Calculo de Las Estructuras

7/25/2019 Calculo de Las Estructuras

1/39

Dotacin total acorde a la literatura

Ducha 27.6 l/hab/da

Sanitario 35.67 l/hab/da

Lavado de manos 6.02 l/hab/da

Lavado de platos 27.88 l/hab/daAseo y vivienda 21.17 l/da

Consumo propio 6 l/hab/da

Lavado de ropa 45.89 l/hab/da

Consumo en la vivienda 170.23 l/hab/da

Para el consumo en el sitio de trabajo se descuenta lo correspondiente a lo siguiente

Ducha 27.6 l/hab/da

Aseo vivienda 21.17 l/hab/daLavado de ropa 45.89 l/hab/da

Suma 94.66 l/hab/da

Consumo de las personas

permanentes en el sitio de trabajo

considerando restaurante en el mismo

75.57 l/hab/da

SISTEMA DE ACUEDUCTO

PARQUE INDUSTRIAL COPACABANA

MUNICIPIO DE COPACABANA

MEMORIAS DE CLCULO HIDROSANITARIO

DOTACIN

Para la dotacin adoptaremos el siguiente anlisis; al llegar al parque industrial las

personas ya han realizado las actividades bsicas (uso de la ducha, del inodoro, etc.)que requieren consumo de agua en sus viviendas. Entonces se halla la dotacin

para el proyecto restando de la dotacin total percapita que se halla en los textos,

el consumo de las actividades bsicas de las personas.


2/39

Para las personas transitorias 47.69 l/hab/da

Poblacin permanente 200 personas permanente

Poblacin transitoria 300 personas transitorias

Dotacin poblacin permante 75.57 l/persona/da

Dotacin poblacin transitoria 47.69 l/persona/daCaudal para procesos industriales 100000 l/s

Caudal medio diario Q medio (l/s) = 1.50 l/s

Caudal mximo diario QMD(l/s) = 1.80 l/s

1. Diseo de los vertederos

2.00 m

Qmax de la fuente 400.00 l/s

Qmedio de la fuente 32.00 l/s

Qminimo de la fuente 18.00 l/s

1.1 Diseo del vertedero central o de aguas medias

Qmedio 32.00 l/s

H 0.04 mH 4.23 cm

1.00 m

Velocidad con que fluye el agua sobre

el vertedero0.76 m/s Aceptable

Datos de campo de la fuente superficial

El caudal ha usar en la expresin es el caudal medio

Se adopta el ancho del vertedero de aguas medias

Ancho de fuente en el sitio de captacin

Clculo de la lmina de agua

Se usa la siguiente expresin (Frmula de Francis)

CAPTACIN

=

1.84

=

=

1.84

=


3/39

H1 0.10 m

L1 1.00 m

Capacidad de descarga del vertedero

223.33 l/s

1.2 Clculo de la carga de diseo

Se usa

Qdiseo 1.50 l/s

Hdiseo 0.0087 m

Hdiseo 0.87 cm

1.3 Clculo de la carga asociada al caudal mnimo

Se usa

Qmnimo de la fuente 18.00 l/s

Hmnimo 0.0457 m

Hmnimo 4.57 cm

Condicin que garantiza la captacin

del caudal de diseocumple

1.4 Diseo del vertedero de crecientes

Entonces la capacidad de descarga del vertedero es:

Se definen como medidas para el vertedero las siguientes

La carga que el caudal mnimo de la fuente superficial crea

sobre la cresta del vertedero ser:

El ancho del vertedero se asume menor al ancho de la fuente

superficial

La carga que el caudal requerido crea sobre la cresta del

vertedero ser:

<

= 1.84

= 1.84

=

1.84


4/39

L2 1.60 m

Q2 176.67 l/s

H2 0.1533 m

H2 0.20 m

H2 0.20 m

L2 1.60 m

2. Clculo del rea de captacin

Ecuacin de un orificio sumergido

Cd 0.61

Hdiseo 0.8719 cmQc 1.50 l/s

Ac 59.37 cm2

El caudal de descarga sobre el vertedero es la diferencia entre

el caudal mximo de la fuente y el caudal de descarga en el

vertedero de aguas medias

Entonces la carga sobre el vertedero es

Se escoge el siguiente valor por razones prcticas de

construccin

Se definen como medidas para el vertedero las siguientes

Con base en la ecuacin de un orificio sumergido puede

deducirse el valor del rea de captacin "Ac"

