• No se han encontrado resultados

DISENO BOCATOMA 062303.docx

N/A
N/A
MARCO ANTONIO PEREZ SALDAÑA

Academic year: 2023

Share "DISENO BOCATOMA 062303.docx"

Copied!
20
0
0

Texto completo

(1)

FACULTAD DE ECOLOGÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA

TRABAJO ENCARGADO

DISEÑO DE UNA ESTRUCTUR HIDRÁULICA SUPERFICIAL

Docente:

Ing. Sebastián Granados Inoñan Estudiantes:

Marco Antonio Pérez Saldaña Elfer Muñoz Diaz

Marcelo Junior Davila Cardozo Géiner Pérez Pérez

Fernando Calvay Cueva Jeyson Smith Heredia Quispe

ASIGNATURA:

Diseño de Estructuras Hidráulicas

CICLO:

VI

Moyobamba, Perú

2023

(2)

I. INTRODUCCIÓN

La bocatoma es una estructura esencial en los sistemas de abastecimiento de agua, que cumple el importante papel de captar el recurso hídrico de una fuente natural, como ríos, lagos o embalses, para su posterior tratamiento y distribución a la población. En este informe, nos centraremos en analizar una bocatoma específica y evaluar su diseño, funcionamiento y potencial impacto ambiental. En primer lugar, se describe la ubicación y contexto de la bocatoma, incluyendo la fuente hídrica de la cual se abastece y su importancia en el suministro de agua potable a la comunidad. Luego, se examinarán las características físicas y estructurales de la bocatoma, considerando aspectos como su capacidad de captación, tecnología utilizada y medidas de seguridad implementadas.

Posteriormente, se abordará el funcionamiento de la bocatoma, detallando el proceso de captación y derivación del agua hacia las instalaciones de tratamiento. Se analizará también la eficiencia de este proceso y las posibles mejoras o ajustes que podrían implementarse para optimizar su rendimiento.

Por último, se evaluará el impacto ambiental asociado a la bocatoma, considerando aspectos como la modificación del cauce del río, la posible afectación de los ecosistemas acuáticos y la necesidad de implementar medidas de mitigación y conservación del entorno natural.

En resumen, este informe tiene como objetivo brindar un análisis detallado de una bocatoma específica, desde su ubicación y contexto hasta su diseño, funcionamiento y potencial impacto ambiental. Con esta información, se busca contribuir al conocimiento y la toma de decisiones informadas en el ámbito del abastecimiento de agua, garantizando tanto la calidad y cantidad del recurso como la protección del medio ambiente.

(3)

II. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

➔ Diseñar una bocatoma para la captación de agua para uso doméstico.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

➔ Obtención de los cálculos necesarios para el diseño de la bocatoma.

➔ Diseño hidráulico de la ventana de captación, del barraje y del colchón amortiguador.

III. MARCO TEÓRICO

BOCATOMA (CAPTACIÓN)

Estructuras hidráulicas construidas sobre un río o canal con el objeto de captar, es decir extraer, una parte o la totalidad del caudal de la corriente principal. Las bocatomas suelen caracterizarse principalmente por el Caudal de Captación, el que se define como el gasto máximo que una obra de toma puede admitir (Dr.- Ing. Arturo Rocha Felices Consultor. Profesor Emérito de la Universidad Nacional de Ingeniería).

¿QUÉ ES BOCATOMA?

Es una obra destinada a captar un cierto caudal líquido de un río, de un lago o embalse (Cap4 - Parte 1 – Bocatomas).

CARACTERÍSTICAS DE BOCATOMA

Suelen caracterizarse por una captación que debe operar todo el año en forma continua, debe contar con los elementos de control en la barrera para operar durante las crecidas en forma permanente. La obra debe captar el caudal de diseño para toda la gama de caudales del río (Cap4 - Parte 1 – Bocatomas).

PARTES DE UNA BOCATOMA

BARRERA FIJA: Desviara el caudal de generación hacia la cámara de carga (IMPULSO, WATS).

ZAMPEADO: Es el recubrimiento de superficies con mampostería de piedra o tabique, concreto hidráulico o suelo-cemento, con el fin de protegerlas contra la erosión (N·CTR·CAR·1·02·002/20 para la construcción de zampeados).

(4)

BARRERA MÓVIL:Es una barrera móvil para una captación de agua potable.

Se utilizan para cauces de fuerte pendiente en zonas con arrastre y difícil acceso. Funcionan con muy baja mantención (Cap4 - Parte 1 – Bocatomas).

CANAL DESRIPIADOR: Es un pequeño canal paralelo a la corriente principal, ubicado junto a las ventanas de captación (Dr.- Ing. Arturo Rocha Felices Consultor. Profesor Emérito de la Universidad Nacional de Ingeniería).

COMPUERTA:Es una estructura hidráulica destinada a derivar parte del agua disponible desde un curso de agua, desde un lago o incluso desde el mar (Dr.- Ing. Arturo Rocha Felices Consultor. Profesor Emérito de la Universidad Nacional de Ingeniería).

● CAPTACIÓN.

