Diseño DE UNA Bocatoma DE Fondo PDF

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1 DISEÑO DE UNA BOCATOMA DE FONDO

ING. JOSE LUIS ESPINOSA

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS

ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS BOGOTÁ – COLOMBIA 2020 – V DISEÑO DE UNA BOCATOMA DE FONDO Para captar agua de una fuente superficial, usualmente se diseñan dos tipos de estructuras que pueden ser Bocatoma de fondo o Bocatoma lateral, la estructura escogida para este

2 proyecto es la Bocatoma de fondo, esta estructura se diseña de tal forma que su ubicación sea transversal al cauce del río, quebrada, arroyo, o la fuente de abastecimiento escogida. Esta estructura tiene una serie de componentes que estarán detallados en este documento, y que las medidas y características de estos deben estar basadas en las indicaciones establecidas en la resolución 0330 del 08 de Junio del 2017 que modificó el Reglamento Técnico para el Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS, y también en las características topográficas, hidrológicas, climatológicas y en la población a la cual se le va a servir con este proyecto. 1. DATOS INICIALES 1.1 POBLACIÓN CONSUMO (L/Hab/Día) HABITANTES FACTOR k1 FACTOR k2

200 15600 1,2 1,65

Teniendo en cuenta los datos consignados anteriormente, hallamos el Caudal medio diario, para más adelante poder determinar el Caudal de diseño.

L Q medio diario ( )= s

( Ls ) =

Consumo

( HabL∗Día )∗Población(Hab ) 86400 s

200

Q medio diario

L ( Hab∗Día )∗15600( Hab ) =36,11 L s

86400 s

Para el cálculo del Caudal máximo diario afectamos el Caudal medio diario por un factor de mayoración k1 que depende del número de habitantes.

()

L L ∗k 1 Q Máximo diario ( )=Q medio diario s s Q Máximo diario

( Ls )=36,11 ( Ls )∗1,2= 43,33 ( Ls )

Para el cálculo del Caudal máximo horario afectamos el Caudal máximo diario por un factor de mayoración k2 que depende del número de habitantes.

()

L L Q Máximo horario ( )=Q Máximo diario ∗k 2 s s

3

( Ls) =43,33( Ls )∗1,65=71,5 ( Ls)

Q Máximo horario

Para obtener valor del Caudal de diseño se tiene que mayorar el Caudal máximo diario por el doble de su valor.

Q Diseño

Q Diseño

( Ls )=Q

Máximodiario

( Ls )∗2

( Ls )=43,33( Ls )∗2= 86,66( Ls )

1.2 DATOS DEL RÍO

Ancho del río =3,2 m Q mínimo=100

L s

Q medio =150

L s

Q máximo =1500

L s

2. DISEÑO DE LA PRESA Para el diseño de la presa, se debe tener en cuenta que la cota superior debe estar por lo general al mismo nivel de la cota de fondo del río, y dentro de ella se debe construir el canal de aducción. Esta estructura se construye normalmente en concreto. Siguiendo la recomendación de que el ancho de la presa no sea mayor al ancho del río, se asignaron las siguientes medidas.

Ancho de la presa=2(m ) Teniendo en cuenta que la presa y la garganta de la bocatoma se diseñan como un vertedero rectangular con doble contracción, se hace uso de su ecuación para hallar la altura de la lámina de agua sobre la presa

H Presa (m ) =(

Q d 23 ) 1,84∗L

4

( )

2

m3 3 s ) H Presa (m )=( 1,84∗2(m) 0,08666

H Presa (m )=0,082(m) Luego de tener el valor de la altura de la lámina de agua, se procede a realizar la corrección de la longitud de vertimiento por las contracciones laterales.

L' (m)=L(m)−0,1∗n∗H (m) L' (m)=2(m)−0,1∗2∗0,082 (m ) L' (m)=1,9836(m ) Siguiendo con los cálculos, se halla el Área mojada sobre la presa.

A mojada (m2 )=L' (m )∗H (m) A mojada (m )=1,9836 (m )∗0,082(m) 2

A mojada (m 2 )=0,1626(m2 ) Por último para el diseño de la presa, se halla la velocidad del río sobre la presa y esta debe estar entre 0,3m/s y 3m/s.

( )

m3 s m = V s A mojada (m 2 )

( )

Q Diseño

( ) 3

V

V

( )

0,08666

m s

m = 2 s 0,1626(m )

( ms )=0,533( ms )

CUMPLE

3. DISEÑO DE LA REJILLA Y DEL CANAL DE ADUCCIÓN 3.1 ANCHO DEL CANAL DE ADUCCIÓN

5 Para poder determinar el ancho del canal de aducción debemos tener en cuenta el alcance del flujo de agua en la caída al canal, para poder diseñarlo de tal forma que no haya caída en las paredes laterales del canal y evitar así desgastes. 2 3

4

X s (m)=0,36V r + 0,60 H 7 2

4

X s (m)= 0,36(0,533 ) 3 +0,60 ( 0,082 ) 7 X s (m)= 0,38(m ) 3

4

X i (m )=0,18 V r 7 + 0,74 H 4 3

4

X i (m )=0,18(0,533) 7 + 0,74 ( 0,082) 4

X i (m )=0,24 (m ) B (m)=X s +0,10 B (m)=0,38(m)+0,10 B (m ) =0,48( m ) B (m ) =0,5 (m ) 3.2 LONGITUD DE LA REJILLA Y NUMERO DE ORIFICIOS Y DE BARRAS Se escoge un diámetro de barras acorde al tipo de sedimentos que transporte el río y el tamaño de partículas que se permitirá que filtren por medio de la rejilla.

