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SOLUCIONARIO DE SEGUNDO EXAMEN PARCIAL DE IRRIGACIONES
P2.- Para un sector riego de 800 has la demanda se calcula con un MR=0.9 l.p.s.h, donde el canal
principal tienen que pasar una autopista de ancho 25m, taludes de corte 0.75 y relleno sobre la
clave de 1.20, mediante un sifón invertido , Antes se elimina un 25% del gasto se pide :
a. Evaluar el funcionamiento actual
b. Evaluar su funcionamiento futuro, si el ancho de vía se duplica manteniendo las cotas
indicadas.
SOLUCION:
DATOS
3330.950 m.s.n.m SENTIDO3328.950 m.s.n.m DE CALCULO
Cota plataforma 3326.950 m.s.n.m Q
0.54 m3/s ❻ y1
2.5 m/s ❶0.002
0.01864
0.75
22.5
12.5
45
45
25 m
1.- CALCULAR LAS DIMENSIONES DEL CANAL
b = 1 y
A = b x y
P = b + 2y
y= 0.551 m
0.225073658 0.08097748
Dimensiones finales del canal
b = 0.551 m 0.60 m
y = 0.551 m 0.55 m
V= 1.633 m/seg
2.- CALCULO DE LAS DIMENSIONES DEL CONDUCTO
A= 0.216 m2
D = 0.52 m
D = 20.65 pulg.
Dcomercial = 10 pulg. = 0.254 m
Calculo de los otros parametros hidraulicos:
a.-Perimetro Mojado P= 0.80 m
b.-Area A= 0.051 m2
c.-Velocidad corregida V= 10.66 m/seg
d.-Radio Hidraulico R= 0.064 m
d.-Numero de Reynold Re= 2706880.891 5.48*105 FLUJO TURBULENTO
Z =
αi
αs
b
g
A =
Cota de Ingreso
Cota de Salida
Qdemanda
Velocidad
S=
n =
nP
SAQ
.
.3/2
2/13/5
A
D4
5
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3.- CALCULO DE TRANSICIONES (INGRESO Y SALIDA)
CALCULO DE LAS TRANSICIONES EXTERIORES DE TRAPEZOIDAL A RECTANGULAR:
Transicion de ingreso: 0.4176579 m 0.4 m
Transicion de salida: 0.7803507 m 0.8 m
CALCULO DE LA TRANSICION INTERIOR DE RECTANGULAR A CIRCULAR:
Li = 0.381 m
4.- CALCULO DE LA CARGA DISPONIBLE
Calculo de las diferencias ∆z
∆z = 2.00 m
Calculo de perdidas totales aproximadas
hf = SE . L
Para una tuberia llena se considera: R = D/4
SE = 1.557
αi
Calculo de la longitud del sifon
L = hi/Senαi+Ancho plataforma+hs/Senαs
L= 33.49 m
hf = = 52.145
= 65.181
= 65.181 m < 2 m OK
gtT
L e tan2
ft hh 25.1
2
3
2
3969.0
.
D
nvS E
Zht
DLi
5.1
L
D
nvh f
2
3
2
3969.0
.
ft hh 25.1
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hs = 1.788 m
P3/ϒ = 3.122 m
Calculo de P4/ϒ y hf4-3
Z4-Z3 = Diferencia de cotas entre los puntos 4 y 3
y4 = y3 = D
V4=V3=V = Velocidad en el ducto
L = 33.49 m
hf4-3 52.145 m
hcodos = 2.04657 m
Cota 3 = Cota 2 Cota 1- L tang αs 3328.150 m.s.n.m
Cota 4 = Cota 5 Cota 6- L tang αi 3330.550 m.s.n.m
34
2
3
33
2
44
44 22
fcodoshh
g
vyZ
g
vpyZ
LD
nVh
f.
3969.0
.2
3/234
22
3
29025.0
g
Vh
CODOS
P4/ϒ = 51.791 m
Calculo de y5 y he
Se aplica la ecuacion de Bernoulli entre 5 y 4
Z5 = Z4
y4 = D
he= 2.894 m
Z5 = Z6-L Tang b 3330.550 msnm
Resolviendo por tanteos para y5 = 0.32
2.569681965 = 8.93686633
Calculo de y6 y hte
Se aplica la ecuacion de Bernoulli entre 6 y 5
Z6 - Z5 = Diferencia de cotas entre estos dos puntos
Calculo del % de ahogamiento: CALCULO DEL % DE AHOGAMIENTO:
eh
g
vpyZ
g
vyZ
22
2
44
44
2
5
55
24 )2
(g
VKh
ete
teh
g
vyZ
g
vyZ
22
2
5
55
2
6
66
100% 2 xd
dyA
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d = D/ Cos g 0.3592109
%A = 10.92% > 10% OK
hte = 0.52842488 m
CALCULO DE LAS PERDIDAS TOTALES
ht = hte + he + hf + hcodos + hs + hts
ht = 58.90155 m
OK!
