2. prize de apa

Constructii Hidrotehnice 2 – Note de curs 47

47

C a p i t o l u l 2

PRIZE DE APĂ

2.1 Definiţie. Funcţii

Priza de apă cuprinde construcţiile şi instalaţiile necesare preluării

apei din sursa naturală şi introducerii debitului instalat pe derivaţie în

scopul deservirii diverselor folosinţe.

Prizele trebuie să îndeplinească următoarele funcţii:

� să asigure captarea apei în cantităţile prevăzute conform graficului

de consum al folosinţei respective;

� să asigure o funcţionare permanentă flexibilă şi cu pierderi de

sarcină cât mai reduse, permiţând operaţiile de întreţinere şi

reparaţii;

� să asigure calitatea apei conform cerinţelor consumatorilor prin

limitarea turbidităţii, a diametrului maxim al particolelor admise în

suspensie în priza şi pe derivaţie;

� să împiedice accesul plutitorilor, gheţii şi zaiului în incinta prizei.

Depunerile de aluviuni pe derivaţii conduc la creşterea rugozităţii şi

deci a pierderilor de sarcină. Înlăturarea lor presupune întreruperea

funcţionării derivaţiei prin punerea la uscat a instalaţiilor. Aceste evacuări

ale depunerilor precum şi întreţinerile şi reparaţiile trebuie să se facă fără

scoaterea din funcţiune. Aluviunile târâte sau în suspensie au o acţiune

48 Prize de apă

abrazivă asupra căptuşelilor din beton precum şi asupra paletelor şi

injectorilor turbinelor în cazul prizelor energetice. În cazul unor restricţii

severe în ceea ce priveşte limitarea aluviunilor aflate în suspensie, priza

de apă se asociază cu un desnisipator.

Desnisipatorul: are funcţia de a reţine particulele de un anumit

diametru care nu pot fi admise mai departe în instalaţiile din aval.

2.2 Criterii de clasificare a prizelor

Clasificarea prizelor poate fi facută după diverse criterii, dintre care

cele mai importante vor fi enumerate în continuare.

După natura folosinţei deservite prizele pot fi:

� hidroenergetice;

� pentru alimentări cu apă;

� pentru irigaţii;

� pentru folosinţe complexe.

Un alt criteriu important este cel al nivelului apei în priză raportat la

nivelul retenţiei:

� prize cu nivel liber atunci când nivelul apei în priza este egal cu

nivelul normal de retenţie NNR;

� prize de mică adâncime sau de mică presiune;

� prize de mare adâncime sau prize de mare presiune la care

nivelul apei în priză este mult sub nivelul normal de retenţie

NNR.

Având o dispoziţie constructivă comună, prizele de mică adâncime

şi cele cu nivel liber, alcătuiesc clasa prizelor de râu. Aceste prize pot fi

amenajate cu sau fără baraj.

Prizele de mare adâncime se realizează pentru captările în lacuri

de acumulare.


49

În funcţie de poziţia prizei faţă de albie, prizele de râu pot fi:

laterale sau în albie.

2.3 Probleme de alcătuire constructivă a prizelor

Concepţia prizei urmăreşte să limiteze la maximum pătrunderea în

derivaţie a particulelor solide în stare de târâre, suspensie sau plutire în

apă.

Fig. 2-1 Elementele constructive ale unei prize

50 Prize de apă

Principalele elemente constructive, frecvent întâlnite în alcătuirea

unei prize şi rolul acestora, (fig. 2-1) sunt:

� pragul de intrare – împiedică pătrunderea aluviunilor târâte în

priză;

� radierul din faţa prizei, realizat din dale de beton pentru

reducerea rugozităţii şi facilitarea spălării periodice a

materialelor depuse, prin deschiderea de spălare;

� timpanul de intrare – împiedică pătrunderea plutitorilor şi a

sloiurilor de gheaţă;

� grătarul rar – împiedică trecerea corpurilor ce plutesc la

semiadâncime şi a zaiului;

� pragul secundar din radierul prizei numit şi capcană de pietriş,

prevăzut cu vană şi canal de spălare – colectează aluviunile

pătrunse în priză prin săltare şi le dirijează în aval;

� zona de racord – asigură trecerea graduală a debitului derivat

de la secţiunea de intrare la secţiunea aducţiunii;

� stavila de admisie – controlează şi reglează curgerea pe

aducţiune;

În alcătuirea unei prize pot intra doar o parte dintre aceste

elemente sau, în anumite condiţii, pot să apară şi alte elemente

constructive suplimentare.

2.4 Combaterea pătrunderii aluviunilor

Repartiţia pe verticală a debitului solid, la intrarea în priză, nu este

uniformă. Firele de curent de la partea superioară au un conţinut mai

scăzut de particule solide, în timp ce curenţii de fund transportă o


51

cantitate mai mare de aluviuni. Amplasarea prizei faţă de albie trebuie să

urmarească captarea cu preponderenţă a curenţilor de suprafaţă pentru

a se diminua în acest fel pătrunderea aluviunilor în priză.

