ÍNDICE DE CONTENIDO
CAPITULO I GENERALIDADES 1.1 INTRODUCCION 1.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA OBRA 1.3 ALCANCE DEL PROYECTO 1.4 OBJETIVO DEL PROYECTO 1.5 ANALISIS Y ESTUDIOS DE LAS OBRAS EXISTENTES 1.5.1 TIPOS DE OBRA DE TOMA 1.5.2 TOMAS DE FONDO 1.5.3 IMPLANTACIÓN GENERAL 1.6 DESARENADOR CAPITULO II 2.1 DISEÑO DE UNA TOMA DE FONDO 2.1.1 CALCULO DE LA REJILLA 2.1.2 DIMENSIONAMIENTO DE LOS BARROTES O PLETINAS 2.1.3 2.1.4 2.1.5
CALCULO DE LA REJILLA EN FUNSION DE OBSTRUCCION CALCULO DEL MURO DE ALA CALCULO DE LA GALERIA CÁLCULO Y DISEÑO DEL ORIFICIO DE PASO CALCULO DEL DESRIPIADOR
2.1.6 2.1.7 2.2 DISEÑO DEL DESARENADOR 2.2.1 CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICIÓN ( LT ) 2.2.2 CALCULO DE LA CÁMARA DE DESARENADOR 2.2.3 CALCULO DE LA LONGITUD DEL DESARENADOR (LD) 2.2.4 CALCULO DEL VERTEDERO DE PASO 2.2.5 CALCULO DE LA COMPUERTA DE LAVADO
CAPITULO III 3.1 CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES ANEXOS
CAPITULO I GENERALIDADES 1.1 INTRODUCCION: El presente trabajo muestra el Diseño de una Obra de Toma basado en criterios netamente profesionales, profesionales, aplicados para obtener de forma clara y precisa todas las características características y especificaciones especificaciones necesarias para la realización de un proyecto constructivo. La hidráulica es una de las ciencias aplicadas fundamentales de la ingeniería que trata sobre las leyes que gobiernan el flujo del líquido y del movimiento de las partículas de agua. Básicamente se estudia las formas y dimensiones que debe darse a las obras para conseguir determinadas condiciones condiciones así como las velocidades y presiones que se producen en una corriente de agua dentro de un conducto o cauce cualquiera. Como todos conocemos el agua es uno de los elementos vitales para todo ser vivo la cual la utilizamos para diferentes fines: como por ejemplo para dar riego a los cultivos en época de sequía, para la generación de la energía ya que sin este factor no se lo podría realizar, y el principal o fundamental, que es para el consumo humano. En todo lado nos encontramos con el problema de los escases de agua ya que en algún momento no la sabemos cuidar, o simplemente no tiene un buen uso por eso en algunas épocas hay abundante y otra escasa. Hasta los ríos en algunas épocas esta en constantes cambios en su caudal. En ciertas épocas del año, el caudal del río puede ser muy pequeño o inclusive llegar a anularse. En otras veces la abundancia del agua fluye h acia el mar sin ser aprovechadas aprovechadas y en ocasiones causan inundaciones, inundaciones, destrucción de orillas, puentes y otros daños. Por esto en la utilización de recursos hidráulicos es necesaria regular tanto la cantidad como el nivel de agua. La intervención del hombre en los procesos naturales requiere de la construcción de diferentes estructuras hidráulicas. hidráulicas. Una de las estructura hidráulicas hidráulicas es la obra de toma que se va a realizar para poder dar una mejor repartición de agua en los lugares que es escasa y en los de abundancia dar lo suficiente.
1.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA OBRA La obra se encuentra en la Provincia de El Oro, cerca del cantón Chilla. Además la captación se realiza sobre el Río Vivar y se coloca a una cota de 1800 msnm. Dicha obra transporta el agua a la población de Cerro Negro, que se ubica a una cota de 1640 msnm.
