captacion
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“UNIVERSIDAD PERUANA DE INTEGRACION GLOBAL”
FACULTAD:
INGENIERIA CIVIL
CURSO:
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
PROFESOR:
ING. WILLIAM SANCHEZ VERASTEGUI
TITULO:
CAPTACION DE MANANTIALES DE FONDO DIFUSO
CAPTACION POR INTERMEDIO DE BALSA FLOTANTE
ALUMNO:
MUNGUÍA SANDOVAL CARLOS
FECHA:
INDICE1.00.-MANANTIALES DE CAPTACIÓN 1.10.-CAPTACIÓN DE MANANTIAL DE FONDO DIFUSO
1.1.1.-DISEÑO HIDRÁULICO Y DIMENSIONAMIENTO
1.1.1.1.-Dimensionamiento de la canastilla1.1.1.2.-Tubería de rebose y de limpia1.1.1.3.-Construcción de captación1.1.1.4.-Construcción de captación en manantial de ladera
1.1.2.-Construcción de captación en manantial de fondo
1.2.-CAPTACION POR INTERMEDIO DE BALSA FLOTANTE.1.2.1BALSA FLOTANTE1.2.3.-BOMBEO DESDE LA BALSA1.2.4.-BOMBEO DESDE LA ORILLA1.2.5.-DISEÑO DE LA BALSA FLOTANTE1.2.5.1.-DISEÑO1.2.5.2-.UBICACIÓN1.2.5.3.-LA BALSA1.2.5.4.-ELEMENTOS DE FIJACIÓN1.2.5.5.-TEMPLADORES1.2.5.6.-ANCLAJES1.2.6.-EQUIPAMIENTO1.2.7.-TUBERÍAS DE SUCCIÓN E IMPULSIÓN
MANANTIALES DE CAPTACIÓN El agua surge de manera ascendente, en zonas bajas o fondos de valles. En general están relacionados con agua subterránea proveniente de un acuífero confinado, que sale a la superficie por la presión ejercida en el acuífero. También los manantiales de fondo pueden ser clasificados como concentrados o difusos, según la forma en que el agua aparece en la superficie.
CAPTACIÓN DE MANANTIAL DE FONDO DIFUSOa) Diseño hidráulico y dimensionamiento:
Cálculo del ancho de la pantalla
El ancho de la pantalla se determina sobre la base de las características propias del afloramiento, quedando definido con la condición que pueda captar la totalidad del agua que aflore del subsuelo.
Cálculo de la altura total (Ht)Para determinar la altura total de la cámara húmeda (Ht) se considera los elementos identificados, los cuales se muestran en la figura 1.7.
Ht = A + B + C + H ≤ Altura natural que alcanza el agua
Donde:A = Altura del filtro (se recomienda de 10 cm)B = Diámetro de la tubería de salidaH = Altura de agua sobre la canastillaE = Borde libre (se recomienda como mínimo 30 cm)Figura
Para determinar la altura de la captación, es necesario conocer la carga requeridaPara que el gasto de salida de la captación pueda fluir por la tubería de conducción.La carga requerida es determinada mediante la siguiente ecuación:
Donde:
H = Carga requerida en m.V = Velocidad promedio en la salida de la tubería de la línea de conducción en m/s. Se debe considerar la velocidad mínima recomendada para una línea de conducción.g = Aceleración de la gravedad igual 9,81 m/s2.
Se recomienda una altura mínima de H = 5 cm, sobre la canastilla
Dimensionamiento de la canastilla
Para el dimensionamiento se considera que el diámetro de la canastilla debe ser dos (2) veces el diámetro de la tubería de salida a la línea de conducción (Dc); que el área total de ranuras (At) sea el doble del área de la tubería de la línea de conducción; y que la longitud de la canastilla (L) sea mayor a 3 Dc y menor de 6Dc.
Figura 1.7 altura total de la cámara húmeda
Conocidos los valores del área total de ranuras y el área de cada ranura se determina el número de ranuras:
Tubería de rebose y de limpia
En la tubería de rebose y de limpia se recomienda pendientes de 1 a 1,5% y considerando el caudal máximo de aforo, se determina el diámetro mediante la ecuación de Hazen y Williams (para C=140).
Donde:D = Diámetro en pulgadasQ = Gasto máximo de la fuente en lpsS = Pérdida de carga unitaria en m/m.
