PARÁMETROS DE DISEÑO de Captacion

PARMETROS DE DISEO
Caudal de diseo
Para un sistema por gravedad se debe considerar el caudal mximo diario para
la poblacin de diseo.
Determinacin del nivel de Laguna
Deber obtenerse los niveles mximos y mnimos anuales en estaciones

hidrolgicas cercanas; en el caso de falta de datos hidrolgicos se debe
investigar niveles en periodos de avenidas y estiaje, apoyndose en
informacin de personas conocedoras de la regin.
Estudio de las condiciones del lecho del Lago y dimensionamiento de

las obras de estabilizacin
Deben ser verificadas las condiciones de la seccin del curso de agua en

cuanto a la necesidad de su estabilizacin, en especial en los casos en que se
presentan con bajas pendientes o se encuentren sujetas a un rgimen muy
variable de flujos.
DISEO DE LOS ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE LA CAPTACIN
Dispositivos de mantenimiento de nivel
Son obras ejecutadas en curso superficial estrecho, ocupando toda su anchura,

con la finalidad de elevar el nivel de agua en la zona de captacin y asegurar el
sumergimiento permanente de la toma de agua.
La memoria del proyecto debe contener la demostracin del comportamiento

hidrulico de la represa de nivel para el caudal mximo del curso de agua, con
la indicacin de las condiciones desfavorables de su funcionamiento.
Bocatoma
Cuando se capta el agua derivando un curso superficial, la bocatoma consiste

en una estructura acoplada al canal de derivacin, donde se encuentran
empotradas las rejas que permiten el paso del agua y retienen los slidos
flotantes
Para la toma de agua en obras de captacin lateral, puede emplearse una
tubera o ventana sumergida que deber ubicarse a la mxima altura posible
para evitar ser alcanzada por los sedimentos, a la vez, deber situarse a una
suficiente profundidad para recoger el agua ms fra y evitar que el dispositivo
se inutilice por el hielo en los climas rigurosos.
Adems, deber protegerse con una rejilla que sirva para evitar el paso de
slidos flotantes
En diques-toma, la entrada de agua debe ubicarse en la cresta del vertedero

protegido por un barraje. El agua captada ingresa a una cmara de captacin
que conduce el agua al pretratamiento
La velocidad en los conductos libres o forzados de la toma de agua no debe ser
inferior a 0,60 m/s.
Rejas
El rea efectiva de paso a travs de las rejas ser dos veces el rea necesaria
para el ingreso del caudal de diseo.
El rea total de la reja se calcular considerando el rea de las barras metlicas

y el rea efectiva del flujo de agua.
Dnde:
At = rea total de la rejas (m2)
As = rea total de las barras metlicas (m2)
Af = rea necesaria de flujo (m2)
N = Nmero de barras
s = Ancho de cada barra (m)

l = longitud de cada barra (m)
c = Coeficiente de mayoracin por efectos de colmatacin: c=1.5-

2.
k = Coeficiente de contraccin de la vena de agua
k= 0,82 (barras rectangulares).
k= 0,9 (barras circulares)
k= 0,98 (barras con curvas parablicas)
Q = Caudal de diseo (m3/s)
Va = Velocidad de aproximacin
Va = 0,6 a 1,0 para flujo laminar
Para cursos de agua sujetos a rgimen torrencial y cuando los cuerpos flotantes
de gran tamao puedan daar a las rejas finas, debe ser prevista la instalacin
de rejas gruesas.
Las rejas gruesas deben ser colocadas en el punto de ingreso de agua en la

captacin, seguidas por rejas finas y mallas.
El espaciamiento entre barras paralelas debe ser de 7,5 cm a 15 cm para las

rejas gruesas, y de 2 cm a 4 cm para las rejas finas. Las mallas deben tener de
8 a 16 filos por decmetro.
Las gradas o mallas sujetas a limpieza manual exigen la inclinacin de 70 a

