Section 7

7. Diseño Preliminar del Emisor Submarino
7.1 Resumen de las Facilidades del Emisor
El Emisor de Lima Norte consistirá de los siguientes elementos principales:
· Estructura de empalme
· Tubería del emisor terrestre
· Tubería del emisor submarino
· Estructura de la “Y” del difusor
· Difusores
El sistema del emisor se diseñará para proveer una vida útil de 75 años.
7.2 Estructura de Empalme
Se instalará una estructura de empalme inmediatamente al oeste de la planta de tratamiento. Como se ilustra en la Figura 37, la estructura de empalme se construirá de concreto armado vaciado en obra, y cumplirá las funciones siguientes:
· Recolección de Aguas Negras sin tratar. Todas las aguas negras sin tratar se recolectarán en un sólo punto para conducirlas a las obras de cabecera de la planta de tratamiento.
· Recolección de Efluente Tratado. El efluente tratado proveniente de los dos juegos de clarificadores primarios se recolectará en un solo punto de la cámara de salida para conducirlo al emisor.
· Acceso al Emisor. La estructura de empalme proveerá un medio de acceso al emisor submarino para facilitar inspecciones, mantenimiento, y reparaciones.
· Desvío de Aguas Negras sin tratar. La estructura de empalme proveerá un medio de desviar las aguas negras sin tratar o parcialmente tratadas a la playa, cuando el emisor deba ser retirado del servicio durante emergencias. Dos compuertas de charnela y una compuerta de esclusa permitirán que las aguas negras sin tratar o parcialmente tratadas sean desviadas a la playa o al emisor.
· En las estructuras del empalme se liberará sulfuro de hidrógeno, donde la mezcla de flujos de las tres tuberías crea condiciones de turbulencia. Por ello, los muros interiores y el techo de la parte este de la estructura (que reciben aguas negras sin tratar), se revestirán con planchas de PVC empotradas para resistir la corrosión de las superficies de concreto.
7.3 TUBERIA DEL EMISOR TERRESTRE
El emisor terrestre, un conducto de 4.0 m de diámetro, se extenderá entre la estructura de empalme y la orilla de la playa. Además, se construirá también una tubería de desviación de emergencia de 4.0 m de diámetro para poder descargar a la playa las aguas negras sin tratar o tratadas parcialmente, cuando el emisor submarino deba ser retirado del servicio.
Figura 37 – Estructura de Empalme
7.3.1 Materiales de tubería
El material preferido para la construcción del emisor terrestre es la tubería de presión de concreto reforzado. Este material tiene un historial probado de desempeño en tuberías de efluente de gran diámetro, y puede fabricarse localmente. Para la construcción del emisor terrestre pueden considerarse dos tipos de tubería de presión de concreto:
· Tubería de concreto reforzado sin cilindro, fabricada según especificaciones ASTM C361/AWWA C302 y adecuada para presiones máximas de trabajo de hasta 380 kPa.
· Tubería de concreto reforzado con cilindro, fabricada según la especificación AWWA C300. En este tipo de tubería, se vacía un cilindro de acero y barras de acero dulce en la pared del tubo, pudiendo resistir presiones hasta de 1.7 MPa.
· La tubería de concreto pretensado con cilindro es una posible alternativa. Esta tubería, que se fabrica conforme a la especificación AWWA C301, está hecha con un cilindro de acero que se forra con un núcleo de concreto centrifugado o vaciado verticalmente. Después se le envuelve con alambre de alta resistencia que comprime el núcleo de concreto, y se le reviste con mortero de cemento. Ha sido utilizada en aplicaciones de alta presión (más de 2.75 MPa) y con cobertura profunda de tierra (mas de 30 m). Debido a los problemas de corrosión y a las necesidades de presión relativamente baja de este proyecto, no se recomienda este tipo de tubería.
7.3.2 Juntas
Las juntas de tubería para el emisor terrestre serán estándar, de campana extendida, para tubería reforzada, equipadas con doble empaquetadura y tubo de prueba que permita la prueba de presión de la junta. Esto permitirá probarla inmediatamente después de instalada, aún en condiciones de anego. La junta de campana extendida no se fijará en la dirección del eje del tubo.
Las juntas de tubería del emisor terrestre deberán soportar presiones internas y externas, y permitir la rotación y elongación axial de la junta que podrían ocurrir debido al asentamiento y carga sísmica. La geometría de la junta permitirá una deflexión mayor de 1 grado sin fugas. Si el asentamiento de la base de la tubería, ya sea inducido por sismos u otra causa, produce rotaciones de tubería mayores de 1 grado, puede ser necesario modificar la junta o descartar su empleo del todo. Para la tubería de presión de concreto se seleccionarán juntas que permitan las deflexiones requeridas, según lo establezcan las consideraciones geotécnicas.
7.3.3 Sistemas de Revestimiento y Recubrimiento
En las tuberías de presión de concreto que conducen agua de desecho doméstica, es posible que el concreto se deteriore en la corona del tubo, donde las bolsas de aire pueden proveer un ambiente adecuado para la acumulación del sulfuro de hidrógeno y las condiciones corrosivas resultantes. Para eliminar el potencial de corrosión, todos los tubos de presión de concreto se forrarán con PVC en los 90 grados superiores, a fin de que los gases corrosivos que puedan acumularse en el tubo no entren con contacto con el concreto.
El agua de mar contiene niveles altos de iones de cloruro, que pueden pasar lentamente a través del recubrimiento de concreto y llegar al acero de refuerzo. Al llegar al acero, comienza una degradación rápida. Para demorar este fenómeno tanto como sea posible y aumentar la vida útil del proyecto, se recubrirá la superficie exterior del tubo de concreto. Los recubrimientos para el emisor terrestre combinarán varias propiedades físicas y químicas, incluyendo:
· Buena resistencia dieléctrica para impedir el flujo de electrones a través del recubrimiento.
· Resistencia a la alcalinidad.
· Buena adhesión, lo cual es función tanto de la química del recubrimiento como de la preparación de la superficie.
· Bajas tasas de transferencia de vapor húmedo y adsorción de humedad. La adsorción de humedad aumenta el flujo de corriente y la transferencia de humedad provee más electrolito para las reacciones químicas de corrosión.
Para satisfacer estos requisitos, la superficie exterior del emisor terrestre se recubrirá con alquitrán epóxico.
7.3.4 Estructuras Especiales
El emisor terrestre será accesible por la estructura de empalme para efectuar inspecciones o reparaciones.
7.3.5 Requisitos Estructurales
7.3.5.1 Carga de tierra
Las cargas de tierra sobre los tubos del emisor terrestre dependerán del tipo de construcción, condiciones del suelo y agua subterránea, profundidad de entierro, y proporciones geométricas de los tubos y las excavaciones. Las cargas de tierra serán evaluadas usando la teoría de Marston de cargas de tierra sobre conductos enterrados como una fuerza vertical equivalente aplicada a lo largo de la corona del tubo.
7.3.5.2 Carga del tráfico
El tráfico vehicular puede ocasionar cargas vivas adicionales sobre los tubos, tanto durante la construcción como después de culminada ésta. Las cargas del tráfico se basarán en aquellas relacionadas con el paso simultáneo de dos camiones sobre el emisor terrestre. Las cargas de camión serán del tipo HS20 definido conforme a las pautas de la Asociación Americana de Funcionarios de Carreteras y Transporte Estatal (AASHTO por sus siglas en Inglés). Las cargas del tráfico son virtualmente insignificantes cuando la tubería del emisor terrestre está enterrada a más de 3 m.
7.3.5.3 Requisitos de Presión
El sistema del emisor terrestre se diseñará como uno de flujo por gravedad para flujos hasta de 22.4 m3/s. La clasificación de presión de los tubos del emisor terrestre se seleccionará de modo que la máxima capacidad futura de emisor, no sea limitada por el emisor terrestre.
7.3.5.4 Restricción del Empuje
Como el emisor terrestre será una tubería recta, no será necesaria la restricción del empuje.
7.3.6 Construcción
La construcción del emisor terrestre involucrará la fabricación de aproximadamente 250 m de tubería de 4 m de diámetro, la excavación de la zanja para la tubería, la colocación del material de asiento, el tendido de los tubos sobre un asiento adecuado dentro de la zanja excavada, y el relleno de la zanja. Todo el trabajo se realizará dentro de una área de trabajo de construcción de aproximadamente 50 m. Los tubos se fabricarán en el Perú y se transportarán en barcaza directamente al punto de instalación, ó – si se facilita un terreno al contratista – podrían fabricarse los tubos en la playa.
En la Figura 38 se muestra un corte transversal típico del emisor terrestre. La profundidad de la excavación de la zanja estará en un rango de 7 a 10 m y se efectuará por corte abierto o dentro de tablestacas. Si se emplean métodos de zanja por corte abierto, es probable que la parte superior de la zanja tenga hasta 30 m de ancho, dependiendo de la estabilidad de los suelos. La excavación se hará en un ambiente de alto nivel freático, y el contratista podrá elegir construir el emisor terrestre en una zanja seca con ayuda de equipo de drenaje, ó en una zanja inundada. Si se hace drenaje, el efluente del mismo se descargará en el mar mediante una tubería temporal. El drenaje requerirá de varios pozos con bombas, asi como el bombeo de sumidero de la zanja abierta. Se anticipa que este tipo de excavación requerirá dos máquinas excavadoras, una que trabaje en un nivel superior y otra en un nivel inferior. El material excedente se eliminará fuera de obra, y el material restante se usará para relleno de la zanja. Se traerá relleno selecto para la zona de tubería.
Se necesitará una grúa grande para descargar los tubos. Las juntas de tubo se equiparán con doble empaquetadura y tubo de prueba que permita probar la presión antes del relleno. Para la construcción de la tubería en una zanja seca, el relleno se colocará en capas controladas, y compactadas mediante un compactador autopropulsado. Si los tubos se instalan bajo el agua, el material de relleno será roca de tamaño y graduación apropiados que se traerá de otro lugar.
7.4 TUBERIA DEL EMISOR SUBMARINO
7.4.1 Materiales de tubería
Los tubos de concreto reforzado sin cilindro (TCR) y los tubos de acero son los preferidos para construir el Emisor de Lima Norte. No se recomiendan los tubos de concreto reforzado con cilindro. Los materiales alternos tales como la tubería plástica reforzada con fibra de vidrio (FRP) no han resultado satisfactorios en aplicaciones similares.
El diseño preliminar se basará en TCR apoyado en asiento de grava, excepto en zonas de licuefacción potencial, donde se usarán tubos largos (30 m) de acero con recubrimiento de concreto y forro de mortero de cemento. Los TCR se fabrican típicamente con juntas de espiga y campana, en segmentos hasta de 7 m, y ofrecen las ventajas siguientes:
· Los tubos pueden fabricarse localmente.
· El grueso espesor de pared de los tubos proporciona durabilidad y estabilidad durante las tormentas.
· Los tubos tienen un largo y excelente historial de uso en emisores marinos.
· La industria internacional de construcción marina tiene mucha experiencia instalando estos tubos en emisores marinos.

