CAPTACION CON REJILLA DE FONDO
Captacin: La captacin de agua de lluvia es un medio fcil de
obtener agua para consumo humano y/o uso agrcola.
2012RUBEN D CADMEUNIVERSIDAD CATOLICA AZOGUES17/04/12
DISEO DE CAPTACIN REJILLA DE FONDO AL RIO
INDICE
1.INTRODUCCION72.OBJETIVOS73.ESTUDIOS BSICOS84.ESPECIFICACIONES
TCNICAS PARA EL DISEO DE CAPTACIONES DE AGUA84.1 DEFINICIONES84.2
REQUISITOS PREVIOS95.OBRAS CIVILES E HIDRULICAS105.1 CAPTACION CON
REJILLA DE FONDO105.2 DISEO DEL AZUD:115.3 DESARENADOR145.3.1
GENERALIDADES:155.3.2 DESAREDORES DE LAVADO INTERMITENTE165.3.3
Diseo Del Desarenador:176.CALCULOS Y PLANOS217.OBRAS DE
CONDUCCION217.1 DEFINICION:217.2 OBRAS ESPECIALES EN CANALES217.3
CRUZES DE QUEBRADAS Y DE PRESIONES227.4 ACUEDUCTOS227.5
RELLENOS227.6 SIFONES228.CONCLUSIONES22
CAPTACION CON REJILLA DE FONDO
1. INTRODUCCION
A travs de la historia, el hombre ha necesitado de un suministro
adecuado de agua para su alimentacin, seguridad y bienestar. El
agua es una necesidad universal y es el principal factor limitante
para la existencia de la vida humana.
Ahora en el siglo XXI el recurso mas importante del ser humano
el agua se esta escaseando, el efecto de la escases es global,
siendo esta la principal causa que un 15% de la poblacin mundial
este muriendo.
Nuestro planeta tierra ha venido perdiendo el equilibrio entre
la cantidad de aguas utilizables y la demanda; hasta el equilibrio
entre el ecosistema y nuestra capacidad de coexistir con la
naturaleza.
La disminucin de las reservas de aguas subterrneas, la
contaminacin de las aguas y el deterioro general de los recursos
hdricos, esta llevando a la disminucin de la diversidad de especies
vinculadas con el agua y un aumento en el nmero de especies en
grave peligro de extincin alrededor del mundo.
2. OBJETIVOS
Analizar los conocimientos adquiridos en el aula.
Dar informacin bsica para la captura de agua de lluvia como
alternativa para afrontar la escasez del recurso
Mejorar la cultura en el manejo del agua
El objetivo de este estudio es plantear la captacin de agua como
una alternativa para la escasez de agua en el planeta, y
principalmente en Guapan, as como mostrarlo como una alternativa
sencilla para su uso cotidiano en una casa.
3. ESTUDIOS BSICOS
La captacin a disear es en una zona de clima templado y posee
una poblacin de 50000 habitantes con una dotacin diaria de 180
litros-habitante-da.
Periodo de diseo de 20 aos
La tasa de crecimiento es de 2 %.
La visita a la captacin en Guapan tiene las siguientes
caractersticas: Captacin en rio pequeo Conduccin por gravedad
Desarenador para la sedimentacin de las partculas del agua
4. ESPECIFICACIONES TCNICAS PARA EL DISEO DE CAPTACIONES DE
AGUA
4.1 DEFINICIONES
Obra De Captacin: Consiste en una estructura colocada
directamente en la fuente, a fin de captar el gasto deseado y
conducirlo a la lnea de aduccin.
Represa De Nivel: Obra ejecutada en un curso de agua para elevar
el nivel del curso superficial a una cota predeterminada
Enrocamiento: Represamiento de nivel constituido de bloques de
roca, colocados en el curso de agua.
4.2 REQUISITOS PREVIOS
Calidad Del Agua
Deber determinarse la calidad fsica, qumica y bacteriolgica de
la fuente y los parmetros bsicos de anlisis de agua que se
recomienda determinar.
Debe identificarse los puntos de contaminacin de la fuente aguas
arriba, del posible emplazamiento de la captacin y evaluarse el
impacto que originan en la calidad del agua que se abastecer a la
poblacin.
