BOCATOMAS Y DESARENADORES

BOCATOMAS Y DESARENADORES

AO DE LA DIVERSIFICACIN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIN

2015 II

INTEGRANTES: Adrianzen Ramrez Katherine Clavijo Paredes Frank Correa Conti Jeison Ramos Vsquez Jhosselyn Ventura Ruiz PaulDOCENTE:Ing. Dante Salazar SnchezCURSO:OBRAS HIDRULICASAutor: Full name2015

INDICEINTRODUCCION ---------------------------------------------------------------------Pg. 03OBJETIVOS------------------------------------------------------------------------Pg. 04BOCATOMASDEFINICION ---------------------------------------------------------------- Pg.06PARTES DE UNA BOCATOMA -----------------------------------------Pg. 06CLASIFICACION DE UNA BOCATOMA -------------------------------Pg. 07FUNCIONES DE UNA BOCATOMA ------------------------------------Pg. 12PLANEAMIENTO DE OBRAS --------------------------------------------Pg. 14CONDICIONES DE DISEO ----------------------------------------------Pg. 15CALCULO PARA SU DIMENSIONAMIENTO HIDRAULICO --------Pg. 18DESARENADORESDEFINICION -----------------------------------------------------------------Pg. 23CLASES DE DESARENADORES ------------------------------------------Pg. 23ELEMENTOS DE DESARENADORES -----------------------------------Pg. 25CONSIDERACIONES DEL DISEO -------------------------------------Pg. 28CONCLUSIONES --------------------------------------------------------------------Pg. 34REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ------------------------------------------------Pg. 35

INTRODUCCIN

El primer punto de flujo de un sistema de agua est en la fuente, donde el agua se recolecta en una bocatoma y luego se canaliza dentro de la tubera. En este trabajo se discutirn varios tipos de trabajo de bocatomas.Debido a la disparidad de una fuente, nunca habr un diseo estndar que se pueda construir universalmente para cada sistema. Sin embargo, los trabajos de bocatomas tienen que incorporar caractersticas de diseo estndar que permitan un control adecuado del agua, oportunidad de sedimentacin y prevencin de futura contaminacin.El propsito fundamental de trabajo de bocatoma es el de recolectar agua desde uno o varios puntos y concentrar ste caudal en un solo punto: la entrada a la tubera. Si el agua est sucia, tendr que dejrsele asentar, relativamente quieta por un periodo de tiempo. El agua deber estar protegida, lo ms que sea posible contra otro terminantes (escorrentas de lluvia, animales de pasteo y lugareos curiosos). Debe ser construida (la bocatoma) de tal manera a que dure lo que dura el sistema.En el siguiente informe se presentara los tipos de bocatoma as como el desarenador, teniendo en cuenta los parmetros de diseo de cada uno.El nmero de posibles formas de diseo de una bocatoma para una fuente es infinito, influenciado por factores tales como, material disponible, caudal de fuente, nivel de creciente, estabilidad del suelo, topografa de la zona, etc.

OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL: Explicar la importancia de las bocatomas y desarenadores para la solucin de problemas hidrulicos y para el bienestar de la poblacin.OBJETIVOS ESPECIFICOS: Definir los tipos de bocatomas segn su diseo y el uso. Aplicacin de ejercicios explicando el diseo de bocatomas y desarenadores. Definir las caractersticas de los desarenadores y su importancia para la limpieza de sedimentacin del agua. Presentacin de proyecto de bocatoma, identificando las partes y la funcin de cada una de ellas.

BOCATOMAS

I. DEFINICIONUnabocatoma, o captacin, es una estructura hidrulica destinada a derivar desde unos cursos de agua, ro, arroyo, o canal; o desde un lago; o incluso desde el mar, una parte del agua disponible en esta, para ser utilizada en un fin especfico, como pueden ser abastecimiento de agua potable, riego, generacin de energa elctrica, acuicultura, enfriamiento de instalaciones industriales, etc. Tradicionalmente las bocatomas se construan, y en muchos sitios se construyen aun, amontonando tierra y piedra en el cauce de un ro, para desviar una parte del flujo hacia el canal de derivacin. Normalmente estas rudimentarias construcciones deban ser reconstruidas ao a ao, pues las avenidas las destruan sistemticamente.

II. PARTES DE UNA BOCATOMAa) Compuerta de control y cierre de la compuerta.b) Dispositivo para medir los niveles, aguas arriba y aguas abajo de la compuerta de control. Estos pueden ser simples reglas graduadas o pueden contar con medidores continuos de nivel y trasmisores de la informacin al centro de operacin, el que puede contar con mecanismos para operar a distancia la compuerta.Si se encuentran en ros y arroyos, generalmente constan tambin de:c) Un vertedero para fijar la seccin del curso de agua, tanto planimtricamente, como en cota, evitando de esta forma la migracin del curso de agua en ese punto y su socavacin, lo que podra dejar la bocatoma inoperante.d) Uncanalde limpieza,provisto decompuertas, para permitir el desarenamiento de la aproximacin a la bocatoma.Frecuentemente se completa la bocatoma con una reja y un desarenador, para evitar que el transporte slido sedimente en el canal dificultando los trabajos de mantenimiento del mismo.

