6Captaciones de Río

8/17/2019 6Captaciones de Río

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CAPTACIONES DE RÍO PARA SAPs

Curso: Abastecimiento de agua y alcantarillado - Docente: Ing. Orlando Aguilar Aliaga 24/03/2015

Facultad de Ingeniería


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CAPTACIONES DE RÍO PARA SAPs




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CAPTACIONES DE RÍO: BOCATOMA DE FONDO



A. CONSIDERACIONES:

1. Captación en ríos de caudal limitado que no produzcansedimentación ni socavación profunda.

2. Las obras de toma que se construyan, en lo posible, no deberánmodificar el flujo normal del río (cualquier cambio forzado puedecausar desbordes e inundaciones aguas arriba de la captación).

3. La obra de toma se ubicará en el tramo del río con mayor estabilidadgeológica.

4. La obra civil consiste en el represamiento construidotransversalmente al cauce del río, donde el área de captación seubica 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 laentrada de animales y de personas ajenas a la operación ymantenimiento.

6. Las estructuras deberán cumplir con las especificaciones técnicaspara concreto armado, ciclópeo, etc. según sea el caso.


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BOCATOMA DE FONDO



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


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SOLADOSUPERIOR

SOLADOINFERIOR

PRESA

REJILLA

TUBERÍADE

EXCESOS

CÁMARA DERECOLECCIÓN

VERTEDERODE EXCESOS

MURO DE

CONTENCIÓN

ALETAS DEENCAUZAMIENTO

FLUJO

A A

B

B

COMPUERTA

CONDUCCIÓN AL DESARENADOR

PLANTA


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CORTE A - A


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CORTE A - A


CANAL DE ADUCCIÓN

SOLADO INFERIOR

SOLADOSUPERIOR

REJILLA

FLUJO DE AGUA


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TUBERÍA DECONDUCCIÓN

CORTE B - B


CANAL DE ADUCCIÓN

TAPA DE ACCESO

MURO DECONTENCIÓN REJILLA

NIVEL DE AGUA

TUBERÍA DEEXCESOS

VERTEDERODE EXCESOS


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B. COMPONENTES DE LA CAPTACIÓN:

1. PRESA:Su cota superior está al mismo nivel de la cota delfondo del río. Construida generalmente de concretociclópeo, 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 serconstruidos en concreto o enrocado.

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


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4. REJILLA:Es colocada sobre el canal deaducción que se encuentra dentro dela presa. La longitud de la rejilla y porlo tanto del canal de aducción puedeser menor que la longitud de la presa o

el ancho de la garganta, según lasnecesidades del caudal a captar.

El ancho mínimo es 0.40 m y el largomínimo 0.70 m. Dimensiones parafacilitar las acciones de operación y

mantenimiento. Los barrotes y elmarco pueden ser de fierro conseparación entre barrotes de 5 a 10 cmy el diámetro de los barrotes puede serde ½ pulgada, ¾ pulgada o de 1pulgada.


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5. CANAL DE ADUCCIÓN:Recibe el agua a través de la rejilla yentrega el agua captada a la cámara derecolección. Tiene una pendiente de

1% a 4% con el fin de dar unavelocidad mínima adecuada y quefacilite las tareas de mantenimiento.

La sección de este canal puede serrectangular o semicircular. Aún cuando

la sección semicircular es la máseficiente desde el punto de vista delfuncionamiento hidráulico, la secciónrectangular es más fácil de construir.


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6. CÁMARA DE RECOLECCIÓN:Generalmente es cuadrada orectangular, con muros de concretoarmado cuyo espesor puede ser 0.30 my su altura igual a la de los muros

laterales.

En su interior se encuentra unvertedero de excesos lateral queentrega el agua a una tubería deexcesos que regresa al agua del cauce

del río.Se coloca una tapa de acceso para lainspección y una escalera para elingreso.


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C. DISEÑO DE LA BOCATOMA DE FONDO:

C.1. Diseño de la presa:a). Verificación de caudal:

Qmd < Q mín (del río en el sitio de la captación).

b). La presa y la garganta de la bocatoma sediseñan como un vertedero rectangular de doblecontracción.