Para definir las dimensiones de la rejilla de captacin se

procede asi:;

= 2 = 2


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0.30 m0.20 m

0.10 m

1.27 cm = 1/2"

1.05 cm

10.00 cm

10.50 cm2

Nmero de espacios 5.65 espacios

Se redondea a 7 espacios

Nmero de barras, "Nb" 6 barras

Longitud de la rejilla,"L" 14.97

30 cm

Se verifica que la longitud de la rejilla

sea menor que el ancho del vertedero

de aguas medias

cumple

2.1 rea neta de captacin

Acaptacin 0.0140 m2

3. Dimensionamiento del canal recolector

3.1 Ancho del canal

Ancho o dimetro de la barra

Espacio entre barras

Longitud de las barras

rea (espacio) entre barras, "a"

Clculo del nmero de espacios requeridos

Se coloca una rejilla con 14 espacios de 1.05 cms y 12 barras

de 1/2"

Se define el ancho de la corona de los vertederos

Definido el ancho de la corona de los vertederos se puede

adoptar un ancho para la rejilla

Se define un ancho de rejilla

Se definen las caracteristicas de los barrotes:

Se adopta una longitud "L", por razones prcticas

Se define el ancho de la corona del dique

>

=

= 1

= +

>


6/39

Donde

Vr

xs

Vr 0.57 m/s

H 0.0087 m

xs 0.27 m

Donde

xi

xi 0.15 m

B 0.30 m

3.2 Profundidad del canal

he 0.0136 m

El ancho del canal de aduccin se calcula a partir de las

ecuaciones del alcance parablico de un chorro

La profundidad depende de los niveles de agua aguas arriba y

aguas abajo del canal

Nivel aguas abajo del canal

Velocidad sobre la rejilla

Distancia mxima horizontal de proyeccin

del chorro

Distancia mnima horizontal de proyeccin

del chorro

Se define las siguiente dimensin para el ancho B, del canal de aduccin

= 0,36 + 0,60 /

= 0,18 + 0,74/

= =

/


7/39

Donde

Lc Longitud del canal

i Pendiente del canal

Lc 1.15 m

i 2.80 %

Reemplazando

ho -0.00195 m

0.10 m

Altura del canal aguas arriba 0.09805 m

Altura del canal aguas abajo (se

incrementa lo que baja por la

pendiente)

0.13 m

Altura del canal de aduccin

Se deja un borde libre de

La pendiente se adopta segn lo recomienda la literatura para

lograr la autolimpieza de arenas y material particulado grueso

Nivel aguas arriba del canal

La longitud del canal considerando la geometra del sistema

de captacin es: El ancho de la fuente es de 2,0 metros, es

decir, del eje de la fuente a la orilla donde se hubicar la caja

de derivacin hay 1,0 metro, y a ese metro se le suma lamitad de la longitud de la rejilla, es decir, del eje de la rejilla al

lado opuesto de la orilla donde se ubicar la caja de

derivacin; con estas consideraciones la longitud del canal de

derivacin es:

= 2 +

3

/

2

3


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Borde libre 0.07 m

Altura del canal de aduccin 0.20 m

3.1 Velocidad del agua al final del canal de aduccin

Ve 0.37 m/s

Ve Cumple

4. Clculo de la altura de los muros de contencin

Garganta vertedero de aguas mximas 0.20 m

Garganta vertedero de aguas medias 0.10 m

Garganta vertedero de caudal de

diseo0.01 m

Altura para el canal de aduccin 0.20 m

Altura requerida para ubicar el tubo de

desage del dique. Se asume un tubode 6"

