Estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en

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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 
2018 
Estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en Estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en 
desarenadores de flujo horizontal construidos respecto a teorías desarenadores de flujo horizontal construidos respecto a teorías 
de diseño de diseño 
Jenny Paola Sanchez Gutierrez 
Universidad de La Salle, Bogotá 
Leidy Katherin Jerez Rativa 
Universidad de La Salle, Bogotá 
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Sanchez Gutierrez, J. P., & Jerez Rativa, L. K. (2018). Estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción 
de arenas en desarenadores de flujo horizontal construidos respecto a teorías de diseño. Retrieved from 
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ESTUDIO DEL PORCENTAJE DE EFICIENCIA DE LA REMOCIÓN DE ARENAS 
EN DESARENADORES DE FLUJO HORIZONTAL CONSTRUIDOS RESPECTO A 
TEORÍAS DE DISEÑO. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
JENNY PAOLA SANCHEZ GUTIERREZ 
LEIDY KATHERIN JEREZ RATIVA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERIA 
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL 
BOGOTÁ D.C. 2018 
 
 
Estudio del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en desarenadores de flujo 
horizontal construidos respecto a teorías de diseño. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Jenny Paola Sánchez Gutiérrez 
Leidy Katherin Jerez Rátiva 
 
 
 
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar el título de ingeniera 
civil. 
 
 
 
Director temático 
Ing. Edder Alexander Velandia Duran 
MSc. Ing. Civil, MSc. Ing Industrial, Diploma en Liderazgo y Gobierno 
 
 
 
 
 
 
Universidad de la Salle 
Facultad de ingeniería 
Programa de ingeniería civil 
 Bogotá D.C. 2018 
 
 
Agradecimientos 
Los autores expresan sus agradecimientos a: 
 Nuestro director EDDER ALEXANDER VELANDIA DURÁN por la gran 
dedicación y colaboración tanto en el paso a paso del proyecto de investigación y 
elaboración del documento como a la formación académica recibida. 
 De la misma manera queremos agradecer a los docentes que hicieron parte del 
proceso de formación personal y profesional; especialmente a los ingenieros, Maria 
Alejandra Caicedo, Luis Ayala, Alejandro Franco, Sofía Figueroa, Sandra Uribe, e.t.c, los 
cuales influenciaron a fortalecer conocimientos y valores de manera representativa. 
Agradecemos a los laboratoristas los cuales facilitaron el proceso de esta investigacion, 
especialmente a Jesus Efren Martin ya que su colaboracion y dispocision fue indispensable 
en este proceso. 
Finalmente agradecemos a todas aquellas personas que colaboraron con el desarrollo de 
este proyecto y a la UNIVERSIDAD DE LA SALLE por inculcar durante la formacion 
profesional principios, valores y deberes con capacidad para servir a la sociedad. 
 
 
 
 
 
 
 
Dedicatoria 
A Dios, por guiar mi camino, por brindarme salud, sabiduría y dedicación para poder 
llegar a cumplir mis sueños y metas. 
A mis padres Gustavo Sánchez y Luz Gutiérrez por el amor y apoyo incondicional, por 
ser mi motivación a diario, por acompañarme y orientarme en cada decisión tomada, por lo 
valores y educación que me inculcaron en cada etapa de mi formación. 
A mi abuela Lilia González por su amor incondicional, por su apoyo, por sus cuidados y 
por brindarme confianza y esperanza. 
A mi novio por acompañarme en esta etapa tan importante en mi vida, por aconsejarme 
y apoyarme en los momentos de dificultad. 
A la memoria de mi tía Pilar Gutiérrez, quien me demostró que siempre se debe luchar y 
persistir por lo que se sueña. 
Finalmente, a mí Familia quienes han estado incondicionalmente, este logro es también 
de ellos. 
 
 
Jenny Paola Sánchez G. 
 
 
 
Dedicatoria 
Toda la gloria sea para Dios, por la fortaleza y guía para continuar. 
A mi madre Gloria Rátiva por enseñarme que jamás se debe desfallecer, por sus 
consejos y miles de sacrificios para cumplir cada uno de mis sueños. 
A mi Padre José Jerez por ser mi polo a tierra y mi mayor consentidor. 
A mis hermanos Iván y Jhonatan por enseñarme el verdadero significado del amor, 
lealtad y hermandad. 
A mi prima Angie Sierra por su inmensa compresión, lealtad y conexión durante cada 
etapa de mi vida. 
A mi compañero de vida David Pantoja por sus consejos en los buenos y malos 
momentos, creer en mí y ser un ejemplo. 
Finalmente, miro hacia el cielo para dedicarle este logro a mi hermano, mi ángel, que 
cada paso que doy es en honor a él, buscando llenar de orgullo su memoria. 
 
 
 
 
Leidy Katherin Jerez Rátiva. 
 
 
 
Tabla de contenido 
Descripción del problema ................................................................................................ 18 
Formulación del problema ........................................................................................... 20 
Objetivos .......................................................................................................................... 20 
Objetivo general ........................................................................................................... 20 
Objetivos específicos ................................................................................................... 20 
Justificación...................................................................................................................... 21 
Delimitación ..................................................................................................................... 23 
Marco de referencia.......................................................................................................... 23 
Antecedentes (estado del arte) ..................................................................................... 23 
Marco legal................................................................................................................... 26 
Marco teórico ............................................................................................................... 28 
Tipos de desarenador................................................................................................ 30 
Clasificación de los desarenadores........................................................................... 33 
Partes de un desarenador .......................................................................................... 35 
Calidad del agua ....................................................................................................... 38 
Metodologías de diseño de desarenadores ............................................................... 40 
Metodología de Campo .................................................................................................. 117 
Diagnóstico ................................................................................................................ 117 
Toma de muestras en campo...................................................................................... 117 
Metodología aplicada en el laboratorio para el ensayo de solidos suspendidos totales.
 ........................................................................................................................................ 120 
Materiales utilizados en la práctica de sólidos suspendidos totales ....................... 120 
Procedimiento para la práctica de sólidos suspendidos totales .............................. 121 
Descripción de desarenadores .................................................................................... 123 
Fusagasugá ............................................................................................................. 123 
Melgar .................................................................................................................... 126 
Carmen de Apicalá ................................................................................................. 128 
Girardot .................................................................................................................. 131 
Mesitas del Colegio ................................................................................................ 133 
Flandes ................................................................................................................... 136 
Guamo .................................................................................................................... 139 
Alvarado ................................................................................................................. 141 
Facatativá ............................................................................................................... 143 
Ventaquemada ........................................................................................................ 146 
Resultados y análisis de resultados ................................................................................ 149 
Desarenador de Fusagasugá ....................................................................................... 150 
Desarenador de Melgar .............................................................................................. 152 
Desarenador de Carmen de Apicalá ........................................................................... 154 
Desarenador de Girardot ............................................................................................ 156 
Desarenador de Mesitas del colegio ........................................................................... 158 
Desarenador de Flandes ............................................................................................. 159 
Desarenador de Guamo .............................................................................................. 161 
Desarenador de Alvarado ........................................................................................... 163 
Desarenador de Facatativá ......................................................................................... 164 
Desarenador de Ventaquemada .................................................................................. 166 
Metodología Cualla (1995) ........................................................................................ 169 
Cálculo de porcentaje de remoción real ................................................................. 170 
Cálculo de porcentaje de remoción teórico ............................................................ 170 
Metodología Muñoz A.H (2015) ............................................................................... 176 
Metodología Romero Corcho (1993) ......................................................................... 179 
Metodología Muñoz H. M. (1997) ............................................................................. 183 
Metodología Mijares (1961) ...................................................................................... 185 
Conclusiones .................................................................................................................. 192 
Recomendaciones ........................................................................................................... 195 
Bibliografía ..................................................................... ¡Error! Marcador no definido. 
 