Figura 38 – Corte Típico de Emisor Terrestre
Los tubos de acero pueden fabricarse relativamente ligeros con longitudes largas. El control del peso sumergido de la tubería de acero también puede lograrse agregándole un forro de concreto reforzado o una camisa de concreto al exterior de los tubos, para proveer peso adicional y protección mecánica al recubrimiento de protección contra la corrosión. Como alternativa puede utilizarse tubería de acero revestida con mortero de cemento (fabricada según especificación AWWA C 200). Este producto se ha usado ampliamente para transportar agua y agua de desecho. Se han usado tubos de acero en emisores marinos importantes como el Emisor Renton de 1.5 m de diámetro en Seattle, Washington, y el Emisor Iona de 2.3 m de diámetro en Vancouver, Columbia Británica. Emisores recientemente construidos en Estambul, Taipei, y Honk Kong han utilizado tubos de acero o han tenido seriamente en cuenta el uso de tubos de acero como material alternativo.
7.4.2 Juntas
Las juntas de tubos deben resistir los esfuerzos de construcción y sísmicos. Deben armarse fácilmente bajo el agua y proveer la rigidez o flexibilidad necesarias según sea aplicable. Se asume que todas las juntas serán del tipo de espiga y campana con doble empaquetadura.
Las juntas convencionales de TCR de gran diámetro son del tipo de espiga y campana, con doble empaquetadura de anillos “O” colocados en ranuras de la espiga. La Figura 39 muestra un corte de junta típica. La doble empaquetadura permite hacer una prueba de presión a las juntas y también provee un sello redundante. Para verificar la impermeabilidad de las juntas, se aplica presión entre los anillos “O” mediante un pequeño tubo que va a una conexión exterior en la tubería. La prueba de presión, efectuada en el momento que se arma cada junta, evita el trabajo de reparación correctiva costosa y dudosa después de la instalación.
Típicamente, las juntas de tubos de acero pueden ser de espiga y campana similares a las usadas con los TCR. Las juntas de espiga y campana permiten la rotación por asentamiento diferencial y ajuste de alineación durante la instalación. Para el Emisor de Lima Norte, se instalarán conectores de doble campana y tubos de acero largos (ver Figura 40) en las zonas de licuefacción, para acomodar la rotación de junta asociada al posible asentamiento diferencial de hasta 250 mm. El asentamiento diferencial inducido sísmicamente es posible dada la información geotécnica del estudio de reflexión sísmica en la región entre las estaciones 2+400 y 3+944 del emisor. Se instalará un sistema de restricción de junta como se muestra en la Figura 40, para limitar el movimiento axial de la tubería de acero. En el conector de doble campana, podría usarse una junta cónica de concreto o una junta de anillo Carnegie de acero (ver Figura 41).
Los tubos de acero también pueden unirse con bridas cuando el movimiento de la junta sea indeseable y se requiera continuidad de la rigidez de tubería. Las bridas de acero son costosas y no es probable que se requieran en este proyecto de acuerdo al concepto de diseño actual.
7.4.3 Protección contra la corrosión
Los métodos de protección contra la corrosión están en función del material de la tubería y el medio ambiente. El sistema de protección contra la corrosión en la tubería debe ser eficaz durante la vida de 75 años del proyecto. Las alternativas de protección contra la corrosión incluyen sistemas de protección catódica pasivos o activos (corriente impresa), un recubrimiento dieléctrico eficaz, y una cubierta protectora de mortero de cemento.
Figura 39: Junta Típica de Tubo de Concreto Reforzado
Figura 40: Conector de doble campana para tubo de acero
Figura 41: Junta de Anillo Carnegie
La protección contra la corrosión para la TCR generalmente se satisface mediante la provisión de concreto adecuado sobre las superficies de acero. El refuerzo de acero dentro de la tubería estará cubierto por un mínimo de 40 a 50 mm de concreto, protegiendo eficazmente al acero contra la corrosión por el efluente o el agua de mar en el transcurso de los 75 años de vida útil. En algunos emisores de TCR se ha encontrado deterioro en la corona de los tubos, donde puede acumularse el aire atrapado. Para eliminar la posibilidad de corrosión asociada con el sulfuro de hidrógeno en la corona de los tubos, éstos serán revestidos con PVC en el cuadrante de 90 grados superior. La cara vertical de la junta donde no se puede aplicar el PVC será protegida por un revestimiento de epóxica para controlar problemas de corrosión.
La principal preocupación con la tubería de acero en un ambiente marino, es la corrosión. La tubería de acero puede protegerse contra la corrosión interna y externa mediante una combinación de revestimientos, recubrimientos y protección catódica; sin embargo, esto aumenta el costo del material de la tubería. El revestimiento de tubería de acero recomendado consiste de resina epóxica cubierta por mortero de cemento. El exterior de la tubería se protegerá con resina epóxica cubierta con una camisa de concreto rociado o de concreto reforzado vaciado en el sitio.
La protección contra la corrosión puede lograrse ya sea con un sistema de corriente impresa o mediante ánodos de sacrificio (como el zinc, aluminio o magnesio). Durante el diseño final, deben compararse las dos alternativas. El sistema de corriente impresa, aunque es más caro, tendría la ventaja de poder controlar y monitorear la cantidad de corriente requerida, que es proporcional al área de metal desnudo expuesto. Debido a que un recubrimiento dieléctrico es muy eficaz cuando se aplica debidamente, se asume que la mayor parte de la pérdida de corriente ocurre en picaduras del recubrimiento y en zonas de acero expuesto durante la instalación. Sobre la base de consideraciones técnicas y de costo, el sistema óptimo de control de corrosión en tubería de acero puede lograrse utilizando un sistema de ánodos de sacrificio conjuntamente con un forro de concreto reforzado y un recubrimiento dieléctrico (resina epóxica), rodeados por un recubrimiento exterior de concreto rociado.
7.4.4 Estructuras Especiales
La finalidad de los buzones en un emisor submarino es proveer acceso para inspección, mantenimiento y reparación. En inspecciones periódicas puede evaluarse el estado del revestimiento de los tubos y el grado de corrosión.
Los buzones se instalarán a intervalos de 300 m aproximadamente. Los buzones tendrán un diámetro de 1.1 m, tamaño suficiente para el ingreso de un buzo con tanque portátil de oxígeno o uno abastecido desde la superficie, o de un vehículo a control remoto (ROV por sus siglas en Inglés) equipado con instrumentos de inspección. La ferretería empotrada será de monel, y las tapas de los buzones tendrán piezómetros incorporados.
7.4.5 Consideraciones Geotécnicas
En el proyecto se han identificado diversos peligros geotécnicos. El presente diseño a nivel de ingeniería preliminar, mitigará estos peligros hasta donde sea posible.
7.4.5.1 Magnitudes de Terremoto y Aceleraciones del Terreno
La zona de Lima es de alta actividad sísmica, con terremotos en 1940, 1966, 1970 y 1974 (variando en magnitud de Richter M7 a M 8.4) que causaron fuertes daños. Para un período de retorno de 100 años, las aceleraciones máximas estimadas para Lima varían de 0.4 g para terremotos del tipo de subducción, a 0.25 g para terremotos intra placa poco profundos. Las aceleraciones máximas del terreno pueden variar entre 0.34 y 0.38 g para la franja costera próxima a lo largo de Lima para un período de retorno de 100 años.


