
lodos. 

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Ilustración 35. Dispositivo de desarenación 

3.2.2.2  Desarenador helicoidal descendente 

Esta alternativa se desarrolla en una espiral descendente pasando por diez y seis pares de cámaras 
hasta descargar por la parte inferior de la cámara de inspección. Esta cámara utiliza un elevador de 
3,0m.  Y consta de las siguientes partes: 

    

 

Ilustración 36. Desarenador helicoidal descendente 

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57 

 

 

Ilustración 37. Corte transversal del desarenador descendente 

 

Cámara de llenado 

Recibe el tubo de ingreso que remata en un codo para descargar verticalmente sobre una criba que 
filtra los elementos mayores a una pulgada, en a esta sección llegan los elementos flotantes y desde 
allí  cae  toda  esta  basura  por  el  ducto  central  hasta  el  depósito  de  sedimentos.  Esta  cámara  de 
llenado tiene fácil acceso para limpieza manual de los escombros que allí queden retenidos. 

 

Ducto central 

por él descargan los diez y seis mamparos desarenadores para conducir los residuos al depósito de 
sedimentos.  Igualmente,  este  ducto  permite  el  acceso  de  un  vactor  para  aspirar  los  residuos 
desechables. 

 

Rampa espiral peraltada 

Conduce los sedimentos retenidos hacia el centro y descargarlos por las ventanas del ducto central. 

 

Mamparas desarenadoras 

Son  en  total  dieciséis  pares  que  fuerzan  al  agua  a  pasar  sucesivamente  sobre  y  bajo  ellos  para 
retener  las  impurezas  que  finalmente  van  al  depósito  de  arena  e  impurezas.  Este  conjunto  de 
mamparos tiene una altura de 2,50 m. 

 

Base del sistema 

Plataforma cónica que separa el sistema desarenador del depósito de desechos. 

 

Tubo de salida 

Recoge el agua filtrada por un  codo vertical que es el último obstáculo para que  salga cualquier 
partícula de impurezas. 

 

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Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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58 

 

 

Depósito de desechos 

Está en la base de la cámara de inspección y su altura es de 60 cm. 

El  agua  tratada  es  contenida  en  el  sistema  y  llega  a  dos  compartimientos  básicos,  el  primero 
constituido por el recorrido espiral con agua en permanente movimiento hasta salir depurada. El 
segundo  con  agua  en  reposo  es  el  destinado  al  tránsito  y  depósito  de  los  desechos.  Estos  dos 
compartimientos son independientes pero comunicados por vasos comunicantes generados por las 
pequeñas ventanas para la salida de arena retenida. Dado que el agua circulante no afecta el reposo 
del  ducto  y  la  cámara  de  sedimentos  se  garantiza  que  de  esta  manera  la  arena  se  precipite 
rápidamente al fondo de su reservorio y por no existir turbulencia estos sedimentos permanecerán 
reposados en la base de la cámara de inspección. 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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4  MODELO FÍSICO 

4.1  Descripción del modelo físico 

En las instalaciones del laboratorio de Alcantarillados de la Universidad de los Andes se cuenta con 
las  herramientas  necesarias  para  el  montaje  de  un  modelo  físico  de  alcantarillado  pluvial, 
compuesto  de:  una  fuente  de  agua  lluvia  simulada  por  un  tanque  de  almacenamiento  de  agua 
construido en concreto y mampostería, una tubería de transporte representada por tubería de PVC, 
una cámara de inspección y un punto de descarga. 

4.1.1  Desarenador tipo filtro 

 

Esquema 1. Plano de instalación en planta, desarenador tipo filtro 

 

Esquema 2. Plano de instalación en perfil, desarenador tipo filtro 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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4.1.2  Desarenador helicoidal descendente 

 

Esquema 3. Plano de instalación en planta, desarenador helicoidal 

 

Esquema 4. Plano de instalación en perfil, desarenador helicoidal 

4.1.3  Tanque de almacenamiento de agua a nivel 

El  agua  utilizada  en  los  ensayos  está  inicialmente  almacenada  en  un  tanque  de  concreto  y 
mampostería con capacidad aproximada de 10m

3

. Previo a la utilización de este tanque se realizaron 

actividades de cambio de agua y limpieza con el fin de asegurar que estábamos trabajando con agua 
limpia, libre de sedimentos. 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Ilustración 38. Tanque de almacenamiento de agua, laboratorio de alcantarillado Uniandes 

4.1.4  Motobomba 

La impulsión del agua desde el tanque de almacenamiento es generada por una motobomba de la 
marca HICROMAC de 230mm de diámetro que trabaja a 1750 RPM, encargada de transformar la 
energía mecánica en energía cinética y alimentar el tanque de almacenamiento elevado. 

 

Ilustración 39. Motobomba, laboratorio de alcantarillado Uniandes 

 

4.1.5  Tubería de PVC 

La conducción del agua desde el tanque de almacenamiento a nivel hasta el tanque elevado es a 
través de un tubo de 4 pulgadas de PVC. 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Ilustración 40. Tuberías PVC, laboratorio alcantarillado Uniandes 

4.1.6  Tanque elevado 

El tanque elevado, elaborado con tubería NOVALOC de 54” de diámetro y 2.4m de altura, cumple la 
función de garantizar la altura piezométrica necesaria para lograr el rango de caudales (0.1 a 20 L/s) 
requeridos para los ensayos. 

 

Ilustración 41. Tanque elevado laboratorio de alcantarillados Uniandes 

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4.1.7  Válvula de control 

A la salida del tanque elevado, se instaló una válvula de bola para el control del caudal de agua. El 
diámetro de la válvula es de 6 pulgadas. La abertura total de la válvula requiere un total de 30 vueltas 
de giro de la perilla. 

 

Ilustración 42. Válvula de control, laboratorio de alcantarillado Uniandes 

4.1.8  Tolva para arena 

Para el almacenamiento de las arenas se instaló una tolva metálica de 57cm de ancho, 57cm de 
largo y 74cm  de  alto. Para  garantizar  su  estabilidad está  apoyada  sobre  dos  columnas metálicas 
ancladas con pernos expansivos a la placa de concreto. 

 

Ilustración 43. Tolva para graduar el caudal de arenas 

4.1.9  Tubería acrílica 

Con el fin de poder monitorear las características del flujo y el transporte de las arenas, se instaló 
un tramo de 2 metros de tubería acrílica trasparente de 6 pulgadas. La unión entre la tubería acrílica 
y la tubería de PVC se hizo mediante dos bridas. 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Ilustración 44. Tubería de acrílico 

4.1.10  Cámara de inspección  

El  elemento  principal  dentro  de  la  configuración  del  alcantarillado  pluvial  fue  la  cámara  de 
inspección,  ya  que  en  este  modelo  no  cumplió  únicamente  la  función  de  inspección,  como  su 
nombre  lo  describe,  sino  que  contenía  la  estructura  de  desarenación  que  se  quería  evaluar  en 
función de su eficiencia para diferentes caudales. Para los dos casos evaluados, se usaron cámaras 
plásticas  prefabricadas  cuya  base  es  elaborada  100  por  ciento  con  polietileno  de  alta  densidad, 
mediante un proceso conocido como roto-moldeo; el cuerpo de la cámara es de PVC, con doble 
pared  estructural  fabricado  por  doble  extrusión.  Dentro  del  modelo  físico  construido  en  el 
laboratorio,  por  cuestiones  de  espacio  y  practicidad  no  se  instalaron  los  demás  elementos  que 
conforman  la  cámara  de  inspección,  sin  embargo,  no  sobra  mencionar  que,  en  la  práctica,  cada 
cámara  lleva  un  cono  reductor  y  una  aro-tapa  de  polipropileno.  El  diámetro  de  las  cámaras 
evaluadas es de 1.0m.  