 
 
 
Contenido de figuras 
Figura 1.Desarenadores de flujo horizontal .......................................................................... 20 
Figura 2. Problemas de turbiedad, acumulación de lodos, colmatación en desarenadores. . 21 
Figura 3. Esquema de un acueducto ..................................................................................... 28 
Figura 4. Esquema de un desarenador de flujo vertical ........................................................ 31 
Figura 5. Esquema de un desarenador de alta rata ................................................................ 31 
Figura 6.Esquema de un desarenador de vórtice .................................................................. 32 
Figura 7. Esquema de un desarenador de flujo horizontal .................................................... 33 
Figura 8. Corte de un desarenador ........................................................................................ 36 
Figura 9.Trayectoria de sedimentación de una partícula discreta. ........................................ 45 
Figura 10 .Velocidades de asentamiento y elevación de partículas esféricas discretas en un 
fluido estático de acuerdo con el peso específico relativo de la partícula, la viscosidad 
cinemática y la gravedad. .............................................................................................. 47 
Figura 11. Velocidades de asentamiento y elevación de partículas esféricas discretas en 
aguas estática a 10°c. .................................................................................................... 48 
Figura 12. Planta de un desarenador ..................................................................................... 51 
Figura 13 .Corte Longitudinal, Desarenador ........................................................................ 51 
Figura 14.Zonificación de un Desarenador ........................................................................... 51 
Figura 15.Coeficiente de seguridad ...................................................................................... 57 
Figura 16.Desarenador convencional para PCH ................................................................... 61 
Figura 17.Diámetro del grano y tiempos de sedimentación en un desarenador ................... 62 
Figura 18. Dimensiones finales del desarenador .................................................................. 63 
Figura 19. Porcentaje de remoción vs. Valores de a/t. ......................................................... 67 
Figura 20. Sección transversal de dos desarenadores, con avenamiento. ............................. 71 
Figura 21.Desarenador de flujo horizontal Fuente: Muñoz A. H (2015), depuración de 
aguas residuales, pág.. 344 ............................................................................................ 75 
Figura 22. Número de reynolds y coeficiente de rozamiento. .............................................. 77 
Figura 23. Velocidad de sedimentación de partículas esféricas. .......................................... 78 
Figura 24. Croquis de velocidades ........................................................................................ 80 
Figura 25. Croquis de velocidades ........................................................................................ 80 
Figura 26. Curvas de Hazen .................................................................................................. 81 
Figura 27. Desarenador Quebrada Romerales primer plano ................................................. 92 
Figura 28. Experienciade Serellio. ....................................................................................... 95 
Figura 29. Velocidad de sedimentación de granos de arena en agua. .................................. 97 
Figura 30.Dimensiones para un tanque ................................................................................. 97 
Figura 31. Esquema de un decantador ................................................................................ 101 
Figura 32.Periodo de detención para diferentes profundidades y cargas superficiales. ..... 104 
Figura 33.Velocidad horizontal para diferente relación longitud, profundidad de la zona de 
sedimentación. ............................................................................................................ 106 
Figura 34. Esquema de un desarenador .............................................................................. 110 
Figura 35. Turbidímetro Hanna hi 93703 ........................................................................... 118 
Figura 36 .Multiparámetro Hanna hi 991301 ..................................................................... 119 
Figura 37. Montaje para SST .............................................................................................. 121 
Figura 38.Capsulas en la estufa y en el desecador. ............................................................. 122 
Figura 39.Papel de filtro, en el embudo .............................................................................. 122 
Figura 40.Muestras con residuos ........................................................................................ 123 
Figura 41.Mapa Veredal de Municipio Fusagasugá. .......................................................... 124 
Figura 42. Desarenador de Fusagasugá .............................................................................. 124 
Figura 43. Dimensiones desarenador Fusagasugá .............................................................. 125 
Figura 44.Mapa Veredal de Melgar. ................................................................................... 126 
Figura 45.Desarenador de Melgar ...................................................................................... 127 
Figura 46.Desarenador de Melgar ...................................................................................... 127 
Figura 47. Dimensiones desarenador melgar ...................................................................... 128 
Figura 48.Mapa Carmen de Apicalá ................................................................................... 129 
Figura 49.Desarenador de Carmen de Apicalá ................................................................... 130 
Figura 50. Dimensiones desarenador Carmen de Apicalá. ................................................. 130 
Figura 51.Ubicacion ciudad de Girardot ............................................................................. 131 
Figura 52.Desarenador de Girardot .................................................................................... 132 
Figura 53. Desarenador de Girardot ................................................................................... 133 
Figura 54. Dimensiones desarenador de Girardot .............................................................. 133 
Figura 55. Mapa localización de Mesitas del colegio. ........................................................ 134 
Figura 56.Desarenador de Mesitas del Colegio .................................................................. 135 
Figura 57. Dimensiones desarenador de Mesitas del Colegio. ........................................... 136 
Figura 58. Mapa veredal de Flandes ................................................................................... 137 
Figura 59. Desarenador de Flandes ..................................................................................... 138 
Figura 60. Desarenador de Flandes. .................................................................................... 138 
Figura 61. Dimensiones desarenador Flandes. ................................................................... 139 
Figura 62. Mapa veredal municipio de Guamo. ................................................................. 139 
Figura 63. Desarenador del Guamo .................................................................................... 140 
Figura 64. Desarenador de Guamo ..................................................................................... 140 
Figura 65. Plano desarenador del Guamo. .......................................................................... 141 
Figura 66.Mapa municipio de Alvarado. ............................................................................ 142 
Figura 67. Desarenador de Alvarado .................................................................................. 142 
Figura 68. Dimensiones desarenador Alvarado. ................................................................. 143 
Figura 69.Mapa Veredal de Municipio Facatativá. ............................................................ 144 
Figura 70. Desarenador de Facatativá ................................................................................. 145 
Figura 71. Dimensiones desarenador Facatativá ................................................................ 146 
Figura 72. Mapa Veredal de municipio Ventaquemada. .................................................... 147 
Figura 73. Desarenador de Ventaquemada ......................................................................... 148 
Figura 74. Dimensiones desarenador Ventaquemada. ........................................................ 148 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Contenido de tablas 
Tabla 1. Número de Hazen (Vs/Vo) ..................................................................................... 18 
Tabla 2. Establecimiento del régimen de sedimentación para depósitos de arena en agua, de 
manera simplificada. ..................................................................................................... 48 
Tabla 3. Relación entre diámetro de las partículas y velocidad de sedimentación. .............. 53 
Tabla 4. Información usual para el diseño de desarenadores de flujo horizontal. ................ 64 
Tabla 5. Para temperatura de 10°C ....................................................................................... 67 
Tabla 6. Tipos de tanques ..................................................................................................... 68 
Tabla 7. Velocidad de caída de partículas esféricas. ............................................................ 79 
Tabla 8. Datos de proyecto representativos para desarenadores de flujo horizontal ............ 86 
Tabla 9. Datos usuales para el diseño de desarenadores de flujo horizontal. ....................... 87 
Tabla 10 Diámetro de partículas en función de la altura de caída ........................................ 94 
Tabla 11 Diámetro de partículas en función con el tipo de turbina. .................................... 94 
Tabla 12 Velocidades de sedimentación w calculado por Arkhangelski (1935) en función 
del diámetro de partículas ............................................................................................. 95 
Tabla 13 Valores de la constante k ....................................................................................... 96 
Tabla 14 Coeficiente para el cálculo de desarenadores de baja velocidad. .......................... 99 
Tabla 15. Coeficiente para el cálculo de desarenadores de alta velocidad ......................... 100 
Tabla 16. Porcentaje de área adicional de sedimentación que debe proveerse ................... 107 
Tabla 17. Clasificación de materiales en suspensión según su tamaño .............................. 108 
Tabla 18. Valores de a/t ...................................................................................................... 112 
Tabla 19. Resumen dimensionesde los desarenadores. ..................................................... 149 
Tabla 20 Resultados de Turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 150 
Tabla 21. Resultados de turbiedad, pH, temperatura a la salida ......................................... 150 
Tabla 22. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 151 
Tabla 23. Resultados SST a salida ...................................................................................... 151 
Tabla 24. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la entrada .................................... 152 
Tabla 25. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la salida ....................................... 152 
Tabla 26. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 153 
Tabla 27. Resultados SST a la salida .................................................................................. 154 
Tabla 28. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la entrada .................................... 154 
Tabla 29. Resultados de turbiedad, pH, temperatura., a la salida ....................................... 155 
Tabla 30. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 155 
Tabla 31. Resultados SST a la salida .................................................................................. 155 
Tabla 32. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 156 
Tabla 33. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 156 
Tabla 34. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 157 
Tabla 35. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 157 
Tabla 36. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 158 
Tabla 37. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 158 
Tabla 38. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 159 
Tabla 39. Resultados SST a la salida .................................................................................. 159 
Tabla 40. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 160 
Tabla 41. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 160 
Tabla 42. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 160 
Tabla 43. Resultados SST a la salida .................................................................................. 161 
Tabla 44. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 161 
Tabla 45. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 162 
Tabla 46. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 162 
Tabla 47. Resultados SST a la salida .................................................................................. 162 
Tabla 48. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 163 
Tabla 49. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 163 
Tabla 50. Resultados SST a la entrada. .............................................................................. 164 
Tabla 51. Resultados SST a la salida .................................................................................. 164 
Tabla 52. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 165 
Tabla 53. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 165 
Tabla 54. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 165 
Tabla 55. Resultados SST a la salida .................................................................................. 166 
Tabla 56. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la entrada ..................................... 166 
Tabla 57. Resultados de turbiedad, pH, temperatura, a la salida ........................................ 167 
Tabla 58. Resultados SST a la entrada ............................................................................... 167 
Tabla 59. Resultados SST a la salida .................................................................................. 167 
Tabla 60. Resumen de resultados para todos los desarenadores ......................................... 169 
Tabla 61. Tiempo de retención ........................................................................................... 170 
Tabla 62. Viscosidad cinemática del agua .......................................................................... 171 
Tabla 63. Tiempo de sedimentación. .................................................................................. 172 
Tabla 64. Resultados de periodo de retención. ................................................................... 172 
Tabla 65. Porcentajes de remoción proyectados. ................................................................ 173 
Tabla 66. Porcentajes de remoción según ecuación de Jorge Sáenz ................................. 174 
Tabla 67. Comparación teórica vs. real .............................................................................. 174 
Tabla 68. Velocidad de sedimentación. .............................................................................. 177 
Tabla 69. Tasa de tratamiento. ............................................................................................ 177 
Tabla 70. Rendimiento, n. ................................................................................................... 178 
Tabla 71. Comparación porcentaje teórico vs. real. ........................................................... 178 
Tabla 72. Velocidades de sedimentación. ........................................................................... 180 
Tabla 73. Condiciones de deflectores. ................................................................................ 181 
Tabla 74. Velocidad de sedimentación final ....................................................................... 181 
Tabla 75. Capacidad teórica. ............................................................................................... 182 
Tabla 76. Comparación de volúmenes. ............................................................................... 182 
Tabla 77. Tiempos de sedimentación. ................................................................................ 183 
Tabla 78. Condiciones de diseño ........................................................................................ 184 
Tabla 79. Periodos de retención teóricos ............................................................................ 187 
Tabla 80. Periodo de retención real. .................................................................................. 188 
Tabla 81. Comparación periodos de retención teórico vs. real. .......................................... 190 
Tabla 82. Resumen metodologías de autores. ..................................................................... 191 
 
