Captación de Ladera

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE CAJAMARCA ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

METODOLOG A Y PROCESAMIENTO PROCESAMIENTO DE DATOS DATOS DISEÑO DE LA CAPTACIÓN DE MANANTIAL LATERAL: Para el dimensionamieno de la !a"a!i#n es ne!esario !ono!er el !a$dal m%&imo de la '$ene( de modo )$e e %me %mero ro e os or ! os e enr enraa a a a !%ma !%mara ra +me a sea sea s$ ! ene ene "ara "ara !a" !a"ar ar ese ese !a$ !a$ a , a) Caudal de Diseño. -ma&,d . -ma&,d a'oro .

/,01 /,45

L2se3 L2se3

6,75

) Diseño del Ma!e"ial #il!"a$!e. %o$a Pe"&eale: Se !olo!ar% maerial 'ilrane( !on la 'inalidad de e8iar o !onrolar el "aso de "ar9!$las "ro8enienes del s$elo na$ral en el l$3ar del a'loramieno de las a3$as : la !olmaa!i;n de los ori'i!ios, Para al e'e!o e'e! o de1 75

#

05

Donde= 05 75

= =

05 05

ro ro

?5

Di%mero de la a
No!a: Esas rela!iones ienen "or 'inalidad e8iar )$e las !a"as !om"$esas "or "ar!$las ms 'inas !onaminen a las oras, El !l!$lo de los di%meros de los esraos del s$elo se s$"one )$e a ra8s de $n an%lisis 3ran$lomri!o se *a en!onrado= s$e s$e o= 6,66/ mm 05 s$e s$ e o = 6,456 mm 75 1. Cálculo de los diámetros diámetros de estratos de filtro:

#ILTRO I:

F ro I . S$ S$e o 75

05

L$e3o = 05 05

ro . ro .

4,56 4,5 & 0,//5

>1

75

$e o

mm

Por lo ano( se $ili@ar !omo maerial del Filro I( arena 3r$esa de  0mm  /mm #ILTRO II: L$e3o =

05

ro ro 05

.

H,66

?5

ro ro 05

. .

H & ,456

ro mm

05

05

Por lo ano( se $ili@ara !omo maerial del Filro II( 3ra8a media de  5mm  46mm #ILTRO III:

ro ro 05

05

L$e3o =

.

F ro ro III III . ro . 05 05

H,66 H & 11,066

?5 F ro II II mm 05

14


Por lo ano( se $ili@ara !omo maerial del Filro III( 3ra8a 3r$esa de  46mm  6mm Se3+n la le: de Dar!:( las !ara!er9si!as del 'l$o de a3$a a ra8s de 'ilros 'ormados "or maeriales 3ran$lares( enemos= Q = K . A . i Para 'l$os laminares= Donde= -= K= A= i=

Ca$dal de a'loramieno del mananial Coe'i!iene de "ermea
Δh L L Prdidas de ener39a s$'rida "or el 'l$o en el des"la@amieno L Lon3i$d oal del 'ilro i=

*0 : */ = L=

=

2. Cálculo del Coeficiente de Permeabilidad (K):

Se "$ede de'inir !omo la 8elo!idad del a3$a a ra8s de $n s$elo o !omo la ma:or o menor 'a!ilidad !on )$e el a3$a 'l$:e a ra8s del s$elo esando s$ea al 3radiene *idr%$li!o, Ese !oe'i!iene "$ede ser o<enido a"li!ando di'erenes modos( "ero "ara el "resene ra
Arena 3r$esa Gra8a media Gra8a 3r$esa

0

6,5 06,6 066,6

!m2se3 !m2se3 !m2se3

Por ra@ones "r!i!as de !onsr$!!i#n !onsideremos los si3$ienes es"esores "ara !ada esrao= Arena 3r$esa Gra8a media Gra8a 3r$esa Lon3i$d oal del esrao L = L . 0  /  4 L. 0,66 m

. . / . 4 0

6,46 6,46 6,16

m m m

Asimismo( !onsideraremos el 3radiene *idr%$li!o i3$al a la "endiene del erreno( sa
K v

