Diseño y ubicación de tomas en presas: captaciones, tipos y conductos de toma

Obras de toma

A. Localización de las tomas

Por lo general las tomas se ubican:

• Dentro del cuerpo de la presa.
• En los estribos de la presa.
• En cualquier otro lugar del embalse.

Los factores a considerar para la selección de la localización son los siguientes:

• Tipo de presa: es importante conocer los diferentes tipos de presas existentes; por ejemplo, las presas de concreto y gravedad son muy adecuadas porque permiten la construcción de tomas a través de su cuerpo.
• Condiciones geotécnicas: esta condición busca garantizar la estabilidad de la toma y de las obras adyacentes a ella.
• Condiciones topográficas: en ocasiones son determinantes para conocer la longitud de túneles o la presencia de escasez de terreno.
• Capacidad de la toma: la magnitud de la capacidad de la toma puede influir en su localización, pues determina las dimensiones de las secciones, así como las válvulas, bombas y otros componentes.
• Condición y ubicación de la entrega de la demanda: hace referencia a embalses de usos múltiples, donde los puntos a abastecer no necesariamente se encuentran en el mismo sitio.
• Uso conjunto con otras obras de embalse: las obras de toma suelen condicionarse por las facilidades determinadas por las obras de desvío; es decir, se disponen en sitios donde se faciliten dichas obras de desvío.
• Obras de acceso: son aquellas que facilitan los procesos del proyecto, por ejemplo, carreteras cuando la obra de toma está muy lejos de la presa.

B. Selección del tipo de toma

Si bien el punto más importante para la selección del tipo de toma es su ubicación, los factores que influyen en esta última tienen una trascendencia especial en la selección del tipo de toma. Se debe seleccionar si la toma será a presión, mixta o libre.

• Toma a presión: recomendada cuando el objetivo es disminuir las pérdidas de energía de la toma.
• Toma libre: utilizadas en presas bajas o pequeñas, con fines de navegación y control de crecidas.
• Toma mixta: basada en la combinación de las anteriores; por lo tanto, es, en general, la más recomendable.

También es posible seleccionar una obra de toma por gravedad o por bombeo; para ello se deben considerar los siguientes aspectos:

• Ubicación de la toma respecto a la conducción de las aguas: emplazamiento relativo del embalse respecto al centro de consumo, tanto en planimetría como en altimetría.
• Naturaleza de la conducción: si la conducción es de superficie libre o a presión. En este último caso podría ser beneficioso un bombeo inicial de captación.
• Condiciones geológicas: las malas condiciones del subsuelo pueden imposibilitar el uso de tomas por gravedad (túneles, conductos a través de las presas, etc.).

A. Captaciones

En este caso se debe escoger entre una captación selectiva o una que no lo sea. Los criterios principales son la variación de la calidad del agua en el embalse con la altura y el uso posterior del agua captada. Las tomas selectivas suelen clasificarse en tres tipos generales:

• Torretomas: estructuras que poseen aberturas en diferentes niveles con compuertas o válvulas de entrada. Por lo general son de sección rectangular o circular y se colocan lo más cercano posible al borde seco de la ladera del embalse, con la finalidad de disminuir el puente de acceso, el cual en ocasiones no se construye y se accede mediante embarcaciones.
• Captación inclinada: similares a la torretoma, pero su diferencia radica en que hacen uso del apoyo que ofrece la ladera del embalse. Por lo general estas tomas necesitan una ladera firme de apoyo para que el costo de los taludes no sea muy alto. Pueden usarse apoyadas sobre el talud de una presa de concreto, aunque en presas de tierra o enrocado se debe realizar un diseño más complejo.
• Captaciones flotantes: útiles en embalses relativamente llanos y para gastos de poca o mediana magnitud. Presentan como ventaja su flexibilidad, bajo costo y facilidad de construcción; como desventaja, el costo de mantenimiento por corrosión, aunque esto puede mejorar sensiblemente con el uso de pinturas apropiadas.

Otros tipos: existen varios tipos de tomas no selectivas o sumergidas; la toma de embudo es de las más comunes.

B. Conductos de toma

Los conductos de toma pueden ser construidos en túneles o a cielo abierto, a través de la presa o asentados en su fundación. En el caso de cielo abierto, el conducto es un canal o una sección cerrada fabricada in situ o prefabricada.

El tamaño del conducto depende de:

• Capacidad mínima de toma: se refiere a que el gasto que por allí pase no puede ser menor que la capacidad del conducto.
• Uso del conducto de toma como obra de desvío: por lo general, en estos casos el gasto será mayor que la capacidad de la toma, por lo que ésta debe adaptarse a estas condiciones.
• Altura de la presa y condiciones de carga a la descarga: importantes, pues en ellas se establecen los niveles de energía.
• Velocidades máximas admisibles: se aplican para evitar la erosión procedente del material exterior del conducto.
• Facilidades de construcción: especialmente en túneles, donde la economía de la construcción aconseja un área de excavación mínima.
• Tipo de flujo: dependerá de si el flujo es libre o a presión.
• Continuidad de la sección: se recomienda mantener la misma sección a lo largo del conducto para evitar transiciones.
• Disposición de los controles de regulación: dependerá de la ubicación del conducto, ya que de acuerdo con ello se fija el tipo de flujo a utilizar.

Es importante mencionar que las secciones más utilizadas para los conductos de toma son las siguientes:

• Circulares: se consideran las más efectivas hidráulicamente cuando trabajan a presión y también resultan adecuadas desde el punto de vista estructural.
• Rectangulares: por lo general se utilizan en canales abiertos; la forma hidráulica más eficiente en estos casos es cuando el ancho es aproximadamente el doble de la altura del agua.
• Herradura: se adaptan bien a túneles y funcionan mejor que la sección circular cuando trabajan a superficie libre; además, son ventajosas cuando se desea dar acceso a la cámara de maniobras a través del conducto.
• Arco: tienen un comportamiento similar a las anteriores, mejoran las facilidades de acceso pero pueden desmejorar ligeramente el rendimiento hidráulico.
• Otras: se pueden mencionar secciones ovoidales, inclusive prefabricadas; sin embargo, no presentan una ventaja determinante sobre las secciones anteriores.