 
 
 
 
 
17 
 
Introducción 
Existen en la literatura diferentes criterios de diseño para la construcción de estructuras 
hidráulicas como lo son desarenadores, para realizar el diseño de un desarenador de flujo 
horizontal existe una variedad de autores los cuales aplican una metodología diferente 
En Colombia se generó una tendencia a seguir la metodología de diseño del autor Cualla 
(1995) en la cual se asume el porcentaje de remocióncon base a unos datos ya establecidos; 
estos valores se han buscado con el fin de encontrar un soporte que valide los datos 
propuestos, pero no hay validación, por lo que hoy al hacer el diseño para un desarenador 
de flujo horizontal se presentan una serie de suposiciones que pueden generar ineficiencias. 
Este proyecto buscó realizar un estudio acerca del porcentaje de eficiencia de la 
remoción de arenas en desarenadores de flujo horizontal realizando visitas técnicas a diez 
desarenadores con diferentes tamaños y condiciones, ubicados en los departamentos de 
Boyacá, Cundinamarca y Tolima. Se realizó el diagnostico de cada uno de ellos y se 
emplearon unos estudios de características del porcentaje de remoción y eficiencia tales 
como la turbiedad del agua, los sólidos suspendidos totales y parámetros como pH y 
temperatura, estas pruebas se aplicaron mediante muestras para realizar una comparación 
del porcentaje de remoción adquirido en campo y el porcentaje de remoción teórico, 
Llegando así a una recomendación de cuál es la mejor opción de diseño. 
Se encontró que las condiciones de mantenimiento influyen directamente en la eficiencia 
del desarenador, al realizar una comparación entre el porcentaje de remoción obtenido en 
campo y el teórico hallado con las condiciones de cada desarenador visitado, no hay 
relación entre los porcentajes lo cual indica que los desarenadores no están en condiciones 
óptimas cuando se encuentran en operación. 
18 
 
Descripción del problema 
 
Existen en la literatura diferentes criterios de diseño para la construcción de estructuras 
hidráulicas como lo son desarenadores, para realizar el diseño de un desarenador de flujo 
horizontal existe una variedad de autores los cuales aplican una metodología diferente en 
cada uno de los casos, algunos autores en específico hablan del tiempo de retención 
hidráulico, velocidad de sedimentación, tiempo de suspensión de la partícula entre otros 
aspectos. Así mismo emplean diversas metodologías con base a esas características para 
hallar la eficiencia de un desarenador de flujo horizontal. 
En Colombia, una metodología de diseño ampliamente usada es la propuesta por el autor 
Cualla (1995), en la cual se asume el porcentaje de remoción con base a unos datos ya 
establecidos. Estos valores se han buscado mediante una revisión del estado del arte con el 
fin de encontrar un soporte que valide los datos propuestos, pero no se encontró tal 
validación. La tabla 1 muestra la relación entre el porcentaje de remoción y las condiciones 
de la pantalla deflectora (grado del desarenador) para hallar el valor de θ según el autor. 
 
Tabla 1. 
Número de Hazen (Vs/Vo) 
 
 
 
 
 
Fuente: Cualla, 1995, Elementos de diseño para acueductos y alcantarillado, p.191 
 
 
 
 
% Remoción 
87,5 80 75 70 65 60 55 50 
n=1 7,00 4,00 3,00 2,30 1,80 1,50 1,30 1,00 
n=3 2,75 1,66 0,76 
n=4 2,37 1,52 0,73 
Máximo teórico 0,88 0,75 0,50 
19 
 
De esta metodología, se observa que en la tabla no se encuentran todos los valores, por 
lo tanto, el diseñador puede estar asumiendo y continúa con el diseño de la estructura 
alterando la metodología descrita por el autor. 
Al encontrar una variedad de desarenadores de flujo horizontal con diferentes tamaños, 
secciones, con o sin pantallas deflectoras, diferente calidad de agua y condiciones externas 
como se muestra en la figura 1, se busca determinar por medio de ensayos y características, 
que los prototipos diseñados cumplan y estén más cerca de los valores establecidos según la 
tabla 1, para lo cual se realizaron pruebas de campo en las que se evaluaron diez 
desarenadores de flujo horizontal donde se midió el porcentaje de remoción de arenas real 
en campo junto con la eficiencia y se comparó con la eficiencia teórica descrita por 
algunos autores y con el autor principal. 
 
 
 
 
 
 
20 
 
 
Figura 1.Desarenadores de flujo horizontal 
Con el fin de garantizar un diseño que sea eficiente en operación, fue necesario revisar el 
estado de arte de los desarenadores , donde se encontró 21 metodologías en las cuales los 
autores aplican diferentes métodos de diseño, fue necesario realizar las muestras necesarias 
y así comprobar si efectivamente el desarenador cumple con lo propuesto por los autores 
cuando se encuentra en operación y así poder llegar a una claridad conceptual de cuál es la 
metodología más conveniente. 
 
Formulación del problema 
¿Cuál es el porcentaje de eficiencia de remoción de arenas en los desarenadores 
de flujo horizontal en campo validados respecto a diferentes criterios de diseño? 
Objetivos 
Objetivo general 
Realizar un estudio acerca del porcentaje de eficiencia de la remoción de arenas en 
desarenadores de flujo horizontal construidos respecto a teorías de diseño. 
 
Objetivos específicos 
Realizar una revisión del estado del arte de diseño de desarenadores de flujo 
horizontal. 
Ejecutar un diagnóstico de diez desarenadores de flujo horizontal en municipios 
de Colombia localizados en los departamentos de Cundinamarca, Boyacá y Tolima. 
21 
 
Comparar la eficiencia teórica respecto a la eficiencia real en los desarenadores 
de flujo horizontal en operación objeto de estudio. 
Presentar una recomendación de diseño con base en los resultados obtenidos 
evaluando los criterios ya establecidos por los autores. 
Justificación 
Un desarenador es una estructura hidráulica importante en un acueducto, debido a que 
esta estructura es la encargada de remover las arenas que vienen en el agua cruda. Su 
función principal es retirar la arena y otros elementos sólidos o flotantes que viene en el 
agua, proceso en el cual se disminuye la turbiedad del agua como se muestra en la figura 2, 
la cual es fundamental en el proceso de sedimentación de partículas. 
 
