Diseño de obra Captación en río

Universidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de ingeniería

ERIS

Msc. Ing. Félix Aguilar

Inga. Mariela Yulissa Rodríguez García

Inga. Adriana Daniela Orozco Miranda

“Diseño de obra Captación en Río” PRIMER SEMESTRE 02/04/2013

DISEÑO OBRA DE CAPTACIÓN SUPERFICIAL

TALLER No. 1 - CAPTACIONES -

ABASTECIMIENTO DE AGUA EN POBLACIONES Y EDIFICACIONES

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Contenido

1. Periodo de Diseño ....................................................................................................... 4

2. Calculo de población futura......................................................................................... 4

3. Calculo de caudal de diseño ........................................................................................ 6

Caudal de población ................................................................................. 6

Caudal de industrial .................................................................................. 6

Caudal de hospital ................................................................................... 7

Calculo de caudal máximo diario .................................................................. 7

4. Diseño de bocatoma .................................................................................................... 8

Datos: ......................................................................................................... 9

Criterios para diseño de captación en rio: ......................................................... 9

Diseño de la captación ................................................................................. 10

1. Propuesta de Rejilla ............................................................................... 10

Pérdidas en la rejilla ............................................................................... 10

Aplicación de factor de seguridad (2-3) .................................................... 10

Caudal captado si el vertedero fuera libre (no sumergido) ............................. 11

Longitud efectiva rejilla ........................................................................... 11

Verificación de la longitud de varilla .......................................................... 12

Espaciamiento de varillas ......................................................................... 12

Numero de varillas ................................................................................. 12

2. Diseño de cámara de derivación ............................................................... 13

3. Diseño de línea de aducción .................................................................... 13

Calculo de caudal diseño ......................................................................... 13

Calculo de H de ubicación de orificio ........................................................ 13

Calculo de cota de tubería ...................................................................... 14

Cota de tubería salida a Desarenador ........................................................ 14




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INTRODUCCIÓN

La obras de captación son la clave más importante para suministrar agua a los

poblados, ya que de ella depende si la viabilidad de este tipo de proyectos, dentro de las

fuentes hay superficiales y subterráneas, dentro de las superficiales se tiene son los

manantiales, ríos.

La captación en un rio se realiza si se estima que la fuente es adecuada para el

consumo humano o que se suscite la posibilidad que sea el único medio de

abastecimiento de agua y que a través de un tratamiento pueda ser consumida, después

de esta aprobación se procede a realizar el diseño hidráulico de la captación la cual se

puede diseñar por varios métodos puede ser por medio de bocatomas laterales,

vertederos, bocatomas de fondo, y eso queda a criterio del diseñador. En este caso se

realizo una diseño de boca toma lateral, en donde se argumenta la posición de la misma

debido a los datos que se nos fueron proporcionados.

OBJETIVOS

1. Establecer parámetros de diseño en captaciones en ríos

2. Utilización de Normativas como fundamento del Diseño

3. Adquirir los conocimientos fundamentales para Diseñar una captación en un rio




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DATOS PRELIMINARES

Área urbana

Temperatura= 22 °C

Hospital con capacidad de 10 camas

Cervecería producción=

Sección N1 N2 N3 N4 No

A-A’ 99.10 99.40 101.00 101.50 98.70

B-B’ 98.70 99.00 100.50 101.20 98.00

C-C’ 96.50 97.00 98.00 98.40 95.30

DISEÑO DE OBRA DE CAPTACIÓN EN RIO

1. Periodo de Diseño

Basado en la sección 2.2.1 de la norma de EMPRESA MUNICIPAL DE AGUA DE LA

CIUDAD DE GUATEMALA (Dirección de planificación unidad de diseño de agua y

alcantarillado), se elige un periodo de diseño de 20 años.

2. Calculo de población futura

El método que se utilizó para el cálculo de población futura es el método

geométrico debido a que describe de mejor forma el comportamiento del crecimiento

poblacional en el país; suponiendo que la población urbana proporcionada se encuentra

dentro del mismo. En la norma de EMPRESA MUNICIPAL DE AGUA DE LA CIUDAD DE

GUATEMALA (Dirección de planificación unidad de diseño de agua y alcantarillado) que

es un reglamento destinado para áreas urbanas no especifica algún método, sin embargo

este método si es considerado en la Guía de Normas Sanitarias Para el diseño de

sistemas Rurales de abastecimiento de agua para el consumo humano (INFOM-

UNEPAR), respaldando el criterio aplicado para este diseño.