Se deben desechar las fuentes superficiales cuyas caractersticas
pongan en riesgo la calidad del agua abastecida a la poblacin e
incrementen los costos de tratamiento.
Cantidad De Agua
Deber obtenerse registros de escorrenta de la cuenca en estudio;
y a falta de ellos, datos referentes a cuencas prximas y semejantes
para estudios de correlacin entre ellas. Del examen de estos
registros se debern determinar los valores de caudal mximo, mnimo y
medio de la fuente.
Se deber complementar esta informacin con mediciones de caudal o
aforos de la fuente, al menos dos veces en diferentes pocas del ao.
Un aforo imprescindiblemente en poca de estiaje y otros
complementarios, dependiendo del tipo de fuente y el tipo de obra
de toma seleccionada.
Deben ser cuidadosamente investigadas las fluctuaciones de nivel
de las masas de agua para evitar problemas relacionados con los
niveles mnimos que aseguren la captacin y de los mximos para que no
peligre la estabilidad de las obras.
En el caso que no existan datos suficientes sobre la escorrenta
del curso, la informacin de los ribereos respecto a los ciclos de
sequas extremas, puede ser de gran utilidad.
Estudios Complementarios
Es tambin importante el conocimiento de otras caractersticas del
ro, que incidirn en el diseo de la obra de captacin, tales como
contenido normal de arena, arrastre de sedimentos durante las
crecidas, magnitud del material de arrastre, etc.
Esta informacin ser til para la seleccin del dispositivo de
captacin ms aconsejable, en funcin del grado y tipo de material
arrastrado, la magnitud de las fuerzas de empuje e impacto sobre
las estructuras y las previsiones en cuanto al material a utilizar
en su construccin, para evitar daos mayores a las mismas.
5. OBRAS CIVILES E HIDRULICAS
El diseo hidrulico del proyecto de captacin, desarenador,
conduccin est formado por una conduccin a presin y conduce las
aguas desde el tanque de carga hasta una planta de tratamiento para
despus distribuirlas a las comunidades especficas.
Las principales obras del proyecto hidrulico es el estudio,
calculo y diseo de:
Captacin con rejilla de fondo.
Desarenador.
Conduccin del agua.
5.1 CAPTACION CON REJILLA DE FONDO
Descripcin:
Los ros de montaas o torrentes tienen las siguientes
caractersticas
1.- Pendientes longitudinales fuertes que pueden llegar al 10% o
a veces ms.
2.- Crecientes sbitas causadas por aguaceros de corta duracin y
que llegan gran cantidad de piedras. 3.- Grandes variaciones
diarias de caudal cuando provienen de nevados.
4.- Pequeo continente de sedimentos finos y agua relativamente
limpia en estiaje.
Por lo tanto las obras de toma convencionales tienen las
siguientes desventajas:
1.- El azud debe estar levantado acierta altura sobre el fondo
del ro para poder captar el agua, y como consecuencias son
necesarias obras de disipacin de energa que son bastante
costosas.
2.-La compuerta de purga tiene una eficiencia baja y siempre
algunas piedras quedan en la reja. Si no hay mantenimiento
constante y cuidadoso, los sedimentos comienzan a tapar la reja con
los consiguientes perjuicios para la captacin
Consiste, en una rejilla fina de fondo ubicada horizontalmente,
o con pequea inclinacin sobre una galera hecha en el cuerpo del
azud y que conecta con el canal.
5.2 DISEO DEL AZUD:
Para el diseo del azud el Qmin tiene que ser mayor al Q diseo
donde de la formula de Bazin obtenemos un M constante igual a 1.84
donde y el ancho del azud suponemos de 3 metros:
Donde despejamos H para obtener la altura del ro sobre el
azud.
Longitud corregida del ancho del azud:
Donde n es la contraccin de lado y lado igual a 2.
Calculo de la velocidad del ro que pasa por el azud:
Para el clculo de la velocidad del ro debemos estar en el
intervalo hidrulico de diseo que es:
(0.3 < Vr < 3 m/seg)
Diseo del canal de aduccin:
B= Xs+0.1
Xs= alcance del filo superior del chorro de agua.Xi = alcance
del filo inferior del chorro de agua.B = ancho del canal de aduccin
mnimo 40cm.Lr = longitud de la rejilla mnimo 70cm.