O priză de râu poate fi considerată în mod simplificat o derivare a

unui curent secundar dintr-un curent principal.

În cazul în care axul prizei este perpendicular pe direcţia curentului

principal (fig. 2-2) se produce o curbare bruscă a curentului captat la

intrarea în priză. Ca urmare apar două zone de dezlipire ce se constituie

în zone de vârtejuri în jurul muchiilor de intrare amonte şi aval. Între

nivelul amonte şi cel din priză apare o diferenţă de nivel ∆z,

proporţională cu debitul captat Qp.

Fig.2-2 Elementele hidraulice ale derivării sub un unghi de 90°: a-structura curenţilor;

b-distribuţia aluviunilor în suspensie; c-distribuţia zaiului

Lăţimea curenţilor de suprafaţă captaţi, Bs este mai mică decât cea

a curenţilor de fund Bf În felul acesta sunt antrenate cantităţi importante

de aluviuni în priză. Curgerea are un caracter elicoidal.

În cazul derivării curentului secundar sub un unghi ascuţit, de

exemplu de 30°, are loc acelaşi fenomen însă disproporţia între lăţimea

curenţilor de suprafaţă şi a celor de fund este mult diminuată (fig. 2-3).

52 Prize de apă

Studiile efectuate pentru diferite valori ale unghiului de amplasare a

prizei faţă de axul râului au pus în evidenţă faptul că în cazul unui unghi

ascuţit sunt captate mai puţine aluviuni de fund, sunt limitate zonele de

vârtejuri şi pierderile de sarcină. Orientarea prizei sub un unghi ascuţit

faţă de albie va fi deci favorabilă din punct de vedere al diminuării

pătrunderii aluviunilor.

Fig. 3 Aspectul curenţilor la o derivaţie în unghi ascuţit

Pierderea de sarcină în priză pentru o înclinare sub un unghi α faţă

de direcţia albiei este dată de relaţia:

g

v

g

vha 22

20

2

ε−=∆ (2-1)

unde: 0v este viteza curentului principal la intrarea în priză; ε este

aproximativ 0.4 pentru un unghi α = 90° şi 0.8 pentru α = 30°.

Pentru o priză prevăzută cu prag, pile şi culei curbe, pierderea de

sarcină ∆hc este dată de relaţia:


53

g

vhc 2

3.02

≈∆ (2-2)

Cele două relaţii (2-1) si (2-2) sugerează faptul că pierderea

maximă la intrare, în priză este:

g

v

g

vhc 22

3.120

2

ε−=∆ (2-3)

Fig. 2-4 Pierderea de sarcina la gratar

Pierderea de sarcina la grătar (fig. 2-4), pentru curenţi paraleli cu

barele grătarului se poate calcula cu formula lui Kirschmer:

( )g

vslbhg 2

sin2

34

δβ=∆ (2-4)

unde β este un coeficient având valori cuprinse între 0.76…2.42 în

funcţie de tipul de bare.

54 Prize de apă

În cazul unor cursuri de apă cu transport mare de zai sau sloiuri,

prioritară devine evitarea blocării prizei de către aceşti plutitori şi de

aceea orientarea prizei se face sub un unghi obtuz.

Antrenarea aluviunilor de fund în priză este influenţată şi de către

vârtejurile cu ax vertical ce se formează la intrarea în priza. Prin

rotunjirea muchiilor vii ale elementelor constructive: culee, praguri şi

timpane, se reduce posibilitatea de apariţie a acestor vârtejuri.

O măsură constructivă aplicată în mod frecvent pentru

impiedicarea patrunderii aluviunilor in derivatie este realizarea unui prag

la intrarea in priza. Eficienta acestuia este diminuata din cauza

vârtejurilor cu ax orizontal care favorizeaza saltarea aluviunilor peste

prag.

Cresterea eficientei prin inaltarea pragului este temporara din

cauza depunerilor din fata acestuia care modifica panta râului in aceasta

sectiune şi favorizează fenomenul de saltare a aluviunilor. Pentru a

mentine totusi eficienta pragului, aceste depuneri se spala periodic cu

ajutorul unor curenti rapizi obtinuti in deschiderea de spalare a

stavilarului. Suplimentar in fata pragului se prevede un radier pentru a

usura decolmatarea. Totusi si spalarea acestui avantradier este limitata

pâna la o anumita distanta fata de deschiderea de spalare.

De asemenea amplasarea prizei in concavitatea sectorului curb al

râului va conduce la diminuarea patrunderii aluviunilor prin alimentarea

din straturile cu turbiditate minima. Circulatia transversala a apei este

intensificata de catre forta centrifuga. Curentii de suprafata sunt

indreptati catre exteriorul curbei in concavitate acolo unde au loc

eroziunile. Curentii de adâncime incarcati cu aluviuni vor fi dirijati catre

interiorul curbei acolo unde au loc depunerile.

