boca tomas
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MECÁNICA DE FLUJOS: BOCATOMAS
LAGUNA LINA M. , TEJEIRO M. ERIKA
MECÁNICA DE LOS FLUIDOS BOCATOMAS.
LAGUNA LINA M., TEJEIRO M. ERIKA
INTRODUCCIÓN.
Las bocatomas tiene como finalidad detener cierto caudal de agua, para verter dicho
caudal en el canal de desviación, esto se hace para satisfacer alguna necesidad por
ejemplo abastecer una población de agua, instaurar una planta eléctrica.
Para elaborar una bocatoma hay que tener en cuenta varios aspectos como la
ubicación, topografía, condiciones geológicas y geotécnicas, información hidrología,
condiciones ecológicas, el tipo de bocatoma que se quiere construir entre otras.
FUNDAMENTO TEÓRICO
BOCATOMA
Se define así a la estructura que tiene
finalidad de derivar parte o el total del
caudal que fluye en un río, para rociar
un área bajo riego o generar energía
mediante su utilización en una central
hidroeléctrica.
Para la construcción de una bocatoma
se deben tener en cuenta los siguientes
aspectos:
1. Ubicación.
Es de importancia la ubicación de
la bocatoma en el cauce del río,
para ello debe tenerse en cuenta
las siguientes condiciones:
a. La dirección a ruta del flujo de
agua debe ser lo más
estabilizada o definida.
b. La captación del agua a ser
derivada debe ser posible aún
en tiempo de caudal mínimo.
c. La entrada de sedimentos hacia
el caudal de derivación debe
ser limitado en el máximo
posible.
2. Topografía.
Esta se realiza cuando ya se ha
definido la ubicación de la
bocatoma, en donde se realizarán
los diferentes trabajos
topográficos:
a. Levantamiento en planta del
cauce del río, entre 500m. a
1000m; tanto aguas arriba
como aguas abajo del eje del
barraje, la escala recomendada
es 1:2000.
b. Levantamiento localizado de la
zona de ubicación de la
bocatoma, se recomienda un
área de 100m. x 100m. como
mínimo, la escala no debe ser
menor de 1:500.
c. Perfil longitudinal del río, por
lo menos 1000m, tanto aguas
arriba como aguas abajo del
eje del barraje; la escala
recomendada es H = 1:2000 Y
V =1:200.d. Secciones
transversales del cauce del río
a cada 50m. en un tramo
comprendido 1000m. aguas
arriba y 500m. aguas abajo del
eje del barraje; la escala
variara entre 1:100 y 1:200.
3. Condiciones Geológicas Y
Geotécnicas.
En esta se recomienda la obtención
de algunos datos, ya que permitirá
dimensionar con mayor seguridad
la estructura. Los datos son los
siguientes:
a. Curva de graduación del
material conformarte del lecho
del río.
b. Sección transversal que muestre
la geología de la zona de
ubicación de la bocatoma.
c. Coeficiente de permeabilidad.
d. Capacidad portante.
e. Resultados sobre ensayos de
hincado de pilotes ó tabla,
estacas.
f. Cantidad de sedimento que
transporta el río.
4. Información Hidrológica.
Se deberán obtener los siguientes
datos que permitirán garantizar el
caudal a derivar:
a. Caudal del diseño para una
avenida máxima
b. Caudales medios y mínimos.
c. Curva de caudal versus tirante
en la zona del barraje.
5. Condiciones Ecológicas:
Es muy importante que la
construcción de una bocatoma no
altere el equilibrio ecológico de la
zona, principalmente la fauna. Por
ello la construcción de la
estructura debe compensar este
desequilibrio causado por la
bocatoma.
6. Otros.
En esta se incluyen las
obligaciones y limitaciones en la
construcción de la bocatoma en el
orden legal, ya que, mediante la
bocatoma por efecto del remanso
que se forma, podrían inundarse
terrenos aledaños a construcciones
anteriores (puentes, caminos, etc.)
PARTES DE UNA BOCATOMA.
(fig. 1)
1. Barraje.
Es una estructura de derivación
que se coloca transversalmente al
río, dicha estructura tiene la
función de elevar el nivel del agua
del río para así obtener el caudal
necesario para el funcionamiento
de la central.
