OBRA DE TOMA: PRESA DERIVADORADatos:
Qmax = 380 m3/s T = 50 añosQmin = 0.15 m3/s T = 30 añosCaudal de diseño 120 l/sCaudal de diseño 0.12 m3/s
CURVA DE DESCARGA:Y la topografia de la seccion del rio:
Determinamos la curva de descarga, de donde obtenemos el caudal en funcion de la altura:
ALTURA AREA PERIMETRO
0.5 1 2.24 1 2.24 0.4464286 5.05861881 3 6.12 4 8.36 0.4784689 21.1914062.5 17 6.71 21 15.07 1.393497 226.892754.5 30 4.47 51 19.54 2.6100307 837.26811
Graficando Altura vs. Caudal Acumulado obtenemos la curva de descarga:
AREA ACUM
PERIMETRO ACUM
RADIO HIDRAULIC
O
CAUDAL ACUM
ESC. 1:100
i = 2%LECHOALUVIAL
0 1 2 3 4 5 6 7 812345678
0
1
2
3
4
5TOMA PRESA DERIVADORA
2
1
3
2
***1
SRAn
Q
TIRANTES MINIMO Y MAXIMO:Reeemplazando en ecuacion calibradada de descarga de seccion :
Qmax = 380 m3/s ymax = 3.1889083 mQmin = 0.15 m3/s ymin = 0.1167573 m
Qd = 0.12 m3/s yd = 0.1062644 m
DISEÑO ESTRUCTURALCALCULO DE LA SOCAVACION:
Ancho de rio (de grafico de seccion): B 35 mDonde:Ds = profundidad de socavación del nivel máximo del agua.Dsa = socavación afectada por un factor de correciónf = factor que depende de la granulometría.dsa = longitud entre el nivel actual del lecho y el lecho socavado.K = factor que depende de el tipo de tramo que se tiene.
y = 0,260x0,422
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
5
f(x) = 0.260393781748754 x^0.422445217839297R² = 0.998214628751781
Curva de Descarga
Curva de Descarga
Power (Curva de Descarga)
3
12
*35.1
f
qDs
DsKDsa *
MAXyDsadsa
Calculo de caudal unitario:= 10.85714 m3/s/m
Factor de lacey de una muestra representativa del material del lecho:
MATERIAL VALOR DE fRocas Masivas (diámetro 70 cm) 40
Rocas 38Pedrones y lajas 20Piedras y lajas 6
Piedras pequeñas y gravas gruesas 4.7Arenas Gruesas 1.52
Arenas Medianas 1.3Limos estándar 1
Limos Finos 0.85
Para el Factor de Lacey se asume: f = 20
Profundidad de socavacion por debajo de la superficie de agua durante la maxima crecida:
= 2.4385639 m
Profundidad de socavacion ajustada:k = 1.5 para tramos rectos y curvas moderadas
= 3.6578458 m
Profundidad de socavacion por debajo del lecho del rio:= 0.4689376 m
Ymax
dsa
CARGA HIDRAULICA SOBRE EL AZUD
MAXyDsadsa
B
Qq max
3
12
*35.1
f
qDs
DsKDsa *
Calculo de tirante critico:= 2.2904494 m
Segun investigaciones:
Asumimos : Ho = 2.97758 m
Carga sobre vertedero considerando energia de velocidad:
Sabemos que:
Reemplazando tenemos:
Donde:Ho = 2.97758 m
Qmax = 380 m3/sb = B = 35 m Hallo Hd mediante iteracion
g = 9.81 m/s2P = 2 m
Iterando obtenemos: Hd = 2.706 m
Coeficiente de descarga:Hallamos la relacion: = 0.671685
P
3/12
g
qyc
CC yHy 5.13.1 0
g
VHH d
2
2
0
dHPb
Q
A
QV
*
g
Hpb
Q
HHo dd 2
*
2
22
Ho
P
Con esa relación entramos al ábaco y encontramos un coeficiente C
C
Del abaco sacamos: C = 2.12
Determinacion del caudal que se vierte por el vertedero:
≥ Qmax
Qv = 381 ≥ Qmax = 380 ok
CALCULO DE PERFIL DE VERTEDERO:Se usara un perfil de vertedero TIPO CREAGER que responde a la formula:
