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Una vez estimados los caudales necesarios para
cubrir las necesidades de agua potable de una
comunidad, el siguiente paso es la localizacin y
seleccin de los recursos que ofrezcan, no solo dicha
cantidad, sino economa de construccin y
explotacin
TIPOS DE CAPTACIONES
SUPERFICIALES SUBTERRNEAS
CAPTACIONES SUPERFICIALES
Las captaciones superficiales cada una de las cuales tiene sus
propios problemas asociados y su propia tipologa se
clasifican en:
1.Captaciones de agua de lluvia
2. Captaciones de agua en ros
Captaciones de agua de lluvia
El captar el agua de la lluvia es una solucin extrema, que tan solo se emplea en aquellos casos justificados por circunstancias especiales. Se aplican casi siempre a edificaciones aisladas, caserios o pequeos pueblos y puede constituir una solucin aceptable como reserva de estiaje en las regiones de lluvias escasas y desiguales, resolviendose de esta forma la escasez estacional de otros recursos ms facilmente captables.
CAPTACIONES DE RIOS
DE FONDO
LATERALES
FLOTANTES
En construccin
PRESA Y CAPTACIN LATERAL
BOCATOMA
LATERAL
Aduccin en
canal abierto
CAPTACION LATERAL
RIO PAMPLONITA
LIMPIEZA DE UNA REJILLA
REJILLA LATERAL
MURO ENCAUZADOR
Una rejilla criolla
CAPTACION FLOTANTE
CRITERIOS PARA LA LOCALIZACIN DE
CAPTACIONES EN RIOS Y MANANTIALES.
Se debe prever la suficiente diferencia de nivel para conducir el agua por gravedad hasta el sitio de ubicacin de las bombas, o hasta el desarenador
Deben estar ubicadas preferentemente en los tramos rectos de los ros con el fin de evitar erosiones y sedimentaciones o asolves. En el caso de que sea imposible su ubicacin en el tramo recto se debe hacer en la orilla externa de la curva en una zona en donde no haya evidencia de erosin por causa del curso del agua.
LOCALIZACIN DE CAPTACIONES
Deben ser estables con respecto a la calidad del suelo de cimentacin an en
el caso de mximas crecientes.
Igualmente deben ser resistentes para el
sismo de diseo correspondiente a la
zona de amenaza ssmica en que se
encuentre el municipio objeto de la
captacin ( NSR-98).
LOCALIZACIN DE CAPTACIONES
Deben estar alejadas de toda fuente de contaminacin; se localizarn aguas arriba de regiones habitadas, de descargas de aguas residuales domsticas o industriales.
Deben localizarse en zonas con accesos fciles que permitan las operaciones de reparacin, limpieza y mantenimiento. En caso contrario deben construirse las vas que permitan el acceso adquiriendo servidumbres de paso.
LOCALIZACIN DE CAPTACIONES
La zona de la bocatoma debe disponer de los medios de proteccin y cercado
para evitar la entrada de personas y
animales extraos .
En el caso de que la bocatoma incluya bombeo debe proveerse la iluminacin
adecuada necesaria.
ESTUDIOS PRELIMINARES. Topografa.Para la ubicacin general se debe contar con
imgenes satelitales de la zona definida, planos escala 1:25.000 o 1:10.000 del IGAC. Para el diseo Se requieren planos escala 1:1000 mnimo, con curvas de nivel. Esta topografa deber cubrir, como mnimo, 20 mtsaguas arriba y 20 mts aguas abajo del sitio escogido para la estructura. La poligonal deber amarrarse a las coordenadas geogrficas y las alturas a un BM con cotas absolutas. Debern dejarse en el terreno, como mnimo, tres referencias (mojones en concreto), con coordenadas y cotas.
Geologa y geotecnia.