7.4.6 Desplazamiento de Fallas
Existen posibles discontinuidades geológicas en la zona de un paleocanal mar adentro, a una distancia de 2.4 a 4 Km de la costa, y hay cierta manifestación de posible fallamiento alrededor de dicho paleocanal. La ruptura de falla parece presentar un peligro para el emisor, pero es difícil evaluar la magnitud de dicho peligro.
7.4.6.1 Licuefacción inducida por Sismo
Para el Emisor de Lima Norte, existe una alta probabilidad de licuefacción inducida sísmicamente en paleo canales que se han llenado con sedimentos marinos recientes a una distancia de 2.4 a 4 Km de la costa. Si estos sedimentos consisten en depósitos granulares sueltos, entonces el riesgo de licuefacción en esta zona es alto. Se anticipa que los materiales sueltos pueden llegar hasta profundidades de 10 a 20 m. El asentamiento por consolidación del material licueficado puede estar en el orden del 0.5 a 3% del espesor de la zona licueficada, dependiendo de la densidad inicial de los suelos y la duración de la sacudida. Para los fines del presente informe (antes de que puedan efectuarse investigaciones geotécnicas más detalladas), se asume que son posibles los asentamientos diferenciales del orden de aproximadamente 250 mm en una distancia de 30 m.
7.4.7 Requisitos Estructurales
7.4.7.1 Protección contra las olas
El emisor de Lima Norte será protegido de olas tormentosas debvido al efecto de protección de la Isla de San Lorenzo y debido a las características del regimen de olas locales. Además, el alineamiento propuesto ha sido seleccionado para presentar el perfil más estrecho para las olas que se acercan. La protección del emisor de la acción de las olas es particularmente importante en la zona cercana a la costa. El mecanismo de falla por acción de las olas está relacionado tanto con la fricción del lecho marino alrededor de un emisor que ocasiona el desplazamiento y asentamiento de la roca protectora, como con el desplazamiento por arrastre de las rocas protectoras debido a las altas velocidades del agua asociadas con las olas. Pueden ocurrir daños como resultado de olas de tormenta severa que arrastren varios metros de arena de la playa hacia aguas más profundas, o la muevan paralelamente a la costa. La deriva litoral de arena tendrá la tendencia de socavar arena del lado corriente abajo de un emisor expuesto, y apilar arena en el lado corriente arriba. Eventualmente, la roca protectora en el lado socavado puede desprenderse y dejar expuesta la tubería.
En la zona de rompiente, el Emisor de Lima Norte estará enterrado a una profundidad suficiente para mantener la parte superior del emisor por debajo de las fluctuaciones históricas del fondo. El entierro profundo minimizará la posibilidad de que el emisor interrumpa el movimiento de arena de playa larga, y lo protegerá del impacto directo de las olas y de las corrientes de tormenta de playa larga. El tamaño mínimo de roca que no será desplazado por la ola de diseño, será determinado durante la fase de diseño detallado.
Tal como está concebido actualmente, el cilindro principal del Emisor de Lima Norte estará enterrado totalmente entre la estructura de empalme y la Estación 3+800, y estará parcialmente enterrado en su longitud restante. Al enterrarse el emisor, se protegerá la tubería de las fuerzas del oleaje.
7.4.7.2 Resistencia a la Flotación
La acción de las olas y corrientes puede originar fuerzas de levantamiento vertical donde la tubería está expuesta. Esto es de interés especial para la tubería que no está enterrada, tal como los difusores que descansan en el lecho marino. El peso de la tubería y la configuración del balastro deben diseñarse para tomar en cuenta las fuerzas de levantamiento.