3 ∅Barras= =0,0191 (m 4 a=0,05(m) Se asume una Velocidad entre barras menor a 0,2 m/s

V Barras

( ms )=0,2 ( ms )

Se calcula el Área neta de la rejilla

A Neta ( m2 )=

(

)

Q Diseño 0,9∗V Barras

6

(

0,08666

A Neta ( m ) = 2

( ) m3 s

( ms )

0,9∗0,2

2 2 A Neta ( m )=0,481 ( m )

)

Hallamos la Longitud de la rejilla

LRejilla (m ) = LRejilla (m ) =

A Neta∗( a + b ) a∗B

0,481 ( m 2)∗(0,05(m)+ 0,0191(m )) 0,05 (m)∗0,5 ( m) LRejilla (m ) =1,66 (m )

Revisamos el área neta

A Neta ( m2 )= 2 A Neta ( m )=

(

∗L ( a∗Ba+b ) Rejilla

0,05(m)∗0,5( m)∗1,66 ( m ) 0,05(m )+ 0,0191(m )

)

2 2 A Neta ( m ) =0,18 (m )

Calculamos el número de orificios que deberá tener la rejilla

N=

N=

(

(aA∗B ) Neta

0,481 ( m ) 0,05(m)∗0,5 ( m ) 2

)

N=20 Orificios Hallamos el Área neta final y la Velocidad entre barras que debe cumplir que sea menor a 0,2 m/s. 2 A Neta ( m )=0,05 (m )∗0,50 ( m )∗ 24 2 2 A Neta ( m )=0,5 ( m )

7

V Barras

( ms )=( 0,9∗A ) Q Diseño

Neta

V Barras

()

(

)

( ) m3 s

m = 2 s 0,9∗0,5 ( m )

V Barras

( ms)=0,193( ms ) A Neta∗( a + b ) a∗B

LRejilla (m ) = LRejilla (m ) =

0,08666

0,5 ( m2) ∗( 0,05(m )+ 0,0191(m )) 0,05 (m)∗0,5 ( m ) LRejilla (m ) =1,38 (m )

4. NIVELES EN EL CANAL DE ADUCCIÓN 4.1 AGUAS ABAJO

(

)

Q he =h c = Diseño2 g∗B

(

1 3

( ) 3

0,08666

he =h c =

9,81

m s

m ∗(0,5 m 2 ( )) s2

)

1 3

he =h c =0,145(m )

Se adopta una pendiente del 3%, un espesor de muero de 0,3 m y una Longitud del canal de 0,92 m. 4.2 AGUAS ARRIBA

[

ho = 2 he2 +(he−

[

iLc ) 3

]

2 1 2

2 − ∗iLc 3

]

1

0,03 2 2 2 ) − ∗0,03 ho = 2 ¿(0,145( m ) ) +((0,145(m))− 3 3 2

ho =0,228(m )

8

4.3 VELOCIDAD DEL AGUA AL FINAL DEL CANAL

Ve

( ms) =( B∗he ) Q Diseño

()(

)

( ) 3

m s m Ve = s 0,5 (m )∗0,145(m) Ve

0,08666

( ms) =1,19 ( ms )

5. DISEÑO DE LA CAMARA DE RECOLECCIÓN 4

2 3

X s (m)=0,36V e +0,60 he 7 4

2 3

X s (m)= 0,36(1,19 ) + 0,60 (0,145 )7 X s (m)= 0,60(m ) 4

3

X i (m )=0,18 V e 7 +0,74 he 4 4

3

X i (m )=0,18(1,19) 7 +0,74 (0,145 )4 X i (m )=0,29(m ) B camara(m)= X s +0,10 B camara(m)= 0,60(m )+ 0,30 B camara (m ) =0,90 ( m ) 6. ALTURA DE LOS MUROS

Ho =ho + Borde libre Ho=0,228(m)+0,15(m) Ho=0,38(m) He =ho + iLc

9

Ho=0,228(m)+0,03(m) Ho=0,41(m ) 7. CÁLCULO DE COTAS

CALCULO DE COTAS Captación en el fondo del río

100

Lamina sobre la presa Diseño Máxima Promedio Canal de aduccion Fondo de aguas arriba Fondo aguas abajo Lamina aguas arriba Lamina aguas abajo Camara de recoleccion Lamina de agua Cresta vertedero de excesos Fondo Cota entrada Cota río en la entrega Cota salida

100,08 100,67 100,33 99,58 99,55 99,719 99,648 99,40 99,236 98,836 98,836 97,35 97,35

8. CAUDAL DE EXCESOS

( ) 3

Q Captado

√

( )

Q Captado

m =CdAn √ 2 gH s

( )

m3 m3 m 2 =0,3∗0,5 (m ) ∗ 2∗9,81 2 ∗0,05 (m)=0,137 s s s Q Excesos

( )

m3 =Q Captado−Q Diseño s

10

( ) 3

Q Excesos

( ) 3

( ) 3

( ) 3

m m m m =0,137 −0,08666 =0,015 s s s s...