Canal de Conduccion

DISEO DE PEQUEA CENTRAL HIDROELECTRICA

DATOSPoblacion a beneficiar = 20000 habitantes 5.5% 15 aos

12.90.9

B = Ancho del rio= 4.5 m1.10%

Trabajo a plena carga = 90 %

HISTORIAL DE CAUDALESMES AO1 2 3 4 5

1 3.84 4.45 3.87 3.63 3.252 4.06 4.2 4.13 4 3.763 4.56 4.45 4.33 4.52 4.654 4.05 3.97 3.86 3.55 3.535 2.59 3.21 3.29 2.56 2.936 2.25 2.33 3.05 2.45 2.67 1.77 1.63 2.25 2.21 1.778 1.26 1.29 1.43 1.6 1.139 0.87 0.83 0.95 1.03 0.89

10 0.77 0.73 0.84 0.86 0.7611 1.13 1.25 1.05 1 1.0312 1.57 2.21 2.25 1.63 1.84

1) CALCULO DEL CAUDAL DE DISEOEn base a esta informacin de Historia de Caudales se construir la curva de frecuencias y caudales (Histograma)

Qmax = m3/sQmin = m3/s

Srio=

r

r

CURVA DE FRECUENCIA Y CURVA DE CAUDALES

Variacion de CaudalesCurva de Curva de

Frecuencias CaudalesNmero % Nmero %

4.65 4.74 1 1.7 1 1.74.55 4.64 1 1.7 2 3.34.45 4.54 3 5.0 5 8.34.35 4.44 0 0.0 5 8.34.25 4.34 1 1.7 6 10.04.15 4.24 1 1.7 7 11.74.05 4.14 3 5.0 10 16.73.95 4.04 2 3.3 12 20.03.85 3.94 2 3.3 14 23.33.75 3.84 2 3.3 16 26.73.65 3.74 0 0.0 16 26.73.55 3.64 2 3.3 18 30.03.45 3.54 1 1.7 19 31.73.35 3.44 0 0.0 19 31.73.25 3.34 2 3.3 21 35.03.15 3.24 1 1.7 22 36.73.05 3.14 1 1.7 23 38.32.95 3.04 0 0.0 23 38.32.85 2.94 1 1.7 24 40.02.75 2.84 0 0.0 24 40.02.65 2.74 0 0.0 24 40.02.55 2.64 3 5.0 27 45.02.45 2.54 1 1.7 28 46.72.35 2.44 0 0.0 28 46.72.25 2.34 4 6.7 32 53.32.15 2.24 2 3.3 34 56.72.05 2.14 0 0.0 34 56.71.95 2.04 0 0.0 34 56.71.85 1.94 0 0.0 34 56.71.75 1.84 3 5.0 37 61.71.65 1.74 0 0.0 37 61.71.55 1.64 4 6.7 41 68.31.45 1.54 0 0.0 41 68.31.35 1.44 1 1.7 42 70.01.25 1.34 3 5.0 45 75.01.15 1.24 0 0.0 45 75.01.05 1.14 3 5.0 48 80.00.95 1.04 4 6.7 52 86.70.85 0.94 3 5.0 55 91.70.75 0.84 4 6.7 59 98.30.65 0.74 1 1.7 60 100.00.55 0.64 0 0.0 60 100.00.45 0.54 0 0.0 60 100.00.35 0.44 0 0.0 60 100.0

0.25 0.34 0 0.0 60 100.0

0.15 0.24 0 0.0 60 100.00.05 0.14 0 0.0 60 100.0

60 100

INTERPOLANDO0.95 86.7

X 900.85 91.7

X= 0.884

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 110.00

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

CURVA DE DURACIN DE CAUDALES

Q(m^3/s)

0.95 0.85 86.7 91.70.85 90 91.7X

Segn la curva de duracin de frecuencias, un trabajo a plena carga de 90% le

Q= 0.884

2) CALCULO DEL SALTO '' H ''

2.1) calculo de la demanda Potencial (Dp)

De la tabla

1200 Kw

corresponde un caudal de diseo de 1 m3/s.

m3/s

Dp =

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.00

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

CURVA DE FRECUENCIA

Q (m^3/s)

2.2) Calculo de la demanda Futura Df

Df = 2678.97 Kwtrabajamos: Df = Pot= 2679 Kw

2.3) Clculo del Salto HDe acuerdo con la expresin de potencia de un aprovechamiento hidroenergtico.

