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CAPTACION DE RIO
M. Cs. FRANCISCO HUAMAN VIDAURRE
Cajamarca, Febrero de 2013
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PROBLEMAS DE LAS CAPTACIONES DE RIO
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x
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ALTERNATIVA DE SOLUCION
CAPTACION CON BARRAGE FIJO-FUSIBLE
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Ej d l bMuro de proteccin Al t
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db
Eje del barrage
Barrage Fusible
Barrage Fijo
Barrage Fusible
Bocal
Limitador de gasto
Poza disipadora
Aleta
Muro de proteccin
Eje del ro
Aleta
Antecanal
T
LU LD
Muro de
proteccin
DbEje del bocal
Bloques
Dados
Rpida
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_
x
Barrage
Bocal
V2/2g
H
db
p
Eje del barrage
11
Z1
Z2
Hjs
_
x
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_
x
Lb
hl
ho
hb
Fondo del cauce
1) BOCAL
)(5.0 50
__
dxx d
Fig. 3.- Dimensiones del bocal y carga hidrulica ho
Es recomendable que Lb hb y que ho 5 cm
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_
x
dc
Lnea de energa
ho
Fondo del cauce
Plantilla del antecanalQo
Compuerta
Rejilla
hb
)(5.050
__
dxx d
Fig.4.- Bocal con entrada tipo grada
La pendiente del antecanal debe ser supercrtica
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2) ANTECANAL
El ancho de plantilla debe ser igual a la longitud Lbdel bocal y la pendiente longitudinal debe ser
supercrtica al inicio y luego cambiar a subcrtica.
Con fines constructivos el ancho de plantilla no
debe ser menor que 40 cm. El diseo hidrulico se
ajusta a la frmula de Manning.
Su capacidad hidrulica debe ser el mximo caudal
que ingresa por el bocal en mximas avenidas.
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hTandhxP b 0_
)(5.0 50
__
dxx d
3) BARRAGE FIJO-FUSIBLEAltura del barrage (P)
3/2
0544.0
bLg
Qo
h
h : prdida por rejilla (mnimo 1 cm)
dx
_
tamao medio de material de arrastre del ro 1.5 pulg.
50d= tamao medio de material de arrastre del ro que contiene arena
y grava hasta 1.5 pulgadas de tamao.
Qo = caudal de derivacin, m3/s.
g = aceleracin de la gravedad terrestre, m/s2
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Taludes y ancho de corona del barrage
La geometra de la parte fija del barrage (que ocupa la
parte central del cauce) es recomendable que seatrapezoidal y sus taludes deben contribuir a su
estabilidad estructural ( para un pre diseo puede
emplearse un talud aguas arriba 1:1 y un talud aguas
abajo 2.5:1). El ancho de la corona de la parte fijadebe ser 0.40m como mnimo. La parte fusible,
tambin trapezoidal, debe tener un ancho de
corona (Ac)equivalente a :
50
_
5.1 dxAc d
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Caudal sobre y a travs de un barrage fijo-fusible
Q = CJS T HJS3/2
Donde:
Q : descarga sobre y a travs del barrage fijo-fusible.
CJS : coeficiente de descarga del barrage fijo-fusible.T : longitud del barrage fijo-fusible.
HJS : carga hidrulica del barrage fijo-fusible.
El coeficiente de descarga CJSha sido obtenido en
forma experimental y se presenta en la fig.5.
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Fig. 5.- Grfica para obtener Cjs , conociendo el caudal unitario q=Q/T
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La altura de los muros de proteccin, aguas arriba del
barrage, (HU) est dada por:
HU= HJS+ p db. tan + blu
Donde:
HU = altura de los muros de proteccin, aguas arriba del barrage, m.
HJS= carga hidrulica del barrage fijo-fusible, m.
P = altura del barrage, m.db = distancia entre el eje del barrage y el eje del bocal, medido en el eje
del ro, m.
= ngulo formado por la horizontal y el fondo longitudinal del cauce.
blu= borde libre,m. (0.4 a 0.60 m)
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La altura (HD ) del muro de proteccin de
aguas abajo depende de las caractersticasdel flujo de la poza disipadora de energa,
obtenida mediante ensayos de modelos
hidrulicos a escala y sometido a flujo con
sedimentos.