Donde:n = 1.85 para pared verticalk = 2Hd = 2.706 m
Caracteristicas del vertedero tipo Creager:-0.7658 m-0.341 m
1.43418 m0.6332 m
X
Y
R2
R1 R2-R1
Yc
Xc
PERFIL TIPO CREAGER
Ho
P
Ho
P
5.1** HoBCQv
YHdkX nn ** 1
Despejando X:
Donde Y varia de 0 a P
Y 0.00 -0.05 -0.15 -0.25 -0.50 -0.75 -2.00
X 0.00 0.48 0.86 1.14 1.65 2.06 3.49Xperfil = 3.49 mLongitud total del Azud: 4.26 m
3.49mDISEÑO DEL CUENCO DISIPADORVelocidad y tirante al pie del cimacio:
9.60894 m/s Y = P + Hd = 4.706 m
X
Y
R2
R1 R2-R1
Yc
Xc
PERFIL TIPO CREAGER
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00
-2.50
-2.00
-1.50
-1.00
-0.50
0.00
Perfil tipo Creager
85.1/185.0 **2 YHdX 85.0
85.1
*2 Hd
XY
= Xperfil+Xc
Primer tirante conjugado:
1.1299 m
Calculo del numero de Froude:
2.886163 Flujo supercritico
Por tirantes conjugados:
Y2 = 4.08138 m
Longitud del salto Hidraulico:
14.75741 mLongitud del cuenco disipador
Profundidad del cuenco de disipacion:
1.026346 m
CALCULO DE LA ESTABILIDAD
Xc = 0.765798 Xperfil= 3.49
E1
W1
P1
S2
S1
O P3
P2
W2
Y1
Y2
1*81*
2
1 21
1
2 FrY
Y
Hd= 2.706
P= 2 Y1= 1.1299002
e =0.2
Xc+P+e 2.9658 1.3299002 =y1+e
2.965798
Cargas verticales:Peso propio:
ϒHº= 2500 Pp1 = 3828.99 kg/mPp2 = 14404.3 kg/mPp3 = 2129.24 kg/mPpTotal = 20362.5 kg/m
Peso del agua:ϒagua= 1000 Pw1 = 2072.25 kg/m
Pw2 = 8167.55 kg/mPpTotal = 8167.55 kg/m
Cargas Horizontales:Empuje del agua:
Ea1 = 12034.4 kg/m Aguas arriba
Supresion:γ suelo 1800 Kg/m^3C = 0.25 [Factor de Subpresion]
Pp = A*ϒHº
Pw = A*ϒagua
E1
W1
P1
S2
S1
O P3
P2
W2
2
* 2hwEa
Sp1 = 1567.45 kg/mSp2 = 2548.51 kg/mSp = 4115.96 kg/m
VERIFICACION A DESLIZAMIENTO:
2.370708 > 1,5 OK
VERIFICACION AL VUELCO:
Momentos Positivos:Mpp1 = 14839.6 kg*mMpp2 = 33539.8 kg*mMpp3 = 4533.66 kg*m
Mpw1 = 8031.17 kg*mMpw2 = 14263.3 kg*m
M+total = 75207.5 kg*m
Momentos Negativos:MEa = 19680.3 kg*mMSp1 = 4449.97 kg*mMSp2 = 5426.39 kg*mM-total = 24130.3 kg*m
3.11673 > 1,5 OK
DISEÑO HIDRAULICODISEÑO DE LA TOMA LATERALComo Orificio:
5.1Fh
Fv
5.1
VOLCADORES
NTESESTABILIZA
M
M
5.1
VOLCADORES
NTESESTABILIZA
M
M
entradaV
QdAo
= 0.141176 m2
Ao: Área neta del canal de entradaQd: Caudal de diseño = 0.12 m3/s
0.85 m/s
Debido al taponamiento y contraccion en la entrada se calcula un area bruta,afectando el area neta del orificio con dos coeficientes:
kl : coeficiente de contracción = 1.35Kt1: coeficiente de taponamiento = 1.3
Age = 0.24776 m2
Para una seccion de mayor eficiencia:
h = 0.351969 mSe asume: h = 0.4 m
b = 0.8 m
Diseño como vertedero:Considerando un vertedero de cresta alta y pared delgada:
K: coeficiente de correccion del caudal de descarga sumergido = 0.9K':coeficiente de mayoracion por obstruccion = 0.85C: coeficiente de descarga = 1.85L: longitud efectiva de orificioH: altura de orificio (asumido) = 0.3 m
= 0.51602 m
Ve: Velocidad de entrada segun PRONAR (0.5<Ve<1 m/s) =
entradaV
QdAo
AoktKltradaAbrutadeen *1*
2
2*2*
22
orificioAh
hhhhbA
hb
'**** 2/3 KKHLCQd
