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DISEÑO HIDRAULICO DE CAIDA SIN OBSTACULOS

CANAL DE INGRESO CANAL DE SALIDA

Q = 0.5 m3/seg Q= 0.5 m3/seg

S = 0.002 S= 0.005

f = 0.3 m f 0.3 m

Z = 1 Z= 1

n = 0.015 n= 0.015

Angulo conver= 27.5 El3= 3348.5

Angulo Diverg= 25

Elv0= 3350.5 msnm

h = 1.00 m

1.- Diseño de canales aguas arriba y aguas abajo

AGUAS ARRIBA: AGUAS ABAJO

A= by+zy^2

P= b+2y(1+z^2)^(1/2)

T = b+2Zy

b/y = 2((1+Z^2)(^1/2)-Z) 0.83 m 0.83 m

Q = A^(5/3) x S^(1/2)/n. (P)^(2/3)

Resolviendo por tanteos

y= 0.57 m y= 0.48 m

0.0047 0.00484 0.0012 0.00122

Geometria del canal ingreso Geometria del canal salida

y = 0.570 m y = 0.480 m

b = 0.472 m b = 0.398 m

A = 0.594 m2 A = 0.421 m2

P = 2.084 m P = 1.755 m

T = 1.612 m T = 1.358 m

f = 0.300 m f = 0.300 m

v = 0.842 m/seg v = 1.187 m/seg

F= 0.44 F= 0.68 Ok flujo subc

2.- Calculo del ancho de la caida y el tirante de la seccion de control

Previamente se calcula la energia en los puntos 1 y 2

H1 = 0.606 m H2 = 0.55 m

q = 0.698 m3/seg/m

B = Q/q 0.700 m

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3.- Calculo de las transiciones

Transicion de entrada

B1= Ancho de la base mayor

B2= Ancho de la base menor

x1= 0.114 m

T1= Espejo de agua mayor

T2= Espejo de agua menor

x2= 0.456 m

Como:

Lte= 0.876 m

1.500 m Adoptado

Transicion de salida

x1= 0.151 m

x2= 0.329 m

Como:

Lte= 0.71 m

1.500 m Adoptado

4.- Dimensinamiento de la caida

0.700 m

0.0499490316

Longitud del pie de la caida al inicio del salto

1.91

1.90 m

Altura del agua pegada al pie de la caida:

LD =

LT e=X 2

Tang .α

LT e=X 2

Tang .α

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0.52

0.500 m

Profundidad secuente menor:

0.15

0.20 m

Profundidad secuente mayor (tirantes conjugados)

0.74

0.70 m

Tirante critico

0.36827792785

0.40 m

Longitud del salto hidraulico:

3.50 m

Longitud del estanque:

5.40 m

Tirante critico:

0.40 m

5.- Longitud del tramo del canal rectangular

Inmediatamente aguas arriba

Lc = 1.42 m

6.- Ventilacion bajo la lamina vertiente:

Consiste en calcular el diametro de los agujeros de ventilacion

qa = 0.08520308445 m3/seg x m

yp =

y1 =

y2 =

yc =

L= 6.90 (y2 -y1)

Y cΔZ

=D1/3

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Qa = 0.05964215912 m3/seg

Considerando:

L= 2.00 m

f= 0.02 tuberias de fierro

0.04 m

0.001 (1/830) para aire de 20 C

Ke= 0.5

Kb= 1.1

Kex= 1

….(1)

Va = 0.07593857794 1/D^2

= 0.00029391782 1/D^4 … (2)

Reemplazando las consideraciones y 2 en 1 y resolviendo por tanteo:

D = 0.071 m

0.04 = 0.04 OK

Determinanado el área:

A = 0.004 m2

Entonces colocamos tuberia de :

No Und Ф (pulg) A (m2)

2 2 0.0041

1 1 0.0005

0.004

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ENUNCIADO:Diseñar la transición de entrada que conecte un canal de tierra de seccion trapezoidal y una canaleta rectangular de hormigon

El caudal de diseño es de 10m3/seg

CANAL DE TIERRA CANALETAAREA= 12.63 m2 b= 2.00 mb= 4.00 m z= 0z= 1.5 y2= 2 my1= 1.86 m v2= 2.5 m/sv1= 0.79 m/s n= 0.014n= 0.025 Q= 0.139 m3/sQ= 0.139 m3/s BL= 0.64 mα= 22.5 T2= 2 mT1= 9.58 m AREA= 4 m2

X1 X2 Ci 0.1 Ci=Coefciente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de ingreso.1 3.79 Co 0.2 Co=Coefciente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de salida.

1.- CALCULO DE LAS LONGITUDES DE TRANSICION

X1 = 1.00 X2 = 3.79SI : X1>X2

SI : X2>X1

L= 9.15 mL= 10.00 m Adoptado

2.- CALCULO DE PERDIDAS DE CARGA

Ze= 0.31541743 m

Zs= 0.34409174 m

DISEÑO HIDRAULICO DE UNA TRANSICION

Ze=(1+C1 )∗ΔhV

ZS=(1+C0 )∗ΔhV

X 1=b1−b22

X 2=T 1−T 22

L=X1Tanα

L=X2Tanα

Donde:Ze : Variacion del nivel del agua en la transicion de entradaZs : Variacion del nivel del agua en la transicion de salidaCi : Coeficiente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de entradaCo : Coeficiente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de salida

Variacion de la carga de velocidad entre la entrada y la salida de transicion.