Se considera ca punctul optim de amplasare pe sectorul curb se

gaseste in aval de punctul de curbura maxima la circa (0.66...0.90) R, in


55

conditiile in care debitul captat in priza reprezinta 25%…30% din debitul

râului (fig. 2-5).

Fig. 2-5 Amplasarea prizei pe sectorul curb al râului

2.5 Prize cu nivel liber – scheme constructive

In categoria prizelor cu nivel liber se deosebesc prizele fara baraj si

prizele cu baraj.

Prizele fara baraj sunt aplicate in cazul unor albii a caror stabilitate

este asigurata prin lucrari de regularizare. Debitele captate de aceste

prize reprezinta doar 25% din debitul râului. Amplasarea prizei se face in

concavitatea unui cot stabil al râului având raza de curbura R = (5…8)

Bst,unde Bst este latimea stabila a albiei (fig. 2-6).

56 Prize de apă

Fig. 2-6 Pozitia prizei fara baraj in concavitatea malului

Priza este alcatuita din una sau mai multe deschideri, plasate pe

un prag de beton situat cu putin peste cota medie a fundului albiei.

Fig. 2-7 Schema unei prize fara baraj


57

Pentru reglarea debitului captat priza este echipata cu stavile. In

fata acestora sunt amplasate batardourile necesare in cazul unor revizii

sau reparatii pentru punerea la uscat a prizei (fig. 2-7). Prin lansarea

partiala a acestora se poate face o captare din straturile de suprafata.

Atât in amonte cât si in aval de priza se adopta masuri constructive de

protectie a malurilor. Aceste masuri constau in taluzari si inierbari sau

realizarea unor peree.

Exista si alte scheme constructuctive ale prizelor cu nivel liber care

urmaresc cresterea eficientei acestora in raport cu conditiile naturale ale

amplasamentului.

In figura 2-8 a si b sunt

ilustrate doua scheme

constructive clasice pentru

prizele cu baraj.

Deschiderile acestor prize

sunt dispuse pe un prag

masiv, inaltat peste talvegul

râului pentru captarea

straturilor de suprafata cu

turbiditate redusa.

Spalarea depunerilor din

fata prizei se face periodic

prin manevre specifice ale

stavilelor de spalare de la

baraj. Eficienta acestei

spalari scade insa pe

masura indepartarii de

deschiderea de spalare.

Fig. 2-8 Scheme constructive pentru prize de râu cu baraj:

a-fara canal de spalare; b- cu canal de spalare

58 Prize de apă

Spalarea poate fi imbunatatita printr-un buzunar sau canal de

spalare realizat prin prelungirea in amonte a primei pile a barajului (fig. 2-

8 b).

O alta solutie de imbunatatire a conditiilor de spalare consta in

prevederea unei avanpile innecate in amonte, buzunarul fiind inchis (fig.

2-9). Ca urmare a golirii rapide a buzunarului de spalare, la deschiderea

stavilei se produce o deversarea peste avanpila. La baza avanpilei se

formeaza un vârtej cu ax orizontal care conduce la antrenarea rapida a

aluviunilor.

Fig.2-9 Priza cu avanpila innecata


59

Exista solutii constructive in care pentru spalarea depunerilor din

fata pragului se folosesc galerii amplasate sub prag. Efectul de spalare

al acestor galerii este local. Principalul dezavantaj este acela ca atrage

curentii de fund spre priza, inlesnind patrunderea particulelor solide prin

saltare in aductiune, in timpul spalarii.

O dezvoltare a acestui tip de prize il constituie prizele etajate (fig.

2-10). Frontul captarii este situat deasupra unor galerii de spalare scurte

dar de sectiune mare, ce intra in componenta barajului.

Fig. 2-10 Priza etajata

Avantajul acestui tip de prize consta in faptul ca asigura captarea

fara modificarea directiei de curgere si deci cu pierderi de sarcina mici.

Principalele dezavantaje sunt: pericolul patrunderii plutitorilor in

priza, pericolul colmatarii etajului inferior si consumul mare de apa pentru

60 Prize de apă

spalare. Aceste tipuri de prize sunt recomandate in cazul unor caderi

mici, când debitul captat este mare in valoare absoluta dar mic in raport

cu cel al râului.

Exemple de prize cu baraje de derivatie realizate la noi in tara

In figura 2-11 este prezentata amenajarea Ogrezeni, realizata intre

anii 1948-1950, pe râul Arges, destinata alimentarii cu apa a municipiului

Bucuresti. Debitul captat este de 8 m3/s. Principalele uvraje ale

amenajarii sunt barajul, priza de apa, desnisipatorul si canalul de

aductiune. Barajul este alcatuit dintr-un prag fix de beton si un baraj

mobil cu 6 deschideri de câte 26 m, echipate cu clapete de 2.00 x 26.00

m2 si 3 deschideri de spalare de câte 5.80 m echipate cu stavile plane.