La descripción detallada del diseño de cada uno de los modelos de encuentra en la sección XXX del 
documento sin embargo a continuación se ilustra fotográficamente el resultado post fabricación de 
los prototipos. 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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4.1.11  Cámara de inspección tipo filtros 

 

Ilustración 45. Cámara de inspección 

 

Ilustración 46.Desarenador tipo filtros 

 

Ilustración 47. 1/5 Filtros del sistema 

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4.1.12  Cámara de inspección helicoidal 

 

Ilustración 48. Sección de mamparas helicoidales 

 

Ilustración 49. Composición interna del desarenador helicoidal 

 

Ilustración 50. Vista aérea del desarenador helicoidal 

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4.1.13  Caudalímetro 

Para el control de caudal de prueba, se instaló un caudalímetro electrónico no intrusivo de la marca 
Ultra  flux,  el  cual  mediante  la  instalación  de  dos  sensores  ultrasónicos  sobre  el  mismo  eje 
longitudinal de la tubería de conexión entre la cámara de inspección y el punto de descarga median 
el caudal de agua que estaba siendo transportado y permitía la calibración del mismo mediante el 
control de la apertura de la válvula de bola. 

 

Ilustración 51. Caudalímetro Ultrasónico 

 

Ilustración 52. Sensores Ultrasónicos  

 

 

 

 

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4.1.14  Vertedero 

El vertedero fue un elemento de suprema importancia en el modelo, cumplió dos funciones: fue el 
punto de descarga del agua que pasaba por el desarenador simulando el tanque de almacenamiento 
de agua tipo celdas plásticas modulares, permitía la recuperación de las arenas que no habían sido 
retenidas  en  la  cámara  y  cumplía  la  función  de  verificación  del  caudal  gracias  a  la  ecuación  de 
calibración del vertedero desarrollada por (XIMENA). 

 

Ilustración 53. Vertederos laboratorio de alcantarillado Uniandes 

 

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5  METODOLOGÍA DE LAS PRUEBAS 

5.1  Preparación de la mezcla de arenas 

Para  cada  uno  de  los  ensayos  se  decidió,  teniendo  en  cuenta  que  el  tiempo  disponible  en  el 
laboratorio para la realización de todas las pruebas era limitado,  medir la retención de 10 kg de 
arena en concentraciones distintas, combinando 2 caudales de arenas versus 10 caudales de agua.  

El  aporte  de  sedimentos  transportado  por  la  escorrentía  depende  del  uso  del  suelo  de  los 
alrededores  del  proyecto,  los  usos  que  mayor  aporte  de  sedimentos  tienen  son  comercial, 
residencial de alta densidad y parqueaderos; el uso de aporte intermedio es vial y los de aporte bajo 
son residencial de baja densidad y cubiertas. 

Para cumplir con el objetivo de evaluar las eficiencias de desarenación de los dos prototipos, bajo 
las mismas condiciones de cargas de sedimentos, y debido a que la caracterización de la carga de 
sedimentos arrastrada por las aguas lluvias es tan difícil y diversa, se tomó la decisión de usar la 
granulometría  establecida  por  el  estándar  europeo  EN-295-3  para  la  prueba  de  resistencia  a  la 
abrasión de las tuberías, aplicada especialmente en materiales plásticos para uso en sistemas de 
alcantarillado pluvial. 

El estándar establece que el material utilizado debe ser natural, arena de grano redondo con las 
siguientes características: 

M

p

 = d

50

 = 0.47mm 

d

80

 = 1.5mm 

d

20

 = 0.75mm 

U= d

80

/d

20

 = 2 

Donde,  
M

p

 es el tamaño promedio de las partículas  

U es el grado de no uniformidad  
d

50, 

d

80, 

d

20

 es el tamaño de la partícula, no excedido por el 50, 80 y 20 por ciento de la masa del 

material 

La granulometría de las muestras de 10kg arena para todos los ensayos fue la misma. Para alcanzarlo 
se  adquirió  arena  de  cuatro  rangos  de  tamaño:  1.68mm  a  0.84mm  (tamiz  12  a  20),  0.84mm  a 
0.60mm (tamiz 20 a 30), 0.60mm a 0.42mm (tamiz 30 a 40) y 0.42mm a 0.25mm (tamiz 40 a 60). 

Para  alcanzar  la  granulometría  establecida  por  el  estándar  de  prueba  adoptado,  se  procedió  a 
tamizar cada uno de los rangos de arenas adquiridos para conocer la distribución real de los tamaños 
de arenas y los resultados fueron los siguientes: 

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70 

 

Tabla 11. Rango de tamices 12 al 20 gradado 

# Tamiz 

Peso (g) 

Peso (g) 

Peso (g) 

PROMEDIO 

12 

210.5 

13.5 

127.5 

14.5 

182.5 

13.8 

13.9 

14 

780 

50.0 

426.5 

48.5 

651.5 

49.2 

49.3 

16 

374 

24.0 

212 

24.1 

324.5 

24.5 

24.2 

20 

73.5 

4.7 

44 

5.0 

63.0 

4.8 

4.8 

>20 

122 

7.8 

68.5 

7.8 

101.5 

7.7 

7.8 

Total 

1560 

100.0 

878.5 

100.0 

1323.0 

100.0 

100.0 

 

Tabla 12. Rango de tamices 20 al 30 gradado 

# Tamiz 

Peso (g) 

Peso (g) 

Peso (g) 

PROMEDIO 

20 

379 

28.1 

365 

25.5 

351.5 

26.9 

26.8 

25 

418 

31.0 

496.5 

34.6 

422.0 

32.3 

32.7 

30 

236 

17.5 

230.5 

16.1 

231.5 

17.7 

17.1 

>30 

313.5 

23.3 

342 

23.8 

300.0 

23.0 

23.4 

Total 

1346.5 

100.0 

1434 

100.0 

1305.0 

100.0 

100.0 

 

Tabla 13. Rango de tamices 30 al 40 gradado 

# Tamiz 

Peso (g) 

Peso (g) 

Peso (g) 

PROMEDIO 

30 

88.5 

6.5 

77.5 

5.8 

83.5 

6.3 

6.2 

35 

775.5 

57.1 

901.5 

67.7 

826.0 

62.5 

62.4 

40 

272 

20.0 

195 

14.6 

227.5 

17.2 

17.3 

>40 

222.5 

16.4 

157.5 

11.8 

185.0 

14.0 

14.1 

Total 

1358.5 

100.0 

1331.5 

100.0 

1322.0 

100.0 

100.0 

 

Tabla 14. Rango de tamices 40 al 60 gradado 

# Tamiz 

Peso (g) 

Peso (g) 

Peso (g) 

