2 Ventana de Captaciónw

(1)

OBR

AS

HIDR

AULICAS

Manuel Vicente HERQUINIO

ARIAS

Ing. MECANICO DE FLUIDOS

HIDRAULICA e

(2)

I. INTRODUCCION



 El agua es fuente de vida y este recurso hídrico cobra másEl agua es fuente de vida y este recurso hídrico cobra más importancia día a día ya

importancia día a día ya que la población del mundo seque la población del mundo se duplica cada cuatro décadas.

duplica cada cuatro décadas.



 _{Se requiere de}_{Se requi}_{ere de Estructuras Hi}_{Estructuras Hidráulicas q}_{dráulicas que permita}_{ue permitan el}_{n el}

aprovechamient

aprovechamiento de o de este recurso así ceste recurso así como también sirvanomo también sirvan de protección adecuada durante las

de protección adecuada durante las avenidas.avenidas.



 Un buen diseo consiste en proponer la Un buen diseo consiste en proponer la me!or soluciónme!or solución "écnica y Económica tomando en cuenta#

"écnica y Económica tomando en cuenta#



 $ue co$ue construir una nstruir una estructura implica estructura implica adicionar pesos adicionar pesos al medioal medio natural y que el medio natural va a responder con diversos natural y que el medio natural va a responder con diversos cambios sobre la estructura y al medio mismo.

cambios sobre la estructura y al medio mismo.



 $ue una estructura nueva va a afectar tanto a la naturale%a como$ue una estructura nueva va a afectar tanto a la naturale%a como a los habitantes de la %ona.

(3)

I. INTRODUCCION



 El agua es fuente de vida y este recurso hídrico cobra másEl agua es fuente de vida y este recurso hídrico cobra más importancia día a día ya

importancia día a día ya que la población del mundo seque la población del mundo se duplica cada cuatro décadas.

duplica cada cuatro décadas.



 _{Se requiere de}_{Se requi}_{ere de Estructuras Hi}_{Estructuras Hidráulicas q}_{dráulicas que permita}_{ue permitan el}_{n el}

aprovechamient

aprovechamiento de o de este recurso así ceste recurso así como también sirvanomo también sirvan de protección adecuada durante las

de protección adecuada durante las avenidas.avenidas.



 Un buen diseo consiste en proponer la Un buen diseo consiste en proponer la me!or soluciónme!or solución "écnica y Económica tomando en cuenta#

"écnica y Económica tomando en cuenta#



 $ue co$ue construir una nstruir una estructura implica estructura implica adicionar pesos adicionar pesos al medioal medio natural y que el medio natural va a responder con diversos natural y que el medio natural va a responder con diversos cambios sobre la estructura y al medio mismo.

cambios sobre la estructura y al medio mismo.



 $ue una estructura nueva va a afectar tanto a la naturale%a como$ue una estructura nueva va a afectar tanto a la naturale%a como a los habitantes de la %ona.

(4)

C

a

s

c

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c

n

e

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O

r

a

s

Hidrulicas

Por su propósito Por su propósito## •

• Estructuras de &rrigaciónEstructuras de &rrigación •

• Estructuras paraEstructuras para

'bastecimiento 'bastecimiento

•

• Estructuras para (enerarEstructuras para (enerar

Energía Hidroeléctrica Energía Hidroeléctrica

•

• Estructuras para )avegaciónEstructuras para )avegación

•

• Estructuras para *rotecciónEstructuras para *rotección

de riberas y control de de riberas y control de crecientes

crecientes

•

(5)

Clasifcación de las Obras Hidrulicas De acuerd! a su "unción#

• ,bras de captación# *or gravedad como toma de

derivación- presa de embalse y ecani%ado por medio de po%os.

• ,bras de conducción# canales- t/neles- pasos de depresión

(6)

Clasifcación de las Obras Hidrulicas

De acuerd! a su "unción#

•

,bras de protección#

+esarenador-aliviaderos de

demasías-

desfogues-disipadores de

energía 01ápidas

caídas-..2- tanques de

presión- defensas

ribereas- canales de

limpia- canales de

drena!e.

Rápida Escalonada

(7)

• _{,bras de regulación# reservorios-}

compuertas-divisores- medidores

Reservorio Poechos- 1 !MM"# Proyecto Especial "$IRA - PI%RA Clasifcación de las Obras Hidrulicas

(8)

(9)

II. OBRAS DE CAPTACION

 _{Es el con!unto de estructuras que permiten captar}

agua de una fuente super3cial ó subterránea para su derivación y aprovechamiento.

 _{Se pueden clasi3car en#}

 obras de almacenamiento y

 _{obras de toma por derivación directa.}

 _{4as obras de almacenamiento consisten en presas}

que cierran el cauce del río- formando un reservorio que permite regular el uso del caudal del río-almacenarlo en épocas de crecientes y utili%arlo en épocas de sequía.