'*** 2/3 KKHC
QdL
Se construira una bocatoma de area efectiva: b = 0.5 mh = 0.3 m
Se calcula la longitud total de la bocatoma en funcion del espesor y espaciamiento de las barras. Para evitar el ingreso de solidos que dañen el sistema se colocaran barras c/ 0,1m:ϕ: espesor de barras = 3/4" = 0.01905 ms:espaciamiento entre barras = 0.1 m
Nº de aberturas = b/0,1 = 5 Nº de barrotes = 4
Ancho corregido de la bocatoma :breal = Nºaberturas* s + Nºbarrotes *ϕbreal = 0.5762 m
adoptamos breal = 0.6 mh = 0.3 m
Area de orificio = 0.18 m2
DISEÑO DEL VERTEDERO DE EXCEDENCIAS.-Antes de rejilla:
NAME = P+HdNAME = 4.71 m
Despues de rejilla:NAME" = P-he-hr
Se debe calcular perdidas de carga
Perdida de carga por entrada: Cd = 0.8
= 0.0283158 m
Perdida por rejilla:
= 0.8689171 m
= 0.0319976 m
A*Cd*g*2
Qh
2o
2d
e
2
oo
A
A
A
A0.451.45k
g*2
V*khr
2e
NAME" = P-he-hrNAME" = 1.93969 m
NAME-NAME"2.77 m
Caudal en exceso que ingresa por el orificio en crecida:
= 0.312431 m3/s
Caudal de diseño de vertedero en crecida:
0.192431 m3/s
Aplicando la ecuacion de un vertedero:
Hv = 0.35 mC = 1.8 L = 0.5162972 m
Dimensiones del vertedero : L = 0.52 mHv = 0.35 m
COMPUERTA DE LIMPIEZA:Asumiendo h = 0.2 m
C = 0.61A = L*h
H=P-h/2= 1.9 m L = 0.1611 m
Dimensiones de compuerta de purga: L = 0.2 mh = 0.2 m
Compuerta de limpieza:
∆H =∆H =
P=2mH=P-h/2
h
L
H*g*2A*CQ o
DISEÑODAMAXENCRECI QQVERTEDEROQ
2
3
H*L*CQ
HgACQd **2**
HghC
QL
**2**
H*C
QL
2
3
P=2mH=P-h/2
h
L
Profundidad de socavacion por debajo de la superficie de agua durante la
DESARENADORDATOS :
Qd = 0.12 m^3/sB = 0.50 mts. base del canalb = 1.5 mts. ancho de la camara de sedimentacion
DIAMETRO DE LA PARTICULA, VELOCIDAD DE SEDIMENTACION :
Si : D = 0.7 mm Vs = 7.32 cm/sDe la tabla15,3 -Pag 200 del Pronar
CALCULO DE LA VELOCIDAD DE ESCURRIMIENTO :
D = 0.7 mm [Diametro de la Particula Asumida]a = 44 [Coef. de Decantacion] De la tabla-15,2 -Pag 199 -Del Pronar
Vd = 0.37 m/s
CALCULO DE LA ALTURA DE LA CAMARA DE SEDIMENTACION :
H = 0.22 mts.
CALCULO DEL TIEMPO DE RETENCION :
ts = 2.97 seg.
CALCULO DE LA LONGITUD MINIMA DE LA CAMARA :
K = 1.675 [Coef. de Seguridad] De la tabla-15,4-de la Pag 201-Del Pronar
L = 2 mts.
DaVd
bVd
QdH
VsH
ts
tsVdKL
CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION :α = 22.5 º [Angulo de Transicion] Tang 22.5 0.41421
B=T2 0.50 mts. base del canal b=T1 1.5 mts.
LT = 1.21 mts.
DIMENSIONAMIENTO FINAL : Compuerta de purga1.21
0.50 1.5
Ancho del Canal
2 mts ancho de la camara de sedimentacion
T1 T2
L t
β
1
αg
BbLT tan2
DESARENADOR
De la tabla-15,2 -Pag 199 -Del Pronar
PUENTE CANAL
S = 0.002
DATOS :
Qd = 120 l/sn = 0.018 H°C°
Sc = 0.002 m/m [Pendiente del Puente Canal]So = 0.0025 m/m [Pendiente del Can. de Entrada ]L = 26 m [Longitud del Puente Canal]
B1 = 0.50 mts. B4 = 0.50 mts.Seccion 1 Seccion 4
Y1 = 0.32 mts. Y4 = 0.32 mts.Distancia minima para
B2 = 0.6 mts. que una persona B3 = 0.6 mts.Seccion 2 camine Seccion 3
Y2 = ? mts. Y3 = ? mts.