III. CLASIFICACIN DE LA BOCATOMAIII.1 BOCATOMA DIRECTASon posibles de disear en cursos de agua de fuerte pendiente, y cuando no se quiere tener una estructura costosa, tienen el inconveniente de que el lecho del rio puede variar y dejar la toma sin agua, igualmente en las pocas de estiaje al disminuir el tirante de agua en el rio puede disminuir considerablemente el ingreso de agua en la toma.III.2 BOCATOMAS CON BARRAJESSon las ms empleadas ya que aseguran una alimentacin ms regular, conservan un nivel constante en la captacin que permite dominar una mayor rea regable. Estas tomas pueden presentar tres variantes: La toma con barraje fijo, la toma con barraje mvil y la toma con barraje mixto.III.2.1 BOCATOMA DE BARRAJE FIJOLas bocatomas de barraje fijo son aquellas que tienen una presa slida, para levantar el tirante frente a las compuertas de captacin.Esta solucin es posible cuando el rgimen del rio es uniforme y la capacidad de captacin de la toma es menor que la descarga promedio del rio, por lo que no es necesario ninguna regulacin, ya que el exceso de agua pasara encima de la presa.Igualmente es aconsejable este tipo de bocatomas cuando el rio tiene un transporte de slidos o una capacidad de transporte apreciable.Con el objeto de proteger las riveras aguas arriba y aguas debajo de la presa se disean muros de encausamiento y proteccin.III.2.2 BOCATOMA DE BARRAJE MVILEn este tipo de barraje se consigue la retencin del caudal y elevacin del tirante mediante el cierre del curso del rio por un sistema de compuertas sostenidas en un conjunto de pilares y adosadas en sus extremos a los muros de contencin.Es conveniente esta solucin cuando el caudal de la captacin es igual o mayor de la descarga promedio del rio o cuando la velocidad de flujo no es alta debido a la pequea pendiente del curso del rio. Como consecuencia el transporte de slidos es pequeo y no afecta mayormente al sistema de compuertas.En la poca de avenidas la toma trabaja con las compuertas abiertas o parcialmente cerradas, de ninguna manera el barraje mvil debe ser un obstculo para el paso del agua; ya que la obstruccin podra causar remansamientos desfavorables y en otros casos desbordamientos, por lo que la altura de los pilares y la abertura de compuertas debe calcularse para las mximas descargas.III.2.3 BOCATOMA DE BARRAJE MIXTOTienen una parte de la presa integrada por una estructura slida (Barraje fijo) y una parte integrada por compuertas sustentadas en pilares (Barraje mvil). La parte mvil tiene en ciertos casos muros guas o separadores del barraje fijo que forma un canal denominado de limpia y un segundo canal separado por un vertedero de rebose lateral que sirve para eliminar las gravas llamado tambin desempedradores.El desempedrador tiene una fuerte pendiente y al extremo del mismo se instalan compuertas para la eliminacin de los materiales gruesos.Este tipo de bocatoma se adapta mejor al rgimen variable de los ros de la costa peruana, ya que en la poca de estiaje trabajan nicamente con la regulacin que se efecta con el barraje mvil, mediante el cierre o la apertura de las compuertas mientras que en la poca de crecidas trabajan con las compuertas de limpia abiertas y el paso libre del flujo encima del barraje fijo.

III.3 BOCATOMAS DE CAPTACION LATERALLa bocatoma lateral es una obra de captacin superficial y es la ms empleada cuando se trata de captar el agua de un ro. La forma ms simple de concebir una captacin lateral es como una bifurcacin. En primer lugar conviene presentar una breve descripcin de los elementos constituyentes ms frecuentes de una bocatoma de captacin lateral, los que podran clasificarse de la siguiente manera: Elementos de encauzamiento y cierre: Su objeto es elevar el nivel del agua para permitir su ingreso a la toma y al canal de derivacin e impedir el desborde del ro. Elementos de descarga de avenidas: Permiten el paso de las crecidas. Son rganos de seguridad. Elementos de control de sedimentos: Tienen por objeto el manejo de los slidos. Elementos de control del ingreso de agua: Permiten regular la cantidad de agua que ingresa a la derivacin. Elementos de control de la erosin: Permiten disminuir laerosin y la abrasin. Elementos estructurales: Son los que dan estabilidad a la obraDisposicin tpica de los principales elementos de una bocatoma de captacin lateral

Vertedero fijoo presa derivadora: El vertedero o presa derivadora es estructuralmente un azud. Es una presa vertedora. Suele llamrsele barraje. Su funcin es la de elevar el nivel del agua para alcanzar el requerido por las necesidades de captacin. El azud crea la carga necesaria sobre el canal de derivacin para que pueda ingresar el Caudal de Diseo. Es decir, obliga al agua a entrar a la captacin. En tal sentido es una presa derivadora, diferente a las presas de almacenamiento. En consecuencia, su altura sobre el lecho del ro suele ser pequea (algunos pocos metros). A su vez el azud debe permitir el paso de las grandes avenidas, especficamente de la Avenida de Diseo, la que como se ha dicho es el mximo caudal del ro que puede soportar la estructura. El azud es, hidrulicamente, un vertedero. Se puede construir de los ms diversos materiales. Vertedero mvil o barraje mvil: Es una estructura compuesta por una o ms compuertas que permiten el paso de las avenidas de lquidos y de slidos y adems tiene la funcin de eliminar los slidos que pudiesen encontrarse aguas arriba y frente a las ventanas de captacin. La longitud total de los vertederos fijo y mvil debe ser la necesaria para el paso de la avenida de diseo. Su proporcin es variable.