P=9.81 x Q x H x n n= 50%

Remplazando Valores tenemos:

H= 618 m De acuerdo a lo obtenido nesitariamos un salto de 438m, de acuerdo a la topografia del terreno no se cuenta con un rea adecuado para producir este salto, por lo que realizaremos una obra de almacenamiento para mantener un caudal constante de = 2.5

H= 218 m

Dp = Demanda Potencial Razon de crecimiento promedio anual de la demanda de energia Tiemo de retorno

m3/s

)1( rDD pf

r

DISEO DE PEQUEA CENTRAL HIDROELECTRICA

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 110.00

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

CURVA DE DURACIN DE CAUDALES

Q(m^3/s)

0.95 0.85 86.7 91.70.85 90 91.7X

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.00

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

CURVA DE FRECUENCIA

Q (m^3/s)

De acuerdo a lo obtenido nesitariamos un salto de 438m, de acuerdo a la topografia del terreno no se cuenta con un rea adecuado para producir este salto, por lo que realizaremos una obra de

y producir un salto de :

DISEO HIDRULICO DE LA CAPTACINDatos del Diseo :

Geologia del ro : Afloramiento rocoso.Caudal del ro :

Qmx = 12.9Qmin = 0.9

Pendiente del Ro: S 1.1%Ancho del rio : b 4.5 mCaudal del diseo (a captar):

Qd = 2.500

Coeficiente de maning (Ver tabla N1)Material considerado no : 0.024Grado de Irregularidad n1: 0.010Variacin de la seccin transversal n2: 0.006Efecto relativo de obstrucciones n3: 0.00Vegetacin n4: 0.005Cantidad de meandros n5: 1.00

nr= 0.045

1.- CLCULO DE LA VELOCIDAD DEL ROSuponiendo una seccin rectangular

* Clculo del tirante del rio:

Donde:Q = 12.9A = b*Y ( rea de la seccion transversal)P = b + 2Y (Permetro Mojado)S = 1.1% (Pendiente del ro)

m3/Sm3/S

m3/s

m3/S

543210 )( nnnnnnnr

2/13/2

3/5

SnPAQ

n = 0.045 (Coef. De Maning)

Reemplazando valores (H Canales)

Y = 1.52 m

A = 6.84 P = 7.54 m

V = 1.89 m/s

2.- DISEO DEL AZUD

H = 0.60 m (estimado)b = 4.50 m (dato)

m2

Generalmente el tirante del agua h es mayor que la altura del azud,y el parametro o perfil de este corresponde a la trayectoria seguida por la lamina vertiente (Perfil Creager). Se obtiene mediante la tabla cuyo uso aplicaremos mas adelante.

a.-Clculo de la Altura de Carga h:

Donde:Q = 12.90 = 0.75 (Perfil Creager)V = 1.89 m/sb = 4.50 mh = Altura de carga hidraulica en m

h = 1.10 m

b.-Clculo de la velocidad del agua sobre la cresta del azud.

Qrio = 12.90

A = h x b

A = 4.95

Luego V = Qazud/A

V = 2.61 m/s

c.-Clculo de la Carga Energtica (he) y Clculo de las Coordenadas del Azud

1.45 m

he = 1.45 m

d.- Perfil del Azud:

FORMA DE LA CRESTA DEL VERTEDERO ( TIPO CREAGER Z=0 )

X Y

1 0 0.002 0.1 0.013 0.2 0.02

m3/s

m3/s Qazud = Qrio

m2

2/322/32 2/2/232 gvgvhgbQ

gvhhe 2

2

YHdXYHdKX nn 85.085.11 0.2)(

4 0.3 0.045 0.4 0.076 0.8 0.247 1 0.378 1.4 0.68

1.80 1.089 2 1.32

10 2.5 1.9911 3 2.79

3.- DISEO DEL RESALTO O COLCHN AMORTIGUADOR

Formula aproximada:

Donde:Q =

Profundidad aguas abajoProfunidad o espesor de la vertiente de la lamina vertiente al pie del azud.

Para este clculo hacemos tanteos suponiendo un

2.30 m

Por tanto la velocidad de caida ser:

6.72

Q =

Q = 2.87

Caudal del agua sobre el azud, por metro lineal (m3/s/m)h2 =h1 =

V1= RAIZ(2*g*h) =

AV = (h1x1)V

m3/s/m

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

0.5

1

1.5

2

2.5

3

PERFIL DE LA CRESTA DEL VERTEDERO


12 450 h/Q.h

h

VQh 1

0.40 m

La altura total del agua He sobre el lecho del rio aguas arriba es igual a

He = 2.0 m

h1 =

VQh 1

gvthHe

h

AguaH

Azud 2

2

La profundidad del colchn ser:

-0.7 m

La profundidad aguas abajo ser:

Tagua abajo = 0.8001.50 m

De acuerdo con la formula de Merrian ,el requerimiento de profundidad aguas abajo h2 es:

2.04 m

Nos falta 0.60 por tanto redondeando daremos al colchn una profundidad de 1.30 men lugar de 0.60

Profundidad= 1.30 m2.10 >= 2.04 OK

4.- CLCULO DE LA LONGITUD DEL RESALTO

L =L = 8.5 m

5.- ANLISIS DE LA ESTABILIDAD DEL AZUD

Se verificar por tres metodos:

Estabilidad contra volteoEstabilidad contra DeslizamientoEstabilidad por asentamiento diferencial.