REJAS: Dispositivo instalado en una captación para impedir el paso de elementos flotantes o sólidos grandes (EPM,2013).

DISEÑO DE UNA BOCATOMA

En el diseño de una obra de toma se requiere emplear al máximo los conocimientos de la ingeniería respectiva. Las cinco fases correspondientes a una bocatoma son (Dr.- Ing. Arturo Rocha Felices Consultor. Profesor Emérito de la Universidad Nacional de Ingeniería).

Planeamiento.

Diseño.

Construcción.

Operación.

Mantenimiento.

DISEÑO HIDRÁULICO COMPRENDE:

Definir los diámetros y longitudes de las diferentes tuberías que componen el sistema (regantes, distribuidoras y conducción) bajo un criterio de optimización (Serch Jiménez - mayo 18, 2017).

● Dimensión de la ventana

● Determinación del caudal máximo que puede pasar por la compuerta.

(5)

IV. MEMORIA DE CÁLCULO EJERCICIO

Se quiere construir una bocatoma para la captación de agua para uso doméstico, para abastecer la demanda de una población que tiene unos 400,000.00 hab., así como para el abastecimiento de riego de ciertos cultivos que demanda 12 m3/s.

Se dispone de la siguiente información, por lo tanto se requiere el diseño hidráulico de la ventana de captación, del barraje y del colchón amortiguador:

1. Caudal diseño: 150.7 (m3 /s)

2. La cota en la cual se instalará el paramento es 237.476 msnm.

3. El ancho del río es de 50m:

4. El Q a derivar: en función de tablas se debe calcular el caudal a derivar (m3 /s). Dotación de Agua Potable Según la Norma OS.100 Reglamento Nacional de Edificaciones (Considerar dotación: 220 l/hab./día).

5. Nro. Ventanas del barraje: 3 6. Va (m/s)= 1.30.

7. ha (m)= 0.075

Para la construcción, se solicita diseñar y dibujar el perfil de la cresta y colchón amortiguador: previos cálculos de R1, R2, R3, Xc, Yc, la curva de la cresta, en los trazos debe considerar y mostrar los detalles (medidas). El plano se debe entregar con buen trazo y acotados correctamente. Los planos se elaboran en papel tamaño A3, deben tener marco y membrete según las normas internacionales

4.1. CÁLCULO DEL CAUDAL A DERIVAR

● Caudal de consumo =Pf*dot/86400 Caudal de consumo= 400 000* 220/86400 Caudal de consumo= 1,02 m3/s

(6)

● Caudal a derivar = 1,02 + 12 =13,02 m3/s 4.2. CÁLCULO DE LA ALTURA DE LA VENTANA

DATOS

Q2 13,02 m3/s

Cd 1,89

Lv 3,5 m

Hv 1,57 m

4.3. CÁLCULO DE LA ALTURA DEL PARAMENTO

DATOS

ho 0,60 m

hv 1,57 m

BL 0,2 m

P 2,37 m

4.4. EL CÁLCULO DE LA LONGITUD DEL BARRAJE

BC = Br * 10%

DATOS

Br 50 m

Nc 1

(7)

Bc 5

T 0

Lb 45 m

4.5. CALCULAR LA CARGA TOTAL DE OPERACIÓN

DATOS

Q 150,7 m3/s

Cd 2.21

Lb 45m

Ho 1,31 m

4.6. CÁLCULO DEL DISEÑO DEL BARRAJE

K Ho n X Y

0,5058 1,31 1,85 0 0

0,1 -0,01

0,2 -0,02

0,3 -0,04

0,4 -0,07

0,5 -0,11

0,6 -0,16

0,7 -0,21

0,8 -0,27

0,9 -0,33

1 -0,40

1,1 -0,48

1,2 -0,56

(8)

1,3 -0,65

1,4 -0,75

1,5 -0,85

1,6 -0,96

CÁLCULO Xc,Yc, R1, R2, R3, XP, YP

Ho 1,31 1,31

Xc 0,2818*Ho 0,369 m

Yc 0,1360*Ho 0,178 m

R1 0.53*Ho 0.694 m

R2 0.234*Ho 0.306 m

R3 0.5*Ho 0.655 m

XP 0.1750*Ho 0.229 m

YP 0.0316*Ho 0.041 m

4.7 CÁLCULO DEL PUNTO DE TANGENCIA

4.3. CÁLCULO DEL POZO AMORTIGUADOR DATOS

Ho 1.31 m

K 0.5058

n 1.85

Xt 3.2

(9)

Descripción Símbolo Valor Unidad

Caudal de diseño Q 150.7 m3/s

Carga del flujo Ho 1.31 m

Altura a la salida del vertedero P 2.37 m Tirante de agua después del

resalto Y3 1.9 m

Longitud total del vertedero L*b 45 m

Gravedad g 9.81

Фp 0.88

ƞ 1.1

Paso 1. Cálculo del tirante contraído al pie del cimacio Y1

Datos

Y1 0.410

Eo 4.011

q 3.348

θ 0.509

Paso 2. Cálculo de la tirante conjugada Y2

(10)

Datos

V1 8.159

Fr1 4.066

Y2 2.164

Paso 3. Comparar Y2 con Y3.

