ESTRUCTURAS DE CAPTACION Una obra de captación se puede definir como una estructura destinada a captar o extraer una determinada cantidad de agua corriente. En general, las obras de captación dependen de las características de las corrientes de agua que la abastecen, desde este punto de vista encontramos corrientes de montaña y corrientes de valles aluviales, además podemos distinguir dos tipos de corrientes superficiales sin regulación y corrientes superficiales con regulación de caudal. En el caso de corrientes de agua sin regulación de caudal, el diseño de la obra se basa fundamentalmente en que el caudal de la corriente supera el caudal máximo diario (QMD) en cualquier periodo, esta consideración es valida principalmente en obras de captación destinada s al abasto de acueductos rurales. En estas, se debe asegurar que la altura del agua en la obra de captación que corresponde al caudal requerido debe ser inferior a las alturas asociadas a los caudales mínimos presentados en la corriente natural. Las regulación de una corriente de poco caudal implica el diseño de la obra de captación que intercepte el caudal y que asegure el caudal requerido. La regulación de una corriente compensa las variaciones de caudal en las épocas de creciente y las épocas de estiaje, por esto en el caso de corrientes de agua con regulación de caudal, el diseño de la obra de captación implica la construcción de un dique o presa de embalse; para seleccionar la captación adecuada es indispensable tener en cuenta los problemas de los sed imentos que provocan y la magnitud de los caudales a captar. Las obras de captación pueden clasificarse en la siguiente forma: A.
Captaciones laterales.
B. Captaciones de fondo o sumergidas. C. Captación por lecho filtrante. D. Estaciones de bombeo. E. Captación por torre-toma en corrientes con regulación. F.
Captación por sifón en corrientes con regulación.
G. Captación en fuentes subterráneas.
Pozos someros Galerías filtrantes.
Manantiales. H. Otras captaciones:
Aguas lluvias. Desalinización, etc. La selección del tipo de captación depende de diversos factores, en nuestro caso específico o sea desde el punto de vista de la ingeniería agrícola, las captaciones pueden plantearse para diversos usos, en esta forma su diseño dependerá de las condiciones específicas del sitio y de la naturaleza del aprovechamiento requerido. Según lo anterior, se pueden distinguir captaciones destinadas al abasto de agua potable (acueductos rurales), captaciones de agua destinadas a la electrificación rural (pequeñas centrales hidroeléctricas) y captaciones de agua con fines de uso agrícola (riegos). El desarrollo de estos apuntes, por conveniencia se orientaran fundamentalmente al tipo de obras de captación definidas anteriormente, en consecuencia, la presentación obedecerá a la secuencia señalada; abasto de agua potable, electrificación rural y riegos, es importante anotar que las captaciones de las estaciones de bombeo, las captaciones en las fuentes subterráneas y otras captaciones como la desalinización no cubrirán respectivamente, la razón es que estas obras se tratan con profundidad en forma exclusiva en otras materias, por lo tanto escapan a los alcances del presente capitulo. BOCATOMA O CAPTACIÓN LATERAL
Una captación lateral es conveniente cuando la fuente de aprovechamiento posee caudal relativamente grande. En cuanto a la selección del sitio de la obra, se pude recomendar que la estructura quede a una altura conveniente sobre el fondo, ubicada al final de las curvas y en la orilla exterior y en lugares protegidos de la erosión o socavación.
Para asegurar un nivel mínimo de las aguas, se debe proyectar un muro normal o inclinado con respecto a la dirección de la corriente, además de muros laterales para proteger y acondicionar la entrada del agua al conducto y para colocar los dispositivos necesarios para regular el flujo o impedir la entrada de materiales indeseables.