Diseo de la rejilla:
Para el diseo de la rejilla debemos imponernos valores de:
a= ancho del espacio libre de la rejilla= 0.05b= ancho de los
barrotes= 0.0191K= 0.9Vb = velocidad a travs de los barrotes mximo
de 0.2m/seg
Despejamos Lr para obtener la longitud de la rejilla con un
mnimo de 70cm.
Calculamos el rea neta con el valor de Lr:
Despejando N= nmero de espacios en la rejilla:
Correccin de Lr y del rea neta:
Velocidad a travs de la rejilla:
Niveles de agua en el canal de aduccin:
Para el canal de aduccin consideramos un ancho de muro de 0.3m y
un borde libre B.L=0.15m, la gravedad de 9.81m/seg2, una pendiente
del fondo del canal del 3%.
Lc = Lr + ancho del muro
ho= profundidad de aguas arriba.he= profundidad de aguas
abajo.hc= profundidad de agua critica.
Ancho de la caja de recoleccin:
Para el clculo de la caja de recoleccin se deber calcular
primero la velocidad de entrada:
Cumple la condicin de (0.3< Ve < 3m/seg)
B caja = Xs + 0.3
Diseo del desage para el caudal de excesos:
Para el diseo del canal para excesos necesitamos los siguientes
caudales:Q Max.Q min.Q diseo Q mdio
Despejamos H para hallar la altura de agua en crescida.
Despejamos H para hallar La altura de gua media.
Calculo Del caudal de excesos:
Qexc = Qcapt.m Qdiseo
5.3 DESARENADOR
5.3.1 GENERALIDADES:
Se llaman desarenador a una obra hidrulica que sirve para
separar y remover despus, el material slido que lleva el agua de un
canal.
Los desarenado res cumplen una funcin muy importante y por esto,
salvo casos especiales de aguas muy limpias, debe considerarle como
obras indispensables dentro de los proyectos de utilizacin de
recursos hidrulicos.
En la mayora de las obras de toma la velocidad de entrar es lo
suficientemente grande para arrastrar partculas slidas.
Esto ocurre espacialmente en tiempo de creciente cuando puedan
entrar al canal grandes cantidades de sedimentos.
Se ha observado que durante las crecientes la cantidad de slidos
en los ros de montaa puede llegar a ser de 4% al 6% en volumen del
caudal y del 0,2% -1,0% en los ros de llanura.
La captacin de arena ocasiona perjuicios a las obras entre las
cuales los principales son:
1.- Una gran parte del material slido va depositndose en el
fondo de los canales disminuyendo su seccin. Con el tiempo la
capacidad de la seccin puede disminuir tanto que el agua desbordara
por los aliviadores.
2.- La sedimentacin de las partculas espacialmente intensa en
los tanques de presin y en los reservorios de regulacin diaria
debido a la velocidad baja existente en estas estructuras.
3.- En canales que sirven a las plantas hidroelctricas la arena
arrastrada por el agua pasa a las turbinas desgastndolas tanto ms
rpidamente cuanto mayor es la velocidad.
As se ha observado que en muchas plantas ha sido necesario
reparar las turbinas 3 o 4 veces al ao y que el rendimiento
disminuye en 10-50 % en periodos tan cortos como tres
meses.Construyen desarenado res se han demostrado que aumenta de 5
a 6 veces la duracin de las turbinas.
5.3.2 DESAREDORES DE LAVADO INTERMITENTE
DESCRIPCIN:
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 de agua.Para cumplir su funcin el desarenador se compone de
los siguientes elementos.
1.- Una transicin de entrada que une el canal con el
desarenador. La transicin debe ser echa lo mejor posible pues la
eficiencia de la sedimentacin depende de la uniformidad de la
velocidad en la seccin transversal.
2.- La Cmara de sedimentacin propia mente dicha y en la cual las
partculas slidas caen al fondo debido a la disminucin de la
velocidad producida por el aumento de seccin.
Se ah visto que con velocidades medias superiores a 0.5 m/s. los
granos de arena no pueden detenerse en una superficie lisa como lo
es el fondo de un desarenador.
