Este documento describe un sistema de captación de agua por lecho filtrante. Consiste en un azud, muros laterales, material filtrante, tubería perforada, y decantador. El diseño requiere especificar el material filtrante, dimensionar el área de filtración, calcular las pérdidas de carga, y dimensionar el múltiple recolector para interceptar un caudal de 8 l/s.

1. CAPTACIONES POR
LECHO FILTRANTE

2. 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.

3. 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.

4. 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”.

5. 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.

6. 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

7. v
Q
A 
2
8
001.0
008.0
mA
A


a
A
b 
mb
b
45.4
80.1
8


•Dimensiones del sistema de filtración
Área:
Largo b:

8. 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

9. 4
. 2

A 2
2
0081.0
4
)1016.0(
mA
m
A



A
Q
v 
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”

10. • 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

11. 4
. 2

A
2
2
0033.0
4
065.0
mA
A




tubos
Q
QL
#

smQ
Q
L
L
/0008.0
10
008.0
3


A
Q
v L
L 
smv
v
L
L
/24.0
0033.0
0008.0


Área del conducto:
Caudal por lateral:
Velocidad en cada lateral:

12. s
L
anillosN lat
º
213º
5.212º
008.0
70.1
º



anillosN
anillosN
anillosN
anillopororifiosNanillosNorificiosN ººº 
639º
3213º


orificiosN
orificiosN
Número de anillos por lateral:
Número de orificios por lateral:

13. 2
2
0000070.0
4
003.0
mA
A
o
o




oTo AorificiosNA  º
2
004.0
0000070.0639
mA
A
To
To


Área por orificio:
Diámetro del orificio = 3mm (impuesto)
Sumatoria de las áreas de orificios por lateral:

14. •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

15. •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.

16. 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)

17. •Pérdidas por lecho filtrante
2
00608.0

Lov
hf


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)

18. 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
cmscm
h
f
f
0075.0
)27.1(
20/1.000608.0
2




19. 1hhh Pm 
3
prinprin
p
SL
h


•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)

20. Datos:
Q = 0.008 m3/s
n = 0.009 (PVC sanitaria)
A = 0.0081m2
R = 0.0254 (radio hidráulico)
 = 4”
2
3/2 






AR
Qn
S
mmS
S
prin
prin
/0105.0
0254.00081.0
009.0008.0
2
3/2










Calculo de la pendiente S según Manning:

21. mh
h
p
p
0126.0
3
0105.06.3



3
1
latlat SL
h


Calculo de las perdidas en el conducto principal:
Perdidas de carga en los conductos laterales (h1)
(h1) se estima mediante la ecuación

22.  P
mP 204.0065.0 
P
A
R 
016.0
204.0
0033.0
R
Datos:
Q = 0.0008m3/s
n = 0.02 (PVC drenaje)
A = 0.0033m2
R = 0.016 (radio hidráulico)
 = 65mm

23. 2
3/2 






AR
Qn
S
mmS
S
lat
lat
/0058.0
016.00033.0
02.00008.0
2
3/2










mh
h
0032.0
3
0058.070.1
1
1



Cálculo de la pendiente:
Cálculo de las pérdidas en tuberías laterales:

24. 1hhh Pm 
mh
h
m
m
0158.0
0032.00126.0


Finalmente las pérdidas en el múltiple colector:

25. 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

26. •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

27. g
Kv
h prin
S
2
2

mh
h
s
s
049.0
81.92
98.000.1 2




g
Kv
h L
e
2
2

mh
h
e
e
00146.0
81.92
24.05.0 2




•Pérdida por salida (hs)
•Pérdida por entrada (he)

28. 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:

29. •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





30. A
Q
V 
smV
V
/25.1
0032.0
004.0


gAC
Q
h
2
1
2








mh
h
2142.0
81.92
1
0032.061.0
004.0
2










La velocidad será:
La carga se calcula mediante la expresión de un
orificio sumergido:
La carga sobre el tubo de aducción será: 0.21m