BOCATOMA DE FONDO El agua se capta mediante una rejilla colocada en la parte superior de una presa, la cual está orientadaen sentido perpendicular al flujo. El ancho de esta presa puede ser igual o menor que el ancho del río. Principales elementos de una bocatoma de fondo . Normalmente se construyen en concreto reforzado. Solados o Zampeados superior e inferior Se construyen aguas arriba y aguas abajo de la presa con el fin de evitar procesos erosivos.Las partes más importantes de una bocatoma de fondo son las siguientes: Presa Se construye en dirección perpendicular a la corriente de agua normalmente en concreto reforzado. en su cuerpo se encuentra el canal de aducción. Normalmente tiene una sección cuadrada o rectangular. Cámara de recolección Recibe las aguas del canal de aducción. Para facilitar las tareas de operación y mantenimiento esta rejilla debe tener un ancho mínimo de 40 centímetros y una longitud mínima de 70 centímetros.Muros Laterales Protegen los taludes de la erosión y encauzan el agua. Rejilla Se localiza en la parte superior de la presa sobre el canal de aducción. sus dimensiones dependen de los requerimientos estructurales. Este canal puede tener sección rectangular o semicircula. Los barrotes o platinas y el marco pueden ser de hierro. Con el objetivo de proporcionar una velocidad mínima adecuada y segura para la realización de las actividades de mantenimiento la pendiente de fondo de este canal debe tener un valor entre el 1 % y el 4 %. con separación entre barrotes de 5 a 10 centímetros y diámetro de los barrotes de 1/2" 3/4" 1 ". la sección semicircular es hidráulicamente más eficiente pero la sección rectangular es de una construcción más sencilla. En su interior se encuentra el vertedero de . La longitud de la rejilla puede ser menor que la longitud de la presa de acuerdo con los requerimientos del caudal a captar. las platinas pueden ser de menor espesor Canal de aducción Recibe el agua captada por medio de la rejilla y la entrega a la cámara desripiadora o de recolección. En la parte superior de esta cámara se debe dejar una tapa de acceso y escaleras “uña de gato” para realizar labores de mantenimieno.84L Q 2 3 Debido a la existencia de las contracciones laterales.5 doble Para determinar e! espesor de la lámina de agua para los caudales máximos y mínimos de diseño se despeja el valor de H de la ecuación anterior: H 1.84LH 1.3 m/s y menor a 3 m/s Q L` H . se debe hacer la correspondiente corrección de la longitud de vertimiento. La velocidad del agua al pasar sobre la rejilla será de: Vr Esta velocidad debe ser mayor a 0.1 nH en donde n es el número de contracciones laterales. Diseño de la bocatoma de fondo Diseño de la presa La presa se diseña como un vertedero rectangular de contracción.excesos que permite retornar al río el exceso de agua captado. de acuerdo con la siguiente ecuación: L'=L-0. con la siguiente ecuación: Q 1. 18 r V 4 7 2 0. el área neta de la rejilla se determina según la siguiente expresión: Aneta = a B N donde: .6H 7 0.74H 4 3 4 Ancho del canal de aducción (m).Diseño de la rejilla y el canal de aducción Alcance filo superior (m) Alcance filo inferior (m) xs xi 0.36 r 3 V 0. B xs 0. 