Fig. 2-11 Barajul si priza Ogrezeni

In figura 2-12 se prezinta un exemplu de priza cu buzunar de

spalare si avanpila in cadrul amenajarii Isalnita având ca scop

alimentarea cu apa industriala a Combinatului Chimic Craiova, a

termocentralei Isalnita si a orasului Craiova. Debitul captat necesar


61

acestor folosinte este de 39 m3/s. Barajul captarii, de tip stavilar, cu

inaltimea constructiva de 16 m, are 6 câmpuri deversoare echipate cu

stavile segment cu clapete de 16.00 x 5.00 m2 si o deschidere de spalare

de 10 m, echipata cu stavila plana.

Fig. 2-12 Barajul si priza Isalnita

2.6 Prize pe râuri de munte

Aceste tipuri de prize au cunoscut o larga aplicare ca urmare a

amenajarilor hidroenergetice. In cazul unor amenajari de mare cadere

pot exista zeci de asemenea prize.

Cursurile de apa de munte se caracterizeaza prin:

� pante relativ mari 0.1…0.3%;

� transport insemnat de aluviuni in timpul viiturii;

62 Prize de apă

� transport de zai fara pod de gheata in timpul iernii;

� posibilitati grele de acces.

Alcatuirea constructiva a prizelor trebuie sa tina cont de aceste

caracteristici si sa satisfaca o serie de criterii:

� simplitate constructiva

� robuste in functionare ( sa reziste la socurile produse de

plutitori);

� captarea sa se faca astfel incât sa fie retinuta o cota cât mai

mica din viitura;

� sa permita automatizarea pentru a nu necesita personal de

exploatare.

Exista doua tipuri constructive:

1. cu captare pe coronament sau tiroleze

2. cu captare prin pile

In figura 2-13 se prezinta alcatuirea constructiva a unei prize cu captare

pe coronament. Priza este alcatuita dintr-un prag deversor si un canal

colector dispus transversal fata de directia cursului de apa.

Accesul debitului se face pe la partea superioara unde, canalul

este prevazut cu un gratar. Pragul si gratarul au o inclinare de 2% pentru

a permite trecerea plutitorilor. Lumina gratarului este in general ≥ 20

mm. Alegerea unei lumini mai mici conduce la infundarea gratarului, a

carui curatire este dificila. Functionarea pe timp de iarna este asigurata

prin prevederea unor gratare mobile ce se indeparteaza inaintea

perioadei de inghet.

Lateral canalul este racordat cu un desnispator. Panta canalului

colector catre desnisipator este de 7…8% astfel incât aluviunile care

patrund prin gratar sa fie antrenate catre desnisipator.


63

Fig 2-13 Priza tiroleza

Lungimea frontului prizei trebuie limitata pentru a nu reduce debitul

specific si pentru ca vitezele din canalul colector sa poata antrena

aluviunile depuse. Astfel frontul prizelor de fund are lungimi intre 2…10

m restul latimii albiei fiind inchisa printr-un prag deversor.

In cazul in care ar fi necesara o spalare zilnica a depunerilor ar

rezulta un desnisipator de dimensiuni foarte mari.

In aceasta situatie se adopta solutia de automatizare a camerei de

spalare cu ajutorul unor dispozitive de comanda hidraulica a stavilei de

spalare ca in exemplul din figura 2-14. Aceasta masura se adopta mai

ales in ideea renuntarii la personalul de serviciu permanent in timpul

exploatarii.

64 Prize de apă

Fig. 2-14 Priza de fund automatizata: 1-desnisipator; 2-reper; 3-camera flotorului; 4-

vana de admisie; 5-rezervor; 6-sifon; 7-flotor principal

Desnisipatorul este prevazut cu o camera de automatizare ce

contine camera flotorului, o vana de admisie, un rezervor, un sifon si un

flotor principal. In desnisipator se afla un reper ce comunica cu camera

flotorului. Când orificiile reperului sunt obturate de aluviuni camera

flotorului, cu care acesta comunica, se goleste si este comandata in

acest fel vana de admisie. Deschiderea vanei conduce la umplerea

bazinului. Când nivelul in bazin atinge muchia sifonului acesta se

amorseaza producând umplerea rapida a camerei flotorului principal

care, va actiona stavila de spalare.

Principala dificultate ce apare in exploatarea prizelor de fund este

colmatarea amonte a pragului. In aceste conditii se impune curatirea

permanenta a depunerilor pentru mentinerea in stare de functiune a

prizei.

O varianta constructiva pentru evitarea colmatarii este priza

caucaziana care se prezinta schematic in figura 2-15. Canalul colector

este amplasat sub cota talvegului deci nu modifica panta albiei. Pragul

este prevazut cu orificii ce sunt protejate printr-un filtru invers.

Dispunerea constructiva permite si captarea debitelor din pânza freatica.


