BOCATOMA[2][1]

JENNY PAOLA CELIS RUIZ COD 11000 1606, TATIANA CRUZ COD 11000 1609, MAURICIO DUARTE COD 110001610, VI SEMESTRE DE INGENIERIA AGRONOMICA, UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS (COLOMBIA), INGENIERO

CRISTOBAL LUGO, CURSO HIDRAULICA

BOCATOMA

ABSTRACThis document appears, with the objective to identify function, of bocatoma, the design, purpose and the characteristics that are needed for the planning of their manufacture, followed of the pertinent analyses of the land where establishes the work, topography, type of ground, conditions of the hydric source etc. Este documento brinda al futuro ingeniero agrónomo los argumentos necesarios para desempeñarse de forma eficaz y precisa al momento de ejecutar un proyecto de riego entre otros, con este sistema hidráulico como requisito

RESUMENEste documento se presenta, con el objetivo de identificar función, de la bocatoma, el diseño, finalidad y las características que se necesitan para el planeamiento de su fabricación, seguidas de los análisis pertinentes del terreno donde se establece la obra, c topografía, tipo de suelo, condiciones de la fuente hídrica etc. Este documento brinda al futuro ingeniero agrónomo los argumentos necesarios para desempeñarse de forma eficaz y precisa al momento de ejecutar un proyecto de riego entre otros, con este sistema hidráulico como requisito

DEFINICION:

Una bocatoma, o captación, es una estructura hidráulica destinada a derivar desde un curso de agua, río, 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 específico, como pueden ser abastecimiento de agua potable, riego, generación de energía eléctrica, acuicultura, enfriamiento de instalaciones industriales, etc.2

CONSTITUIDA POR: ORGANO DE CIERRE: Eleva las aguas de manera de permitir el desvío

de los volúmenes de agua requeridos. ESTRUCTURA DE CONTROL: Regulación del ingreso de aguas a la

obra de conducción. ESTRUCTURA DE LIMPIEZA: Evacuar los sedimentos que se

acumulan. ESTRUCTURAS DE SEGURIDAD: Evacuación de las aguas que

superan los volúmenes requeridos por el sistema receptor.

ESTRUCTURAS COMPUESTAS POR LOS SIGUIENTES ELEMENTOS: Compuertas

1- Hppt\ www.hidraulicas. Pdf.- Adobe Acrobat Professional.2- Hppt\ www.La20%bocatomas.pdf. - Adobe Acrobat Professional.3- Hppt\ www.ficunsapachari2.pdf.- Adobe Acrobat Professional.4- Hppt\www.INTRODUCCION%20TOMAS%20CAPTACION.pdf.-AdobeAcrobat Professional

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http://es.wikipedia.org/wiki/Acuicultura

http://es.wikipedia.org/wiki/Generaci%C3%B3n_de_energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Riego

http://es.wikipedia.org/wiki/Agua_potable

http://es.wikipedia.org/wiki/Lago

http://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(ingenier%C3%ADa)

http://es.wikipedia.org/wiki/Arroyo

http://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo

http://es.wikipedia.org/wiki/Obra_hidr%C3%A1ulica



Canales Vertederos Dispositivo de medición Rejas Desarenador

En general el diseño de la obra de toma debe considerar los siguientes aspectos:- No debe generar perturbaciones excesivas.- No debe generar choques excesivos sobre las paredes de las estructuras.- No debe generar cambios bruscos en la dirección general de escurrimiento. - Debe devolver las aguas en exceso al río sin originar solicitaciones que excedan las que puede resistir el medio físico.- Debe permitir una transición gradual del flujo desde el curso natural hacia la bocatoma.2

La obra de toma adquirirá una conformación según la naturaleza del recurso que se pretende utilizar. En general se pueden considerar tres tipos2:

Recurso superficial Recurso subsuperficial

Recurso subterráneo.

Y según la ubicación de la captación se clasifican en:

De derivación directa. Frontal

En solera

Tipo Tirol

Caucásico

Como una forma de iniciación en el tema del planeamiento de una obra de toma se considera los siete temas de análisis siguientes:

Comportamiento hidrológico Aspectos de hidráulica fluvial Transporte sólido Selección del tipo de toma Microlocalización de la obra de toma Geometría de la bocatoma, y condiciones particulares de operación y

mantenimiento2


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CONDICIONES DE DISEÑO

Son varias las condiciones generales de diseño que debe cumplir una bocatoma, cualquiera que sea su tipo o características. Entre las principales están las siguientes1:

Asegurar la derivación permanente del caudal de diseño y de los caudales menores que sean requeridos.

Proveer un sistema para dejar pasar la Avenida de Diseño, que tiene gran cantidad de sólidos y material flotante.

Captar el mínimo de sólidos y disponer de medios apropiados para su evacuación.

Estar ubicada en un lugar que presente condiciones favorables desde el punto de vista estructural y constructivo.

Conservar aguas abajo suficiente capacidad de transporte para evitar sedimentación.

