bocatomas 2008

Abasto de AguaCaptación o BocatomaCaptación o Bocatoma

INFORMACION BASICA PARA EVALUACION O DISEÑODE UNA ESTRUCTURA DE CAPTACION O BOCATOMA .

Área de Ingeniería Sanitaria y Ambientalg yFacultad de Ingeniería

Docentes : Ing M Sc Camilo Hernán Cruz VDocentes : Ing. M.Sc. Camilo Hernán Cruz V.

CALI, SEPTIEMBRE DE 2008


INFORMACION BASICA PARA EVALUACION O DISEÑODE UNA ESTRUCTURA DE CAPTACION O BOCATOMA .

Área de Ingeniería Sanitaria y Ambientalg yFacultad de Ingeniería

Docentes : Ing. M.Sc. Camilo Hernán Cruz V.

CALI, SEPTIEMBRE DE 2008

Abasto de AguaCaptación o Bocatoma

Análisis o diseño de una Captación

Captación o Bocatoma

Análisis o diseño de una Captación

Información básica1. Requerimientos de Caudal2. Parámetros de diseño 3. Fuentes de Abastecimiento, características caudal y

calidad de agua.4. Selección de tipo de captación5. Localización. Topografía del sitio.6. Condiciones de operación.


Bocatoma o Captación y función


Bocatoma o Captación y función

. Se conoce con el nombre de bocatoma o captación a pla estructura que se coloca directamente sobre la fuente superficial que se ha seleccionado para surtir la red de acueducto.

Las obras de captación son estructuras colocadas directamente sobre las fuentes superficiales ó subterráneas, escogidas para abastecer sistemas de ac ed cto de generación de energía ó de riegoacueducto, de generación de energía ó de riego.


Parámetros de DiseñoCaptación o Bocatoma

Capacidad y Período de diseño según el Nivel de Complejidad (RAS,2000)

Nivel de Complejidad del

Si t

Capacidad en QMD

Período de diseño

SistemaBajo 1+ (*) 15 años Medio 1+ (*) 20 añosMedio 1+ ( ) 20 añosMedio alto 2 25 años Alto 2,5 30 años

(*) pérdidas en aducción y planta de tratamiento


Fuentes superficiales.Captación o Bocatoma

cuerpos de agua continuos (ríos,quebradas)depósitos de agua:depós tos de agua

Naturales: Lagos.Artificiales: embalsesArtificiales: embalses.

Fuentes subterráneasManantiales: afloramientos superficiales.Pozos superficiales ó artesianos (manuales)Pozos superficiales ó artesianos (manuales)Pozos perforados, hincados, profundos.


Tipos de Captaciones


p pDiferentes tipos dependiendo del problema particular, cada una con características de diseño especificas.cada una con características de diseño especificas.

Se pueden clasificar en: • Sumergidas o de FondoSumergidas o de Fondo• Laterales • De TorreDe Torre• Flotantes• Pozos ProfundosPozos Profundos • Galerías Filtrantes


Captaciones

De

Torre Toma

En LagosEn Lagos


Localización en Ríos.• Cumplir conceptos MIRH Manejo Integral RH


• Cumplir conceptos MIRH Manejo Integral RH.• Adecuada cabeza hidráulica para el sistema

(preferiblemente abasto por gravedad)(preferiblemente abasto por gravedad).• Ubicar la bocatoma lo más cerca posible de la

estructura de aprovechamiento.estructura de aprovechamiento.• Identificar un sitio para construir el (los)

desarenador (es), próximo a Bocatoma.( ), p• Prever un trazado viable del recorrido de la aducción.

Ubicar captación en zonas de cauce estable y resistente a la erosión.

• Ubicar la Bocatoma en un tramo recto del cauce.


Localización en Ríos


Localización en Ríos.• En caso de ubicarse en una curva, en una orilla

externa y en el tramo final de la curvaexterna y en el tramo final de la curva. • Debe protegerse la estructura.• Prever la entrada de sedimentos para proyectar la• Prever la entrada de sedimentos, para proyectar la

remoción y protección estructura.• Conocer y calcular niveles de crecientes para prever• Conocer y calcular niveles de crecientes, para prever

las condiciones hidráulicas en avenidas


Localización en Lagos.