Para un buen diseño, es indispensable estudiar el comportamiento hidrológico de la corriente, específicamente es necesario determinar los gastos máximos, los gastos mínimos y la curva de duración de caudales naturales. Los aspectos metodológicos para la obtención de las variables anteriores fueron cubiertos en el curso de hidrológica y por esta razón solo se mencionan en los presentes apuntes. En general, la información hidrológica que se refiere a los gastos máximos permitirá asegurar una debida protección de la estructura contra las avenidas, la información de gastos mínimos garantizara la selección d e un caudal a captar adecuado a los niveles mínimos de la corriente, y en el caso de corrientes naturales con alta demanda de agua, la curva de duración de caudales provee la información acerca de las limitaciones y alcances de la corriente para suministrar los gastos deseados. a) TIPO DE CAPAPTACIÓN ESCOGIDA Se ha adoptado el tipo de captación lateral por: Menor posibilidad de obstrucción de la rejilla El lecho del rió tiene pendiente suave El nivel mínimo es relativamente alto (1.52 m.) b) CAUDAL A CAPTAR (Q DISEÑO BOCATOMA) Siendo la captación una de las partes mas rígidas dentro del sistema de acueducto, previniendo una ampliación futura, otorgando un margen amplio de seguridad y previendo obstrucciones de la rejilla de arrastre de material, se diseñara esta para que con el nivel mínimo en el rió este capacitada para captar un caudal de 3 veces el caudal máximo diario. c) DISEÑO DE LA REJILLA v Reja de varillas redondas de 1´ de diámetro y de 1´ de separación entre varillas: retendrá material de diámetro mayor a 1 pulgada. Su limpieza se hará en forma mecánica y para facilitar esta operación se dará a la reja una inclinación de 75° con la horizontal. Para facilidad de construcción de las barras de la reja se llevaran hasta la parte superior de la cámara de derivación.
El vertedero lateral de la bocatoma se calculara como vertedero frontal de cresta delgada teniendo en cuenta algunas consideraciones y lo chequearemos con una de las expresiones utilizadas para vertedero lateral. c.1) entrada de agua por la rejilla: vertedero de cresta delgada.
Q = 1.84 * Le H^3/2 Construcción
BOCATOMAS EN PROYECTOS DE CENTRALES HIDRÁULICAS PEQUEÑAS Dentro de los procedimientos recomendados en la ejecución de un proyecto de una central hidráulica pequeña, se encuentra la etapa de estructuras, la cual incluye en orden de aparición: la presa de derivación, la bocatoma y desarenador, hasta aquí se mencionan las obras hidráulicas que interesan en nuestro caso, pues estructuras como canales, túneles, cámara de carga, tuberías de presión, casa de fuerza, etc., son temas que corresponden a otros capítulos como el de obras de conducción, y debe señalarse el resto de procedimientos como el de máquinas, en ningún momento constituye como el propósito de las presentes notas, ya que corresponden al contenido de un curso regular de centrales hidráulicas. 3.3.1. CAUDALES DE DISEÑO Para el diseño de una presa de derivación, se recomienda proyectar con el caudal que corresponde a la avenida máxima de la co rriente. La bocatoma y el desarenador se deben proyectar con el caudal aquel que será utilizado en la central hidráulico. En el primer caso, puede utilizarse las metodologías ya señaladas en el curso de hidrológica básica. Referente al estudio de crecientes. Es frecuente utilizar para zonas con ninguna o escasa información las técnicas hidrológicas de regionalización de caudales e incluso técnicas de generación sintética de
datos, esta última garantiza diseños más confiabl es en comparación con el solo uso de las series históricas. En el segundo caso, para determinar el caudal aprovechable (Q) de una central hidráulico de un tamaño mayor que mediano, es necesario considerar una serie de registros de caudales diarios, que sea n lo suficientemente largo y que represente bien el régimen de valores mínimos de la corriente en estudio. Una serie hidrológica de por lo menos cinco (5) años es conveniente para determinar el caudal aprovechable, sin embargo, lo ideal seria contar con un a serie histórica mucho mas larga, en esta medida el diseño será más confiable. 3.3.2. PRESAS DERIVACIÓN La construcción de una presa de derivación se hace con el fin de levantar y orientar el flujo de agua hacia la entrada de la bocatoma. 3.3.3. BOCATOMA Una bocatoma como se indico anteriormente debe quedar a una altura conveniente sobre el fondo, ubicada al final de las curvas y en la orilla exterior, en lugares protegidos de la sedimentación, de la erosión y socavación. Captación de Lecho Filtrante
Como lo indica su nombre, consiste en un sistema capaz de captar agua mediante la utilización de un filtro que se construye en el lecho de una corriente. Es un sistema que permite obtener agua de calidad apta para el consumo humano, su desarrollo es reciente y existen ya muchos prototipos construidos en el país, los cuales funcionan satisfactoriamente. Un sistema de captación de lecho filtrante esta constituido básicamente por una presa o un dique, muros laterales con aletas de entrada y salida, material filtrante, tubería perforada de drenaje, decantador de flujo ascendente, válvulas, desarenador y vertedero.