 _{4as tomas por derivación directa captan el agua}

que viene por el río o quebrada sin ninguna regulación o sea se aprovecha el caudal que hay en

(10)

OBRAS DE CAPTACION

Captación Directa por Gravedad

En este curso nos ocuparemos de la captación

directa por gravedad que se origina en un río- a la cual se le conoce como 5ocatoma ó Estructura de 6aptación de 6abecera

&ocato'a (

Estr)ct)ra de "aptaci(n de "a*ecera To'a +irecta

(11)

III. BOCATOMAS

5ocatoma es una estructura que tiene por 3nalidad derivar parte o el total del caudal que discurre en un río con el 3n de# irrigar un área ba!o riego- generar energía eléctrica o dotar de agua potable

Funciones de una Bocatoma

• (aranti%ar la captación de una cantidad constante

de agua- especialmente en épocas de estío 0$ río 7 $ captación2

• &mpedir- hasta donde sea posible- el ingreso de

materiales sólidos y 8otantes- haciendo que estos sigan el curso del río o facilitando la limpie%a.

• *roteger el resto del sistema de obras hidráulicas y

cauces aledaos del ingreso de avenidas o embalses que pudieran producirse en las épocas lluviosas.

(12)

Bocatomas - Clasifcación

• *or el material del que están hechas#

concreto- piedra- tierra- madera- 9champas9- ramas- etc..

• *or su vida /til# permanentes

0concreto2-temporales 0piedra- tierra- madera- 9champas9-ramas- etc 2.

• *or el método de construcción# concreto

(13)

Bocatomas - Clasifcación

• *or su forma y diseo# 5arra!e total- 5arra!e

parcial-espigones- 5arra!e móvil- 5arra!e 3!o- 5arra!e sumergido o del tipo "irol.

(14)

Bocatomas - Clasifcación

• *or su forma y diseo#

Presa +erivadora S)llana . &arra/e Movil Proyecto Especial "$IRA- PI%RA

Re$illa

%aler&a

&ocato'a S)'er,ida To'a "a)casiana ( Tipo Tirol

(15)

Criteri!s de Dise'! Ubicación

+epende de#

• 6on3guración del terreno 0pendiente del

cauce-ancho del valle(

• "opografía 0cota de captación2

• 6ondiciones geológicas# presencia de fallas- arcillas

y cali%as en las %onas de cimentación de la bocatoma.

• (eotecnia del lugar del empla%amiento- capacidad

portante de los suelos.

• :acilidades constructivas 0disponibilidad de

materiales2

• Evitar posibles inundaciones o daos a las áreas

vecinas

• ;ariaciones hidrológicas del lugar que nos servirá

(16)

r ter !s e se !

Ubicación

• Si se trata de una

curva- la ubicación de la toma deberá ser al 3nali%ar la curva 0lado cóncavo2- desde el punto de vista de

transporte de

sedimentos este lugar

se considera más

adecuado- ya que en este punto el 8u!o secundario en el fondo se ale!a de la toma y no esta e<puesto a la sedimentación.

(17)

Criteri!s de Dise'!

)!*!+ra"&a

+e3nida la posible ubicación- se reali%arán los siguientes traba!os topográ3cos#

• 4evantamiento en planta del cauce del río- entre

=>>m. a ?>>> m. tanto aguas arriba como aguas aba!o del 5arra!e- la escala recomendada es ?#@>>>.

• 4evantamiento locali%ado de la %ona de ubicación de

la bocatoma- se recomienda un área de ?>>m. < ?>>m. como mínimo- la escala no debe ser menor de ?#=>>.

• *er3l longitudinal del río- por lo menos ?>>>m.

aguas arriba y =>>m. aguas aba!o del e!e del 5arra!e- la escala recomendada es ?#@>>> H y ?#@>> ;.

• Secciones transversales del cauce del río a cada

(18)

6riterios de +iseo

(eología y (eotecnia

Es importante conocer las condiciones geológicas-geomorfológicas y geotécnicas- ya que su conocimiento permitirá dimensionar con mayor seguridad la estructuraA por lo que se recomienda la obtención de los siguientes datos como resultado de los estudios geológicos B geotécnicos#

• 6urva granulométrica del material conformante del

lecho del río.

• Sección transversal que muestre la geología de la

%ona de ubicación de la bocatoma.

• 6oe3ciente de permeabilidad

• 6apacidad portante

• 1esultados sobre ensayos de hincado de pilotes ó

tablaestacas 0para determinar la profundidad de cimentación2

(19)

6riterios de +iseo Hidrología

El diseo de estructuras hidráulicas está íntimamente ligado al conocimiento de las descargas de un río- en el caso de 5ocatomas importa de manera especial la descarga má<ima- el valor medio y los valores mínimos- así como la ley de probabilidad de ocurrencia de los mismos.