La resistencia a la flotación también debe considerarse donde la tubería está enterrada, especialmente si se usan suelos nativos como relleno. La mayor preocupación respecto a la flotación es si el relleno se licuefica durante un terremoto o bajo severas presiones de olas. La TCR típica llena de efluente tiene una gravedad específica del orden de 1.4 a 1.5. Podría esperarse que la arena licueficada tenga una gravedad específica tan alta como 1.9. Por lo tanto, probablemente se levantaría la tubería en una situación tal que la resistencia interna al corte del suelo sea insuficiente para retener la tubería, y no se utilicen otros medios de sujeción.
7.4.7.3 Rotación de Juntas y Asentamiento de Tubería
El asentamiento diferencial del lecho marino ocasionará la rotación de las juntas, potencialmente causando la apertura de las juntas . Las juntas de tubería deben diseñarse para aceptar estas rotaciones. Para la tubería con juntas rígidas (o sea, bridas), las juntas deben ser capaces de manejar los momentos y fuerzas inducidos por el asentamiento. El asentamiento diferencial puede ocurrir como resultado de un asentamiento inicial, un asentamiento por consolidación, y asentamientos inducidos por sismos. Luego que se terminen las investigaciones geotécnicas localizadas adicionales, se dispondrá de mejor información sobre el potencial de asentamiento diferencial, y entonces deberán evaluarse sistemas alternos de juntas. En general, la protección contra la apertura de las juntas debido al asentamiento es alcanzado por la combinación de los factores del diseño: la geometría de las juntas, la longitud adecuada de los segmentos de la tubería, la profundidad de los materiales de cimientación, la composición de materiales de cimentación y la profundidad de excavación.
7.4.7.4 Requisitos de Presión
La tubería se diseñará para resistir las cargas de presión interna y externa. La presión interna en condiciones de estado estable es la diferencia entre la elevación del Nivel Alto del Terreno y la elevación del nivel del mar (la presión exterior sobre la tubería ejercida por el agua de mar). En consecuencia, la capacidad de presión requerida en la tubería disminuirá más mar adentro.
También deben incluirse los transitorios hidráulicos. Los transitorios de aumento de marejada se limitarán a 15 m de altura de presión. La máxima presión de diseño será la presión máxima de estado estable más los 15 m de asignación por marejada. Requisitos distintos a la presión interna pueden gobernar el diseño de la pared de tubería, y la longitud total del emisor puede tener la misma sección estructural y capacidad de presión.
7.4.7.5 Restricción del Empuje
La presión interna en la tubería origina fuerzas de empuje en los extremos cerrados y en los cambios de dirección o dimensión de la misma. Se anticipa que tales fuerzas ocurrirán en la estructura de la “Y” del difusor, en las reducciones del diámetro del difusor, y en las estructuras de extremo del difusor. La tubería puede resistir estas fuerzas si se instalan juntas restringidas de tubería, o se les puede resistir exteriormente por medio de pilotes o por peso agregado.
7.4.7.6 Deflexiones
La alternativa de tubería de acero se diseñará de modo que las deflexiones se limiten al 2% (la deflexión dividida entre el diámetro). Este requisito es necesario para asegurar que no se dañe el revestimiento interior de mortero. La deflexión de tubería por lo general no es problema con la TCR.