Construcción de captación
La captación es una estructura de concreto que sirve para proteger al manantial y recolectar el agua para abastecer a la población. Asimismo, debe cumplir con las especificaciones de estructuras apoyadas de concreto para almacenamientos de líquidos en lo referente a ubicación, encofrados y concretos.
Para el buzón de inspección se utiliza preferentemente la tapa metálica del tipo sanitaria. La ubicación y dimensión del buzón adecuada para facilitar las labores de inspección, limpieza y desinfección.Se construirá el canal de escurrimiento, aguas arriba de la captación a fin de evitar el ingreso de aguas superficiales hacia la captación. Asimismo, se acondicionará un canal para evacuar la salida de la tubería de desagüe (limpia y rebose).
Construcción de captación en manantial de ladera
a) Aspectos generalesLa captación en manantial de ladera es una estructura que permite recolectar el agua del manantial que fluye horizontalmente, llamado también de ladera. Cuando el manantial es de ladera y concentrado, la captación consta de tres (3) partes: La primera, corresponde a la protección de afloramiento; la segunda, a una cámara húmeda que sirve para almacenar el agua y regular el gasto a utilizarse; y la tercera, a una cámara seca que sirve para proteger a la válvula de salida.
b) Zona de afloramiento
Para proteger la zona de afloramiento del agua se realizarán las siguientes acciones:
. Definir en campo las características de los componentes de la captación, en previsión a desastres naturales en la zona.. Deberá construirse muros en la que sirvan de pantalla a las filtraciones subsuperficiales, las mismas que serán obligadas a ingresar en la cámara húmeda.. Se realizará la impermeabilización del fondo del terreno excavado con una pendiente mínima de 2%, comprendido entre la cámara húmeda y las filtraciones a fin de que éstos discurran sobre aquél, y puedan ingresar en ella a través de los orificios perforados en el muro respectivo.. Se colocará material clasificado en dos (2) capas. La capa inferior constituida por piedras con un diámetro mínimo de 2” colocadas hasta una altura de 5 cm por encima del orificio superior de entrada a la cámara recolectora. La capa superior, será de material granular de espesor de ¾” a 1” hasta cubrir completamente el nivel de las filtraciones y la excavación realizada.
Luego, se procederá al sellado con concreto 1:4:8 de espesor no menor de 5 cm cubriendo el área comprendida entre los muros, y el comienzo de las excavaciones.
c) Cámara húmeda (colectora) Es una estructura de concreto de sección rectangular. En esta cámara se recolectará el agua del manantial y está prevista de una canastilla, por donde saldrá el agua y pasará a la válvula de salida de la cámara seca, de una tubería de limpia y un cono de rebose que se instalará en un nivel más bajo que los puntos de afloramiento.
d) Cámara seca (de válvulas) Es una estructura de concreto de sección rectangular. Estará separado de la cámara seca por un muro de concreto de 0,60 m de altura y 0,15 m de espesor. Se instalará una válvula de control para el registro del agua de la línea de conducción.
e) Ubicación Será ubicada lo más cerca posible al afloramiento del manantial de ladera, con la protección necesaria ante la eventualidad de desastres naturales.f) Excavación La excavación para los cimientos tendrá una profundidad mínima de 0,80 m.Se removerá el material de relleno que quede adyacente al afloramiento mismo, de tal manera que el acuífero quede completamente descubierto.Se realizarán las excavaciones necesarias, a fin de garantizar la estabilidad de las zonas de afloramientos. Por ningún motivo se utilizarán explosivos o detonantes para las excavaciones.
g) Cimientos Deberán cumplir con la finalidad estructural de estabilidad y, en caso que los planos indiquen, servirán de pantallas interceptoras de corrientes subsuperficiales de agua.
h) Sellados Todas las excavaciones deberán ser rellenadas y compactadas, si fuera necesario selladas con concreto pobre.
i) Prueba hidráulica Se llenará de agua la cámara húmeda y se observará atentamente las fugas. Debido principalmente a la porosidad del concreto.
La prueba durará 24 horas; si no se producen filtraciones se dará por terminada la prueba; en caso contrario, se hará los resanes necesarios y se repetirá la prueba hidráulica hasta obtener resultados satisfactorios.