)2
(
2
6
2
52
g
vvKh
stte
Zht
a. Para el primer caso se puede observar que el sifón funciona exitosamente
b. Para el caso segundo caso si el ancho se duplica ,manteniendo las cotas indicadas se puede observar en la hoja de cálculo que funciona sin ningún problema
P3.- En un canal principal se conduce un gasto de 3.00 m3/seg, para un sub sector de riego
particional el caudal de la forma que el caudal pasante es el 75% y el caudal saliente se de 25%.Se
pide realizar el diseño hidráulico de un partidor de barrera triangular para esa condición.
caudal (m3/s) porcentaje (%)3 100
2.25 75.000.75 25.00
0.0001 m
1.- ANALISIS DEL CANAL ENTRANTE
calculo de la altura critica del canal de entrada
hc = 451.015 m
canal entrante (Qe)canal pasante (Qp)canal saliente (Qs)
b
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2.- ANALISIS DEL CANAL SALIENTE
Q 0.75 m3/sb3 1 mZ 1.5S 0.001n 0.025 para canal l impion 0.03 para canal sucio
ubicación de cuchilla divisoria debe ser proporcional a los derechos del agua
b2 0.000
hn2 (m) 0.604 hn2 (m) 0.661V2 (m/s) 0.643 V2 (m/s) 0.562
lo que interesa conocer es h1 al termino del resalto. Para esto se realiza un balance energetico entre 1 y 2
A 0.9*h1
h1 (m) 0.56 h1 (m) 0.625V1 (m/s) 1.468 V1 (m/s) 1.315
L2 2.983 mLTA 5.2 m
CANAL LIMPIO CANAL SUCIO
CANAL LIMPIO CANAL SUCIO
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3.- ANALISIS DEL CANAL PASANTE
Q 2.25 m3/sb4 2 ancho bazal canal trapezoidalZ 1.5S 0.0006 para canal l impion 0.025 para canal sucion 0.03
ubicación de cuchilla divisoria debe ser proporcional a los derechos del agua
b4 0.000075 m
hn2 (m) 0.719 hn2 (m) 0.792V2 (m/s) 0.603 V2 (m/s) 0.528
lo que interesa conocer es h1 al termino del resalto. Para esto se realiza un balance energetico entre 1 y 2
A 1.6*h1
h1 (m) 0.691 h1 (m) 0.769V1 (m/s) 1.21 V1 (m/s) 1.084
L2 4.376 mL TA 6.9 m
4.- DISEÑO GEOMETRICO DE LA BARRERA
las dimensiones de la barrera a definir son las siguientes
X1 1.88
si K = 0.8
a 0.33 m
reemplazando en las ecuaciones anteriores se tiene
LB 1.773 m2c 0.482 mrc 1.23 me 0.025 m
este ultimo valor de h1 = 0.769 m es el que definira la altura que deben tener las cuchillas, para que estas no sean rebasadas, por lo anterior se utilizara un alto de cuchilla de 0.9 m como
minimo
CANAL SUCIO
CANAL LIMPIO CANAL SUCIO
CANAL LIMPIO
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5.- CALCULO DEL LARGO DEL RESALTO
Se estudiara el desarrollo del resalto en ambos canales considerando sus cauces limpios
canal saliente
X1 1.37
X0 0.65
2.11
con los datos obtenidos se calcula L = 5
por lo tantoRCS 2.05 m
esto indica que el canal de salida debe medir por lo menos 2.05 m
canal pasante
X1 1.685
X0 0.65
2.6
con los datos obtenidos se calcula L = 6
por lo tantoRCp 2.46 m
0.246 m2.214 m
por lo tanto el canal pasante debe medir menos de 2.214 m
LONGITUD DEL RESALTO EN LA BARRERALONGITUD DEL RESALTO EN LA BARRERA
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P4.- En un canal principal se conduce un gasto de 0.8 m3/seg; para un sub sector de riego se tiene
que derivar un caudal, de tal forma que el caudal a derivar sea el 20%. Se pide realizar el diseño
hidráulico de la forma lateral para esa condición.