Donde t =1,5

F.S.D = f. Fv / Fh 1.50

F.S.V = Mv / Mh 1,8

h2 = 0.7+ Tagua abajo =

h2 =

h2 =

5 (h2 - h1)

.

1100 kg0

543 kg0

1390 kg0

1hhHe

2cm/kg

1043 kg0

1043 kg0

3100 kg0

3390 kg0

Las cargas y fuerzas actuantes seran:En C:

FCH = 1390 kgFCV = 1100 kg

En A :FAH = 3490 kgFAV = 3200 kg

En B :FBH = 400 kgFBV = 400 kg

En D :FDH = 400 kg

1.50 m

0.90 m

0.60 m 0.90 m 1.00 m

Elemento Area Peso del C Peso Brazo1 A1 2300 5175.0 1.752 A2 2300 1725.0 0.6673 A3 2300 0.0 0.54 A4 2300 1242.0 2.2

TOTAL 8142.0

Punto de Aplicacin del peso:

X = 1.59 (Medidos horizontalmente de B)La excentricidad:

e = -0.34 (a la izquerda del centro)

El empuje para h = 2.00 m

P = 2000 Kg

Actua a : 2.0/3 = 0.70

X = 0.17

La resultante pasara por:

R = 1.42 desde B

La excentricidad es : 1,25-1,35= 0.17 a 10 cm del centro, esta en el tercio central

458.55744

0.0458557

Verificacin por Deslizamiento

Carga HorizontalAgua: = -5124

Agua = 80-5044

Carga Vertical:concreto: = 8142.0

Agua: = 1875

Agua = -1750.08267.0

Presin del Terreno:

fA = kg/m2

fA = kg/Cm2 < 1.50 kg/cm2

2

2hp

wpyx

wp

yx

d/eAwfA 61

5.221.0*61*

5.26072

Af

Friccion = 0,85 entonces. 0,85* 8267.00 =

F.S.D = 1.39 > 1.50 ok!

Verificacin por Volteo:

Tomamos el momento con respecto al punto B

Agua: -4240.950

Agua: -3398.4375-7639.388

-7639.39 Kg-m (volteo)El momento resistente:

Concreto: 12938.650

Agua : 2187.50015126.150

F.S.V = 1.98 > 1,8

La bocatoma constar de:

Vertedor de EntradaVentana ReguladoraVertedor de Excedencias aguas abajo

MV

El canal desde Ventana reguladora hasta desarenador es de seccin rectangular

Calculo de la Longitud del Bocal y Vertedor de Entrada

Formula del Vertedor:

Asumimos una cota de 0.30m a la cresta del vertedor

= 0.5 h =

L = 5.6 m

Esto significa que para captar 1500 L/s necesitamos un vertedor de ingreso de L= 5.6 m

Coeficiente de Contraccin:

Cc = 0.35Separacin de Barrotes:

S = 3/4 Pulg = 0.01905 m

Inclinacin de Platina:

1: 1/4 . = 75.9638

Altura del umbral de la ventana de captacin:

umbral de la Ventana: 0.80 m

Ventana Reguladora

Como Ventana reguladora se pondra un orificio de 0.60 x 0.40 por el cual en epoca de Estiaje pasarn 125 L/s sin remanso

Canal Entre la Ventana Reguladora y el Desarenador

Tendr seccin rectangular: Z = 0para Evitar sedimentacin: V = 1.25 m/s

Q = 2500 L/sS = 1%

3232 ghLQ

322 3ghQL

nP

SAQ.

.

32

21

35

Obtenemos:Y = 0.302Y = 0.350nP

SAQ.

.

32

21

35

DISEO HIDRULICO DE LA CAPTACIN

1.- CLCULO DE LA VELOCIDAD DEL RO

( rea de la seccion transversal)

2.- DISEO DEL AZUD

Clculo de la velocidad del agua sobre la cresta del azud.