COMPONENTES DE LA OBRA DE CAPTACIÓN
-
Muro de Ala
-
Rejilla
-
Galería
-
Cajón Distribuidor
-
Tubería que conecta el cajón distribuidor con el desarenador
-
Compuertas
1.3 ALCANCE DEL PROYECTO Con la realización de estos estudios para la ejecución de este proyecto se espera aprovechar al máximo para el abastecimiento de agua de la población de Cerro Negro y dotar de agua para sistemas de riego. Las obras que se pretenden diseñar son:
Obra de Toma de Fondo tipo caucasiana Desarenador Conducción y distribución del agua para riego
1.4 OBJETIVO DEL PROYECTO:
Diseñar una obra de captación de agua tipo toma de fondo.
Obtener mediante la carta Topográfica el lugar exacto de la obra de captación para que sea de gran beneficio a la Población
Una obra de Diseño Hidráulico Hidráulico debe cumplir con con ciertos requisitos que en orden de prioridad son:
Funcionalidad
Seguridad
Economía
Estética
1.5 ANALISIS Y ESTUDIOS DE LAS OBRAS EXISTENTES: La obra de toma es una estructura hidráulica capaz de captar total o parcialmente las aguas de un río, lago, vertiente, canal, embalse, con el objeto de satisfacer una necesidad o fin determinado.
Su diseño es diferente en un cauce hídrico que tenga gran cantidad de arrastre de material de fondo, pues esto indica crear dispositivos especiales que separen el caudal sólido del líquido y disponer de la separación separación de estos de manera eficiente. eficiente. En su diseño hay que considerar la influencia del material sólido pues este causa problemas, tales como disminución disminución de erosiones, depósitos de material material y obstrucciones en general. general. En su diseño y construcción de las obras de toma, debemos tomar en cuenta: 1. La variabilidad del régimen de flujo hídrico asegurando la derivación permanente del caudal del diseño. 2. Ubicarla en un lugar que permita condiciones favorables para su construcción, operación y mantenimiento. mantenimiento. 3. Proteger el paso de crecidas que arrastran arrastran gran cantidad cantidad de materiales sólidos y material flotante.
Para seleccionar el tipo de Obra de Toma y su ubicación, debe considerarse los siguientes criterios:
-
La topografía de la zona Uso o finalidad del agua a captar Cantidad de agua disponible Costo de la Obra
1.5.1 TIPOS DE OBRA DE TOMA Podemos clasificar los siguientes tipos de Obra de Toma:
- Tomas de Fondo 1. Tomas de Derivación Directa - Tomas Convencionales
- Tomas de rejilla con planta semicircular o poligonal
2. Tomas de Embalse
- Tomas Torre
- Vertical - Inclinada
- Tomas Telescópicas – Tipo OBHIDRA - Dentro y Fuera del Cuerpo de la Presa Las magnitudes de los caudales que se captan en las bocatomas son función de los n iveles de agua que se presentan inmediatamente arriba de la estructura de control. Como estos niveles dependen del caudal Q de la corriente natural, y este caudal es variable, entonces las bocatomas no captan un caudal constante. Durante los estiajes captan caudales pequeños y durante las crecientes captan excesos que deben ser devueltos a la corriente lo más pronto posible, ya sea desde el canal de aducción o desde el desarenador. La sedimentación que se genera en la corriente natural por causa de la obstrucción que se induce por la presencia de la estructura de control es un gran inconveniente en la operación de las bocatomas laterales. El canal de aducción conecta la bocatoma con el desarenador; tiene una transición de entrada, una curva horizontal y un tramo recto, paralelo a la corriente natural, hasta el desarenador. Es un canal de baja pendiente y régimen tranquilo que se diseña para recibir
los caudales de aguas altas que pueden entrar por la toma. En la práctica es preferible que sea de corta longitud y en algunos casos, cuando las condiciones topográficas de la zona de captación lo permiten, se elimina el canal de aducción y el desarenador se incluye dentro de la estructura de la bocatoma. El desarenador es un tanque sedimentador cuyas dimensiones dependen del caudal de diseño de la toma, de la distribución granulométrica de los sedimentos en suspensión que transporta la corriente natural y de la eficiencia de remoción, la cual oscila entre el 60 y el 80% del sedimento que entra al tanque. En el fondo tiene un espacio disponible para recibir los sedimentos en suspensión que retiene; estos sedimentos son removidos periódicamente mediante lavado hidráulico o procedimientos manuales. Además de su función de sedimentador el desarenador cuenta con un vertedero de rebose que permite devolver a la corriente natural los excesos de agua que entran por la toma.
