UNIDAD 5 Sistemas de Acueductos – Captación y Pretratamiento – 2011 – Parte 1Para esta unidad se revisará inicialmente el Capítulo B4 del RAS, Captaciones de agua superficial, en especial los numerales B.4.1, B.4.2, B.4.3, B.4.4 (particularmente B.4.4.1, B.4.4.2, B.4.4.5, B.4.4.7, B.4.4.10). No olvidar la Resolución 2320/2009. El material que se presenta en las siguientes páginas ha sido extraído de los libros: Elementos de Diseño de Acueductos y Alcantarillados, de Ricardo Alfredo López Cualla y Acueductos, Teoría y Diseño de Freddy Corcho Romero y José Ignacio Duque Serna. OBRAS DE CAPTACIÓN Página 1 de 12 esto depende del estudio de estabilidad de los mismos muros. La longitud de la rejilla. Pueden ser construidos en concreto o enrocado. puede ser menor que la longitud de la presa o el ancho de la garganta. Siendo en concreto ciclópeo. Muros laterales: Encausan el agua hacia la rejilla y protegen lo taludes. se ilustran los elementos más importantes de este tipo de bocatoma.UNIDAD 5 Sistemas de Acueductos – Captación y Pretratamiento – 2011 – Parte 1 DISEÑO DE BOCATOMAS Bocatoma de Fondo El agua es captada a través de una rejilla colocada en la parte superior de una presa. Solados o enrocado superior e inferior: Ubicados aguas arriba y abajo de la presa. Construida generalmente en concreto ciclópeo. En las figuras que se muestran más adelante. Rejilla: Se coloca sobre el canal de aducción que se encuentra dentro de la presa. y por lo tanto la del canal de aducción. que a su vez es direccionada en sentido normal a la corriente. El ancho de estos muros depende de la estabilidad estructural. El ancho de esta presa puede ser igual o menor que el ancho del río. el ancho de los muros puede ser de 60 centímetros o menos. con separación entre barrotes de 5 a 10 centímetros y diámetro de los barrotes de ½”. El ancho mínimo es de 40 cm y el largo mínimo de 70 cm. tienen por objeto protegerla de la erosión. dentro de ella se encuentra el canal de aducción. para facilitar la operación de limpieza y mantenimiento. ¾” o 1”. Los barrotes y el marco pueden den ser de hierro. Página 2 de 12 . según las necesidades del caudal que se ha de captar. La bocatoma de fondo indicada en estas figuras consta de: Presa: Su cota superior está al mismo nivel de la cota de fondo del río. La presa y la garganta de la bocatoma se diseñan como un vertedero rectangular con doble contracción cuya ecuación corresponde a: Diseño de la rejilla y el canal de aducción. Cámara de recolección: Generalmente es cuadrada o rectangular. Con el fin de obtener el caudal mínimo del río se puede recurrir a datos de medición de caudal en la cuenca. el área neta de la rejilla se determina según la siguiente expresión: Siendo: 2 Debido a la existencia de las contracciones laterales. la sección rectangular es más fácil de construir. La sección de este canal puede ser rectangular o semicircular. sea inferior al caudal mínimo del río en el sitio de captación. se despeja el valor de H de la ecuación anterior: Rejilla.3 m/s y 3 m/s de manera que puedan ser aplicables las ecuaciones del alcance del chorro que se presentan a continuación para la determinación del ancho del canal de aducción. se debe hacer la correspondiente corrección de la longitud de vertimiento: An: área neta de la rejilla (m ) a: separación entre barrotes (m) N: número de orificios entre barrotes Si b es el diámetro de cada barrote. Si se utiliza una rejilla con barrotes en la dirección del flujo. Ancho del canal de aducción: En 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) Para determinar el valor de la lamina de agua para !as condiciones de diseño y para las condiciones máximas y mínimas del río. Tiene una pendiente entre el 1% y el 4% con el fin de dar una velocidad mínima adecuada y que sea segura para realizar las labores de mantenimiento. Diseño de la bocatoma de fondo Diseño de la presa. a mediciones de caudal directas o al estudio hidrológico de la cuenca. En su interior se encuentra un vertedero de excesos lateral que entrega el agua a una tubería de excesos que regresa el agua al cauce. Se debe dejar una tapa en la placa superior y una escalera para el acceso del personal de mantenimiento. Aun cuando la sección semicircular es la más eficiente desde el punto de vista del funcionamiento hidráulico. EI primer paso para el diseño de la bocatoma es verificar que el caudal de diseño.UNIDAD 5 Sistemas de Acueductos – Captación y Pretratamiento – 2011 – Parte 1 Canal de aducción: Recibe el agua a través de la rejilla y entrega el agua captada a la cámara de recolección. con muros en concreto reforzado cuyo espesor puede ser de 30 centímetros y su altura igual a la de los muros laterales. Lr: Página 3 de 12 . Reemplazando el área total en función de la longitud de la rejilla. el área total de rejilla es aproximadamente: En donde n es el número de contracciones laterales. La velocidad del agua al pasar sobre la rejilla será de: Haciendo la relación entre el área neta y el área total se tiene: y debe estar comprendida entre 0. En donde: h0: profundidad aguas arriba (m) Página 4 de 12 . Asumiendo que todo el volumen de agua es captado al inicio del canal indicado en la figura. la velocidad a la entrega de la cámara de recolección.81 m/s ) se debe dejar un borde libre de 15 cm.UNIDAD 5 Sistemas de Acueductos – Captación y Pretratamiento – 2011 – Parte 