Obras de Captación

OBRAS DE CAPTACIÓN Las obras de captación son las obras civiles y equipos electromecánicos que se utilizan para reunir y disponer adecuadamente del agua superficial o subterránea. Dichas obras varían de acuerdo con la naturaleza de la fuente de abastecimiento su localización y magnitud. Algunos ejemplos de obras de captación se esquematizan en la figura 2.1. El diseño de la obra de captación debe ser tal que prevea las posibilidades de contaminación del agua.

Fig. 2.1 Obra de Captación Es necesario separar en el término general de “obra de captación” el dispositivo de captación propiamente dicho y las estructuras complementarias que hacen posible su buen

funcionamiento.

Un

dique

toma,

por

ejemplo,

es

una

estructura

complementaria, ya que su función es represar las aguas de un río a fin de asegurar una carga hidráulica suficiente para la entrada de una estabilidad y durabilidad. Un dispositivo de captación puede consistir de un simple tubo, la pichancha de una bomba, un tanque, un canal, una galería filtrante, etc., y representa parte vital de la www.ingenieriaymas.com

obra de toma que asegura, bajo cualquier condición de régimen, la captación de las aguas en la calidad prevista. El mérito principal de los dispositivos de captación radica en su buen funcionamiento hidráulico.

OBRAS DE CAPTACIÓN METEÓRICAS CAPTACIÓN DE AGUAS PLUVIALES La captación de estas puede hacerse en los tejados o áreas especiales debidamente dispuestas. En estas condiciones el agua arrastra las impurezas de dichas superficies, por lo que para hacerla potable es preciso filtrarla. La filtración se consigue mediante la instalación de un filtro en la misma cisterna. Un dispositivo de este tipo se ilustra en la figura 2.2.

Fig. 2.2 Captación de Agua Pluvial www.ingenieriaymas.com

La recolección de agua de lluvia como única fuente de agua, sólo es conveniente en regiones con lluvia confiable a lo largo del año (o donde no están disponibles otras fuentes de agua), debido a que las obras individuales de almacenamiento para todas las casas de una comunidad rural pueden ser costosas. La cantidad de agua de lluvia que puede recolectarse depende del área de captación y de la precipitación promedio anual. Un milímetro de lluvia en un metro cuadrado produce alrededor de 0.8 litros de agua, considerando la evaporación y otras pérdidas. Cuando se diseña un sistema de captación de aguas pluviales es necesario determinar el área de captación y el volumen de almacenamiento. Vs = D x t x (1 + l) x P Donde: Vs: Volumen de almacenamiento necesario para satisfacer la demanda en época de secas D: dotación, L/ hab./ día t: tiempo que dura la temporada de secas, días l: Factor de seguridad, mínimo 30 % en decimal P: número de habitantes El volumen anual de agua de lluvia captada se puede estimar a partir de la ecuación (1) donde se relaciona la precipitación media anual y área de captación. En diseños conservadores es conveniente considerar que se pueden aprovechar el 75 % de la precipitación total anual. Vc = Pr x A x n _________ ( 1 ) Donde:

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Vc: volumen anual captado,

m3

Pr: precipitación media anual, m A: área de captación,

m2

n: eficiencia de captación del agua pluvial, decimal Si el volumen anual captado es mayor que el volumen de almacenamiento necesario para satisfacer la demanda durante la época de secas, no existirá problema de suministro. En el caso contrario, se tendrán problemas de abastecimiento. Entonces, al considerar sistemas de abastecimiento con agua de lluvia, se deberá garantizar al menos que el volumen captado es igual al volumen almacenado para satisfacer la demanda durante la época de sequía. EJEMPLO 1 Determinar qué volumen de agua puede ser almacenado en una cisterna próxima a una casa rural, con un área de captación de 70 m 2, si la precipitación media anual es de 90 cm. Solución: Considerando una eficiencia de captación de 75 % (diseño conservador) y convirtiendo la precipitación media anual a metro, se tiene: Vc = 0.90 m (70 m2) (0.75) = 47.25 m3

EJEMPLO 2 Calcular el volumen de agua que se debe almacenar en una cisterna para una población de 1500 habitantes si se les asigna una dotación de 100 l/hab./día. La precipitación media anual es de 90 cm, y la época de lluvias dura 4 meses. Determinar el área de captación requerida para satisfacer el volumen de almacenamiento requerido. Solución: La duración de la época de sequía será: T = 8 meses x 30 días /mes = 240


El volumen necesario Vs, para el consumo en época de secas, considerando un factor de seguridad de 30% será. Vs = 100 L / hab. d x 240 d x (1 + 0.30) x 1500 hab = 4.68 x 107 Litros Vs = 46, 800 m3 El volumen anual captado, considerando la precipitación media anual de 0.90 m, y un diseño conservador (75 % de eficiencia de captación), será: VC = 0.90 x A x 0.75 = 0.675 X A Para que no exista problema de suministro, al menos debe tenerse que: VC = Vs 0.675 X A = 46800 m3 Por lo que el área de captación necesaria es: A = 46800 / 0.675 = 69,333 m2 Es poco probable que la totalidad de las viviendas de la localidad considerada tengan la superficie de techos necesaria para proporcionar el área requerida para captar el agua suficiente, por lo que se requeriría la construcción de patios de captación de agua pluvial para que ésta fuera considerada una fuente confiable de abastecimiento. Las superficies de captación de agua de lluvia en piso pueden ser materiales impermeables que han recibido acondicionamiento químico (por ejemplo, la mezcla de sales de sodio con capas superficiales de suelo arcilloso) Si la superficie es lisa y el escurrimiento se almacena en un depósito, las pérdidas por evaporación, saturación del material base e infiltración, son casi nulas. Como regla general, las perdidas en superficies de captación a nivel de piso con recubrimiento de concreto o asfalto son menores al 10 %; En techos aislados recubiertos con brea (alquitrán) y grava esparcida son menores al 15 %; y en techos de lámina metálica prácticamente no hay pérdidas. Se recomienda la construcción de trincheras que desvíen los escurrimientos superficiales protejan el área de captación en piso. Asimismo, se recomienda instalar cercas para evitar el paso de animales y personas.