Se debern realizar estudios de mecnica de suelos y permeabilidad. Se debern tener en cuenta el nivel de amenaza
Hidrologa.Se deben conocer las caractersticas hidrogrficas de la
cuenca, datos, estimaciones o informaciones acerca de los niveles de agua mximos y mnimos de la fuente en el sitio escogido para la captacin, con las indicaciones de los perodos de retorno ms probables. Igualmente se deber conocer la batimetra del rea donde quedar ubicada la captacin
CAUDAL DE DISEO
TODOS LOS NIVELES
QD= 2.0 QMD
CAPTACION DE FONDO
Aletas muros Canaleta
Vertedero o dique
Rejilla
Cmara
recoleccin
Salida al desarenador
Vertedero excesos
Desague
Pozo aquietamiento
Perfil Wess
W
Q1
Q2
Qe
QD
A A
B
B
Nivel
mximo
Nivel
mnimo
Bocatoma de fondo
PLANTACORTE B-B
CORTE C-C
CORTE D-D
AA
B
B
Bocatoma de fondo
Planta
Cmara de
recoleccinCaudal al
desarenador Vertedero de control
Caudal de Excesos al rio
Rejilla
Muros
Dique
Nivel mximo
Nivel mnimo
Bocatoma de fondo
SECCIN TRANSVERSAL
Corte A - A
Bocatoma de fondo
Seccin longitudinal
h
Y1
H
Y2
h1
Y3
L LpLr
Dentelln
Lecho inicial del ro
VERTEDERO TIPO WESS
POZO
AMORTIGUADOR
REJILLA
mm= ancho del canal
de aduccin = Lr
H min = 0.2m
H min = 0.2m
Tubera de
aduccin
VERTEDERO
EXCESOS
prdidas
Muros :Laterales para la conformacin de la
Estructura y encauzamiento del caudal
Qmx del ro = 5.0 m3/s
H EFECTIVA= altura de muros en mts
W = ancho de la garganta =5 mts
MTSm
sm
W
mxH 66.0
5*84.1
/5
*84.1
Q3/2
33/2
H TOTAL = 0.66 m + 0.50 m = 1.16 = 1.2 m
Nivel mnimo
Nivel mximo
W = ancho de la garganta
Flujo sobre la rejilla ( captacin Parcial)
Qe
y1
x
LR
y2
yE
Q1
Q2
Flujo sobre la rejilla ( captacin Total)
Q
e
LR
EQ1
Q2=0
Qe
Q1
LR
E
Q2=0
E
Q1
LR
Y1
gEACQe 2**
Mostkow: Como la energa se mantiene
aproximadamente constante
a lo largo de la rejilla (el
caudal que puede entrar por
la rejilla es :
DIMENSIONAMIENTO DE LA REJILLAa= Luz libre entre barras
n= Nmero de orificios
b= Espesor de la varilla.
n= Nmero de orificios
Lr= Longitud
B=ancho
Las rejillas se consideran de poca inclinacin si el ngulo que forman con la
horizontal () es menor de 20. En este caso la descarga sobre la rejilla
depende de la carga efectiva sobre ella y si las barras son paralelas, la carga
es prcticamente igual a la Energa especfica (E), pues el flujo es vertical y el
agua fluye sin producir choques bruscos contra los bordes.
Lr
B
Lr
B
PROCESO DIMENSIONAMIENTO
Expresin en la cual:
C = Coeficiente de descarga= 0.50 para varillas redondas
paralelas a la corriente
E = Energa especfica en metros.
LR= longitud de la rejilla
Datos de entrada:Qmax del rio Hmax
Qmin del rio Hmin
Ancho de la garganta: W
Q de diseo.
gEACQ 2**
RLnaA **
DIMENSIONAMIENTOPara el diseo, como resulta obvio se utilizar el Qmin del
rio. De esta forma el caudal unitario que circula por la seccin transversal es :
Con este valor y el caudal de diseo, se estima el ancho de la rejilla B
El caudal que llega sobre la rejilla ser:
El caudal que continua aguas abajo ser
La altura crtica:
W
Qq min1
11 *qBQ r
diseoQQQ 12
3
2
1
g
qYc
2
3 cmin
YE
Se produce cuando se tiene la Energa especfica mnima:
lt/s*m m3/s*m
DIMENSIONAMIENTO rejillaComo Y1 es la altura de la lmina a la entrada de la rejilla y esta se ubica
cerca de la cresta del vertedero, donde se produce la altura crtica, Y1 es aproximadamente igual al Yc (Ligeramente menor).
Se puede ahora calcular la relacin : y encontrar la relacin , utilizando las relaciones
g
VYE
2
2
11 1
11
*YB
QV
r
En donde:
E
Y1
cY
Y1, y encontrar la relacin
Y1 / Yc 0.7 0.9
Y1 / E 0.47 0.60
De esta forma se puede comprobar si el valor asumido de Y1 fue correcto.
Comprobado el valor de Y1 se obtiene el valor real de la cabeza de velocidad ( v1
2/2g) y el valor de la energa especfica E La ecuacin general de flujo a travs de la rejilla quedar:
De la cual se obtiene el valor de LR. Por razones constructivas este valor no resulta conveniente tomarlo menor de 0.30 m.
gELnaCQentra R 2***
Q2= Q1-Qentra
E*Y22 - Y
23 = Q
22 / (B2 * 2g)
CANALETA DE ADUCCION.Se trata de un canal con caudal variable y para efectos de clculo se hacen las
siguientes suposiciones: La energa del agua proveniente de la rejilla se disipa totalmente por la turbulencia
formada, cambios de direccin y friccin en la reja misma.
El agua en su superficie toma la forma de una parbola.
El caudal por unidad de longitud que entra al canal es constante.
El clculo se hace por cambio en la cantidad de movimiento y se desprecia la friccin.