 
 
Figura 2. Problemas de turbiedad, acumulación de lodos, colmatación en desarenadores. 
Fuente: http://evaporadoresindustriales.grupovento.com/depuracion-de-aguas-residuales-urbanas/ 
22 
 
 
Este proceso es muy importante debido a que, por medio de la sedimentación y 
remoción de arenas, en función de esto, los procesos en la planta de tratamiento serán más 
fáciles o de lo contrario más complicados, ya que se puede formar colmatación en las 
tuberías de aducción debido a la acumulación de solidos gruesos, al aumentar la cantidad de 
partículas no removidas sería necesario realizar mayores requerimientos de lavado de las 
estructuras en la planta de tratamiento, por lo que esto llevaría a ineficiencias en los 
procesos de tratamiento de la planta. Por lo que se generaría un sobrecosto en el suministro 
de químicos y así aumentaría el número de lavados de filtros y por lo tanto se generaría una 
reducción en el rendimiento óptimo de la planta. 
 
Este proyecto buscó determinar cuál efectivamente es el mejor criterio o conjunto de 
criterios para el diseño y construcción de desarenadores de flujo horizontal en cuanto a la 
eficiencia de remoción de arenas y reducción de la turbiedad. Para esto se propuso una 
revisión en la literatura donde se encontró que existen diferentes autores los cuales aplican 
diferentes parámetros y metodologías de diseño para la construcción de desarenadores de 
flujo horizontal. Se encontró que en Colombia se utiliza como guía principal la 
metodología planteada por el autor Cualla (1995) al revisar y comparar se evidencia que 
hay una diferencia entre las ecuaciones y características en las metodologías de diseño para 
desarenadores de flujo horizontal, debido a esto se busca llegar a una claridad conceptual al 
momento de diseñar un desarenador de flujo horizontal. 
 
23 
 
Delimitación 
Se midió la eficiencia en campo en función de parámetros como la turbiedad del agua, 
solidos suspendidos y adicionalmente se tomaron lecturas de pH y temperatura, estos 
parámetros se aplicaron a diez desarenadores deflujo horizontal en municipios de 
Colombia, en el departamento de Boyacá (Ventaquemada), en el Departamento de 
Cundinamarca (Facatativá, Fusagasugá, Girardot, Mesitas del Colegio), en el Departamento 
de Tolima (Carmen de Apicalá, Melgar, Flandes, Guamo y Alvarado). 
Se buscó que las diez estructuras a evaluar tuvieran diferentes dimensiones, estrategias 
operacionales, caudales, calidad de agua cruda y estar ubicadas en zonas de diferentes 
altitudes y condiciones climáticas. 
Los parámetros de calidad del agua se tomaron en campo inmediatamente después de 
recoger la muestra, mientras que el ensayo de sólidos suspendidos totales se realizó en los 
laboratorios de ingeniería ambiental y sanitaria de la Universidad de la Salle. Las muestras 
de agua se recogieron en botellas ámbar de 1 litro para garantizar más cubrimiento de agua 
y siguiendo los protocolos recomendados. Así mismo, se realizaron muestras a diferentes 
horas del día y en diferentes días para robustecer la información de campo. 
Marco de referencia 
 
Antecedentes (estado del arte) 
En el año 2016 se realizó una investigación, en la Universidad de la Salle titulado, 
“Estudio de la eficiencia en desarenadores ligados a un nivel de complejidad mediante un 
modelo físico a escala reducida” por Gorrón(2016) y Acosta(2016) .El proyecto ocupó la 
realización de un modelo a escala reducida de un tanque desarenador tomando como 
24 
 
referencia las aguas y características de sedimentos del rio Arzobispo de la ciudad de 
Bogotá, con el cual se pueden realizar ensayos en un medio controlado y permitió evaluar 
el comportamiento de la eficiencia mediante la modificación de componentes 
fundamentales para su funcionamiento, estos fueron: las condiciones en la cámara de 
aquietamiento, la inclinación de la pantalla deflectora y la distribución de las perforaciones 
de la misma. Como resultado final se obtuvo que la eficiencia del desarenador está ligada 
en mayor grado a la energía que posee el flujo al momento de entrar en la zona II, ya que 
esta influye en la cantidad de movimiento de las partículas, por ende, las configuraciones 
que contienen una estructura disipadora de energía en la cámara de aquietamiento son las 
que presentan mayor eficiencia, aumentando el grado cuando además de disipar la energía 
el flujo ingresa a la zona de depuración con una cota baja respecto a la superficie del flujo. 
 
En el año 2010 se realizó una investigación, en la Universidad de la Salle titulado, 
“Estado del arte de las estructuras: trampas de grasa y desarenadores en sistemas de 
alcantarillado” por Granados (2010) y Villanueva (2010). En los sistemas de alcantarillado 
se evidencia la acumulación de grasas y sedimentos, producto de los vertimientos 
residenciales, industriales y comerciales, y otros provenientes de las calles, en todas las 
ciudades colombianas. 
Consecuencia del transporte de este tipo de residuos en las redes de alcantarillado se 
generan problemas de taponamiento y desgaste de las tuberías de alcantarillado que 
consecuentemente generan una reducción de la capacidad hidráulica y de su vida útil. Bajo 
este planteamiento, se hace importante conocer los tipos de estructuras que pueden ser 
empleadas para controlar las concentraciones sedimentos y grasas y las distintas 
25 
 
metodologías de diseño con el fin de identificar sus ventajas y desventajas en futuras 
implementaciones. Algunas de las causas de la existencia de esta problemática se asocian a 
situaciones de erosión de cuencas, problemas de cultura ciudadana (basuras arrojadas en las 
vías y desechos dispuestos inadecuadamente en los aparatos sanitarios) y la inexistencia de 
estructuras hidráulicas adecuadas que permitan reducir la carga de sedimentos y grasas a las 
redes de alcantarillado. Bajo este contexto, la investigación se desarrolló con el objetivo de 
construir un documento que consolide una parte importante del conocimiento asociado a este 
tipo de estructuras hidráulicas y convertirse en un texto de consulta para el diseño de 
estructuras tipo: desarenadores y trampas de grasa. Para cumplir con este propósito se realizó 
una búsqueda y análisis de información en distintas fuentes como: internet, libros, proyectos de 
grado, informes técnicos. 
En el año 2012, se realizó una investigación en la Universidad Nacional Autónoma de 
México, titulado “criterios de diseño de desarenadores a filo de corriente “por Domínguez 
(2012). La investigación tiene por objetivo hacer una revisión y análisis de los criterios para 
el cálculo de diseño de desarenadores, con el fin de concebir una nueva propuesta en un 
modelo físico, en el caso particular de aquellos que se emplean en las obras de generación 
de electricidad. La metodología empleada consideró el criterio de diseño de desarenadores 
basada en la ecuación de continuidad y de Manning basada en la hipótesis de determinar el 
ancho del canal aplicado en la solución a casos prácticos, en este caso, a partir de registros 
experimentales. El estudio experimental del modelo físico permitió conocer su geometría, 
diseñada y basada en encausar el agua con muros prolongados denominados muros guía. Su 
función es hacer que el flujo se acelere, extrayendo mayor cantidad de sedimento. 
La investigación tuvo como resultado que la nueva propuesta de desarenador contribuye 
a incrementar la vida útil de la presa. Las ventajas observadas fueron que remueve el 
26 
 
material en poco tiempo, no necesita de complementos mecánicos para el desalojo del 
sedimento, es económico y fácil de adaptarse a las condiciones topográficas del sitio. De 
los resultados obtenidos en el modelo, surge la inquietud de continuar con una 
investigación que garantice el desalojo de los sedimentos en las cercanías de la obra de 
generación con la intención de que se extraiga la mayor parte del sedimento, proponiendo 
un sistema que sea más económico y sobre todo sin vaciar la presa. 
Marco legal 
El presente proyecto se llevó a cabo bajo la normatividad descrita a continuación. 
Leyes Descripción 
Constitución Política de 
Colombia de 2015, Artículo 78. 
Título II. 
“La ley regulará el control de calidad de bienes y 
servicios ofrecidos y prestados a la comunidad, así 
como la información que debe suministrarse al 
público en su comercialización. Serán 
responsables, de acuerdo con la ley, quienes en la 
producción y en la comercialización de bienes y 
servicios, atenten contra la salud, la seguridad y el 
adecuado aprovisionamiento a consumidores y 
usuarios.” 
Constitución Política de 
Colombia de 2015, Artículo 80. 
Título II - Capítulo III. 
“El Estado planificará el manejo y 
aprovechamiento de los recursos naturales, para 
garantizar su desarrollo sostenible, su 
conservación, restauración o sustitución. Además, 
deberá prevenir y controlar los factores de 
deterioro ambiental, imponer las sanciones legales 
y exigir la reparación de los daños causados.” 
Constitución Política de 
Colombia de 2015, Artículo 
365. Título XII - Capítulo V. 
“Los servicios públicos son inherentes a la 
finalidad social del Estado. Es deber del Estado 
asegurar su prestación eficiente a todos los 
habitantes del territorio nacional. Los servicios 
públicos estarán sometidos al régimen jurídico que 
fije la ley, podrán ser prestados por el Estado, 
directa o indirectamente, por comunidades 
organizadas, o por particulares. En todo caso, el 
Estado mantendrá la regulación, el control y la 
vigilancia de dichos servicios.” 
 
