Informe de Diseno Hidraulico 23 Ene 2011

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Text of Informe de Diseno Hidraulico 23 Ene 2011

Introduccin

En el presente documento se tratara lo relacionado al estudio, diseo, clculo de dimensiones de un proyecto de captacin de agua de un rio orientado al beneficio de un grupo de personas y comunidades. Destaca conceptos relacionados con el objeto del proyecto como es: vertederos de forma prctica como un azud, rejilla de fondo, desarenado, caractersticas, definiciones y dimensionamiento de cada uno de los elementos que componen dicho elemento. Considera muy importante tomar en cuenta factores que puedan afectar o favorecer al diseo de la captacin como: factores externos comprendidos con la topografa del terreno natural, la conformacin geolgica y geotcnica del mismo, los valores ambientales; y otros factores internos como: caudal requerido a transportar dimensionamiento de elementos. Se representaran los flujos de agua producidos en cada seccin de la captacin, tanto matemticamente y grficamente. Segn el volumen de caudal que puede ser de diseo y de crecidas. Se presentara las definiciones y condiciones para las cuales cada parte de la captacin de una manera adecuada y practica Dada nuestra condicin de estudiantes dichos trabajo est orientado al estudio de las diferentes partes que constituyen la captacin de un flujo de agua.

diseo hidrulico

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AntecedentesEn atencin a la disposicin requerida, al apoyo didctico textual, del catedrtico Sr. Ing. Cornelio Cajas, realizare el diseo de una captacin de agua de un rio por medio de rejilla de fondo, dicho estudio estar proyectado al clculo de las diferentes partes que componen la captacin de flujos de agua en funcin del caudal requerido a ser conducido. Datos considerados para nuestro diseo: Caudal de diseo Qd= 1 m3/seg Caudal de crecida Qc= 50m3/seg Altura del antepecho de ventana P1= 0.8m Altura del antepecho interior P2=0.8m Altura de agua sobre la ventana H=0.6m Perdida de carga a travs de la ventana z=0.06m Caudal medio del rio Qm=10m3/seg Ancho del rio en la zona de captacin baz= 15m Pendiente del rio 0.01 Cota de inicio de conduccin 2806 Cota de llegada de conduccin 2740 Longitud de conduccin 3.6 Km Coeficiente de rugosidad n 0.025

Finalmente para la realizacin del trabajo encomendado me apoyare en los conocimientos adquiridos durante la trayectoria estudiantil que conlleva esta ctedra, en el material bibliogrfico, entre otros.

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Objetivos

Objetivo general.- aprender a disear un proyecto de captacin de agua, orientado al beneficio de una comunidad en particular, mediante la aplicacin prctica de conceptos y metodologas dediseo establecidos para un sistema de azud con rejilla, con sus caractersticas predeterminadas todo esto complementado con el dimensionamiento de cada una de sus partes.

Objetivos especficosDeterminar los lmites del alcance del proyecto en funcin del caudal a transportar, enfocados al servicio de los sectores que requieran de este serbio de manera inmediata, empleando conceptos de diseo tales como vertederos de forma prctica con rejilla de fondo, y desarenador. Estimar las dimensiones aproximadas procurando alcanzar una obra de costo econmico.

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Marco tericoObras de toma en ros de montaa Toma convencionales

Los ros de montaa tienen caudales relativamente pequeos, gradientes relativamente grandes y corren por valles no muy amplios. En crecientes llevan cantidades apreciables de material solido Partes de una captacin

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Reja de entrada.- impide que pase hacia la conduccin material solido demasiado grueso. Para esto el umbral de la reja se pone a cierta altura sobre el fondo del rio y la separacin entre barras normalmente no pasan de 20cm. Desripeador.- se emplea para eliminar la mayor parte de sedimentos que vienen del rio. Dichos elementos se evacuan mediante una compuerta lateral. Transicin.- sirve de entrada al se desea que la mayor parte de material grueso que llega al desripeador se deposite dentro de este y no pase al canal. Por esto motivo la conexin del desripeador se hace generalmente por medio de vertedero cuyo ancho es bastante mayor que el canal que sigue. Zampeado.- y un colchn de aguas al pie del azud. El agua que vierte el azud en creciente, cae con gran energa que erosiona el cause y puede socavar las obras causando la destruccin. Vertederos Son barreras que el flujo de un liquido obligando a pasar por encima del. En una presa sedenomina vertedero a la parte de la estructura que permite la evacuacin de las aguas, ya sea en forma habitual o para controlar el nivel del reservorio de agua.

