UNIVERSIDAD TECNICA DE MANABIFACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS, FISICAS Y QUIMICAS

OBRAS HIDRÁULICAS I

CATEDRÁTICO:

ING. LÍDER MACIAS

INVESTIGACIÓN GRUPAL

INTEGRANTES:

ALAVA DELGADO ANTHONY ANDRADE ALVIA DANIXA CEDEÑO TUAREZ CESAR

CORDOVA ALCIVAR JULIETH MACIAS FERNANDEZ EGO MARCELO

MEZA ALARCON DILMER MUÑOZ CHICA LEONARDO

SOLORZANO PIN MARIA GORETTY MOREIRA ALCIVAR JEAN CARLOS

SILVA CHILAN OSCAR

NIVEL:

SEPTIMO “G”

DIQUE-TOMA O CAPTACIÓN SUMERGIDA

INTRODUCCION

El presente informe contiene información sobre las generalidades, tipos, importancias y cálculos sobre una captación superficial o dique-toma. La obra de toma superficial es el conjunto de estructuras que tiene por objeto desviar las aguas que escurren sobre la solera hacia el sistema de conducción.

Considerando al río como parte del sistema ecológico, la obra de toma se constituirá en un obstáculo para el libre escurrimiento del agua o en una intervención sobre un medio natural, que dará lugar a modificaciones del estado de equilibrio.

Para la toma, el curso natural es un medio que satisfacer las necesidades de agua del sistema receptor. El primer concepto se limita únicamente a la naturaleza y sus leyes, el segundo presenta al hombre y sus objetivos.

Por lo tanto, es necesario tener conocimiento previo de las características y condiciones que ofrece el río o quebrada que se piensa aprovechar.

Las captaciones pueden plantearse para diversos usos, en esta forma su diseño dependerá de las condiciones específicas del sitio y de la naturaleza del aprovechamiento requerido. Según lo anterior, se pueden distinguir captaciones destinadas al abasto de agua potable (acueductos rurales), captaciones de agua destinadas a la electrificación rural (pequeñas centrales hidroeléctricas) y captaciones de agua con fines de uso agrícola (riegos).

El dimensionamiento de las obras de toma incluye como base, el conocimiento de la demanda de agua en sus diferentes usos (agrícola, ganadero o doméstico), así como los niveles de operación, mínimos y máximos, del cuerpo de agua de la fuente (presa, rio, corriente subsuperficial, manantial, etc).

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL.-

Conocer que es una Captación Sumergida y sus generalidades

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.-

Establecer las principales funciones de una CAPTACIÓN SUMERGIDA

Analizar cada una de las partes de las que está compuesta la CAPTACIÓN SUMERGIDA

Resolver un ejemplo de cálculo de CAPTACIÓN SUMERGIDA

DIQUE-TOMA O CAPTACIÓN SUMERGIDA

Es la obra civil que consiste en un dique de represamiento construido transversalmente al cauce del rio. Donde el área de captación se ubica sobre la cresta del vertedero central y está protegida mediante rejas que le permiten el paso del agua.

Donde se emplean los DIQUE-TOMA?

El empleo de estas captaciones esta aplicado en aguas superficiales de desplazamiento continuo tales como ríos, quebradas, tributarios, y canales de irrigación, se aconseja su empleo en ríos de poco caudal y gran pendiente. Deberán ser construidos en el lecho del rio de forma que no alteren su perfil longitudinal.

Cuando las corrientes de agua de escasos caudal y la secciones transversales del río en el sitio donde se proyecta la bocatoma son de poco ancho (0 a 10 m), es conveniente proyectar un dique con el objeto de garantizar el caudal que se debe captar. En el diseño de un dique - toma se tienen en cuenta los siguientes aspectos:En el área de captación dada, en la zona de rejilla, no se debe permitir el paso de material grueso; esto se logra dimensionando adecuadamente los espacios  entre las barras de la rejilla de captación.

El dique se debe proyectar en forma tal que la rata de sedimentación en la zona del embalse no sea excesivamente alta, lo cual se logra obligando a que  el agua fluya con moderada velocidad a través de la obra de captación.

Estudio de las condiciones del lecho del río y dimensionamiento de las obras de estabilización

Las riberas del río o quebrada,  en la zona donde se proyecta el dique, deben tener una buena estabilidad geológica y preferiblemente el suelo debe ser roca a fin de aminorar costos en los anclajes.

Deben ser verificadas las condiciones de la sección del curso de agua en cuanto a la necesidad de su estabilización, en especial en los casos en que se presentan con bajas pendientes o se encuentren sujetas a un régimen muy variable de flujos.

Las obras de protección de la sección del curso de agua deben ser proyectadas teniendo en cuenta los flujos máximos, y dimensionadas, teniendo en cuenta las condiciones hidráulicas aguas arriba y aguas abajo del trecho a ser estabilizado.

Diseño de los elementos constitutivos de la captación

Dispositivos de mantenimiento de nivel

Son obras ejecutadas en un río o en curso superficial estrecho, ocupando toda su anchura, con la finalidad de elevar el nivel de agua en la zona de captación y asegurar el sumergimiento permanente de la toma de agua.