- Medición de cuenca.

- Mediciones directas.

- Estudio hidrológicode la cuenca.

L

L-0.2H 0.1H0.1H

H

P

Q = 1.84LH1.5 (1)


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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 Hde la ecuación (1):

L

L-0.2H 0.1H0.1H

H

P

Q = 1.84LH1.5 (1)

H = (Q /1.84L)2/3 (2)

Debido a las contracciones laterales se debehacer la correspondiente corrección de la

longitud de vertimiento, según la ecuación:

L’ = L – 0.10nH (3)

Donde n es el número de contracciones laterales.


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La velocidad del agua al pasar sobre la rejilla será:

L

L-0.2H 0.1H0.1H

H

P

Vr = Q / L’H (4)

Cuyo rango debe ser entre 0.3 – 3 m/s de maneraque puedan ser aplicables las ecuaciones delalcance del chorro presentadas a continuaciónpara la determinación del ancho del canal deaducción (ecuaciones 5 y 6):

C.2. Diseño del canal de aducción:Ancho del canal de aducción:

Xs = 0.36Vr 2/3 + 0.60H4/7 (5)

Xi = 0.18Vr 4/7 + 0.74H3/4 (6)

B = X s + 0.10 (7)

VrH

Xi

Xs

B

REJILLA


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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 larejilla se determina según la expresión:

Vr

Cámaracolectora

Lr (Mín. = 0.70 m)

a

BMín. = 0.40 m

Ø = b

A neta = aBN

(8)

Donde:An = área neta de la rejilla (m2).a = separación entre barrotes (m).N = número de orificios entre barrotes (m).


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

Haciendo la relación entre área neta y área totalse obtiene:

A total = (a + b)BN

(10)

Vr

Cámaracolectora

Lr (Mín. = 0.70 m)

a

BMín. = 0.40 m

Ø = b

(9)

A neta a

A total a + b

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

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

A neta = [a / (a + b)]BLr (11)


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

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

Q = kVbA neta

Vr

Cámaracolectora

Lr (Mín. = 0.70 m)

a

BMín. = 0.40 m

Ø = b

(12)

C.4. Niveles en el canal de aducción:Asumiendo que todo el volumen de agua es captado al inicio del canal, el nivelde 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)


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C. DISEÑO DE LA BOCATOMA DE FONDO: Rejilla

Corteaguasarriba

Vo=Q/(Bho)

Lr 0.60 m

ho = [2he2 + (he – iLr/3)2]1/2 – 2iLr/3 (13)

BL

Ho

ho

BL

iLc

ho - he

he

He

Lc

i

ho

BL

B

Rejilla

Corteaguasabajo

Ve=Q/(Bhe)

B

Ho


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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 debecumplir 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 y17) sean válidas, la velocidad a la entrega (Ve) a la cámara debe ser mayor a 0.3m/s y menor a 3 m/s.


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AldesarenadorL

C.5. Diseño de la cámara de recolección:Se aplican las ecuaciones del alcance deun chorro (5 y 6) reemplazando lostérminos por los de la condición deentrada a la cámara:

X i

Xs

BL

H

Xs = 0.36Ve2/3 + 0.60he4/7 (16)

Xi = 0.18Ve4/7 + 0.74he3/4 (17)

L = X s + 0.30 (18)

La profundidad H debe ser tal que cubra laspérdidas por entrada y fricción de la tuberíade conducción entre bocatoma ydesarenador. Como este dimensionamientono se ha hecho aún se supone H = 0.60 m.


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Al río

Vertederode excesos

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

Qcaptado = CdAneta (2gH)1/2 (19)

Vertederode excesos

Donde:Qcaptado = caudal a través de la rejilla (m3 /s).Cd = coeficiente de descarga (0.3). Aneta = área neta de la rejilla (m2).H = altura de la lámina de agua sobre la

rejilla (m).

Como no existe diseño de altura de vertedero seasume 0.60 m.

Qexcesos = Qcaptado - Qdiseño Ø mín tubería de excesos = 6»

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