3. DISEÑO BOCATOMA SUMERGIDA. def
Son estructuras empleadas para captaciones de pequeñas cantidades de agua
en quebradas, en las cuales la lámina de agua se reduce considerablemente.
El objetivo de este tipo de estructuras es que se puedan proyectar de tal
forma que se acomode al lecho del río, procurando que en épocas de caudal
mínimo el agua pase por la rejilla. El agua captada mediante la rejilla
localizada en el fondo del río, se conduce a una caja de derivación de
donde sale una tubería que la conecta con el desarenador.
Este tipo de bocatomas constan de lo siguiente:
Muros laterales de contención para proteger la presa y encauzar el
río.
Una rejilla colocada sobre la presa cubriendo la canaleta de aducción.
Una canal de aducción colocad dentro de la presa y debajo de la
rejilla.
Una cámara de recolección de agua situada al final de la canaleta.
Un vertedero de excesos dentro de la cámara de recolección, para
arrojar al río los excesos de agua que no transporten por la tubería
de conducción.
PARÁMETROS DE DISEÑO
Caudal medio diario (Qmd) = 1,53 Lps
Caudal máximo diario (QMD) = 2,0 Lps.
Caudal máximo horario (QMH) = 3,2 Lps.
El numeral 5 de la sección B.4.4.10 (Aspectos particulares de las
captaciones) del RAS 2000, indica que las rejillas y el canal de
recolección se calcularán para un caudal equivalente de dos a tres veces el
caudal máximo diario.
Caudal de diseño rejilla = (2 - 3) QMD (RAS 2000 B.4.4.10) = 3 X 2 = 6
L/sg.
Caudales del Río:
Para diseñar la bocatoma, se debe verificar en primer lugar que el caudal
de diseño sea inferior al caudal mínimo del río en el sitio de captación.
La presa y la garganta de la bocatoma se diseñan como un vertedero
rectangular con doble contracción.
2. DISEÑO DE LA REJILLA.
La captación de aguas superficiales a través de rejillas se utiliza
especialmente en los ríos de zonas montañosas, los cuales están sujetos a
grandes variaciones de caudal entre los periodos de estiaje y los periodos
de crecientes máximas, con el fin de limitar la entrada de material
flotante hacia las estructuras de captación.
Siguiendo las recomendaciones del numeral B.4.4.10 del RAS 2000, el ancho
de la base del fondo del canal debe permitir las operaciones de limpieza
mediante elementos manuales, teniendo en cuenta que ddebido al bajo Q de
diseño, las dimensiones de la rejilla resultan pequeñas, lo cual no
permitirá realizar con facilidad la limpieza y mantenimiento de la rejilla
y del canal de derivación, se opta entonces por emplear como dimensiones,
las mínimas recomendadas por la literatura especializada: 0,6 x 0,4 m.
1. Separación entre barrotes. La separación entre barrotes, para el
caso de estructuras de captación en ríos con gravas gruesas, debe
ser entre 75 mm y 150 mm. Para ríos caracterizados por el
transporte de gravas finas, la separación entre barrotes debe ser
entre 20 mm y 40 mm (numeral B.4.4.5.3 – norma RAS 2000).
El área de la rejilla se calcula teniendo en cuenta la velocidad entre
barrotes y un coeficiente de 0.9 que corresponde a un flujo paralelo a la
sección.
El número de orificios (N), se calcula a partir del área neta y ancho de la
rejilla.
Se adoptan entonces 13 orificios separados 3 cm. entre sí, con lo cual se
obtienen las siguientes condiciones finales de la rejilla:
Con las dimensiones finales de la rejilla L = 0,63 m y B = 0,4m se cumple
que: Vr = 0,32 m/s, cumpliendo con la relación: .
Nota: El marco de la rejilla se elaborará en ángulo de 1 ½" y su
inclinación será del 10% siguiendo la recomendación del numeral B.4.4.5.2
del RAS 2000.