1.5.2 TOMAS DE FONDO Son instaladas en torrentes o ríos de montaña que tienen las siguientes características: 1. Fuertes pendientes longitudinales que pueden llegar al 10% o más. 2. Creciente súbita causadas por aguaceros de corta duración y gran intensidad y que arrastran gran cantidad de piedra. 3. Agua relativamente limpia en época de estiaje y con poco contenido de sedimentos finos.
1.5.3 IMPLANTACIÓN GENERAL:
PLANTA DE OBRA DE TOMA
B
MURO DE ALA
REJILLA
DELANTAL
A
A CAJON DISTRIBUIDOR
DELANTAL
C A U C E D E
B
L R IO
GALERIA
COTA DE MURO 1801,4 M.S.N.M
COTA Reja= 1800,38 M.S.N.M COTA Reja= 1800 M.S.N.M
6 4 , 0
5 7 , 0
1
5 2 , 1
COTA M= 1799,19M.S.N.M
6 , 1 = i H
1
COTA Z= 1798,49 M.S.N.M
1,5 6,13
CORTE A-A
3 , 2
COTA DE MURO 1801,4 M.S.N.M
Q m a x
0,25
0,38
REJILLA COTA Reja= 1800 M.S.N.M
1
5 4 , 1
0,25
CORTE LONGITUDINAL B-B Para este tipo de Obras de Toma requerimos de las siguientes obras:
-
Muros de ala Galería Cajón repartidor Compuertas Vertederos Desarenador
Rejilla Las rejillas son barras de acero colocadas sobre la galería, con una cierta inclinación, su sección puede ser rectangular o trapezoidal con la base mayor hacia arriba, colocada paralelamente a la dirección del río. En algunos casos se colocan barras redondas lo cual no es aconsejable por su alto porcentaje de obstrucción, de esta manera su limpieza sería continuamente. La cota de la rejilla debe situarse al fondo del hecho del río de manera que su caudal pase sobre su estructura sin ningún inconveniente. Uno de los problemas comunes en las platinas es su deformación debido al peso del material sólido que atraviesa. Para evitar esto se debe diseñar bien las dimensiones de los barrotes, los mismos que se los pueden colocar en forma de “T” para mayor segurida d
ante su deformación.
MUROS DE ALAS Los muros de alas no son más que estructuras de hormigón hechas para salvaguardar y proteger las obras de toma. Para su construcción se debe determinar el máximo nivel de crecida de las aguas, pues este nivel nunca deben sobrepasar la altura del muro.
GALERÍA La galería tiene la finalidad de conducir el agua desde la rejilla al canal. Esta está tapada con una losa de hormigón armado y que en su parte superior sigue el mismo perfil que al azud macizo. Esta galería tiene una inclinación que sigue la dirección del río cuyo cálculo debe estar en función del caudal circulante; así como también debe ser objeto de cálculo el orificio de paso que deja pasar el agua hasta el derripiador.
DESRIPIADOR La construcción del cajón derripiador es con la finalidad de almacenar la cantidad de material sólido para su posterior evacuación al río mismo. Sus dimensiones están en función de la facilidad para su limpieza y que este económicamente factible.
Vertederos Cuando la descarga del líquido se efectúa por encima de un muro o una placa y a superficie libre, la estructura hidráulica en la que ocurre se llama vertedero; éste puede presentar diferentes formas según las finalidades a que se destine. Así, cuando la descarga se efectúa sobre una placa con perfil de cualquier forma, pero con arista aguda, el vertedero se llama de pared delgada; por el contrario, cuando el contacto entre la pared y la lámina vertiente es más bien toda una superficie, el vertedero es de pared gruesa. Ambos tipos pueden utilizarse como dispositivos de aforo en canales de riego. El punto o arista más bajo de la pared en contacto con la lámina vertiente, se conoce como cresta del vertedero; el desnivel entre la superficie libre, aguas arriba del vertedero y la cresta, se conoce como carga.
