OBRA DE TOMA 1. Introducción La obra de toma es la estructura que permite extraer el agua de una presa, en la cantidad y en el momento que se requiera. La importancia de una obra de toma radica, en que es el punto de inicio del abastecimiento, por lo que debe diseñarse cuidadosamente. Un mal dimensionamiento de la captación puede conllevar a un déficit en el suministro. Fig. 1.1. Imagen de una obra de captación en presas Los tipos de obras de toma, se clasifican de acuerdo al tipo de presa presente. 2. Obras de toma en presas de gravedad Cuando se construye una obra de toma en una presa de gravedad, generalmente ésta se emplaza atravesado la sección de concreto, con una pendiente hacia aguas abajo, de manera que la gradiente de energía en ningún momento intercepte el eje del conducto. Fig. 2.1. Emplazamiento de la obra de toma en presas de gravedad 3. Obras de toma en presas de materiales sueltos En este tipo de presas, se puede emplazar de 2 formas: 1. En la base del cuerpo del cuerpo de la presa (obra de toma de base) 2. Mediante torres de captación 3.1 Obra de toma de base En este tipo de presas, todos sus componentes de la obra de toma, deben estar en suelo firme, puesto que en presas de tierra existen asentamientos diferenciales que pueden dañar la tubería u otros componentes. Fig. 3.1. Imagen de la obra de toma en presas de materiales sueltos (obra de toma de base) 3.2 Obra de toma “torre de captación” Cuando no es posible ubicar la obra de toma en la base, se recomienda construir una torre de captación. Las torres de captación son estructuras que se ubican dentro del embalse y permite captar el agua a distintos niveles del embalse, es más ventajosas que otras, puesto que no se ve afectada por el choque de sedimentos y arbustos que pueden obstruir los orificios. Consisten generalmente en un cilindro hueco en las que se alojan las compuertas de ingreso. Fig. 3.1. Imagen de la obra de toma en presas de materiales sueltos (obra de toma de base) Las torres de captación, también pueden emplazarse en presas de gravedad, pero la torre forma parte de la misma estructura de la presa (ver imagen). 4. Componentes principales Las partes principales son: 1. 2. 3. 4. Estructura de ingreso Conducción Estructura de control Estructural de salida Fig. 4.1 Componentes principales de una obra de toma Conducto Estructura de ingreso Estructura de control Estructura de salida 4.1 Estructura de ingreso Lo conforman: 1. Rejilla de ingreso 2. Orificio de entrada 3. Compuerta (opcional) Rejilla Orificio Compuerta 4.2 Conducción La conducción es el ducto que transporta el agua hasta el nivel de aguas abajo de la obra de toma, y pueden ser: 1. Canales abiertos 2. Conductos a presión 3. Túneles 4.3 Estructura de control Para regular los caudales de acuerdo a requerimiento, es necesario implementar compuertas o válvulas de control en algún punto de la conducción. En presas de tierra generalmente esta se ubica al pie de la presa aguas abajo, mientras que, en presas de gravedad, esta se ubica generalmente en el cuerpo mismo. 4.3.1 Ubicación de la estructura de control 4.4 Estructura de salida La descarga de una obra de toma ya sea por compuerta, válvula o conducción, emergerá a una alta velocidad que puede producir erosión al pie de la presa. Para evitar o disminuir esa erosión, es necesario diseñar estructuras de disipación de energía. 5. Diseño hidráulico 5.1 Pérdidas de carga 5.1.1 Pérdidas por rejilla ℎ𝑟 = 𝑘𝑟 ∗ 𝑉2 2𝑔 4 𝑡 3 𝑘𝑟 = 𝐶𝑓 ( ) ∗ 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝑠 Donde: hr = Pérdida de carga por rejilla (m) Kr = Coeficiente de carga por rejilla t = espesor de las barras (m) s = Distancia entre barras (m) = Angulo de inclinación de la reja respecto a la horizontal Cf = Coeficiente de forma de las barras, se encuentra en tablas Forma de las barras 5.1.2 Pérdidas por entrada ℎ𝑒 = 𝑘𝑒 ∗ 5.1.3 𝑉2 2𝑔 Pérdidas por fricción 𝑓=𝑓∗ 𝐿 𝑉2 ∗ 𝐷 2𝑔 𝑄 1,852 𝐿 ℎ𝑓 = 10,649 [ ] 𝐷 4,87 𝐶 Cf Cuadrada o rectangular 2,42 Redonda 1,79 Ovalada en los extremos 1,67 Ovalada 0,76 5.1.4 Pérdidas por válvula o compuerta ℎ𝑣 = 𝑘𝑣 ∗ 5.2 𝑉2 2𝑔 Cálculo de la carga del orificio “h” 𝑄 = 𝜇 ∗ 𝐴𝑜 ∗ √2 ∗ 𝑔 ∗ ℎ Donde: Q = Caudal, en m3/s u = Coeficiente de descarga (Cd), adimensional depende del tipo de orificio Ao = Área del orificio, en m2 g = Aceleración de la gravedad, m/s2 h = Carga del orificio, en m Valores del Coeficiente de contracción “Cc”, Coeficiente de velocidad “Cv” y Coeficiente de descarga “Cd” 5.3 Determinación del Nivel Mínimo de Operación ℎ𝑚𝑖𝑛 = ℎ + ∑ℎ𝑓 Esquema de pérdidas de carga de la obra de toma Galería de imágenes Torre de captación Obra de toma Funcionamiento