PROMEDIO 

40 

44 

3.3 

9.5 

0.8 

31.5 

2.4 

2.2 

50 

767.5 

57.1 

675.5 

59.7 

764.0 

57.8 

58.2 

60 

143.5 

10.7 

170.5 

15.1 

166.5 

12.6 

12.8 

>60 

390 

29.0 

276.5 

24.4 

360.0 

27.2 

26.9 

Total 

1345 

100.0 

1132 

100.0 

1322.0 

100.0 

100.0 

 

Luego de conocer los porcentajes de cada tamaño dentro de cada uno de los rangos y separar las 
arenas  por  tamaños  por  medio  del  tamizado,  se  preparó  cada  mezcla  de  10kg  con  la  siguiente 
distribución: 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Tabla 15. Distribución porcentual del tamaño de las partículas en las muestras 

Números de tamiz 

Porcentaje por muestra 

12 a 20 

20% 

20 a 40 

30% 

40 a 60 

50% 

En donde: 

Tabla 16. Diámetro de abertura de malla por número de tamiz 

Número del Tamiz 

Abertura de malla [mm] 

12 

1.68 

14 

1.41 

16 

1.19 

20 

0.84 

25 

0.71 

30 

0.6 

35 

0.5 

40 

0.42 

50 

0.3 

60 

0.25 

5.1.1  Calibración del caudal de arenas 

Como se mencionó en la sección de  instrumentación del montaje, se  instaló sobre la tubería de 
acrílico,  justo  antes  del  ingreso  del  agua  a  los  desarenadores,  una  tolva  metálica  para  el 
almacenamiento de las arenas propias de cada ensayo y en un principio se pretendía que sirviera 
como  dosificador  de  las  arenas  para  cada  ensayo.  Sin  embargo,  durante  las  actividades  de 
calibración de la apertura de la válvula de la tolva, permitiendo que liberara la masa de arenas para 
la  apertura  mínima,  el  caudal  de  arenas  promedio  fue  de  73.03  g/s;  demasiado  alto  para  los 
objetivos del proyecto 

Tabla 17. Caudal sólido para la apertura mínima de la válvula de la Tolva 

 

Tiempo de apertura de la válvula 

 

10 segundos 

30 segundos 

Masa de arenas para 

la mínima apertura de 

la válvula (g) 

794 

2050 

833 

2014.5 

695.5 

2008.5 

770.5 

2025 

782 

2032 

776.5 

2044 

802 

2036 

796 

2041 

785 

2016 

804 

2038 

Promedio (g) 

783.85 

2030.5 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Tiempo de apertura de la válvula 

 

10 segundos 

30 segundos 

Q sólido [g/s] 

78.39 

67.68 

 

Con el fin de limitar el alcance del proyecto y alcanzar concentraciones de arena en el agua altas, 
que pusieran a trabajar bajo condiciones críticas los prototipos de desarenador y reconociendo la 
poca facilidad a la hora de variar el flujo de arenas sobre la tubería, se buscó garantizar dos únicos 
caudales sólidos para la totalidad de los ensayos: 5g/s y 10g/s con los cuales, al variar el caudal de 
agua, se pudo ensayar un rango de concentraciones de 0.5 a 10 g/L. 

Es  por  ello  que  para  limitar  el  paso  de  arena  se  tuvo  que  instalar  dos  embudos,  de  diferentes 
aperturas a través de los cuales el flujo de arenas era el requerido según lo descrito en el párrafo 
anterior.  Luego  de  probar  un  gran  número  de  embudos  los  que  resultaron  ajustándose  a  lo 
requerido fueron el de 6.92mm para 5g/s y el de 13.02 para 10g/s.

 

 

Ilustración 54. Diámetro externo del embudo 

 

Ilustración 55. Diámetro interno del embudo

5.2  Definición de caudales de agua 

Con el  fin  de  definir el  rango  de  caudales  para  los cuales  serían  probados  los  desarenadores,  se 
revisaron la totalidad de los tanques de almacenamiento con celdas plásticas modulares instalados 
durante últimos dos años, por PAVCO en Colombia. En total se revisaron más de 50 casos de estudio, 
en  zonas  institucionales,  comerciales,  residenciales  e  industriales.  Por  la  variabilidad  de  las 
aplicaciones  de  los  tanques  evaluados,  y  teniendo  en  cuenta  que  sus  usos  son  diversos,  los 

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volúmenes  de  almacenamiento  varían  en  un  rango  significativamente  amplio,  comenzando  con 
tanques de 1 hasta 1000 m

3. 

Por lo anterior, los caudales que reciben cada uno de los tanques en 

estudio son también ampliamente distintos. 

 

Figura 2. Caudales de diseño para el año 2017 

Para el 2017 encontramos que el 10 por ciento de los tanques instalados tiene un caudal de entrada 
inferior a 10L/s, el 16 por ciento se encuentra en un rango de 10 a 50L/s, el 21 por ciento está en un 
rango entre 50 y 100L/s mientras que el 53% tienen caudales de entrada superiores a los 100L/s. 

 

Figura 3. Caudales de diseño para el año 2018 

Para el 2018 encontramos que el 8 por ciento de los tanques instalados tiene un caudal de entrada 
inferior a 10L/s, el 48 por ciento se encuentra en un rango de 10 a 50L/s, el 22 por ciento está en un 
rango entre 50 y 100L/s mientras que el 22% restante tienen caudales de entrada superiores a los 
100L/s. 

10%

16%

21%

53%

Distribución porcentual de caudales de diseño (2017)

Q > 10 L/s

10 L/s < Q <= 50 L/s

50 L/s < Q <= 100 L/s

Q > 100 L/s

8%

48%

22%

22%

Distribución porcentual de caudales de diseño (2018)

Q > 10 L/s

10 L/s < Q <= 50 L/s

50 L/s < Q <= 100 L/s

Q > 100 L/s

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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74 

 

De acuerdo a lo anterior, encontrar un patrón, o un rango de caudales que puedan ser probados en 
el laboratorio, que se aproxime a lo que vemos aplicado en la realidad, no es sencillo. Asimismo, 
pretender que un desarenador instalado en una cámara de 1000mm de diámetro, con una altura 
estimada que va desde 1 metro hasta 3, pueda desarenar con eficiencia caudales del orden de 50L/s, 
o inclusive superiores, no parece ser posible. 

 

Figura 4. AquaCell 

Por otro lado, cada una de las celdas viene desde fabricación con una muesca que encaja una tubería 
de 160mm de diámetro, con el fin de que el empalme sea más sencillo. Es por esto que se definió 
que el modelo de prueba se hará con tubería de ese diámetro, tanto a la entrada como a la salida 
del desarenador.  

La ecuación de manning, permite conocer la capacidad hidráulica de una tubería: 

𝑣 =

1
𝑛

𝑅

2
3

𝑆

1
2

 

Dónde, la rugosidad “n” para PVC es igual a 0.009 y el radio hidráulico “R” en condición de tubo 
lleno es igual a ɸ/4. 

Para diferentes pendientes, el caudal y velocidad a tubo lleno en una tubería de PVC de 160mm de 
diámetro son: 

Tabla 18. capacidad hidráulica tubería 160mm PVC (PAVCO, 2015) 

Pendiente %  V (m/s)  Q (L/s) 

0.1 

0.38 

6.4 

0.5 

0.86 

14.2 

1.22 

20.1 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Pendiente %  V (m/s)  Q (L/s) 

1.72 

28.4 

2.72 

44.9 

10 

3.85 

63.6 

 

Como se puede evidenciar en la Tabla 18, inclusive una sola tubería de 160mm de diámetro nominal, 
puede  alcanzar  a  transportar  caudales  importantes,  los  cuales  sin  lugar  a  duda  superarían  la 
capacidad de desarenación de un tanque de las dimensiones en prueba.  

