DISEÑO HIDRAULICO DE CAIDAS Las caidas o gradas, son estructuras usadas en los puntos donde es necesario salvar desniveles bruscos permite unir unir 2 tramos tramos por medio medio de un medio medio plano vertical, permitiendo permitiendo que que el agua agua salte libremente libremente y cai plano vertical es un muro de sostenimiento de tierra capaz de soportar el empuje que estas ocasionan. La finalida finalidad d es conducir conducir agua agua desde desde una elevac elevacion ion alta alta hasta hasta una elevacio elevacion n baja y disipa disiparr la energia energia gener gener niveles. La diferencia diferencia de nivel en forma de caida se introduce introduce cuando sea necesario necesario reducir la pendiente pendiente d vertical se puede utilizar para medir el caudal que vierte sobre ella, si se coloca un vertedero calibrado.
PROCED PRO CEDIMI IMIENT ENTO O PARA PARA EL EL DISE DISE O
DISEÑO HIDRAULICO DE CAIDA SIN OBSTACULOS CANAL DE INGRESO Q= S= f= Z= n= Angulo conver= Angulo Diverg= Elv0= h=
DISEÑO DE CANALES AGUAS ARRIBA Y ABAJO AGUAS ARRIBA: A= by+zy^2 P= b+2y(1+z^2)^(1/2) T = b+2Zy b/y = 2((1+Z^2)(^1/2)-z) Q = A^(5/3) x S^(1/2)/n. (P)^(2/3) Resolviendo por tanteos 0.31 y= 0.00016644 0.00017058 Geometria del canal ingreso
2.00 m
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) Q = A^(5/3) x S^(1/2)/n. (P)^(2/3)
0.26 0.262 2m y= 0.00004211 0.00004441 Geometria del canal salida
2.00
y= b= A = P= T= f= v=
0.31 0.62 0.19 1.24 0.62 0.3 0.85
y= b= A= P= T= f= v=
F (froude)
1.95
F (froude)
0.262 0.524 0.14 1.048 0.524 0.3 1.19 3.22
sec.rect
Supercritico Supercritico CALCULO DE ANCHO DE LA CAIDA Y EL TIRANTE T IRANTE EN LA SECCION DE CONTROL
Previamente se calcula la energia en los puntos 1 y 2
H1 =
0.347 m
q=
0.303 m3/seg/m
B = Q/q formulas empiricas
0.50
H2 =
0.335 m
m
Dadenkov 0.37
Formula empirica
0.74
generalmente es mayor q da
0.14
Yc =
DISEÑO DE LA TRANSICION DE ENTRADA Para una transicion recta L=
T1 = Espejo de agua en el canal T2 = b = an ancho cho de de so soler lera en en la la ca caida ida
0.13 Reco ecomen mendable able y mi minim nimo
Tg ө
0.46630766
1.50
DISEÑO DE LA TRANSICION DE SALIDA Para una transicion recta L=
T1 = Espejo de agua en el canal T2 = b = an ancho cho de de so soler lera en en la la ca caida ida
0.13
Reco ecomen mendable able y mi minim nimo
Tg ө
1.50
0.46630766
DIMENSION DE LA CAIDA CALCULO DEL NUMERO DE CAIDAS Si:
Si Q es mayor q = Q/B =
0.30
D = q2/ gh3 =
0.004
Se calculan con un error inferior al 5% Longitud del pie de la caida al inicio del salto Ld=
1.30
Yp=
0.40
Y1=
0.10
Altura del agua pegada al pie de la caida:
Profundidad secuente menor:
Profundidad secuente mayor (tirantes conjugados)
Y2=
0.50
Yc=
0.20
Tirante critico
LONGITUD DE RESALTO SIEÑCHIN L=
2.00
LONGITUD TOTAL DEL COLCHON Lt =
3.30
Evitar que en la camara de aire se produzca vacio, porque esto produce succion q puede destruir la estructura por cavitacion, se puede evita con agujeros en las paredes laterales o incrementando en la poza 10 - 20 cm a ambos lados,Para filtraciones que se producen en la pared vertical se recomienda hacer lloraderos. LONGITUD DEL TRAMO DEL CANAL RECTANGULAR Inmediatamente aguas arriba Lc = 3.54 Yc=
0.71
Lc=
VENTILACION BAJO LA LAMINA VERTIENTE Consiste en calcular el diametro de los agujeros de ventilacion qo=0.1(q/((Yp/y)^1.5))
qo =
0.02
m3/seg x m
Qa=qo*B
Qa=
0.01
m3/seg
Considerando: L= f=
2.00 m 0.02 tuberias de fierro 0.04 m 0.001 (1/830) para aire de 20 C
Ke= Kb= Kex=
0.5 1.1 1
Va=
0.01 1/D^2 0.00001 1/D^4
Reemplazando las consideraciones y resolviendo por tanteo: 0.18 m
D=
0.040
=
0.040
OK!
