171353137-Rapida.xls

DISEÑO DE UNA RAPIDA En un proyecto de riego, se tiene un canal lateral que conduce un caudal de 0.35 m3/s, trazado en tierra (n = 0.025) de seccion trapezoidal con un talud Z = 1, ancho de solera b = 0.75 m. Y trazado con una pendiente de 0.5 por mil. En un tramo de su perfil longitudinal tiene que atravezar un perfil como se muestra en la fig. 3.9 Diseñar una rapida de seccion rectangular.:

DATOS : Caudal

Q

Rugosidad

n

Talud

Z

1

So l e r a

b

0.75 m

pendiente

s

0.0005 m/m

S=0.

0.35 m3/s 0.025

Caracteristicas Hidraulicas del canal Tirante normal

0.6029 m

Perimetro

2.4554 m

 Area hidraulica

0.8158 m2

Radio -Hidraulico

0.3322 m

Espejo de ag T

1.9559 m

Velocidad

Numero de Froude

0.2121

Energia Especifica

Tipo de Flujo

0.429 m/s 0.6123 mm-kg/kg

subcritico

TRANSICION L =(T1-T2)/2tg(22.5°)

SECCION DE CONTROL La seccion de control se ubica al termino de la transicion y al inicio del canal de la rapida. Por ser la rapida una estructura que funciona con regimen supercritico, la seccion de control se ubica aguas arriba, y en ella se

presenta el tirante critico. Se asigna un ancho de solera en la rapida, con ello se calcula el tirante en la seccion de control y por la ecuacion de energia se calcula el tirante al inicio de la transicion br

0.4 m

Carateristicas hidraulicas de la seccion de control Tirante critico

0.4278

Perimetro

1.2556

 Area hidraulica

0.1711

Radio Hidrualico

0.1363

Espejo de agua

0.4

Velocidad

2.0453

Numero de Froude

1

Energia Especifica

Calculo del tirante al inicio de la transicion L=

1.9

Longitud de la transicion

Ec =

cota 1

yc

hvc

0.64101366

0

0.4278

0.213213664

Energia al inicio de la transicion = E1

cota

0.64104328

0

y1 0.6549

hv1

0.1*(hv1-hvc)

0.006786044

-0.0206428

0.641

presenta el tirante critico. Se asigna un ancho de solera en la rapida, con ello se calcula el tirante en la seccion de control y por la ecuacion de energia se calcula el tirante al inicio de la transicion br

0.4 m

Carateristicas hidraulicas de la seccion de control Tirante critico

0.4278

Perimetro

1.2556

 Area hidraulica

0.1711

Radio Hidrualico

0.1363

Espejo de agua

0.4

Velocidad

2.0453

Numero de Froude

1

Energia Especifica

0.641

Calculo del tirante al inicio de la transicion L=

1.9

Longitud de la transicion

Ec =

cota 1

yc

hvc

0.64101366

0

0.4278

0.213213664

Energia al inicio de la transicion = E1

cota

0.64104328

0

y1 0.6549

hv1

0.1*(hv1-hvc)

0.006786044

-0.0206428

Lo que indica que la transicion tendra una sobre elevacion para encontrar el tirante critico al inicio de la rapida