7.4.7.7 Cargas
La tubería debe diseñarse para resistir fuerzas durante el transporte y la instalación. Estas fuerzas pueden controlar el diseño de la tubería de acero donde se usen tubos largos. Deben evitarse las deflexiones excesivas que pudieran dañar el revestimiento interior de mortero.
7.4.7.8 Protección de los Daños de Anclaje
La tubería deberá ser diseñada para resistir el daño de goteo y arrastre de anclas. En aguas poco profundas (cercanas a la Estación 3+800), la tubería será enterrada y será cubierta con una capa de rocas que podrá resistir la dirección del goteo de un ancla, además de desviar una ancla arrastrada. Mar adentro, donde la tubería emerge desde el fondo del mar (entre la Estación 3+800 y 5+200) la tubería del emisor continuará siendo protegida con una capa gruesa de roca de blindaje, lo cual brindará la protección contra las anclas.
En el alcance final del cuerpo del emisor principal (justamente entre las Estaciones 5+200 y 8+144) así como la longitud total de los difusores) se expondrá la tubería sin una cubierta de roca. Debido a la profundidad del emisor y a la marca clara de las tablas náuticas futuras como una zona de no anclaje, no se anticipa que los anclajes tendrán un peligro significativo al emisor. Habuendose brindado el fuerte diseño de la tubería, se anticipa que la tubería sobrevirá a los arrastres de las anclas, los que podrán ser desviados; un golpe directo de un ancla de un barco grande que pese más de 3000 kg. puede causar daños potenciales a la tubería.
7.4.8 Construcción
7.4.8.1 Corredor de construcción y Área de Preparación de la Tubería
Se delimitará un área a lo largo del trazo del cilindro principal y difusores del Emisor de Lima Norte, dentro de la cual el contratista de construcción deberá realizar las actividades de instalación. Esta área incluiría todos los lugares de anclaje de barcaza. El corredor de construcción, centrado en la tubería, tendrá aproximadamente 1 km de ancho a lo largo de toda la longitud del emisor. En la zona de los difusores, la servidumbre se ampliará a 1 km por 4 km para proveer área de anclaje suficiente durante la construcción de los difusores.
También se necesitará una área de preparación de 2 hectáreas en la costa para usarse durante la construcción.
7.4.8.2 Equipo
El equipo que probablemente se requiera para la construcción del Emisor de Lima Norte se enumera en la Tabla 41.
7.4.8.3 Métodos de Construcción cerca a la Costa y en la Zona de Rompiente
El tramo del Emisor de Lima Norte desde la costa hasta una profundidad de aproximadamente 5 a 6 m, probablemente se construirá usando un caballete temporal. El caballete soporta el equipo y provee acceso a la zona donde la mayor profundidad del agua permite el empleo seguro y eficiente de equipo flotante. El caballete temporal requerido para este proyecto sería de unos 300 m de largo. Los caballetes temporales varían en configuración y detalles, pero típicamente consisten de pilotes de tubos de acero, sombreros de acero estructural, arriostres y vigas de acero; típicamente sostienen una grúa pórtico deslizante. En la Figura 42 se ilustra una configuración típica. Las tablestacas y el caballete temporal se orientarán en ángulo recto a los contornos del fondo, y por tanto paralelos a las olas predominantes del mar, minimizando así las fuerzas de las olas, la socavación de la arena, y la acumulación de arena.
Figure 42 – Corte típico cerca de la Costa y en Zona de Rompiente
La construcción de un caballete consiste en la preparación costera, soldadura y fabricación, hincado de pilotes, y la instalación (mediante soldadura o empernado) de los componentes del caballete en su lugar. El hincado de pilotes puede hacerse con martinetes vibratorios, salvo que sea necesario superar obstrucciones o “asentar” los pilotes, en cuyo caso se necesitan martinetes de impacto. La remoción del caballete es un proceso inverso de instalación e involucra el empleo de equipo extractor de pilotes de tipo vibratorio o de impacto.
La zanja cerca a la costa y en la zona de rompiente tendrá hasta 10 m de profundidad, y esto requerirá tablestacado y arrostramiento para mantener una zanja abierta. La instalación de tablestacas es más difícil en gravas y cantos rodados que en arena, por lo que probablemente se requiera equipo de hincar pilotes del tipo de impacto, además de los martinetes vibratorios. En caso de encontrarse condiciones difíciles para instalar los pilotes y se reduzca el avance de la construcción, puede que sea necesario instalar las tablestacas en turnos múltiples para cumplir los requisitos de la programación . Otra alternativa es que varias cuadrillas y equipo de hincado de pilotes trabajen en diferentes puntos del caballete temporal.
Las tablestacas temporales en la zona de rompiente típicamente se alzan sobre la superficie del agua, proporcionando protección contra las olas durante la construcción. Las tablestacas pueden atrapar la arena, en forma similar a la de un espigón, si es que existe una condición de flujo litoral de arena. Si las tablestacas atrapan arena, puede ser necesario instalarlas en incrementos por la zona de rompiente, dejando “ventanas” para que la arena fluya pasando el área de construcción.
Se asume que las tablestacas serán recortadas aproximadamente al nivel de la parte superior de la tubería en la zona de rompiente, después de que se haya instalado la tubería y haya sido parcialmente rellenada. Esto puede hacerse remotamente con buzos que trabajen dentro de paneles de acero de apuntalamiento móviles, mientras cortan las tablestacas con equipo de corte submarino.
Las operaciones de excavación y relleno cerca de la costa y en la zona de rompiente se realizan mucho mejor utilizando equipo colocado en el caballete. Puede utilizarse excavación mecánica o hidráulica. El material excavado de la zanja con el cucharón de almeja, podría echarse al costado de la zanja si es que la acción del oleaje lo aleja del área sin que haya impacto ambiental negativo. En el presente estudio hemos asumido que el material de esta zona se excava con cucharón de almeja, con posibilidad de eliminarlo en la costa.
Si la excavación cerca de la costa se hiciera hidráulicamente, el material excavado probablemente tendría que bombearse a una zona de contención en la costa, para dejar que se asiente el sedimento fino antes de devolver el agua al mar. El residuo sólido podría removerse de la obra mediante camiones.
Se traerá roca para rellenar la zanja cerca de la costa y en la zona de rompiente. Este material será entregado en obra mediante camiones y luego colocado mediante grúa con el cucharón de almeja o cajón montacargas, trabajando desde el caballete temporal.

Tabla 41: Necesidades de Equipo de Construcción del Emisor Submarino
Tipo de Equipo
Cantidad
Equipo en la costa:

Grúa de orugas o grúa pata de gallo de 200 toneladas
1
Camión grúa de 100 toneladas
1
Grúa hidráulica autopropulsada de 25 toneladas
1
Máquinas de soldar con motor diesel, 300 Amp
8
Compresores de aire a motor diesel, 10 m3/min.
2
Cargador Frontal de 4 m3 con llantas de caucho
1
Montacargas de 10 Ton. con llantas de caucho
1
Camión de plataforma de 10 toneladas
1
Cisterna de agua
1
Equipo para construcción del caballete cerca de la Costa:

Grúa pórtico autopropulsada para tendido de tubería
1
Grúas de 150 toneladas montadas en pórtico
2
Carro autopropulsado de material (110 Kw.)
1
Bomba de eyector de 225 Kw.
1
Compresores de aire de 17-m3/min. a motor diesel
2
Martinetes vibratorios con fuente de poder diesel
2
Martinete de aire comprimido
1
Máquinas de soldar de 300 Amp con motor diesel
4
Bomba sumergible de dragado, 100 Kw.
1
Generador de 250 Kw.
1
Taladro hidráulico de tornillo, 450-mm de diámetro
1
Compresor para buceo
1
Equipo mar adentro:

Barcaza grúa de 300 toneladas
1
Draga con cucharón de almeja de 9 m3
1
Lanchones de acarreo de 1500 m3
2
Chatas de 1500 toneladas
3
Remolcadores de 4400 Kw.
3
Bote de 4500 Kw. para el personal
1
Helicóptero de 4-12 pasajeros
1
La instalación de tubería cerca de la costa y en la zona de rompiente consiste en las siguientes actividades:
· Entrega de la tubería en el extremo mar adentro del caballete mediante barcaza y descarga con grúa.
· Transferencia de la tubería hasta la zona de instalación utilizando un carro de material o grúa pórtico para tendido de tubos que se desplaza sobre los rieles del caballete.
· Colocación de la tubería en segmentos utilizando una grúa montada en pórtico o una grúa pórtico para tendido de tubos, empleando buzos para efectuar las conexiones submarinas de la tubería