Las actuales captaciones de lecho filtrante conocidas en nuestro medio, pueden interceptar caudales entre 1 a 40 l/seg; la selección del modelo a utilizar depende entre otros de la magnitud del gasto de captación. Para un buen diseño de un sistema de lecho filtrante es conveniente observar las siguientes recomendaciones generales: La tubería del sistema de recolección puede ser de PVC de drenaje la cual se adapta muy bien y facilita la construcción del múltiple recolector; se recomienda igualmente el uso de tubería PVC sanitaria para el principal que conducirá el agua hasta la cámara recolectora. El material filtrante se debe colocar en forma tal que el material mas grueso quede en el fondo y va disminuyendo a medida que asciende la capa de material; los diámetros de la grava que se recomiendan son: ¼´, 3/8´, 1´ y 1 ½´ no se recomienda superar el diámetro de 2´, cabe anotar que no es posible cumplir en algunos casos la recomendación anterior debido al hecho de que el flujo de agua puede arrastrar el material de la capa superior, razón por la cual se coloca un diámetro un poco mayor en la ultima capa del filtro. El sistema debe contar con una válvula que controla el agua que llega a la cámara recolectora, usualmente es de hierro fundido; otra válvula importante es la que controla el paso hacia la planta de tratamiento, también se proyecta en hierro fundido y sale de la cámara recolectora anterior. El vertedero debe proyectarse en forma tal que el agua no supere una velocidad de 0.5 m/seg para la descarga mínima. Las tuberías del múltiple recolector deben proyectarse con una capacidad mínima de 3 veces el caudal de diseño del sistema filtrante. CAPTACIÓN POR SIFONES PEQUEÑOS
Los sifones se utilizan para facilitar el riego de cultivos de alta densidad con caudales pequeños que circulan en los surcos superficiales. La instalación del
sistema es poco costoso y facilita el riego en nuevas tierras con escasa nivelación y preparación. Los sifones más prácticos son de PVC que se encuentran con los diámetros comerciales siguientes: 3´, 2 ½´, 2´, 1 ½´, 1 ¼´, 1´ y ¾´. En nuestro medio los sifones son fabricados a partir de formaletas que permiten obtener la curvatura del tubo PVC, un caso típico los constituyen los ingenios azucareros que producen sus propios talleres sifones para satisfacer la demanda interna. CAPTACIÓN DE AGUAS LLUVIAS
Este sistema es recomendable en zonas con limitaciones de disponibilidad de agua. La captación de aguas lluvias es viable en zonas secas y aun en ciertas zonas húmedas, en efecto, es común encontrar zonas de ladera con buenos escurrimientos naturales, sin embargo, las aguas no se pueden aprovechar por diversos motivos que lo impiden, un ejemplo que se puede mencionar es el caso de propiedades con corrientes de agua ubicadas en depresiones que implican el uso de costosas bombas o sistemas de arietes hidráulicos, además se pueden tener inconvenientes por linderos de la propiedad, por costos y por la misma seguridad de los elementos. En los casos anteriores surge como alternativa de solución la captación de aguas lluvias. Una captación de aguas lluvias puede estar destinada al abasto de agua potable, al riego, a la pesca y a otros fines. El pri mero de los casos implica la proyección de tanques denominados cisternas, en los otros casos el uso de canecas o pequeños lagos naturales o artificiales en donde se intercepten los escurrimientos superficiales y la precipitación directa. Un sistema de captación de aguas lluvias para el abasto de agua de una vivienda consta de los siguientes elementos: un área de captación impermeable (techo o cubierta), un filtro de arena para retener sólidos en suspensión, tuberías de conducción con dispositivos de purga o alivio, un
tanque impermeabilizado con tubos de ventilación y desagüe, bombas manuales de accionamiento y/o válvulas de control. En general, una cisterna debe quedar como mínimo a 0.50 m. Sobre el nivel del terreno y ubicada a una distancia mínima de 15 metros de cualquier sistema de disposición de excretas.