• Las condiciones de la calidad del agua cambian con la profundidad y los niveles variables.

• Se diseñan bocatomas a varias profundidades• Para presas en tierra, esta se ubicará en una torre

aislada de la presa.• Para presas en concreto se ubica en el cuerpo de la

presa.• Cada bocatoma debe equiparse con compuerta ó

válvula Para cabezas mayores de 25 mca seválvula. Para cabezas mayores de 25 mca, se requieren compuertas de alta presión.




g• La velocidad de paso en la captación, debe ser baja

para impedir arrastre de sedimentos.p p• Deben estudiarse las corrientes superficiales y

subterráneas• Se debe conocer niveles máximos, mínimos y

medios.• Si existe navegación, sumergir la captación, hasta un

máximo de 3 m del fondo para evitar captar sedimentossedimentos.




oca ac ó e agos• En ocasiones puede servir para regular el agua

almacenada (presa reguladora) ó para distrito riego.(p g ) p g• Prever si se pretende vaciar parcial ó totalmente el

embalse. • Conocer el nivel de operación del embalse, para

ubicar bocatoma, debajo de éste.

• OTRAS QUE INDIQUE LA EXPERIENCIA, EL ÚSENTIDO COMÚN Y EL BUEN JUICIO


Criterios de selección de Bocatomas Captación o Bocatoma

TIPO DETIPO DE

Captación mediante Gravedad

Captación mediante Bombeo

Bocatoma Lateral

Río de Caudal medio o grande

VARIANTETIPO DE

CAPTACIONTIPO DE FUENTE

Captación mediante Gravedad

Captación mediante Bombeo

Bocatoma Lateral

Río de Caudal medio o grande

VARIANTETIPO DE

CAPTACIONTIPO DE FUENTE

Sobre el lecho del ríoQuebradas y Ríos bajoCaptación de Fondo

Captación LateralEstabilización del cauce

del río y muro transversal

Río Q medio o grande de gran anchura

Captación mediante GravedadBocatoma Lateralg

Sobre el lecho del ríoQuebradas y Ríos bajoCaptación de Fondo

Captación LateralEstabilización del cauce

del río y muro transversal

Río Q medio o grande de gran anchura

Captación mediante GravedadBocatoma Lateralg

Canal con tubería perforada

Lecho filtrante y tubería perforadaBocatoma de Lecho filtranteQuebradas bajo caudal

Mediante dique-tomaBocatoma de Fondo

Quebradas y Ríos bajo caudal

Canal con tubería perforada

Lecho filtrante y tubería perforadaBocatoma de Lecho filtranteQuebradas bajo caudal

Mediante dique-tomaBocatoma de Fondo

Quebradas y Ríos bajo caudal

Manguera se mueve sobre guías de rielToma de flotador con

manguera flexible

Captación con Niveles (profundidad) variableTorre - tomaTomas en lagos

Manguera se mueve sobre guías de rielToma de flotador con

manguera flexible

Captación con Niveles (profundidad) variableTorre - tomaTomas en lagos

Excavación manual entre 3.5 y 10 m- Diám. 0.8-1 5 mPozo artesiano

bocatoma se mueve sobre guías de riel inclinadosToma deslizante

bocatoma se mueve sobre guías de riel verticalesToma flotanteRíos y lagos con nivel variable

Excavación manual entre 3.5 y 10 m- Diám. 0.8-1 5 mPozo artesiano

bocatoma se mueve sobre guías de riel inclinadosToma deslizante

bocatoma se mueve sobre guías de riel verticalesToma flotanteRíos y lagos con nivel variable

Hasta 150 m (ideal para abasto)Pozo perforado

Hasta 25 m: tubería enterrada mecánicamente - 2"Pozo hincado

Pozo taladrado -menor D.-Pozo superficial

1.5 m.Pozo artesianoAgua subterránea

(exige captación por bombeo) Hasta 150 m (ideal para abasto)Pozo perforado

Hasta 25 m: tubería enterrada mecánicamente - 2"Pozo hincado

Pozo taladrado -menor D.-Pozo superficial

1.5 m.Pozo artesianoAgua subterránea

(exige captación por bombeo)