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Método Geométrico

Determinación de población futura

Determinación de tasa poblacional (ciudad de Guatemala)

Año Población

2007 2, 937,307 habitantes

2008 2,994,047 habitantes

2009 3,049, 601 habitantes

2010 3,103, 685 habitantes

FUENTE: INE, Censo Poblacional 2002 y Proyecciones de Población con base en el Censo

2002

Periodo 2007-2008

Periodo 2008-2009

Periodo 2009-2010




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Se estima un promedio de la tasa de crecimiento poblacional

Periodo de diseño= 20 años

Tu=2013

Tf = 2033

Pu= 5,000 hab

3. Calculo de caudal de diseño

Caudal de población

Dotación = 150 l/hab*día, se asume este valor debido a que no se cuenta con datos

de la zona solo la población y ubicando la zona como un promedio es decir una zona

domiciliar R4= 160-180 m2 por lote. Fuente (tabla N.2, sección y 2.2.3 EMPRESA

MUNICIPAL DE AGUA DE LA CIUDAD DE GUATEMALA (Dirección de planificación unidad

de diseño de agua y alcantarillado).

Consumo medio de la población en un año (cmd)

cmd = habitantes * Dotación = habitantes * litros /(habitantes * día) * 1 día / 86,400

segundos

Caudal de industrial

Se está considerando solo el caudal de la Cervecería en cuanto a producción,

debido a que no se cuenta con la información para estimar el caudal de las personas que

laboran en la empresa.




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Caudal de hospital

Según la sección 2.2.3.3 de la norma EMPRESA MUNICIPAL DE AGUA DE LA CIUDAD DE

GUATEMALA (Dirección de planificación unidad de diseño de agua y alcantarillado)

estipula:

Hospitales y clínica 600 Lts/día-cama

Hospital tiene capacidad de 10 camas

CAUDAL TOTAL

Calculo de caudal máximo diario

Para áreas urbanas no se considera un factor de día máximo, pero por seguridad se

considera un gasto mayor.

CMD = cmd * FDM (FDM = Factor día máximo)

FDM Para población futura > 1000 habitantes 1.2

Fuente: inciso C, sección 4.3.1 (Guía de Normas Sanitarias Para el diseño de sistemas

Rurales de abastecimiento de agua para el consumo humano, INFOM- MSPAS)




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4. Diseño de bocatoma

Figura 1. Planta y secciones del río.

Figura 2. Perfil del río.

Figura 3. Niveles en perfil del río.




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Datos:

Ancho de rio. 2.50 metros

Pendiente: moderada

Cota fondo del río: 98.00 metros

Nivel de aguas mínimas. 98.70 metros

Nivel de aguas máximas: 101.20 metros

Caudal mínimo: 200 l/s

Caudal máximo: 600 l/s

Criterios para diseño de captación en rio:

1. Se ha escogido la sección “B” para una captación lateral en rio por las siguientes

razones:

a. Según los datos proporcionados, y bajo un estudio detallado se determino que

en el punto B se tienen velocidades menores que en el punto C, debido a que la

diferencia de cotas entre su punto inicial y su punto final no es tan grande como

el tramo continuo el cual pertenece al punto C.

b. El punto B es el que mejor se adapta a las condiciones de la captación debido a

que posee menor curvatura que el punto A y B, eligiendo el borde exterior por

comodidad a la captación del flujo y tomando en cuenta que no se tiene un dato

de la ubicación de la captación.

c. Hay menor posibilidad de azolvamiento debido a que la velocidad que se genera

en el tramo continuo es mayor, así mismo menor posibilidad de socavamiento

debido a que la velocidad de llegada no es tan fuerte como la de salida.

2. El caudal a captar:

a. Se captara un caudal igual a 4 veces el caudal máximo diario con nivel mínimo, a

fin de dar un margen de seguridad. (según sección 6.1.1 de Guía de Normas

Sanitarias Para el diseño de sistemas Rurales de abastecimiento de agua para

el consumo humano, (INFOM-MSPAS).




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Diseño de la captación

1. Propuesta de Rejilla

Espaciamiento rejilla ambos sentidos = 1pulg

Diámetro de varillas = 1 pulg

Angulo de rejilla = 60° con la horizontal y a favor de la corriente del rio.

Velocidad de aproximación= 0.60 m/s, según sección 2.4 inciso b, parámetros generales

”Acueductos Teor a y Diseño Freddy Corcho”.

Pérdidas en la rejilla

H = perdida de carga en m

W = espesor de la barra en m

V = velocidad en aproximación en m/s (0.60 m/s)

(hv) = carga de velocidad en m (v2/2g)

θ = ángulo de la varilla con la horizontal

(b)= profundidad de la varilla

Formula de Kinhmmer

Aplicación de factor de seguridad (2-3)

La finalidad de esta factor toma en cuenta la pérdida de carga (m) del agua que

pasa por la rejilla debido al área que se reduce por las barras que la conforman:

Asumiendo una carga de h1 = 0.20 metros se tiene que el nivel de agua dentro de la

caja de derivación h2 = H- h1 = 0.20m - 0.06m = 0.14 m por encima del vertedero.




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Caudal captado si el vertedero fuera libre (no sumergido)

Asumiendo que el vertedero trabaja sumergido, se utiliza la formula de Villamonte

Donde:

Q= caudal que se requiere captar

Q1= caudal captado si el vertedero fuera libre (no sumergido)

S= sumergencia

n.= exponente en la formula como vertedero libre=1.5

El caudal que la bocatoma requiere captar es 60.8050 l/s

Se despeja de la formula de Villamonte para hallar el caudal captado si el vertedero fuera

libre

Longitud efectiva rejilla

De la formula de vertederos de pared delgada y flujo libre se busca la longitud

efectiva de la rejilla Le.

