CAPTACIONES POR

LECHO FILTRANTE

Consiste en un sistema capaz de captar agua

mediante la utilización de un filtro que se construye

en el lecho de una corriente. Es un sistema que

permite obtener agua de calidad apta para el

consumo humano.

Este tipo de captaciones esta constituido

básicamente por un azud o dique, muros laterales

con aletas de entrada y salida, material filtrante,

tubería perforada de drenaje, decantador de flujo

ascendente, válvulas, desarenador y vertedero.

Las actuales captaciones de lecho filtrante pueden

interceptar caudales entre 1 a 40 l/s; la selección del

tipo de captación a utilizar depende entre otros del

caudal de captación.

Un buen diseño requiere se cumplan las siguientes

recomendaciones:

La tubería del sistema de recolección puede ser de

PVC de drenaje la cual se adapta muy bien y facilita

la construcción del múltiple recolector.

El material filtrante se debe colocar en forma tal

que el material más grueso quede en el fondo y se

va disminuyendo a medida que asciende la capa

de material; los diámetros de la grava que se

recomiendan son: ¼”, 3/8”, 1” y 1 ½”, no es

recomendable superar el diámetro de 2”.

El vertedero debe proyectarse en forma tal que el

agua no supere una velocidad de 0.5m/s para la

descarga mínima. Las tuberías del múltiple

recolector deben proyectarse con una capacidad

mínima de 3 veces el caudal de diseño del

sistema filtrante.

DISEÑAR UNA CAPTACIÓN POR LECHO FILTRANTE

CON LOS SIGUIENTES DATOS:

•Parámetros de diseño:

•Caudal de diseño (Q): 8lt/s

•Tasa de infiltración (v): 3.6 m/h = 0.001m/s

•Ancho del Azud (a): 1.80m

•Tipo de flujo: vertical descendente

•Material filtrante: Canto rodado de ½”, 3/8”, ¼” y 1” a

1½” de diámetro

•Conducto principal: Tubería PVC sanitaria de 4”,

Longitud (Lprin) 3.60m

•Conducto lateral: Tubería PVC drenaje de 65mm de

diámetro

•Caudal de máxima crecida: 0.59 m3/s

v

QA

28

001.0

008.0

mA

A

a

Ab

mb

b

45.4

80.1

8

•Dimensiones del sistema de filtración

Área:

Largo b:

Lámina de agua:

Altura desde el lecho de la vertiente hasta la cresta

del azud = 1.20m

Espesor de la capa de grava = 0.90m

m30.090.020.1 CONDICIONES QUE DEBE CUMPLIR LA TUBERIA DE DRENAJE

AREA TOTAL DE ORIFICIOS= (.0015-.005)

AREA DE FILTRACION

AREA ORIFICIOS LATERALES= (.250-.500)

AREA DEL TUBO LATERAL

AREA DEL TUBO COLECTOR= (1.5-3)

AREA DE TUBOS LATERALES

4

. 2A 2

2

0081.0

4

)1016.0(

mA

mA

A

Qv

smv

v

prin

prin

/98.0

0081.0

008.0

•Múltiple recolector:

En el conducto principal el caudal al final es mayor

que el caudal al inicio, por ello se denomina múltiple

recolector.

•Conducto principal: PVC sanitaria de 4”

• Conductos laterales: Tubería PVC drenaje de 65mm

de diámetro

Para este caso consideramos 10 tubos laterales

Longitud (Llat): 1.70m

Numero de orificios por anillo: 3

Separación entre anillos (s): 0.008 m

Coeficiente de rugosidad tubería PVC drenaje (n): 0.020

4

. 2A

2

2

0033.0

4

065.0

mA

A

tubos

QQL

#

smQ

Q

L

L

/0008.0

10

008.0

3

A

Qv L

L smv

v

L

L

/24.0

0033.0

0008.0

Área del conducto:

Caudal por lateral:

Velocidad en cada lateral:

s

LanillosN latº

213º

5.212º

008.0

70.1º

anillosN

anillosN

anillosN

anillopororifiosNanillosNorificiosN ººº

639º

3213º

orificiosN

orificiosN

Número de anillos por lateral:

Número de orificios por lateral:

2

2

0000070.0

4

003.0

mA

A

o

o

oTo AorificiosNA º

2004.0

0000070.0639

mA

A

To

To

Área por orificio:

Diámetro del orificio = 3mm (impuesto)

Sumatoria de las áreas de orificios por lateral:

•Lecho filtrante

En la capa superior se coloca como material filtrante

canto rodado de ½” para evitar el arrastre de las

capas de diámetro menor siguientes. Los diámetros

y los espesores adoptados son los siguientes:

DEL MATERIAL

(pulg)

ESPESOR DE

LA CAPA - Lo (m)

½” 0.20

3/8” 0.30

¼” 0.30

1– 1½” 0.10

TOTAL 0.90

•Pérdidas de carga en la captación de lecho

filtrante

Para establecer el nivel de agua en el vertedero

y en la tubería, es necesario encontrar el nivel

del agua de la cámara; este nivel esta definido

por las perdidas que ocurren en el sistema de

captación.