7.4.8.4 Construcción mar adentro de la Zona de Rompiente
Normalmente se utiliza equipo flotante para construir emisores en la región mar adentro de la zona de rompiente. También se utiliza equipo estabilizado en el fondo como barcazas, torres y castillos sobre gatas, cuando el movimiento normal de una barcaza grúa flotante es demasiado grande para las tolerancias permisibles de la construcción involucrada. Con frecuencia se utiliza equipo estabilizado en el fondo o apoyado en el fondo para instalar tubería y pilotes.
La construcción de tubería mar adentro de la zona de rompiente incluye las siguientes actividades:
· Transferencia del personal desde la costa en helicóptero o en bote.
· Transferencia de materiales tales como tubos y roca hasta el lugar mediante barcaza y remolcador
· Excavación de la zanja utilizando equipo flotante de dragado tal como una barcaza grúa con cucharón de almeja, una draga con tolva de succión o una draga de succión hidráulica, dependiendo de los materiales a dragarse.
· Relleno de la zanja de tubería mediante un cucharón de almeja, un sistema de tolva y embudo para roca, o un sistema de bomba de arena.
· Topografía y monitoreo mar adentro usando botes
La mayor parte de la zanja de tubería mar adentro de la zona de rompiente, está en sedimentos no consolidados que pueden excavarse con una draga flotante de cucharón de almeja o con métodos de succión hidráulica. Podría utilizarse una draga de tolva de sección para hacer la excavación “gruesa” de la zanja, y después una draga flotante de cucharón de almeja podría refinar la excavación según sea necesario. El material excavado podría eliminarse mar adentro, o posiblemente podría colocarse al costado de la zanja para usarlo como relleno donde sea aplicable.
El diseño preliminar se basa en la excavación de la zanja utilizando dragas de cucharón de almeja, y depositando aproximadamente la mitad del material al costado de la zanja para usarlo como relleno sobre la cubierta de roca importada. El material excedente sería eliminado mar adentro. Podría utilizarse una draga de succión para excavar si se determina que puede controlarse la turbidez, y que el material puede manejarse de manera que sea reutilizable como relleno. Tendría que evaluarse el cambio excesivo de gradación causado por la pérdida de finos.
La reutilización del material excavado como relleno es potencialmente económica. Sin embargo, la reutilización del material excavado depositado al costado de la zanja sí involucra el riesgo de que el material migre lejos del lugar o vuelva a la zanja debido a las corrientes y la acción del oleaje durante la construcción. Podría reducirse el riesgo de llenado prematuro de la zanja depositando el material más lejos de ella, aunque esto podría originar costos adicionales de remanipulación. El riesgo general del movimiento de material también podría reducirse excavando la zanja en tramos cortos para minimizar la exposición a las olas y las corrientes.
Los materiales importados de relleno, consistentes en roca de asiento y de cubierta, pueden colocarse con una grúa flotante usando un cucharón de almeja o cajón montacargas La roca de relleno con diámetro menor de 200 a 300 mm puede colocarse mediante un tubo y embudo para roca, cargado con un cucharón de almeja, un cargador frontal, o una faja transportadora. El material de relleno importado será entregado en obra mediante barcazas. Hay ejemplos, pero pocos, de colocación de roca de 700 mm por tubo y embudo.
Un mínimo de 1.8 m de roca de cobertura se colocará sobre el cilindro principal del emisor mar adentro de la zona de rompiente. La finalidad de la roca de cobertura es impedir el socavamiento alrededor del emisor e impedir la flotación de la tubería. Esta cantidad de cobertura debe ser suficiente para proteger la tubería de las anclas de barcos grandes; sin embargo, si durante el diseño final se determina que se requiere protección adicional contra las anclas, tendrá que aumentarse el espesor de la cobertura de roca.
7.5 Estructura de la “Y” del Difusor
7.5.1 Geometría de la “Y”
El sistema de difusor consiste en dos brazos difusores con multiorificios construidos sobre el fondo del océano. Los dos brazos difusores forman una “Y” con un ángulo de apertura de aproximadamente 150 grados. Esta configuración permite una buena dispersión durante los meses de invierno, cuando la débil estratificación de densidad y los vientos costeros pueden empujar el afloramiento de agua de desecho hacia la costa. La unión de la “Y” tendrá tres compuertas corredizas para controlar el flujo y facilitar el mantenimiento (ver la Figura 43). Cada compuerta es una losa de concreto que puede retirarse. La compuerta grande permite el acceso de diámetro total a la tubería principal, y podría utilizarse para limpiar la línea principal o para una eventual extensión del emisor. Durante la operación normal del emisor, esta compuerta permanece cerrada. Las compuertas más pequeñas permiten que el flujo de efluente sea dirigido a cualquiera de los brazos difusores, y permiten el aislamiento de un brazo para limpieza, inspección, o reparación con una mínima interrupción del flujo. El aumento de flujo por el lado sin bloquear desalojará los sedimentos. En operación normal, las compuertas corredizas del difusor están abiertas y la ranura de válvula está cubierta. Se provee un buzón en la estructura de la “Y” para acceso de inspección.
7.5.2 Materiales de la “Y”
La estructura de la “Y” del difusor sería una estructura circular de acero de aproximadamente 14 m de diámetro que se fabrica en la costa, se trae al sitio en barcaza y es cuidadosamente bajado a su lugar con una grúa. Dentro de la “Y”, el flujo será conducido a través de conductos revestidos de concreto, hechos de plancha de acero de 20 mm de espesor. Las escotillas y compuertas de acceso se construirán de concreto reforzado.
Luego de que se coloque la estructura de la “Y” del difusor, se pondría grava dentro de la estructura como balastro. Como una alternativa a una estructura de acero como balastro, una pila de rocas colocada apropiadamente podría ser usada.
7.5.3 Recubrimiento y Protección Catódica de la “Y”
El exterior de los conductos seria protegida con un recubrimiento de concreto rociado de 50 mm, con un refuerzo de malla de alambre soldado. Se instalarán ánodos de sacrificio como protección adicional contra la corrosión marina.
7.6 Difusores
7.6.1 Consideraciones de diseño de difusores
La dilución inicial es el principal criterio de diseño usado para establecer la configuración del difusor, la longitud del emisor, y la profundidad de descarga. El sistema se diseñará para proveer una dilución inicial mínima de 100:1. Las tasas de dilución inicial generalmente disminuyen con el aumento de los flujos unitarios de difusor (expresados como tasa de flujo por metro de tubería de difusor). Las tasas de dilución inicial pueden maximizarse reduciendo el flujo unitario de difusor hasta el punto en que los chorros individuales de los orificios de difusor ya no se mezclen.