80 en relacin a la horizontal, y pasadizo para fcil ejecucin.
En la seccin de paso, correspondiente al nivel mnimo de agua, el rea de

abertura de rejas debe ser igual o superior a 1,7 cm2 por litro por minuto, de
modo que la velocidad resultante sea igual o inferior a 10 cm/s, siendo las
prdidas de carga estimadas, admitida a la obstruccin del 50% de la seccin
de paso.
La prdida de carga en las rejas y malla es determinada por:
Donde:
h = prdida de carga (m)

V = velocidad media de aproximacin (m/s)
g = aceleracin de la gravedad (m/s2).
k = coeficiente de prdida de carga, funcin de la geometra de

las rejas.
En rejas el coeficiente de prdida de carga es determinado por:
Donde:
= coeficiente, funcin de forma de la barra (vase figura 4)
b = distancia libre entre barras
= ngulo de la reja en relacin con la horizontal
En mallas el coeficiente de prdida de carga es determinado por la expresin:
Donde:
= porosidad, relacin entre el rea libre y el rea total de la malla, siendo
Donde:
n, n1, n2 = nmero de filos por unidad de longitud.
d, d1. d2 = dimetro de los filos.

Caja de captacin
Elemento estructural de las obras de toma lateral, mediante el cual se reparte

el caudal deseado a los dems componentes de la captacin y el caudal
remanente es retornado al ro a travs de un aliviadero. El diseo del aliviadero
es para el flujo mximo.
Canal de derivacin
El canal de derivacin se construir para conducir al agua desde la bocatoma

hasta una cmara colectora, desarenador o planta de tratamiento.
Los canales debern ser construidos cuidando que la velocidad no ocasione

erosin ni sedimentacin de material.
En los canales revestidos la velocidad deber ser menor a 0,6 m/s para evitar
la sedimentacin de slidos suspendidos.
Para el clculo hidrulico de canales se emplear la ecuacin de continuidad:
Q = vA
Donde:
Q = Caudal a travs del canal (m3/s)
A = Superficie de la seccin del agua (m2)
V = Velocidad de escurrimiento del agua (m/s)
La superficie se calcular mediante frmulas geomtricas de acuerdo a la

forma del canal, y la velocidad por medio de cualquiera de las siguientes
frmulas:
V = Velocidad de agua (m/s)
R = Radio hidrulico (m)
A = Superficie de la seccin del agua de escurrimiento (m2)
Ph = Permetro mojado del agua (m)
s = Pendiente del canal en un tramo (m/m)
n = Coeficiente de Manning
= Coeficiente de bazin
Dique - toma
El vertedero central o de rebose debe ser diseado para permitir el gasto

medio de la fuente superficial, y el vertedero de crecida para permitir el paso
del gasto mximo aforado y evitar socavaciones en las laderas y fundaciones
del dique.
Para calcular la altura (H) sobre el vertedero y el caudal de captacin (Qc) se

recomienda emplear las siguientes frmulas:
L = Longitud del vertedero (m)
C = Coeficiente de gasto.
Dimensionamiento del Dique
El dimensionamiento de la seccin transversal del dique debe asegurar

la proteccin contra los efectos de volcamiento y deslizamiento causado
por el empuje hidrulico, empuje de sedimentos e impactos sobre el
dique
Para asegurar la estabilidad estructural del dique se debe verificar los

siguientes aspectos:
Qmin = 1.84L H 3/ 2
Qc = C A 2gH
a) Posicin de la resultante
La lnea de accin de las fuerzas actuantes sobre el dique debe pasar por el
tercio central de su base; por lo tanto, se debe cumplir la siguiente relacin:
c /3 e 2c /3
Donde e, es la excentridad y se expresa por la siguiente relacin:

Dispositivos de regulacin y control
a) Compuerta de represamiento
Se instalar transversalmente al cauce del ro y se emplear para

represar y elevar el nivel de agua en el rea de captacin.
b) Compuerta de captacin
Deber instalarse una compuerta para regular el caudal de ingreso y

aislar la captacin cuando se realice el mantenimiento o limpieza de los
componentes de la misma.
El material de la compuerta ser resistente a la corrosin y al empuje del
agua, deber ser activado mediante un mecanismo sencillo que
posibilite su operacin.
El tamao de la compuerta se define en funcin del tamao del canal en

el cual ser localizado.
c) Aliviadero
Se debe considerar la instalacin de un vertedero de rebose para

permitir el control de nivel de agua en las obras de captacin. El
excedente de agua deber ser retornado el curso de agua.
Dispositivo de medicin
Aguas abajo de la compuerta de regulacin de caudal se deber instalar

un elemento para la medicin del caudal captado. Los ms empleados
son el vertedero triangular y el vertedero rectangular, en los cuales el
caudal se determina mediante las siguientes frmulas:

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Determinacin del nivel de Laguna

Deber obtenerse los niveles mximos y mnimos anuales en estaciones

Estudio de las condiciones del lecho del Lago y dimensionamiento de

Deben ser verificadas las condiciones de la seccin del curso de agua en

Dispositivos de mantenimiento de nivel

Son obras ejecutadas en curso superficial estrecho, ocupando toda su anchura,

La memoria del proyecto debe contener la demostracin del comportamiento

Cuando se capta el agua derivando un curso superficial, la bocatoma consiste

En diques-toma, la entrada de agua debe ubicarse en la cresta del vertedero

El rea total de la reja se calcular considerando el rea de las barras metlicas

At = rea total de la rejas (m2)

As = rea total de las barras metlicas (m2)

Af = rea necesaria de flujo (m2)

s = Ancho de cada barra (m)

c = Coeficiente de mayoracin por efectos de colmatacin: c=1.5-

k = Coeficiente de contraccin de la vena de agua

k= 0,82 (barras rectangulares).

k= 0,9 (barras circulares)

k= 0,98 (barras con curvas parablicas)

Q = Caudal de diseo (m3/s)

Va = 0,6 a 1,0 para flujo laminar

Las rejas gruesas deben ser colocadas en el punto de ingreso de agua en la

El espaciamiento entre barras paralelas debe ser de 7,5 cm a 15 cm para las

Las gradas o mallas sujetas a limpieza manual exigen la inclinacin de 70 a

En la seccin de paso, correspondiente al nivel mnimo de agua, el rea de

La prdida de carga en las rejas y malla es determinada por:

h = prdida de carga (m)

g = aceleracin de la gravedad (m/s2).

k = coeficiente de prdida de carga, funcin de la geometra de

En rejas el coeficiente de prdida de carga es determinado por:

= coeficiente, funcin de forma de la barra (vase figura 4)

b = distancia libre entre barras

= ngulo de la reja en relacin con la horizontal

En mallas el coeficiente de prdida de carga es determinado por la expresin:

= porosidad, relacin entre el rea libre y el rea total de la malla, siendo

n, n1, n2 = nmero de filos por unidad de longitud.

d, d1. d2 = dimetro de los filos.

Elemento estructural de las obras de toma lateral, mediante el cual se reparte

El canal de derivacin se construir para conducir al agua desde la bocatoma

Los canales debern ser construidos cuidando que la velocidad no ocasione

Para el clculo hidrulico de canales se emplear la ecuacin de continuidad:

Q = Caudal a travs del canal (m3/s)

A = Superficie de la seccin del agua (m2)

V = Velocidad de escurrimiento del agua (m/s)

La superficie se calcular mediante frmulas geomtricas de acuerdo a la

R = Radio hidrulico (m)

A = Superficie de la seccin del agua de escurrimiento (m2)

Ph = Permetro mojado del agua (m)

s = Pendiente del canal en un tramo (m/m)

El vertedero central o de rebose debe ser diseado para permitir el gasto

Para calcular la altura (H) sobre el vertedero y el caudal de captacin (Qc) se

L = Longitud del vertedero (m)

El dimensionamiento de la seccin transversal del dique debe asegurar

Para asegurar la estabilidad estructural del dique se debe verificar los

Donde e, es la excentridad y se expresa por la siguiente relacin:

Se instalar transversalmente al cauce del ro y se emplear para

Deber instalarse una compuerta para regular el caudal de ingreso y