Presa no vertedora: Al igual que los vertederos fijo y mvil es transversal a la corriente principal. Su funcin es la de cerrar el cauce, sin que el agua pase por encima de ella. Su longitud depende del ancho del ro.Las ventanas de captacin. Constituyen la toma propiamente dicha. Se trata de uno o ms vanos que permiten el ingreso del agua y que trabajan hidrulicamente, sea como vertederos o como orificios. La carga hidrulica que permite el ingreso del agua se origina como consecuencia de la altura de la presa derivadora. Las ventanas pueden tener compuertas o no y suelen llevar rejillas de proteccin contra el ingreso de cuerpos extraos, las que pueden estar provistas de limpiarrejas.

Compuertas de captacin: Son las que regulan el ingreso de agua al canal de derivacin. Pueden estar ubicadas como parte de las ventanas de captacin, o, si hubiese un elemento decantador ubicado inmediatamente aguas abajo de las ventanas de captacin, podran estar ubicadas ms hacia aguas abajo, en el ingreso al canal. En las bocatomas pequeas puede tratarse de una sola compuerta.

Pozas disipadoras de energa: Aguas abajo de los barrajes fijo y mvil es necesario disponer algn elemento que ayude a disipar la energa. Generalmente se disipa la energa mediante la formacin de un salto hidrulico, para lo que es necesario disponer una poza. Inmediatamente aguas abajo, y como transicin con el lecho fluvial, se coloca una proteccin de fondo a base de piedras a la que se le denomina rip-rap.

Deformaciones del lecho fluvial como consecuencia de la construccin de un barraje

Muros gua: Son muros separadores que suelen ubicarse entre los barrajes fijo y mvil y aguas arriba de ellos. Pueden tambin extenderse hacia aguas abajo, separando ambas pozas disipadoras de energa.

Canal desripiador: Es un pequeo canal paralelo a la corriente principal, ubicado junto a las ventanas de captacin y que es normal a la direccin de la corriente que ingresa a la captacin. Permite la eliminacin de los slidos cuando las circunstancias hidrulicas y topogrficas lo permiten.

Diques de encauzamiento: Se ubican aguas arriba y aguas abajo del eje de la presa de derivacin, en la medida en la que las circunstancias topogrficas lo requieran. Para que una bocatoma sea estable es necesario que lo sea el tramo fluvial en el que est ubicada. De ac que en muchas oportunidades haya que realizar el encauzamiento del tramo de ro en las inmediaciones de la obra de toma. Algunas veces los diques de encauzamiento se extienden a lo largo de varios kilmetros. Su costo puede ser importante, pero resultan absolutamente necesarios. Es necesario recordar que al construir una bocatoma se implanta un barraje o presa derivadora, cuya altura generalmente es de unos pocos metros sobre el lecho del ro. Esto determina una sobre elevacin de niveles hacia agua arriba, especialmente durante los grandes caudales. Como parte del diseo, adems de los trabajos topogrficos, se requiere determinar el perfil hidrulico. Si las condiciones topogrficas as lo exigen habr que considerar un encausamiento.

III.4 BOCATOMA DE FONDOEn las bocatomas de fondo la Toma est colocada en la cara de aguas debajo de la estructura de control. El caudal (Qd) que entra por la rejilla de la Toma pasa a una canaleta que la conduce a un tanque de aquietamiento. El tanque entrega al canal de aduccin.

IV. FUNCIONES DE LA BOCATOMASe clasifican en funcin de las caractersticas del proyecto al que sirven. Es as como se tiene:

Obras de toma para abastecimiento pblicoEl abastecimiento de agua a la poblacin es la primera necesidad de agua que debe ser cubierta. El aprovechamiento de las aguas superficiales, en especial las de un ro, constituye una de las formas ms antiguas de uso del agua. En los tiempos antiguos las ciudades se ubicaban en las orillas de los ros para poder aprovechar sus aguas fcilmente. El crecimiento de la poblacin, la expansin urbana, el aumento de las demandas y otros factores determinaron la necesidad de construir proyectos de abastecimiento de agua para la poblacin. Estos proyectos empiezan por una bocatoma para captar el agua de un ro, o de otra fuente de agua, y conducirla luego al rea urbana.Las obras de toma para abastecimiento poblacional pueden ser muy pequeas, con un Caudal de Captacin de apenas unos cuantos litros por segundo, o muy grandes como la de La Atarjea, que abastece a varios millones de habitantes de la Gran Lima. Esta bocatoma, cuya funcin predominante es el abastecimiento poblacional, sirve tambin para la satisfaccin de algunas necesidades industriales ubicadas en el radio urbano. Cualquiera que sea su tamao estas obras de toma tienen gran importancia y un enorme contenido social, pues el abastecimiento de agua poblacional es insustituible.