CANAL DE LA RAPIDA  Ancho de solera L = Q / (1.71 * (y + hv )^1.5)  L =

0.398814558

pendiente

OK

0.4

0.019

tirante inicial

0.4278 m

tirante final

0.3711 m

Longitud del remanso

16 m

Caracteristicas hidraulicas del canal normalizado 

Tirante normal

0.3711 m

Perimetro

 Area hidraulica

0.1484 m2

Radio -Hidraulico

Espejo de ag T

0.4 m

Numero de Froude Tipo de Flujo

1.2357

0.13 m

Velocidad

2.3577 m/s

Energia Especifica

0.6544 m-kg/kg

supercritico

Bordo Libre BL = 0.61 + 0.0371 v (y)^0.5 =

1.1422 m

0.706344645

CALCULO DE LA PROFUNDIDAD (elevacion) DEL TANQUE AMORTIGUADOR

pendiente

0.019

tirante inicial

0.4278 m

tirante final

0.3711 m

Longitud del remanso

16 m

Caracteristicas hidraulicas del canal normalizado 

Tirante normal

0.3711 m

Perimetro

 Area hidraulica

0.1484 m2

Radio -Hidraulico

Espejo de ag T

0.4 m

Numero de Froude

1.2357

Tipo de Flujo

1.1422 m 0.13 m

Velocidad

2.3577 m/s

Energia Especifica

0.6544 m-kg/kg

supercritico

Bordo Libre BL = 0.61 + 0.0371 v (y)^0.5 =

0.706344645

CALCULO DE LA PROFUNDIDAD (elevacion) DEL TANQUE AMORTIGUADOR CALCULO DE LA CURVA ELEVACION-TIRANTE EN EL CANAL DE LA RAPIDA (Trayectoria) Se calcula aplicando Bernoulli y despreciando perdidas 1. Elevacion gradiente de energia al inicio de la trayectoria (EGE) EGE = Elev (0) + Yo + Vo^2/(2*g) Se calcula los valores para trazar la curva elevacion tirante ( se asigna valores de y < de yo)

y

A

V

V^2/2g

E

0.3711 0.3611 0.3511 0.3411 0.3311 0.3211 0.3111 0.3011 0.2911 0.2811 0.2711 0.2611 0.2511 0.2411 0.2311 0.2211 0.2111 0.2011 0.1911 0.1811 0.1711

0.1484 0.1444 0.1404 0.1364 0.1324 0.1284 0.1244 0.1204 0.1164 0.1124 0.1084 0.1044 0.1004 0.0964 0.0924 0.0884 0.0844 0.0804 0.0764 0.0724 0.0684

2.3577 2.4232 2.4922 2.5652 2.6427 2.7250 2.8126 2.9060 3.0058 3.1128 3.2276 3.3512 3.4847 3.6292 3.7862 3.9575 4.1450 4.3511 4.5788 4.8316 5.1140

0.2833 0.2993 0.3166 0.3354 0.3560 0.3785 0.4032 0.4304 0.4605 0.4939 0.5310 0.5724 0.6189 0.6713 0.7307 0.7983 0.8757 0.9649 1.0686 1.1898 1.3330

0.6544 0.6604 0.6677 0.6765 0.6871 0.6996 0.7143 0.7315 0.7516 0.7750 0.8021 0.8335 0.8700 0.9124 0.9618 1.0194 1.0868 1.1660 1.2597 1.3709 1.5041

Elev.gradiente energia -Elev. (elevacion de la rapida)

-0.0059 -0.0132 -0.0221 -0.0326 -0.0452 -0.0599 -0.0771 -0.0972 -0.1205 -0.1476 -0.1791 -0.2156 -0.2580 -0.3073 -0.3649 -0.4323 -0.5116 -0.6052 -0.7165 -0.8496

13.4 13.3941 13.3868 13.3779 13.3674 13.3548 13.3401 13.3229 13.3028 13.2795 13.2524 13.2209 13.1844 13.1420 13.0927 13.0351 12.9677 12.8884 12.7948 12.6835 12.5504

y

A

V

V^2/2g

E

0.3711 0.3611 0.3511 0.3411 0.3311 0.3211 0.3111 0.3011 0.2911 0.2811 0.2711 0.2611 0.2511 0.2411 0.2311 0.2211 0.2111 0.2011 0.1911 0.1811 0.1711 0.1611 0.1511 0.1411

0.1484 0.1444 0.1404 0.1364 0.1324 0.1284 0.1244 0.1204 0.1164 0.1124 0.1084 0.1044 0.1004 0.0964 0.0924 0.0884 0.0844 0.0804 0.0764 0.0724 0.0684 0.0644 0.0604 0.0564