Clculo de la Carga Energtica (he) y Clculo de las Coordenadas del Azud



Profunidad o espesor de la vertiente de la lamina vertiente al pie del

m/s

Caudal del agua sobre el azud, por metro lineal (m3/s/m)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

0.5

1

1.5

2

2.5

3



De acuerdo con la formula de Merrian ,el requerimiento de profundidad aguas abajo h2

Nos falta 0.60 por tanto redondeando daremos al colchn una profundidad de 1.30 m



1043 kg0

0.00 m

Momento9056.251150.00

0.002732.40

12938.65

(Medidos horizontalmente de B)

a 10 cm del centro, esta en el tercio central

7026.95



0.3

Esto significa que para captar 1500 L/s necesitamos un vertedor de ingreso de

Como Ventana reguladora se pondra un orificio de 0.60 x 0.40 por el cual en epoca de

DISEO HIDRULICO DEL ALIVIADERO

Datos del diseo

SECCION DEL CANAL: RECTANGULAR

B = 0.8 m

H = 0.8 m

EN ESTIAJE:

CAUDAL Q1 = 2.500 m3/s

VELOCIDAD V = 3.9 m/s

EN MAXIMAS AVENIDAS:

En tiempos de avenidas se incrementa en 10% el caudal.

CAUDAL Q2 = 2.75 m3/s

A =Q1/V = 0.64 m2

0.80 m

Calculo de la longitud del aliviadero:

Tirante de Agua en el CanalD2 = Q2/(VxD1) = 0.88

hv = D2 - D1 = 0.08 m m

Q(a evacuar) = Q2 - Q1= 0.25 m3/s

De:

Cd = 1.6 (Coeficiente de descarga)

Lv = 7.00 m

Calculo de la altura de la cresta del Aliviadero (h):

h = d1 =Qev.

Qdi.

Qav.

ALIVIADERO

2/3.. VVd hLCQ

DISEO HIDRULICO DEL ALIVIADERO

Qev.

Qdi.

Qav.

ALIVIADERO

DISEO HIDRULICO DEL DESARENADOR Y CAMARA DE CARGA

Datos de diseo :

Caudal de diseo Q = 2.50Profundidad de decantacin dd = 1.00Dimetro de la partculas a sedimentar = 0.30Velocidad horizontal (recomendado) 0.40

0.03Factor de seguridad = 2Densidad de la arena = 2600Cantidad de sedimentos transportados S = 0.05Consideran un ngulo de transicin de entrada de = 22.5

A.- Ancho del desarenador y la cmara de carga W

W = QVh . dd

Reemplazando datos:W = 6.25 m

Tomamos:W = 6.50 m

B.- Longitud de la zona de sedimentacin Ld

Ld = Vh x dd x Vd

Reemplazando datos:Ld = 26.67 m

Tomamos:Ld = 27.00 m

C.- Longitud de la zona de transicin de entrada L'

L' = W2-W1

Reemplazando datos:L' = 6.40 m

Tomamos:L' = 6.50 m

D.- Longitud de la zona de transicin de salida L'

Velocidad de sedimentacin Vd =

2*Tg

Consideran un ngulo de transicin de salida de = 22.5

L' = T2-T1

Donde:T2 = Tirante del desarenador y/o camaraT1 = Tirante del canal

Reemplazando datos:L' = 6.41 m

Tomamos:L' = 6.50 m

E.- Zona de recoleccin del desarenador y cmara de carga

Asumimos que una frecuencia de vaciado razonable es 15 diasEntonces se absorver una determinada cantidadde sedimento igual a:

QxTxS = 0.125 m/s x 3600 s x 24 x 15 x 0.04 Kg/m

QxTxS = 162000 Kg

Suponiendo una densidad de acumulacin del 50%

Capacidad del tanque colector = 22680/(2650*0.5)

Capacidad del tanque colector = 124.62 m

Luego:Profundidad del desarenador dr :

dr = capacidad del tanque colectorW x Ld

Reemplazando datos:dr = 0.71 m

Tomamos:dr = 1.00 m

F.- Diseo del aliviadero.

Suponiendo que en tiempos de mxima avenida, el caudal dediseo se incrementa en 15%

Q = 2.5 m/segQ mx = 2.88 m/seg

2*Tg

Debemos calcular la profundidad del desarenador cuando elcaudal se incrementa en 15%

QxTxS = 0.14 m/s x 3600 s x 24 x 15 x 0.04 Kg/m

QxTxS = 186300 Kg

Suponiendo una densidd de acumulacin del 50%

Capacidad del tanque colector = 4990/(2650*0.5)

Capacidad del tanque colector = 143.31 m

Luego:Profundidad del desarenador dr :

dr = capacidad del tanque colectorW x Ld

Reemplazando datos:

dr = 0.82 m

Carga sobre el aliviadero: hv

hv = 0.11 m

Longitud del aliviadero:

Lv = QCw x hv^3/2

Donde:Lv = Longitud del aliviaderoCw = Coeficiente de descarga = 1.60hv = Carga sobre el vertederoQ = Caudal a evacuar

Reemplazando datos:

Lv = 0.380.06

Lv = 6.74 mTomamos:

Lv = 7.00 m

G.- Vertedero de salida de la cmara de carga:

Carga de agua sobre el vertedero de salida:

Q = 2/3 x W (2gh^3)^1/2

Reemplazando datos:

Q = 0.35 = 2/3 x 0.50 x 5.00 (2 x 9.81 x h^3)1/2

De donde :h = 0.41 m

Velocidad de paso por el vertedero:

V = m x h^1/2

Donde m vara de 1.8 a 2.0

V = 2.0 x 0.13^1/2

V = 1.28 m/seg

Esta velocidad es menor que 1.00 m/seg por lo que cumplecon las recomendaciones.