B O C A T O M A `P R E S A – M U R O SCaptación o Bocatoma


Rejilla y Vertedero Bocatoma de fondo Captación o Bocatoma


Bocatoma Lateral en grandes ríos Captación o Bocatoma


DERIVACION DESDE QUEBRADA O CANALCaptación o Bocatoma


BOCATOMA

LATERAL


Bocatomas de Fondo o Sumergidas


Constan de los siguientes elementos:� Rejaj� Canal Recolector� Canal de Descargag� Vertedero� Caja de Recolección y derivacion de excesosj y� Cuerpo de la Bocatoma� Muros de Protección� Muros de Protección

Perfil del Rio en la Bocatoma


SECCIÓN LONGITUDINAL

CAMARA DEDERIVACION

TERRENOVERTEDERO PARA CAUDAL MÁXIMO REJILLA


VERTEDERO DE C O MÁXIMO 0,65X0,4 m0,80 m0,70 m 0,30 m

VERTEDERO DE EXCESOS

TUBERIA DEADUCCION

4,60 mCANAL DE

0,80 m 0,80 mCANAL DE DERIVACION TUBERÍA DE

LIMPIEZA DE LA PRESA


REJILLA

SECCIÓN TRANSVERSAL

VERTEDERO PARA CAUDAL MÁXIMO

REJILLA 0,6X0,3 m

0,40 m

TERRENO

MÁXIMO

1.00

mTUBERIA O CANAL DEDERIVACIÓNDERIVACIÓN CONCRETO

CICLOPEO

1,00 m

TUBERÍA DE LIMPIEZA DE LA PRESA


BOCATOMA LATERAL PLANTA DEBOCATOMA LATERAL PLANTA DE PUERTO MALLARINO-CALI

• Capacidad 7.5 m3/s

C d l Mí i d l Ri 150 M3/• Caudal Mínimo del Rio 150 M3/s• Variaciones de Niveles del Rio Hasta 5.0m

Abasto de AguaEstudios PreliminaresEstudios Preliminares

Cálculos en diseño de una Bocatoma de Fondo o Sumergida

• Calculo de dimensiones de la rejilla • Calculo del Canal de recolección • Calculo del vertedero de mínimos• Calculo de altura de muros (caudales máximos)

Calculo de Cámara de excesos• Calculo de Cámara de excesos• Calculo de Vertedero de Excesos • Tuberías de conducción de excesos al río• Tuberías de conducción de excesos al río• Calculo de Perfil hidráulico • Determinación de niveles de terreno y murosy• Realizacion de esquemas (plantas y cortes)


BOCATOMA DE FONDO EN CAUDALBOCATOMA DE FONDO EN CAUDAL MAXIMO DEL RIO PLANTA DE

VISTAHERMOSA CALIVISTAHERMOSA -CALI

• Capacidad 70 L/s • Caudal Minimo del Rio 150 L/s

DISEÑO BOCATOMA DE FONDO-2

Si un vertedero tiene anchura igual a la del canal, el manto no sufre contracciones laterales.La ecuación gral. de calibración v. rectangular: g gQ= 2/3 (2g)1/2 μ L H1/2

Q= caudal (m3/s),L longitud del vertedero (m)L= longitud del vertedero (m),H= carga sobre la cresta del vertederoμ= Coeficiente de descargaμ gPara un v. rectangular, μ =0.60; reemplazando:Q = 1.84 LH 3/2 - V. rectangular cresta delgada.g gQ =2.48 H 2.48 V. Triangular 90° (Barnes)Q = 3 367 LH 3/2; V Trapezoidal (Cipolleti)Q = 3.367 LH ; V. Trapezoidal (Cipolleti)