Las tapas de registro deben estar bien selladas. Es conveniente que los tubos de ventilación estén protegidos con rejillas para evitar el paso de animales e insectos, y se tenga previsiones para evitar el paso de luz, polvo y agua superficial. La cisterna de almacenamiento debe ser impermeable, con superficies interiores El orificio del registro debe tener un brocal bien sellado y que sobresalga del nivel de piso por lo menos 10 cm. La tapa de registro debe cubrir el brocal y proyectar, por lo menos 5 cm, su pestaña hacia abajo. Para evitar contaminación y accidentes la tapa del registro debe cerrarse con candado. Es importante contar con previsiones para desviar el agua de las primeras lluvias, época en que se lava el área de captación después del estiaje. También, se recomienda contar con drenes al fondo de la cisterna de almacenamiento con el objeto de drenar sedimentos acumulados y facilitar el lavado de la misma. Ninguna tubería que entre o salga de la cisterna de almacenamiento deberá conectarse al drenaje sanitario. Las cisternas enterradas pueden construirse con tabique o piedra, aunque se recomienda el concreto reforzado. Si se utiliza tabique o piedra, estos deben ser bajos en permeabilidad y colocarse con juntas de cemento Pórtland. Los tabiques deben humedecerse antes de su colocación. Un recubrimiento con mortero cemento-arena 1:3 ayudará a impermeabilizar el depósito. Con el fin de conseguir una superficie dura y no absorbente, se utiliza una llana para aplanar el recubrimiento antes de que se haya endurecido. Es necesario mantener limpias todas las conducciones que colecten agua de lluvia hacia la cisterna. Los canales y techos deben mantenerse inclinados hacia la cisterna con el fin de evitar estacionamientos de agua. Los techos utilizados para captar agua de lluvia no deben pintarse. Materiales tales como las tejas vidriadas y el acero galvanizado son apropiados para superficies de captación.


El agua atmosférica susceptible de aprovecharse mejor, hasta ahora, es el agua de lluvia.

OBRAS DE CAPTACIÓN SUPERFICIALES Para el diseño de obras de captación superficiales se requiere obtener la información siguiente: a).- Datos Hidrológicos Gasto medio, máximo y mínimo Niveles de agua normal, extraordinario y mínimo Características de la cuenca, erosión y sedimentación Estudios de inundaciones y arrastre de cuerpos flotantes b).- Aspectos Económicos Planeamiento de opciones, elección de la más económica que cumpla con los requerimientos técnicos Costos de construcción, operación y mantenimiento Costo de las obras de protección Tipo de tenencia del terreno Tipos de obras de toma. Dependiendo de las características hidrológicas de la corriente, las obras de captación pueden agruparse en los siguientes cuatro tipos:


a).- Captaciones cuando existen grandes variaciones en los niveles de la superficie libre. Torres para captar el agua a diferentes niveles, en las márgenes o en el punto más profundo del río, (Fig. 2.3)

Fig. 2.3 Torres para captar agua a diferentes niveles Estaciones de bombeo flotantes. También pueden usarse en lagos o embalses (figuras 2.4a. y 2.4b).

(Fig. 2.4 a) Estación de bombeo Flotante

(Fig. 2.4 b) captación en rio navegable embalses o en lagos y lagunas www.ingenieriaymas.com

b).- Captación cuando existen pequeñas oscilaciones en los niveles de la superficie libre, como estaciones de bombeo fijas con toma directa en el río o en un cárcamo, (Figuras 2.5a y 2.5b)

Fig. 2.5 a) En un cárcamo

Fig. 2.5 b) En río

Canales de derivación con o sin desarenadores. Una estructura de este tipo comprende, esencialmente (Figura. 2.6)

Fig. 2.6 Canal con derivación


Un muro equipado corrientemente de una compuerta en prevención de las crecidas (V1). Una incisión de la margen provista de compuertas que permiten detener las aguas en exceso y cerrar la toma (V2). Un canal (C) que, partiendo de la incisión cuente en su origen con un vertedor (D) que permita el retorno del agua sobrante al río, y una compuerta (V3) que permita cerrar completamente el canal. c).- Captaciones para escurrimientos con pequeños tirantes muro con toma directa. (Fig. 2.7)

Fig. 2.7 Muro con toma directa

Muro Vertedor

Fig. 2.8 Muro vertedor con caja y vertedor lateral


(Fig. 2.9) Muro vertedor con caja central y toma

d).- Captación directa por gravedad o bombeo Este es el caso común para sistemas rurales por lo que se presentará con mayor detalle en un apartado especial. Captación directa Cuando el agua de un río está relativamente libre de materiales de arrastre en toda época del año, el dispositivo de captación más sencillo es un sumergido. Es conveniente orientar la entrada del tubo en forma tal que no quede enfrente la dirección de la corriente, y se debe proteger con malla metálica contra el paso de objetos flotantes (Fig. 2.10).

Fig. 2.10 www.ingenieriaymas.com

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