65

Si in cazul acestui tip constructiv apare in timp colmatarea filtrului

captarea ramânând a se face doar prin gratarul de fund.

Fig. 2-12 Captare caucaziana

2.7 Prize de mare presiune

Acest tip de priza se intâlneste in cadrul amenajarilor

hidroenergetice de mare cadere. Datorita pozitiei, priza are o alcatuire

constructiva simpla din care lipsesc instalatiile speciale pentru protectia

impotriva plutitorilor, gheturilor si aluviunilor.

Alegerea pozitiei prizei in elevatie se face in functie de nivelul

Fig. 2-16 Colmatarea lacurilor de acumulare

66 Prize de apă

depunerilor in lac (fig. 2-16) si pe baza criteriilor tehnico-economice.

Intervalul de adâncime in care poate fi amplasata priza este

cuprins intre nivelul depunerilor din lac si nivelul minim de exploatare.

Radierul prizei trebuie sa se situeze peste aceasta cota a depunerilor din

lac.

Fata de aceasta limita intra apoi in discutie criteriile tehnico-

economice. Amplasarea la o adâncime foarte mare, ce inseamna

presiuni foarte mari, conduce la costuri ridicate atât pentru instalatiile din

priza cât si pentru galerie. Singurul avantaj este acela al cresterii transei

utile.

Alegerea pozitiei fata de nivelul minim de exploatare are in vedere

evitarea patrunderii aerului in aductiune prin pâlnii Rankin. Totodata prin

formarea acestor pâlnii sunt atrasi si plutitorii spre gratar.

Un alt criteriu tehnico-economic se refera la protejarea instalatiilor

metalice impotriva coroziunii prin mentinerea lor in permanenta in

contact cu apa. Exploatarea nerationala chiar si a transei de siguranta, la

noi in tara, a condus la degradarea gratarelor si a altor componente

metalice in cazul unor prize de acest tip.

In functie de pozitia prizei, in cadrul lucrarilor de captare, prizele de

adâncime pot fi:

� de mal sau in versanti;

� in corpul barajului;

� prize turn.

Cea mai comoda solutie constructiva o reprezinta amplasarea

prizei in corpul barajului (fig. 2-17). Barajul trebuie sa fie suficient de

masiv, deoarece prezenta prizei atrage dupa sine o serie de goluri,

precum si vibratii ce conduc la oboseala materialului.


67

Fig. 2-17 Prize amplasate in baraj: a-cu gratar amonte; b-cu batardou amonte

Vana de avarie poate fi lansata in curent in timp ce vana batardou

nu poate fi manevrata decât in apa linistita. Din motive economice, cele

doua functii, de serviciu si reparatii, sunt preluate de catre o singura

vana cu neajunsurile ce decurg de aici. Putul de manevra poate fi uscat

sau umed. In primul caz apar probleme legate de asigurarea etanseitatii

iar in cel de al doilea caz apar probleme legate de manevrarea unor

instalatii sub apa.

La intrarea in priza vitezele nu depasesc 1 m/s. Vitezele cresc

gradual putând ajunge in sectiunea curenta la 5 m/s. De aceea sectiunea

se reduce in mod armonios. Pentru evitarea aparitiei fenomenului de

cavitatie, la astfel de viteze, se iau masuri specifice de introducere a

aerului in zonele supuse acestui pericol. Se folosesc astfel tubatii de

aerare prevazute la partea inferioara cu o ventuza ce controleaza

circulatia aerului. Aceasta ventuza intra in functiune doar in momentul in

care depresiunea creata in conducta este mai mica decât presiunea

atmosferica.

Schimbarile de directii din schema constructiva introduc vibratii si

pulsatii si de aceea trebuie evitate.

68 Prize de apă

Costul acestor lucrari este determinat in primul rând de costul

vanelor de inchidere, pretul acestora fiind proportional cu patratul

suprafetei inchise. In aceste conditii se urmareste reducerea acestei

suprafete forta de manevra fiind usurata prin prevederea unor instalatii

suplimentare.

2.8 Desnisipatori

2.8.1 Clasificari

Un prim criteriu de clasificare este cel al modului in care au loc

depunerile:

� desnisipatori gravitationali, depunerea particulelor se face

gravitational ca urmare a reducerii vitezei curentului de apa;

� desnisipatori centrifugali - se formeaza un curentul curbiliniu cu

viteze mari ce proiecteaza particulele solide spre peretii exteriori,

de unde sunt colectate prin diferite sisteme.

La rândul lor desnisipatorii gravitaţionali se pot clasifica in:

� desnisipatori orizontali – canale orizontale cu viteze reduse;

� desnisipatori verticali – viteza de curgere este in sens invers

directiei de depunere;

� desnisipatori radiali.

Dupa modul de spalare a depunerilor:

� cu spalare hidraulica – se utilizeaza o parte din debitul derivat;

� cu spalare mecanica

� cu spalare cu pompe de noroi sau prin dragare

Spalare poate fi:

� continua;

� intermitenta.


