BOCATOMASBryan Balarezo Jennifer Moreira

Joseph HernándezAlexandra Terán

INTRODUCCIÓNUna de las intervenciones hidráulicas más beneficiosas para la humanidad son las represas y dentro de ellas se observan las obras de captación o bocatomas en los ríos.La función primordial de los bocatomas es derivar una parte del volumen del caudal de los ríos.

Figura1. Presa los EjidosFuente: NASA

La utilización tiene un fin especifico como el abastecimiento de:• Agua potable• Riego• Generación de energía• Eléctrica• Acuicultura

Principales problemas causados por la sedimentación:• Sedimentación de solidos

transportado.• Disminución y obstrucción de la

captación

Figura 3. Problemas por sedimentaciónFuente: Gencel, 2007

Figura 4. Problemas por sedimentación

INTRODUCCIÓN

MARCO TEÓRICO

Un bocatoma es una estructura cuyo principal objetivo es la derivación del caudal de un río, para diferentes fines.

La captación se puede realizar por bocatomas:• Superficiales• Profundos

Figura 5. BocatomaFuente: Anguisaca 2012

Figura 7. Bocatoma profundoFuente : Ponce, 2008

Figura 6. Bocatoma superficialFuente: Pongutá;2003

Según los tipos de bocatomas se pueden clasificar en de:

Toma directa: permite discurrir un caudal mayor de el que se va a captar.

Toma tirolesa o Caucasiana: se utiliza para captar caudales pequeños

Figura 8. Toma directaFuente: Mansen,2010

Figura 11. Toma tirolesa

MARCO TEÓRICO

Toma mixta o convencional: toma la cual pueden ser fija o móvil.

Figura 9. Toma mixta

Fuente: Mansen,2010

Toma móvil: regulan el tirante de agua con vertederos y compuertas

Figura 10. Toma móvilFuente: Santiago,2010

MARCO TEÓRICO

MARCO TEÓRICOPara asegurar el buen funcionamiento de una bocatoma:

• Ubicación: Captación mínima de agua y mínimo arrastre de sedimentos.

• Topografía:o Levantamiento en plantao Levantamiento localizadoo Perfil longitudinalo Secciones transversales

Figura 11. Ubicación de bocatoma. Fuente: Ponce, 2008

MARCO TEÓRICO

• Geología y Geotecnia:oCurva granulométrica oCapacidad que aportará (sedimentos)oCoeficiente de permeabilidadoCapacidad de filtracióno Problemas de socavación

• Variaciones Hidrológicas: Estimación de caudales máximos.

MARCO TEÓRICO

• Una de las consecuencias que principalmente afectan a las bocatomas es la sedimentación y el arrastre de sedimentos.

• Las bifurcaciones que se necesitan hacer para una adecuada captación de agua, pueden ocasionar por lo general una sedimentación mínima o considerable según sea el caso.

Figura 12. Vista en planta de un rio con su bocatoma

MARCO TEÓRICO

• El arrastre de sedimentos puede ser por deslizamiento, saltación y suspensión.

Figura 13. Arrastre de sedimentos. Fuente: Trujillo, 2000

MARCO TEÓRICO

Para llevar a cabo el diseño de una obra de captación, se comienza por un tratamiento de sedimentos. Y se lo realiza con las siguientes tres fases:

• Desripiador

• Desarenador

Figura 14. Desarenador. Fuente: Santiago, 2013

MARCO TEÓRICO

• Sedimentador

Figura 15. Desarenador. Fuente: Santiago, 2013

Ejemplo de diseño de bocatoma o captación lateral

(Acueductos rurales).

Datos: ❖ Población al final del periodo de diseño: 20350 habitantes.❖ Dotación: 200 litros / habitante / día.❖ Caudal medio diario: q=47.10 l/s❖ Caudal máx. diario: QMD = 1.5(47.10 l/s)=70.65 l/s❖ Caudal máx. horario: QMH = 1.5(70.65)=106 l/s

Lugar de Captación: ● Ancho del río: 7.5 metros● Fondo del río: 97.12 m.s.n.m● Nivel mínimo aguas = 98.52 m (tirante mínimo = 1.40m)● Nivel máximo aguas = 100.25 m (tirante máximo = 3.13m)● Caudales: mínimo = 2.80 m3/s y máximo 35 m3/s.

Caudal a captar (Q diseño de bocatoma):

Q diseño = 3 Q máximo diario.Q diseño = 3 (QMD) = 3(70.65 l/s) =212 l/s.

Diseño de la rejilla:

Reja con varillas redondas de 1’’ de diámetro y de 1’’ de separación entre varillas, retendrá material de diámetro mayor a 1’’. Inclinación de reja: 75° respecto a la horizontal. 

Pérdidas en la rejilla:

Debido que la velocidad de aproximación es casi nula, las pérdidas son muy pequeñas. Según Hernán (1997) recomienda una pérdida mínima de 6 cm.