Normalmente en centrales de poca
potencia, donde el caudal
requerido para su funcionamiento
no es elevado y cuando en ríos
donde su cota es superior a la cota
inferior a la ventana de captación y
permite el acceso al caudal de
diseño a través de la misma, se
colocan unas simples estructuras,
como unos espigones, formados
por rocas, troncos, etc., para
conseguir desviar parte del caudal
del río hacia la captación.
Figura 1: Partes de una Bocatoma.
De no ser así, si el
aprovechamiento es de mayor
importancia se suelen colocar
unos barrajes llamados azudes.
Estos elevan la cota del río lo
suficiente como para conseguir el
caudal necesario dejando pasar
por la cresta del azud el caudal
sobrante, teniendo en cuenta que
deben ser capaces también de
evacuar el caudal de posibles
avenidas normalmente
incorporando un aliviadero. Para
este tipo de proyecto donde no son
caudales importantes, los azudes
son construidos con piedras
apiladas de no más de un metro,
dependiendo de la altura del río.
El gasto sobre el barraje esta dado
por:
Donde:
L = longitud del barraje (m)
YC = Tirante crítico (m)
2. Descarga De Fondo.
Es una compuerta que se coloca al
lado del barraje a un nivel inferior
por el cual pasa a un conducto que
facilitara la eliminación de los
posibles materiales que se van
acumulando en el fondo de este.
En algunos casos dicha compuerta
forma parte del propio barraje
(azud), esto conlleva la
construcción de un pequeño puente
por encima del azud para abrir
compuertas.
3. Solera De Captación.
Situada unos 30 centímetros por
encima de la antecámara y antes
de la rejilla anterior a la
compuerta de admisión, crea un
pozo de sedimentos donde se
depositan los materiales en
suspensión.
4. Antecámara O Zona De
Decantación.
Su función es acumular todos los
sedimentos posibles que puedan
acarrear daños. Los mismos serán
eliminados por medio de la
compuerta de descarga de fondo
colocada a una cota inferior a esta.
5. Reja De Admisión.
Antes de la compuerta de admisión
se coloca una rejilla de acero
inoxidable de no más de cinco
centímetros de abertura para
retener los materiales tales como
piedras o ramas que se podrían
introducir al canal. Si se prevé el
paso de broza gruesa se puede
añadir otra rejilla más fina.
Normalmente las rejas necesitan de
un mantenimiento, por lo que se
aconseja que sean extraíbles.
6. Compuerta De Admisión.
2/3**c
YLgQ
Colocada después de la rejilla fina,
esta se encarga de dar entrada del
agua al canal de conducción y de
retención de la misma en el caso
de que sea necesario hacer alguna
reparación. Generalmente estas
compuertas son de metal o madera
y son accionadas manualmente.
7. Canal.
Es el encargado de transportar el
agua al desarenador y
posteriormente a la cámara de
equilibrio. Frecuentemente
presenta una forma regular aunque
se puede dar el caso de que sea
irregular.
Hay dos tipos de canales, canal
abierto o por medio de una tubería.
8. Aliviaderos.
Son los encargados de proteger el
sistema de una avenida. Estas
estructuras facilitan la evacuación
del agua que no es necesaria
captar. El aliviadero más común,
es el del propio azud, que actúa
como un canal abierto.
9. Desripiador.
Se encuentra ubicado antes de la
reja de captación a unos
centímetros por debajo para
atrapar los sedimentos pesados
que ingresan por la bocatoma.
10. Contra-Solera Y Colchón De
Agua.
En la colocación del azud, se
adquiere una elevación
considerable del río. Dicha
elevación, en el momento de la
caída del agua por el azud
erosionaría el lecho del río que a
la vez afectaría a toda la estructura
de la bocatoma. Para evitar esta
situación, se le coloca una contra-
solera que no es más que el diseño
de un resalto o colchón
amortiguador, como su propio
nombre indica, para amortiguar la
caída del agua sobre el lecho del
río, así evitando la erosión del
mismo.
DISEÑO HIDRÁULICO
Tipos de Bocatomas
Se pueden clasificas en 4 y estos son:
1. Toma Directa.
Es aquella que se puede diseñar en
cursos de agua de fuerte pendiente,
y se toma directamente mediante
un canal lateral, que por lo general
es un brazo fijo del río que permite
fluir un caudal mayor que el que se
va a captar. Una ventaja es que no
se requiere tener una estructura
costosa, sin embargo su desventaja
es que puede ser obstruida
fácilmente en épocas de crecidas.