Construcción de captación en manantial de fondo
a) Aspectos generalesLa captación en un manantial de fondo concentrado es una estructura de sección cuadrada que sirve para colectar al agua. Esta estructura recolectora estará situada directamente sobre el afloramiento.La captación consta de dos (2) partes: la primera, corresponde a una cámara húmeda que sirve para almacenar el agua y regular el gasto a utilizarse; y la segunda, a una cámara seca que sirve para proteger la válvula de salida.
b) Cámara húmeda (colectora)Es una estructura de concreto de sección rectangular. En esta cámara se recolectará el agua del manantial y está prevista de una canastilla, por donde saldrá el agua y pasará a la válvula de salida de la cámara seca, de una tubería de limpia y de rebose que se instalará en un nivel más bajo que los puntos de afloramiento. Asimismo, está prevista de una tubería de limpia.El nivel de agua en esta cámara no deberá sobrepasar la altura natural del afloramiento.c) Cámara seca (de válvulas)Es una estructura de concreto de sección rectangular. Estará separado de la cámara húmeda por un muro de concreto de 0,60 m de altura y 0,15 m de espesor. Se instalará una válvula para el control del agua de la línea de conducción y una válvula para limpia o desagüe.d) UbicaciónSerán ubicados lo más cercano posible a los afloramientos (manantiales de ladera) o sobre ellas (manantiales de fondo).e) ExcavaciónLa excavación para los cimientos tendrá una profundidad mínima de 0,80 m. Se removerá el material de relleno que quede adyacente al afloramiento mismo, de tal manera que el acuífero quede completamente descubierto.Se realizará las excavaciones necesarias a fin de garantizar la estabilidad de la zona de afloramiento. Por ningún motivo se utilizarán explosivos o detonantes para las excavaciones.
f) CimientosDeberán cumplir con la finalidad estructural de estabilidad y, en caso que los planos indiquen, servirán de pantallas interceptoras de corrientes subsuperficiales de agua.
g) SelladosTodas las excavaciones deberán ser rellenadas y compactadas, si fuera necesario selladas con concreto pobre.h) Prueba hidráulicaSe llenará de agua la cámara húmeda y se observará atentamente las fugas. Debido principalmente a la porosidad del concreto. La prueba durará 24 horas; si no se producen filtraciones se dará por terminada la prueba; en
caso contrario, se hará los resanes necesarios y se repetirá la prueba hidráulica hasta obtener resultados satisfactorios.
CAPTACION POR INTERMEDIO DE BALSA FLOTANTE.BALSA FLOTANTE
Es una estructura que cuenta con dispositivos que permiten su flotabilidad, sobre la superficie del agua, que posibilita tomar el agua a cierta profundidad mediante equipos de bombeo.
BOMBEO DESDE LA BALSALa bomba es asegurada sobre la balsa y soporta también las variaciones del nivel de la fuente.
BOMBEO DESDE LA ORILLALa bomba es asegurada en la orilla de la fuente, la tubería de succión está sujeta a la balsa y permite soportar las variaciones del nivel del agua.
DISEÑO DE LA BALSA FLOTANTECONSIDERACIONES
Diseño El diseño de la captación varía en función al peso que soporta, el tipo
de material de la balsa y del dispositivo flotante que se utilizará. Se debe efectuar un análisis de cargas, que permita un equilibrio de
fuerzas y garantice la flotabilidad. El análisis de cargas debe mantener una sobrecarga mínima, que
cubra con exceso las maniobras de operación y mantenimiento en la balsa.
Los materiales deben ser lo más livianos posibles y de manufactura o producción local, para minimizar gastos de reposición.
Los elementos de fijación, anclajes y templadores deberán garantizar la seguridad, estacionamiento y soporte de la balsa durante las variaciones del nivel de la fuente.
UBICACIÓN Se debe realizar estudios de corrientes y batimetría a fin de
determinar la zona más favorable para el estacionamiento de la captación.
La zona donde se ubicarán los anclajes debe ser segura y estar seca para garantizar su estabilidad.
Flotadores Los flotadores deben disponerse de manera que garanticen la
flotabilidad. El diseño se hará en función del material disponible en la zona; puede
usarse madera, barriles metálicos de diversos tamaños y formas y otros materiales.
Los flotadores y la balsa pueden ir clavados o atados con sogas o alambres, durables a la podredumbre o corrosión.
El material deberá ser fuerte y capaz de soportar el desgaste por la presión de la estructura de la balsa y la acción del agua.
Los flotadores metálicos deberán ser herméticos y revestidos con una capa de pintura antioxidante o alquitrán.
LA BALSA Las balsas flotantes deben diseñarse conforme a las características
de las instalaciones y los requerimientos de espacio para la operación y mantenimiento.