Obras de toma para irrigacinDespus del uso del abastecimiento poblacional, el otro uso importante es el riego. En el Per, donde hay importantes zonas ridas y semiridas, la dependencia del riego es muy grande. Al no haber lluvia til, el aprovechamiento de las aguas superficiales ha sido desde pocas ancestrales esencial para la vida y el desarrollo de las actividades humanas. La costa peruana con sus 800 000 hectreas cultivadas es una inmensa obra de irrigacin, que no podra existir sin la presencia de cientos de bocatomas.

Obras de toma para centrales hidroelctricasHay muchas obras de toma cuya funcin es captar el agua superficial para su conduccin a una central hidroelctrica. As, en el ro Mantaro se tiene una captacin de 90 m /s para generacin de energa. Como el Per aprovecha un porcentaje pequesimo de su enorme potencial hidroelctrico, es de esperar que en el futuro se incrementen las respectivas obras hidrulicas para lograr un mayor aprovechamiento.

Obras de toma para industria y mineraNumerosas industrias y minas tienen sus propias bocatomas.

Obras de toma para uso mltipleExisten tambin las bocatomas asociadas a un proyecto de propsito mltiple, como por ejemplo la del proyecto CHAVIMOCHIC, sobre el ro Santa, cuyas finalidades son riego, generacin de energa y abastecimiento poblacional.

V. PLANEAMIENTO DE OBRASSon numerosos los problemas que se presentan en el planeamiento de las Obras de Toma, debido principalmente a la interaccin estructura-naturaleza. El planeamiento es el paso previo al diseo. El planeamiento correcto es sumamente importante para el xito del proyecto. Es difcil establecer una metodologa de planeamiento; sin embargo, se presenta a continuacin algunos temas que deben tenerse en cuenta. Los temas deben tratarse mediante un proceso de aproximaciones sucesivas. El orden en el que se les presenta a continuacin est determinado slo por razones propias de la exposicin. Su nmero puede ser bastante mayor. Como una forma de iniciacin en el tema del planeamiento de una obra de toma se considera los siete temas de anlisis siguientes:

a) Comportamiento hidrolgicob) Aspectos de hidrulica fluvialc) Transporte slidod) Seleccin del tipo de tomae) Micro localizacin de la obra de tomaf) Geometra de la bocatomag) Condiciones particulares de operacin y mantenimiento.El estudio de Hidrulica Fluvial nos permitir conocer las caractersticas del ro, que son muy variadas, su estabilidad, y las obras que es necesario realizar para mantenerla. El estudio de Transporte Slido sirve para conocer la cantidad y calidad de los sedimentos transportados por la corriente, tanto como material de fondo como en suspensin. Es conveniente recordar que el transporte slido es una manifestacin fluvial y depende de las caractersticas del ro y de la cuenca. Sin una comprensin clara del comportamiento fluvial y del transporte slido no es posible el diseo de una bocatoma.El conocimiento de la variabilidad del transporte slido, de las cantidades involucradas y de la granulometra son herramientas valiosas para el diseo.La seleccin del tipo de obra de toma tiene que hacerse a partir del hecho de que existen diferentes tipos de bocatomas. Cada uno de ellos ha sido desarrollado para ros de determinadas caractersticas. En este tema la consideracin de los fundamentos tericos y de la experiencia local resultan ser insustituibles. Una vez determinada la cota de derivacin en la que se construir la bocatoma, en funcinde las necesidades del servicio, se procede a la micro localizacin. Es este un problema de Hidrulica Fluvial en el que juega un papel destacado la experiencia y los conocimientos tericos del ingeniero proyectista. Dos tramos fluviales muy prximos pueden dar lugar a estructuras de toma de muy diferente comportamiento sedimentolgico. As por ejemplo, en un tramo en curva la margen exterior es en general una zona con tendencia a la erosin. All debe buscarse el lugar ms conveniente para ubicar la toma.La geometra de la obra, es decir, la disposicin de los elementos, es el diseo mismo. Se debe determinar la altura de la presa derivadora, las longitudes de las partes vertedoras y fijas, el ngulo de captacin, los muros gua y todos los elementos constituyentes de la obra. En todo esto desempea una funcin muy importante el estudio en modelo hidrulico, el que tiene la enorme ventaja de constituir una representacin tridimensional de las estructuras y de los fenmenos. Cada bocatoma tiene condiciones particulares de operacin y mantenimiento que deben ser tomadas en cuenta en el momento del diseo.La concepcin de la operacin es inseparable del diseo. Cada bocatoma tiene un conjunto de Reglas de Operacin a las que se llega mediante un proceso de aproximaciones sucesivas.