Los vertederos se pueden dividir en: de pared delgada y de pared gruesa. Los tipos de vertederos de pared delgada corrientemente utilizados para medir agua de riego son los siguientes: Trapezoidal o Cipolleti Rectangular Triangular, con escotadura de 90°
Cuando se miden pequeños caudales, los resultados más exactos se consiguen con el vertedero triangular de 90°. Los vertederos requieren de un mantenimiento del cuenco amortiguador y protección del canal agua debajo de la cuenca y de alturas relativamente grandes. La elección del tipo y las dimensiones del vertedero deben basarse en el caudal previsto y además tomar en consideración lo siguiente: a.
La carga no debe ser inferior a 6cm, ni superior a 60cm, considerando el caudal previsto;
b.
Para vertederos rectangulares y trapeciales, la altura de carga no debe exceder de un tercio de la longitud de la cresta;
Las crestas del vertedero deben situarse a suficiente altura para que el agua que fluya sobre las mismas caiga libremente, dejando un espacio de aire debajo de los chorros y alrededor de los mismos
1.6
DESARENADOR
Transición de Entrada Es el que une el canal de llegada con el desarenador, debe tratar de asegurarse una reducción uniforme de velocidad en las secciones transversales del desarenador pues de esto depende la eficiencia de la sedimentación. Esto se consigue con un ángulo de divergencia de las paredes. Este ángulo debe ser suave no mayor de 12.5 grados.
Cámara de Sedimentación En la cual las partículas sólidas caen al fondo debido a la disminución de velocidad producida por el aumento de la sección transversal. Se ha probado que con velocidades mayores a 0.5m/s los granos de arena no pueden detenerse en una superficie lisa como es el fondo del desarenador. Por tal razón la sección transversal de la cámara se la diseña para velocidades que van de 0,1 a 0,4m/s y la profundidad media del desarenador puede variar entre 1 y 4 metros. La forma del desarenador puede ser rectangular, trapezoidal o mixta. Al final de la cámara se construye un vertedero sobre el cual pasará el agua limpia hacia la conducción, mientras más pequeña es la velocidad de paso por el vertedero menor turbulencia cruzará en el desarenador y arrastrara menor cantidad de material en suspensión.
Vertedero de Paso Lateral Por la cual pasara el agua limpia hacia la conducción, mientras más pequeña es la velocidad de paso por el vertedero, menos turbulencia causara en el desarenador y menos material en suspensión arrastrara en su conducción. La velocidad máxima admisible de paso puede llegar a 1m/s y la carga hidráulica máxima sobre el vertedero será 25cm.
Compuerta de Lavado Por esta compuerta se desalojan los materiales depositados en el fondo el mismo que tiene una pendiente que puede estar entre 5 y 6%. Para hacer la limpieza de la cámara se abre la compuerta de lavado las mismas que deben diseñarse para un caudal de lavado igual al caudal de captación más un caudal de lavado.
Q limp = Q capt + Q lav Q = (Vol. Desarenador)/(tiempo de lavado)
La pendiente del caudal de evacuación debe ser tal que produzca velocidades de 3 a 5m/s para una evacuación eficiente del material depositado.
CANAL DIRECTO Por el se da servicio mientras se está lavando el desarenador, operación que se realiza en un corto tiempo. Cuando el desarenador es de dos cámaras ya no es necesario este canal pues las cámaras trabajarían alternadamente su proceso de limpieza.
CAPITULO II 2.1 DISEÑO DE UNA TOMA DE FONDO
2,35 11,50 25,0 1,00 5,00 1,00 2 1800,00 1400
m3/s m3/s % cm cm m Ton/m³ msnm Kg/cm2
2.1.1CALCULO DE LA REJILLA
Antes de diseñar la rejilla debemos tener en cuenta las siguientes consideraciones técnicas:
La separación entre las platinas (b) debe estar comprendida entre 2 a 6 cm.
El ancho (a) y el alto (s) de la platina deberá estar en función de las existentes en e l mercado que generalmente varían en intervalos de 1/8 de pulgadas.