• E<isten diversos métodos de determinación de

á<imas 'venidas- el diseador elegirá el más conveniente y factible a reali%ar de acuerdo a la disposición de datos hidrológicos- como

son-étodos# Hidrológicos- Históricos- +irectos o

Hidráulicos- Empíricos- Estadísticos *robabilísticos y de 6orrelación Hidrológica.

INFRAESTRUCTURA PERIODO DE

RETORNO

Encau%amiento sin población afectada @= a =>

(20)

,artes de una B!cat!-a

• Barra!e" Presa de Deri#ación" Di$ue" A%ud ó Barra!e Fi!o ,bliga a que toda el agua que pasa por deba!o de su cresta entre a la toma y en épocas de avenida se comporta como un vertedor.

4as "omas convencionales están generalmente ubicados en los ríos de cuencas altas 0$ pequeos- S grandes- ; grandes- y $ sólidos altos en épocas de avenida2. Estas tomas se componen de los siguientes elementos principales#

(21)

,artes de una B!cat!-a

• &entana de Captación

'bertura con enre!ado que impide el paso del material sólido y 8otante demasiado grueso- para esto el umbral de la re!a se coloca a cierta altura del fondo.

• Co'c(ón disipador ó )ampeado a' pie de' a%ud

Sirve para disipar la energía de manera que el agua pase al cauce no revestido con velocidades lo su3cientemente ba!as para no producir erosiones.

(22)

,artes de una B!cat!-a

• Compuerta de *impia ó Compuerta de pur+a Ubicada en un e<tremo del a%ud al lado de la re!a de entrada- la función de esta compuerta es la de mantener limpio el cauce frente a la re!a- la e3ciencia es pequea. En época de avenida ayuda a regular el caudal captado.

(23)

,artes de una B!cat!-a

• Cana' de *impia o Barra!e Mó#i' Elimina el material de arrastre que se acumula delante de las ventanas de captación. *ara determinar el ancho del canal de limpia se debe considerar#

El canal de limpia debe transportar por lo menos dos veces el caudal a derivar o

debe ser igual al

caudal medio del río. El ancho debe ser un décimo de la longitud del barra!e.

(24)

,artes de una B!cat!-a

• Desripiador

Estructura que captura gran parte del material que logra pasar la re!a- este desripiador debe tener una compuerta hacia el río para lavar periódicamente el material acumulado.

• Transición de entrada a' cana'

'l ingresar el agua por la ventana de captación este pasa hacia el desripiador que es una estructura ancha al inicio y se va angostando hasta entregar el 8u!o

al canal principal que

generalmente tiene una sección más estrecha. *or lo tanto es necesario intercalar una transición entre los dos para evitar que haya grandes pérdidas de energía entre

la ventana de captación y el

canal.

• Cana' ó t,ne'

(25)

,artes de una

B!cat!-a

• A'i#iadero de Demas-as

Estructura que facilita la evacuación de agua e<cedente o superior al caudal que se desea captar.

(26)

,artes de una

B!cat!-a

• Desarenador

En épocas de lluvia- los

ríos acarrean

abundantes materiales

sólidos- tanto de fondo

como en

suspensión-debido a la erosión que provocan en todo su recorrido. *or ello es importante contar con

desarenadores o

decantadores- particularmente en

obras de 6entrales Hidroeléctricas. Un buen diseo pondrá especial atención en la velocidad del agua dentro del

(27)

I&. &ENTANA DE

CAPTACION

• El a+ua se ca*ta *!r -edi!

de un !rifci! .ue se encuentra en una ó en a-bas -r+enes/

• Este !rifci! es *r!0ist! de

barr!tes 0erticales !

li+era-ente inclinad!s .ue i-*iden el *as! del

-aterial 1!tante 2 de

*iedras -a2!res al es*aci! entre l!s -is-!s/

(28)

ENTANA DE CAPTACION

Dise'! Hidrulic! 3 4lu$! Libre

En estia!e el vano de la re!a funciona como un vertedor. 4a carga necesaria viene del remanso producido por el a%ud.

A'tura de' umra' de' ori/cio 0(u1 

• hu C D φ b.l- hu# F>.=> a ?.=> mG

• φ # diámetro medio de los sedimentos más gruesos

• b.l# borde libre ≈ >.?> m

El dintel debe llegar a tener una altura superior a la de la creciente.