BOCATOMA DE FONDO PLANTA DE LA REFORMA CALILA REFORMA - CALI

• Capacidad 1 0 M3/s• Capacidad 1.0 M3/s• Caudal Mínimo del RIO MELENDEZ 1000 L/s

DISEÑO BOCATOMA DE FONDO-3

VERTEDERO RECTANGULAR.Efecto de las contracciones laterales:Efecto de las contracciones laterales:L’ = L – 0.1 n H (n núm. contracciones laterales)Velocidad de paso sobre reja.Vr = Q/ ( L’ H ); debe estar entre 0.3 – 3 m/s, para

l ió l hque se cumplan ecuación alcance chorro

3. Diseño de la rejilla y canal de aducción.3. Diseño de la rejilla y canal de aducción.Ancho canal de aducción:Xs= 0 36 Vr 2/3 + 0 60H 4/7Xs= 0.36 Vr + 0.60H .Xi = 0.18 Vr 4/7 + 0.74H 3/4.

B = Xs + 0 10B = Xs + 0.10


BOCATOMA DE FONDO ACUEDUCTOBOCATOMA DE FONDO ACUEDUCTO VEREDAS DISTRITO 5 PIENDAMO

• Capacidad 15 L/s • Caudal Mínimo del Quebrada 45 L/s

DISEÑO BOCATOMA DE FONDO- 4

3. Diseño de la rejilla y canal de aducción.Ancho canal de aducción:Ancho canal de aducción:Xs= alcance fijo superior (m).Xi = alcance fijo inferior (m).Vr = velocidad del río (m/s). .( )H = profundidad lámina agua sobre presa (m)B = ancho del canal de aducción (m)B = ancho del canal de aducción (m)Rejilla (con barrotes paralelos al flujo).Aneta = a B NAneta = área neta rejilla (m2)j ( )


BOCATOMA DE FONDO ACUEDUCTOBOCATOMA DE FONDO ACUEDUCTO VEREDAS DISTRITO 5 PIENDAMO

• Capacidad 15 L/s • Caudal Mínimo del Quebrada 45 L/s


R jill ( b t l l l fl j )Rejilla (con barrotes paralelos al flujo).Aneta = a B Na = separación entre barrotes (m)B = área neta rejilla (m2)N = número de orificios entre barrotes.Siendo b el ancho de cada barroteSiendo b el ancho de cada barrote,Atotal = (a + b) B N,Aneta/Atotal = a / (a+b)Aneta/Atotal = a / (a+b) Aneta = a / (a+b) x AtotalAt t l B L d d L l it d T t l jAtotal = B x Lr, donde Lr = longitud Total reja.Aneta = a/ (a+b) x B x Lr


Caudal a través de la reja:Q = K Aneta Vb.En la cual:En la cual: K = 0.9 para flujo paralelo a la sección,V l id d t b t ( á 0 2 / )Vs= velocidad entre barrotes (máx. 0,2 m/s)4. NIVELES EN EL CANAL DE ADUCCIÓN.Asumiendo que todo el caudal es captado al inicio del canal, el nivel aguas arriba será:gho= [2 he2 +(he-iLr/3)2 ] 1/2 -2/3 i Lr;


4. NIVELES EN EL CANAL DE ADUCCIÓN.ho= [2 he2 +(he-iLr/3)2 ] 1/2 -2/3i Lr; he= ho (para descarga libre en cámara);he= ho (para descarga libre en cámara);hc= [Q2/ gB2 ]1/3

ho= profundidad aguas arriba (m),he= profundidad aguas abajo (m),he profundidad aguas abajo (m),hc = profundidad crítica (m),i= pendiente fondo de canal autolimpiantei= pendiente fondo de canal -autolimpianteg= aceleración de la gravedad (9.81 m/s2)


4. NIVELES EN EL CANAL DE ADUCCIÓN.Altura del canal aguas arribaHo = ho + bl (bl =borde libre)Ho = ho + bl (bl =borde libre)5. CÁMARA DE RECOLECCIÓN.Si la velocidad de llegada a la cámara está entre 0.3 – 3.0 m/s, se aplican ec. alcance de chorro.Xs= 0.36 Vr 2/3 + 0.60H 4/7.Xi 0 18 V 4/7 + 0 74H 3/4Xi = 0.18 Vr 4/7 + 0.74H 3/4.