Tienen una inclinación con la horizontal de 0º y 20º para facilitar el paso de las piedras, pero según Bouvard se podría llegar a 30º o hasta 40º.
La longitud (L) de la rejilla varía de 0.30 a 1.5 mts con la cual despreciará toda deformación posible debido al peso del material de arrastre que pasa sobre ella.
2.1.2. DIMENSIONAMIENTO DE LOS BARROTES O PLETINAS
Peso específico del material sumergido ( s.) H2O m
1Ton. / m
3
2,0 Ton. / m
3
Formula s
s
m - H2O
2,0 - 1 = s
1,00 Ton. /
El volumen del material sobre la rejilla será: Vol. = 1/6. . r3 Vol. = 1/6 (3.1416) (1,00 m)3
Vol. = 0,524 m El peso del material está dado por: G= Vol. x s G = 0,524 m3.x 1 Ton. / m3
G = 0,524 Ton
Para calcular el ancho y el alto de la platina asumimos tres longitudes distintas:
√
Longitud de la rejilla Momento máximo Momento resistente Ancho de pletina
Damos valores a L (0,5-1,0-1,5) y obtendremos la siguiente tabla para halla la sección de la platina (S x a):
0,25
0,5
0,515
0,037
2,64
3,982
5,40
1/2 x
2 1/8
0,25
1,00
1,031
0,071
5,07
5,516
5,715
1/2 x
2 1/4
0,25
1,50
1,546
0,105
7,50
6,708
6,35
1/2 x
2 1/2
Cuando L (ancho galería) =
0,50
√ √
Mmax= 0.04 ton-
L1’= 0.52 m
W= 2,64 m
Cuando L (ancho galería) =
√ √ L1’= 1,031 m
W= 5,07 m
m
a=3,982 m
1,00 m
Mmax= 0,071 ton-m
a=5,516 m
Cuando L (ancho galería) =
1,50 m
√ √
Mmax= 0,105 ton-m
L1’= 1,546m
W= 7,50 m
a=6,708 m
REJILLA 0,05
1
6,13
a= L=1,00m
S=1,00cm
5,52 cm
2.1.3. CALCULO DE LA REJILLA EN FUNSION DE OBSTRUCCION Para determinar la longitud (L), el ancho (B) y la energía específica (H) en función de la obstrucción de la rejilla nos valemos de la fórmula expuesta inicialmente por E. Zamarín. Según E. Zamarín:
Q = C.k.B.L.
(1)
De donde:
Q = Caudal captado C = Coeficiente de contracción de la vena líquida. K = Coeficiente de reducción de área efectiva. B = Ancho de la rejilla L = Longitud de la rejilla. hm= Carga hidráulica sobre la rejilla.
El coeficiente de contracción de la rejilla está dado por: C = Co - 0.325
De donde:
Co = Coeficiente de forma de los barrotes; está en función de la relación a/b 4
Co = 0.60
a/b 4
Co = 0.50
i = inclinación de los barrotes
El coeficiente de reducción del área efectiva viene dada por: K = (1 - f) (b / b + s)
Según Backmeteff - Boussineq:
Q = 2.55 .C.K.B.L
(2)
De donde:
Ho = energía específica o carga hidráulica De la ecuación anterior despejo Ho y obtenemos
Ho = (Q / 2,55. C.K.B.L)2 El ancho de la rejilla “B” está dado por:
B = Q / 3,20 (C.K.L) 1.5 El valor de Co será de Co = 0.50 por la relación a/b 4 5,52/5= 1,104 4 El coeficiente de forma de los barrotes es:
C = Co - 0.325.i C = 0, 5 – 0.325 (0.25) C= 0.42
Coeficiente de reducción de área efectiva
Porcentaje de Taponamiento de la Rejilla; puede ser del 25 al 30 % depende del diseñador. Para este caso f = 30%
K = (1 – f) [b / (b + s)] K = (1 – 0.3) [5/ (5 + 1)] K = 0 58
Utilizando la formula anteriores determinamos “L”, “B” y “Ho”
Longitud de la rejilla
B = 6,13 m
Carga Hidráulica
() ()
Dimensiones de la rejilla:
Dimensiones de la Rejilla Ln
B
Ho
(m)
(m)
(m)
0,5 1,00 1,50
17,34 6,13 3,34
0,19 0,38 0,57
Nota: los valores están calculados de ahí debemos escoger el que pueda cumplir de acuerdo al ancho del cauce del rio. En resumen las dimensiones de reja están dado por: La longitud de la rejilla
L=1.00 m
El ancho de la rejilla
B= 6,13 m
Separación de barrote a barrote
b= 0.05 m
Sección de los barrotes: s x a; s x a
1/2 x
La energía especifica
Ho= 0.38 m
Comprobación:
Q = 2.55 C.K.B.L
Q = 2.55 (0.42) (0.58) (6,13) (1.00)
Comprobado
Q= 2,35 m 3 / seg
2 1/4.