Una expresión de poco uso es la fórmula de Kirshmmer:

𝒉=𝑩(𝑾𝒃 )43𝒉𝒗 . 𝒔𝒆𝒏𝝓

h= pérdida de carga, en metros. B= factor de forma (B= 1.79 barras

circulares, 2.42 barras rectangulares). W= espesor de la barra, en m. b= espacio mínimo entre barras, en m. V= velocidad de aproximación, en m/s. hv= carga de velocidad, en m. = ángulo de la barra con la horizontal.

 

h=1.79( 0.02540.0254 )43 (0.01836 )𝑆𝑒𝑛75 °

=0.030m=3 cm . Con un factor de seguridad de F=2 se tienen pérdidas de 6 cm.

Se asume una carga:H=0.35 m

Nivel del agua de la caja de derivación: H-pérdida=nivel de agua35-6=29 cm

Se considera como un vertedero sumergido o ahogado.

𝑸=𝑸1(1−𝑺𝒏)0.385

Ecuación 3. Villemonte

Donde:  Q=caudal que necesitamos captar (sumergido o ahogado).  Caudal captado si el vertedero fuera libre (no sumergido).  S= sumergido.  n= exponente en la fórmula como vertedero libre.

𝑄=0.212 𝑚3

𝑠𝑒𝑔𝑆=

(𝐻−𝑝 é 𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 )𝐻

¿(0.35−0.06 )

0.35=0.83

𝑄1=𝑄

(1−0.831.5 )0.385=0.365 𝑚3

𝑠𝑒𝑔

¿Para vertedero libre usamos la expresión de Francis: 

𝑄1=0.365𝑚3

𝑠𝑒𝑔

Le = Longitud efectiva del vertedero, en m.

Número de espacios=  N° de espacios=  

Número de varillas= N° de espacios-1N° de varillas=38-1=37 varillasLongitud total= (38+37)(0.0254) = 1.90 m

Para un caudal 2 veces igual al caudal máximo diario, que circulará de la bocatoma al desarenador: =0.1413El caudal en un orificio sumergido

𝑸=𝑪𝑨√2𝒈𝑯Donde:  C=coeficiente de contracción (0.61) A=0.073 ( Q=0.1413 H= == 0.51m

Cota eje de la tubería= (cota mínima caja de derivación)-H= 98.46m-0.51m=97.95 m

Solucionar

alteraciones

Satisfacer la

demanda

Niveles de

Agua

Diseño Definitivo

Entorno

Ubicación

CONCLUSIONES

• Ubicación: Se recomienda su posición al final de alguna curva o en orillas, para evitar socavación y erosión con una altura conveniente al fondo natural del rio.

Diseño eficaz de un

BOCATOMA

Solucionar

alteraciones

Satisfacer la

demanda

Niveles de

Agua

• Ubicación: Se recomienda su posición al final de alguna curva o en orillas, para evitar socavación y erosión con una altura conveniente al fondo natural del rio.

• Entorno: Tipo de suelo y las condiciones climáticas del lugar, pueden ocasionar algún problema después del funcionamiento de la obra.

Régimen en el que está el agua.

Diseño Definitivo Ubicació

n

Entorno

CONCLUSIONES

Diseño eficaz de un

BOCATOMA

Solucionar

alteraciones

Satisfacer la

demanda

Entorno

CONCLUSIONES• Niveles de Agua: Saber los

máximos y mínimos niveles que se puedan presentar.

Nivel menor al mínimo se inundará la caja de derivación, para evitar se usan válvulas en el desarenador.

Diseño Definitivo Ubicació

n

Niveles de

Agua

Diseño eficaz de un

BOCATOMA

Solucionar

alteraciones

Niveles de Agua

Entorno

CONCLUSIONES• Niveles de Agua: Saber los

máximos y mínimos niveles que se puedan presentar.

Nivel menor al mínimo se inundará la caja de derivación, para evitar se usan válvulas en el desarenador.

• Satisfacer la demanda: El servicio y ayuda que dará esta obra a una zona o comunidad, es el objetivo general de toda obra hidráulica

Diseño Definitivo Ubicació

n

Satisfacer la

demanda

Diseño eficaz de un

BOCATOMA

Diseño DefinitivoNiveles de

Agua

Entorno

CONCLUSIONES

Satisfacer la demanda Ubicació

n

Solución de

Alteración

• Solución de Alteración: El curso natural se ve afectado (CAUDAL). Se necesita una mínima afectación y solución.

Diseño eficaz de un

BOCATOMA

Solución de

Alteración

Niveles de Agua

Entorno

CONCLUSIONES

• Solución de Alteración: El curso natural se ve afectado (CAUDAL). Se necesita una mínima afectación y solución.

• Diseño Definitivo: Los cálculos que se obtengan deberán analizarse y si es necesario se harán cambios (criterios debido a la lógica y experiencia).

Satisfacer la demanda Ubicació

n

Diseño Definitiv

o

Diseño eficaz de un

BOCATOMA

GRACIAS