Se buscará que las cargas que actúan sobre la balsa estén uniformemente distribuidas, de manera que se asegure la mayor estabilidad.
Los diseños deben contemplar características que les permitan soportar las condiciones más adversas de la fuente y climáticas.
ELEMENTOS DE FIJACIÓNLastre
El ancladero de las balsas flotantes pueden ser de metal, concreto u otro material disponible en la zona que garantice el estacionamiento de la captación.
El peso del anclaje debe ser tal que impida el arrastre de la balsa en el sentido de la corriente.
El lastre debe contar con un anillo en la parte superior que sirva como punto de amarre de la cuerda que asegura la balsa.
En fuentes con corriente permanente, la ubicación del lastre en el fondo debe ser tal que la proyección con el punto de amarre en la balsa, forme un ángulo de 45º con el nivel del agua.
La cuerda que une el lastre con la balsa debe permitir que la variación de niveles no afecte la estabilidad de la balsa ni cause daños en la tubería flexible.
TEMPLADORES La balsa debe estar fija en su ubicación, por medio de dos
templadores que complementan la función del lastre. Los templadores son cables de acero trenzado de un diámetro de
3/8” mínimo. Se aceptará otro material que además de durable pueda soportar los esfuerzos de tracción que se derivan del peso de la balsa y la velocidad de la corriente.
Los templadores deben contar con dispositivos que permitan soportar la variación del nivel de la fuente.
Los templadores deberán garantizar durabilidad y resistencia, así como facilitar su manipulación para la operación y mantenimiento.
ANCLAJES Elementos fijos en la superficie de la orilla que permiten sujetar a la
balsa mediante los templadores. Los anclajes podrían ser dados de concreto, madera u otro material
disponible en la zona, que garantice la resistencia a los esfuerzos sometidos.
En el dimensionamiento se deberá considerar el equilibrio de las fuerzas actuantes sobre este elemento.
EQUIPAMIENTO El sistema deberá contar con equipo de bombeo sobre la balsa
o en la orilla de la fuente, que le permita impulsar el agua a niveles adecuados para su utilización.
La selección del equipo de bombeo se hará de acuerdo con los requerimientos de caudal y altura dinámica total.
Para el caso del bombeo desde la orilla de la fuente, la altura de succión (Ha) no debe ser superior a 7 m. Se determina por la fórmula:
Ha < ho - ( NPSH r + ha + hv )
Ha _ Altura geométrica de succión.Ho _ Presión atmosférica.NPSH r _ NPSH requeridoHa _ Pérdidas producidas en la tubería de aspiración y los alabes.Hv _ Presión de vapor.
Se debe prever la disponibilidad de la energía para el funcionamiento de los equipos.
TUBERÍAS DE SUCCIÓN E IMPULSIÓN El diámetro y longitud de la tubería flexible de impulsión
dependerá del caudal de bombeo y las características del sistema. Se recomienda el diámetro inmediatamente superior al de la tubería de impulsión.
La tubería de succión debe permitir un flujo adecuado, cuando se tiene el régimen de mayor bombeo.
En la succión se debería tener una velocidad baja, para evitar recoger sedimentos, plantas, partículas grandes del fondo pudiendo estorbar y reducir el flujo. Para los suministros rurales, las velocidades podrían estar entre 1,2 y 1,8 m/s.
La canastilla de succión deberá estar mínimo de 0,30 – 0,50 m por debajo del nivel de flotación de la balsa para garantizar agua cruda de mejor calidad.
Se deberá colocar en la succión una tubería rígida capaz de soportar la fuerza del agua, con una válvula de pie en su parte inferior, que permita el flujo del agua captada y evitar el cebado de la bomba.
Se deberá colocar en la succión una canastilla o dispositivo que permita la entrada del agua y evite el material no deseado como los sedimentos, plantas u otros sólidos en suspensión.
Para la impulsión se podrá utilizar una manguera flexible con refuerzo interior metálico.
El diseño de la impulsión se hará mediante la fórmula de Bresse y cuando la importancia lo amerite, un análisis del diámetro más económico.
De ser el caso, para la tubería de impulsión, se podrá utilizar una transición anclada en una rótula, para cambiar el tipo flexible a una tubería rígida.
La tubería rígida se escogerá en función a que ofrezca menos fricción,
durabilidad, menor costo y sea fácil de trabajar, pudiendo ser de PVC, hierro galvanizado convenientemente protegido u otro disponible en la zona.