Δh = 0.28674312 m

3.- CALCULO DEL ABATIMIENTO DE LA NAPA DE LA SUPERFICIE DE AGUA

Para ello empleamos la siguiente ecuacion:

V1 = 0.79 m/segV2= 2.5 m/seghv= 0.28674312 m

k= 0.00315417

x y0 0.0001 0.0032 0.0133 0.0284 0.0505 0.0796 0.1147 0.1558 0.2029 0.255

10 0.315

4.- CALCULO DE LA VARIACION DEL ANCHO DE LA TRANSICION

Para ello calculamos la siguiente ecuacion:

0 2 4 6 8 10 120.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

ABATIMIENTO DE LA NAPA DE LA SUPERFICIE DEL AGUA

y=kx2

ΔhV

ΔhV=V 12−V 2

2

2g

k '=( b1−b2L2 x4 )y '=k ' x2

k´ 0.0200

x y x y0 0 5 0.51 0.02 6 0.682 0.08 7 0.823 0.18 8 0.924 0.32 9 0.985 0.5 10 1

3) CALCULO DE LA RASANTE DE FONDO DE LA TRANSICION.Para ello calculamos la siguiente ecuacion:

El valor de k'' se toma el valor obtenido en laboratorio

k'' 0.00505

x y0 01 0.005052 0.02023 0.045454 0.08085 0.126256 0.18187 0.247458 0.32329 0.40905

10 0.505

4) RESUMEN DE LOS CALCULOS DE LA TRANSICION ALABEADA

SECCION Y Dhv Hvn v A Y'0.0000 0.0000 0.0000 0.0318 0.7900 0.1759 0.00001.0000 0.0032 0.0000 0.0318 0.7900 0.1759 0.02002.0000 0.0126 0.0115 0.0433 0.9215 0.1508 0.08003.0000 0.0284 0.0258 0.0576 1.0632 0.1307 0.18004.0000 0.0505 0.0459 0.0777 1.2346 0.1126 0.3200

0 2 4 6 8 10 120

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

RASANTE DEL FONDO DE TRANCICION

k '=( b1−b2L2 x4 )

y ''=k '' x20 2 4 6 8 10 12

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

VARIACION DEL ANCHO DE LA TRANSICION

5.0000 0.0789 0.0717 0.1035 1.4250 0.0975 0.50006.0000 0.1136 0.1032 0.1350 1.6277 0.0854 0.98007.0000 0.1546 0.1405 0.1723 1.8387 0.0756 0.92008.0000 0.2019 0.1835 0.2153 2.0554 0.0676 0.82009.0000 0.2555 0.2323 0.2641 2.2762 0.0611 0.6800

10.0000 0.3154 0.2867 0.3186 2.5000 0.0556 0.5000

Diseñar la transición de entrada que conecte un canal de tierra de seccion trapezoidal y una canaleta rectangular de hormigon

Ci=Coefciente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de ingreso.Co=Coefciente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de salida.

DISEÑO HIDRAULICO DE UNA TRANSICION

Coeficiente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de entradaCoeficiente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de salida

0 2 4 6 8 10 120.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

ABATIMIENTO DE LA NAPA DE LA SUPERFICIE DEL AGUA

B Y'' D M B/2+md H B/2+Mh1.5000 0.0000 0.7900 -1.6168 -0.5273 2.7900 -3.76091.4600 0.0051 0.7919 -1.5631 -0.5078 2.7919 -3.63401.3400 0.0202 0.7976 -1.4430 -0.4809 2.7976 -3.36681.1400 0.0455 0.8071 -1.2118 -0.4080 2.8071 -2.83160.8600 0.0808 0.8203 -0.8811 -0.2928 2.8203 -2.0549

0 2 4 6 8 10 120

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

RASANTE DEL FONDO DE TRANCICION

0 2 4 6 8 10 120

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

VARIACION DEL ANCHO DE LA TRANSICION

0.5000 0.1263 0.8374 -0.4580 -0.1335 2.8374 -1.0495-0.4600 0.1818 0.8582 0.6519 0.3295 2.8582 1.6333-0.3400 0.2475 0.8829 0.4821 0.2556 2.8829 1.2198-0.1400 0.3232 0.9113 0.2350 0.1442 2.9113 0.61430.1400 0.4090 0.9436 -0.0798 -0.0053 2.9436 -0.16480.5000 0.5050 0.9796 0.0000 0.2500 2.9796 0.2500

DISEÑO DE TRANSICION RECTA

T = Espejos de agua

b = Ancho de soleras

α = Angulo que forman los espejos de agua.