SOLUCION:
DATOS DEL CANAL DATO DEL CANAL
LATERAL
n 0.015 n’ 0.015
S 0.003 S’ 0.002
B 0.90m b’ 0.50m
Z 0.75 Z’
L
0.5
3.00
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De un canal trapezoidal, se desea derivar a un canal lateral un caudal de 250lps; las caracteristicas dedichos canales son:
0.8
0.003
0.75
0.015
3200
0.160.5
0.0020.5
0.0150.483
0.4844
Diseñar la obra de toma sabiendo que la cota de fondo del canal principal en el sitio de toma es de3250 msnm y que la longitud de tuberia es de 5m.
5
CANAL PRINCIPAL TRAPEZOIDAL
CANAL LATERAL
Q(m3/s)b(m)
COTA FONDO CANAL
n
Q(m3/s)
S
Z
SZny
v(m/s)
Longitud de tuberia (m)
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SOLUCION:
I) Hallar el tirante en el canal principal:
Para el canal trapezoidal Principal:
Para una MEH:
b/y: 1 b: 0.606y
y: 0.431
0.21908902 0.17228033
Por similutud del tanteo: y 0.431b 0.26
II) Como recomendación el libro de Maximo Villon, sugiere que la velocidad en el conducto NO debe ser mayor a 1.07 m/s.Por lo tanto tomamos el dato del problema v= 0.4844 m/s ( por ser menor que el valor recomendado).
III) Calculamos el area:
A: 0.33
IV) Diametro de la tuberia:
D(m): 0.648D(pulg): 25.51
Dcomercial(pulg): 32Dcomercial(m): 0.813
n
SRAQ
2/13/2 **
22( 1 )b
Z Zy
2( )A b zy y by zy
212 zybP
3/22
3/52
2/1)12606.0(
)106.2(*
yzy
y
S
nQ
v
QA
AD
DA
4
4
* 2
22 5.1606.0 yyA
212606.0 zyyP
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V) Recalculamos el area:
A: 0.519
VI) Recalculamos la velocidad:
v: 0.308
VII) Calcular la carga de velocidad en la tuberia:
hv: 0.005
VIII) Calcular la carag total ∆h:
Ke1
0.780.5
0.230.1
0.004
Considerando: Tuberia de concreto: n: 0.015Entrada con arista angulo recto: Ke: 0.5
∆h: 0.008
Entrada con arista l igeramente redondeada
FORMA DE ENTRADA
Entrada con arista completamente redondeada r/D =0.15
Compuerta en pared delgada-contracion suprimida en los lados y en el fondo
Entrada abocinada circular
Tubo entranteEntrada con arista en angulo recto
g
vhv
2
2
hvD
Lh *)*028.05.1(
333.1
g
v
D
Lnkh e 2
*)579.124
1(22
333.1
2
IX) Calcular la sumergencia a la entrada (Sme):
Sme: 0.085
X) Calcular la sumergencia de la salida (Sms):
Nota: en Sms la hv=0
Sms: 0.0762 (3")
XI) Calcular los lados de la caja de entrada:
B: 1.118
XII) Calcular la carga en la caja:
h: 0.182
B=Longitud de la cresta,que en este caso se considerara igual al ancho de la caja de entrada de la toma ya que se calcula como un vertedero de pared delgada
0762.078.1 hvSme
0762.078.1 hvSme
mSms 0762.0
3/22/3 )*84.1
(**84.1B
QhhBQ
mDB 305.0
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XIII) Calcular cotas:
3200.4313200.2493199.5333200.3463199.4313200.4233199.5343199.940
XIV) Calcular la longitud de salida
De acuerdo a HINDS: T:Espejo de aguaD:Diametro de la tuberia
Hallando espejo de agua en canal lateral:
Considerando trapezoidal: T: 0.983
L(m): 0.205
Por calculo la longitud de salida es MENOR a Lmin=1.525m; y por ello se toma el valorrecomendado para la longitud de salida:
L(m): 1.525
XV) Calcular el talud de la transicion de salida:
Para ello:∆H: 0.410L: 1.525Z: 3.72
TALUD:
Cota E = SLAL -y2
SLAC=Cota fondo del canal principal +y1Cota A=SLAC -hCota B=SLAC -Sme -DCota B¨= Cota B + DCota C=Cota B- 4pulg.=Cota B-0.1016mSLAL=SLAC-∆hCota D= SLAL-Sms -D
mL 525.1min
zybT 2
º5.222Tg
DTL
1:4:maximoTalud
1/4