De acuerdo a lo anterior la seccin transversal de un desarenador
se disea para velocidades que varan entre 0,1m/s, y 0,4m/s. la
profunda media vara entre 1,5 y 4m.
La forma puede ser rectangular o trapezoidal simple o
compuesta.
Al final de la cmara se construye un verdadero sobre el cual
pasa el agua limpia hacia el canal las capas superiores son las que
primero se limpian hacia el canal. Las capas superiores son las que
primero se limpian y 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 libre.
Tambin mientras ms pequeas 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=1m/s.
Tomando en cuenta que el valor de M vara generalmente entre 1.8
y 2 podemos concluir que el mximo valor de H no debera pasar de
25cms.
Esta es una forma preferible de a aquella que dice que la lamina
vertiente del verdadero debe ser menor que la mitad del calado de
llegada.
Casi siempre el ancho de la cmara del desarenador no es
suficiente para construir el verdadero recto y perpendicularmente a
la direccin del agua.
3.- La compuerta de lavado, por la cual se desalojan los
materiales depositados en el fondo. Para facilitar el movimiento de
las arenas hacia la compuerta, al fondo del desarenador
generalmente se le da una gradiente fuerte del 2 al 6 %. El
incremento de profundidad obtenido por el efecto de esta gradiente
no se incluye en el calado del clculo, si no que el volumen
adicional obtenido se le toma como deposito paras las arenas
sedimentadas entre dos lavados sucesivos.
Es necesario hacer un estudio de la cantidad y tamao de
sedimentos que trae el agua para asegurar una adecuada capacidad
del desarenador y no necesitar lavarlo con demasiada
frecuencia.
Para lavar una cmara del desarenador se cierran las compuertas
de admisin y se abren las de lavado con lo que el agua sale con
gran velocidad arrastrando la mayor parte de los 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 abren parcialmente las compuertas de admisin y el
agua que entra circula con gran velocidad sobre los sedimentos que
han quedado erosionndolas completando el lavado.
4.- Canal directo por el cual se da servicio mientras se esta
lavando el desarenador. El lavado se efecta generalmente en un
tiempo corto pero por 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 ala entrada se colocan dos compuertas una de entrada al
desarenador y otra al canal directo.
5.3.3 Diseo Del Desarenador:
Los desarenado res se disean para un determinado dimetro de
partculas es decir que se suponen que todas las partculas de
dimetro superior al escogido deben depositarse.
La teora de la desarenacion se basa en la composicin de
velocidades. Una partcula slida situada a una altura h sobre el
fondo, bajo la influencia de la fuerza de gravedad cae con una
velocidad w que puede calcularse con la ecuacin de Stokes. La
partcula llegara al fondo despus de un tiempo.
T = h/w
La misma partcula tiene una velocidad horizontal V que en el
tiempo T la arrastra una longitud L igualando los tiempos y
asumiendo que la partcula est en la superficie o sea que h es el
calado de la cmara de sedimentacin.
Velocidad de sedimentacin:
La velocidad de sedimentacin esta basada por la formula de Hazen
y Stokes:
Suponemos para el diseo una altura de 1.2 m.
Donde:
Tiempo que tarda la partcula crtica en ser removida:
Visto en tablas.Despejando t obtenemos:
Despejando tenemos:
Periodo de retencin hidrulica:Es el tiempo en que una gota de
agua demora en entrar y salir del desarenador dentro de un
intervalo de tiempo (0.3h < 0 < 4 h)
rea superficial del desarenador:
As.H
Carga hidrulica superficial:
La carga hidrulica superficial debe ser igual a la velocidad de
sedimentacin y viene en unidades de que debe estar dentro de 15 y
80.
Partcula a sedimentar con respecto al rea calculada:
Despejamos d:
Calculo de la velocidad horizontal:
Calculo de la velocidad horizontal mxima:
Cumple que la Vh max es mayor a Vh.
Calculo de la velocidad de arrastre:
Cumple que Vh tiene que ser menor a Vr.