69

2.8.1 Criterii de adoptare si dimensionare

Aceste criterii sunt determinate in primul rând de folosinta deservita

de catre priza si apoi de catre conditiile hidrologice si mineralogice ale

suspensiilor precum si de zona in care este amplasata priza.

In cazul prizelor energetice un criteriu privind dimensionarea

desnisipatorilor este legat de rezistenta la abraziune a materialului din

care sunt confectionate echipamentele mecanice, turbinele. Exista

anumite norme de proiectare a desnisipatorilor ce recomanda

dimensiunea si procentul de particule retinute.

In cazul termocentralelor conditiile privind dimensiunea minima a

particulelor retinute sunt mult mai severe deoarece circuitul de apa trece

prin tevi foarte subtiri ( circa 1”). Ca cifra orientativa se recomanda dmin

≤0.1 mm

Astfel alegerea parametrilor de functionare a desnisipatorului

trebuie facuta in acord cu constructorul mecanic.

Pe cursurile mijlocii si inferioare ale râurilor continutul de particule

in suspensie cu diametru mai mare de 0.25 mm este foarte redus. De

aceea un desnisipator proiectat in aceasta zona, poate fi in cea mai

mare parte din timp inutil.

Pe cursurile superioare fractiunile cu diametru mai mare de 0.25

mm pot reprezenta in anumite perioade pâna la 50% din totalul

suspensiilor. Aportul mare de debite solide având loc doar in timpul

viiturilor si pe o durata redusa, intreruperea pe durate scurte a

functionarii captarii fara desnisipator poate fi justificata economic.

70 Prize de apă

2.8.2 Desnisipatori cu functionare intermitenta

Alcatuirea constructiva de principiu a unui desnisipator cu

functionare intermitenta este prezentata in figura 2-18. Intre priza si

desnisipator exista o zona de racord in care vitezele medii descresc

treptat pâna la 0.5…0.1 m/s. Intrarea in desnisipator este controlata prin

stavile de admisie. Depunerea aluviunilor are loc in zona activa a

desnisipatorului a carui lungime este de ordinul zecilor de metri putând

ajunge pâna la 100…200 m.

Fig. 2-18 Schema unui desnisipator cu functionare intermitenta

Fig. 2-19 Uniformizarea vitezelor prin: a-pereti sicanati; b-pereti de dirijare

sectiunea x-x


71

Pentru reducerea turbulentei curentului si uniformizarea vitezelor la

intrarea in desnisipator se prevad bare sau gratare de uniformizare

dispuse in sah in plan orizontal. Aceleasi efecte pot fi obtinute si prin

adopatarea altor solutii constructive ca de exemplu realizarea in zona de

racord cu priza a unor pereti sicanati sau pereti de dirijare care separa

curentul in straturi (fig. 2-19 a, b).

La capatul aval se afla un prag deversor prevazut cu stavile prin

care este controlat accesul apei curate in camera de incarcare si de aici

in aductiune. Cota si lungimea deversorului se calculeaza astfel incât sa

se asigure intrarea in derivatie a debitului instalat.

La baza pragului se afla orificiile galeriilor de spalare inchise cu

vanele de spalare.

Când se completeaza volumul mort al depunerilor se întrerupe

funcţionarea şi începe spalarea acestora. Intervalul intre doua spalari

variaza intre 12 si 36 ore. Pentru spalare, se inchide partial stavila de

admisie in desnisipator, se deschide vana de spalare si se inchide stavila

de admisie in aductiune. Jetul de fund care se formeaza astfel si care

are viteze mari va antrena aluviunile depuse. Pentru o spalare eficienta

se recomanda ca galeria de spalare sa functioneze neinnecat pentru a

asigura o cadere suficienta a curentului de spalare.

Panta minima a fundului camerei trebuie sa fie de 3% deoarece s-a

constatat ca pe masura ce panta depozitului aluvionar scade, consumul

de apa pe metru cub de material antrenat creste, la pante sub 3%

spalarea devenind neeconomica.

De asemenea consumul de apa pentru spalare se poate reduce

prin manevre succesive si de scurta durata. Perioada de spalare

dureaza intre 30…60 de minute.

72 Prize de apă

Desnisipatorii sunt prevazuti

cu doua sau mai multe camere

pentru a nu intrerupe alimentarea

cu apa a folosintei deservite (fig.

2-20).

Pentru evitarea zonelor de racord

excesiv de lungi in cazul unor

latimi considerabile ale

desnisipatorului, in locul

dispozitiei coaxiale cu derivatia,

se aplica schema cu dubla

intoarcere a curentului ( fig. 2-20

b).

2.8.3 Analiza calitativa a fenomenului de sedimentare

Viteza orizontala a unei particule solide din masa aluviunilor aflate

in suspensie este:

ω

Qvm = (2.5)

unde: Q este debitul si ω este aria sectiunii transversale.