De esta forma se tiene:
32
2
*mg
Qhc
cc hgV *
chh *1.12
3
*2)
3
*(
2 2
2
3lili
hh
hh c
co
0
0*hm
QV
2
2*hm
QV
En donde: i min= 3%
m= Ancho canaleta = Lr
hc= Altura crtica
ho= Altura lmina de agua comienzo de la
canaleta.
h2== Altura lmina agua final de la canaleta
Vo=Velocidad al comienzo de la canaleta
V2= Velocidad al final de la canaleta
Vc = Velocidad crticaSe debe agregar borde libre por lo menos de 15 cms.
Nivel Mnimo
Nivel mximo
Bocatoma de fondo
Seccin transversal
H= 1.2 m
W=5 m
Borde libreho
hcriticah2
Nivel medio
Hmn=0.20
prdidas
CAMARA DE RECOLECCION.
Para velocidades comprendidas entre 0.30 y 3 m/seg, el ancho mnimo de la cmara (Xs) se puede calcular como:
Como este valor es generalmente pequeo, prevalecen las condiciones de operacin que requieren dimensiones apropiadas de la cmara. Tngase en cuenta que en ella debe poder trabajar cmodamente una persona.
74
32
60.036.0 ces hVX
Posicin tubera aduccin en la cmara recoleccin.
La tubera deber colocarse a una profundidad tal, que la cresta del vertedero de excesos quede a una altura determinada de la siguiente forma :
Si la longitud de la aduccin bocatoma-desarenador es menor que 500*do ( do= dimetro) el Caudal se calcula como flujo a travs de un orificio con la expresin general : .
Si la longitud de la aduccin bocatoma-desarenador es mayor que 500*do ( do= dimetro) y el flujo es a presin, se calculan las prdidas por entrada:
Prdida en la vlvula de coladera= 4.5 V2 / 2g (Opcional)
Prdidas por entrada normal= 1.0 V2 / 2g
Prdidas por energa de velocidad= 1.0 V2 / 2g
Si el conducto de aduccin funciona a flujo libre se determina la cota de energa en ste y+v2/2g, altura que se debe garantizar en la cmara de recoleccin
Corte A - A
Bocatoma de fondo
Seccin longitudinal
h
Y1
H
Y2
h1
Y3
L LpLr
Dentelln
Lecho inicial del ro
VERTEDERO TIPO WESS
POZO
AMORTIGUADOR
REJILLA
DIMENSIONES DE LA PRESA
Las dimensiones generales de la presa: W, h y B se obtienen:
W= ancho de la presa. Se determina de la topografa y de la huella
de la lmina de agua cuando alcanza el nivel mximo.
h=altura de la presa. Depende de la ubicacin del
desarenador, del grado de acumulacin de sedimentos y
de las cotas de inundacin.
B= ancho de la rejilla . depende del Caudal Unitario que
circule sobre la presa en aguas mnimas y del caudal de
diseo de depende del nivel mximo que alcance al
agua sobre la presa y de otras consideraciones
topogrficas.
Seccin longitudinal de la presaEsta se disea para el caudal mximo del rio (Qmax ) y una
altura de presa h,predeterminada con criterios topogrficos
y sedimentolgicos. Considerando que el vertedero es
horizontal de pared delgada Expresin en la que H
corresponde a la altura de la lmina de agua y W al ancho
de la garganta.
La velocidad sobre el vertedero ser:
32
max )*84.1
(W
QH r
HW
QV r
*
max
W
Qq rmax
El caudal unitario sobre el vertedero ser:
El caudal unitario sobre el vertedero
La altura crtica
La velocidad crtica:
La velocidad sobre el vertedero V, deber ser menor que Vc para tener
flujo subcrtico.
3
2
g
qYc
cc YgV *
Para el aliviadero, es comn usar un perfil tipo WES, con la cara frontal
vertical, cuya ecuacin para coordenadas X y Y es:
De esta forma la longitud del aliviadero L corresponder al valor de X
para Y= h
Al final de la presa y comienzo del pozo amortiguador se tendr una
velocidad V1
Seccin longitudinal de la presa
YHX **2 85.085.1
)2
(*21HhgV
Y1
Y2 Y3h1
Lp
Esta velocidad corresponde a una altura
de lmina de agua Y1 El nmero de Froude ser:WV
QY r
*1
max
1
1
1
*Yg
VF
Seccin longitudinal de la presa Si consideramos un diente, al final del pozo amortiguador de altura h1 , la relacin
h1/Y1, se podr obtener interpolando entre los valores de la Tabla
La altura mxima de la lmina de agua en el resalto Y2, se puede calcular mediante la siguiente expresin:
F 1.75 2 3 4 5 6 7 8 9
h1 / Y1 0 0.15 0.69 1.42 2.16 2.92 3.71 4.58 5.54
La altura de la lmina de agua, Y3,
aguas abajo del diente, deber cumplir
con la condicin
3
1
1
1
2
1
2
1
2 11*667.2
Y
h
Y
Y
YYY
h
F
3
2 123
hYY
Sabiendo adems que:
231 YYh 31*5 YhLp
EJEMPLO DE CLCULOQmax diario = 200 lps
QDiseo = 400 lps
Qmin Rio = 2 M3 /seg
Q mximo del rio = 5 M3 /seg
Ancho de la garganta W = 15 M.
