Captaciones de Río

CAPTACIONES DE RÍO PARA SAPs

CAPTACIONES CAPTACIONES DE RÍO PARA SAPs

CAPTACIONES DE RÍO: BOCATOMA DE FONDO A. CONSIDERACIONES:

1. Captación en ríos de caudal limitado que no produzcan sedimentación ni socavación profunda. 2. Las obras de toma que se construyan, en lo posible, no deberán modificar el flujo normal del río (cualquier cambio forzado puede causar desbordes e inundaciones aguas arriba de la captación). 3. La obra de toma se ubicará en el tramo del río con mayor estabilidad geológica. 4. La obra civil consiste en el represamiento construido transversalmente al cauce del río, donde el área de captación se ubica sobre la cresta del vertedero central y está protegida mediante rejillas que permiten el paso del agua. 5. Los alrededores deben estar protegidos con cercas que eviten la entrada de animales y de personas ajenas a la operación y mantenimiento. 6. Las estructuras deberán cumplir con las especificaciones técnicas para concreto armado, ciclópeo, etc. según sea el caso.

BOCATOMA DE FONDO

El agua es captada a través de una rejilla colocada en la parte superior de una presa que a su vez es direccionada en sentido normal de la corriente. El ancho de esta presa puede ser igual o menor que el ancho del río.

ALETAS DE ENCAUZAMIENTO

B

MURO DE CONTENCIÓN

PRESA REJILLA

FLUJO

SOLADO SUPERIOR

SOLADO INFERIOR

A

A TUBERÍA DE EXCESOS CÁMARA DE RECOLECCIÓN COMPUERTA VERTEDERO DE EXCESOS CONDUCCIÓN AL DESARENADOR

B

PLANTA

CORTE A - A

CORTE A - A CÁMARA DE RECOLECCIÓN

FLUJO DE AGUA

SOLADO SUPERIOR

REJILLA

CANAL DE ADUCCIÓN

CÁMARA DE RECOLECCIÓN

SOLADO INFERIOR

CORTE B - B

TAPA DE ACCESO

NIVEL DE AGUA

MURO DE CONTENCIÓN

CÁMARA DE RECOLECCIÓN

REJILLA VERTEDERO DE EXCESOS

CANAL DE ADUCCIÓN

TUBERÍA DE CONDUCCIÓN

TUBERÍA DE EXCESOS

CAPTACIONES DE RÍO: BOCATOMA DE FONDO B. COMPONENTES DE LA CAPTACIÓN:

1. PRESA: Su cota superior está al mismo nivel de la cota del fondo del río. Construida generalmente de concreto ciclópeo, dentro de ella se encuentra el canal de aducción.

2. SOLADO O ENROCADO SUPERIOR E INFERIOR: Ubicados aguas arriba y aguas debajo de la presa. Tienen por objeto protegerla de la erosión. Pueden ser construidos en concreto o enrocado.

3. MUROS LATERALES: Encauzan el agua hacia la rejilla y protegen de los taludes. El ancho de estos muros depende de la estabilidad estructural pudiendo ser 0.60 m o menos. Son de concreto ciclópeo.


4. REJILLA: Es colocada sobre el canal de aducción que se encuentra dentro de la presa. La longitud de la rejilla y por lo tanto del canal de aducción puede ser menor que la longitud de la presa o el ancho de la garganta, según las necesidades del caudal a captar. El ancho mínimo es 0.40 m y el largo mínimo 0.70 m. Dimensiones para facilitar las acciones de operación y mantenimiento. Los barrotes y el marco pueden ser de fierro con separación entre barrotes de 5 a 10 cm y el diámetro de los barrotes puede ser de ½ pulgada, ¾ pulgada o de 1 pulgada.


5. CANAL DE ADUCCIÓN: Recibe el agua a través de la rejilla y entrega el agua captada a la cámara de recolección. Tiene una pendiente de 1% a 4% con el fin de dar una velocidad mínima adecuada y que facilite las tareas de mantenimiento. La sección de este canal puede ser rectangular o semicircular. Aún cuando la sección semicircular es la más eficiente desde el punto de vista del funcionamiento hidráulico, la sección rectangular es más fácil de construir.


6. CÁMARA DE RECOLECCIÓN: Generalmente es cuadrada o rectangular, con muros de concreto armado cuyo espesor puede ser 0.30 m y su altura igual a la de los muros laterales. En su interior se encuentra un vertedero de excesos lateral que entrega el agua a una tubería de excesos que regresa al agua del cauce del río. Se coloca una tapa de acceso para la inspección y una escalera para el ingreso.

CAPTACIONES DE RÍO: BOCATOMA DE FONDO C. DISEÑO DE LA BOCATOMA DE FONDO:

C.1. Diseño de la presa:

- Medición de cuenca.

a). Verificación de caudal: Qmd < Q mín (del río en el sitio de la captación). b). La presa y la garganta de la bocatoma se diseñan como un vertedero rectangular de doble contracción.

- Mediciones directas. - Estudio hidrológico de la cuenca.