Pérdidas menores de la rejilla. Para el caso de los niveles bajo y medio de
complejidad, puede considerarse que el coeficiente de pérdidas menores
varía entre 0.5 y 0.7.
3. DISEÑO DEL CANAL DE ADUCCIÓN
El canal de aducción recibe el agua a través de la rejilla y entrega el
agua captada a la cámara de recolección. Tiene una pendiente entre 1 y 4%,
con el fin de dar una velocidad mínima adecuada al flujo y que sea segura
para realizar las labores de mantenimiento. La longitud de la rejilla, y
por lo tanto del canal de aducción es menor que la longitud de la presa.
Donde:
Se adopta como ancho de canal B = 0,4m
4. NIVELES DE AGUA EN EL CANAL DE ADUCCIÓN.
1. Nivel Aguas Abajo. Para que la entrega a la cámara de recolección
se haga en descarga libre, se debe cumplir que la altura de la
lámina de agua a la entrada sea igual a la profundidad crítica de
la misma.
Donde:
La velocidad del agua al final del canal será:
Nivel Aguas Arriba. 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.
Donde:
Se asume una pendiente del canal de 2%.
La altura del canal aguas arriba es igual a la suma de la altura de la
lámina de agua más un borde libre de 15 cm.
5. DISEÑO DE LA CAMARA DE RECOLECCION
Debido a que la velocidad del agua a la entrada de la cámara cumple con el
rango establecido, las dimensiones mínimas de la cámara pueden determinarse
con base a las ecuaciones del alcance de chorro del agua, reemplazando los
términos por los de la condición de entrada a la cámara.
De los cálculos hidráulicos se establecen las condiciones mínimas de la
cámara de recolección. Sin embargo, es importante determinar que éstas
cumplan con estándares de dimensionamiento que faciliten las labores de
mantenimiento de la misma. Por lo tanto, la cámara adquiere las siguientes
dimensiones:
Ancho = 1m Largo = 1,4 m B.L. = 0,15m
El fondo de la cámara estará a 1 m por debajo de la cota del fondo del
canal de aducción a la entrega, asumiendo una altura de 0.85 m y un B.L. de
0,15 m.
CÁLCULO DE LA ALTURA DE LOS MUROS DE CONTENCIÓN.
Debido a que el caudal máximo del río es de 0.095 m3/s, la altura de los
muros se determina mediante la ecuación.
Adoptando un borde libre de 0.4 m, la altura de los muros debe ser
aproximada a 0.6 m.
CAUDAL DE EXCESOS
Conociendo el caudal promedio del río, se calcula la lámina de agua en
estas condiciones.
La capacidad máxima de captación de la rejilla, se puede aproximar al
caudal a través de un orificio, a partir de la ecuación:
Donde:
La altura de la lámina del agua de excesos, se calcula a partir del caudal
de excesos obtenido y teniendo en cuenta las dimensiones de la cámara.
Nuevamente se aplican las ecuaciones de alcance de chorro para calcular la
posición del muro de la cámara de salida, utilizando los valores de exceso.
Se adiciona un espacio de borde libre de 30 cm, para que no golpee el muro
y evitar el deterioro de la estructura.
El vertedero de excesos estará colocado a 0.70 m de la pared de la cámara
de recolección.
6. DISEÑO TUBERÍA DE EXCESOS
Q. Excesos = 0.048 m3/s
Cota de entrada = 1390,50 m.s.n.m.
Cota de salida en río = 1389,05 m.s.n.m.
Longitud = 4,2 m
J = (cota inicial – cota final) / L
J = (1390.35 – 1389.2) / 4.2
J = 0.2738 m/m
Aplicando la ecuación de Hazen – Williams:
D = 9,948 cm 3,92" 4"
Se propone instalar tubería: φ = 6" PVC RDE 41, con el fin de facilitar
labores de mantenimiento y limpieza; esta tubería irá recubierta en una
viga de concreto y entregará las aguas a la quebrada por medio de una
estructura o cabezal de entrega.