2.1.4 CALCULO DEL MUROS DE ALA
Consideraciones Técnicas: Para el cálculo de los muros de ala se diseña con el caudal de época
de crecida. Asumimos el bordo libre igual a 30% = 0.30m.
Para diseñar los muros de ala debemos tomar en cuenta el caudal de crecida determinado en un período representativo. Con lo cual obtendremos una altura de ala H suficiente con la cual el nivel de crecida no lo rebasará y por consiguiente protegerá la obra. Las fórmulas a utilizarse serán: H = H’ +
H’ = ¾
De donde:
H = Altura de muro de ala. BL = Bordo libre (asumimos BL = 0.30 m). H’ = Altura crítica
Yc = Calado crítico Qc = Caudal de crecida (Qc = 12 m 3 / seg.) B = Separación entre muros (B = 21,00 m) g = Gravedad (g = 9, 81 m / s 2)
/
Luego aplicando fórmulas obtenemos:
*/+ / * +
H’ = 3/2 Yc
H’ = 3/2
m
H = H’ + BL
(0.71)
H = 0,65+0.30=0.95m
m
La altura de los muros será: H= 1,45 m
La Cota Del Muro De Ala = La Cota De La Rejilla + La Altura De H La Cota Del Muro De Ala = 1800+1.45 La Cota Del Muro De Ala = 1801.45
m
COTA DE MURO 1801,4 M.S.N.M
Q m a x
0,25
0,38
REJILLA COTA Reja= 1800 M.S.N.M
1
5 4 , 1
0,25
CORTE LONGITUDINAL B-B 2.1.5 CALCULO DE LA GALERIA
Para el Efecto Utilizaremos el método de Zamarín que consiste en: Dividir la longitud total de la rejilla en varias partes iguales, para
nuestro ejemplo lo dividimos en 5 partes. Siendo X la distancia del punto de origen hasta el punto del incremento en X (x), considerado: La velocidad en el origen debe ser de 1m/seg. La velocidad final en la galería debe estar entre los 2 a 3 m/seg. La velocidad en cualquier punto de la galería para que no exista 3
sedimentación debe ser mayor de g.b
GALERIA
COTA DE MURO 1801,4 M.S.N.M
COTA Reja= 1800,38 M.S.N.M
COTA Reja= 1800 M.S.N.M
6 4 , 0
5 7 , 0
1
5 2 , 1
COTA M=1799,19M.S.N.M
6 , 1 = i H
1
COTAZ= 1798,49 M.S.N.M
1,5 6,13
CORTE A-A
3 , 2
CÁLCULO Y DISEÑO DE LA GALERIA Definimos el ancho “B” de la rejilla en partes iguales, de modo que
para cada espacio x circule un caudal Qx. Zamarín que nos dice: x
Qx = (Q/B) . X
De donde:
Q = caudal de diseño. B = ancho de rejilla. X = distancia desde el origen. Esto nos indica que al dividir en ancho de la rejilla “B” en “n” partes iguales,
el caudal que pasa por cada una de estos espacios x será igual a Qx. Debemos tener en cuenta que la velocidad inicial (Va) debe ser de por
lo menos 1 m/s. La velocidad final (Vf) debe ser comprendida entre 2 y 3 m/s, con lo
cual
se
garantiza
que
los
sedimentos
sean
arrastrados
convenientemente. Debemos considerar la velocidad en cualquier punto de la galería y
viene expresado por: Vx = [(Vf - Vo) / B].X + Vo
El gradiente hidráulico es determinado por J = (Vx2. n2) / R4/3
De donde:
n= coeficiente de rugosidad de Manning comprendido entre 0,025 y 0,030.