27 
 
Leyes Descripción 
 
 
 
 
“Artículo 40.- El Ministerio de Salud establecerá 
cuáles usos que produzcan o puedan producir 
contaminación de las aguas, requerirán su 
autorización previa a la concesión o permiso que 
otorgue la autoridad competente para el uso del 
recurso.” 
 
Código Nacional de Recursos 
Naturales Renovables y de 
Protección al Medio Ambiente, 
artículo 137 de decreto-ley 2811de 1974 
 “Artículo 52. Para el diseño, construcción, 
operación y mantenimiento de los sistemas de 
suministro de agua deberán seguirse las normas del 
Ministerio de Salud.” 
Régimen De Los Servicios 
Públicos Domiciliarios - Ley 
142 de 1994 
 
a.- Las aguas destinadas al consumo doméstico 
humano y animal y a la producción de alimentos. 
b.- Los criaderos y hábitats de peces, crustáceos y 
demás especies que requieran manejo especial. 
Las fuentes, cascadas, lagos, y otros depósitos 
corrientes de aguas, naturales o artificiales, que se 
encuentren en áreas declaradas dignas de 
protección.” 
“Artículo 28. Redes. Todas las empresas tienen el 
derecho a construir, operar y modificar sus redes e 
instalaciones para prestar los servicios públicos, 
para lo cual cumplirán con los mismos requisitos, y 
ejercerán las mismas facultades que las leyes y 
demás normas pertinentes establecen para las 
entidades oficiales. 
 
Reglamento Técnico del Sector 
de Agua Potable y Saneamiento 
Básico – RAS, Titulo B 
(2017) 
 Para consumo humano no podrá sobrepasar los 
valores máximos aceptables para cada una de las 
características físicas que se señalan a 
continuación.” 
“Artículo 4°. Potencial de hidrógeno. El valor para 
el potencial de hidrógeno pH del agua para 
consumo humano, deberá estar comprendido entre 
6,5 y 9,0.” 
 “Artículo 21. Frecuencias y número de muestras 
de control de la calidad física y química del agua 
para consumo humano que debe ejercer la persona 
prestadora. El control de los análisis físicos y 
químicos debe realizarse en la red de distribución 
por parte de las personas prestadoras.” 
 
28 
 
Marco teórico 
Un acueducto es un sistema o conjunto de sistemas de irrigación, que permite transportar 
agua en forma de flujo continuo desde un lugar en el que ésta es accesible en la naturaleza, 
hasta un punto de consumo distante. Cualquier asentamiento humano, por pequeño que sea, 
necesita disponer de un sistema de aprovisionamiento de agua que satisfaga sus 
necesidades vitales. La solución más elemental consiste en establecer el poblamiento en las 
proximidades de un río o manantial, desde donde se acarrea el agua a los puntos de 
consumo. Otra solución consiste en excavar pozos dentro o fuera de la zona habitada o 
construir aljibes. Pero cuando el poblamiento alcanza la categoría de auténtica ciudad, se 
hacen necesarios sistemas de conducción que obtengan el agua en los puntos más 
adecuados del entorno y la aproximen al lugar donde se ha establecido la población. Dentro 
de los acueductos se encuentran los desarenadores garrynevyll.blog(2010) 
Un acueducto tiene en su sistema las siguientes fases: captación, desarenador, planta de 
tratamiento de agua potable y red de distribución 
 
Figura 3. Esquema de un acueducto 
 
29 
 
Obra de captación: el término genérico utilizado para las obras de captación, derivación 
o toma en ríos es bocatoma. Por medio de esta estructura se puede derivar el caudal de 
diseño que, por lo general, corresponde al caudal máximo diario. Las obras de captación 
deben localizarse en zonas donde el suelo sea estable y resistente a la erosión, procurando 
que la captación se haga en un sector recto del cauce, esto según Cualla (1995). 
Desarenador: Tanque construido con el propósito de sedimentar partículas en suspensión 
por la acción de la gravedad. Este elemento constituye un tratamiento primario, pero en 
algunos casos es necesario realizar un tratamiento convencional de purificación de aguas. 
Como se indicó anteriormente, el desarenador debe situarse lo más cerca posible de la 
bocatoma, con el fin de evitar problemas de obstrucción en la línea de aducción. El material 
en suspensión trasportado por el agua es básicamente arcilla, arena o grava fina. El objetivo 
del desarenador, como tal, es la remoción de partículas hasta el tamaño de arenas. Se puede 
ayudar el proceso de sedimentación mediante coagulación (empleo de químicos con el fin 
de remover partículas tamaño arcilla), con lo cual se logra que las partículas más pequeñas 
se aglomeren y sedimente a una velocidad mayor. El proceso de coagulación puede verse 
en libros relacionados con el tema de purificación de agua Cualla (1995). 
Planta de tratamiento de agua potable (PTAP): El tratamiento de aguas y las plantas de 
tratamiento de agua son un conjunto de sistemas y operaciones unitarias de tipo físico, 
químico o biológico cuya finalidad es que a través de los equipamientos elimina o reduce la 
contaminación o las características no deseables de las aguas, bien sean naturales, de 
abastecimiento, de proceso o residuales. 
30 
 
La finalidad de estas operaciones es obtener unas aguas con las características adecuadas 
al uso que se les vaya a dar, por lo que la combinación y naturaleza exacta de los procesos 
varía en función tanto de las propiedades de las aguas de partida como de su destino final. 
Debido a que las mayores exigencias en lo referente a la calidad del agua se centran en 
su aplicación para el consumo humano y animal estos se organizan con frecuencia en 
tratamientos de potabilización y tratamientos de depuración de aguas residuales, aunque 
ambos comparten muchas operaciones Aguasistec (2018). 
Red de distribución: Esta se define como el conjunto de tuberías cuya función es 
suministrar el agua potable a los consumidores de la localidad en condiciones de cantidad y 
calidad aceptables, la unión entre el tanque de almacenamiento y la red de distribución se 
hace mediante una conducción denominada línea matriz, la cual transporta el agua al punto 
o a los puntos de entrada a la red Cualla (1995). 
 
Tipos de desarenador 
Desarenadores de flujo vertical: El flujo se efectúa desde la parte inferior hacia arriba. 
Las partículas se sedimentan mientras el agua sube. Pueden ser de formas muy diferentes: 
circulares, cuadrados o rectangulares. Se construyen cuando existen inconvenientes de tipo 
locativo o de espacio. Su costo generalmente es más elevado. Son muy utilizados en las 
plantas de tratamiento de aguas residuales. (fluidos.eia.edu, s.f.) 
31 
 
 
Figura 4. Esquema de un desarenador de flujo vertical 
Fuente: http://sistemadetratamientodelagua.blogspot.com.co/2009/04/desarenador.html 
 
Desarenadores de alta rata: Consisten básicamente en un conjunto de tubos circulares, 
cuadrados o hexagonales o simplemente láminas planas paralelas, que se disponen con un 
ángulo de inclinación con el fin de que el agua ascienda con flujo laminar. 
Este tipo de desarenador permite cargas superficiales mayores que las generalmente 
usadas para desarenadores convencionales y por tanto éste es más funcional, ocupa menos 
espacio, es más económico y más eficiente. (fluidos.eia.edu, s.f.) 
 
Figura 5. Esquema de un desarenador de alta rata 
Fuente: http://tuprincesadevainilla.blogspot.com.co/2010/06/desarenador.html 
 
32 
 
Tipo vórtice: Los sistemas de desarenación del tipo vórtice se basan en la formación de 
un vórtice (remolino) inducido mecánicamente, que captura los sólidos en la tolva central 
de un tanque circular. Los sistemas de desarenador por vórtice incluyen dos diseños 
básicos: cámaras con fondo plano con abertura pequeña para recoger la arena y cámaras 
con un fondo inclinado y una abertura grande que lleva a la tolva. A medida que el vórtice 
dirige los sólidos hacia el centro, unas paletas rotativas aumentan la velocidad lo suficiente 
para levantar el material orgánico más liviano y de ese modo retornarlo al flujo que pasa a 
través de la cámara de arena. (fluidos.eia.edu, s.f.) 
 