Caida del fondo de la zona de sedimentacin:

h' = 0.05 x (Ld -0.30)

Reemplazando datos:

h' = 1.34 m

Profundidad al extremo de la zona de sedimentacin:

H = dr + h' = 2.15

Tomamos:H = 2.20 m

DISEO HIDRULICO DEL DESARENADOR Y CAMARA DE CARGA

m/segmmmm/segm/seg

Kg/mKg/m

G.- Vertedero de salida de la cmara de carga:


Datos del Diseo :

Geologia del ro : Afloramiento rocoso.Caudal del ro :

Qmx = 12.9Qmin = 0.9

Pendiente del Ro: S 1.1%Ancho del rio : b 4.5 mCaudal del diseo (a captar):

Qd = 0.884

Coeficiente de maning (Ver tabla N1)Material considerado no : 0.024Grado de Irregularidad n1: 0.010Variacin de la seccin transversal n2: 0.006Efecto relativo de obstrucciones n3: 0.00Vegetacin n4: 0.005Cantidad de meandros n5: 1.00

nr= 0.045

1.- CLCULO DE LA VELOCIDAD DEL ROSuponiendo una seccin rectangular

* Clculo del tirante del rio:

Donde:Q = 12.9A = b*Y ( rea de la seccion transversal)P = b + 2Y (Permetro Mojado)S = 1.1% (Pendiente del ro)

m3/Sm3/S

m3/s

m3/S

543210 )( nnnnnnnr

2/13/2

3/5

SnPAQ

n = 0.045 (Coef. De Maning)

Reemplazando valores (H Canales)

Y = 0.23 m

A = 1.05 P = 4.97 m

V = 0.86 m/s

2.- DISEO DEL AZUD

H = 0.50 m (estimado)b = 4.50 m (dato)


m2

a.-Clculo de la Altura de Carga h:

2/322/32 2/2/232 gvgvhgbQ

Donde:Q = 0.90 = 0.75 (Perfil Creager)V = 0.86 m/sb = 4.50 mh = Altura de carga hidraulica en m

h = 0.20 m

b.-Clculo de la velocidad del agua sobre la cresta del azud.

Qrio = 0.90

A = h x b

A = 0.90

Luego V = Qazud/A

V = 1.00 m/s

c.-Clculo de la Carga Energtica (he) y Clculo de las Coordenadas del Azud

0.25 m

he = 0.25 m

d.- Perfil del Azud:


X Y

1 0 0.002 0.1 0.023 0.2 0.084 0.3 0.175 0.4 0.306 0.8 1.077 1 1.628 1.4 3.02

m3/s

m3/s Qazud = Qrio

m2

gvhhe 2

2

YHdXYHdKX nn 85.085.11 0.2)(

9 2 5.8410 2.5 8.8211 3 12.36


Formula aproximada:

Donde:Q =

Profundidad aguas abajoProfunidad o espesor de la vertiente de la lamina vertiente al pie del azud.

Para este clculo hacemos tanteos suponiendo un

1.80 m

Por tanto la velocidad de caida ser:

5.94

Q =

Q = 2.8/1.8= 0.20

0.03 m

Caudal del agua sobre el azud, por metro lineal (m3/s/m)h2 =h1 =

AV = (h1x1)V

m3/s/m

h1 =

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

0.5

1

1.5

2

2.5

3



12 450 h/Q.h

h

801819221 .x.xghv

VQh 1


He = 0.8 m

gvthHe

h

AguaH

Azud 2

2

La profundidad del colchn ser:

-1.1 m

La profundidad aguas abajo ser:

Tagua abajo = 0.8001.90 m

De acuerdo con la formula de Merrian ,el requerimiento de profundidad aguas abajo h2 es:

0.49 m

Nos falta 0.87 por tanto redondeando daremos al colchn una profundidad de 1.20 men lugar de 0.30

Profundidad= 1.20 m2.00 >= 0.49 ok!


L =L = 9.8 m


Se verificar por tres metodos:

h2 = 0,3 + Tagua abajo =

h2 =

h2 =

5 (h2 - h1)

.

1.10

0,50

0.300

0,541.50

1hhHe

Estabilidad contra volteoEstabilidad contra DeslizamientoEstabilidad por asentamiento diferencial.