Espaciamiento de varillas

Numero de varillas




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Verificación de la longitud de varilla

Mediante formula de Engels para casos de flujo sub-critico.

Donde:

Q = caudal captado en m3/s

Le= longitud efectiva en m

H=carga sobre la cresta en m

Despejando para hallar la longitud efectiva

La diferencia entre la longitud efectiva calculada con la formula de vertederos de pared

delgada y la formula de Engels no es representativa por lo cual se tomara un promedio de

las longitudes efectivas y se trabajara con un nuevo espaciamiento, se considero 4 veces

el caudal máximo diario.

Espaciamiento de varillas

Numero de varillas

Cuando se producen varios niveles diferentes al mínimo, la caja de derivación rebosara

pero el caudal a pasar por el Desarenador es controlado por medio de un vertedero de

excesos, dispuesto en el mismo Desarenador.

Calculo de vertedero de excesos

Cota nivel mínimo del rio= 98.70 metros

Cota de cresta de vertedero de bocatoma= 98.70m - 0.20m= 98.50 metros




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2. Diseño de cámara de derivación

La propuesta de la cámara de derivación es de 1.00 * 2.50 m, tomando en cuenta la

limpieza y mantenimiento.

Cota nivel mínimo del agua en la cámara de derivación= Nivel min rio – perdidas en la reja.

Cota nivel mínimo Cámara derivación = 98.70 m – 0.06 m = 98.64 m

3. Diseño de línea de aducción

Se diseña con un orificio sumergido, suponiendo que el Desarenador se colocara cerca de

la bocatoma.

Calculo de caudal diseño

CMD= 15.20 l/s

ñ

ñ

Calculo de H de ubicación de orificio

ñ

Donde:

C= coeficiente de descarga =0.61

A= área de tubería= Ø asumido 6” y su A=0.018m2

Q diseño= 30.40 l/s ≈ 0.0304 m3/s

ñ

Se prueba con un diámetro de 8” A=0.032 m2




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ñ

Se decide utilizar el diámetro de 8” para la tubería de aducción

Calculo de cota de tubería

Cota eje de tubería= Cota nivel mínimo Cámara derivación - H

Cota eje de tubería= 98.64 m – 0.12 m = 98.52 m

Cota de tubería salida a Desarenador

Cota de salida D = cota eje de tubería – Ø/2

Cota de salida D = 98.52m – (0.2032)/2 = 98.4184 m




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CONCLUSIONES

1. Durante el proceso de diseño fueron tomados varios parámetros de mucha

importancia, los cuales toman en cuenta el comportamiento que se pueda

presentar favorable o desfavorablemente. Estos parámetros prevén que la obra

desempeñe un funcionamiento eficiente ante fenómenos que se puedan

presentar, como lo es el caso de las crecidas que para las cuales se tomo en cuenta

el dato del nivel máximo proporcionado, así como también el nivel mínimo que es

importante para controlar el caudal a suministrar durante épocas de verano.

2. Para el desarrollo del diseño, fueron consultadas las normativas para

poblaciones urbanas, sin embargo también se utilizó lo expuesto en la normativa

para poblaciones rurales debido a la falta de información que se tenía en la

normativa anterior. El uso de las normativas en apoyo con el criterio adquirido

para diseñar dio como resultado la mejor solución para este diseño.

3. El diseño de una captación superficial puede llegar a ser complejo en su

desarrollo, puesto que para realizarlo según el criterio y la necesidad puede varía

para adaptarse de la manera más eficiente. Los conocimientos fundamentales

para su diseño deben englobar las condiciones con las que se van a trabajar y el

sistema que se empleará. En el caso del diseño presentado, se optó por una

bocatoma lateral por el caudal a suministrar que en base a la población es

moderado; esto también en base a las condiciones físicas que presenta el río para

su ubicación.




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REFERENCIAS

Bibliográficas:

1. CAPTACIÓN. Acueductos Teoría y Diseño. Freddy Corcho y José Ignacio Duque.

Sello editorial: Universidad de Medellín. ISBN: 958-97681-1-3

2. Guía de Normas Sanitarias Para el diseño de sistemas Rurales de abastecimiento

de agua para el consumo humano, INFOM-MSPAS)

3. REGLAMENTO PARA PRESENTACIÓN DE PROYECTOS DE AGUA POTABLE.

EMPRESA MUNICIPAL DE AGUA DE LA CIUDAD DE GUATEMALA (Dirección de

planificación unidad de diseño de agua y alcantarillado).

Electrónicas:

4. DEMOGRAFÍA. Invest in Guatemala. Copyright Invest in Guatemala -

PRONACOM. © 2008. Disponible en:

http://www.investinguatemala.org/index.php?option=com_content&task=view&i

d=13&Itemid=15

Diseño de obra Captación en río

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