2.3577 2.4232 2.4922 2.5652 2.6427 2.7250 2.8126 2.9060 3.0058 3.1128 3.2276 3.3512 3.4847 3.6292 3.7862 3.9575 4.1450 4.3511 4.5788 4.8316 5.1140 5.4314 5.7909 6.2013

0.2833 0.2993 0.3166 0.3354 0.3560 0.3785 0.4032 0.4304 0.4605 0.4939 0.5310 0.5724 0.6189 0.6713 0.7307 0.7983 0.8757 0.9649 1.0686 1.1898 1.3330 1.5036 1.7092 1.9600

0.6544 0.6604 0.6677 0.6765 0.6871 0.6996 0.7143 0.7315 0.7516 0.7750 0.8021 0.8335 0.8700 0.9124 0.9618 1.0194 1.0868 1.1660 1.2597 1.3709 1.5041 1.6647 1.8603 2.1011

Elev.gradiente energia -Elev. (elevacion de la rapida)

-0.0059 -0.0132 -0.0221 -0.0326 -0.0452 -0.0599 -0.0771 -0.0972 -0.1205 -0.1476 -0.1791 -0.2156 -0.2580 -0.3073 -0.3649 -0.4323 -0.5116 -0.6052 -0.7165 -0.8496 -1.0103 -1.2059 -1.4467

0.450 0.400 0.350 0.300 0.250 0.200 0.150 0.100 0.050 0.000 12

12.2

12.4

12.6

12.8

13

(elevacion de la rapida)

13.2

13.4

13.6

CALCULO DE LA CURVA: ELEVACION - TIRANTE CONJUGADO MENOR 1. Primero calcular la elevacion del gradiente de energia en la seccion del canal despues de la rapida 2. La elevacion del gradiente de energia despues del resalto se calcula de la siguiente manera: Elev. Gradiente de energia (n) = Yn + Vn^2/(2g) 3. Elegir y1 y calcular el tirante conjugado mayor del resalto Para secciones rectangulares la ecuacion es : y2 = (-y1/2)+(2q^2/gy1 +y1^2/4)^0.5 Luego calcular: E = y2 + v2^2/2g

13.4 13.3941 13.3868 13.3779 13.3674 13.3548 13.3401 13.3229 13.3028 13.2795 13.2524 13.2209 13.1844 13.1420 13.0927 13.0351 12.9677 12.8884 12.7948 12.6835 12.5504 12.3897 12.1941 11.9533

0.450 0.400 0.350 0.300 0.250 0.200 0.150 0.100 0.050 0.000 12

12.2

12.4

12.6

12.8

13

(elevacion de la rapida)

13.2

13.4

13.6

CALCULO DE LA CURVA: ELEVACION - TIRANTE CONJUGADO MENOR 1. Primero calcular la elevacion del gradiente de energia en la seccion del canal despues de la rapida 2. La elevacion del gradiente de energia despues del resalto se calcula de la siguiente manera: Elev. Gradiente de energia (n) = Yn + Vn^2/(2g) 3. Elegir y1 y calcular el tirante conjugado mayor del resalto Para secciones rectangulares la ecuacion es : y2 = (-y1/2)+(2q^2/gy1 +y1^2/4)^0.5 Luego calcular: E = y2 + v2^2/2g 4. Calcular la elevacion del fondo del colchon amortiguador de la poza elevacion = elevacion gradiente energia - E2

y1

y2

v2

v2^2/2g

E2

0.4559 0.4670 0.4785 0.4903 0.5026 0.5154 0.5286 0.5423 0.5565 0.5713 0.5868 0.6028 0.6196 0.6372 0.6557 0.6750 0.6953 0.7168 0.7395 0.7635 0.7891 0.8163 0.8456 0.8770

0.4290 1.9192 1.8736 1.8287 1.7845 1.7408 1.6978 1.6554 1.6136 1.5723 1.5315 1.4913 1.4515 1.4121 1.3731 1.3345 1.2963 1.2584 1.2207 1.1833 1.1460 1.1089 1.0718 1.0348 0.9977