Generalmente se descargan las aguas prximas a la superficie libre del embalse, en contraposicin de la descarga de fondo, la que permite la salida controlada de aguas de los estratos profundos del embalse. Tambin son los orificios en los cuales el agua no toca la parte superior del mismo.

Partes de un vertedero

Napa.- parte de agua que pasa por encima del vertedero Cresta.- la parte superior del vertedero, la longitud de la cresta se llama ancho del vertedero b Carga.- es la mxima elevacin de agua sobre la cresta (H)

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Vo= velocidad de aproximacin Z= diferencia entre los niveles aguas arriba y aguas abajo P1= altura de la cresta sobre el fondo aguas arriba P2= altura de la cresta sobre el fondo aguas abajo d= ancho de la cresta h= calado de agua abajo

Calcificacin de vertederos 1. sugun la forma del perfil del vertedero 1.1 De pared delgada.- cuando la napa de agua toca la cresta en una sola arista

1.2 de forma prctica.- el perfil sigue el chorro de agua

1.3.- De pared gruesa.- cuando la cresta tiene un ancho suficiente para que las lneas de flujo alcancen una trayectoria recta Este tipo de vertederos es utilizado principalmente para el control de niveles en los ros o canales, pero pueden ser tambin calibrados y usados como estructuras de medicin de caudal.

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Son estructuras fuertes que no son daadas fcilmente y pueden manejar grandes caudales. Algunos tipos de vertederos de borde ancho son:

1.4.- Forma poligonal.- cuando no esta incluido en ninguna de las formas anteriores

2. Segn la posicin del vertedero respecto al flujo 2.1 perpendicular o normal.- cuando la direccin del flujo es perpendicular a la cresta del vertedero 2.2 oblicuos.- cuando la direccin del flujo forma un ngulo diferente de 90 a la cresta del vertedero 2.3 curvo.- cuando la cresta es una curva en vez de una recta. 2.4 lateral.- cuando la cresta del vertedero es paralela a la direccin principal del flujo 3. Segn la forma de corte del muro 3.1 rectangular 3.2triangular 3.3 trapezoidal 3.4 parablico 3.5 circular 4. por la existencia de contracciones laterales 4.1 contrado

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4.2 sin contraccin lateral

5. Segn la relacin del agua que cae con aguas abajo 5.1 libres.- cuando el nivel de agua abajo no influye en nada al caudal hp DETERMINACION DE ECUACIONES Para vertederos rectangulares

Para vertederos triangulares

Coeficiente de gasto Kono Valov: ( )( ( ) )

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Bazin: ( )( ( ) )

En vertederos libre, aireado, contrado y de pared delgada ( ( Coeficiente de sumersin: Bazin: ( Villemont: ( ( )

)( )

( ) (

) )

)

)

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Procedimiento de clculoRejilla:Datos: P= 0.8 m M= 0.6m Q= 1m3/seg k= 0.85: contraccin de los barrotes

Barrotes de = 0.1m cada 20 cm Clculos: Coeficiente de gasto ( Anexo # 1: )( ( ) )

Mo= 1.9861

Coeficiente de sumersin:

( Anexo # 1: Ancho de rejilla Anexo # 1: Numero de espacios:

(

)

)

S = 0.476

b = 2.677 = 2.7m

Numero de barrotes: 13 Ancho total= 4m Resultados de la rejilla:

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b= 2.7m # de barrotes= 13 cada 20cm Bt= 4m

Desripeador:Clculos: Coeficiente de gasto ( Anexo # 2: )( ( ) )

Mo= 1.9989

Coeficiente de sumersin:

( Anexo # 2: Ancho de rejilla Anexo # 2:

(

)

)

S = 0.476

b = 2.26 = 2.3m

Perfil de flujo y resalto hidrulico: Anexo # 2: Y = 0.048 Y2 = 0.492 Yr = 1.28 Longitud de resalto: L= 2.217 m = 2.25m Resultados de desripeador:

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L= 2.25m b= 2.3

Compuerta de limpieza del desripeadorDatos: H1= 0.6m H= 1.34m a = 0.74m Jr = 1% Comprobacin de la pendiente: ( Anexo # 3:(

)

)

J = 0.8% Jr > J1% > 0.8%

Caudal:

Anexo # 3:

Q = 1.34 m3/segTiempo de limpieza:

t = 36 seg

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TransicinDatos: bv = 2.3m bc = 1.2m = 12.5 Clculos: Longitud de la transicin:

Anexo # 4: Radio de curvatura:

L = 2.481 = 2.5m

Anexo # 4: Valores de la transicin de 0 a l/2:( Reemplazando datos obtenemos: )

R = 2.9351m

(

)

(

) (

)

x

b

0.000 2.308 0.062 2.307 0.125 2.303 0.188 2.296

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0.250 2.287 0.312 2.275 0.375 2.260 0.438 2.243 0.500 2.223 0.562 2.200 0.625 2.174 0.688 2.145 0.750 2.114 0.812 2.079 0.875 2.042 0.938 2.001 1.000 1.957 1.062 1.910 1.125 1.860 1.188 1.807 1.250 1.750 Tomando como 0 al origen de b Valores de la transicin de l/2 a l:

(

)

Reemplazando datos:

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(

)

x

b

1.250 1.759 1.300 1.713 1.350 1.669 1.400 1.628 1.450 1.588 1.500 1.551 1.550 1.516 1.600 1.483 1.650 1.452 1.700 1.422 1.750 1.395 1.800 1.369 1.850 1.346 1.900 1.324 1.950 1.304 2.000 1.286 2.050 1.269 2.100 1.255 2.150 1.242 2.200 1.231 2.250 1.221

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2.300 1.214 2.350 1.208 2.400 1.203 2.450 1.201 2.500 1.200 Tomando como 0 al origen de b

Perfil hidrulico de la transicinDatos: z = 0.0158 L = 2.5 Anexo # 5: Para 0 a L/2:

x

zx

0.000 1.280 0.125 1.281 0.250 1.283 0.375 1.287 0.500 1.293 0.625 1.300 0.750 1.308 0.875 1.319

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1.000 1.331 1.125 1.344 1.250 1.359 Para L/2 a L:( )

(

)

x

zx

1.250 1.348 1.375 1.349 1.500 1.351 1.625 1.352 1.750 1.353 1.875 1.354 2.000 1.355 2.125 1.355 2.250 1.355 2.375 1.356 2.500 1.356 Compuerta de conduccin: B= 1.2 a= 1.35

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ConduccinSe diseara un canal rectangular para un caudal de 1 m3/seg en condiciones normales con una pendiente de 1.83% en una longitud de 3600m

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Comprobacin para crecidas

Diseo de canal en condiciones de crecida para un 20 % adicional. Datos: Q adicional= 0.2m3/seg Cota de inicio= 2806m Cota de llegada= 2740 Longitud= 3600m Clculos: Pendiente:

Anexo# 6: Valor de K:

i = 1.83%

Anexo # 6:

K = 0.0227

Para un valor de k = 0.0227 corresponde una relacin y/b = 0.119 por lo cual el calado adicional ser de 0.1343m por lo tanto el valor de Yo en crecidas es de1.4743

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Valor de calado de crecida Hct en la transicin.Datos: Q = 1.2m3/seg Cc = 0.63 Cu = 0.96 a = 1.35m

Yo = 1.4743 Clculos: ( Resolucin por interacciones: Anexo # 7: ) ( )

Hct = 1.5222

Cc = 0.777

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Valor de calado de crecida HD en el desripeador.Realizamos Bernulli entre la transicin y el desripeador Anexo # 5: ( Datos: Zo = 0.0158 Hct = 1.5222 Despejamos Yo y obtenemos Anexo # 7: Yo = 1.541 HD Z = Yo P2 Hd = 0.8610 )

Valor de calado de crecida Ha en la rejilla.Realizamos Bernullie entre el desripeador y la parte ms alta de la rejilla.