Por lo tanto, se tomó la decisión de probar los desarenadores con caudales entre 0.5L/s y 20 L/s, 
con fines investigativos y de generación de una curva de eficiencias con diferentes cargas. 

5.2.1  Calibración del caudal de agua 

Teniendo en cuenta que típicamente las celdas modulares a partir de las cuales se construyen los 
tanques de almacenamiento de agua lluvia vienen configuradas para la instalación de tuberías de 
alcantarillado de doble pared estructural con diámetro de 160mm o 6 pulgadas, la instalación de 
todo el modelo de alcantarillado se realizó con tuberías del mismo diámetro, garantizando que no 
se generaran cuellos de botella por reducciones de diámetro en ningún punto sobre la red y que el 
flujo para el cual se pusiera a prueba los prototipos de desarenador tampoco excedieran los valores 
esperados bajo condiciones que simularan la realidad. 

Teniendo en cuenta que la motobomba cumplía la función exclusiva de llenar el tanque de agua 
elevado, la energía con la que  viajaba el  agua desde el tanque hasta pasar por el desarenador y 
llegar al punto de descarga, era dada por la cabeza piezométrica generada por el nivel de agua sobre 
el tanque.  

De  acuerdo a estas  condiciones  el máximo caudal que  el sistema logró transportar fueron 20L/s 
mientras que el mínimo registrado y medido bajo experimentación fue de 0.5L/s. 

Para la calibración del caudal de agua se encendía la bomba con la válvula de control completamente 
cerrada hasta que el tanque elevado alcanzara su máximo nivel y el agua empezara a salir por el 
rebose interno que  tiene el mismo. Posteriormente, se  empezaba a dar apertura a la válvula en 
rangos de cuarto de giro pues se evidenció que por cada uno de estos intervalos el caudal se veía 
incrementado en 0.4L/s. Con la ayuda del caudalímetro ultrasónico no invasivo se verificaba que el 
flujo  que  corría  por  el  sistema  correspondía  con  el  valor  que  se  pretendía  estudiar  y  se  dejaba 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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estabilizar  por  un  tiempo  de  5  minutos,  si  no  se  evidenciaban  disminuciones  ni  incrementos 
sustanciales (mayores a 0.1//S) se procedía a continuar con el ensayo. 

5.3  Tiempos de prueba 

El tiempo de las pruebas lo establecía principalmente el caudal de arenas que se estuviese probando 
en el momento, como se mencionó anteriormente se midieron para totalidad de los ensayos dos 
caudales de arenas 5g/s y 10g/s y en la totalidad de los ensayos, la masa de arenas que se condujo 
a través  del desarenador fueron 10kg. De  acuerdo a estos valores,  el tiempo de  duración de  los 
ensayos fue de 33 minutos para el caudal de arena más bajo y de 17 minutos para el caudal de arena 
más alto. 

Tabla 19. Tiempo por ensayo 

Caudal sólido 

Tiempo del 

ensayo 

g/s 

Min 

33 

10 

17 

 
Adicional a estos valores, se debe tener en cuenta el tiempo de calibración del caudal de agua, los 
5 minutos de estabilización del caudal en el sistema antes de empezar con la adición de las arenas 
y finalmente, una vez el ultimo grano de arena ingresara al desarenador, se dejó correr agua limpia 
a través del sistema para garantizar que posibles sedimentos retenidos en la tubería de conexión 
entre el desarenador y el vertedero, alcanzaran su destino final. 

5.4  Bombeo de agua  

El manejo del bombero de agua desde el tanque de almacenamiento en concreto y mampostería a 
nivel  hacia  el  tanque  elevado  de  PVC,  se  realizó  con  la  bomba  eléctrica  cuyo  tablero  de  control 
ubicado dentro del laboratorio nos permitía manipular los tiempos de bombeo con facilidad. 

El bombeo iniciaba y se mantenía activo desde el momento en el que se buscaba calibrar el caudal 
a través el sistema y solo se detenía hasta pasados cinco minutos después de que la totalidad de la 
arena había entrado al desarenador. 

5.5  Apertura y cierre de válvula de agua 

La válvula de control de flujo, instalada a la salida de la tubería de 6 pulgadas de PVC, antes de la 
columna que conduce el agua al desarenador a través de la tubería acrílica, tiene un total de 13 giros 
completos para alcanzar el cien por ciento de la apertura. 

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La apertura de la válvula en cada ensayo se realizó una vez el tanque de almacenamiento de agua 
elevado alcanzaba su nivel máximo y el rebose interno entraba en funcionamiento, se estimó que 
por cada cuarto de giro el caudal incrementaba en 0.4L/s, así se calibraba fácilmente el caudal de 
prueba. 

 

Ilustración 56. Válvula de control 

Antes del cierre de las válvulas se detenía el bombeo del tanque a nivel hacia el tanque elevado e 
inmediatamente se procedía a cerrar por completo la válvula.  

Tanto la apertura como el cierre de la válvula se realizó manualmente. 

5.6  Apertura y cierre de válvula de sólidos 

Una vez se contaba con el caudal determinado para el ensayo en curso, y se había verificado su 
estabilidad a lo largo de 5 minutos, se procedía a dar apertura de la válvula de sólidos. Dado que, 
como  se  mencionó  con  anterioridad,  la  apertura  mínima  de  la  válvula  propia  de  la  tolva  era 
demasiado grande y que la dosificación se hizo a partir de embudos, se podía abrir la totalidad de la 
válvula de la tolva y mantenerla constante a lo largo de todo el ensayo. 

Dado que no todos los tamaños de partículas en la mezcla eran iguales y que por más de que durante 
el proceso de gradación y mezcla de los 10kg de arena se trató de garantizar homogeneidad en la 
misma, se evidenció que la boca del embudo podría presentar taponamientos. Por lo anterior, fue 
necesario  durante  la  corrida  de  cada  ensayo  estar  vigilando  el  embudo  y  aireando  la  salida 
continuamente mediante suaves pero constantes golpes. 

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78 

 

 

Ilustración 57. Embudo instalado a la salida de la tolva 

5.7  Recolección de arenas retenidas 

Dentro de la descripción de la metodología, la única actividad que es distinta entre los montajes de 
prueba es la recolección de las arenas retenidas en el desarenador. 

5.7.1  Desarenador tipo filtro 

El prototipo de desarenador tipo filtro tiene la ventaja de que no impide la inspeccionabilidad de la 
cámara y, por ende, la limpieza del mismo puede realizarse de manera manual y sin la necesidad de 
equipos. 