1 Por otra parte. La profundidad H de la figura debe ser tal que cubra las pérdidas por entrada y fricción de la tubería de aducción entre la bocatoma y el desarenador. ve. Niveles en el canal de aducción.60 m. En donde: K: 0. aunque los cálculos hidráulicos son necesarios para establecer las condiciones mínimas de la cámara de recolección.2 m/s) Para que las ecuaciones de dimensionamiento de la cámara sean válidas. es importante que las dimensiones de la cámara sean las mínimas necesarias para realizar su adecuado mantenimiento. se puede suponer un valor de 0. debe ser mayor de 0. reemplazando los términos por los de la condición de entrada a la cámara indicados en la figura. Para que la entrega a la cámara de recolección se haga en descarga libre.3 m/s y menor de 3 m/s. Como dicho diseño no se ha realizado.9 para flujo paralelo a la sección vb: velocidad entre barrotes (máxima de 0. el caudal a través de la rejilla es: he: profundidad aguas abajo (m) hc: profundidad crítica (m) i: pendiente del fondo del canal 2 g: aceleración de la gravedad (9. el nivel de la lámina aguas arriba es obtenido por medio del análisis de cantidad de movimiento en el canal: Diseño de la cámara de recolección. se debe cumplir: Se debe tener en cuenta que. Nuevamente se aplican las ecuaciones del alcance de un chorro de agua. que se puede evaluar según la ecuación reemplazando en ella el caudal correspondiente al caudal máximo o promedio del río. el caudal de excesos será la diferencia entre el caudal captado a través de la rejilla y el caudal de diseño: Posteriormente se debe ubicar el vertedero de excesos a una distancia adecuada de la pared de la cámara de recolección. se asume en este momento un valor tentativo de 0.5 m. como se indica en la Figura. valor que debe ser corregido una vez se haya hecho el diseño correspondiente de la tubería de aducción entre la bocatoma y el desarenador. Página 5 de 12 . El caudal máximo del río es de 1 m /s. cuya ecuación es: Ejemplo de Diseño: Previamente se ha determinado el caudal de diseño de 13 L/s.). según se indica en la figura. En resumen. Se producirá entonces una lámina de agua superior a la de diseño. El caudal de excesos se determina teniendo en cuenta que sobre la rejilla de la bocatoma pasará un caudal mayor que el caudal de diseño. El ancho del río en el sitio de captación es de 1. Se tiene que el caudal del río en tiempo seco es de 50 L/s.UNIDAD 5 Sistemas de Acueductos – Captación y Pretratamiento – 2011 – Parte 1 Qcaptado: Cd: An: H: Caudal a través de la rejilla (m /s) Coeficiente de descarga = 0. El diseño de esta tubería puede hacerse siguiendo el procedimiento que se estudiará más adelante. Como no se ha hecho el diseño de esta tubería.3 2 Área neta de la rejilla (m ) Altura de la lámina de agua sobre la rejilla (m) 3 Este caudal llega a la cámara de recolección a través del canal en donde. Para esto se aplican nuevamente las ecuaciones anteriormente presentadas. El caudal medio del río es 3 3 de 0. se coloca un vertedero sin contracciones laterales que servirá para separar el caudal de diseño del caudal de excesos.2 m /s. la cota de la cresta del vertedero debe coincidir can el nivel del agua necesario para conducir el caudal de diseño al desarenador. Para cumplir con lo anterior. El diseño de la tubería de excesos. debe contemplar la pendiente disponible entre el fondo de la cámara y el punto escogido para la descarga de excesos.60 m. Este punto debe estar 15 cm por encima del nivel máximo del río. Desagüe del caudal de excesos. La capacidad máxima de captación de la rejilla se puede aproximar al caudal a través de un orificio. cuyo diámetro mínimo es de 6" (15 cm aprox. como se estudiará en su debido momento. 0127 Página 6 de 12 .UNIDAD 5 Sistemas de Acueductos – Captación y Pretratamiento – 2011 – Parte 1 0. UNIDAD 5 Sistemas de Acueductos – Captación y Pretratamiento – 2011 – Parte 1 Página 7 de 12 . UNIDAD 5 Sistemas de Acueductos – Captación y Pretratamiento – 2011 – Parte 1 Página 8 de 12 . Dotación neta máxima: 150 L/(hab. Pendiente del río: suave Fondo del río: 1970 msnm Página 9 de 12 .60 msnm Nivel de aguas máximo: 1974. El sitio de captación presenta la siguiente información: Ancho del río: 7.25) = 200 L/(hab. pero requieren un buen nivel de aguas.2 QMD = 1.UNIDAD 5 Sistemas de Acueductos – Captación y Pretratamiento – 2011 – Parte 1 Nivel de aguas mínimo: 1971. Diseñar una bocatoma lateral para el sistema de abastecimiento de agua de una localidad con población de diseño de 51659 habitantes.5 m /s 3 Caudal máximo: 25 m /s Caudal a captar: De acuerdo con el RAS-2000.5 L/s Qdis = 2*143.5 = 287 L/s EJEMPLO DE DISEÑO DE UNA BOCATOMA LATERAL Las bocatomas laterales presentan menor posibilidad de obstrucción de la rejilla.d) Qmd = P* dotbruta/86400 = 51659*200/86400 = 119.00 msnm 3 Caudal mínimo: 1.58 L/s QMD = k1*Qmd Para nivel de complejidad alto k1= 1. son apropiadas para pendientes suaves.58 L/s = 143. la capacidad de diseño será de 2 veces el caudal máximo diario.d) Pérdidas técnicas máximas admisibles: 25% Dotación bruta = dotación neta / (1-%p) = 150/(1-0.2*119.0 m. Estudios socioeconómicos realizados en el sitio indican que la capacidad económica de los usuarios es alta. UNIDAD 5 Sistemas de Acueductos – Captación y Pretratamiento – 2011 – Parte 1 Página 10 de 12 . 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