Se pueden emplear presas, vertederos o colocar piedras en el lecho del río, constituyendo lo que se denomina enrocamiento. No se deben construir en ríos profundos con gran superficie de agua.

PARAMETROS DE DISEÑO

Desde El Punto De Vista Hidráulico

El primer paso para el diseño de un dique-toma es verificar que el caudal mínimo de la fuente de abastecimiento a ser aprovechado sea superior al caudal máximo diario para el periodo de diseño considerado, la información que se necesita de la fuente de abastecimiento para el diseño del dique–toma es: El caudal de la fuente (mínimo, medio y máximo en l/s), la sección transversal en el lugar de captación, la velocidad de la crecida y la capacidad de arrastre de sedimentación. 

Desde El Punto De Vista Estructural

Para el diseño de un dique debe considerarse principalmente la magnitud del empuje hidrostático ya que es de gran cantidad y muy superior a las sobrecargas que soportan otras construcciones (puentes, edificios, etc.), siendo este y sus efectos (arrate y volcamiento) la principal fuerza para cual se debe dimensionar la estructura, lo que la hace de especial exigencia resistente. Otra particularidad del agua como sobrecarga es que no sólo empuja, sino que penetra por cualquier orificio, lo que provoca problemas de impermeabilidad.

RECOMENDACIONES PARA EL USO DEL DIQUE TOMA

El nivel de entrada de las aguas debe quedar a la máxima altura posible para evitar ser alcanzada por los sedimentos.

El área de captación debe de protegerse contra el paso de material grueso.La velocidad de la corriente en las cercanías de la estructura debe ser tal que no provoque excesiva sedimentación.

Debe de ofrecerse seguridad de volcamiento y deslizamiento, mediante anclajes firmes y seguros.

Darle un mantenimiento constante para extender su vida útil, la cual está limitada por la sedimentación de las partículas que se encuentran en el flujo. 

CRITERIOS DE DISEÑO PARA UN DIQUE – TOMA POR DEBAJO DEL VERTEDERO DE REBOSE.

El dispositivo en cuestión consiste en un tanque, de caja central o canal, ubicado en el mismo cuerpo del dique-toma, por debajo del vertedero de rebose del mismo, ocupando todo el ancho de dicho vertedero

El caudal medio del rio pasa a través del vertedero de rebose del dique. Una parte de dicho caudal cae en el canal ubicado por debajo del vertedero, y es conducido por un tubo hasta cerca del anclaje lateral del dique, de donde arranca la Línea de Conducción o toma. La entrada al canal esta protegida contra el paso de material flotante, por medio de una rejilla, cuyas barras están orientadas paralelas la dirección de la corriente.

PARTES QUE COMPONES EL DIQUE-TOMA

• Dique : Es una estructura complementaria que su función principal es represar las aguas de un rio.

• Muros Laterales: Encauzan el agua hacia la rejilla y protegen los taludes. El ancho de estos muros dependen de la estabilidad estructural.

• Vertedero: Un vertedero es una simple abertura sobre la cual fluye un líquido. Los vertederos más utilizados por su facilidad de construcción y calibración son los rectangulares y triangulares.

• Vertederos rectangulares: Los vertederos rectangulares en general se utilizan para caudales entre 200 y 1600 lps.

• Rejilla: Esta colocada sobre el canal de aducción que se encuentra dentro de la presa, la longitud de la rejilla y por lo tanto la del canal de aducción pueden ser menor que la de la longitud de la presa o el ancho de la garganta, según la necesidad del caudal que se ha de captar.

• Canal de aducción: Recibe el agua a través de la rejilla y entrega el agua captada comúnmente al sedimentador.

• Tanque de captación o cámara de recolección: Generalmente es cuadrada o rectangular, con muros de concreto reforzado cuyo espesor puede ser de 30 centímetros y su altura igual a la de los muros laterales.

PASO PARA EL DISEÑO DE UN DIQUE-TOMA

1. Seleccionar las longitudes tentativas de los vertederos de rebose y de crecida, en base a la sección transversal del cauce.

2. Determinar la altura a dar al vertedero central o de rebose en base al caudal de aforo medio.

3. Determinar para el gasto máximo la altura necesaria para el vertedero de crecida.4. Dimensionar y diseñar el vertedero de crecida el más utilizado es el vertedero de

forma trapezoidal.

El caudal se calcula mediante la siguiente formula:

Donde:

Q: caudal o gasto en metro cúbicos por segundo.

L: ancho de la base del vertedero en metros.

H: carga o altura de agua en metros.

1. Dimensionar las rejas: el área efectiva de paso a través de las rejas será dos veces el área necesaria para el ingreso del caudal de diseño.

El área total de la reja se calculara considerando el área de las barras metálicas y el área efectiva del de agua.