Donde t =1,5

F.S.D = f. Fv / Fh 1.50

F.S.V = Mv / Mh 1,8

Las cargas y fuerzas actuantes seran:

En C:FCH = 490 kgFCV = 200 kg

En A :FAH = 2490 kgFAV = 2200 kg

En B :FBH = 534 kgFBV = 534 kg

En D :FDH = 34 kg

1100 kg0

543 kg0

1043 kg0

1043 kg0

3100 kg0

3390 kg0

1390 kg0

2cm/kg

1.50 m

0.90 m

0.60 m 0.90 m 1.00 m

Elemento Area Peso del C Peso Brazo1 A1 2300 5175.0 1.752 A2 2300 1150.0 0.6673 A3 2300 1150.0 0.54 A4 2300 1242.0 2.2

TOTAL 8717.0

Punto de Aplicacin del peso:

X = 1.51 (Medidos horizontalmente de B)La excentricidad:

e = -0.26 (a la izquerda del centro)

El empuje para h = 2.00 m

P = 2000 Kg

Actua a : 2.0/3 = 0.67

X = 0.15

La resultante pasara por:

R = 1.35 desde B

La excentricidad es : 1,25-1,35= 0.10 a 10 cm del centro, esta en el tercio central

2

2hp

wpyx

wp

yx

432.3632

0.0432363

Verificacin por Deslizamiento

Carga HorizontalAgua: = -2980

Agua = 142.39361-2837.6064

Carga Vertical:concreto: = 8717.0

Agua: = 292.06823

Agua = -1041.57967.6

Friccion = 0,85 entonces. 0,85* 7967.60 =

F.S.D = 2.39 > 1.50 ok!

Verificacin por Volteo:

Tomamos el momento con respecto al punto B

Agua: -2046.667

Agua: -3816.108079-5862.775

-5862.77 Kg-m (volteo)El momento resistente:

Concreto: 13130.317

Presin del Terreno:

fA = kg/m2

fA = kg/Cm2 < 1.50 kg/cm2

d/eAwfA 61

MV

5.221.0*61*

5.26072

Af

Agua : 2605.17115735.487

F.S.V = 2.68 > 1,8

La bocatoma constar de:

Vertedor de EntradaVentana ReguladoraVertedor de Excedencias aguas abajo



Formula del Vertedor:

Asumimos una cota de 0.30m a la cresta del vertedor

= 0.5 h =

L = 2.0 m

Esto significa que para captar 1500 L/s necesitamos un vertedor de ingreso de L= 2.0 m

Coeficiente de Contraccin:

Cc = 0.35Separacin de Barrotes:

S = 3/4 Pulg = 0.01905 m

Inclinacin de Platina:

1: 1/4 . = 75.9638

Altura del umbral de la ventana de captacin:

umbral de la Ventana: 0.80 m

Ventana Reguladora

Como Ventana reguladora se pondra un orificio de 0.60 x 0.40 por el cual en epoca de Estiaje pasarn 125 L/s sin remanso

Canal Entre la Ventana Reguladora y el Desarenador

Tendr seccin rectangular: Z = 0para Evitar sedimentacin: V = 1.25 m/s

Q = 884 L/sS = 1%

3232 ghLQ

322 3ghQL

nP

SAQ.

.

32

21

35

Obtenemos:Y = 0.302Y = 0.350nP

SAQ.

.

32

21

35


1.- CLCULO DE LA VELOCIDAD DEL RO

( rea de la seccion transversal)

2.- DISEO DEL AZUD


Clculo de la velocidad del agua sobre la cresta del azud.

Clculo de la Carga Energtica (he) y Clculo de las Coordenadas del Azud



Profunidad o espesor de la vertiente de la lamina vertiente al pie del

m/s

Caudal del agua sobre el azud, por metro lineal (m3/s/m)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

0.5

1

1.5

2

2.5

3



De acuerdo con la formula de Merrian ,el requerimiento de profundidad aguas abajo h2

Nos falta 0.87 por tanto redondeando daremos al colchn una profundidad de 1.20 m

0.5



0,54

1043 kg0

0.50 m

Momento9056.25766.67575.002732.40

13130.32

(Medidos horizontalmente de B)

a 10 cm del centro, esta en el tercio central

6772.462



0.3

Esto significa que para captar 1500 L/s necesitamos un vertedor de ingreso de

Como Ventana reguladora se pondra un orificio de 0.60 x 0.40 por el cual en epoca de

DISEO HIDRULICO DEL CANAL DE CONDUCCION

1.- Justificacion:

Se tomara como longitud del canal a partir del Desarenador hasta la camara de carga y se propondratres tipos de seccion con diversos tramos de tal forma que se cumpla con los requisitos de velocidad maxima , de erosion y flujo subcritico .Ademas se debe chequear que la perdida de carga total divididoentre el salto bruto este comprendida entre 3% y 10%.