El muro en el cual se ubica la re!a por lo general es perpendicular a la dirección del a%ud- sin embargo

es conveniente darle una inclinación respecto a la dirección del río tanto para acortar la longitud para llegar a un terreno alto- como para me!orar las condiciones hidráulicas- se recomienda de ser

(29)

Coe/ciente de #ertedero

TIPO DE VERTEDERO FORMA

Corona ancha 0.49 – 051 Corona ancha redondeada 0.50 – 0.55 Cantoafilado 0.64 Cantoafilado 0.62 Cimaredondeada 0.79 TipoCreager 0.75

A'tura de' tirante sore e' #ertedero 0(1  :órmula de vertederos de :orcheimer# $# caudal de captación ( mDIs ) µ # coe3ciente del vertedero seg/n la

forma de la cresta ( ver

"abla )

h# altura de carga

hidráulica ó tirante de agua sobre la cresta del vertedero ( m )

ENTANA DE CAPTACION

Dise'! Hidrulic! 3 4lu$! Libre

0  0  gh L Q = µ

(30)

ENTANA DE CAPTACION

Re!illas

• Son platinas unidas mediante soldadura formando

paneles- tiene el ob!etivo básico de impedir que los materiales de arrastre y suspensión ingresen al canal de derivación. 4a separación entre barrotes variará entre @K a JK 0material 3no2 y de JK a LK 0material grueso2. *ara facilitar la limpie%a- la colocación de la re!illa puede tener una pequea inclinación de ?# M- como también las re!illas pueden sobresalir y no estar al ras.

(31)

ENTANA DE CAPTACION

Re!illas

P2rdida de car+a en Re!i''as 0(r1

4as pérdidas de carga en las re!illas se deben a que estas producen perdidas por# obstrucción- contracción de la entrada y resistencias producidas por el ro%amiento del agua. 4a fórmula de 61E'(E1 nos da un buen criterio para evaluarla.

Nt# coe3ciente de perdida en la re!illa an# área neta a través de la re!illa

ag# área bruta de las re!illas y sus soportes ;n# velocidad a través del área de la re!illa ;ing# velocidad de ingreso

en# espacio neto a través de la re!illa

eg# espacio bruto de las re!illas y sus soportes

g n ing n g n g n t n t r e e V V a a a a  g V  h _ =       − − = =   23 4  23 4 1 

(32)

ENTANA DE CAPTACION

Dise'! Hidrulic! 3 Orifci!

• En condiciones e<tremas

0caudal de avenidas2 la ventana de captación se comporta como ori3cio de descarga sumergida.

• *ara ori3cios con descarga

completamente sumergida

0ahogamiento total2#

• 6d C >.OP=- 6oe3ciente de

descarga para ori3cios de pared delgada

• 'o# área del ori3cio

• Qh# diferencia de niveles 5h

h

g

!

C

Q

= _d _o 1 ∆

(33)

ENTANA DE CAPTACION

E!emplo de Aplicación

Se trata de captar un caudal de D.P mDIs en estia!e mediante una ventana de captación. El diámetro medio de los sedimentos más gruesos es de @> cm. +e acuerdo al material 8otante las re!illas serán de platinas de RK < @ espaciadas cada ?> cm y tendrán una inclinación de ?;# M H para facilitar la limpie%a. +imensionar la ;entana de 6aptación y determinar la perdida de carga debido a las re!as.

6omo φ m C @> cm- la altura del umbral de la ventana de

captación será de O>cm. sobre el fondo. 'plicando la fórmula de :orcheimer#

$ C D.P mDIs

µ C >.== 0vertedero de corona ancha- de la "abla2

1eempla%ando en la ecuación obtenemos#

escogemos 4C @.@m y hC?.>=m 0incluyendo corrección

0  0  gh L Q = µ 67 4   0 = h L L h 2 1.09064266 2.2 1.02349885

(34)

ENTANA DE CAPTACION

E!emplo de Aplicación

+eterminamos el n/mero de barras- dividiendo el ancho entre el espaciamiento#

e C @.@I>.?> C @@ espacios T ) de barras C @@? C @?

'ncho total de la re!a C @@V>.?>@?V0DIJV@.=JI?>>2 C @.O> m ;entana# 4C @.O> V hC?.>= m

+eterminando la pérdida de carga en las re!illas

enC >.?> m egC>.??W m

anC @@V>.? C @.@ m@ agC@@V>.?@?V >.>?WC @.O> m@ enIeg C >.LJ anI ag C >.LJO

Nt C ?.J=  >.J= V >.LJO  >.LJO@ T Nt C >.D=DO ;nC?.O>@ V >.LJ C ?.DJO mIs

5/567-89 >.?>m >.?>m 5/667- " m 8 9 4 1 3 4 1 :  4  6 4 0 A ; <_in, = = = re#a" de n o$"tr%cci& por a c de perdida h_r 406 ar, 71 4 = :  029 4 1 : 0309 4   = =