0.0094 0.1877 0.1789 0.1704 0.1623 0.1545 0.1469 0.1397 0.1327 0.1260 0.1196 0.1133 0.1074 0.1016 0.0961 0.0908 0.0856 0.0807 0.0760 0.0714 0.0669 0.0627 0.0586 0.0546 0.0507

0.6123 0.6437 0.6459 0.6489 0.6526 0.6571 0.6623 0.6682 0.6750 0.6825 0.6909 0.7001 0.7102 0.7213 0.7333 0.7464 0.7606 0.7760 0.7927 0.8108 0.8305 0.8517 0.8749 0.9001 0.9277

Elev.gradiente de energia - E2 (Elev. Del colchon amortiguador)

0.6029 0.4000 0.3900 0.3800 0.3700 0.3600 0.3500 0.3400 0.3300 0.3200 0.3100 0.3000 0.2900 0.2800 0.2700 0.2600 0.2500 0.2400 0.2300 0.2200 0.2100 0.2000 0.1900 0.1800 0.1700

-0.0314 -0.0337 -0.0366 -0.0404 -0.0448 -0.0500 -0.0560 -0.0627 -0.0702 -0.0786 -0.0878 -0.0979 -0.1090 -0.1210 -0.1341 -0.1484 -0.1638 -0.1805 -0.1986 -0.2182 -0.2395 -0.2626 -0.2879 -0.3154

12.9 12.8686 12.8663 12.8634 12.8596 12.8552 12.8500 12.8440 12.8373 12.8298 12.8214 12.8122 12.8021 12.7910 12.7790 12.7659 12.7516 12.7362 12.7195 12.7014 12.6818 12.6605 12.6374 12.6121 12.5846

Elev. Energ. Gradiente

y1

y2

v2

v2^2/2g

E2

0.6029 0.4000 0.3900 0.3800 0.3700 0.3600 0.3500 0.3400 0.3300 0.3200 0.3100 0.3000 0.2900 0.2800 0.2700 0.2600 0.2500 0.2400 0.2300 0.2200 0.2100 0.2000 0.1900 0.1800 0.1700

0.4559 0.4670 0.4785 0.4903 0.5026 0.5154 0.5286 0.5423 0.5565 0.5713 0.5868 0.6028 0.6196 0.6372 0.6557 0.6750 0.6953 0.7168 0.7395 0.7635 0.7891 0.8163 0.8456 0.8770

0.4290 1.9192 1.8736 1.8287 1.7845 1.7408 1.6978 1.6554 1.6136 1.5723 1.5315 1.4913 1.4515 1.4121 1.3731 1.3345 1.2963 1.2584 1.2207 1.1833 1.1460 1.1089 1.0718 1.0348 0.9977

0.0094 0.1877 0.1789 0.1704 0.1623 0.1545 0.1469 0.1397 0.1327 0.1260 0.1196 0.1133 0.1074 0.1016 0.0961 0.0908 0.0856 0.0807 0.0760 0.0714 0.0669 0.0627 0.0586 0.0546 0.0507

0.6123 0.6437 0.6459 0.6489 0.6526 0.6571 0.6623 0.6682 0.6750 0.6825 0.6909 0.7001 0.7102 0.7213 0.7333 0.7464 0.7606 0.7760 0.7927 0.8108 0.8305 0.8517 0.8749 0.9001 0.9277

-0.0314 -0.0337 -0.0366 -0.0404 -0.0448 -0.0500 -0.0560 -0.0627 -0.0702 -0.0786 -0.0878 -0.0979 -0.1090 -0.1210 -0.1341 -0.1484 -0.1638 -0.1805 -0.1986 -0.2182 -0.2395 -0.2626 -0.2879 -0.3154

12.9 12.8686 12.8663 12.8634 12.8596 12.8552 12.8500 12.8440 12.8373 12.8298 12.8214 12.8122 12.8021 12.7910 12.7790 12.7659 12.7516 12.7362 12.7195 12.7014 12.6818 12.6605 12.6374 12.6121 12.5846

