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

Qq

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