2.-Datos de diseo:

Longitud total del canal : L = 1200.0 mCaudal : Q = 1.71 m^3/sSalto : H = 400.0 mTramo 1 Seccion triangular L1 = 400 mTramo 2 Seccion Rectangular L2 = 400 mTramo 3 Seccion trapezoidal L3 = 400 m

3.-Diseo y Verificacion :

3.1.- Verificacion

Se han realizado los calculos utilizando la seccin de maxima eficiencia hidraulica

Pasos Seccion RevestidaSeccion Triangular RectangularTramo L1 = 400 m L2 =Paso N 01:Seleccionar Velocidad 2.0 m/s 2.0Paso N 02:Talud Z ( tabla) Z = 1 Z =Coef. Rugosidad ( tabla ) n = 0.024 n =Area seccion tranversal = Q/V 0.86 m2 0.86Paso N 03:Altura H H = 0.925 H =Base Inferior B B =Base Superior W =2HZ W = 1.85 W =Borde Libre 0.15Perimetro Mojado P P= 2.62 P=Radio Hidraulico R = A/P R= 0.33 R=Pendiente S= 0.0102 S=

Perdida de Caida: h = LxS h1 = 4.092 h1 =Paso N 04:

2

3/2

RmVS

Desnivel total canal h =

Se debe cumplir : / = 3.01%

Esta en el rango admisible

3.2.- Diseo con Hcanales

Con los datos obtenidos del cuadro , chequeamos los diversos tipos de seccion :

3.2.1.- Seccion Triangular

3.2.2.- Seccion Rectangular

"3% " / 10%

3.2.2.- Seccion Trapezoidal

4.- Diseo de transicion entre secciones

4.1.- Perdidas de Carga:

No habra perdidas de carga en la entrada y salida de transicion , ya que las velocidades son iguales.

Transicion alabeadaCe 0.1Cs 0.2

4.2.- Longitud de transicion:

Entre Canal triangular y rectangular

Seccion Espejo de aguaRectangular T1 = 1.35 m X = 0.25Triangular T2 = 1.85 m

Entre Canal rectangular y trapezoidal

Seccion Espejo de aguaTriangular T2 = 1.85 m X = 0.05Trapezoidal T3 = 1.95 m

hv=(Ve^2 - Vs^2 ) / 2*9.81

hv= hv=

TanXL

TanXL

4.3.- Longitud desde desarenador hasta camara de carga:

L= 1201.70L= 1202.00m

DISEO HIDRULICO DEL CANAL DE CONDUCCION

Se tomara como longitud del canal a partir del Desarenador hasta la camara de carga y se propondratres tipos de seccion con diversos tramos de tal forma que se cumpla con los requisitos de velocidad maxima , de erosion y flujo subcritico .Ademas se debe chequear que la perdida de carga total divididoentre el salto bruto este comprendida entre 3% y 10%.

Seccion RevestidaRectangular Trapezoidal

400 m L3= 400 m

m/s 2.00 m/s

0 Z = 10.024 n = 0.024m2 0.86 m2

0.65 H = 0.681.31 B = 0.571.31 W = 1.930.15 0.152.62 P= 2.500.33 R= 0.340.0102 S= 0.0096

4.092 h1 = 3.855

12.039

No habra perdidas de carga en la entrada y salida de transicion , ya que las velocidades son iguales.

Perdidas

L = 1.13mL1= 1.20m

L = 0.23mLmin= 0.50m

hv= hv=

TanXL

TanXL

CLCULO DE LA TUBERIA DE PRESIN

Son tuberas que transportan agua bajo presin hasta la turbina.Debido al costo que representa gran parte, es prioritario optimizar su diseo para reducir no slo loscostos de mantenimiento sino la inversin inicial.

1.- Caudal de diseo y caida bruta:

Q = 1.71 m3/sh= 175.00 m

2.- Seleccin de material y dimetroUsaremos 1 tubera, Q = 1.71 m3/s

Seleccionamos el material y el diametro de la Tubera a usar en el presente diseo:Material: Acero Comercial Serie I (Estndar)

Dimetro nominal d= 30 Pulg

3.- Longitud de la Tubera, rugosidad y friccin.

Longitud de la tubera L= 462.00 m

m3/s

Rugosidad K = 0.015K / d = 0.0000

Eje Horizontal 1.27 Q / d = 2.71f = 0.011

4.- Clculo de la prdida de carga debido a la friccion en la pared de la tuberia (hf).

3.63 m

5.- Clculo de la velocidad del agua en la tuberia (v).