0.1600

0.9109

0.9605

0.0470

0.9580

-0.3457

12.5543

0.1500 0.1400 0.1300 0.1200 0.1100

0.9479 0.9882 1.0327 1.0821 1.1375

0.9231 0.8854 0.8473 0.8086 0.7692

0.0434 0.0400 0.0366 0.0333 0.0302

0.9913 1.0282 1.0693 1.1154 1.1676

-0.3790 -0.4159 -0.4570 -0.5031 -0.5554

12.5210 12.4841 12.4430 12.3969 12.3446

Elev.gradiente de energia - E2 (Elev. Del colchon amortiguador)

Graficar las curvas I y II Del punto de interseccion se puede obtener 

Elevacion del tanque amortiguador  Tirante conjugado menor y1

12.55 0.16

Calculo de la profundidad del colchon amortiguador  Profundidad: r = elevacion del canal - elevacion del colchon r 0.35

La salida del colchon hacia el canal puede construirse en forma vertical, y si se construye en forma inclinada se recomienda z = 2

Calculo de la longitud del Colchon L = 5 (y2 - y1) =

3.75

CALCULO DE LAS COORDENADAS Y ELEVACIONES DE LA TRAYECTORIA PARABOLICA Ecuacion general de la parobola:

æ 

 gx

è 

4 .5v

 y =- ç ç  xS  +

2 2

(1 +

) ö

S  2 ÷ ÷

 ø

Elev. Energ. Gradiente

Graficar las curvas I y II Del punto de interseccion se puede obtener 

Elevacion del tanque amortiguador  Tirante conjugado menor y1

12.55 0.16

Calculo de la profundidad del colchon amortiguador  Profundidad: r = elevacion del canal - elevacion del colchon r 0.35

La salida del colchon hacia el canal puede construirse en forma vertical, y si se construye en forma inclinada se recomienda z = 2

Calculo de la longitud del Colchon L = 5 (y2 - y1) =

3.75

CALCULO DE LAS COORDENADAS Y ELEVACIONES DE LA TRAYECTORIA PARABOLICA Ecuacion general de la parobola:

æ 

 gx

è 

4 .5v

 y =- ç ç  xS  +

2 2

(1 +

) ö

S  2 ÷ ÷

 ø

x

y

Elevacion

0.000 0.030 0.060 0.090 0.120 0.150 0.180 0.210 0.240 0.270 0.300 0.330 0.360 0.390 0.420 0.450 0.480 0.510

0.000 -0.001 -0.003 -0.005 -0.008 -0.012 -0.016 -0.021 -0.027 -0.034 -0.041 -0.049 -0.058 -0.067 -0.077 -0.088 -0.100 -0.112

13.400 13.399 13.397 13.392 13.384 13.372 13.356 13.335 13.307 13.274 13.233 13.184 13.126 13.059 12.982 12.894 12.794 12.683

0.540

-0.125

12.558

0.570

-0.138

12.420

Calculo de la transicion de salida

Elevacion = elevacion (o) + y Elevacion = 13.40 + y

0.000 0.030 0.060 0.090 0.120 0.150 0.180 0.210 0.240 0.270 0.300 0.330 0.360 0.390 0.420 0.450 0.480 0.510

0.000 -0.001 -0.003 -0.005 -0.008 -0.012 -0.016 -0.021 -0.027 -0.034 -0.041 -0.049 -0.058 -0.067 -0.077 -0.088 -0.100 -0.112

13.400 13.399 13.397 13.392 13.384 13.372 13.356 13.335 13.307 13.274 13.233 13.184 13.126 13.059 12.982 12.894 12.794 12.683

0.540

-0.125

12.558

0.570

-0.138

12.420

Elevacion = elevacion (o) + y Elevacion = 13.40 + y

Calculo de la transicion de salida

15.40

0005

13.40

12.90

S=0.0005

L = 106 m

15.40

0005

13.40

12.90

S=0.0005

L = 106 m