2. Canal de derivación: el canal de derivación se construirá para conducir el agua desde la bocatoma hasta una cámara colectora, desarenador o planta de tratamiento. Los canales deberán ser construidos cuidando que la velocidad no ocasiones erosión ni sedimentación de material. En los canales revestidos la velocidad deberá ser menor a 0,6m/s para evitar la sedimentación de solidos suspendidos. Para el cálculo hidráulico de canales se empleara la ecuación de continuidad:

La superficie se calculara mediante fórmulas geométricas de acuerdo a la forma del canal, y la velocidad por medio de cualquiera de las siguientes formulas:

3. Dimensionamiento del DIQUE: el dimensionamiento de la sección transversal del dique debe asegurar la protección contra los efectos de volcamiento y deslizamiento causado por el empuje hidráulico, empuje de sedimentos e impactos sobre el dique.Las fuerzas de impacto pueden calcularse por la ecuación de cantidad de movimiento Cm = M x V, estimando la velocidad del rio, y el tamaño, peso y velocidad de los objetos arrastrados.

CALCULO DE VARIAS SECCIONES IMPORTANTES DE UNA CAPTACIÓN SUMERGIDA

Con los siguientes datos calcular la VELOCIDAD REAL, ANCHO DE CANAL DE ADUCCION Y LONGITUD DE REGILLA CON SU RESPERCTIVA VELOCIDAD DEL FLUJO ENTRE LOS BARROTES

PRESA

Longitud de cresta = 2m

Caudal = 30.91 L/seg

Formula de francis: H=( Q1.84 (L ) )∴2 /3

El 1.84 en un valor contante y el caudal lo trabajamos en m3/seg.

H=( 0.030911.84 (2 ) )∴2 /3

= 0.041m

De esta manera encontramos la altura del agua Luego procedemos a encontrar la longitud real de la maza de agua que se produce

por las dos contracciones del vertedero.

L´= L-2H = 2.00 - 0.2(0.041) = 1.99m

Luego teniendo estos valores ya podemos encontrar la velocidad del agua

Q = V*A

V= QA

=¿ Q

H∗L´=¿

0.030910.041(1.99) = 0.38 m/seg O.K.

La velocidad esta correcta ya que esta entre 0.3 – 3m/seg que dice la norma.

ANCHO DE DE CANAL DE ADUCCION = B

Solado superior Xs= 0.36 Vr2/3 + 0.60 H4/7

Xs= 0.36 (0.38)2/3 + 0.60 (0.041)4/7

Xs= 0.29 m

B= Xs + 0.10 B= 0.29 + 0.10 = 0.39 ≈ 0.40 m

Se deja en 40 cm por que el ancho mínimo es de 40cm

REJILLA

Se calcula primero en Ancho neto aproximado Asumiendo que la velocidad del agua que pasa por los barrotes es de 0.2m/s

Vb≤0.2m/s

An=Q

0.9Vb=0.03091

0.9 (0.2)=¿ 0.17m2

Luego calcularemos la longitud de la rejilla, teniendo en cuenta que a varía entre

0.05-0.10m y que b es varía entre ½ , ¾ y 1”

a = separación entre barrotes

b = diámetro de barrotes

Lr = An(a+b)a∗B

= 0.17(0.05+0.0191)

0.05∗0.40=¿0.59m ≈ 0.70m

Se deja en 0.70 ya que es la longitud mínima.

Luego que tenemos el valor correcto de la longitud continuamos a recalcular el ANCHO NETO despejando la formula anteriormente usada.

An= Lr (a∗B)a+b

=0.7(0.05∗0.40)0.05+0.0191

=0.2m2

Luego procedemos a calcular el número de barrotes

N= Ana∗B

=¿ 0.2

(0 .05∗0.4) = 10u

Y por último recalculamos la velocidad del agua entre los barrotes

Vb= Q

0.9 An=0.03091

0.9(0.2)=0.17m /s O.K

Conclusiones

Pudimos observar mediante la investigación que el Dique-toma es la solución perfecta para poblaciones que cuentan con ríos de poco caudal.

Además que el dimensionamiento de las obras de toma incluye como base, el conocimiento de la demanda de agua en sus diferentes usos (agrícola, ganadero o doméstico)

Las obras de captación sumergida cuenta con varias partes, las cuales en sus diseños deben ser calculadas correctamente para evitar fallas posteriormente, respetando siempre las normas de diseño.

Recomendaciones

Debe de ofrecerse seguridad de volcamiento y deslizamiento, mediante anclajes firmes y seguros.

Darle un mantenimiento constante para extender su vida útil, la cual está limitada por la sedimentación de las partículas que se encuentran en el flujo

Tratar de que la rejilla sea de metal inoxidable para dar mayor calidad tanto a la estructura como al agua.

Aprender sobre todos los tipos de tomas qu existen y sus distintas aplicaciones en ríos, lagos, etc.

Bibliografía

http://es.slideshare.net/MIA-CIEMA/obras-de-captaciondique-toma

http://www.bvsde.ops-oms.org/tecapro/documentos/agua/e115-04disenocapta.pdf

http://prezi.com/ecr3mz4qc6m6/dique-toma/

http://es.slideshare.net/henry-cruz/59239453-captacionsumergidatipodiquedisenodeobrashidraulicas