R = al radio hidráulico. La pérdida de carga “hf” viene dada por: hf = J . X
Determinamos las pérdidas locales por fricción. Así mismo determinamos la carga por velocidad. Finalmente obtenemos la longitud de los perfiles verticales, medidos a partir de la rejilla, sumándole el calado (d), las pérdidas por fricción y las cargas por velocidad. En este cuadro determinaremos los perfiles a partir de:
Perfil = d + Suma ( hf ) + Vx2 / 2g
0,00
0,000
1,00
0,000
0,000
1,000
0,000
0,000
0,000 0,000 0,000 0,05097 0,051
1,23
0,470
1,30
0,362
0,362
1,723
0,210
0,125
0,008 0,010 0,010
0,086
0,458
2,45
0,940
1,60
0,588
0,588
2,175
0,270
0,175
0,009 0,022 0,033
0,130
0,751
3,68
1,410
1,90
0,742
0,742
2,484
0,299
0,200
0,011 0,042 0,074
0,184
1,001
4,90
1,880
2,20
0,855
0,855
2,709
0,315
0,215
0,014 0,069 0,143
0,247
1,245
6,13
2,350
2,50
0,940
0,940
2,880
0,326
0,225
0,017 0,107 0,250
0,319
1,509
m2
[ ⁄ ] [ ⁄ ]
m
m
Hf = J.X
Cota Del Inicio De La Galería = Cota De La Rejilla – Altura De La Pletina (espesor)
Cota Del Inicio De La Galería = 1800 – 0.0552 Cota Del Inicio De La Galería = 1799.94 m
Cota de espejo de agua en la entrada de la rejilla = Cota de la reja +Ho
Cota de espejo de agua en la entrada de la rejilla = 1800m + 0.38m Cota de espejo de agua en la entrada de la rejilla = 1800.38 m
2.1.6 CÁLCULO Y DISEÑO DEL ORIFICIO DE PASO
El orificio de paso debe ser calculado en función del caudal necesario que pasa a través de él. Para el cálculo del orificio de paso utilizaremos las siguientes fórmulas.
√ ℎ
Q hi
Q hi 7 A
De donde:
Cd = Coeficiente de descarga= 0.50 (para este tipo de trabajo) hi = Carga al centro del orificio
1
x
0,20
0,20
2,35
1798,69
19,56
1798,49
1
x
0,60
0,60
2,35
1799,09
2,17
1798,49
1
x
0,70
0,70
2,35
1799,19
1,60
1798,49
1
x
0,80
0,80
2,35
1799,29
1,22
1798,49
1
x
0,90
0,90
2,35
1799,39
0,97
1798,49
1
x
1,10
1,10
2,35
1799,59
0,65
1798,49
1
x
1,00
1,00
2,35
1799,49
0,78
1798,49
Cota Z = Cota de la Rejilla Cota Z= 1800-1,509 m Cota Z=1798,49 m Cota M= Cota Z + ao Cota M=1798,49+0,70 Cota M=1799.19 m
– perfil a distancia de 6,13 m
Cota en el centro del orificio = Cota Z + ao /2 Cota en el centro del orificio = 1798,49 + (0,70/2) Cota en el centro del orificio = 1798,84 m Cota del espejo de agua en temporada de sequía = Cota en el centro del orificio +hi Cota del espejo de agua en temporada de sequía = 1798,84 +1,60 Cota del espejo de agua en temporada de sequía = 1800,44
Esto significa que en épocas de sequía con una carga hidráulica de 44 cm ya abastece lo 2,35 m3/seg que se necesita para su captación.