Tener un costo razonable

Consideraciones hidráulicas

Consideremos un sector de un curso de agua, en el cual se quiere aplicar una obra de toma1:Hidráulicamente, se presenta: - Derivación del caudal de toma (Qa = Qo - Qu)- Modificación de la dirección de flujo (0o < < 180o)Además la derivación puede ser:- De superficie libre- Sumergida

EJEMPLO:

BOCATOMA DE DERIVACION SUPERFICIAL

DERIVACION SUPERFICIAL


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Figura 1 - Esquema de una obra de toma superficial

Figura 2 - Toma a superficie librePara una sección rectangular, en forma general, puede ser expresada por medio de la expresión de Marchese G. Poleni3

(1)

Donde:c: Coeficiente de flujo sumergido: Coeficiente de descargaEl coeficiente de descarga es función principalmente de la forma del coronamiento del azud (presa), así como de otros factores como: condiciones del acercamiento del flujo, contracciones y rugosidad. Está demás indicar que este coeficiente depende del caudal, por lo que no es constante; sin embargo se considera constante por razones de facilidad de cálculo. En último término, este coeficiente representa la eficiencia del azud3. El factor de corrección c, considera el efecto del flujo aguas abajo en los casos en los que el nivel de aguas de este sector supera el nivel de coronamiento del azud (flujo sumergido).Schmidt resume los valores de c en el la Figura 3.


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El gráfico muestra el coeficiente c en función del cociente ha/h donde ha es la diferencia entre el nivel de coronamiento del azud y el nivel de flujo libre (tirante conjugado del tirante mínimo).

Para un ancho diferencial Ba en el punto (i) se puede expresar en forma aproximada3:

(2)El caudal total se obtiene de la sumatoria:

(3)Con las siguientes condiciones límites:h1 = h0 en correspondencia con el espejo de agua en el extremo inicial del azud.hn = hu en correspondencia con el espejo de agua en el extremo final del azud.

Figura 3 - Coeficiente de corrección C para flujo sumergido según Schmidt

Para la elección del tipo de obra de toma, considerando el movimiento de los sedimentos es necesario considerar los dos siguientes conceptos:

- Desviación de los sedimentos: Para este caso los estudios de investigación indican que el sedimento, a través de la aplicación de obras apropiadas (traviesas, muros guía, esclusas de fuga, canales de fuga), puede ser alejado de la toma con éxito, dependiendo del diseño de estas obras2.

- Conducción del sedimento: Con este método, se logra conducir las dos fases de flujo (flujo líquido y flujo sólido) a la toma y luego separar la fase sólida para su posterior evacuación2.

Para tal propósito podrá utilizarse sistemas de toma con doble solera y muros de separación horizontales.


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Además de lo indicado, debe considerarse la incorporación de obras hidráulicas (desgravadores y desarenadores) que permiten atrapar el sedimento para luego evacuarlos del sistema de aducción. Esta posibilidad no se enmarca dentro de los principios de captación de agua sin material de arrastre, sino que se mantiene como obra complementaria, dependiendo de la calidad del agua2.

EN BASE A ESTA FACTOR ENCONTRAMOS:

Obras de toma con canal de limpieza

En este caso se permite el ingreso de sedimento a la toma, el mismo que es evacuado posteriormente. La obra de toma se diseña de manera que se logre, a través de un sistema de limpieza, separar el sedimento del caudal líquido.

Figura 4- Obras de toma con desviadores y desfogueUna condición importante para el funcionamiento del sistema de limpieza es la diferencia de energía entre la entrada y la zona de evacuación del sedimento. Sobre esta base se deberá prever entre la entrada y la salida del material granular una zona de sedimentación temporal, la misma que deberá tener las condiciones suficientes para una rápida evacuación durante la limpieza3.

Obra de toma frontal

El principio de este tipo de obra de toma es lograr la captación de los caudales deseados sin la necesidad de cambiar bruscamente la dirección de flujo. El cambio de dirección se presenta después de la boca toma. La evacuación de los sedimentos se logra con ayuda de un separador horizontal, que aprovecha la disposición del flujo en dos fases agua-sedimento3.

Figura 5 - Obra de toma frontal con limpieza continúa


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A primera vista no existiría gran diferencia entre este tipo de toma y la toma por derivación superficial, sin embargo ambos principios son muy diferentes. En el primer caso, la toma se fundamenta en el aprovechamiento o generación de corrientes secundarias que por un lado ofrecen tirantes mayores para la derivación y por otro alejan los sedimentos de la zona de la bocatoma. En el caso de la toma frontal, se espera que el sedimento, en forma de acarreo, escurra cerca de la solera, por lo que no se evita la aparición de cualquier forma de corriente secundaria.

El acoplamiento de un azud en este tipo de toma es indispensable, por que de esta manera se podrá lograr, en la zona de movimiento de sedimentos, pendientes favorables a la evacuación de los mismos3.