Determinanado el área: 0.03 m2
A=
Entonces colocamos tuberia de : No Und
Ф (pulg)
2
2
A (m2)
0.004054 0.0041 m2
en la rasante del canal, nos ga en el tramo de abajo. El ada por esta diferencia de e un canal. La caida
m
Sea F > 1 flujo será supercrítico Sea F = 1 flujo será crítico Sea F < 1 flujo será subcrítico
denkov
DISEÑO HIDRAULICO DE CAIDAS Las caidas o gradas, son estructuras usadas en los puntos donde es necesario salvar desniveles br canal, nos permite unir 2 tramos por medio de un medio plano vertical, permitiendo que el agua salt tramo de abajo. El plano vertical es un muro de sostenimiento de tierra capaz de soportar el empuje La finalidad es conducir agua desde una elevacion alta hasta una elevacion baja y disipar la energia diferencia de niveles. La diferencia de nivel en forma de caida se introduce cuando sea necesario re canal. La caida vertical se puede utilizar para medir el caudal que vierte sobre ella, si se coloca un v
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO
DISEÑO HIDRAULICO DE CAIDA CON OBSTACULOS CANAL DE INGRESO Q= S= f= Z= n= Angulo conver= Angulo Diverg= Elv0= h=
DISEÑO DE CANALES AGUAS ARRIBA Y ABAJO AGUAS ARRIBA: A= by+zy^2 P= b+2y(1+z^2)^(1/2) T = b+2Zy b/y = 2((1+Z^2)(^1/2)-z) Q = A^(5/3) x S^(1/2)/n. (P)^(2/3) Resolviendo por tanteos
2.00 m
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) Q = A^(5/3) x S^(1/2)/n. (P)^(2/3)
2.00
y= 0.31 0.00017574 0.00017058 Geometria del canal ingreso y= 0.31 b= 0.62 A = 0.19 P= 1.24 T= 0.62 f= 0.3 v= 0.87 F (froude) 1.98
y= 0.262 m 0.00004446 0.00004441 Geometria del canal salida y= 0.262 b= 0.524 A= 0.14 P= 1.048 T= 0.524 f= 0.3 v= 1.22 F (froude) 3.28
sec.rect
CALCULO DE ANCHO DE LA CAIDA Y EL TIRANTE EN LA SECCION DE CONTROL
Previamente se calcula la energia en los puntos 1 y 2
H1 =
0.348 m
q=
0.304 m3/seg/m
B = Q/q formulas empiricas
0.50 m
H2 =
0.337 m
Dadenkov 0.37
Formula empirica
generalmente es mayor q da
0.75
Yc =
0.14
Tirante Critico
DISEÑO DE LA TRANSICION DE ENTRADA Para una transicion recta L=
0.13
T1 = Espejo de agua en el canal T2 = b = ancho de solera en la caida CALCULO DE LA TRANSICION DE SALIDA Para una transicion recta
Tg ө
0.46630766
L=
0.13
Tg ө
T1 = Espejo de agua en el canal T2 = b = ancho de solera en la caida DIMENSION DE LA CAIDA Cuando la energia cinetica es muy grande se construyen dados para disipar la energia
q = Q/B =
0.30
D = q2/ gh3 =
0.004
Se calculan con un error inferior al 5% Longitud del pie de la caida al inicio del salto Ld=
1.30
Longitud minima del colchon L=
1.66
Lobs =
1.41
Y2 =
0.30
L = longitud minima del colchon Ld =Longitud de la caida Yc = Tirante critico Ubicación de los obstaculos
Profundidad minima de la capa de agua
Altura optima de los obstaculos
0.46630766
h Op Obs =
0.11
AObs =
0.06
EObs =
0.06
H Op.Obs.fin=
0.06
Ancho de los obstaculos
Espaciamiento entre los obstaculos
Altura optima del obstaculo final
Relacion se utiliza el nomograma
uscos en la rasante del libremente y caiga en el que estas ocasionan. generada por esta ducir la pendiente de un ertedero calibrado.
m
Sea F > 1 flujo será supercrítico Sea F = 1 flujo será crítico Sea F < 1 flujo será subcrítico
denkov
DISE O HIDRAULICO DE CAIDAS ESCALONADAS DATOS
Q m3/s 0.38
b m 0.5
S
n
z
0.00442
0.015
0
Yn m 0.26
1. CÁLCULO DEL TIRANTE CRÍTICO EN LA SECCIÓN 1
Yc = (q2/g)1/3 Q m3/s 0.38
q = Q/b b m 0.5
q m3/s-m 0.76
Yc m 0.389
2. ANÁLISIS HIDRÁULICO PARA DETERMINAR DISTANCIA ENTRE GRADA Y GRADA
COLUMNA 1: Número de grada COLUMNA 2 Alturade grada COLUMNA 3 Resulta de dividir la altura de la grada entre el el tirante crítico que se produce en la primera grada, es decir en el punto 1 y cuyo valor es de 0.197 m. COLUMNA 4 En la grada 1 se tiene: Aguas arriba Yc=Yo=0.197 Aguas abajo Y1 = tirante en flujo supercrítico y a la vez es el valor de Yo aguas arriba de la segunda grada. En la primera grada se tiene : Xo = Yo/Yc = 0.197/0.197 = 1 Con este valor y la respectiva altura de grada se entra al gráfico de la fig. 4.22, obteniéndose con: Xo = 0.53 y K = 2.538 el valor: Y1/Yo = 0.53 Por lo Tanto Y1 = 0.53 x 2.538 = 0.196 Y1 = 0.196 COLUMNA 5 Sería el valor de Xo = 1 COLUMNA 6 El valor obtenido en la Fig. 4.22 Y1/Yo = 0.53 COLUMNA 7 Sería el valor: Y1 = 0.53 x 0.369 = 0.196 Y1 = 0.196 m Asi se repite para las demás filas 1 GRADA 1 2 3 4 5
