104736808 Boca Tom

DISEÑO DE BOCATOMAS II
Msc. Ing. Isidro Alberto Pilares Hualpa

CÁLCULOS PARA SU DIMENSIONAMIENTO HIDRÁULICO DE
UNA BOCATOMA

Disposición típica de principales elementos de una bocatoma de captación lateral

El

dimensionamiento

hidráulico

de

una

estructura

de

captación se basa en el estudio del comportamiento del agua
ya

sea

en

movimiento

o

en

reposo.

El

dimensionamientohidráulico debe satisfacer lo siguiente:
a. Estabilidad del cauce al paso de la avenida de diseño
(hidráulica fluvial).
b. Asegurar permanentemente el caudal en ingreso.
c. Captar lo mínimo de material sólido.
d. Proveer

un

sistema

de

compuertas

que

eviten

la

sedimentación de sólidos y material flotante frente a
la bocal.
1

DIMENCIONAMIENTO DE LA VENTANA DE CAPTACION
La captación de agua serealiza mediante una abertura
llamada ventana de captación. Esta trabaja como vertederos
en mínimas y como orificio ahogado en máximas. Sus
dimensiones son calculadas en función del caudal a derivar,
de las condiciones económicas aconsejables y su geometría.
1. Ángulos principales
La geometría de la toma, se acondiciona a los siguientes
ángulos funcionales (Ver figura):

a. Ángulo de Ingreso (  ) entrelos ejes longitudinales
del río y la bocal.
b. Ángulo de derivación (  ) entre el margen del río y el
extremo de aguas arriba de la bocal.
c. Ángulo de desviación de la frontal (  ), formado entre
el eje longitudinal de las ventanas y la margen del
río.
Ejemplo.
Características hidráulicas del río
Para mínima avenida
Q = 566 m3/seg
2

A = 177m

V = 3.2 m/s
P = 123

B = medio 120m.

dn = 1.47(tirante)

Fb = borde libre = 0.38

H = Alto total = 1.85

n = 0.053

S = 0.017 m/Km

2

La geometría de la toma se ha condicionado a los siguientes
ángulos funcionales.

 = Ángulo de ingreso entre los ejes del canal de
derivación y margen del rio 30°.
 = Ángulo de derivación “  ” entre el margen del río y
margen aguas arriba del Canal de transición 23°16’

 = Ángulo de desviación de la frontalde las ventanas
de captación y la margen del río igual a 17°.
2. Altura de la ventana de captación
La altura de la ventana de captación, se determina por la
formula de vertederos.
1º CASO: En función al caudal a derivar
a) Para época de Estiaje:
Q = 1.84 l H3/2

Q = C (L-0.1Nh) h3/2

(Ecuación de Francis para un vertedero
rectangular
de
cresta
aguda,
sin
contracciones).
(Ecuación para unvertedero rectangular
de cresta aguda con contracciones).

Q = Caudal a deriva m3/s)
L = Longitud ventana (m)
h = Altura de la ventana (m)
C = 1.84 Coeficiente normalizado del vertedero
N = Nº de contracciones
3

b) Para época de Avenidas (orificio sumergido)
Q = Cd Ao (2g H)1/2

(Ecuación general de un orificio).

Cd = (Cv) (Cc) coeficiente de gasto en un orificio.
Cv = Coeficiente corrección porpérdida de carga (~1.0)
Cc

=

Coeficiente

corrección

por

contracción

de

la

vena

líquida.
V = Cv (c g H)1/2
Ao = Cc (A), Ao sección contraída.
Los

coeficientes

se

usan

orificios

circulares

y

rectangulares y son funciones del Nº de Reynolds.
Si Nº Re > 105, Cv, Cc, Cd son:
Cv = 0.99; Cc = 0.605, Cd = 060
Se deben de considerar las pérdidas de carga.

2º Caso: Considerando las pérdidas
Sondebido
a:
rejillas,
contracciones
entradas,
cambios
dirección, las reducciones producidos por las compuertas,
resistencia producidas por el rozamiento de ángulos, los que son
tomados en cuenta para el diseño hidráulico.

a) Perdidas en las rejillas
Su objetivo básico es impedir que los materiales de arrastre
y suspensión ingresen al canal de derivación los cuales
causan obstrucción y desbordes aguasdebajo de la captación.
Su colocación puede ser vertical o con una pequeña
inclinación. Su principal desventaja es que causa pérdida de
carga, las cuales deben ser consideradas durante el
dimensionamiento de la ventana de captación.

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Ejemplo de cálculo:
Q = 5 m3/seg (capacidad máxima)
n = 3 (numero de ventanas)

Q
 1.67 m / seg
3
Velocidad 0.5 – 1.2 m/seg.
V = 0.85 m/seg
Q = V × A...