OTRAS COMO:

Obras de toma en solera

Obra de toma tipo Tirol

El principio de este tipo de obra de toma radica en lograr la captación en la zona inferior de escurrimiento. Las condiciones naturales de flujo serán modificadas por medio de una cámara transversal de captación.Esta obra puede ser emplazada al mismo nivel de la solera a manera de un travesaño de fondo. Sobre la cámara de captación se emplazará una rejilla la misma que habilitará el ingreso de los caudales de captación y limitará el ingreso de sedimento. El material que logre ingresar a la cámara será posteriormente evacuado a través de una estructura de purga.La obra de toma en solera se denomina también azud de solera u obra de toma tipo Tirolés y puede ser empleada en cursos de agua con fuerte pendiente y sedimento compuesto por material grueso.

Figura 6 - Obras de toma en solera


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Conformado por: Cámara de captación. Canal de transición y canal de control Desarenador. Compuesta de limpieza

Obras de toma tipo Cáucaso

Numerosas cuencas de la región andina se encuentran en proceso de erosión, esta situación tiene como consecuencia la sobrecarga de sedimentos sobre los cursos naturales (ríos y quebradas), en un medio de permanente transformación, donde las condiciones de equilibrio o régimen no han sido alcanzadas. El régimen de escurrimiento superficial se manifiesta por marcadas épocas de crecidas y sequías. En las épocas de crecidas se presentan caudales importantes, desarrollándose los mayores procesos geomorfológicos, principalmente erosión, transporte de sedimentos y sedimentación. En época de estiaje o de sequía, los cursos naturales transportan caudales superficiales en muchos casos insignificantes.En razón a las condicionales aluviales de la solera, los caudales superficiales se manifiestan en mínima cantidad en unos casos y en otros prácticamente no existen. Sin embargo se comprueba que en el medio poroso que constituye la solera se desarrollan escurrimientos que podrían justificar su aprovechamiento. Bajo las anteriores consideraciones, se desarrolló en la ex Unión Soviética un tipo especial de obra de toma, denominada por Samarín como Obra de Tipo Cáucaso, apropiada para cursos de agua anchos, relativamente llanos y con flujo subsuperficial. Consiste en una cámara de captación con rejillas en la parte superior, ranuras en el muro aguas arriba y la base de la cámara; en estos últimos sectores el sistema cuenta además con un filtro4.

Figura 7 - Obra de toma Cáucaso modificado

La cámara recibe las aguas tanto superficiales como subsuperficiales ampliando el horizonte de captación, lo cual puede ser considerado en aducciones de agua potable y en algunos casos en sistemas hidroeléctricos, riego, etc.Entre las ventajas que además ofrece este sistema se puede mencionar que no altera en mayor grado las condiciones naturales de escurrimiento por cuanto el


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límite físico superior puede coincidir con el nivel de la solera. Este aspecto reviste verdadera importancia en el aprovechamiento de recursos hídricos de cursos aluviales en desequilibrio. Estos cursos de agua presentan enormes dificultades en la aplicación de obras de toma superficiales, por cuanto deben diseñarse obras de limpieza de sedimentos que muchas veces requieren dimensiones importantes y sistemas de regulación (compuertas) que pueden elevar el costo de las obras. Así mismo es una ventaja las diferentes posibilidades que ofrece la disposición de la cámara, la misma que no necesariamente debe cubrir todo el ancho del curso, el ángulo del eje de la cámara respecto de la dirección de la corriente no se constituye en un factor determinante. Este sistema es sensible al movimiento de sedimentos, al igual que la obra de toma tipo Tirol en cuanto a la toma superficial, la única posibilidad de control es la rejilla que limita el ingreso de material; la cámara receptora y el conducto de aducción deberán considerar las posibilidades de evacuación del material que logre ingresar al sistema.

El escurrimiento hacia la captación sigue un desarrollo de flujo en medios porosos, sin embargo las leyes que gobiernan el movimiento del agua no serán las mismas que las que rigen el flujo en medios porosos de grano fino. En el caso de la toma cáucaso el medio poroso es de grano grueso y los intersticios son de mayor magnitud.

Dependiendo de las características particulares del curso de agua, deberá preverse la limpieza del material que logre ingresar a la cámara de captación, esta podrá ser realizada en forma automática en algunos casos y en forma manual en otros. El material grueso quedará retenido en la rejilla, principalmente en época de crecidas, por lo tanto deberá considerarse situaciones de reducción de la sección efectiva a consecuencia de la obstrucción; será razonable considerar obstrucciones hasta del 50 o/o, y en casos extremos hasta 80 o/o. Esta misma condición puede imponerse a la toma subsuperficial4.

Figura 8- Obra de toma Cáucaso modificado

CONCLUSIONES:


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- La bocatoma es una de las estructuras de captación de agua más importante para el diseño de un sistema de riego.- Según las características de topografía, caudal, clase de sedimentos, entre otras, hay un sistema de bocatomas para satisfacer las necesidades que amerite la obra.- Se han investigado diferentes formas de calcular cada una de las dimensiones que componen los elementos de un sistema de bocatomas según las características que pueda presentar un terreno y la fuente de agua.- Se identifican diferentes tipos de bocatomas, que no alteren de forma agresiva el medio como; bocatoma Cáucaso y de solera.


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BOCATOMA[2][1]