Según las experiencias de Hinds y Bureau of Reclamation, para α =12°30' la perdida de carga es minima

SI : X1>X2

SI : X2>X1

ENUNCIADO:Diseñar la transición de entrada que conecte un canal de tierra de seccion trapezoidal y una canaleta rectangular de hormigon

El caudal de diseño es de 10m3/seg

CANAL DE TIERRA CANALETAAREA= 12.63 m2 b= 2.00 mb= 4.00 m z= 0z= 1.5 y2= 2 my1= 1.86 m v2= 2.5 m/sv1= 0.79 m/s n= 0.014n= 0.025 Q= 0.139 m3/sQ= 0.139 m3/s BL= 0.64 mα= 22.5 T2= 2 m

tan g .α=

T 1−T 22L

X 1=b1−b22

X 2=T 1−T 22

L=X2Tanα

L=X1Tanα

T1= 9.58 m AREA= 4 m2

X1= 1.00 m

X2= 3.79 m

X2>X1

L= 9 m

CACULO DE LA PERDIDA DE CARGA EN LA TRANSICION

Para k= 0.15Δh= 0.04301147 m

L=X2Tanα

Δh=K (V 222g−V 12

2 g )

Diseñar la transición de entrada que conecte un canal de tierra de seccion trapezoidal y una canaleta rectangular de hormigon

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DISEÑO HIDRAULICO DE CAIDA INCLINADA

CANAL DE INGRESO CANAL DE SALIDA

Q = 0.500 m3/seg Q= 0.500 m3/seg

S = 0.002 S= 0.005

f = 0.40 m f 0.40 m

Z = 1 Z= 1

n c= 0.015 nc= 0.015

n m= 0.02 n m= 0.02

Angulo conver= 27.5 El3= 3348.5

Angulo Diverg= 25

Elv0= 3350.5 msnm

1.- Diseño de canales aguas arriba y aguas abajo

AGUAS ARRIBA: AGUAS ABAJO

A= by+zy^2

P= b+2y(1+z^2)^(1/2)

T = b+2Zy

b/y = 2((1+Z^2)(^1/2)-Z) 0.83 m 0.83 m

Q = A^(5/3) x S^(1/2)/n. (P)^(2/3)

Resolviendo por iteraciones

y= 0.485 m y= 0.4089 m

0.0047 0.00468 0.0012 0.00119

Geometria del canal ingreso Geometria del canal salida

y = 0.485 y = 0.4089

b = 0.4017871555 b = 0.33874385131

A = 0.43 A = 0.31

P = 1.773574311 P = 1.49528770262

T = 1.3717871555 T = 1.15654385131

f = 0.4 f = 0.4

v = 1.16 v = 1.64

F = 0.66 FSC OK! F = 1.02 FSC OK!

2.- Determinación de la diferencia de energia aguas arriba y aguas abajo

Ec1= 3351.054 m Energia aguas arriba

Ec4= 3349.045 m Energia aguas arriba

3.- Diferencia de los niveles de energia:

F= 2.01 m

4.- Determinacion del gasto unitario:

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q= 0.705 m3/seg*m

5.- Ancho de la caida

B= 0.71 m

0.70 m Adoptado

6.- Calculo de la profundidad critica

q= 0.714 m3/seg*m

dc= 0.373 m

7.- Calculo de las profundidades antes y despues del Resalto (Tabla 1):

F/dc = 5.381F/dc

0 1

d2/d1 = 10.750 d2/d1 d1/dc 9.76

d1/dc = 0.251 5 10.25 0.259 0.267

5.381 10.704 0.252

6 11.44 0.241

d1= 0.094 m

No FROUDE DESCRIPCION

F<1.7 No requiere Poza de disi

1.7 y 2.5 Requiere Tanque tipo I

d2= 1.007 m 2.5 y 4.5 Requiere Tanque tipo II

4.5 Requiere tanqueTipo III y IV

8.- Calculo de la elevacion del pozo amortiguador

Previamente debe calcularse las velocidades V1 y V2

V1=Q/A1 7.624 m/s F= 4.74

V2=Q/A2 0.709 m/s F= 0.44

ElC1= 3351.054 msnm

d1= 0.094

hv1= 2.962

ElC2= 3347.998 msnm

9.- Longitud del pozo amortiguador

4.56748055864 K(Y2-Y1)

Lp = 4.03 m

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10.- Calculo del borde libre

Asumimos un valor de:

BL= 0.4 m

11.- Calculo de las transiciones

Transicion de entrada

B1= Ancho de la base mayor

B2= Ancho de la base menor

x1= 0.149 m

T1= Espejo de agua mayor

T2= Espejo de agua menor

x2= 0.336 m

Como:

Lte= 0.645 m

0.600 m Adoptado 1.5 m

Transicion de salida

x1= 0.181 m

x2= 0.228 m

Como:

Lte= 0.49 m

0.500 m Adoptado 1.5 m

13.- Cálculo de la longitud de la caida:

Como la inclinación de la caida respesto a la horizontal tiene una relación de:

Z= 1.5 :1

L= 3.75 m

3.800 m

LT e=X 2

Tang .α

LT e=X 2

Tang .α

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el canal del examen tendra rugosidad compuesta

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