0.15 m

Altura de los muros 0.66 m

Se adopta 0.70

5. Diseo de la cmara de recoleccin

5.1 Distancia mxima horizontal de proyeccin del chorro

La altura de de los muros del dique estn en funcin de las

Para el dimensionamiento tambin se usan las ecuaciones del

tiro parablico, pero se usa la velocidad al final del canal de

aduccin, y el valor de H es el de he

La velocidad debe estar entre 0,3 m/s y 3,0 m/s

Por lo anterior el canal de derivacin se puede conformar con

=

= 0,36 + 0,60 /

=


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xs 0.24 m

5.2 Distancia mnima horizontal de proyeccin del chorro

xi 0.13 m

5.3 Altura de la cmara de derivacin

Tirante de agua en la cmara 0.30 m Adoptado

H 0.73 m

Longitud 0.50 m

Ancho 0.50 m

Altura de la cmara 0.73 m

6. Clculo del caudal de excesos

Para efectos prcticos se adopta las siguientes dimensiones

para la cmara

El clculo del caudal de excesos no se hace con el caudal

mximo de la fuente superficial, ya que cuando este se

presenta es una condicin espordica. Por lo tanto se calcula

con el caudal medio

En la cmara de derivacin la altura del tirante de agua debe

ser tal que venza las prdidas en la tubera que de la cmara

va al desarenador, tubera de aduccin; en este caso en

particular el desarenador estar adyacente a la cmara de

derivacin, por lo tanto las prdidas son menores. Se adoptaun valor de 30 centmetros para el tirante de agua y luego se

verifica que s cumpla la condicin.

Con el tirante de agua adoptado y la altura de los vertederos

de aguas medias, de aguas mximas, y la altura aguas abajo

del canal de derivacin se obtiene la profundidad total H de la

cmara de derivacin

= 0,18 + 0,74/


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Lmina de agua sobre la garganta para

el caudal medio

0.07 m

Caudal captado Qcaptado

Cd 0.61

Aneta 0.0140 m2

Qcaptado 9.8006 l/s

Caudal de excesos

Qexcesos 8.30 l/s

Longitud de vertedero de excesos, L,

definida en las dimensiones adoptadas

para la cmara de derivacin

0.50 m

Hexcesos

Hexcesos 0.0433 m

Vexcesos

Vexcesos 0.38 m3/s

Las condiciones en el vertedero de excesos sern:

=

1.84

= 2

=

=

=

1.84


11/39

xs 0.29 m

Por lo tanto el ancho en la direccin

del flujo de la fuente superficial de la

cmara recolectora del caudal de

excesos es de

0.30 m

Las dimensiones finales de la cmara

son:

Longitud 0.80 mAncho 0.50 m

Altura de la cmara 0.73 m

1. Parmetros de diseo

Caudal de Diseo, Q 1.50 l/s

Remocin mxima tcnica adoptada 87.50% %

Dimetro de partculas a remover adoptada 0.005 cm

Temperatura promedio del agua en C 22oC

2. Calculo de la velocidad de sedimentacin = Vs

Donde :

g = Gravedad (cm/s) 981 (cm/s)

Ws = Peso especifico de las partculas 2.65 gr/cm

W = Peso especifico del agua 1 gr/cm

= Viscosidad cinemtica del agua centgrado 0.00957

d = Dimetro de las partculas 0.005 cm

La pared aguas abajo despus del vertedero de excesos se

ubica segn la dimensin calculada con la ecuacin de tiro

parbolico

DESARENADOR

=

18


12/39

0.235 cm/s

3. Clculo del perodo de retencin

3.1 Profundidad til

3.2 Tiempo de caida

Vs = H / t

Donde :

H = Profundidad til 70 cm

t = Tiempo que tarda la partcula para tocar fondo (s)

3.3 Tiempo de retencin

t = H/Vs = 297.87 segundos

4. Capacidad del desarenador, C

Relacin a/t

Donde :

a = Perodo de retencin

Para desarenadores con buenos

deflectores se escoge a/t =2.75

De donde al reemplazar se obtiene

a 819.14 seg

a 0.23 horas

Entonces la capacidad del desarenador es:

C = 1.227 m

Segn Flinn-Weston & Bogert, para desarenadores con buenos deflectores y con

porcentaje de remocin de partculas de 87,5 % la relacin a/t es 2,75

Se adopta una profundidad til de 1.2 m (mnimo recomendado para no producir

perturbaciones)

=

18


13/39

5. Superficie del desarenador

Area superficial = As

As = C / H

As = 1.75 m

6. Clculo de las dimensiones del desarenador

Llamamos

x = ancho

y = largo

Luego se tiene

y = 4 * x

0.66 m

Por lo tanto las dimensiones del desarenador son :