=

1

L

Σ

bc K c

se32!m

Donde = Kv : Permeabilidad total y perpendicular al estrato. K c : Permeabilidad de cada estrato. b c : Ancho de cada estrato. L : Longitud total de los estratos. Reem"la@ando 8alores= 0 2 K8 . 02066 & 4626,5  46206  162066 0 2 K8 . 6,H41 se32!m  K8 . 0,5 !m2se3 # K8 . 6,6057 m2se3 No!a: El o<ei8o de ese i"o de drenae es e8iar la $
15


Consideremos la "ro'$ndidad del 'ilro= 6,6 : los si3$ienes elemenos de 'ilro= /,56 I 6,46 /,66 II 6,46 0,56 III 6,16 6,75

m K0. / . . 4

6,5 06,6 066,6

!m2se3 !m2se3 !m2se3

3. Cheueo de cada estrato:

Para o
/,56

0

Se3+n DARCY = . - a'oro .  I.

Donde =

0

/,66

+ +/

x +

6,6

= +

0,55

m/

Q = K × A × I

6,56 /,450 6,/75

!m2se3 L2se3 > 6,4

.

6,665 m2se3  m42se3 no *a: $
Es!"a!o II : allamos $na se!!i#n "romedio= .

/,66

/


Donde =

/

0,56

+ +/

x +

6,6

= +

0,//5

m/

Q = K × A × I

06,66 /,450 6,60/

!m2se3 L2se3 > 6,4

.

6,066 m2se3  m42se3 no *a: $
Es!"a!o III allamos $na se!!i#n "romedio= .

0,56

4


Donde =

4

6,75

+ +/

x +

6,6

= +

6,7/4

m/

Q = K × A × I

066,66 /,450 6,66/

!m2se3 L2se3 > 6,4

.

0,666 m2se3  m42se3 no *a: $
No!a: Por lo ano( no se "resena el 'en#meno de $
!. Cheueo "ara toda la #stratificaci$n:

.

"

/,56

+ +/

6,75

x +

6,6

= +

0,04

m/

16


Se3+n DARCY = K8. - a'oro .  I.

Donde =

Q = K × A × I

0,57 /,450 6,0/0

!m2se3 L2se3 > 6,4

 m2se3  m42se3 no *a: $
Se observa que no existe TU!"!#A#!$% en ning&n estrato %. Cálculo del caudal ca"a& de atra'esar "or la estratificaci$n:

Qf = K v × A × I . -' . '

6,6057 & 0,0/5 & 6,05 6,66/1 m42se3 . /,

L2se3

'ntonces( los espesores de los estratos del )iltro son su)icientes para )iltrar el caudal m*ximo a)orado de +.,- ltsseg. . /,45 > . /, a ' . Cálculo de la cara sobre el orificio de inreso:

Se re!omienda )$e=

 . 0 

 16 !m

' 2

Pero=

h1 =1.49

Donde=

V 2g

/ : #arga sobre el ori)icio : , #arga para producir la velocidad de pasa0e : ) P1rdida de carga disponible 2 : 2elocidad de pasa0e en los ori)icios ( se recomienda 3+.4+ 5 +.6+7 mseg como m*ximo. g : gravedad 8.9, mseg As$mimos = →

Se re!omienda )$e=

V. *0 .

6,55 6,6/4

m2se3 m

. . '

46 6,46

del es"esor del 'ilro L m

.

6,6/46

'

→

L$e3o =

 6,46

. 6,4/

m > 6,16 m WWW OK

*. Cálculo del área + n,mero de orificios:

Para el clculo usaremos la );rmula de ori)icios para paredes delgadas:

Q R máx= Cd × A ×V

Donde = ? @ max : #audal m*ximo a)orado +.++-<4 m< seg : #oe)iciente de =escarga 3 +.6+ 5 +.9-7: d 2 : 2elocidad de pasa0e 3 +.4+ 5 +.6+ mseg 7 : A : rea del ori)icio 3m² 7

Asumimos: +.6+ Asumimos: +.44

Reem"la@ando daos= A . 6,660/1 m/ #onsiderando ori)icios de di*metro de ,,->>( es decir( di*metro menor al di*metro del material del "iltro !!!. 1,10 !m ? 002/ "$l3 . 4,70 !m )iltro !!! B a=

π 2 ⋅( φmenor ) 4

17


L$e3o=

π 2 ⋅( φmenor ) 4 a . 6,66001 m/

a=

rea de $n ori'i!io

' C(lulo del $*&e"o de o"i+iios Se re!omienda $sar di%meros menores o i3$ales a /X( si se o<$8ieran di%meros ma:ores ser% ne!esario a$menar el n$mero de ori'i!ios, L$e3o =

n=

A a

Donde= n = n+mero de ori'i!ios A = %rea del ori'i!io a = %rea !al!$lada de $n ori'i!io n. n.