1 Corte Transversal del Canal de Aducción Rejilla Si se utiliza una rejilla con barrotes en la dirección del flujo. An= área neta de la rejilla (m²) a = separación entre barrotes (m) N = número de orificios entre barrotes B = Ancho de la rejilla (m) Siendo b el diámetro de cada barrote. la superficie total de rejilla es: Atotal = (a+b) B N La relación entre área neta y área total es: Aneta A Total Aneta a a a a b A Total b El área total en función de la longitud de la rejilla es igual a: Aneta a a b BLr . se debe cumplir que: he hc En donde: hc Q gB 2 2 1 3 g = Aceleración de la gravedad (9.9 para flujo paralelo a la sección Vb = velocidad entre barrotes (máxima de 0.El Caudal a través de la rejilla es igual a: Q =K* Aneta Vb en donde: K = 0.2 m/s) Niveles en el Canal de Aducción Asumiendo que todo el volumen de agua es captado al inicio del canal de aducción.81 m/s²) i = Pendiente de fondo del canal ho = Profundidad aguas arriba (m) he = Profundidad aguas abajo (m) hc = Profundidad crítica . h0 2he2 he iLr 3 2 1 2 2 iLr 3 Para que la entrega a la cámara de recolección se haga en descarga libre. el nivel de la lámina aguas arriba es obtenido por medio del análisis de cantidad de movimiento en el canal. Lr BL Ho ho BL I*Le ho-he i he He Lc Perfil del Canal de Aducción Cortes Transversales del Canal de Aducción Diseño de la Cámara de Recolección Para determinar las dimensiones de la cámara de recolección se aplican las ecuaciones de un chorro de agua . 36 r V 0.6H 4 7 3 0. con la siguiente ecuación: .3 L xs Corte Transversal de la Cámara de recolección La profundidad H de la figura anterior se determina de tal forma que abarque las pérdidas por entrada y fricción de la tubería de conducción entre la bocatoma y el desarenador.18 r 7 V 4 2 3 0.xs xi 0. El caudal que se captará por la rejilla se puede aproximar al caudal por un orificio. por lo cual se generará una lámina de agua mayor a la de diseño.74H 4 0 . Desague del Caudal de Excesps Para la determinación del caudal de excesos se debe considerar que por la rejilla se captará un caudal superior al caudal de diseño. que se puede determinar utilizando la ecuación de un vertedero rectangular. Ejemplo de diseño Información previa Caudal a captar: 3 L/s.Qdiseño Posteriormente se debe ubicar el vertedero de excesos a una distancia adecuada de la pared de la cámara de recolección. Caudales del río: Caudal Mínimo: 50 L/s.QCaptado en donde: C d Aneta 2 gH QCaptado = Caudal a través de la rejilla (m³/s) Cd = Coeficiente de descarga = 0. Este punto debe estar a 15 cm por encima de! nivel máximo del río.5 m. Caudal Medio = 0. Ancho del río: El ancho del río en el lugar de captación es de 1. Para esto se aplican nuevamente las ecuaciones del alcance de un chorro de agua. El diámetro mínimo de la tubería de excesos es de 6". Qexcesos = Qcaptado .3 Aneta = Area neta de la rejilla (m²) H = Altura de la lámina de agua sobre la rejilla (m) El caudal de excesos corresponde a la diferencia entre el caudal captado a través de la rejilla y e! caudal de diseño. Caudal Máximo = 1 m³/s. . El diseño de esta tubería debe considerar la pendiente existente entre el fondo de la cámara y el punto de descarga de excesos.2 m³/s. 013 1.0.04m La corrección por las dos contracciones laterales se calcula de la siguiente manera L' = L .84L Q 2 3 0.60H 7 4 0.74 * (0.00 .0 2 3 0.36m / s 3.36) 3 2 0.013 0.3m / s 0.04 0. El espesor de la lámina de agua para el caudal de diseño es igual a: H 1.0m / s Diseño de la rejilla y el canal de aducción El ancho del canal de aducción será: xs 0.0.27 .84 * 1.2 x 0.99 m Velocidad del río sobre la presa: V Q L` H 0.0 m.04) 7 4 xs 0.99 * 0.36 * (0.04 = 0.36 r 3 V 2 0.2H = 1.36m / s 0.Diseño de la presa El ancho de la presa se asume de de 1. 013 0.70 0.4 0.10 = 0.05 * 0.46m Se adopta una longitud de rejilla.05 0. An 0.18 r V 4 7 0.05 * 0.16 Orificios Se adoptan 12 orificios separados 5 cm entre sí.0127m) y separación entre ellos de 5 centímetros y se asume una velocidad entre barrotes igual a 0.36) 4 7 0.0127) 0.40 m La longitud de la rejilla y el número de orificios se determinan así: Se adoptan barrotes de 1/2" (0.223 0.70 m.1 0.10 m/s An Q 0.146m 2 a a b BLr Lr 0.xi 0.05 0.146 * (0.27 + 0.05 * 0.18 * (0.0.0127 0.37 m = 0.74H 3 4 0.74(0.40 11.223m² El número de orificios es igual a : N a *B An 0.16 B = Xs + 0.9 b V 0.10 B = 0.04) 3 4 xi 0.9 * 0.40 * 0. con lo cual se tienen las siguientes condiciones finales: . 