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y1 hd
8 y1 hdw
Ld
So 6%
LD = Ld + 1.0
HD
Fig. 6.- Vista en elevacin de la poza disipadora de energa
5) POZA DISIPADORA NO HORIZONTAL
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Longitud de la poza (Ld)
La longitud Ld de la poza; el tamao, cantidad de bloques,
dados, y su distribucin, se han determinado en formaexperimental.
Ld = Lj + 2 y2
Donde Lj y y2se obtienen de grficas.
Lj : longitud del resalto hidrulico en la poza
Y2: tirante alterno mayor del resalto hidrulico en la poza
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dh
yT
dadosNmero2
322 1
y1
hd
hdhd
10 y1/3
hd
2 y1/3
1.8hd
hdhd
hd
hd
hd
hd
dh
yT
bloquesNmero
2
3
1028.0 1
Fig. 7.- Dimensiones y distribucin de bloques y dados
Los valores de y1 y hd se
obtienen de grficas
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Tirante Y1 al inicio de la pozay1 = 0.1813q - 0.0604
R2= 0.9557
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 1 2 3 4 5q (m3/s/m)
y1
(m)
Fig.8.- Grfica para obtener y1 conociendo el caudal unitario q=Q/T
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Altura de dado/tirante al inicio de la poza -
Nmero de Froude.hd/y1= 0.4297 F1+ 0.0403
R2
= 0.8884
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 1 2 3 4 5 6
F1
hd
/y1
Fig. 9.- Grfica para obtener la altura de bloque y dado (hd),conociendo el nmero de Froude al inicio de la poza (F1)
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Longitud del resalto/tirante menor- Nmero de
Froude
Lj/y1 = 3.8629 F1- 0.807R
2= 0.9259
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5 6
F1
Lj/y1
Fig. 10.- Grfica para obtener Lj , conociendo F1
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blyF
HD
2
2
1
20
10.1
Ty
QV
1
1
Altura de los muros de proteccin de la poza (HD)
Donde:
F1 = Nmero de Froude para la profundidad y1(profundidad del flujo
al inicio de la poza)
y2 = Profundidad de flujo mayor en la poza. Se obtiene de grfica
bl = Borde libre = 0.03048 (v1+ y2)
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Tirante mayor/tirante menor - Nmero de
Froude al inicio de la pozay2/y1= 0.6956 F1+ 0.655
R2= 0.836
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6
F1
y2/y1
Fig. 11.- Grfica para obtener el tirante mayor y2en la poza
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Lloraderos colocados a Ld/5 y a Ld/2, en
hilera
Ld= longitud de poza disipadora
W
Lloraderos.- Son tubos colocados en la losa de la poza
disipadora de energa para reducir la subpresin. Pueden ser
de 4de dimetro, colocados cada 1.5 m de 3de dimetro
colocados cada 1.0 m, en hilera y en todo el ancho de la poza.
Fig. 12.- Ubicacin de aliviaderos de subpresin
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Barrage fijo
Superficie del agua
H
Cota de la lnea deenerga
HJS
T
0.1 T 0.1 T
Qeo
Falla barrage
fusible
Falla barrage
fusible
Bocal
sumergido
Fig. 14.- Propiedad del barrage fusible en mxima avenida
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hv1
pa
B
0.15
hv1
pa
Lv
Fondo de la
poza
Cresta del limitador de
gasto
Rpida
Qeo Qd
Qv
S %
Hcv
Fig. 15.- Limitador de gasto
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Las dimensiones mnimas del limitador de gasto depende del caudal
de exceso Qv , el cual es la diferencia entre Qeoy Qd.
El coeficiente m= 0.28 (para pared gruesa con aristas vivas, m= 0.33
( para pared gruesa redondeada).
vov
vov
vv hh
hh
gLmQ 1
5.25.2
1
5
2
2..
Donde:m = coeficiente que depende de la forma de la cresta
Lv = longitud de la cresta del limitador de gasto, m
g = 9.81 m/s2
hvo = carga hidrulica menor, aguas arriba, m
hv1= carga hidrulica mayor, aguas abajo, m
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