OBRAS HIDRAULICAS Manuel Vicente HERQUINIO ARIAS Ing. Mecánico de Fluidos HIDRAULICA E HIDROLOGIA VENTANA DE CAPTACION

OBRAS DE CAPTACION

La altura del Barraje vertedero tiene el objetivo de mantener una altura de agua en el río, garantizando un caudal por el canal de derivación, además debe dar paso de agua excedente en épocas de avenida por encima de la cresta. Para el logro de este objetivo se ubicara y dimensionara primero la ventana de captación. Cc: cota de la cresta del Barraje Co: cota del lecho detrás del Barraje hu: altura necesaria para evitar el ingreso de material de arrastre (ho ≥ 0.50 m) h: altura de ventana de captación Se tomara una altura de 0.20m por corrección por efectos de oleaje y de coeficientes de la fórmula ALTURA DEL BARRAJE FIJO – VERTEDERO DE CIMACIO Cc = Co + hu + h (metros)

VENTANA DE CAPTACION Diseño Hidráulico – Flujo Libre Altura del umbral del orificio (hu) : hu = 3  +b.l, hu: {0.50 a 1.50 m}  : diámetro medio de los sedimentos más gruesos b.l: borde libre  0.10 m El dintel debe llegar a tener una altura superior a la de la creciente. El muro en el cual se ubica la reja por lo general es perpendicular a la dirección del azud, sin embargo es conveniente darle una inclinación respecto a la dirección del río tanto para acortar la longitud para llegar a un terreno alto, como para mejorar las condiciones hidráulicas, se recomienda de ser posible, que el eje de la toma forme un ángulo de 20 a 30° con respecto al río. En estiaje el vano de la reja funciona como un vertedor. La carga necesaria viene del remanso producido por el azud.

Coeficiente de vertedero  TIPO DE VERTEDERO FORMA  Corona ancha 0.49 – 051 Corona ancha redondeada 0.50 – 0.55 Canto afilado0.64 Canto afilado0.62 Cima redondeada0.79 Tipo Creager0.75 Altura del tirante sobre el vertedero (h) : Fórmula de vertederos de Forcheimer: Q: caudal de captación  m3/s   : coeficiente del vertedero según la forma de la cresta  ver Tabla  h: altura de carga hidráulica ó tirante de agua sobre la cresta del vertedero  m  L: longitud de la ventana de captación  m , por lo general de 3 a 4m VENTANA DE CAPTACION Diseño Hidráulico – Flujo Libre vertedero

VENTANA DE CAPTACION - Rejillas Son platinas unidas mediante soldadura formando paneles, tiene el objetivo básico de impedir que los materiales de arrastre y suspensión ingresen al canal de derivación. La separación entre barrotes variará entre 2” a 4” (material fino) y de 4” a 8” (material grueso). Para facilitar la limpieza, la colocación de la rejilla puede tener una pequeña inclinación de 1: ¼, como también las rejillas pueden sobresalir y no estar al ras.

Pérdida de carga en Rejillas (hr) Las pérdidas de carga en las rejillas se deben a que estas producen perdidas por: obstrucción, contracción de la entrada y resistencias producidas por el rozamiento del agua. La fórmula de CREAGER nos da un buen criterio para evaluarla. Kt: coeficiente de perdida en la rejillaan: área neta a través de la rejilla ag: área bruta de las rejillas y sus soportes Vn: velocidad a través del área de la rejilla Ving: velocidad de ingresoen: espacio neto a través de la rejilla eg: espacio bruto de las rejillas y sus soportes VENTANA DE CAPTACION - Rejillas

VENTANA DE CAPTACION Diseño Hidráulico – Orificio En condiciones extremas (caudal de avenidas) la ventana de captación se comporta como orificio de descarga sumergida. Para orificios con descarga completamente sumergida (ahogamiento total): Cd = 0.675, Coeficiente de descarga para orificios de pared delgada Ao: área del orificio Δh: diferencia de niveles Δh

VENTANA DE CAPTACION Ejemplo de Aplicación Se trata de captar un caudal de 3.7 m3/s en estiaje mediante una ventana de captación. El diámetro medio de los sedimentos más gruesos es de 20 cm. De acuerdo al material flotante las rejillas serán de platinas de ¾” x 2’ espaciadas cada 10 cm y tendrán una inclinación de 1V: ¼ H para facilitar la limpieza. Dimensionar la Ventana de Captación y determinar la perdida de carga debido a las rejas. Como  m = 20 cm, la altura del umbral de la ventana de captación será de 60cm. sobre el fondo. Aplicando la fórmula de Forcheimer: Q = 3.7 m3/s  = 0.55 (vertedero de corona ancha, de la Tabla) Reemplazando en la ecuación obtenemos: escogemos L= 2.2m y h=1.05m (incluyendo corrección por perdida de carga por obstrucción)

Determinamos el número de barras, dividiendo el ancho entre el espaciamiento: e = 2.2/0.10 = 22 espacios → N° de barras = 22-1 = 21 Ancho total de la reja = 22* *(3/4*2.54/100) = 2.60 m Ventana: L= 2.60 * h=1.05 m Determinando la pérdida de carga en las rejillas en= 0.10 m eg=0.119 m an= 22*0.1 = 2.2 m2 ag=22*0.1+21* 0.019= 2.60 m2 en/eg = 0.84an/ ag = Kt = * – (0.846)^2 → Kt = Vn=1.602 * 0.84 = m/s 0.019m ¾” 0.10m 0.119m VENTANA DE CAPTACION Ejemplo de Aplicación

Recapitulando

Ubicación – Topografía – Geología - Hidrología

Partes de una Bocatoma

Ventana de Captación El agua se capta por medio de un orificio que se encuentra en una ó en ambas márgenes.

Ventana de Captación El agua se capta por medio de un orificio que se encuentra en una ó en ambas márgenes. Funciona como vertedero en estiaje y como orificio en epocas de avenida, Esta provisto de barrotes verticales o ligeramente inclinados que impiden el paso del material flotante generan perdidas hidraulicas que se deben calcular.