Ancho 0.66 m

Largo 2.65 m

Altura til 0.7 m

Borde libre 0.2 m

Altura para almacenamiento de lodos 0.3 m

Altura total 1.2 m

7. Carga hidrulica superficial

La carga hidrulica superficial de este tanque es:

73.95 m3/m2/d

15 < q < 80 CUMPLE

8. Velocidad de traslacin vs. Velocidad permitida

Velocidad de traslacin = Vt

Experimentalmente se ha encontrado que la mejor relacin largo ancho es de 4:1

=

4

=


14/39

Vt = Q/Atransversal 0.00324 m/s

La velocidad mxima permitida es de 20 veces la velocida de asentamiento

Velocidad mxima permitida =20*Vs 0.047 m/s

Luego se cumple que:Vt < velocidad mxima permitida

9. Zona de entrada

Velocidad a traves de los orificios

(asumida) 0.2 m/s

Area requerida de orificios 0.0074896 mDimetro de los orificios adoptado 0.5 pulg

Area por orificio 0.0001267 m

No de orificios 59

Separacin entre ejes de orificios 0.04 m

Nmero de orificios por hilada 16.5

Nmero de hiladas requerida 3.58

Se adoptan 4 hiladas

Nmero de orificios totales 66

Por facilidad constructiva se usa cuatro filas de 18 de 1/2" orificios cada una

10. Calculo de la zona de salida :

hv 1.15 cm

donde

h = espesor de lamina vertiente

El vertedero de salida se disea utilizando la formula de Francis, para vertederos de

cresta ancha

El vertedero de salida se ubicara en forma tal que la direccin de flujo se invierta.

Se utilizar una canaleta con perforaciones tal que la velocidad de paso, a travs de

ellos sea menor o igual a 0,2 m/s

=

1.84


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L = ancho del desarenador

Velocidad sobre el vertedero 0.20 m/s

Ancho de la canaleta de salida, xs

Para su calculo se usa la ecuacin del alcance parablico

0.17 m

Se adopta un ancho igual a 0.2 m

11. Zona de lodos

Se usar una tolva de doble pendiente en el sentido longitudinal

V tolva 0.24 m

rea mayor 1.75 m2

rea menor 0.01 m2

Altura de la tolva 0.38 m

12. Lavado y rebose :

Se usara tubera pvc unin mecnica RDE 26 = 2 pulgadas

Poblacin permanente 200 personas permanente

Poblacin transitoria 300 personas transitorias

Dotacin pobl permante 75.57 l/persona/da

Dotacin pobl transitoria 47.69 l/persona/da

Caudal para procesos industriales 100000 l/s

Se deja en el fondo de la tolva un ancho de 0.1 m para instalacin de la tubera de

evacuacin de lodos, por lo tanto la tolva sera trapezoidal con las siguientes

dimensiones

El volumen de la tolva de lodos debe ser como mnimo 0.20 veces el volumen de la

zona de sedimentacin

BOMBEO Y CONDUCCIN

=

= 0,36 + 0,60 /

=

3 + +


16/39

Q medio (l/s) = 1.50 l/s Caudal medio diario

QMD(l/s) = 1.80 l/s Caudal mximo diario

Hss(m) = 1.5 Altura esttica de la succin

Hsi(m) = 30 Altura esttica de la impulsin

LTs(m) = 1.5 Longitud de la tubera de succin

LTi (m) = 377.96 Longitud de la tubera de impulsin

1. CALCULO DEL DIMETRO DE LA SUCCIN

Segn el RAS, las velocidades mximas en la succin dependen del dimetro segn la siguie

tabla

(pulg) v (m/s)

2 0.75

3 1.00

4 1.30

6 1.45

De la ecuacin de continuidad se tiene:

Con Q (l/s) 0.00

Adoptando diferentes velocidades ajustamos el dimetro:

V (m/s) (m) (pulg)

0.75 0.06 2.17

1.00 0.05 1.88

1.30 0.04 1.65

1.45 0.04 1.56

Se adopta un dimetro de 3", con lo que la velocidad queda de:

VQ

**4


17/39

3 pulgadas

V 0.33 m/s

2. CALCULO DEL DIMETRO DE LA IMPULSIN

Segn el RAS la velocidad en las tuberas de impulsin deben de estar entre 1.0 y 3.0 m/s.