Aflata in acelasi timp sub actiunea vitezei de sedimentare w ca

urmare a gravitatiei, particula ar trebui sa aiba o traiectorie teoretica

determinata de catre rezultanta celor doua viteze. Aceasta traiectorie

este modificata de fapt de o serie de fenomene ce sunt ilustrate in figura

2-21.

Fig. 2-20 Desnisipatori cu mai multe

camere: a-axiali; b-cu dubla intoarcere


73

Fig. 2-21 Fenomene ce influenteaza procesul de depunere in desnisipatori:

I, II-rugozitatea fundului; III-repartitia vitezelor longitudinale; IV-continutul de aluviuni;

V-limpezirea curentului in lungul desnisipatorului; VI-traiectoriile particulelor; 1-

teoretica; 2-tinând seama de neuniformitatea vitezelor; 3-tinând seama de

capacitatea de antrenare; 4-tinând seama de turbulenta.

Ca urmare a rugozitatii fundului sau a suprafetei depunerilor

miscarea in desnisipator are un caracter turbulent. Apar astfel curenti

dirijati inclinat de la straturile de jos catre cele superioare (fig. 2-21 I)

Intensitatea acestor curenti scade pe masura ce se indeparteaza de

fund. Acelasi fenomen are loc si in plan orizontal conducând la aparitia

unor miscari transversale cu viteze mai putin inclinate fata de orizontala.

Daca particula va intra in zona acestor curenti traiectoria sa va fi

modificata ca urmare a actiunii componentelor v’ si v” ca in figura 2-21 II.

Intr-o sectiune transversala viteza longitudinala a curentului variaza

atât pe orizontala cât si pe verticala (fig. 2-21 III).

74 Prize de apă

Neuniformitatea acestor viteze va contribui de asemenea la

modificarea traiectoriilor particulelor aflate la o anumita distanta fata de

peretii laterali sau in zona superioara si mijlocie a curentului.

Distributia neuniforma pe verticala a aluviunilor (fig. 2-21 IV)

conduce la micsorarea inaltimii de cadere a majoritatii particulelor si

implicit a timpului necesar sedimentarii lor. Se produce in acest mod o

marire a curburii traiectoriei.

In plan longitudinal continutul de aluviuni variaza conform figurii 2-

21 V fiind mult mai mare la intrarea in camera si diminuat spre capatul

aval.

Rezulta deci ca la un moment dat capacitatea de antrenare va fi

egala cu cantitatea de aluviuni ramasa in sectiune si o viitoare

sedimentare nu va mai avea loc. Cantitatea de aluviuni ce ramâne in

suspensie la orice lungime a desnisipatorului, dupa Zamarin este egala

cu ρQ unde:

w

Riw

v

vm 0

0

022.0=ρ (kg/m3) (2.6)

unde:

R- raza hidraulica in m;

i – panta suprafetei curentului;

vm – viteza medie orizontala;

w0 = w si in orice caz w0 ≥ 0.002 m/s

In figura 2-21 VI sunt prezentate formele traiectoriilor particulei

tinând seama de fenomenele enumerate.


75

2.8.4 Dimensionarea desnisipatorilor

Dimensionarea desnisipatorilor orizontali pleaca de la ipoteza ca

particula solida de diametru impus ce urmeaza a fi retinuta, aflata in

pozitia cea mai defavorabila la intrarea in zona activa, urmeaza sa

strabata o traiectorie rectilinie pâna la capatul aval al desnisipatorului in

zona volumului mort (fig. 2.22).

Fig. 2-22 Elementele geometrice pentru calculul hidraulic al desnisipatorilor orizontali

Particula in miscare se afla sub actiunea vitezei orizontale a

curentului in desnisipator v si a vitezei de sedimentare w, traiectoria fiind

determinata de rezultanta celor doi vectori. Lungimea activa a

desnisipatorului Ld rezulta astfel din relatia geometrica directa:

w

vHL u

d = (2.7)

Fenomenele de miscare a aluviunilor aflate in suspensie sunt mult

mai complexe asa dupa cum s-a vazut mai sus, in analiza calitativa a

fenomenului de sedimentare.

Lungimea desnisipatorului calculata cu relatia (2.7) este majorata

de obicei cu un coeficient de siguranta k = 1.2…1.5.

76 Prize de apă

O alta metoda de calcul este cea statistica ce se bazeaza pe

observatii directe asupra fenomenului de sedimentare. In proiectarea

desnisipatorilor se folosesc abace de calcul ca cele din figura 2-23 ,

rezultate in urma studiilor experimentale si a calculelor statistice.

Fig. 2-23 Diagrama pentru calculul desnisipatorilor prin metoda statistica

Aceste diagrame exprima procentul asigurat p% de particule solide

retinute in desnisipator in functie de rapoartele wi/v si Hu/Ld. Având

raportul calculat al vitezelor pentru particula de diametru minim ce

trebuie retinuta cu o asigurare impusa, se poate determina raportul Hu/Ld.