Figura 43 - Estructura de la "Y" del Difusor
Al bajar la dirección del chorro de descarga por debajo de la horizontal, puede alargarse el sendero de la voluta boyante. El camino más largo lleva a un tiempo más largo de arrastre con el agua de dilución antes de llegar a la capa de retención. Aunque normalmente se logran los mejores resultados con ángulos de descarga de chorro entre 0o y -5o, para orificios con diámetros mayores de 65 mm, los chorros puedan impactar en el lecho marino cuando el ángulo del chorro de descarga está por debajo de la horizontal. Por tanto, los difusores se orientarán horizontalmente.
Los aumentos en la velocidad del chorro de difusor, generalmente aumentan las tasas de dilución inicial pues hay más energía cinética disponible para el arrastre de agua nueva. Teniendo en consideración las pérdidas de presión asociadas con velocidades de chorro más altas, la velocidad del chorro se limitará a aproximadamente 3.0 m/s durante el flujo promedio de la estación seca. Para maximizar la tasa de dilución inicial, es necesario optimizar los diámetros de orificio de difusor. Se usará un diámetro medio de orificio de difusor de aproximadamente 100 mm, y los diámetros de orificio de difusor variarán entre 94 y 132 mm.
Si los chorros del emisor no se mezclan, formando una “fuente en línea”, habría un tramo de longitud de difusor desperdiciado que no contribuye a la dilución inicial. Por otra parte, si los chorros individuales se mezclan muy pronto, se interfieren entre sí y de ese modo reducen la tasa de dilución inicial. El tamaño del chorro crece con la longitud de la trayectoria del chorro, por lo que, para mayor profundidad de descarga, se requiere mayor espaciamiento. Basado en los resultados preliminares, el espaciamiento de los orificios se fijará en aproximadamente 7 m, medidos en el mismo lado del difusor. Este es el mismo que 3.5 m medido por el eje del tubo.
7.6.2 Diseño de orificios de difusor
A fin de lograr una distribución de flujo tan uniforme como sea posible, se variarán las dimensiones de orificio, estando los orificios más pequeños próximos a la estructura de la “Y”. A medida que el flujo salga por los orificios del difusor, el flujo se reduce gradualmente en el resto del difusor. A fin de evitar el asentamiento en la tubería del difusor, el tamaño del difusor debe reducirse para mantener velocidades mayores de 0.6 m/s.
Los orificios de descarga de efluente recomendados para el Emisor de Lima Norte son los orificios redondos, con boca acampanada, que se usan típicamente en difusores modernos no enterrados. Este tipo de orificio es vaciado integralmente en la pared del tubo de concreto de presión durante la fabricación del mismo, haciendo económica su construcción. Los orificios se forman al ras del exterior del tubo, eliminando la posibilidad de ser enganchados por un ancla arrastrada o redes de pesca, como puede ocurrir con los difusores del tipo de tubo vertical.
El número total de orificios fue determinado por los análisis de dilución inicial. El tamaño medio de orificio dependerá de la profundidad de descarga y del objetivo de dilución inicial. Como se describe arriba, se usaría un diámetro medio de orificio de aproximadamente 100 mm. Los orificios se espaciarían horizontalmente a lo largo de cada lado del difusor. Los orificios se colocarían sobre la línea del fondo de la tubería, para evitar la interferencia de la roca de balastro, pero suficientemente por debajo de la corona de la tubería para evitar dificultades de construcción debido a la geometría del orificio. Los orificios estarían intercalados a 3.6 m a cada lado del difusor.
7.6.3 Estructuras de Transición del Difusor
El flujo por cada chorro de difusor es afectado por la velocidad de flujo dentro del difusor. A medida que sale el flujo por los orificios del difusor, el flujo restante disminuye a lo largo de la tubería del difusor. Para minimizar las variaciones de la velocidad del flujo a lo largo del difusor, y para evitar la deposición de sedimentos debido a bajas velocidades, típicamente se reduce el diámetro de la tubería del difusor en etapas de estructura de transición del difusor. Hasta donde sea posible, se mantendría en el difusor una velocidad mínima de 0.6 m/s con flujo de diseño promedio. En el lado corriente arriba de cada reductor excéntrico de tubo, se instalará una abertura en la corona para eliminar la acumulación de grasa, aceite, materias flotantes y aire.
7.6.4 Estructuras de extremo de difusor
Al final de cada brazo de difusor se instalaría una estructura de concreto reforzado. A diferencia de la estructura de la “Y” del difusor, cada estructura de extremo tendría una compuerta corrediza que permita el lavado y daría acceso de diámetro total por el extremo del difusor. Las compuertas corredizas, para operarse con una bolsa de levantamiento llena de aire, tendrían una abertura de descarga en el fondo, para reducir la presión desigual que podría resistir las fuerzas de apertura, y para minimizar la acumulación de sedimentos en la tubería. Las estructuras de extremo incluirían una extensión de tablero para impedir el socavamiento cuando la compuerta corrediza esté abierta, y tendrían un medio de conexión para una futura ampliación del difusor. También se instalaría una conexión de piezómetro para medir la presión interna del difusor.
7.6.5 Protección del Difusor
Los brazos del difusor estarían parcialmente empotrados en el lecho marino y estarían protegidos hasta la línea del fondo con balastro y roca de blindaje.
7.6.6 Resumen de Diseño del Difusor
Tabla 42 resume los criterios de diseño para los difusores del Emisor de Lima Norte.
Tabla 42: Criterios de Diseño de Difusores
Parámetro
Valor
Dilución inicial mínima
100:1
Flujo unitario promedio de difusor
6.5 L/s.m
Longitud total de difusor (2 brazos)
2300 m
Angulo de descarga del orificio
Horizontal
Profundidad del difusor en el agua
47 a 50 m bajo el NMM
Tamaño medio de orificio
102 mm
Espaciamiento de orificio (a lo largo de la línea central)
3.6 m
Velocidad de chorro (flujo promedio)
3.0 m/s
Velocidad de chorro (flujo máximo)
6.8 m/s
Velocidad mínima en tubería del difusor
0.6 m/s