De la ecuacin de continuidad se tiene:

Q (l/s) = 1.80

Se adopta una velocidad de 1.00 m/s, para calcular el dimetro

V (m/s) = 1

(pulg) = 1.88

Se aproxima el dimetro de la impulsin a 2" y se verfica la velocidad.

(pulg) = 2.00

V (m/s) = 0.74

3. CLCULO DEL NPSH DISPONIBLE.

ALTURA DINMICA DE SUCCIN

Prdidas locales en los accesorios

Coeficiente para prdidas locales

La velocidad es men

establecida en el RAS.

La velocidad esta muy prxima al ni

dado por el RAS, se puede aceptar

La bomba proyectada es una bomba centrifuga, con cabeza de succin de 1.50 m y una rejillacoladera

V

Q

*

*4

V

Q

*

*4


18/39

Accesorios (pulg)

Rejilla con coladera 3 20

Codo de 90o

3 2.1

Sumatoria de coeficientes 22.1

Cabeza de velocidad, V2/(2*g) =

V /(2*g) = 0.006hls(m) = 0.12

Prdidas por friccin en las tuberas.

C = 140

(pulg) = 3

Sf(m/m) = 0.002

Longitud tuberia 1.5

Hfs(m) = 0.00278357

Cabeza dinmica de la succin

Prdidas en accesorios (m) = 0.12

Prdidas en tuberas (m) = 0.00278

Cabeza de velocidad, V /(2*g) = 0.006

Altura esttica de succin = 1.5

Cabeza dinmica de la succin Hds(m) = 1.63

Altura snm= 1600 Altura sobre el nivel del mar de la lo

PA/=

Pv/= Presin de vapor a la temperatura del sitio consid

Presin baromtrica en el sitio (10.33 - 1.2/100

metro sobre el nivel del mar del sitio considerado)

54.01

63.2**2785.0

C

QSf

8.136.0 dsVA HPP

NPSH

54.01

63.2**2785.0

C

QSf

8.136.0 dsVA HPP

NPSH


19/39

Hds= Cabeza dinmica de succin

0.36 = Factor para corregir posibles depresiones barom

1.8 = Factor para corregir posibles vacios imperfectos d

Pv/(T20o) = 0.26

NPSH (m)= 4.36

4. ALTURA DINMICA DE IMPULSIN

La bomba a disear es una bomba centrifuga

Prdidas locales en los accesorios

Coeficiente para prdidas locales

Accesorios (pulg) Cant idad k Total

Vlvula retencin 1 1 3.2 3.2

Vlvula compuerta 1 1 0.2 0.2

Codo de 90o

1 4 0.8 3.2

Codo de 45o

1 6 0.4 2.4

Tee paso directo 1 1 0.5 0.5

Tee salida lateral 1 1 1.7 1.7

Sumatoria de coeficientes 11.2

Cabeza de velocidad, V /(2*g) =

V /(2*g) = 0.028

hls(m) = 0.31

Prdidas por friccin en las tuberas.

C = 140

(pulg) = 2.00

Sf(m/m) = 0.019

Longitud tuberia 377.96

Hfs(m) = 7.08

54.01

63.2**2785.0

C

QSf


20/39

Cabeza dinmica de la impulsin

Prdidas en accesorios (m) = 0.31

Prdidas en tuberas (m) = 7.08

Cabeza de velocidad, V2/(2*g) = 0.028

Altura esttica de impulsin = 30.00

Cabeza dinmica de la impulsin Hds(m) = 37.42

5. CABEZA DINMICA TOTAL

Es la suma de las cabezas dinamicas de la succin ms la impulsin.

HDT (m) = 39.05

6. POTENCIA DE LA BOMBA.

P (HP) = 1.40

Se especifica una bomba con una potencia de 2.0 caballos de fuerza.

75

*HQP


21/39


22/39


23/39


24/39


25/39


26/39


27/39


28/39


29/39


30/39


31/39


32/39


33/39


34/39


35/39


36/39

te


37/39

r que la

Se acepta

el inferior

con


38/39

calidad

rado

0 por cada


39/39

tricas

e la bomba.

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