Una vez el ensayo llegaba a su fin se procedía a desocupar de agua la cámara, para poder retirar las 
arenas con más facilidad. El procedimiento de limpieza era el siguiente: 

 

 

 

 

 

 

 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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79 

 

1.  Drenar por completo la cámara 

 

 

Ilustración 58. Cañuela desarenador helicoidal pos ensayo 

2.  Ingresar a la cámara haciendo uso de las escaleras internas 

 

 

Ilustración 59. Escaleras internas 

 

 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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80 

 

3.  Retirar los cinco filtros del cuerpo del desarenador 

 

 

Ilustración 60. Filtros del desarenador pos ensayo 

4.  Con ayuda de un palustre sacar las arenas retenidas en el cuerpo del desarenador 

 

 

Ilustración 61. Vista del desarenador sin filtros 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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81 

 

 

Ilustración 62. Muestra de arenas retenidas en el desarenador 

5.  Lavar los filtros por fuera de la cámara 

 

 

Ilustración 63. Filtro pre lavado 

6.  Instalar nuevamente los filtros lavados 

 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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82 

 

5.7.2  Desarenador helicoidal 

El prototipo del desarenador helicoidal está compuesto por una estructura de láminas internas que 
impiden el ingreso de  un hombre,  por lo que las arenas que se midieron para la verificación del 
porcentaje retenido no fueron las que quedaron dentro de la cámara sino por el contrario las que 
salieron y quedaron en el fondo del vertedero, igualmente, pasados los 5 minutos después de que 
la totalidad de la arena hubiese ingresado a la cámara. 

 

 

5.8  Secado de arenas en el horno 

La  cantidad  total  en  peso  de  arenas  que  se  probaron  por  ensayo  fueron  10kg  pesados  en  seco 
completamente, como se describió en literales anteriores, la recuperación de las arenas se realizó 
de forma distinta según cada uno de los prototipos ensayados. Para el desarenador tipo filtros, la 
recuperación de las arenas post ensayo se realizó dentro de la estructura de filtración; en el caso 
del desarenador tipo helicoides la recuperación de las arenas se realizó en el vertedero. 

Sin embargo, en los dos casos las arenas que se recogían venían con un gran contenido de humedad 
que debía ser retirado para que el pesaje post ensayo pudiese ser comparable con el pesaje pre 
ensayo. 

En este orden de  ideas, las arenas recogidas en recipientes metálicos eran metidas en un horno 
eléctrico durante 24 horas con el fin de que salieran completamente secas.   

Ilustración 64. Arenas retenidas en el vertedero 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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83 

 

 

 

Ilustración 65. Secado de las arenas en horno

 

 

5.9  Verificación del peso de las arenas retenidas 

El paso final dentro de la metodología de cada ensayo consistía en la verificación del peso de las 
arenas retenidas. Para ello se pesaba la totalidad de arenas retenidas por el desarenador (en el caso 
de  la  estructura  de  filtros)  y  la  totalidad  de  arenas  que  pasaban  al  vertedero  (en  el  caso  de  la 
estructura helicoidal) para proceder a comparar la cifra obtenida con las arenas ingresadas a cada 
estructura y hallar a retención porcentual.  

 

Ilustración 66. Pesaje de las arenas secas 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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84 

 

5.10 Documentación de las pruebas para los caudales principales 

5.10.1  Desarenador tipo filtros

5.10.1.1 5L/s 

 

 

 

 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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85 

 

5.10.1.2 6L/s 

 

 

  

 

 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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5.10.1.3 7L/s 

 

 

 

 

 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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87 

 

5.10.1.4 8L/s 

 

 

 

 

 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Tesis de Maestría 

88 

 

5.10.1.5 9L/s 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Laura Alejandra Ortega de la Pava 

Tesis de Maestría 

89 

 

5.10.1.6 10L/s 

 

 

 

 

 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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90 

 

5.10.2  Desarenador helicoidal 

5.10.2.1 0.5L/s 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Laura Alejandra Ortega de la Pava 

Tesis de Maestría 

91 

 

5.10.2.2 5L/s 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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92 

 

5.10.2.3 10L/s 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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93 

 

5.11 Resultados 

5.11.1  Porcentaje de retención de sólidos en el desarenador tipo filtros 

Tabla 20. Resultado de desarenación prototipo tipo filtros bajo 10g/s 

Caudal 
líquido 

(L/s) 

Caudal 

sólido 

(g/s) 

Concentración 

de arenas     

(g/L) 

Arenas 

retenidas en 

el 

desarenador 

(g) 

Porcentaje 

de 

desarenación 

10 

10.0 

9032 

0.90 

10 

5.0 

9008 

0.90 

10 

3.3 

8654 

0.87 

10 

2.5 

8424 

0.84 

10 

2.0 

8325 

0.83 

10 

1.7 

8071 

0.81 

10 

1.4 

7515 

0.75 

10 

1.3 

7200 

0.72 

10 

1.1 

6929 

0.69 

10 

10 

1.0 

6625 

0.66 

12 

10 

0.8 

6021 

0.60 

14 

10 

0.7 

5038 

0.50 

16 

10 

0.6 

4602 

0.46 

18 

10 

0.6 

3032 

0.30 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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94 

 

Tabla 21. Resultados de desarenación prototipo tipo filtros bajo 5g/s 

Caudal 
líquido 

(L/s) 

Caudal 

sólido 

(g/s) 

Concentración 

de arenas     

(g/L) 

Arenas 

retenidas en 

el 

desarenador 

(g) 

Porcentaje 

de 

desarenación 

0.5 

10.0 

9508 

0.951 

5.0 

9464 

0.946 

1.5 

3.3 

9404 

0.940 

2.5 

9256 

0.926 

2.5 

2.0 

9226 

0.923 

1.7 

9204 

0.920 

3.5 

1.4 

9190 

0.919 

1.3 

9184 

0.918 

4.5 

1.1 

9166 

0.917 

1.0 

9140 

0.914 

0.8 

8932 

0.893 

0.7 

8692 

0.869 

0.6 

8506 

0.851 

0.6 

8172 

0.817 

10 

0.5 

7762 

0.776 

 

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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95 

 

 

Figura 5. Eficiencia de desarenación en función del caudal de agua, prototipo tipo filtros 

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0

5

10

15

20

Ef

ici

en

cia 

(%

)

Caudal de agua (L/s)

Eficiencia de desarenación en función del caudal de 

agua

10 g/s

5 g/s

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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Tesis de Maestría 

96 

 

 

Figura 6. Eficiencia de desarenación en función de la concentración de arenas, prototipo tipo filtros 

 

 

 

 

 

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

Ef

ici

en

cia 

(%

)

Concentración de arenas (g/L)

Eficacia de desarenación en función de la 

concentración de arenas

10 g/s

5 g/s

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bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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97 

 

5.11.2  Porcentaje de retención de sólidos en el desarenador helicoidal 

Tabla 22. Resultado de desarenación prototipo tipo helicoides bajo 10g/s 

Caudal 
líquido 

(L/s) 

Caudal 

sólido 

(g/s) 

Concentración 

de arenas     

(g/L) 

Arenas 

retenidas en 

el 

desarenador 

(g) 

Porcentaje 

de 

desarenación 

10 

10.0 

8326.0 

0.83 

10 

5.0 

8210.5 

0.82 

10 

3.3 

8192.5 

0.82 

10 

2.5 

8056.0 

0.81 

10 

2.0 

8042.5 

0.80 

10 

1.7 

7978 

0.80 

10 

1.4 

7894 

0.79 

10 

1.3 

7864 

0.79 

10 

1.1 

7831 

0.78 

10 

10 

1.0 

7663 

0.77 

12 

10 

0.8 

7711 

0.77 

14 

10 

0.7 

7666 

0.77 

16 

10 

0.6 

7594 

0.76 

18 

10 

0.6 

7597 

0.76 

20 

10 

0.5 

7435 

0.74 

 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

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98 

 