77

Fig. 2-24 Schema logica pentru calculul hidraulic al desnisipatorilor orizontali

In figura 2-24 se prezinta schema logica pentru calculul hidraulic al

desnisipatorilor orizontali.

DA

SE ALEG: VITEZA DE ACCES SI INALTIMEA UTILA v SI, Hu

SE DETERMINA VITEZA DE SEDIMENTARE A PARTICULELOR

w = f(d, γs, ν)

SE CALCULEAZA LUNGIMEA

ACTIVA A DESNISIPATORULUI

START

STOP

SE VERIFICA INDEPLINIREA

RESTRICTIILOR CONSTRUCTIVE

SUNT INDEPLINITE RESTRICTIILE

CONSTRUCTIVE ?

NU

78 Prize de apă

Principalele recomandari constructive ce trebuie verificate, si care

au rezultat in urma experientei proiectarii si exploatarii acestor constructii

pot fi rezumate astfel:

� numarul de camere ale desnisipatorului 2…5;

� panta longitudinala a fundului camerelor 3…4% eficienta spalarii

depinde de aceasta panta;

� adâncimea totala a apei este Ht = Hu + Hm = 3…5 m;

� inaltimea volumului mort prevazut pentru depuneri se

recomanda 0.25…0.35 din adâncimea totala a apei Hm =

(0.25…0.35)Ht.;

� latimea unei camere 2..3 m;

� pentru raportul intre lungimea activa a desnisipatorului si latimea

totala a acestuia, Ld/B se recomanda valori de 2…3.5;

� viteza orizontala de circulatie a apei in camere v = 0.20…0.40

m/s.

Vitezele de sedimentare, wi depind de diametrul particulei di, de

greutatea specifica si de vâscozitatea cinematica a lichidului.

Dupa stabilirea dimensiunilor desnisipatorului se calculeaza timpul

de umplere a volumului mort si durata spalarii unei camere.

In cazul desnisipatorilor izolati, se recomanda ca timpul de umplere

a volumului mort sa fie de 5…15 zile.

Durata spalarii unei camere se recomanda sa nu depaseasca o

ora. In timpul spalarii trebuie sa se asigure viteze suficient de mari vsp ≈

2.5 m/s pentru a se putea antrena si transporta depunerile de aluviuni.


79

Fig. 2-25 Schema spalarii depunerilor intr-un desnisipator cu functionare intermitenta

In figura 2-25 se prezinta schematic fazele spalarii depunerilor

dintr-un depozit aluvionar. Panta depunerilor se reduce treptat prin

antrenarea unor transe prismatice. Se disting doua faze: intr-o prima

faza inaltimea depozitului este constanta si egala cu H0, iar in a doua

faza inaltimea depozitului se reduce treptat, in timp ce, lungimea sa L0

ramâne constanta.

Pentru determinarea debitul solid antrenat Gs, variabil in timp, la un

moment t, poate fi aplicata urmatoarea relatie, dedusa pe baza

experimentala:

025.034.13

23.1

=

gBd

Q

L

HQG

sp

spds γ (2.8)

unde:

� Qsp este debitul de spalare egal cu 0.8 Qii/n (Qi – debitul instalat; n -

numarul de camere);

� B – latimea depozitului

� H, L – inaltimea si lungimea depozitului in momentul considerat;

80 Prize de apă

� d- diametrul mediu al particulelor solide (in mod acoperitor se

considera dmediu = 0.50 mm);

� γd – greutatea volumetrica a depunerilor.

In faza I cantitatea de material antrenata in timpul ∆t poate fi scrisa

astfel:

LBHtG ds ∆=∆ 02

γ (2.9)

Rescriind relatia (2.8) sub forma:

3.1

1

=

L

HKGs (2.10)

unde K1 este o constanta 025.034.13

2

1

=

gBd

QQK

sp

spdγ

dupa prelucrari prin diferentiere se obtine:

dLBHdtL

HK d

0

3.10

1 2γ

=

(2.11)

si:

dLLKdtLT

∫∫ =01

0

3.12

0

(2.12)

unde:


81

3.001

22 HK

BK dγ

= (2.13)

Din integrarea expresiei (2.12) rezulta:

3.2021 3.2

1LKT = (2.14)

In faza II cantitatea de material antrenata in timpul ∆t conform

notatiilor de mai sus se poate scrie:

HBLtG ds ∆=∆ 02

γ (2.15)

dupa prelucrari rezulta:

∫ ∫−=

2

00

03.1

3

T

H

dHHKdt (2.16)

unde:

1

3.20

3 2 K

BLK dγ

= (2.17)

din integrarea relatiei (2.16) rezulta:

3.0032 3

10 −= HKT (2.17)

82 Prize de apă

Timpul total de spalare a unei camere se obtine din insumarea

timpilor necesari in cele doua faze ale spalarii:

21 TTTtotal += (2.18)

2. prize de apa

Documents