3.7 ALIVIADERO TIPO ESTANDAR (WES)
Q Max río = 95 lps
L = 0,63 m
h = 1,0 m (altura aliviadero, adoptada)
Para determinar el valor de la lámina de agua para las condiciones de
diseño y para las condiciones máximas del río, se aplica la ecuación:
Hd = 0,19m
Se determina la relación h/Hd = 1,0 / 0.19 = 5,26
Se verifica velocidad:
V = Q/A
V = 0.095 / (0,63 * 0,19) = 0,79 m/s (Regimen lento)
0,79m/s < 1,29 m/s, V < Vc , correspondiendo a flujo subcrítico.
Se procede a calcular el perfil del aliviadero.
Con base en la anterior expresión se obtienen los siguientes resultados:
Cuadro xx.
"X (m) "0.00 "0.10 "
"ancho= "0.267 "m "
"prof = "0.5 "m "
K = 0.1 debido a la disminución de velocidad
V1 = 0.82 m/s
Perdidas a la entrada de la zona de sedimentacion
V1 = 0.01575 m/s
TIEMPO DE VACIADO
Caudal inicial Donde:
"L = "6.12 " "
"H = "0.54 " "
"J = "0.0882 " "
"C = "150 " "
"D = "0.254m "=10" "
As= 1.83
"Qinicial"0.306 "m3/s "
"= " " "
" "
"RELACION DE COTAS "
"Cota batea de la tubería de entrada "1377.45"
"Cota lamina de agua a la entrada "1377.50"
"Cota de la lamina de agua en la cámara de "1377.50"
"aquietamiento " "
"Cota de la lamina de agua en el sedimentador "1377.50"
"Cota de la lamina de agua en la cámara de "1377.30"
"recolección " "
"Cota de la corona de los muros del sedimentador "1377.80"
"Cota del fondo de la cámara de aquietamiento "1377.00"
"Cota de batea de la tubería de lavado a la Salida "1375.84"
"Cota clave de la tubería de lavado a la Salida "1377.49"
"Cota del fondo de la cámara de recolección (0.3 "1377.00"
"supuesto) " "
"Cota de entrega desagüe de la tubería de lavado "1376.05"
"(supuesta) " "
6. DISEÑO RED DE CONDUCCIÓN DESARENADOR – PLANTA DE TRATAMIENTO
Para el cálculo hidráulico de la red de conducción y la determinación de
las pérdidas por fricción en tuberías a presión, se aplican las ecuaciones
de Darcy – Weisbach y de Colebrook & White, las cuales son adecuadas para
todos los tipos de flujo turbulento[1].
6.1 DATOS PARA OBTENCIÓN DE TRAMOS
Caudal de diseño = 89,90 LPS
Longitud desarenador – PTAP = 6250 m
Cota salida desarenador = 2288,70
Cota llegada a PTAP = 2170
Estableciendo un diámetro para el caudal de diseño presentado, se determina
un valor de velocidad que cumpla con las especificaciones de la norma RAS
2000: se recomienda una velocidad mínima de 0.60 m/s, de forma que se
garantice el arrastre de material sedimentado (numeral B.6.4.8.3, norma RAS
2000). La velocidad máxima depende de la resistencia a la presión por
efectos de golpe de ariete, pero en general se recomienda que no supere los
6 m/s (numeral B.6.4.8.4, norma RAS 2000).
A partir de la topografía, se determinan las presiones requeridas y el tipo
de RDE necesario para soportarlas.
6.2 CONCLUSIONES DEL CÁLCULO DE LA CONDUCCIÓN
Realizando el cálculo de diámetros para el caudal de diseño, se observa que
éste varía en cada tramo afectado por la pendiente del terreno, por lo
cual, se adopta para el proyecto la conducción en un diámetro de 10", el
cual nos conservará presiones y velocidades adecuadas para no afectar las
características de la tubería a emplear. Esta tubería es de unión mecánica,
la cual permite reducir accesorios de conexión tubo a tubo y se presta para
realizar curvas en el terreno de hasta 10°.