Altura de la presa h= 1.50 m
segM
W
3
133.015
2min
mq
QdiseoB 3
133.0
400.0El ancho mnimo de la rejilla ser
Asumimos un valor de 4 metros para el ancho de la rejilla.
EJEMPLO DE CLCULO
segMQ
3
1 532.04*133.0 M
g
qYc 12.0
8.9
133.03
2
3
2
mYE c 18.012.0*5.1*5.1min segmYgV cc /08.112.0*8.9*
Como la altura de lmina Y1 tiene prcticamente el mismo valor que la altura crtica Yc, el valor
de Y1 se puede asumir un poco menor al de Yc.. Asumiremos un valor inicial para Y1= 0.10 m.
segmYB
QV /33.1
10.0*00.4
532.0
* 1
11 m
g
vYE 19.0
8.9*2
33.110.0
2
22
1
526.019.0
10.01 E
Y786.01
cY
YInterpolando de la tabla se tiene
EJEMPLO DE CLCULOMuy prximo al valor supuesto para Y1 de 0.10 m
094.0*786.01 cYY
)1(** nbnaB
orificiosn 73
Si la rejilla se construye con varillas de 1 (b=0.0254 m) y se deja una luz libre entre varillas (a) de 0.03 m, se obtiene:
Ecuacin en la cual n corresponde al nmero de orificios.
Sustituyendo los valores conocidos, se obtiene:
gELnaCQ Re 2***
Como este valor es muy pequeo, se adopta el mnimo recomendado
LR=0.30 m. Reemplazando este valor en la ecuacin anterior se obtiene
un Qe= 0.634 m3/s.
Como Q1=0.532 m3/s, se deduce que todo el caudal entra por la rejilla, de
tal manera que Q2=0
Susutituyendo estos valores en
la anterior ecuacin se obtiene
LR= 0.19 m
MTSm
smH 32.0
15*84.1
/5
L*84.1
Q3/2
33/2
m
g
qyc 22.0
81.9
33.03
2
3
2
Diseo del Vertedero:Se disea para el Qmx del ro = 5.0 m3/s H del dique = 1.50 mts
W = 15 mts
h/H = 1.5 m /0.32 m = 4.68 Si h/H > 1.33 se desprecia la cabeza de velocidad
V=Q/A = 5m3/s /15 m*0.32 m = 1.04 m/s q= 5 m3/s/15m = 0.33 m3/s-m
mg
qyc 22.0
81.9
33.03
2
3
2
smmsmgyV cc /47.122.0*/81.92
Como V
X 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
Y 0 0.018 0.067 0.15 0.24 0.36 0.52 0.68 0.87 1.08 1.31 1.57
Ecuacin del perfil tipo WES
x
y smHhgV /7.5)32.0*5.050.1(6.195.0*21
mmm
sm
BV
QY 058.0
15*7.5
/5
*
3
1
1
La velocidad al pie de la presa en el pozo amortiguador
h=1.50 mh=1.5 m
Y1 = altura de la lmina de agua al pie de la presa.56.7058.0*8.9
/7.5
1
1 sm
gy
VF
se calcula el valor de la altura h1/y1=4.2
h=4.2 * 0.058 =0.24 m, se calcula el valor de y2 mediante la ecuacin:
3
11
2
1
2
2 '1'
1*667.2
Y
h
Y
Y
YYY
h
F
3
2 123
hYY
h=4.2 * 0.058 =0.24 m, se calcula el valor de y2 mediante la ecuacin:
=2.66*(7.56)2(1+0.24/y2)= ((y2-0.24)/0.058))3
Obtenindose y2 = 0.48 m
Se estima el valor de y3 para asegurar las condiciones de produccin del resalto
hidrulico y el rgimen subcrtico aguas debajo de la estructura:
(2*0.48 +0.24)/3 0.4 m
231 YYh
31*5 YhLp
Se observa que la profundidad y3 oscila entres 0.24 m y 0.48 m
se adopta y3 = 0.4 m
Se calcula la longitud del pozo de amortiguacin
= ( 5(0.24 m+0.4m) = 3.2 m
CAPTACION LATERAL
AA
Desague
Compuerta
Tapa acceso
D= 0.60 mts
PLANTA
Al desarenador
CAPTACION LATERAL