VI. CONDICIONES DE DISEOSon varias las condiciones generales de diseo que debe cumplir una bocatoma, cualquiera que sea su tipo o caractersticas. Entre las principales estn las siguientes:a. Asegurar la derivacin permanente del caudal de diseo y de los caudales menores que sean requeridos. En algn caso se admite una interrupcin temporal del servicio.b. Proveer un sistema para dejar pasar la Avenida de Diseo, que tiene gran cantidad de slidos y material flotante. En zonas sujetas al Fenmeno de El Nio es mejor utilizar un Hidrograma de Diseo.c. Captar el mnimo de slidos y disponer de medios apropiados para su evacuacin. Muchas veces esta es la clave del diseo eficiente.d. Estar ubicada en un lugar que presente condiciones favorables desde el punto de vista estructural y constructivo.e. Conservar aguas abajo suficiente capacidad de transporte para evitar sedimentacin.f. Tener un costo razonableEn el diseo de una obra de toma se requiere emplear al mximo los conocimientos. Las cinco fases correspondientes a una bocatoma son:a) Planeamientob) Diseoc) Construccind) Operacin, ye) Mantenimiento

En ellas se requiere el uso de prcticamente todos los aspectos de la ingeniera civil, tal como se demostrar ms adelante. Son varias las fuentes de conocimiento que tenemos para el diseo de una bocatoma.En primer lugar estn las consideraciones tericas presentadas en los libros de texto, artculos especializados y diferentes publicaciones e investigaciones. De todo este material se obtiene una base terica fundamental, que debe ser complementada con los otros dos puntos que se seala a continuacin. La investigacin en modelos hidrulicos es una valiosa herramienta para el perfeccionamiento de los diseos y constituye la segunda fuente de conocimiento. En el Per se vienen realizando estudios en modelo en el Laboratorio Nacional de Hidrulica desde 1964. La tercera fuente est dada por la experiencia y por la observacin del funcionamiento de estructuras en operacin en diversas partes y circunstancias. Dentro de esta fuente de conocimiento se encuentra el anlisis de las fallas, el que constituye un mtodo valiossimo de aprendizaje.Son numerosos los aspectos de la ingeniera en general y de la ingeniera civil en particular que intervienen en el diseo de una obra de toma. Prcticamente debe emplearse a plenitud casi todas las especialidades de la ingeniera civil.Pero, adems intervienen otros aspectos de la ingeniera. Sin pretender que la relacin sea limitativa se presenta a continuacin una relacin de los principales temas vinculados al diseo de una obra de toma.

Ellos son:a.Estudio de la Demandab.Topografac.Meteorologad.Hidrologae.Transporte de Sedimentosf.Hidrulica Fluvialg.Geologah.Geodinmicai.Geotecniaj.Sismicidadk.Materiales de Construccinl.Diseo Hidrulicom.Diseo Estructuraln.Diseo Electromecnicoo.Procedimientos de Construccinp.Modelos Hidrulicosq.Costos y Presupuestosr.Anlisis Econmico y Financieros.Estudio de Impacto AmbientalBOCATOMAS Y DESARENADORESResueltos los aspectos de planeamiento y diseo se pasa a la construccin. La construccin de una bocatoma importante es difcil y se requiere mucha experiencia, no slo en procesos constructivos, sino tambin en el manejo del ro durante la construccin. Para la construccin es necesario aprovechar los estiajes del ro. Se construye ataguas aguas abajo y aguas arriba y una obra de desvo para aislar la zona de trabajo.19

VII. CALCULOS PARA SU DIMENSIONAMIENTO HIDRAULICOEl dimensionamiento hidrulico de una estructura de captacin se basa en el estudio del comportamiento del agua ya sea en movimiento o en reposo.El dimensionamiento hidrulico debe satisfacer lo siguiente:a.Estabilidad del cauce al paso de la avenida de diseo (hidrulica fluvial).b.Asegurar permanentemente el caudal de ingreso.c.Captar lo mnimo de material slido.d.Proveer un sistema de compuertas que eviten la sedimentacin de slidos y material flotante frente a la bocal.1. Dimensionamiento de las ventanas de captacinLa captacin de agua se realiza mediante una abertura llamada ventana de captacin. Esta trabaja como vertederos en mnimas y como orificio ahogado en mximas. Sus dimensiones son calculadas en funcin del caudal a derivar, de las condiciones econmicas aconsejables y su geometra se acondiciona a los siguientes ngulos fundamentales:a. Angulo de ingreso () entre los ejes longitudinales del ro y la bocal.b. Angulo de derivacin () entre la margen del ro y el extremo de aguas arriba de la bocal.c. Angulo de derivacin de la frontal (0), formado entre el eje longitudinal de las ventanas y la margen del ro.A. Altura de las ventanas de captacin Ventana de captacinLa altura de la ventana de captacin, se determina por la frmula de vertederos:

h1: altura de ventana (m)Q: caudal de derivacin (m3/s) V: nmero de ventanasLn: ancho de ventana (m)

RejillasSu objetivo bsico es impedir que los materiales de arrastre y suspensin ingresen al canal de derivacin los caudales causan obstruccin y desbordes aguas debajo de la captacin.Las rejillas son platinas, unidas mediante soldadura formando paneles.