Tabla 23. Resultados de desarenación prototipo tipo helicoides bajo 5g/s 

Caudal 
líquido 

(L/s) 

Caudal 

sólido 

(g/s) 

Concentración 

de arenas     

(g/L) 

Arenas 

retenidas en 

el 

desarenador 

(g) 

Porcentaje 

de 

desarenación 

0.5 

10.0 

8710 

0.871 

5.0 

8668 

0.867 

1.5 

3.3 

8650 

0.865 

2.5 

8680 

0.868 

2.5 

2.0 

8572 

0.857 

1.7 

8584 

0.858 

3.5 

1.4 

8560 

0.856 

1.3 

8488 

0.849 

4.5 

1.1 

8500 

0.850 

1.0 

8458 

0.846 

0.8 

8398 

0.840 

0.7 

8398 

0.840 

0.6 

8368 

0.837 

0.6 

8284 

0.828 

10 

0.5 

8170 

0.817 

 

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99 

 

 

Figura 7. Eficiencia de desarenación en función del caudal de agua, prototipo tipo helicoides 

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0

5

10

15

20

Ef

ici

en

cia 

(%

)

Caudal de agua (L/s)

Eficiencia de desarenación en función del caudal de 

agua

10 g/s

5 g/s

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Figura 8. Eficiencia de desarenación en función de la concentración de arenas, prototipo tipo helicoides 

5.12 Evaluación de los prototipos por criterios 

5.12.1  Tamaño mínimo de la partícula removida 

Dentro del sistema unificado de la clasificación de los suelos las arenas son aquellas partículas cuyo 
diámetro se encuentra dentro del rango de 0.05mm a 2.0mm. Sin embargo, se estima que la pérdida 
en volumen por partículas suspendidas en la escorrentía que serán almacenadas dentro del que, es 
del  orden  del  10  por  ciento  en  casos  en  donde  no  se  realizan  procesos  de  pre  tratamiento  ni 
sedimentación, lo anterior, después de 50 años de funcionamiento del sistema. Por lo anterior y 

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

Ef

ici

en

cia 

(%

)

Concentración de arenas (g/L)

Eficiencia de desarenación en función de la 

concentración de arenas

10 g/s

5 g/s

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101 

 

teniendo  en  cuenta  que  la  complejidad  y  tamaño  de  la  estructura  de  sedimentación  está 
directamente relacionada con el tamaño de la partícula a remover y el tiempo de residencia de esta 
dentro la estructura y por su puesto su velocidad de asentamiento; se esperaba que los prototipos 
de los sedimentadores lograran la remoción de partículas de 0.25mm de diámetro o superior. 

5.12.1.1 Desarenador tipo filtros 

El diseño del desarenador tipo filtros, por su sistema de mallas multinivel, prometía la retención con 
su malla más cerrada de partículas de hasta 0.1mm, superando así las expectativas. A pesar de esto, 
dentro del periodo de ensayos evidenciamos que cada una de las mallas cumplía con la función de 
retención  de  partículas  de  distintos  tamaños,  según  el  posicionamiento  de  las  mismas,  pero  en 
cierto porcentaje (determinado en mayor o menor porción por el caudal de agua que viajaba por el 
desarenador) inclusive las partículas de 0.25mm lograron pasar a través del filtro más cerrado. 

Como conclusión se puede decir que el prototipo cumple con la función de retener partículas de 
0.25mm, pero no con la misma eficiencia con la que logra retener partículas de mayor tamaño. 

5.12.1.2 Desarenador helicoidal 

El diseño  del desarenador helicoidal, en base  a la línea de  flujo del agua desde se  entrada en la 
estructura hasta la salida de la misma, indicaba que para un caudal de 5L/s las partículas de tamaño 
igual  o  superior  a  0.25mm  quedarían  retenidas  dentro  de  la  base  de  la  cámara  y  no  llegarían  al 
tanque  de  almacenamiento.  Efectivamente,  se  pudo  comprobar  que  para  caudales  menores  o 
iguales  a  5L/s  la  granulometría  de  la  mezcla  de  arenas  recuperadas  dentro  del  tanque  era 
homogénea y se  recuperaron tanto partículas finas como partículas gruesas. Por otro lado, para 
caudales mayores  a 5L/s la granulometría de  la mezcla de  arenas retenida dentro del tanque  se 
acomodaba dentro del espectro de los diámetros más finos en mayor proporción de en el espectro 
de los diámetros más gruesos. 

5.12.2  Eficiencia de desarenación 

Con cada uno de los prototipos de desarenación se consideró que una eficiencia de desarenación 
mínima del 75% era requerida para ser considerado exitoso. 

5.12.2.1 Desarenador tipo filtros 

Como  pudimos  evidenciar  en  la  Tabla  20.  Resultado  de  desarenación  prototipo  tipo  filtros  bajo 
10g/s, para un caudal sólido de 5g/s la eficiencia de desarenación máxima alcanzada fue del 95.1% 
para un caudal de 0.5L/s, la mínima alcanzada fue de 77.6L/s para un caudal de 10L/s, permitiendo 
concluir  que  para  el  rango  de  caudales  ensayado  el  desarenamos  cumple  a  satisfacción  con  la 
eficiencia mínima de desarenación del 75% que se exigía. 

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102 

 

Por  otro  lado,  según  los  datos  de  la  Tabla  21,  para  un  caudal  sólido  de  10g/s  la  eficiencia  de 
desarenación máxima alcanzada fue del 90.0% para un caudal de 1.0L/s, la mínima alcanzada fue de 
30.0L/s  para  un  caudal  de  18.0L/s;  el  cumplimiento  del  porcentaje  mínimo  de  desarenación  se 
evidenció hasta los 7.0L/s, caudales superiores a éste tendrán como respuesta una baja o muy baja 
eficiencia en la desarenación. 

5.12.2.2 Desarenador helicoidal 

Para el segundo prototipo la Tabla 23 registra que para un caudal sólido de 5g/s, la eficiencia de 
desarenación máxima alcanzada fue de 87.1% para un caudal de 0.5L/s, la mínima alcanzada fue de 
81.7%  para  un  caudal  de  10L/s,  nuevamente  se  puede  concluir  que  para  el  rango  de  caudales 
ensayado  el  desarenador  cumple  contundentemente  con  la  eficiencia  mínima  de  desarenación 
exigida. 

Asimismo, según la Tabla 22 para un caudal sólido de 10g/s, la eficiencia de desarenación máxima 
alcanzada fue de 83.0% para un caudal de 1L/s mientras que la mínima fue de 74.0% para un caudal 
de 20L/s. El cumplimiento del porcentaje mínimo de desarenación se evidenció hasta los 18.0L/s ya 
que  sólo  para  el  valor  de  caudal  máximo  ensayado,  el  cual  fue  de  20L/s  se  pudo  registrar  una 
eficiencia de desarenación menor a 75%. 

