Escuela profesional de ingeniería civil
IRRIGACIONES Obras de captación, efecto coanda, Estudiante: Banda Roque Edwin H. cod.150286 cod.150286 Docente : ing. : ing. Gorki Ascue Salas Cusco-Perú 2018
1 IRRIGACIONES
1. Tabla de contenido 1.
TABLA DE CONTENIDO ............................................................................................................... 2
OBRAS DE CAPTACIÓN....................................................................................................... 3 Tipos de obras de captación .............................................................................................. 3 1)
Bocatoma o captación lateral .................................................................................. 3
2)
Captación con lecho filtrante ................................................................................... 4
3)
CAPTACIÓN SUMERGIDA TIPO TOMA-DIQUE ............................................................................ 4
4)
Captación con rejilla de fondo ................................................................................. 5
5)
Captación directa ..................................................................................................... 6
BOCATOMA........................................................................................................................ 7 Tipos de Bocatomas........................................................................................................... 8 a. Toma directa .................................................................................................................. 8 b. Toma Mixta o Convencional .......................................................................................... 8 c. Toma Móvil .................................................................................................................... 8 d. Toma Tirolesa o Caucasiana .......................................................................................... 9 EFECTO COANDA ............................................................................................................... 9 Ventajas ........................................................................................................................... 10 Diseño .............................................................................................................................. 11
2 IRRIGACIONES
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. Es necesario separar en el termino general de
obra de captación el dispositivo de
“
”
captación propiamente dicho y las estructuras complementarias que hacen posible su buen funcionamieto.un dique toma, por ejemplo, es una estructura complementaria, ya que su función es represar las aguas de un rio 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 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.
Tipos de obras de captación 1) Bocatoma o captación lateral Es muy utilizada cuando la fuente de aprovechamiento posee un caudal relativamente grande. El sitio se selecciona donde la estructura quede a una altura conveniente del fondo y, ubicada al final de las curvas, en la orilla exterior, y en lugares protegidos de la erosión o socavación.
3 IRRIGACIONES
2) Captación con lecho filtrante Se define como bocatoma de lecho filtrante la estructura de captación de agua para acueductos de bajo caudal, que tiene la capacidad de prefiltrar el influente antes de conducirlo a la línea de aducción del sistema. Esto se logra mediante la utilización de un lecho granular, el cual filtra el agua y la conduce a un sistema de recolección por tuberías perforadas en el fondo del cauce. Estas tuberías perforadas se encuentran generalmente en disposición de espina de pescado o en forma reticular y a junta perdida en ambos casos. Este tipo de bocatoma tiene la capacidad de aprovechar la corriente de la fuente para auto lavarse superficialmente y de esta manera aumentar la carrera o tiempo de colmatación del filtro. Además, con el arrastre de material del tamaño apropiado para filtración (arena), la propia fuente se encarga de renovar el lecho filtrante, recargándolo constantemente. Otra forma de captaciones con lecho filtrante es la de filtro en canal o filtro dinámico.
Componentes del sistema a. Dique o presa b. sistemas de recolección c. Empaque de grava d. Decantador de flujo ascendente e. Compuerta de válvula de lavado
3) Captación sumergida tipo toma-dique Cuando las corrientes de agua de escasos caudal y las secciones transversales del río en el sitio donde se proyecta la bocatoma son de poco ancho (0 a 10 m), es conveniente proyectar un dique con el objeto de garantizar el caudal que se debe captar, En el diseño de un dique toma se tienen en cuenta los siguientes aspectos: a. En el área de captación dada, en la zona de rejilla, no se debe permitir el paso de material grueso; esto se logra dimensionando adecuadamente los espacios entre las barras de la rejilla de captación
4 IRRIGACIONES
b. El dique se debe proyectar en forma tal que la rata de sedimentación en la zona del embalse no sea excesivamente alta, lo cual se logra obligando a que el agua fluya con moderada velocidad a través de la obra de captación. c. Las riberas del río o quebrada, en la zona donde se proyecta el dique, deben tener una buena estabilidad geológica y preferiblemente el suelo debe ser roca a fin de aminorar costos en los anclajes.
4) Captación con rejilla de fondo La presa que cierra el rio se compone de tres partes: 1. Un tramo en la orilla opuesta del canal que se compone de un azud macizo sobre el cual vierte el agua en creciente. Este azud debe tener un perfil hidrodinámico que normalmente se diseña con las coordenadas de creager. 2. Un tramo central con rejilla 3. Un tramo hueco que tiene en su interior la galería que conduce el agua desde la rejilla al canal. A continuación de la presa se construye un zampeado cuyas dimensiones dependen de la altura de esta y del caudal de creciente .la desventaja de esta toma, es que se tapa la rejilla con el material flotante que trae el rio como hojas y hierbas.