 
Figura 6.Esquema de un desarenador de vórtice 
Fuente: http://www.monografias.com/trabajos82/pretatamiento-aguas-residuales/pretatamiento-aguas-
residuales2.shtml 
 
Desarenadores rectangulares de flujo horizontal: Es de flujo horizontal, el más utilizado 
en nuestro medio. Las partículas se sedimentan al reducirse la velocidad con que sontransportadas por el agua. Son generalmente de forma rectangular y alargada, dependiendo 
33 
 
en gran parte de la disponibilidad de espacio y de las características geográficas. La parte 
esencial de estos es el volumen útil donde ocurre la sedimentación. 
 
Figura 7. Esquema de un desarenador de flujo horizontal 
Fuente: https://es.slideshare.net/ingmariocastellon/desaarenadores-convencionales 
 
Clasificación de los desarenadores 
Los desarenadores pueden clasificarse según tres criterios 
 En función a su operación: 
Desarenadores de purga continua, son aquellos en que las partículas decantadas son 
inmediatamente removidas y evacuadas por un permanente caudal de lavado, que evitan 
que estas queden depositadas en el desarenador. 
Desarenadores de purga descontinuos o intermitente, son aquellos en los que los 
sedimentos decantados se almacenan temporalmente en las cabinas de desordenación, para 
luego ser removidas, y evacuados mediante operaciones de purga que se efectúan 
periódicamente. (p., s.f.) 
 
https://es.slideshare.net/ingmariocastellon/desaarenadores-convencionales
34 
 
 En función a la velocidad de escurrimiento: 
Baja velocidad, cuando la velocidad media la corriente en el desarenador se encuentra 
entre 0,20 y 0,60 m/s. Estos desarenadores garantizan la remoción de partículas finas. 
Alta velocidad, cuando la velocidad media de la corriente en el desarenador se encuentra 
entre 0,60 y 1,50 m/s. Estos desarenadores solo garantizan la remoción de partículas medias 
o gruesas de material. (p., s.f.) 
 Por la disposición de las cabinas de des arenación: 
Serie, desarenadores conformados por dos o más depósitos construidos uno a 
continuación del otro. 
Paralelo, desarenadores conformados por dos o más depósitos distribuidos paralelamente 
y diseñados para que cada uno de ellos operé con una fracción del caudal total derivado 
para centrales hidráulicas. 
 (fluidos.eia.edu, s.f.) 
 Tipos de sedimentación 
Simple: La sedimentación puede ser Simple cuando las partículas que se asientan son 
discretas, o sea partículas que no cambian de forma. Tamaño o densidad durante el 
descenso en el fluido. La sedimentación simple es, por ejemplo, lo que ocurre en un tanque 
desarenador que se coloca contiguo a la bocatoma y cuyo objeto es separar la arena del 
agua. 
Inducida: La sedimentación se denomina Inducida cuando las partículas que se 
sedimentan son aglomerables es decir durante la sedimentación se aglutinan entre sí, 
cambiando de forma, tamaño y aumentando de peso específico. 
 
35 
 
La sedimentación inducida es el tipo que se presenta en una planta de tratamiento y se 
logra en un tanque, llamado sedimentador o decantador, que se coloca a continuación del 
floculador y que permite la separación de las partículas floculantes que se forman en los 
procesos de coagulación y floculación. Las partículas floculantes adquieren su dimensión, 
forma y peso casi definitivo durante la floculación, de forma que su comportamiento en el 
sedimentador es muy similar al de las partículas discretas. Es por esto que los criterios para 
el diseño de los sedimentadores para agua coagulada se basan en la sedimentación de 
partículas discretas, fenómeno que trata de representar la Ley de Stokes. 
 Según el sentido de flujo del agua en los sedimentadores, éstos pueden ser de flujo 
horizontal, de flujo vertical y manto de lodos, y sedimentadores de alta rata. Dentro de los 
primeros están los sedimentadores de plantas convencionales y los desarenadores. 
(fluidos.eia.edu, s.f.) 
 
Partes de un desarenador 
 Los desarenadores normalmente están compuestos por cuatro zonas. 
 1. Entrada 
 2. Zona de sedimentación 
 3. Salida 
 4. Zona de depósito de lodos 
 
36 
 
 
 
Figura 8. Corte de un desarenador 
Fuente: SENA, 1999. Operación y mantenimiento de plantas de potabilización de agua, p.62 
 
 Entrada: Cámara donde se disipa la energía del agua que llega con alguna velocidad 
de la captación. En esta zona se orientan las líneas de corriente mediante un 
dispositivo denominado pantalla deflectora, a fin de eliminar turbulencias en la zona 
de sedimentación, evitar chorros que puedan provocar movimientos rotacionales de 
la masa líquida y distribuir el afluente de la manera más uniforme posible en el área 
transversal. 
 En esta zona se encuentran dos estructuras: 
Vertedero de exceso, se coloca generalmente en una de las paredes paralelas a la 
dirección de entrada del flujo y tiene como función evacuar el exceso de caudal que 
transporta la línea de aducción en épocas de aguas altas. Si no se evacua el caudal 
excedente, por continuidad, aumenta el régimen de velocidad en la zona de sedimentación y 
con ello se disminuye la eficiencia del reactor. Se debe diseñar para evacuar la totalidad del 
37 
 
caudal que pueda transportar la línea de aducción, cuando se dé la eventualidad de tener 
que evacuar toda el agua presente. 
Pantalla deflectora, prepara la zona de entrada y la zona de sedimentación, en ella se 
realizan ranuras u orificios, de acuerdo con el diseño, a través de los cuales el agua pasa 
con un régimen de velocidades adecuado para que ocurra la sedimentación, no debe 
sobrepasar de 0,3 m/s. Los orificios pueden ser circulares, cuadrados o rectangulares, 
siendo los primeros los más adecuados. 
 Zona de sedimentación: Sus características de régimen de flujo permiten la remoción 
de los sólidos del agua. La teoría de funcionamiento de la zona de sedimentación se 
basa en las siguientes suposiciones: asentamiento sucede como lo haría en un 
recipiente con fluido en reposo de la misma profundidad. La concentración de las 
partículas a la entrada de la zona de sedimentación es homogénea, es decir, la 
concentración de partículas en suspensión de cada tamaño es uniforme en toda la 
sección transversal perpendicular al flujo. La velocidad horizontal del fluido está por 
debajo de la velocidad de arrastre de los lodos, una vez que la partícula llegue al 
fondo, permanece allí. 
La velocidad de las partículas en el desarenador es una línea recta; en esta zona se 
encuentra una cortina para sólidos flotantes que es una vigueta que se coloca en la 
zona de sedimentación, cuya función es producir la precipitación al fondo del 
desarenador de las partículas o sólidos como hojas y palos que pueden escapar a la 
acción desarenadora del reactor. 
 
38 
 
 Zona de lodos: Comprende el volumen entre la cota de profundidad útil en la zona de 
sedimentación y el fondo de tanque, el fondo tiene pendientes longitudinales y 
transversales hacia la tubería de lavado. 
 Salida: Constituida por una pantalla sumergida, le vertedero de salida y el canal de 
recolección. Se recomienda estar totalmente cubierta para evitar posible 
contaminación externa. Londoño (2008). 
Calidad del agua 
El concepto de calidad del agua es usado para describir y regular las características 
químicas, físicas y biológicas que se deben cumplir. Con base a esto se realizarán unos 
ensayos que permitirán determinar la calidad del agua para el diseño de una estructura 
hidráulica. 
Ensayo de turbiedad del agua: Para determinar la turbidez del agua se determina por el 
método nefelométrico, en el cual se mide la turbiedad mediante un nefelómetro y se 
expresan los resultados en unidades de turbidez nefelometría (UTN). Con este método se 
compara la intensidad de la luz dispersada por la muestra por una suspensión estándar de 
referencia en las mismas condiciones de medida. Cuanto mayor sea la intensidad de luz 
dispersada mayor será la turbiedad. Como suspensión estándar de referencia se utiliza una 
suspensión de un polímero de formacina, la cual es fácil de preparar y de mejores 
características reproducibles que las suspensiones de arcilla y otros materiales 
anteriormente usados; por otra parte, las unidades nefelométricas de turbidez, basadas en el 
estándar de formacina, son aproximadamenteiguales a las unidades de turbidez de Jackson. 
39 
 