Calculo del vertedero de salida:
Velocidad en la caja de recoleccin:
Ancho de la caja de recoleccin:
Caja de entrada al desarenador:
Q excesos = Q mximo Q diseo
Altura del chorro del vertedero de excesos:
Velocidad del chorro en el vertedero de excesos:
Cumple con la condicin de (0.3< v < 3m/seg.)Ancho del
vertedero de excesos:
6. CALCULOS Y PLANOSRevisar clculos en el Cd
7. OBRAS DE CONDUCCION
7.1 DEFINICION:
El agua captada por las obras de toma debe ser conducida hasta
el sitio de su utilizacin y esto se hace por medio de canales
abiertos o de tuberas forzadas. A excepcin de las tuberas de presin
que llevan el agua alas turbinas de una planta hidroelctrica , se
va a tratar solamente de canales abiertos pues los tneles a presin
y las tuberas que sirven para abastecimiento de agua no son materia
de este curso.
7.2 OBRAS ESPECIALES EN CANALES
Cuan se proyecta un canal hay que prever la necesidad de una
serie de obras auxiliares que sirve para protegerlo, para cruzar
depresiones y para facilidad o seguridad de la gente, que vive en
la cercana.Entre las primeras tenemos los aliviaderos, las cunetas
de coronacin y los pasos de agua.Entre las segundas tenemos los
rellenos, acueductos y sifones.Entre las terceras estn los puentes,
los pasos para peatones y las cercas.
7.3 CRUZES DE QUEBRADAS Y DE PRESIONES
Muchas veces un canal se encuentran en un camino con una
depresin que debe cruzar a veces es posible mover toda la alineacin
hacia arriba o subir con el canal por el cause de la quebrada para
pasar por debajo de esta con una alcantarilla o tnel o disminuir el
tamao de la obra aun que a veces resulta muy difcil por las
excavaciones o de las grandes quebradas en lo que este caso es
necesario cruzar la quebrada con una obra especial que puede ser un
acueducto, relleno o un sifn.
7.4 ACUEDUCTOS
Son puentes de hormign armado y menos usual de mampostera de
piedra, hierro o madera que conducen el agua sobre la depresin en
lo que algunas veces se aprovecha el puente para paso de vehculos o
peatones.Normalmente hasta 10 o 15 metros se usan acueductos en
forma de vigas rectas sobre pilas en donde si las pilas son muy
altas los acueductos son en forma de arcos y el clculo es netamente
estructural igual a un puente.
7.5 RELLENOS
Un relleno consiste en una estructura de tierra compactada hecha
con materiales locales que cierra la seccin de la quebrada elevando
el nivel del terreno en este sitio hasta el nivel del canal. El
relleno tiene el mismo diseo y forma de construccin que una presa
de tierra con la diferencia que no debe almacenar agua ni quedar
sumergida
7.6 SIFONES
Los sifones son tuberas que bajan hasta el fondo de la depresin
siguiendo los taludes de la misma, dependiendo de la altura entre
la parte alta y el fondo del sifn y por lo tanto de la presin que
soporta los sifones pueden ser tuberas de un solo dimetro o pueden
tener los dimetros de creciente hacia bajo. Esto se hace por
economa, pues un dimetro menor es capaz de soportar una presin
menor sin necesidad de aumentar el espesor de las paredes.
8. CONCLUSIONES
La aparente abundancia del agua en el mundo ha dado la impresin,
en el pasado, de que se trataba de un bien inagotable. Era tambin
el ms barato. En la mayor parte de regiones el agua era gratuita.
Todo ello ha conducido al hombre a derrocharla.
Pero si bien ahora sabemos que eso no es posible, por lo que se
necesita la participacin de los miembros de la sociedad para que
desde cada una de sus actividades: en el hogar, en el trabajo, en
la escuela, en la comunidad, en las reas de recreacin, consideren
el valor del agua haciendo uso eficiente del recurso y cuidando de
no regresarla tan contaminada para preservar la calidad de las
reservas naturales del agua. Recapitulando; el sistema de captacin
de agua de lluvia consta de varios procesos: los cuales representan
una solucin local. rea de captacin Sistema de administracin
Desarenador Conduccin Este sistema de aprovechamiento del agua es
una alternativa viable para abastecer en cantidad y calidad a las
numerosas poblaciones marginales de la zona que sufren la carencia
de agua. Los materiales, costos y caractersticas de cada componente
varan, por lo que se debe de considerar y seleccionar de acuerdo
con las necesidades de cada comunidad.