7.7 Hidráulica del Emisor
7.7.1 Criterios de Diseño Hidráulico
7.7.1.1 Pérdidas de carga por fricción
La ecuación de Manning, que puede expresarse en la forma siguiente, será usada para determinar las pérdidas de carga:

hf = 10.3 n2 L Q2 D-5.33
donde: hf = pérdida de carga por fricción, m
n = Coeficiente de fricción de Manning
L = longitud de la tubería, m
Q = tasa de flujo, m3/s
D = diámetro interior, m
La fricción en un conducto depende principalmente de la uniformidad de las paredes. Al comienzo de la operación, la fricción es mínima y generalmente aumenta con el tiempo debido a los siguientes factores: deterioro de las paredes del conducto por agresión química, presencia de crecimientos orgánicos en las paredes del conducto, desalineamiento de juntas debido al asentamiento, y la acumulación de material sedimentario en el fondo. El rango más común de fricción en conductos de concreto está representando por un coeficiente de fricción de Manning (“n”) en el rango de 0.012 a 0.014; sin embargo, la “n” de Manning usada para el diseño de conductos de concreto puede variar entre 0.011 y 0.017. Al inicio de operaciones del sistema, el coeficiente de fricción puede ser tan bajo como 0.011.
Se recomienda usar un coeficiente de fricción de Manning de 0.016 debido al largo tiempo de servicio y al potencial de sedimentación en la tubería.
7.7.1.2 Velocidades Mínimas en el Emisor
Para evitar la acumulación de sólidos en un desagüe, debe lograrse una velocidad mínima de 0.6 m/s al menos una vez al día. Los Sólidos Suspendidos Totales provenientes del tratamiento primario avanzado serán 80 mg/L aproximadamente. Asimismo, si se necesitan altas dosis de coagulante químico para lograr resultados satisfactorios en el tratamiento primario avanzado, podría ocurrir la floculación de los sólidos suspendidos en el emisor que aumentaría la deposición. El coeficiente de fricción relativamente alto recomendado para el diseño del emisor, refleja la preocupación por la acumulación de sólidos, la cual tendería a aumentar el coeficiente de fricción.
7.7.1.3 Pérdidas Menores
Ocurrirán pérdidas de presión localizadas en los reductores del difusor, en la “Y” del difusor, y en la estructura de la unión. Estas pérdidas menores en el sistema del emisor se determinarán mediante la expresión del producto de la energía cinética y un coeficiente de pérdida menor, como se indica abajo:
hm = K(V2/2g)
donde: hm = pérdida menor, m
K = coeficiente de pérdida total, sin dimensión
V = velocidad, m/s
g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2

7.7.1.4 Carga de Densidad
La densidad del efluente tratado es similar a la del agua fresca, pero el agua de mar tiene mayor densidad. El efecto del diferencial de densidad es tal que, dada una condición de flujo nulo en el emisor, pero con sólo efluente tratado en el mismo, el nivel del agua en equilibrio dentro del emisor sería más alto que el nivel del mar. Los estimados de pérdidas de carga de densidad en los difusores se basarán en una gravedad específica de 1.025 para el agua de mar, y una gravedad específica de 0.999 para el efluente tratado.
7.7.1.15 Mareas
Para el dimensionamiento de los conductos del emisor, se usará un nivel de marea alta de 1.0 m NMM con un intervalo de recurrencia de 75 años.
7.7.1.6 Transitorios Hidráulicos
Es probable que tenga que protegerse al emisor de las oscilaciones de presión causadas por los cambios de flujo por el sistema de emisor. Los cambios de flujo en las instalaciones de tratamiento corriente arriba, probablemente no tengan una magnitud capaz de producir oscilaciones de presión significativas. Por otro lado, las variaciones de flujo causadas por la operación de sistemas mecánicos (por ejemplo, cierre repentino de una compuerta), podrían producir aumentos o disminuciones de presión significativas. Estas oscilaciones tendrán que mantenerse dentro de la capacidad de presión del conducto propuesto. Para los fines del presente diseño conceptual, el sistema de emisor estará diseñado para limitar aumentos máximos de presión a 15 m de agua. La velocidad de clausura de las compuertas del emisor debe ser limitadas para no causar máximos de presión mayores que 15 m.
7.7.2 Hidráulica del Sistema
7.7.2.1 Hidráulica del Difusor
La configuración de los difusores se optimizó utilizando el modelo computarizado Fuser7 de Parsons. La Tabla 43 resume las dimensiones de difusor recomendadas. Los resultados de la optimización hidráulica de los difusores se presentan en el Apéndice D. Las velocidades en el difusor con un flujo de diseño de 14.9 m3/s se muestran en la Figura 44, y la distribución de flujo desde los orificios aparece en la Figura 45.
Tabla 43: Detalles del Difusor
Longitud Incre-
Diámetro
Número de Ori-
Espaciamiento de
Diámetro de
mental del Difusor1 (m)
del Difusor (mm)
ficios de Difusor2 (No.)
Orificios3(m)
Orificio de Difusor (mm)
287.7
2800
79
3.6
94
3.6
2800 x 2400
1
3.6
94
255.4
2400
71
3.6
96
3.6
2400 x 2000
1
3.6
96
259.0
2000
72
3.6
102
3.6
2000 x 1500
1
3.6
102
154.7
1500
43
3.6
110
3.6
1500 x 1100
1
3.6
110
183.4
1100
51
3.6
132
0
1100
1
3.6
230
Notas:
Longitud de cada uno de los dos brazos del difusor.
Número total de orificios en cada brazo del difusor.
Espaciamiento de orificios en la línea central del difusor. Los orificios están intercalados en los lados opuestos del difusor.
7.7.2 Hidráulica del Cilindro Principal
Las pérdidas de carga hidráulica en el cilindro principal del Emisor de Lima Norte se determinaron sobre la base de los parámetros indicados en la Tabla 44.
Tabla 44: Parámetros de Pérdida de Carga
Parámetro
Valor
Tasa Máxima de Flujo
22.4
m3/s
“n” de Manning
0.016

Longitud del Cilindro Principal
8000
m
Diámetro Int. del Cilindro Princ.
4.0
m
Velocidad en el Cil. Principal
1.78
m/s
Coeficiente Total de Pérdida Menor
3.0


El perfil hidráulico del emisor se muestra en la Figura 46 y se resume en la Tabla 45. En base al nivel máximo de marea de 1 m NMM, la línea de pendiente hidráulica máxima en la estructura de empalme es 11.3 m NMM. La capacidad de presión del Emisor de Lima Norte será tal que la máxima capacidad del emisor sea establecida por la capacidad de la presión de trabajo de la tubería más 15 m de asignación por oscilaciones.
7.8 Cortes y Perfiles Preliminares
Las Figuras 47 a 51 proporcionan plantas, perfiles, cortes y detalles preliminares para el emisor.
Tabla 45: Resumen Hidráulico del Emisor
Componente de Presión
Valor(m)
Línea de Pendiente de Energía del Difusor
(m MSL)
Ubicación
Nivel Medio del Mar
0.0
0.0
Mar abierto a nivel medio del mar
Nivel de Marea de Diseño
1.0
1.0
Mar abierto en marea alta
Presión de Densidad
1.3
2.3
En orificios del difusor
Pérdida de Presión en Dif.
2.0
4.3
En unión de la “Y” con el difusor
Pérdidas Menores
0.5
4.8
A lo largo del cilindro principal
Pérdida de Carga en el Cilindro Principal
6.5
11.3
Estructura de empalme