5.12.3  Versatilidad de caudales 

Establecer  un  rango  de  caudales  típico  utilizado  en  el  dimensionamiento  de  los  tanques  de 
almacenamiento de agua lluvias construidos a partir de celdas plásticas modulares, no es realmente 
posible; en principio porque,  cómo se explicó en la sección de antecedentes, las celdas plásticas 
típicamente están diseñadas para almacenar volúmenes de agua desde 150 litros hasta 200 litros 
pero con la singularidad de  que pueden ser apilables entre  sí para formar tanque  tan largos y/o 
anchos como se requiera. Asimismo, el rango de caudales para los cuales son diseñados puede variar 
ampliamente. 

Las  celdas  plásticas  modulares  que  ofrece  la  industria  colombiana  ofrece  un  único  modelo  que 
cuenta con una sola muesca de conexión para tubería de alcantarillado de doble pared estructural, 
cuyo diámetro nominal es de 160mm, a partir de este criterio y asumiendo una relación de llenado 
del 85% y pendientes menores al 2 por ciento, se estableció que el rango de caudales para el cual el 
funcionamiento de los prototipos debía ser probado era desde 0.5L/s hasta 20L/s. 

5.12.3.1 Desarenador tipo filtros 

Al analizar los resultados de desarenación, es evidente que, aunque entre los dos prototipos es el 
que alcanza el mayor porcentaje de eficiencia para los caudales bajos, solo alcanza los resultados 
exigidos  dentro  de  la  mitad  más  baja  del  rango  de  caudales  establecidos  para  los  ensayos.  Su 
versatilidad de funcionamiento se ve truncada al 50 por ciento y su eficiencia decrece rápidamente 

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103 

 

en la medida en que los caudales aumentan después de llegar al valor medio. En conclusión, es el 
prototipo funciona correctamente en conjunto con caudales bajos a medios y puede desempeñarse 
bien en proyectos del tipo residencial de baja densidad. 

5.12.3.2 Desarenador helicoidal 

A pesar de que en ninguno de los escenarios evaluados la eficiencia de desarenación superó el 90%, 
como si lo hizo el desarenador tipo filtros, la curva de eficiencia en función del caudal de prueba del 
desarenador  helicoidal  se  mostró  mucho  más  estable  y  se  mantuvo  dentro  del  porcentaje  de 
desarenación esperado tanto para los caudales bajos y medios como para los caudales altos. Por lo 
resultados obtenidos se puede inferir que el rango de funcionamiento del prototipo en mención 
podría ser mucho más amplio que lo que se alcanzó a demostrar dentro las prácticas desarrolladas. 
Podría ser necesario someterlo a pruebas con caudales mayores para confirmar esta hipótesis, pero 
de ser cierta podría instalarse en proyectos residenciales de baja y alta densidad, institucionales y 
comerciales. 

5.12.4  Operación y limpieza 

El criterio de operación y limpieza, aunque no afecta el resultado durante el proceso de evaluación 
de la eficiencia de los prototipos dentro del laboratorio, es un punto muy importante ya que aquello 
depende  que  los  valores  medidos  durante  las  pruebas  puedan  ser  aplicables  en  proyectos  de 
ingeniería. Como se mencionó durante la descripción de las actividades realizadas en las pruebas, 
con  el  fin  de  no  alterar  los  resultados  entre  pruebas  las  cámaras  fueron  desocupadas 
completamente después de cada ensayo. 

5.12.4.1 Desarenador tipo filtros 

Una de las mayores ventajas que se le puede atribuir al prototipo tipo filtros en cuanto a la operación 
y limpieza de su sistema, es que respeta la característica de la cámara de ser inspeccionable, lo cual 
es útil no solo por ser un desarenador que requiere mantenimiento, sino que dentro de cualquier 
sistema  de  alcantarillado  pluvial  contar  con  estructuras  inspeccionables  es  un  requerimiento 
fundamental. 

Otra de las ventajas evidenciadas es que da la alternativa de ser limpiada por tres formas distintas: 

  Las arenas pueden ser extraídas conectando una manguera a una bomba de lodos. 
  Se puede insertar una manguera de agua por uno de los orificios de los filtros y lavar 

manualmente la estructura posterior a la remoción de las arenas. 

  Los filtros pueden removerse para ser revisados, limpiados manualmente o con chorros de 

alta presión. 

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104 

 

 

 

Ilustración 67. Limpieza desarenador tipo filtros 

En  conclusión,  puede  hacerse  uso  de  la  tecnología y  maquinaria  disponible,  pero  en  caso  de  no 
contar con ningún tipo de instrumentación la limpieza la puede hacer una persona del común con 
herramientas simples y manuales como un balde y un palustre, no se requiere fuerza ni habilidades 
especiales. 

El volumen total de almacenamiento de sólidos de este prototipo es de 32.6 litros. 

5.12.4.2 Desarenador helicoidal 

Para alcanzar la alta eficiencia de desarenación que demostró tener este prototipo, fue necesaria la 
construcción de una estructura compleja dentro de todo el cuerpo de la cámara y no dejó espacio 
disponible para el ingreso de una persona a la cámara para inspeccionarla. Por la estructura de su 
diseño exige que la limpieza y remoción de todos los sólidos retenidos se realice utilizando un vactor 
que ingrese su manguera de succión por el ducto central de la estructura y succione tanto los sólidos 
como los lodos que albergue la base de la cámara. 

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Ilustración 68. Limpieza desarenador helicoidal 

El volumen total de almacenamiento de sólidos de este prototipo es de 137 litros. 

 

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106 

 

6  CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

El desarrollo de las nuevas ciudades, el incremento incesante de poblaciones migrando de forma 
masiva cada vez más y en menor tiempo hacia las ciudades, y la inmensa permeabilización de zonas 
verdes como resultado de las nuevas urbanizaciones han alterado el ciclo del agua en sus etapas de 
evapotranspiración  e  infiltración  natural  y  han  influido  significativamente  en  el  incremento  de 
escorrentía en los suelos de las ciudades. Asimismo, las redes de alcantarillado pluvial existentes, 
no  fueron  diseñadas  para  amortiguar  tales  impactos  y  están  siendo  rápidamente  colapsadas, 
generando  inundaciones,  incremento  en  los  caudales  de  entrada  por  conexiones  erradas  en  los 
alcantarillados sanitarios, riesgo a los ciudadanos en términos de salubridad, seguridad vial, etc. 

Los  sistemas  urbanos  de  drenaje  sostenibles  con  estructuras  hidráulicas  de  apoyo  a  los 
alcantarillados  pluviales  urbanos,  en  su  variedad  de  tipologías  pueden  ser  adaptados  según  la 
necesidad del sitio: infiltración, retención o retardo; se pueden seleccionar según las limitaciones 
de espacio, nivel freático, condiciones hidrológicas, intensión de recreación o paisajismo, etc. Entre 
los más antiguos y utilizados se encuentra el tanque de almacenamiento de agua lluvia, que, en su 
propuesta  más  reciente,  se  construyen  a  partir  de  celdas  plásticas  modulares  ya  que,  por  su 
flexibilidad geométrica, vida útil, facilidad de instalación y discreción entran dentro de la categoría 
SuDS. 

Por otro lado, el incremento en los volúmenes de escorrentía, aumenta a su vez, la erosión en los 
suelos tanto naturales como artificiales de ciertos tipos (granulares, adoquines, etc.) y sumando los 
sedimentos arrastrados a lo largo de las vías como: arenas, hojas, residuos de construcción, basuras, 
etc.  Los  tanques  de  almacenamiento  tipo  celdas  plásticas  modulares,  por  sus  características 
constructivas,  no  permiten  la  inspección,  limpieza  ni  mantenimiento  interno  y  es  imperativo 
prevenir  el  ingreso  de  residuos  sólidos  de  todo  tipo  y  tamaño.  Para  lograr  lo  anterior  se  deben 
acompañar de estructuras de desarenación.  