B = Xs + 0.10


5. CÁMARA DE RECOLECCIÓN –sigue-.Se deben revisar medidas mínimas para mantenimiento de la cámaramantenimiento de la cámara.Profundidad: cubrir pérdidas entrada y ffricción entre bocatoma y desarenador. Puede asumirse un valor inicial, para elPuede asumirse un valor inicial, para el tanteo. (Aproximadamente 0.6 m)


6. DESAGUE DEL CANAL DE EXCESOS. Sobre la rejilla bocatoma pasará un caudal mayor que el caudal de diseño.El caudal máximo captado, ocurrirá cuando se presente el máximo caudal en el río.Se puede aproximar como un orificio sumergidoQcaptado= Cd Aneta (2gH) 1/2 ,p ( g )Qcaptado= caudal máximo a través de rejilla (m)Cd = coeficiente de descarga =0.3Cd coeficiente de descarga 0.3Aneta= área neta de la rejilla (m2)H = altura de lámina de agua sobre la rejilla (m)H = altura de lámina de agua sobre la rejilla (m)


6. DESAGUE DEL CAUDAL DE EXCESOS. El caudal llega a la cámara de recolección, en la g ,cual se coloca vertedero de excesos, sin contracciones.La cota de la cresta del vertedero de excesos, debe coincidir con el nivel de agua requerido para conducir el QMD al desarenador.Q excesos = Qcaptado – Qdiseño.Distancia entre vertedero y pared: aplicar ecuaciones sobre alcance del chorro + b. libreTubería excesos. Debe entregar por encima nivel del río, a gravedad y con cabezal entrega.

DISEÑO BOCATOMA LATERAL

Limpieza Manual 30 a 45 grados con horizontalLimpieza Mecánica 45 a 90 grados con horizontal

Mínima 0 40 m/sVelocidad a través de rejas limpiasMínima 0.40 m/sMáxima 0.75 m/s

REJAS LATERALESEspacio libre

cm

REJAS GRUESAS 4 a 10

REJAS COMUNES 2 a 4

REJAS FINAS 1 a 2

DISEÑO BOCATOMA LATERAL-2

TAMAÑO DE LAS VARILLAS MANUAL MECÁNICAAncho (m) 0 5 2 0 5 1 5Ancho (m) 0.5 2 0.5 1.5Profundidad (m) 2.5 8 2.5 7.5E i i tEspaciamiento entre rejas (m) 2.5 5 1.5 7.5Velocidad de aproximaciòn (m/s) 0.3 1 0.6 1

5. DETERMINACIÓN DE COTAS

Fondo del río en la captación = 101,80

Lámina sobre la presa:

* Diseño = 101 80 + 0 04 = 101 84 Diseño 101,80 0,04 101,84

* Máxima = 101,80 + 0,21 = 102,01

* Promedio = 101,80 + 0,11 = 101,91

Corona de los muros de contención = 101 80 + 0 50 = 102 30 Corona de los muros de contención = 101,80 + 0,50 = 102,30



CAMARA DEDERIVACION

TERRENOVERTEDERO PARA CAUDAL MÁXIMO REJILLA


VERTEDERO DE C O MÁXIMO 0,65X0,4 m0,80 m0,70 m 0,30 m

VERTEDERO DE EXCESOS

TUBERIA DEADUCCION

4,60 mCANAL DE

0,80 m 0,80 mCANAL DE DERIVACION TUBERÍA DE

LIMPIEZA DE LA PRESA


REJILLA

SECCIÓN TRANSVERSAL

VERTEDERO PARA CAUDAL MÁXIMO

REJILLA 0,6X0,3 m

0,40 m

TERRENO

MÁXIMO

1.00

mTUBERIA O CANAL DEDERIVACIÓNDERIVACIÓN CONCRETO

CICLOPEO

1,00 m

TUBERÍA DE LIMPIEZA DE LA PRESA

bocatomas 2008

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