V: velocidad del flujo a travs de las rejillas (pie/s). 0: dimetro de las rejillas (pulg.).fi: ngulo de inclinacin de las rejillas.: ngulo de ingresohe: prdida de carga (pulg.).e: espaciamiento entre rejillas (pulg.).Por lo tanto la altura total de la ventana est dado por:h = h1 + heB. Ancho de las ventanas de captacinEl ancho propuesto es corregido por el coseno del ngulo de desviacin de la frontal (0) y por el nmero de rejillas de la ventana. Numero de rejilla

Donde:Ln: ancho total de la ventana (m).e: espaciamiento entre rejillas (m) Nr: nmero de rejillasEn la determinacin de la correccin del ancho de las ventanas, se contemplan dos casos: Si el ngulo de desviacin frontal es de 0:b= Ln Si el ngulo de desviacin frontal es diferente de 0:

Donde:b: ancho corregido de ventanas (m)Ln: longitud neta de ventanas (m).: ngulo de desviacin frontal8: dimetro de rejillas (m).Nr: nmero de rejillasC. Altura de la compuerta de regulacinSe determina con la tirante y la prdida de carga de la seccin aguas arriba de las compuertas, luego:Hc=yn - hf1-2D. Altura de barrajeLa altura de barraje Pb es la diferencia entre la cota de la cresta del barraje y la cota promedio del rio en el eje propuesto. Se determina la cota de barraje con la siguiente ecuacin:Pb= cota cresta - cota rio Cota cresta =cota1 + h + p + 0.1Donde:Cota1: cota del punto de entrega.H: altura de la ventana de captacinP: diferencia de la ltima entre la ltima seccin y la seccin de entrega.0.1: es el valor de carga de seguridad.E. Caudal mximo de derivacinPara la determinacin del caudal mximo de derivacin se siguen los siguientes pasos:Se calcula la carga sobre el barraje considerando el mas critico en que toda la avenida pase sobre el barraje. sta carga se determinara a partir de la siguiente ecuacin.

Donde:Q: caudal que pasa sobre el barrajea: Anlisis de la zona de limpia de gruesa

DESARENADORES

I. DEFINICIONLos desarenadores son obras hidrulicas que sirven para separar (decantar) y remover (evacuar) despus, el material slido que lleva el agua de un camal. El material slido que se transporta ocasiona perjuicios a las obras:1. Una gran parte del material slido va depositndose en el fondo de los canales disminuyendo su seccin. Esto aumenta el costo anual de mantenimiento y produce molestas interrupciones en el servicio de canal. 2. Si los canales sirven a plantas hidroelctricas, la arena arrastrada por el agua pasa a las turbinas desgastndolas tanto ms rpidamente cuanto mayor es la velocidad. Esto significa una disminucin del rendimiento y a veces exige reposiciones frecuentes y costosas.

II. CLASES DE DESARENADORESII.1 En funcin de su operacinII.1.1 Desarenadores de lavado continuoAquel en el que la sedimentacin y evacuacin son dos operaciones simultneas.II.1.2 Desarenadores de lavado discontinuo (intermitente)Almacena y luego expulsa los sedimentos en movimiento separados. Son el tipo ms comn y la operacin de lavado se procura realizar en el menor tiempo posible con el objeto de reducir al mnimo las prdidas del agua.II.1.2.1 Fases del desarenamiento Fase sedimentacin Fase de purga (evacuacin)

Figura 1. Esquema de un desarenador de lavado intermitente

II.1.2.2 Tipos de desarenamiento Desarenador longitudinal

Desarenador de vrtice (corte longitudinal)

Desarenador de vrtice (planta)

III. ELEMENTOS DE UN DESARENADORPara cumplir su funcin, el desarenador se compone de los siguientes elementos:III.1 Transicin de entrada: La cual une el canal con el desarenador. III.2 Cmara de sedimentacin: en la cual las particular slidas caen al fondo, debido a la disminucin de la velocidad producida por el aumento de la seccin transversal. Segn Dubuat, las velocidades lmites por debajo de las cuales el agua cesa de arrastrar diversas materias son:para la arcilla0.081 m/s

para arena fina0.160 m/s

para la arena gruesa0.216 m/s

De acuerdo a lo anterior, la seccin transversal de un desarenador, se disea para velocidades que varan entre 0.1 m/s y 0.4 m/s, con una profundidad media de 1.5 m y 4 m. Observar que para una velocidad elegida y un caudal dado, una mayor profundidad implica un ancho menor y viceversa.

La forma de la seccin transversal puede ser cualquiera aunque generalmente se escoge una rectangular o una trapezoidal simple o compuesta. La primera simplifica considerablemente la construccin, pero es relativamente cara pues las paredes deben se soportar la presin de la tierra exterior y se disean por lo tanto como muros de sostenimiento. La segunda es hidrulicamente ms eficiente y ms econmica pues las paredes trabajan como simple revestimientos. Con el objeto de facilitar el lavado concentrando las partculas hacia el centro conviene que el fondo no sea horizontal sino que tenga una cada hacia el centro. La pendiente transversal usualmente escogida es de 1:5 a 1:8.