esmaf hhhhhH

Donde:

H: Pérdida de carga total (m)

hf: Pérdidas en el lecho filtrante (m)

ha: Pérdidas por accesorios (m)

hm: Pérdidas en el múltiple recolector (m)

hs: Pérdidas por salida (m)

he: Perdidas por entrada (m)

•Pérdidas por lecho filtrante

2

00608.0

Lovh f

Donde:

hf: Pérdida de carga por lecho filtrante (cm)

V: Velocidad de filtración (cm/s)

Lo: Espesor de la capa filtrante (cm)

: Diámetro de las partículas del material

filtrante (cm)

Diámetro () Lo (cm) hf (cm)

½” = 1.27cm 20 0.0075

3/8” = 0.95 cm 30 0.0202

¼” = 0.64cm 30 0.0445

1” = 2.5 cm 10 0.0009

TOTAL hf 0.0731

Aplicando la ecuación anterior se obtienen los

siguientes datos:

cmh

cm

cmscmh

f

f

0075.0

)27.1(

20/1.000608.02

1hhh Pm

3

prinprin

p

SLh

•Perdidas en el múltiple recolector hm

Donde:

hp: perdida de carga en el conducto principal (m)

h1: perdida de carga en el conducto lateral (m)

La pérdida de carga en el conducto principal (hp) se calcula

mediante la ecuación:

Donde:

L: Longitud del conducto (m)

S: Pendiente (m/m)

Datos:

Q = 0.008 m3/s

n = 0.009 (PVC sanitaria)

A = 0.0081m2

R = 0.0254 (radio hidráulico)

= 4”

2

3/2

AR

QnS

mmS

S

prin

prin

/0105.0

0254.00081.0

009.0008.02

3/2

Calculo de la pendiente S según Manning:

mh

h

p

p

0126.0

3

0105.06.3

31

latlat SLh

Calculo de las perdidas en el conducto principal:

Perdidas de carga en los conductos laterales (h1)

(h1) se estima mediante la ecuación

P

mP 204.0065.0 P

AR

016.0204.0

0033.0R

Datos:

Q = 0.0008m3/s

n = 0.02 (PVC drenaje)

A = 0.0033m2

R = 0.016 (radio hidráulico)

= 65mm

2

3/2

AR

QnS

mmS

S

lat

lat

/0058.0

016.00033.0

02.00008.02

3/2

mh

h

0032.0

3

0058.070.1

1

1

Cálculo de la pendiente:

Cálculo de las pérdidas en tuberías laterales:

1hhh Pm

mh

h

m

m

0158.0

0032.00126.0

Finalmente las pérdidas en el múltiple colector:

PIEZA Nº DE DIÁMETROS

Aplicación gradual 12

Codo de 90º 45

Curva de 90º 30

Codo de 45º 20

Curva de 45º 15

Entrada normal 17

Entrada de borda 35

Unión 30

Reducción gradual 06

Válvula de compuerta abierta 08

Válvula de globo abierta 350

Válvula de ángulo abierta 170

Salida de tubería 35

Te, paso directo 20

Te, salida bilateral 65

Válvula de pie con colador 250

Válvula de retención 100

PÉRDIDAS LOCALES Y EL

NÚMERO DE DIÁMETRO

FUENTE: Lázaro López Andrés,

Manual de Hidráulica,

Universidad de Alicante, Pág. 161

•Pérdidas por accesorios (ha)

La longitud equivalente se la determina como un cierto numero n

de diámetros del tubo, para lo cual se puede utilizar la tabla

siguiente:

printotala SLEh

mh

h

a

a

0778.0

0105.041.7

Tee en salida lateral = 4” L.E = 65 x 0.1016 = 6.60m

Válvula de compuerta = 4” L.E = 8 x 0.1016 = 0.81m

Longitud total equivalente: 7.41m

g

Kvh

prin

S2

2

mh

h

s

s

049.0

81.92

98.000.1 2

g

Kvh L

e2

2

mh

h

e

e

00146.0

81.92

24.05.0 2

•Pérdida por salida (hs)

•Pérdida por entrada (he)

esmaf hhhhhH

mH

H

144.0

00146.0049.00158.00778.000007.0

mH 15.0

•Pérdidas de carga en el sistema de captación

por lecho filtrante

Adoptamos la perdida de carga en el sistema:

•Carga sobre el tubo de aducción de la planta de

tratamiento

Datos:

Considerando que el caudal QMD = 4L/s es el

caudal que va hacia la planta de tratamiento.

Diámetro = 2 ½” (tubería de salida a planta de

tratamiento)

2

2

0032.0

4

0635.0

mA

A

o

o

A

QV

smV

V

/25.1

0032.0

004.0

gAC

Qh

2

12

mh

h

2142.0

81.92

1

0032.061.0

004.02

La velocidad será:

La carga se calcula mediante la expresión de un

orificio sumergido:

La carga sobre el tubo de aducción será: 0.21m