Ensayo de sólidos suspendidos totales: Las aguas crudas naturales contienen tres tipos 
de sólidos no sedimentables: suspendidos, coloidales y disueltos. Los sólidos suspendidos 
son transportados gracias a la acción de arrastre y soporte del movimiento del agua; los más 
pequeños (menos de 0,01 mm) no sedimentan rápidamente y se consideran sólidos no 
sedimentables, y los más grandes (mayores de 0,01 mm) son generalmente sedimentables. 
Los sólidos coloidales consisten en limo fino, bacterias, partículas causantes de color, virus, 
etc., los cuales no sedimentan sino después de periodos razonables, y su efecto global se 
traduce en el color y la turbiedad de aguas sedimentadas sin coagulación. Los sólidos 
disueltos, materia orgánica e inorgánica, son invisibles por separado, no son sedimentables 
y globalmente causan diferentes problemas de olor, sabor, color y salud, a menos que sean 
precipitados y removidos mediante métodos físicos y químicos y se calculan así: 
 
( ( ) ( )) 
 ( )
 
 
Ensayo determinación de pH: Desde una aproximación simplificada, el pH puede 
definirse como una medida que expresa el grado de acidez o basicidad de una solución en 
una escala que varía entre 0 y 14. 
La acidez aumenta cuando el pH disminuye. Una solución con un pH menor a 7 se dice 
que es ácida, mientras que si es mayor a 7 se clasifica como básica. Una solución con pH 7 
será neutra. El valor de pH representa el menos logaritmo en base diez de la concentración 
(actividad) de iones hidrógeno [H+]. Como la escala es logarítmica, la caída en una unidad 
de pH es equivalente a un aumento de 10 veces en la concentración de H+. Entonces, una 
muestra de agua con un pH de 5 tiene 10 veces más H+ que una de pH 6 y 100 veces más 
40 
 
que una de pH 7. Los cambios en la acidez pueden ser causados por la actividad propia de 
los organismos, deposición atmosférica (lluvia ácida), características geológicas de la 
cuenca y descargas de aguas de desecho. 
El pH afecta procesos químicos y biológicos en el agua. La mayor parte de los 
organismos acuáticos prefieren un rango entre 6,5 y 8,5. pH por fuera de este rango suele 
determinar disminución en la diversidad, debido al estrés generado en los organismos no 
adaptados. Bajo phis también pueden hacer que sustancias tóxicas se movilicen o hagan 
disponibles para los animales. Rojas (2000). 
Metodologías de diseño de desarenadores 
A continuación, se presenta una recopilación de diferentes metodologías para el diseño 
de desarenadores de flujo horizontal. 
 Cualla (1995) 
El periodo de retención hidráulico que tarde una partícula de agua en entrar y 
salir del tanque debe fluctuar entre 30 minutos y cuatro horas. Al final del horizonte 
de diseño el periodo de retención hidráulico debe tender a ser corto, mientras que al 
comienzo del periodo este tiende a ser largo. 
Teoría de sedimentación, esta teoría fue desarrollada por Hazen y Stokes. Su 
modelo de sedimentación de partículas se resume en la siguiente ecuación, de donde 
se concluye que la velocidad de sedimentación de una partícula es directamente 
proporcional al cuadrado del diámetro de esta. Este autor se basa en la ley Stokes 
para hallar la velocidad de sedimentación. 
 
 
 
 
 
 
41 
 
donde: 
Vs = Velocidad de sedimentación de la partícula (cm/s) 
g= aceleración de la gravedad (981 cm/s
2
) 
 =Peso específico de la partícula 
 = Peso específico del fluido agua 
 = Viscosidad cinematica del fluido (cm2/s) 
 El flujo se reparte uniformemente a través de la sección transversal. 
 El agua se desplaza con velocidad uniforme a lo largo del tanque 
 Toda partícula que toque el fondo antes de llegar a la salida será removida 
En primer lugar, se removerán todas las partículas con igual componente de velocidad 
vertical, sin importar su punto de entrada. Igualmente, se removerán todas las partículas con 
velocidad de sedimentación Vs, mayor que Vo. Las partículas con Vs menor que Vo 
podrán removerse dependiendo de su nivel de entrada al tanque H. 
Por semejanza de triángulos, se tiene: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Siendo V= volumen del tanque y Q = caudal. La velocidad de la partícula crítica 
Vc Sera: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Siendo A= área superficial = B X L. 
42 
 
Según la ecuación de Stokes 
Vs= 
 
 
 
 
 
 
Remplazando la velocidad de la partícula crítica en la ecuación de Stokes, se 
tiene: 
 
 
 
 √
 
 
 
 
Por otra parte, la relación V/Q es llamada periodo de retención hidráulico, y 
H/Vo es el tiempo que tarda la partícula crítica en ser removida, en teoría, para 
remover esta partícula se debe cumplir que: 
 
 
 
 
 
 
 
Se adopta entonces un factor de seguridad en función de: 
Porcentaje de remoción de partículas con Vs<Vo, de esta forma el autor calculo el 
porcentaje de remoción con base a la velocidad de sedimentación y la velocidad inicial. 
 
 
 
 
 
 
43 
 
 
44 
 
Grado del desarenador (n) 
La clasificación de la eficiencia de las pantallas deflectoras se hace a través del 
grado del desarenador. 
n=1 Deflectores deficientes o ausencia de ellos 
n=2 Deflectores regulares 
n=3 Deflectores buenos 
n=5 a 8 Deflectores muy buenos 
n=-> ∞ Caso teórico 
 
Para hallar el número de Hazen el autor utiliza la siguiente igualdad para de esta 
manera hallar los valores del factor 
 
 
 o del número de Hazen para ser 
determinados por medio de la Tabla 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Siendo Vs = Velocidad de sedimentación efectiva 
Vo = Velocidad de sedimentación teórica = Q/A 
 
 
 
= Numero de Hazen 
45 
 
Castillo (1997) 
La trayectoria de sedimentación de una partícula discreta se representa en la figura 
10. 
 
Figura 9.Trayectoria de sedimentación de una partícula discreta. 
Fuente: castillo, 1997, Acueductos, p.205 
 
donde: 
H*b = a y L*b = A 
 
 siendo: 
A = Área superficial o longitudinal del desarenador. 
a = Área transversal de la unidad de tratamiento. 
 
 
 
 
 
 
Si se tiene una velocidad horizontal de translación definida y el caudal de diseño, se 
puede determinar el valor de la sección transversal del volumen útil, o sea lo que se ha 
denominado a. 
46 
 
Para la velocidad de sedimentación de partículas discretas se considera la sedimentación 
de una partícula discreta en un líquido en reposo. Cuando se considera un fluido en reposo, 
una partícula en él está sometida a la acción de dos fuerzas: 
Una flotación Ff, que, de acuerdo con el principio de Arquímedes, es igual al peso del 
volumen del líquido desplazado por la partícula y la fuerza gravitacional. 
Ff * *Ɐ 
Fg s*g*Ɐ 
 
En estas expresiones: 
ρ = densidad del agua 
ρs = densidad de la partícula 
Ɐ = volumen de la partícula 
g = gravedad 
Una región de flujo turbulento, para grandes números de Reynolds (Re=10
3
 a 10
4
), 
para este caso: 
Cd=0,4 y √ ( ) 
Una región de transición o intermedia entre los dos extremos indicados en los casos 
anteriores, en la cual el valor de Cd puede ser calculado por la ecuación 
 
 
 
 
 
 
√ 
 
 
47 
 
Para la determinación de la velocidad de sedimentación se propone un 
procedimiento que se reduce a las siguientes ecuaciones: 
 
 *
 ( )
 
+
 
 ⁄
 
 
 
 
 
 
[ ( ) ]
 
 ⁄
 
 
 [ ( ) ]
 
 ⁄ 
 
En las ecuaciones anteriores, K1 y K2 se determinan mediante las figuras 10y 11. 
 
Figura 10 .Velocidades de asentamiento y elevación de partículas esféricas discretas en un fluido estático 
de acuerdo con el peso específico relativo de la partícula, la viscosidad cinemática y la gravedad.Fuente: tomado de “PURIFICACION DE AGUAS Y TRATAMIENTO Y REMOCION DE AGUAS 
RESIDUALES” Fair Geyer y Okun 
48 
 
 
Figura 11. Velocidades de asentamiento y elevación de partículas esféricas discretas en aguas estática a 10°c. 
Fuente: tomado de “PURIFICACION DE AGUAS Y TRATAMIENTO Y REMOCION DE AGUAS 
RESIDUALES” Fair Geyer y Okun 
 
Usualmente los desarenadores se diseñan considerando régimen laminar y con menos 
frecuencia para el régimen de transición. De manera general, las partículas de arena fina se 
sedimentan en el régimen laminar. A grandes rasgos, el régimen de sedimentación de 
partículas de arena, de acuerdo con su tamaño, puede ser clasificado con la tabla 2. 
 