CALCULO DE LA VELOCIDAD :
V4 = 0.75 m/s
CALCULO DEL NUMERO DE FROUDE :
F4 = 0.42 < 1 Flujo Subcritico OK !!!!
CALCULO DE LA TRANSICION DE ENTRADA :b = 0.50 mts. [Espejo de agua en el canal]T = 0.6 mts. [Ancho en el Puente]β = 22.5 [Angulo de Transicion]
Esta sera la Longitud de trancision LT = 0.12 mts. a la entrada y salida debido a que
tanto a la entrada y salida se tienen los mismos datos
LT = 0.20 mts. [Asumo por fines Contructivos]
1 2 3 4
T1 T2
L t
β
1
AQ
V 4
4
44
Yg
VF
βTangbT
LT
2
CALCULO DEL TIRANTE EN LA SECCION 3 :Sc = 0.002 m/m
LT = 0.2 mts.Ks = 0.5 [Coeficiente de perdida por Salida en Linea Recta]V4 = 0.75 m/s
b = 0.6 [Ancho en el Puente]Y4 = 0.32 m
Por Bernoulli:
Donde ademas V3 es funcion de Y3
Iterando el tirante: Y3 = 0.324 mts.Por lo tanto V3 = 0.617 m/s
CALCULO DEL NUMERO DE FROUD EN LA SECCION 3 :
F3 = 0.346 < 1 Flujo Subcritico OK !!!!
CALCULO DEL TIRANTE EN LA SECCION 2 :Sc = 0.002L = 26 mY3 = 0.324 mV3 = 0.617 m/sn = 0.018b = 0.6 m
Donde n= 0.018 L= 26 mts Longitud del puente canalrugosidad del acueducto
Iterando se tiene: Y2 = 0.311 mts. V2 = 0.643 m/s
CALCULO DEL TIRANTE EN LA SECCION 1 :Sc = 0.002 m/m
LT = 0.2 mts.Ke = 0.3 [Ceficiente de perdida por Entrada en Linea Recta]
g
VVKs
g
VY
g
VYLS T 222
24
23
24
4
23
343
3
33
Yg
VF
LRR
VVn
g
VY
g
VYLSc
2
3
2
32
322
33
22
2
7937,0
22
g
VVKe
g
VY
g
VYLS T 222
21
22
22
2
21
121
33 *Yb
QV
Iterando se tiene: Y1 = 0.311 mts.
La altura de Remanso en la Seccion 1 sera: 0.009 m No justifica un aumento de borde libre en elcanal de entrada.
11.-DIMENSIONAMIENTO FINAL :
Y1 = 0.3106Y2 = 0.311
Y3 = 0.324 Y4 = 0.32
1 2 3 4
41 YYhremanso
SIFON INVERTIDO
A B
E F36,76 m
20,95mC
27,23m D
DATOS :Qd = 0.2 m^3/sB = 0.5 mts. Canal entradaY = 0.242 mts. Tirante en canal entrada
Cota A = 7 m.s.n.m.Cota B = 5 m.s.n.m.
L = 20.32 mts. [Longitud de la Tuberia ]ΔZ = 2 mts. [Desnivel entre los Puntos de Entrada y salida]
CALCULO DEL AREA DE LA SECCION TRANSVERSAL DEL DUCTO :
Vd = 2 m/s Velocidad en el Ducto [1,5 - 3 m/s]
Ad = 0.100 m^2
CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA :
d = 0.357 mts.
d = 14.04820496 plg [Asumo]d = 7 plg Comercial d = 0.1778 mts
Vd = 8.0552051 m/s
β1 β2
2
d
dd V
QA
4
2dπAd
AdQ
Vd
PERDIDA DE CARGA POR LA REJILLA DE ENTRADA :
eb = 0.009525 mts. [Espesor de las Barras]Sb = 0.06 mts. [Espaciamiento de las Barras]φ = 60 º [Angulo de inclinacion de la Regilla]
F = 1.79 [Factor de forma] CIRCULAR
hre = 0.44068 mts.
CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION :
LT = 0.3889 mts.Adoptamos
α = 22.5 º LT = 0.4000 mts.
PERDIDA POR TRANSICION EN LA ENTRADA :
Vd = 8.0600 m/s [Velocidad en la Tuberia]Vc = 1.40 m/s [Velocidad en el Canal de Ingreso]
hte = 1.28448 mts.
NIVEL DE AGUA SOBRE EL PUNTO B :Nivel en A:
NAa : 7.242 m.s.n.m. Yn = 0.242 m
Nivel en B: NAB = 5.517 m.s.n.m.
PROYECCION HORIZONTAL DEL DIAMETRO :
d = 0.1778 mts [Diametro del Conducto]β1 = 36.87 º [Angulo de Inclinacion de la Tuberia de Ingreso]
DPE = 0.222 mts.
φseng
V
s
eFh c
b
bre
2
234
αTanDT
LT
2
g
VcVdh te
24,0 22
tereaB hhNANA
1cos βD
DPE
CALCULO DEL PORCENTAJE DE AHOGAMIENTO :
a% = 45 % [Porcentaje de Ahogamiento (10% - 50%)]NAB = 3.791 m.s.n.m.DPE = 0.222 mts.
Cota B = 3.669 m.s.n.m.
y el ahogamiento a es :
a = 0.100 mts.
PERDIDA POR ENTRADA EN EL DUCTO :
Vd = 8.06 m/s [Velocidad en la Tuberia]Ke = 0.5 [Coef. de Perdida por Entrada]
he = 1.654 mts.
PERDIDAS LOCALIZADAS :
Vd = 8.06 m/sCoeficientes de Perdidas de Carga por Accesorios
K1 = 0.9 [Codos de Radio Corto] n = 2K2 = 2.5 [Valvula de Retencion] n = 1K3 = 0.6 [Codos de Radio Largo] n = 3
∑Km = 6.1 mts
∑hm = 20.174 mts.
100%
1a
DNABCota PEB
PEB DBCotaNAa
gVd
Kehe
2
2
g
Vdkh mm 2
2
PERDIDAS POR FRICCION :
Vd = 8.06 m/sε = 0.0015 m [Rugosidad Absluta PVC]d = 0.1778 mts [Diametro]ν = 1.01E-06 m^2/s [Viscosidad Cinematica]
Ld = 20.32 mts. [Longitud del la Tuberia]
Re = 1,418,035.1096
f = 0.025530
hf = 9.649 mts.
PERDIDA POR SALIDA :Vd = 8.06 m/s [Velocidad en el Conducto]
Ve = Vsalida = 1.65 m/s [Velocidad de Salida al Canal]
hs = 3.1679 mts.
PERDIDA DE CARGA POR REJILLA :
eb = 0.009525 mts. [Espesor de las Barras]Sb = 0.06 mts. [Espaciamiento de las Barras]φ = 60 º [Angulo de inclinacion de la Regilla]
F = 1.79 [Factor de forma]Vs = 1.65 m/s [Velocidad de Salida al Canal]
hre = 0.01855 mts.
fdε
Logf Re
51,271,3
21
gD
VdLdfhf
2
2
νVdd
Re
g
VsVdhs
2
22
φseng
V
s
eFh S
b
bre
2
234
PERDIDA DE CARGA TOTAL :
∑hT = 36.39 mts.
∑hT = 36.39 mts. > ΔZ = 2 m No Cumple ???
CALCULO DE LA COTA DE SOLERA :hT = 36.39 mts. [Perdida total de Carga]
Cota A = 7 m.s.n.m.
Cota F = -33.03 mts.
CALCULO DE LA COTA DE SALIDA :
0.24 mts.
Cota NA F = -32.77 m.s.n.m.
CALCULO DEL NIVEL DE AGUA EN EL PUNTO E :
Cota NA E = -29.60 m.s.n.m.
CALCULO DEL AHOGAMIENTO DE SALIDA :d = 0.1778 m
as = 0.029633 mts.as = 0.09 mts.
CALCULO DE LA COTA DEL PUNTO E :d = 0.1778 mtsβ = 64 º [Angulo de Deflexion de Salida del Sifon]
Dps = 0.4055924 mts.
Cota E = -30.09 m.s.n.m.
YF =
resmfetere hhhhhhhhT
hTACotaFCota 1,1
hrsYFCotaNACota FF
SFE hNACotaNACota
6d
as
βd
Dpscos
asDpsNACotaECota E
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