Q = 1.84LH1.5 H

P 0.1H

L-0.2H L

0.1H

(1)


Para determinar el valor de la lámina de agua para las condiciones de diseño (Qmd) y para las condiciones máximas y mínimas del río se despeja el valor de H de la ecuación (1):

Q = 1.84LH1.5

(1) H

H = (Q /1.84L) 2/3

(2) P

Debido a las contracciones laterales se debe hacer la correspondiente corrección de la longitud de vertimiento, según la ecuación: L’ = L – 0.10nH

(3)

Donde n es el número de contracciones laterales.

0.1H

L-0.2H L

0.1H


La velocidad del agua al pasar sobre la rejilla será: Vr = Q / L’H

H

(4)

Cuyo rango debe ser entre 0.3 – 3 m/s de manera que puedan ser aplicables las ecuaciones del alcance del chorro presentadas a continuación para la determinación del ancho del canal de aducción (ecuaciones 5 y 6):

P 0.1H

L-0.2H

0.1H

L

C.2. Diseño del canal de aducción: Ancho del canal de aducción: Xs = Xi =

0.36Vr 2/3 + 0.60H4/7

0.18Vr 4/7 + 0.74H3/4

B = X s + 0.10

Vr

REJILLA

(5) Xi

(6) Xs

(7) B

H


Donde: Xs = alcance filo superior (m). Xi = alcance filo inferior (m). Vr = velocidad del río (m/s). H = profundidad de la lámina de agua sobre la presa (m). B = ancho del canal de aducción (m).

C.3. Diseño de la rejilla: Si se utiliza una rejilla con barrotes en la dirección del flujo, el área neta de la rejilla se determina según la expresión:

A neta = aBN

(8)

Donde: B Mín. = 0.40 m 2 An = área neta de la rejilla (m ). a = separación entre barrotes (m). N = número de orificios entre barrotes (m).

Ø=b

Vr

Cámara colectora a Lr (Mín. = 0.70 m)


Ø=b

Vr

Siendo b el diámetro de cada barrote, la superficie de la rejilla es aproximadamente:

A total = (a + b)BN

(9)

a

Haciendo la relación entre área neta y área total se obtiene:

A neta A total

a

a+b

Cámara colectora

B Mín. = 0.40 m

A neta = [a / (a + b)]A total

Lr (Mín. = 0.70 m)

(10)

Y reemplazando el área total en función de la longitud de la rejilla Lr:

A neta = [a / (a + b)]BLr

(11)


Ø=b

Vr

Por otra parte, el caudal a través de la rejilla es:

Q = kVbA neta

(12)

Cámara colectora

B Mín. = 0.40 m a

Donde: K = 0.9 para flujo paralelo a la sección. Vb = velocidad entre barrotes (máxima de 0.2 m/s).

Lr (Mín. = 0.70 m)

C.4. Niveles en el canal de aducción: Asumiendo que todo el volumen de agua es captado al inicio del canal, el nivel de la lámina aguas arriba es obtenido por medio del análisis de cantidad de movimiento en el canal:

ho = [2he2 + (he – iLr/3)2]1/2 – 2iLr/3

(13)


ho = [2he2 + (he – iLr/3)2]1/2 – 2iLr/3

Rejilla

(13)

BL Corte aguas arriba

Ho ho Lr

Vo=Q/(Bho)

0.60 m B

BL

Rejilla

BL

Ho iLc

ho

He Corte aguas abajo

ho - he he i

Ve=Q/(Bhe) Lc B


ho = [2he2 + (he – iLr/3)2]1/2 – 2iLr/3

(13)

Para que la entrega a la cámara de recolección se haga en descarga libre se debe cumplir que:

he = hc

hc = [Q2 / (gB2)]1/3

(14)

Donde: ho = profundidad aguas arriba (m). he = profundidad aguas abajo (m). hc = profundidad crítica (m). i = pendiente del fondo del canal de aducción. g = aceleración de la gravedad (9.81 m/s). B = ancho del canal de aducción (m). Se deberá dejar un borde libre (BL) de 0.15 m. Para que las ecuaciones de dimensionamiento de la cámara de recolección (16 y 17) sean válidas, la velocidad a la entrega (Ve) a la cámara debe ser mayor a 0.3 m/s y menor a 3 m/s.


C.5. Diseño de la cámara de recolección: Se aplican las ecuaciones del alcance de un chorro (5 y 6) reemplazando los términos por los de la condición de entrada a la cámara: Xs = Xi =

0.36Ve2/3 + 0.60he4/7

(16)

0.18Ve4/7 + 0.74he3/4

(17)

L = X s + 0.30

(18)

BL i

X

H

La profundidad H debe ser tal que cubra las pérdidas por entrada y fricción de la tubería de conducción entre bocatoma y desarenador. Como este dimensionamiento no se ha hecho aún se supone H = 0.60 m.

Xs

L

Al desarenador


C.6. Desagüe del canal de excesos: La capacidad máxima de captación de la rejilla se puede aproximar al caudal a través de un orificio, cuya ecuación es:

Qcaptado = CdAneta (2gH)1/2

(19)

Donde: Qcaptado = caudal a través de la rejilla (m3 /s). Cd = coeficiente de descarga (0.3). Aneta = área neta de la rejilla (m 2). H = altura de la lámina de agua sobre la rejilla (m).

Vertedero de excesos Vertedero de excesos

Al río

Como no existe diseño de altura de vertedero se asume 0.60 m.

Qexcesos = Qcaptado - Qdiseño

(20)

Ø mín tubería de excesos = 6»

Captaciones de Río

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