2. Toma Mixta O Convencional.
Es aquella que se toma mediante el
cierre del río con una estructura
llamada azud o presa de
derivación, el cual puede ser fija o
móvil dependiendo del tipo del
material usado. Es fija cuando se
utiliza un elemento rígido,
usualmente concreto, y móvil
cuando se utilizan compuertas de
acero o madera. La captación en
ese tipo de bocatomas se realiza
por medio de una ventana que
puede funcionar como orificio o
vertedero dependiendo del tirante
en el río.
3. Toma Móvil.
En esta se utiliza un barraje móvil.
Son tomas que por las variaciones
del nivel de agua en las diferentes
épocas necesitan instalar un
barraje relativamente bajo, pero
que para poder captar el caudal
deseado necesitan de compuertas
que le den la cota a nivel de agua
adecuado.
4. Toma Tirolesa O Caucasiana:
Es aquella en donde la estructura
de captación se encuentran dentro
de la sección del azud, en un
espacio dejado en él, protegido por
una rejilla que impide el ingreso de
materiales gruesos. No es
recomendable para ríos donde el
arrastre de sedimentos es bastante.
Condiciones Del Lecho De La Presa
De Derivación
Es muy importante conocer el sub-suelo
donde se apoyará la presa, ya que esta
permitirá fijar el tipo de estructura y sus
condiciones apropiadas en el diseño.
Para ello se tiene los siguientes métodos
de exploración del sub-suelo:
1. Perforación.
Permite identificar el tipo de
materiales que conforman el lecho,
determinar la estructura del
subsuelo y obtener muestras para
ensayos de mecánica de suelos.
2. Calicatas.
Este permite una visualización
directa de los estratos y del lecho del
río, igualmente se pueden obtener
muestras para ensayos y
determinación de la Capacidad
Portante del terreno.
3. Sondeos.
a. Ensayo de Penetración
Standard (SPT): se usa con una
perforadora rotatoria para
atravesar los estratos gravosos
en los que el SPT es ineficaz.
En él un tubo de 51 mm de
diámetro externo, el cual está
unido a una sarta de varillas, es
usado para tomar muestras, ya
que es golpeado contra el suelo
para obligarlo a penetrar en él
mediante una pesa de 63.5 kg.
la cual cae desde una altura de
75 cm. a lo largo de un eje
guía. Por el número de golpes
requerido para hacer penetrar
el tubo a una profundidad de 30
cm se puede determinar la
densidad del terreno. Este
método es recomendado para
suelos arenosos.
b. Ensayo con el Penetrómetro
Dinámico Ligero (PDL): Se
utiliza en suelos arenosos,
limosos a arcillosos. Consiste
en introducir una punta cónica
a 60° de diámetros diferentes
dentro del terreno mediante la
caída de una masa de 10 Kg,
corriendo por una guía hasta
un cabezal desde una altura de
50 cm. El impacto es
transmitido al cono mediante
una sarta de varillas.
c. Ensayos de bombeo: se utiliza
ye sea para medir la
permeabilidad de campo en una
perforación, o la variación de
la napa freática.
CONCLUSIONES.
Se comprendió que en la
planeación y construcción de
una bocatoma, se requiere la
investigación de muchos
aspectos importantes que
intervienen en la ejecución del
proyecto.
Gracias al avance de la
tecnología, ahora se tienen
mejores resultados en la
construcción de las bocatomas
pues para las investigaciones
requeridas se utilizan métodos
más apropiados y exactos para
tal fin.
Teniendo en cuenta la finalidad
de la bocatoma así mismo se
necesitará un tipo de bocatoma
que cumpla con los aspectos
necesarios para lograr el
funcionamiento adecuado de
esta construcción.
BIBLIOGRAFÍA.
MANSEN Valderrama Alfredo,
Diseño de Bocatomas,
Universidad Nacional de
Ingeniería, Perú.
FILIGRANA M. Diego,
Instalaciones Agrarias
Representativas Descripción y
Especificaciones, Universidad
del Valle Programa Editorial,
Cali, Colombia, 2006
ROMERO Corcho Freddy y
José Ignacio Duque Serna,
Acueductos. Teoría y Diseño,
Sello Editorial Universidad de
Medellín, Colombia, 2005.
PONGUTÁ Hurtado Juan José,
Guía para el Almacenamiento,
Manejo y Conducción del Agua,
Convenio Andrés Bello,
Colombia, 2003.