V = 3.40 m/s

6.- Clculo de perdidas por turbulencia (ht).

ht = 0.35 m

Perdida de Carga Total, hp= 3.98 m

6.- Clculo de perdida porcentual de cada debido a la friccin.

Prdida % = 2.28 %

Luego, se tiene que de los calculos, debe cumplir la siguiente desigualdad. 3%

CLCULO DE LA TUBERIA DE PRESIN

Caudal de diseo.Caida bruta.

Seleccionamos el material y el diametro de la Tubera a usar en el presente diseo:

Luego el diametro nominal ser:d = 762.00 mm 800.00 mmd = 0.80 m

Tabla 3.12-Acero Comercial Galvanizado.

Se determina del grfico de Moddy con K/d y 1.27Q/d

Ecuacin para la prdida de carga.

Donde:Perdida por inicio de tubera

K = 0.5Perdida en la vlvula de compuerta

K = 0.1

Donde: hp=hf + ht

hB = 175.00 m

Luego, se tiene que de los calculos, debe cumplir la siguiente desigualdad. 3%

CLCULO DEL ESPESOR DE PARED DE TUBERIAS DE PRESION

Se debe tener en cuenta 2 cosas.

A.- Las presiones ms altas que se espera que resista la tubera ( tener en cuenta h del golpe de ariete )B.- Los efectos corrosivos que tienden a adelgazar las paredes con el transcurso el tiempo, la rigidez para darle ms resistencia y las limitaciones de la soldadura.

1.- Establecemos la velocidad calculada.

V = 3.40 m/s

2.- Presion transitoria o generada por el golpe de ariete

Presin transitoria.

Donde:

a: velocidad de propagacin de la onda de presin

Tubera de acero blando =Tubera de hierro fundido =Tuberra PVC =Gravedad g=v: velocidad del agua.

h = 312.10 m

3.- Clculo de la cada total en la tubera cuando ocurra el golpe de ariete

ht = h + HB= 487.10 m ...Caida total en la tubera

4.- Eleccin de los factores de correccin pertinentes:

Factor de tipo de junta Soldadura Kj =

Plancha rolada y soldada Kj =

Factor por corrosin10 aos de vida Kc =20 aos de vida Kc =

5.- Calculo del espesor terico de la pared "T"

gvah .

cjts k

Skdhf

T

6105

T = 11.19 mmFinalmente el espesor seleccionado ser:

T = 15.00 mm

CLCULO DEL ESPESOR DE PARED DE TUBERIAS DE PRESION

A.- Las presiones ms altas que se espera que resista la tubera ( tener en cuenta h del golpe de ariete )B.- Los efectos corrosivos que tienden a adelgazar las paredes con el transcurso el tiempo, la rigidez para

900 m/s1250 m/s350 m/s

9.81 m/s2

...Caida total en la tubera

1.11.2

1.00 mm2.00 mm

fs: Factor de seguridad = 1.50S= Esfuerzo de rotura del material de tubo

cjts k

Skdhf

T

6105

en N/m2 Mpa. = 3.5E+08 N/m2

TABLA N 1 DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD n "

II. Canales de Tierra n

Arcilla 0.013Material slido, suave 0.0167

Arena con algo de arcilla o roca partida 0.02Fondo de arena y grava, con lados empedrados 0.0213

Grava fina de unos 10/20/30 mm 0.0222Grava regular de unos 20/40/90 mm 0.025

Grava gruesa de unos 50/100/150 mm 0.0286Revestido con piedras 0.037

Arena, greda, grava y hiedras 0.0455III. Canales en Roca

Roca medianamente irregular 0.037Roca irregular 0.0455

Roca muy irregular con muchas salientes 0.0588Mampostera de piedra con cemento 0.02

Paredes de mampostera con base de arena y grava 0.0213

IV. Canales de ConcretoBuen acabado con cemento (enlucido) 0.01

0.0118

Concreto no enlucido 0.0149Concreto superficie suave 0.0161

Revestimiento de concreto irregular 0.02Superficies de concreto irregular 0.024

V. Canales de MaderaTablas cepilladas y bien unidas 0.0111

Tablas sin cepillar 0.0125Canales viejos de madera 0.0149

VI. Cursos Naturales de Agua

0.0244

Lecho natural del ro, con hierbas 0.0313

Lecho natural del ro con piedras e irregularidades 0.0333

0.0385

0.05

Acabado con yeso o concreto suave con alto contenido de cemento

Lecho natural de ro con fondo slido, sin irregularidades

Torrente con piedras irregulares grabes, lecho sedimento

Torrente con piedras gruesas, con bastante sedimento

HIDRO-DEMANDACAPTMAXALIVIADERODESARENADORCAPTMINCANAL DE CONDUCCIONTUBERA DE PRESIONESPESOR DE TUBERATabla N01

Canal de Conduccion

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