→

:.

H,/5 C.++

ori'i!ios de Φ 002/

-. Cálculo del 'olumen almacenado (a):

V a= Qmáx d x Tr

Donde =

: 2olumen almacenado 3m< 7 < : m*x d #audal m*ximo diario 3 m seg7 : r Tiempo de retenciDn 3< 5 4 min7 a

Considerando= →

;

. . m%& d Va . . a r

4,66 6,66/01 6,471 471,0

min$os . m42se3 m4 Ls

076,66

se3

Luego optamos por las siguientes medidas para la ca0a de captaciDn: . 6,H6 m a. 6,5 m < . 6,6 m #alculamos el volumen total V .  & < & a V . 6,165 V ? 6,165 ?

m4 Va 6,475

/. Cálculo del diámetro de salida de la tuber0a de conducci$n a la cmara de reunin ():

Ser* tratado como un ori)icio y se calcular* con la siguiente );rmula: Qmáx d= Cd x Acnd x √ 2gH

Donde=

Pero=

?m*x d : #audal m*ximo diario : d #oe)iciente de =escarga Acnd : rea del conducto 3 m- 7 g: gravedad ,70 /: #arga sobre la tuberEa H =

/ B

6,66/01 m42se3 6,H6  6,7/ As$mimos= 6,6 m2se3/

Va

a ×b

6,5

m

18


Reem"la@ando daos=

B

cnd

6,66604

m/

√

4 × A cnd

π 2 A cnd = D 4

⇒

D=

π

= B = B

6,641 0,41

m . /,6 

14. Cálculo de la tuber0a de desa5e o lim"ie&a:

Esa $
Qs =

Donde =

V a t

+ Q aforado

: #audal de salida 3 m< seg 7 2a : 2olumen almacenado 3 m< 7 t: tiempo de salida 3 seg 7 < : a)orado #audal a)orado 3 m seg 7 s

Va . . -a'orado .

6,471 0/6 6,66/45

m4 se3 m42se3

Reem"la@ando= ? sB

6,6655H

m42se3

Para !al!$lar el di%mero de la $
Donde= # : #oe)iciente de gasto g : gravedad ,70 m2se3/ / : #arga sobre la tuberEa Enon!es =

A. π 2 A = D

4

6,6607 ⇒

/ B 6,H6

m/

√ = B

D=

# B 6,7/

4 × A π

= B

6,6560 /

m . /,6 

11. ise6o de la tuber0a de 7ebose:

Ca$dal a e8a!$ar -E= Q E= QAforado - Q max d m%& d

. .

6,66/450 6,66/04

m42se3 m42se3

E

.

6,666/01

m42se3

a'orado

No!a: Esa $
/,66

m2se3

19


Usando la e!$a!i#n de !om"ai
D. D.

√

π

= V

4

2

D

4Q Vπ

6,647 0,5/

m . /,6 

12. Cálculo de la tuber0a de entilaci$n:

Se *ar% $so de $n $
Para el dimensionamieno de la !anasilla se !onsidera )$e=  El dimero de la !anasilla de
D! . D!anas . 4 D! 05,/1

/,6 1

P$l3 P$l3

> L > > L >

H D! 46,17

Tomamos= L!anas .

05 !m

Y as$miendo= An!*o de m$ro . Lar3o de m$ro .

5 mm  mm

Siendo el rea de la ran$ra= Ar .  [ 5 .

45

mm/

Enon!es el rea oal de ran$ras ser= A . /A! Donde= A! . rea rans8ersal de la $
(

L!an . 05 !m

Don e=

D3 . /\ D / . \ /,51 .

6,0H6

m

L$e3o=

A3 .

6,60/

m/

3? 

,

?

,

WWW

$e3o e n mero e ran$ras ser 3$a a = n ran$ras .  r . → n]ran$ras .

, 00H,66

20

Captación de Ladera

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