40 2 2 1 3 0.05 m se adopta i = 3% h0 2he2 he iLr 3 2 1 2 2 iLr 3 2 * 0.75 + 0.9 * 0.L.05) 2 0.An = 0.05 3 2 1 2 0.3 = 1.06m / s 0.21 m He = he + (ho-he)+i Lc + B.40 x 12 = 0.06m Ho = ho + B.81 * 0.L.05 0.03 * 1.03 * 1.aguas arriba hc Q gB 2 2 1 3 0.06 + 0.05 x 0.75m Lr 0. .4 Los niveles de agua en el canal de aducción son: .15 = 0.013 0.05m Lc = Lr + espesor del muro = 0.05 3 h0 2(0.240 m² Vb 0.240 0.Aguas abajo he .0127) 0.05 * 0.013 9.240 * (0.05 0. = 0. 3m / s Q 0.03x 1.70 m Para facilitar las actividades de mantenimiento.69) 3 2 0.24 m La velocidad del agua al final del canal será: Ve B * he 0.40 + 0.15 = 0. El borde libre de la cámara es de 15 centímetros.05) + 0.40 xi 0.30 B = 0.5 m de lado.69m / s 3.18 * (0.69m / s 0.05 + 0.013 0.He = 0.40 * 0.18 r V 4 7 0.0m / s Diseño de la Cámara de Recolección xs 0.36 * (0.3 = 0.69) 0.36 r 3 V 2 0.05) 7 4 xs 0. por lo que el fondo de la cámara estará a 75 centímetros por debajo de la cota del fondo del canal de aducción a la entrega (suponiendo una cabeza de 0. se adopta una cámara cuadrada de recolección de 1.74(0.05) 3 4 xi B = Xs + 0.74H 3 4 0.22 4 7 0.60 * (0.60 m que debe ser verificada una vez realizado el diseño de la conducción al desarenador).60H 7 4 0. .05 + (0.06-0.05 0. 67 100.23 101. .84L Q 2 3 1.85 99.61 – 0.01 100.67 = + 0.84 * 1.76 – 0.67m Dejándole un borde libre de 33 cm.61 99.00 100.05 = 99.04 100.00 100.Cálculo de la altura de los muros de contención Tomando el caudal máximo del río de 1 m3/s. se tiene: H 1.0 2 3 0. este valor debe ser verificado posteriormente.15 = 99.00 = 100.00 100.04 = + 0.00 m. entonces la altura de los muros resulta ser de 1.21 = 100.79 + 0.23 = + 1.76 99.00 + 0.24 = 99.00 -0.81 99.00 1.79 99.60 = Se asume pérdidas en la conducción de la bocatoma al desarenador de 60 cm.00 99.00 -0.76 + 0.06 = 99.00 100. Cálculo de cotas Fondo del río en la captación = Lámina sobre la presa: Diseño = Máxima = Promedio = Corona de los muros de contención = Canal de aducción Fondo aguas arriba = Fondo aguas abajo = Lámina aguas arriba = Lámina aguas abajo = Cámara de recolección Cresta del vertedero de excesos = Fondo = 100. 24x 2 * 9.84L Q 2 3 0.152 0.60 * (0.0 2 3 0.5 2 3 2 3 0.84 * 1.65 + 0.47m .139 1.013 QExcesos HExcesos Vexcesos 2 3 0.2 m³/s H QCaptado 1.23m C d Aneta 2 gH 0.139m³/ s 2 3 1.36 * (0.20 1.14m QExcesos H Excesos * BCámara 0.84 * 1.30 = 97.81 * 0.60H 4 7 0.152m³/ s QExcesos QCaptado Qdiseño 0.23 QCaptado 0.68) 0.36 r V 0.3x 0.14 * 1.14) 0.139 0.84L Q 0.65 (de acuerdo con la topografía de la zona) 97.95 Cálculo del caudal de excesos Este caudal se calcula a partir del caudal medio: Qmedio río = 0.Tubería de excesos: Cota de entrada Cota del río en la entrega Cota de salida: = = = 99.68m³/ s 4 7 xs 0.01 97.0 0. 54 Q = Caudal (m³/s) D = Diámetro interno de la tubería (m) J = Pérdidas de carga unitaria (m/m de conducción) C = Coeficiente de rugosidad de Hazen .01 97.2785 * 100 * (0.63 j0.2785 0.0212) 0.54 CJ 1 2.57” D = 12” .139 0.54 1 2.12% J = 0.80 m de la pared de la cámara de recolección.63 * J 0.63 D = 0.Tomando un espaciamiento libre de 0.3 m se define que el vertedero de excesos estará colocado a 0.54 D Q 0.2785 C D2.63 0.29 m = 11. Cálculo de la tubería de excesos Utilizando la ecuación de Hazen – Williams se tiene que Q donde: 0.0212 m/m Q = 0.Williams Asumiendo que se utilizará tubería de hierro fundido se tiene que C = 100 i 99.2785 * C * D 2.95 50 2. Planos del Diseño .