5 IRRIGACIONES
5) Captación directa Cuando el agua de un rio 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. En el caso en que la captación por gravedad no sea factible debido a la topografía el método de captación recomendable es por bombeo. De las bombas disponibles comercialmente, la bomba centrifuga horizontal tiene la ventaja de que la ubicación del equipo de bombeo y el punto de captación pueden ser distintos o sea que la estación de bombeo puede construirse en el sitio más favorable desde el punto de vista de cimentación, acceso, protección contra inundaciones, etc. Su desventaja principal es que la altura de succión queda limitada y el desnivel máximo permisible entre la bomba y el nivel de bombeo, es relativamente pequeño
5.1. Captación directa con bomba centrifuga horizontal: De hecho, se puede afirmar que cuando se trata de la captación directa de las aguas superficiales, el tipo de bomba más comúnmente empleada es la bomba centrifuga horizontal.
6 IRRIGACIONES
5.2. Localización recomendable de la toma directa en curvas: La bomba centrifuga vertical (tipo pozo profundo) tiene mayor eficiencia, pero el coste del equipo es mayor y la estación de bombeo tiene que ubicarse directamente por encima del punto de captacion.estas condiciones a veces representan problemas graves de cimentación, resultando obras de construcción sumamente costosas no compatibles con sistemas rurales BOCATOMA Una bocatoma, o captación, es una estructura hidráulica destinada a derivar parte del agua disponible desde un curso de agua (río, arroyo, o canal), desde un lago o incluso desde el mar. En ocasiones es utilizada en grandes ríos, pero su costo es bastante alto. El agua desviada se utiliza para un fin específico, como abastecimiento de
agua
potable, riego, generación de energía eléctrica, acuicultura, enfriamiento de instalaciones industriales, etc. Tradicionalmente las bocatomas se construían, y en muchos sitios se construyen aún, amontonando tierra y piedras en el cauce de un río, para desviar una parte del flujo hacia el canal de derivación. Normalmente estas rudimentarias construcciones debían ser reconstruidas año tras año, pues las avenidas las destruían sistemáticamente. Las bocatomas construidas técnicamente constan en general de las siguientes partes:
Compuerta de control y cierre de la compuerta.
Dispositivo para medir los niveles, aguas arriba y aguas abajo de la compuerta de control. Estos pueden ser simples reglas graduadas o pueden contar con medidores continuos de nivel y trasmisores de la información al centro de operación, que puede contar con mecanismos para operar a distancia la compuerta;
Si se encuentran en ríos y arroyos, generalmente constan también de:
Un vertedero para fijar la sección del curso de agua, tanto planimétricamente, como en cota, evitando de esta forma la migración del curso de agua en ese punto y su socavación, lo que podría dejar la bocatoma inoperante.
7 IRRIGACIONES
Un canal de limpieza, provisto de compuertas, para permitir el desarenamiento de la aproximación a la bocatoma.
Frecuentemente se completa la bocatoma con una reja y un desarenador, para evitar que el transporte sólido sedimente en el canal dificultando los trabajos de mantenimiento del mismo.
Tipos de Bocatomas En lo referente a los tipos de bocatomas, podemos clasificar en 4, a saber:
a. Toma directa Se trata de una toma que capta directamente mediante un canal lateral, que por lo General es un brazo fijo del río que permite discurrir un caudal mayor que el que se va a Captar. Su mayor ventaja es que no se necesita construir un barraje o azud que por lo General constituye una de las partes de mayor costo. Sin embargo; tiene desventaja de ser obstruida fácilmente en época de crecidas, además Permite el ingreso de sedimentos hacia el canal de derivación.
b. Toma Mixta o Convencional Se trata de una toma que realiza la captación mediante el cierre del río con una Estructura llamada azud o presa de derivación, el cual puede ser fija o móvil dependiendo del tipo del material usado. Será fija cuando se utiliza un elemento rígido, por lo general concreto, y será móvil cuando se utilizan compuertas de acero o madera. La captación en ese tipo de bocatomas se realiza por medio de una ventana que puede Funcionar como orificio o vertedero dependiendo del tirante en el río.