III.3 VertederoAl final de la cmara se construye un vertedero sobre el cual pasa el agua limpia hacia el canal. Las capas superiores son las que primero se limpian es por esto que la salida del agua desde el desarenador se hace por medio de un vertedero, que hasta donde sea posible debe trabajar con descarga libre.Tambin mientras ms pequea es la velocidad de paso por el vertedero, menos turbulencia causa en el desarenador y menos materiales en suspensin arrastran. Como mximo se admite que esta velocidad puede llegar a v = 1 m/s.De la ecuacin de un vertedero rectangular sin contracciones:

Dnde: Q = caudal (m3/s)C = 1.84 (cresta aguda)C = 2.0 (perfil Creager)L = longitud de la cresta (m)h = carga sobre el vertedero (m)Si el rea hidrulica sobre vertedor es:A = L hLa velocidad ser:

De donde para los valores indicados de v y C, se puede concluir que el mximo valor de h no debera pasar de 25 cm.Casi siempre el ancho de la cmara del desarenador no es suficiente para construir el vertedero recto y perpendicularmente a la direccin del agua. Por esto se le ubica en curva que comienza en uno de los muros laterales y contina hasta cerca de la compuerta de desfogue. Esta forma facilita el lavado permitiendo que las arenas sigan trayectorias curvas y al mismo tiempo el flujo espiral que se origina la aleja del vertedero.

III.4 Compuerta de lavadoSirve para desalojar los materiales depositados en el fondo. Para facilitar el movimiento de las arenas hacia la compuerta, al fondo del desarenador se le da una gradiente fuerte del 2% al 6%. El incremento de la profundidad obtenido por efecto de esta gradiente no se incluye en el tirante de clculo, sino que el volumen adicional obtenido se lo toma como depsitos para las arenas sedimentadas entre dos lavados sucesivos.

Es necesario hacer un estudio de la cantidad y tamao de sedimentos que trae el agua para asegura una adecuada capacidad del desarenador y no necesitar lavarlo con demasiada frecuencias.Para lavar una cmara del desarenador se cierran las compuertas gran velocidad arrastrando la mayor parte de sedimentos.Entre tanto el caudal normal sigue pasando al canal sea a travs del canal directo o a travs de otra cmara del desarenador.Una vez que est vaca la cmara, se abre parcialmente las compuertas de admisin y el agua que entra circula con gran velocidad sobre los sedimentos que han quedado, erosionndolos y completando el lavado.Generalmente, al lavar un desarenador se cierran las compuertas de admisin. Sin embargo, para casos de emergencia el desarenador debe poder vaciarse inclusive con estas compuertas abiertas. Por este motivo las compuertas de lavado deben disearse para un caudal igual al trado por el canal ms el lavado que se obtiene dividiendo el volumen del desarenador para el tiempo de lavado.Hay que asegurarse que el fondo de la o las compuertas este ms alto que el punto del ro al cual se conducen las aguas del lavado y que la gradiente sea suficiente para obtener una velocidad capaz de arrastrar las arenas.Se consideran que para que el lavado pueda efectuarse en forma rpida y eficaz esta velocidad debe ser de 3 - 5 m/s.Muchas veces esta condicin adems de otras posibles de ndole topogrfica, impide colocar el desarenador inmediatamente despus de la toma, que es la ubicacin ideal, obligando desplazarlo aguas abajo en el canal.III.5 Canal directoPor el cual se da servicio mientras se est lavando el desarenador. El lavado se efecta generalmente en un tiempo corto, pero por si cualquier motivo, reparacin o inspeccin, es necesario secar la cmara del desarenador, el canal directo que va por su contorno, permite que el servicio no se suspenda. Con este fin a la entrada se colocan dos compuertas, una de entrada al desarenador y otra al canal directo.En el caso de ser el desarenador de dos o ms cmaras, el canal directo ya no es necesario pues una de las cmaras trabaja con el caudal total mientras la otra se lava.

IV. CONSIDERACIONES PARA EL DISEOIV.1 Clculo del dimetro de las partculas a sedimentarLos desarenadores se disean para un determinado dimetro de partcula es decir, que se supone que todas las partculas de dimetro superior al escogido deben depositarse. Por ejemplo, el valor del dimetro mximo de partcula normalmente admitido para plantas hidroelctricas es de 0.25 mm. En los sistemas de riego generalmente se acepte hasta d = 0.5 mm.En sistemas hidroelctricos el dimetro puede calcularse en funcin de la altura de cada como se muestra en la tabla 1, o en funcin del tipo de turbina como se muestra en la tabla 2.IV.2 Calculo de la velocidad del flujo v en el tanqueLa velocidad en un desarenador se considera lenta, cuando est comprendida entre 0.20 m/s a 0.60 m/s. La eleccin puede ser arbitraria o puede realizarse utilizando la frmula de Camp:

Donde:

D = dimetro (mm)

a = constante en funcin del dimetro

IV.3 Calculo de la velocidad de cada w (en aguas tranquilas)Para este aspecto, existen varias frmulas empricas, tablas y nomogramas, algunas de las cuales consideran:Peso especfico del material a sedimentarse:sgr/cm3(medible)

Peso especfico del agua turbia:wgr/cm3(medible)

As se tiene:IV.3.1 Tabla 3 preparada por Arkhangelski, la misma que permite calcular w (cm/s) en funcin del dimetro de partculas d (en mm) IV.3.2 La experiencia generado por Sellerio, la cual se muestra en el nomograma de la figura 2, la misma que permite calcular w (en cm/s) en funcin del dimetro d (en mm).