Tabla 2. 
 Establecimiento del régimen de sedimentación para depósitos de arena en agua, de manera simplificada. 
 
 
 
 
 
 
 
Fuente: castillo, 1997, Acueductos, p.218 
 
 
Diámetro de 
partículas mm 
Régimen 
<0,085 Laminar 
0,085 – 1 Transición 
>1,0 Turbulento 
49 
 
Según recomendaciones la relación entre la velocidad y la velocidad vertical de 
asentamiento no debe ser mayor a veinte. Teniendo en cuenta que se requiere que la 
partícula que ha logrado sedimentar permanezca en el fondo, la velocidad horizontal de 
translación del líquido, VH no debe exceder el valor de la velocidad de arrastre de la 
partícula más pequeña que se quiera sedimentar; para desarenadores de flujo horizontal, no 
provistos de tapa, normalmente se toma como 1/3 de la velocidad de arrastre según el autor 
castillo (1997). 
Por lo tanto: 
VH 
 
 
 Y: 
 
 
 
Para calcular la velocidad de arrastre de una partícula a la cual se inicia el arrastre de la 
partícula considerada, se puede utilizar la formula empírica de Camp y Shields, para el 
sistema métrico, la cual fue empleada por el autor Castillo (1997) es: 
 
 √( )
 
 ⁄ 
 
donde: 
 
VA= Velocidad de arrastre de la partícula en cm/s. 
Ss = Gravedad relativa de la partícula 
d= Diámetro de la partícula cm. 
 
 
50 
 
 Romero Corcho (1993) 
La Partícula crítica es aquella que tiene una velocidad de sedimentación Vsc tal que, si 
se encuentra a ras con la superficie libre al pasar de la zona de entrada a la zona de 
sedimentación, llegara al fondo del tanque rectangular justo cuando la masa de agua que la 
transporta pasa de la zona de sedimentación a la zona de salida 
Por lo tanto, todas las partículas que tengan una velocidad de sedimentación Vsi igual o 
mayor que Vsc, quedan sedimentadas y llegan a la zona de lodos quedando removidas en 
un 100%; en cambio las partículas con velocidad de sedimentación menor que Vsc quedan 
removidas en la proporción Vsi/Vsc. Lo anterior, se demuestra de la siguiente forma. 
El tiempo que requiere la partícula critica o partícula de diseño para llegar a la zona de 
lodos se denomina tiempo de retención nominal td. 
 
 
 
 
 
donde: 
 Q = caudal de diseño 
 V= Volumen de la zona de sedimentación 
La distancia máxima, H, que la partícula crítica alcanza a recorrer en td es: 
 
 
 
51 
 
La máxima altura h sobre el fondo, a la cual puede entrar una partícula con Vsi < Vsc 
para llegar a la zona de lodo es: 
 
 
Figura 12. Planta de un desarenador 
Fuente: Romero Corcho, 1993, Acueductos teoría y diseño, p.185 
 
 
 
Figura 13 .Corte Longitudinal, Desarenador 
Fuente: Romero Corcho, 1993, Acueductos teoría y diseño, p.185 
 
 
Figura 14.Zonificación de un Desarenador 
Fuente: Romero Corcho, 1993, Acueductos teoría y diseño, p.185 
52 
 
Como la concentración de partículas a la entrada es homogénea, el porcentaje de ellas 
que se sedimenta es: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Se concluye que la eficiencia de un sedimentador ideal solamente depende de la relación 
entre la velocidad de las partículas y la velocidad de sedimentación crítica. A esta relación 
se le conoce como numero de Hazen. Se concluye además que un desarenador se dísela 
para remover un tamaño de partícula mínimo y todos los tamaños superiores a este y 
además una fracción de todos los tamaños inferiores al mismo. 
 CEPIS (2015) 
La CEPIS (Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente) 
propone en su manual de diseño de desarenadores: 
 El periodo de diseño, bajo criterios económicos y técnicos es de 8-16 años. 
 El número de unidades mínimas en paralelo es 2 para efectos de mantenimiento. En 
caso de caudales pequeños y turbiedades bajas se podrá contar con una sola unidad 
que debe contar con un canal de by-pass para efectos de mantenimiento. 
 El periodo de operación es de 24 horas por día. 
 Debe existir una transición en la unión del canal o tubería de llegada al desarenador 
para asegurar la uniformidad de la velocidad en la zona de entrada. 
 La transición debe tener un ángulo de divergencia suave no mayor de 12° 30´. 
 La sedimentación de arena fina (d<0,01 cm) se efectúa en forma más eficiente en 
 régimen laminar con valores de número de Reynolds menores de uno (Re<1,0). 
53 
 
 La sedimentación de arena gruesa se efectúa en régimen de transición con valores 
de Reynolds entre 1,0 y 1000. 
 La sedimentación de grava se efectúa en régimen turbulento con valores de número 
de Reynolds mayores de 1000. 
Tabla 3. 
Relación entre diámetro de las partículas y velocidad de sedimentación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fuente
: Guía para 
el diseño 
de 
desarenado
res y 
sedimentad
ores CEPIS (2005) 
 
Se determina la velocidad de sedimentación de acuerdo con los criterios indicados 
anteriormente en relación con los diámetros de las partículas. Como primera aproximación 
utilizamos la ley de Stokes. 
Material Ф Limite 
de las 
partículas 
# de 
Reynolds 
Vs Régimen Ley Aplicable 
Grava >1,0 >10 000 100 Turbulento 
 √ (
 
 
) 
 Newton 
Arena 
Gruesa 
0,100 
0,080 
0,050 
0,050 
0,040 
0,030 
0,020 
0,015 
1 000 
600 
180 
27 
17 
10 
4 
2 
10,0 
8,3 
6,4 
5,3 
4,2 
3,2 
2,1 
1,5 
Transición 
 (
 
 
)
 
 
[
 
 
 
 
(
 
 
)
 
 ⁄
]
 
 
 
 
 Allen 
Arena 
Fina 
0,010 
0,008 
0,006 
0,005 
0,004 
0,003 
0,002 
0,001 
0,8 
0,5 
0,2 
1,0 
1,0 
1,0 
1,0 
1,0 
0,8 
0,6 
0,4 
0,3 
0,2 
0,1 
0,0 
0,01 
Laminar 
 
 
 
 (
 
 
) 
 Stokes 
54 
 
 
55 
 
Siendo: 
Vs : Velocidad de sedimentación (cm/seg) 
D : Diámetro de la partícula (cm) 
η : Viscosidad cinemática del agua (cm
2
/seg) 
ρσ : Densidad de la arena 
 
 Al disminuir la temperatura aumenta la viscosidad afectando la velocidad de 
sedimentación de las partículas. (Aguas frías retienen sedimentos por periodos más 
largos que cursos de agua más calientes). 
Para el dimensionamiento: 
 De tal manera que se obtiene el área superficial (As). 
 
 
 
 
 
 Determinar el área superficial de la unidad (As), que es el área superficial de la zona 
de sedimentación, de acuerdo con la relación: 
 
 
 
 
Siendo: 
 Vs: Velocidad de sedimentación (m/seg) 
Q: Caudal de diseño (m
3
/seg) 
56 
 
 Determinar las dimensiones de largo L (m), ancho B (m) y altura h (m) de manera tal 
que se cumplan las relaciones o criterios mencionados anteriormente. Considerando 
el espaciamiento entre la entrada y la cortina o pared de distribución de flujo. 
 Determinar el tiempo de retención To (horas), mediante la relación: 
 
 
 
 
 Determinar el número de orificios, cumpliendo con los criterios de diseño. 
 
 
 
 
Siendo: 
Vo : Velocidad en los orificios (m/seg) 
Q : Caudal de diseño (m
3
/seg) 
Ao : Área total de orificios (m
2
) 
 
 
 
 
 
Siendo: 
ao: Área de cada orificio (m
2
) 
n: número de orificios 
 
 Se asume una eficiencia, de acuerdo con la figura 15 y se adopta un coeficiente de 
seguridad. 
57 
 
 
Figura 15.Coeficiente de seguridad 
Fuente: Tratamiento