En la cual hr:

( ) Realizando los clculos: Anexo # 8: Ht = 2.5076 Ha = Ht - h Pe1 Ha = 1.1076

( )

Diseo del azud

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Datos: b = 15m Ha = 1.1076 P = 1.4m Clculos: Anexo # 9: M = 1.9951 Q az = M. b. Ha^3/2 Q az = 34.88 m3/seg Comprobacin de caudal de crecida.- el caudal de crecida tiene que ser mayor o igual al caudal de diseo adicionado un 20% ms el caudal del azud. Qc = 1.2 + 34.88 Qc = 36 m3/seg En nuestro diseo el caudal de crecida es menor a lo establecido anteriormente con un dficit de 14 m3/seg aproximadamente estos se da ya que las dimensiones del las diferentes partes de la captacin hasta la conduccin estn subdimencionadas por lo cual es recomendable aumentar el calado de los muros o la carga de agua reduciendo los anchos o una combinacin de los dos aspectos.

Diseo geomtrico del azud.Datos: M = 1.9951 Ho = 1.4 Clculos Velocidad horizontal: Anexo # 10:

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Vh = 4.7897 Ecuacin general:

Anexo #11: Para determinar la longitud del azud reemplazamos el mximo valor de y = 1.55m. L = 2.7m Por relacin de triangulo con un ngulo de 12.5 determinamos el valor de e. e = 60 cm

Perfil del azudPara condiciones normales con un caudal de 10 m3/seg se da la ecuacin: Anexo # 10: Para condiciones de crecida con un caudal de 36 m3/seg se da la ecuacin: Anexo # 10:

El empuje sobre el azud en condiciones de crecida de 36 m3/seg la fuerza de empuje es de 37 960 kg El peso total es de 100210 Kg Longitud del zampeado. Anexo # 12: l= 6.61

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ConclusionesSe cumpli con el objetivo fundamental, para el cual sirvieron de apoyo la orientacin catedrtica, los conocimientos adquiridos y las investigaciones realizadas y comprendidas dentro del marco terico.

Se ha logrado evaluar la factibilidad tcnica, para elaborar un proyecto de captacin de agua en ro, tomando en consideracin factores que puedan afectar o favorecer a dicho estudio. Inicialmente el proyecto estaba destinado a funcionar con un caudal de crecida de 50 m3/seg, dado el fin de este trabajo era comprender el procedimiento de calculo, y partimos de datos exactos nuestro diseo esta orientado hacia un caudal de crecida de 36 m3/seg. Se consigui llevar un caudal de 1 m3/seg en condiciones de estiaje normales y un caudal adicional de un 20% para crecidas. Se obtuvo las diferentes alturas de crecida en perfiles de flujo correspondientes para cada parte de la captacin como Yo, Hd, Hct, Ht, y Ha.

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BibliografaLibro de: diseo hidrulico de SVIATOSLAV KROCHIN Paginas varias de internet: C:\Users\owb\Desktop\Transiciones y cuencos disipadores - Monografias_com.mht http://es.thefreedictionary.com/captaciones Google. Wikipedia. Estudios similares obtenidos de paginas varias.

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ndice

IntroduccinAntecedentes Objetivos Marco terico Procedimiento de Clculos

pag.1 pag.2 pag.3 pag.4 pag.8 pag.10 pag.11 pag.12 pag.13 pag.16 pag.19 pag.24 pag.25

Rejilla Desripeador Compuerta de limpieza Transicin Perfil de transicion Comprobacin de crecidas Conclusiones Bibliografa Anexos

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Universidad catlica Cuenca-Azogues Diseo hidrulico Ing. Cornelio Cajas 4 ao de Ing. Civil Contiene: Diseo de una captacin de agua Bolvar Villavicencio S. 02/dic/2010

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