Tabla 3. Velocidades de sedimentacin w calculado por Arkhangelski (1935) en funcin del dimetro de partculasd (mm)w (cm/s)

0.050.178

0.100.692

0.151.560

0.202.160

0.252.700

0.303.240

0.353.780

0.404.320

0.454.860

0.505.400

0.555.940

0.606.480

0.707.320

0.808.070

1.009.44

2.0015.29

3.0019.25

5.0024.90

IV.3.3 La frmula de Owens

Donde:w = velocidad de sedimentacin (m/s)d = dimetro de partculas (m)s = peso especfico del material (g/cm3)k = constante que vara de acuerdo con la forma y naturaleza de los granos, sus valores se muestran en la tabla 4.

IV.3.4 La experiencia generada por Sudry, la cual se muestra en el nomograma en la figura 3, en la misma que permite calcular la velocidad de sedimentacin w (en m/s) en funcin del dimetro (en mm) y del peso especfico del agua (w en gr/cm3).IV.3.5 La frmula de Scotti Folglieniw 3.8 d 8.3d

Dnde:w = velocidad de sedimentacin (m/s)d = dimetro de la partculaPara el clculo de w de diseo se puede obtener el promedio de los ws con los mtodos enunciados anteriormente.En algunos casos puede ser recomendable estudiar en el laboratorio la frmula que rija las velocidades de cada de los granos de un proyecto especfico.

Figura 3. Velocidad de sedimentacin de granos de arena en agua.

IV.4 Calculo de las dimensiones del tanqueDespreciando el efecto del flujo turbulento sobre la velocidad de sedimentacin, se puede plantear las siguientes relaciones:

Caudal: Q = b h vancho del desarenador: b Q. (1)

hv

Tiempo de cada:

w ht h. (2)

tw

Tiempo de sedimentacin:

v Lt L. (3)

tv

Igualando (2) = (3):

hL

wv

De donde la longitud, aplicando la teora de simple sedimentacin es:

L hv. (4)

w

Considerando los efectos retardatorios de la turbulencia

Con el agua en movimiento la velocidad de sedimentacin es menor, e igual a w w, donde w es la reduccin de velocidad por efectos de la turbulencia.

Luego, la ecuacin (4) se expresa:

L hv. (5)

w w'

En la cual se observa que manteniendo las otras condiciones constantes la ecuacin (5) proporciona mayores valores de la longitud del tanque que la ecuacin (4).

Eghiazaroff, expres la reduccin de velocidad de flujo como:

w' vm/s. (6)

5.7 2.3h

Levin, relacion esta reduccin con la velocidad de flujo con un coeficiente:

w' vm/s. (7)

Bestelli et al considera:

0.132. (8)

h

donde h se expresa en m.

En el clculo de los desarenadores de bajas velocidades se puede realizar una correccin, mediante el coeficiente K, que vara de acuerdo a las velocidades de escurrimiento en el tanque, es decir:L Khv. (9)

w

Donde K se obtiene de la tabla 5.

Tabla 5. Coeficiente para el clculo de desarenadores de baja velocidadVelocidad de escurrimiento (m/s)K

0.201.25

0.301.50

0.502

En los desarenadores de altas velocidades, entre 1 m/s a 1.50 m/s, Montagre, precisa que la cada de los granos de 1 mm estn poco influenciados por la turbulencia., el valor de K en trminos del dimetro, se muestran en la tabla 6.

Tabla 6. Coeficiente para el clculo de desarenadores de alta velocidad

Dimensiones de las partculas aK

eliminar d (mm)

11

0.501.30

0.25 - 0.302

El largo y el ancho de los tanques pueden en general, construirse a ms bajo costo que las profundidades, en el diseo se deber adoptar la mnima profundidad prctica, la cual para velocidades entre 0.20 y 0.60 m/s, puede asumirse entre 1.50 y 4.00 m.

CONCLUSIONES1. Las bocatomas y los desarenadores son muy importantes pues nos permiten captar agua para luego distribuirlo, destinndolos a diferentes usos: poblacional, agrcola, etc.

2. Las bocatomas se clasifican en directa, con barraje, de captacin. El tipo depender de la fuente de captacin del recurso hdrico y del uso.

3. Las obras de captacin soy muy importantes, en este caso tomamos en estudio la bocatoma las cuales sirven para la distribucin de agua para consumo humano, irrigacin, para usos industriales y mineros.

4. Las obras hidrulicas de captacin ayudan en el desarrollo econmico de la sociedad, muy a parte de ayudar a conservar el medio ambiente y el ahorro del agua; en el caso de Chavimochic este tipo de obra ha ayudado mucho a la regin en el desarrollo econmico y social de la ciudad, empleando la exportacin brindando fuentes de trabajo.

REFERENCIAS BILIOGRFICAS Aparicio Mijares F.J. (1998). Fundamentos de Hidrologa de Superficie.Ed Limusa.

Bureau of Reclamation. (1987). Diseo de bocatomas y desarenadores.

Chow, V.T., Maidment, D., Mays L. (1994). Hidrologa Aplicada., McGraw-Hill Interamericana S.A.

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