c. Toma Móvil Se llama así aquella toma que para crear la carga hidráulica se vale de un barraje móvil. Son tomas que por la variación de niveles en forma muy marcada entre la época de Estiaje y avenida, necesitan disponer de un barraje relativamente bajo, pero que para poder captar el caudal deseado necesitan de compuertas que le den la cota a nivel de agua adecuado. A los barrajes con compuertas que permiten el paso del caudal de avenida a través de ellos
8 IRRIGACIONES
se les conoce como barraje móvil. Su principal ventaja es que permite el paso de los materiales de arrastre por encima de la cresta del barraje vertedero o azud.
d. Toma Tirolesa o Caucasiana Son tomas cuyas estructuras de captación se encuentran dentro de la sección del azud, en un espacio dejado en él, protegido por una rejilla que impide el ingreso de materiales gruesos. Estas tomas no son recomendables en ríos donde el arrastre de sedimentos es intenso, y que podría causar rápida obstrucción de las rejillas. Conviene comentar que la gran mayoría de ríos del Perú son muy jóvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en épocas de crecidas, por lo que la construcción de esta toma debe ser donde las condiciones lo favorezcan. Para concluir el tipo de bocatoma más recomendable para realizar la captación de un caudal determinado previamente, depende de la altura del vertedero, de las condiciones.
EFECTO COANDA Coanda es una malla o reja auto limpiante colocada en un sistema de captación de agua para evitar la sedimentación en el lecho del río aguas arriba de una bocatoma
1. Coanda 2. Barra de proteccion 3. Pared superior del vertedero 4. Recoleccion de canales 5. Camara de amortiguacion 6. Pared baja del vertedero 7. Canal de conduccion 8. Alto de la compuerta de paso
Las Captaciones Coanda Las Captaciones Coanda utilizan una reja de malla de alambre triangular con aristas afiladas para captar agua limpia de un arroyo o cuerpo de agua. El agua limpia y filtrada por el coanda se puede utilizar en hidroeléctricas, agua potable, riego o para fines municipales. 9 IRRIGACIONES
Su diseño único las convierte en mallas auto limpiante que no requieren de mantenimiento y evitan el ingreso de residuos tan pequeños como 28 mesh (0,71 mm de diámetro) entren En el sistema. Coanda es una excelente opción para sitios remotos donde la energía y rutina de mantenimiento son complicadas. Los Coandas son usados para flujos de micro hidroeléctricas (lts/s) hasta 25 m3/s. Y el ingreso de sólidos en una tubería de conducción
Ilustración. Obras de captación lateral, efecto coanda
Ventajas a. reducción de costos de inversión.- los desechos se excluyen y pasa aguas abajo sin ingresar al sistema. Esto virtualmente elimina la necesidad de un desarenador. b. bajo mantenimiento.- no requiere partes móviles y la captación esta siempre limpia. Sin desarenador, desagüe de fondo y otras compuertas los costos de mantenimiento bajan. c. máxima potencia.- Rejas limpias permiten mayor flujo hacia las turbinas y por ende mayor potencia todo el tiempo. d. maximiza la energía.- Al evitar mantenimientos se reducen las paradas programadas de la central. e. reduce el ingreso de sedimentos.- todas las partículas mayores de 0,5 a 2 mm (28-10 EE.UU. mesh) son filtradas y devueltas al río. f. incrementa la vida útil de los componentes.- debido que excluyen los sedimentos, las turbinas, toberas, alabes, impeler durar largo tiempo. g. evita el ingreso de vida acuática.- La apertura del coanda se dimensiona para evitar ingreso de peces, alevines y otros. 10 IRRIGACIONES
h. No se requiere sistema eléctrico ni sin partes móviles. i. Esta tecnología probada en varios proyectos y es aprobada por el Bureau of Reclamation. j. Baja pérdida de carga o altura en los proyectos
Diseño La ingeniería y el diseño de un coanda comienzan por la evaluación de todas las condiciones del sitio, no solo el rendimiento y los caudales. Evaluar las curvas de duración de flujo, las limitaciones de espacio, las temperaturas extremas, la sedimentología, la vida acuática que debe ser protegida, requisitos de flujo y caudales, altura carga disponible, vegetación autóctona de la zona, el tamaño de las rocas arrastradas durante los períodos de altos caudales, elevaciones de inundación, crecidas del rio (para periodos de retorno de 100, 200, 500 años), las frecuencias de estas crecidas y otros aspectos deben ser considerados cuando se determina si un sitio es adecuado para un coanda.
11 IRRIGACIONES