Para efectos de diseño de la conducción se utilizó tubería PVC RDE 21. Los
cálculos hidráulicos de la conducción desde el desarenador hasta la planta
de potabilización aparecen en la tabla correspondiente.
CARTERA DE CÁLCULOS ADUCCIÓN Y CONDUCCIÓN ACUEDUCTO RÍO BERMÚDEZ
Fuente: esta consultoría.
CARTERA DE CÁLCULOS CONDUCCIÓN ACUEDUCTO RÍO BERMÚDEZ
Fuente: esta consultoría.
"ELEMENTOS HIDRÁULICOS CONDUCCIÓN "
"DELTA O"VÁLVULA "VENTOSA "CODO "REDUCCIÓN "
"TRAMO "PURGA "DOBLE "PVC -GR "HF-EL "
" " "ACCIÓN " " "
"P153 "1 Ø 3" " "1 Ø 10" x " "
" " " "11¼° " "
" " " "1 Ø 10" x " "
" " " "22½° " "
"P157 "1 Ø 3" " " " "
"P154 " "1 Ø 3" "1 Ø 10" x " "
" " " "22½° " "
"P164 " " " " "
"P152 " " "1 Ø 10" x " "
" " " "11¼° " "
"P155 " " "1 Ø 10" x " "
" " " "11¼° " "
"P160 " "1 Ø 3" "2 Ø 10" x " "
" " " "22½° " "
"P161 "1 Ø 3" " "2 Ø 10" x " "
" " " "11¼° " "
"P162 " "1 Ø 3" "1 Ø 10" x " "
" " " "11¼° " "
"P163 " " "2 Ø 10" x " "
" " " "11¼° " "
"P156 " " "1 Ø 10" x 90°" "
"P165 " " "2 Ø 10" x " "
" " " "22½° " "
"P166 " "1 Ø 3" "2 Ø 10" x "1 Ø 12" x "
" " " "22½° "10" "
"P167 " " "1 Ø 10" x "1 Ø 10" x 8""
" " " "11¼° " "
"P168 " " "1 Ø 10" x " "
" " " "11¼° " "
"P175 "1 Ø 3" " "2 Ø 10" x " "
" " " "22½° " "
"P176 " " "1 Ø 10" x " "
" " " "11¼° " "
" " " "1 Ø 10" x " "
" " " "22½° " "
"P178 " " "1 Ø 10" x " "
" " " "11¼° " "
" " " "1 Ø 10" x 45°" "
"P179 "1 Ø 3" " "1 Ø 10" x " "
" " " "11¼° " "
"P180 " " "1 Ø 10" x " "
" " " "11¼° " "
" " " "Ø 8" x 22½° " "
Fuente. Esta consultoría..
8. DOSIFICACIÓN DE PRODUCTOS QUÍMICOS.
8.1 DOSIFICADOR DE CLORO
8.1.1 Caudal a tratar
2 Alternativa de hipoclorito de calcio
Para la determinación de la dosis óptima inicial de desinfectante, debe
emplearse el valor C*t Concentración aplicada por tiempo de detención igual
a K. Según la tabla 8.1 de la Norma RAS 2000 y los valores de pH,
temperatura y concentración inicial adoptada, se obtiene el valor de K.
Volumen necesario del tanque de contacto.
8.1.3 Alternativa de cloro gaseoso. Se especifica un clorador para
dosificación de cloro gaseoso en solución con capacidad de:
8.1.4 Consumo de cloro mensual en base a la dosificación máxima.
La dosificación de cloro se hará en la caja de distribución de salida de la
planta de
-----------------------
[1] RAS 2000. Op.Cit. P. 95.