● Si𝑦2 ≤ 𝑦3no se requiere pozo

● Si𝑦 si se requiere pozo

2 ≥ 𝑦

3

2.1641.9 Requiere pozo Paso 4. Cálculo de la altura del escalón del pozoℎ = ℎ

𝑐𝑎𝑙𝑐

Se procede a calcular, mediante una tabla de iteración.

hsup(m) E0 θ° Y1 Y2 𝑉𝑐𝑎𝑛𝑠𝑎𝑙2 𝑉𝑝𝑜𝑧𝑜2 Az h cal

Error relativo

1 2 3 4 5 6 7 8

0.331 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.1217 0.332 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.1190 0.333 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.1164 0.334 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.1137 0.335 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.1110 0.336 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.1084 0.337 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.1057

(11)

0.338 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.1031 0.339 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.1004 0.34 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0978 0.341 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0951 0.342 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0925 0.343 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0898 0.344 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0872 0.345 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0845 0.346 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0819 0.347 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0792 0.348 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0765 0.349 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0739 0.35 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0712 0.351 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0686 0.352 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0659 0.353 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0633 0.354 4.011 0.5092 0.4104 2.1640 0.2045 0.1009 0.1036 0.3768 0.0606

Paso 5. Cálculo de la longitud del pozo (𝐿𝑝) y de la longitud de la risberma ( )𝐿

𝑅

La longitud del pozole obtendrá de las siguientes ecuaciones:

(12)

Comoq= 3.348𝑚3/𝑠/𝑚

= 6.328 𝐿𝑝= 3 * 2. 164

Nota: Para el diseño es conveniente trabajar𝐿 ya que las

𝑝= 𝐿

𝑠

medidas son más exactas.

Con𝐹𝑟1 = 3. 557 chequear Figura 2.6: Relación adimensional para la longitud del resalto hidráulico.

𝐹𝑟1* 𝑦

2= 𝐿

𝑆

5. 6 * 2. 164 = 12. 118

La longitud total del pozo:

- ) 𝐿𝑡= 9 * (𝑦

2 𝑦

1

𝐿𝑡= 9 * (2. 164 − 0. 41) = 15. 786

La longitud de la risberma:

𝐿𝑅 = 𝐿

𝑇− 𝐿

𝑝

𝐿𝑅= 15. 786 − 12. 118 = 3. 668

(13)

V. CONCLUSIONES

● Eficiencia en la captación de agua: El diseño de la bocatoma demuestra ser eficiente en la captación de agua al considerar aspectos como la ubicación estratégica de la toma, el tamaño adecuado de la abertura de entrada y la optimización de la forma de la estructura. Esto garantiza una mayor cantidad de agua capturada de manera efectiva.

● Importancia de la eficiencia hidráulica: El diseño de una bocatoma debe tener en cuenta la eficiencia hidráulica para garantizar un flujo de agua óptimo. Un diseño bien pensado, con una geometría adecuada y una selección apropiada de materiales, puede minimizar las pérdidas de carga y asegurar un rendimiento eficiente de la bocatoma.

● Importancia de la ubicación estratégica: El diseño de una bocatoma debe tener en cuenta la ubicación geográfica y las características del entorno. Es crucial seleccionar un lugar adecuado que garantice el acceso a un suministro de agua confiable y limpio. Además, es necesario considerar el impacto ambiental y la proximidad a otros cuerpos de agua o zonas protegidas.

● La conclusión que se puede llegar de una bocatoma depende del contexto y los objetivos específicos relacionados con dicha infraestructura. Una bocatoma es una estructura diseñada para captar agua de ríos, arroyos o canales, generalmente con el propósito de abastecer sistemas de suministro de agua potable, riego agrícola o generación de energía hidroeléctrica.

VI. RECOMENDACIONES

● Se recomienda utilizar los materiales necesarios para poder realizar el diseño con los cálculos y la precisión que se necesita en ingeniería.

● Recomendamos realizar ejemplares de prueba porque no siempre se tendrá el diseño a la primera, realizar varios ejemplares con los cálculos necesarios hasta obtener el diseño bien estructurado.

● Tener en cuenta las dimensiones del marco y membrete en la hoja de diseño con las dimensiones estipuladas y reglamentadas.

(14)

VII. BIBLIOGRAFÍA

❖ Arturo Rocha Felices, LA BOCATOMA, ESTRUCTURA CLAVE DE UN PROYECTO DE APROVECHAMIENTO HIDRÁULICO-2003

https://www.imefen.uni.edu.pe/Temas_interes/ROCHA/La_bocatoma.PDF

❖ Serch Jiménez,Diseño Agronómico e hidráulico de sistemas de riego presurizado- Mayo 18, 2017.

https://www.hidraulicafacil.com/2017/05/diseno-hidraulico-desistemas-de-rieg o.html

(15)

VIII. ANEXOS

(16)
(17)
(18)
(19)
(20)

Referencias

Documento similar