En varios países, especialmente en países europeos, quienes son los líderes en la tecnología SuDS, 
han  emergido  empresas  con  propuestas  innovadoras  en  tanques  de  desarenación;  el  común 
denominador  es  la  búsqueda  de  elementos  altamente  eficientes,  costo-efectivos,  que  requieran 
poco mantenimiento, ligeros, de materiales plásticos y con una larga vida útil. 

Conocer  la  eficiencia  de  desarenación  de  un  tanque  sedimentador  es  fundamental  en  el  diseño 
integral  de  un  sistema  de  amortiguación  de  caudales  de  aguas  lluvias  con  tanque  de 
almacenamiento  tipo  celdas  plásticas  modulares,  tal  información  permite  dar  garantía  del 
funcionamiento del proyecto a largo plazo, estimar el número de desarenadores requeridos según 
los caudales de diseño y sustentar el proyecto delante de las autoridades ambientales para darle 
viabilidad. 

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La información disponible en la literatura acerca de los sólidos suspendidos en el agua de escorrentía 
es muy poca, parecer ser un área investigación poco explorada y de difícil caracterización pues los 
estudios encontrados difieren significativamente en sus resultados; lo que permite concluir que la 
localización  geográfica  así  como  la  hidrología  típica  de  la  zona,  el  uso  del  suelo  e  inclusive  las 
culturas, son factores influyentes en el tipo, tamaño y concentración del material transportado por 
el agua lluvia. 

Cada  uno  de  los  dos  prototipos  construidos  es  distinto  no  solo  en  concepto,  principios  físicos  e 
hidráulicos  de  funcionamiento,  operación  sino  también  en  eficiencia  y  utilidad  como  estructura 
complementaria a tanques de almacenamiento tipos celdas plásticas modulares. 

El  desarenador  tipo  filtros,  construido  a  partir  de  láminas  de  acrílico,  adhesivo  epóxico  y  mallas 
metálicas, mostró que su proceso productivo no es complejo; sus piezas pueden ser prefabricadas 
y cortadas en serie para luego ser cementadas manualmente. Otra opción, teniendo en cuenta que 
es una sola pieza, es optar por la fabricación de un molde para inyección o inclusive roto moldeo 
que acorte los tiempos de producción y reduzca los desperdicios de material. Se recomienda que el 
material de las mallas sea reemplazado por algún tipo de acero inoxidable o mallas plásticas que 
eviten la oxidación de los filtros, ya que esta fue evidente aun cuando el periodo de realización de 
las pruebas no supero las 5 semanas de funcionamiento. 

El prototipo de desarenador tipo filtros permite la retención de arenas finas y de diámetro medio, 
lo cual da cumplimiento al criterio bajo el cual fue diseñado, sin embargo, si pensamos en la gran 
variedad de solidos que pueden ser transportados por el alcantarillado pluvial, tales como basuras, 
residuos de construcción, aceites, etc., se pone en tela de juicio la funcionalidad de la estructura ya 
que el volumen de almacenamiento de sólidos del desarenador es de tan solo 37 litros y la única 
salida  que  tiene  el  agua  es  por  rebose,  entonces,  el  flujo  de  agua  lluvia  podría  verse  represado 
dentro de la cámara y eso alteraría el diseño de la red y se podrían generar problemas aguas arriba. 

El desarenador helicoidal fue construido a partir de láminas y tubos de PVC, el ensamble se hizo con 
tornillos metálicos y silicona fría. El proceso de construcción es complejo y toma mucho tiempo. La 
construcción  del  prototipo,  por  ser  el  primero  y  haberse  realizado  de  forma  artesanal  tomó 
alrededor  de  7  meses.  Esos  tiempos  pueden  ser  reducidos  significativamente  una  vez  de 
estandaricen los moldes y el corte de cada una de las piezas, pero el ensamble, por tratarse de una 
estructura de  varias piezas empatadas en un orden específico se tendría se  seguir realizando de 
manera manual. 

El desarenador helicoidal, demostró alta eficiencia en la remoción de arenas finas, medias y gruesas. 
Adicionalmente, a pesar de no ser probado para lo mismo, con tan solo observar el diseño, se ve 
que cuenta en la parte superior de la cámara con una rejilla que impide el paso de sólidos de gran 
tamaño, como basuras y hojas, al interior de la estructura, y como es en la sección más alta de la 

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cámara, estos pueden ser removidos fácilmente de forma manual con tan solo levantar la tapa que 
descansa sobre el cono de la cámara. 

El  desarenador  tipo  filtros  alcanza  valores  de  eficiencia  mayores  para  caudales  bajos  en 
comparación con el desarenador helicoidal, pero su eficiencia cae rápidamente cuando es puesto a 
prueba con caudales altos. Por otro lado, la eficiencia de desarenación del desarenador helicoidal 
es estable en todo el rango de caudales probados, es decir que su rango de variación es estrecho. 

Ambos  diseños  son  innovadores,  no  son  nada  similares  a  los  encontrados  actualmente  en  la 
industria  y  descritos  en  el  presente  documento,  cumplen  con  una  eficiencia  de  desarenación 
superior al 75% para caudales medios y bajos y podrían ser desarrollados por manufactureras del 
gremio  de  tubosistemas  y  soluciones  para  sistemas  de  drenaje  urbano  sostenible  dándoles 
aplicación en proyectos pequeños como escuelas, instituciones de pequeñas áreas, residenciales de 
baja densidad y comerciales siempre y cuando se verifiquen los aportes de aguas lluvias de las áreas 
aferentes al proyecto. 

Establecer la frecuencia de limpieza y/o mantenimiento del sistema no es posible debido a que no 
existe  una  caracterización  de  la  concentración  de  arenas  en  la  escorrentía  y  como  se  mencionó 
anteriormente esto depende mucho de las características del proyecto. La recomendación es que, 
durante los primeros tres meses posteriores a la instalación de cualquiera de los desarenadores, se 
haga una inspección semanal y también después de cada evento de lluvia del desarenador y se lleve 
una  bitácora  de  los  niveles  de  arenas  encontrados,  tanto  en  altura  acumulada  como  en 
caracterización cualitativa. El personal encargado de la operación del sistema que se espera sea el 
mismo de la administración del inmueble, debe establecer la periodicidad del mantenimiento que 
requiere la estructura según la información recolectada. 

Finalmente,  a  pesar  que  se  encontraron  muy  buenos  resultados  en  cuanto  al  porcentaje  de 
eficiencia,  se  cree  que  estos  podrían  ser  más  altos  una  vez  se  logren  producir  los  prototipos 
industrialmente  pues  se  minimizarán  los  riesgos  de  fugas  por  el  empate  incorrecto  de  piezas, 
manipulación excesiva de los elementos, etc. 

 

 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Estudio de la eficiencia de dos desarenadores para cámaras de inspección 
bajo distintas condiciones hidráulicas y de carga de sedimentos. 

ICYA 4217 

 

 

Laura Alejandra Ortega de la Pava 

Tesis de Maestría 

113 

 

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