2.1.7 CALCULO DEL DESRIPIADOR
Para el cálculo de desripiador nos valemos à las condiciones económicamente factibles, además de la facilita en el momento de la limpieza por Lo tanto nuestro cajón desripiador quedara de 1.50 x 1.50
Diseño de la Tubería de Paso del Cajón Distribuidor al Desarenador La tubería transporta el caudal de diseño Desde el desripiador hasta el desarenador, por lo tanto su diseño debe ser exacto y debe de estar en marcado en los requerimientos de la obra como son cota, diámetro y longitud.
Diseño de la Tubería de Paso del Cajón Distribuidor al Desarenador
A C√ Qgh
QCdA√ ghi Calculo de
h2=hi+ao/2
D A π
h2=1,60+0.70=2.30 h2=2.30m Calculo de
h1=h2-carga hidráulica en época de sequía que es o.o6m
h1=2.30-0.44=1,86 h1=1,86m
Se diseña con la carga total h 1= 1,86
√
√
Diametro comercial
Con estas condiciones caudal Q: D=1000 mm y h2=2.30
√ √
⁄
Tiempo que el agua permanece en el cajón:
g
2.2 DISEÑO DEL DESARENADOR Para el diseño nos basamos estos criterios:
Los desarenadores se diseñan para retener un determinado diámetro de partículas, por lo cual los diámetros mayores a este escogido se depositaran en el desarenador. Las partículas a sedimentar están sometidas a dos movimientos: 1. Una traslación horizontal con una velocidad uniforme Va 2. Una traslación vertical con una velocidad Vs
que corresponde a la velocidad de
sedimentación de las partículas con diámetro ds. Para encontrar la velocidad de descenso o sedimentación podemos recurrir a tablas de valores que están en función del diámetro de las partículas a sedimentar. Puede utilizarse el grafico CF4 para obtener las velocidades de descenso de las partículas mismo que considera el diámetro y peso específico del material. . S = s / H2O
La longitud de transición podemos determinarla por: La
longitud
Ld k hm
de
cámara
de
Lt
B 2 - B1
; no 12.5º
2.tg12,5º
desarenación
se
la
Va Vs
K = Coeficiente de mayoracion que esta entre 1.20 y 1.50 Hm= Profundidad media en el deserenador Va = Velocidad de avance horisontal entre 0.1 - 0.4 m/seg Vs = Velocidad de cedimentacion vertical.
calcula
por:
La velocidad de paso en el vertedero vertical no debe ser mayor a 1 m/s y el caudal de paso atraves del vertedero se la determina por
3/2
Q = k.b.H
K = 2 /3 C d
2g
Cd = coeficiente de descarga, usualmente 0,62 b = Ancho necesario del vertedero para evacuar el caudal Q H = Carga sobre el vertedero. 0.25 La conpuerta de lavado y su orificio sumergido se la diseña en borde .
Q = Cd. A.
2g.hi
Qevac = Cd.A . 2g.hi
Cd = 0,60 hi = Altura desde el centro del orificio al espejo de agua
2.2.1 CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICIÓN ( L T ) ASUMINOS: B1= 1,20 m B2= 3 m
La fórmula está dada por :
2.2.2 CÁLCULO DE LA CAMARA DE DESARENACION Consideraciones hidráulicas
La sección transversal de un desarenador se diseña para velocidades de avance que varían entre ( 0,1 m / s y 0,4 m / s ) . Valor impuesto La profundidad media varía entre ( 1,5 – 0,4 ) metros. El coeficiente de descarga K varía entre ( 1,20 – 1,50 ) y es función de la importancia de la obra.
/ /
/
ℎ ℎ
La altura hi al inicio de la cámara seria:
=1.18
/
VELOCIDAD DE INGRESO DE PARTICULAS ESFERICAS EN AGUA TRANQUILA PARA 10º
2.2.3 CALCULO DE LA LONGITUD DEL DESARENADOR (LD)
LD = k . hm . Va / Vs
Longitud del desarenador.
De donde:
hi =
Altura al inicio de la cámara
hf = hi + L D .i
Altura al final de la cámara
hm = (hf + hi) / 2
Altura media de la cámara
K = Coeficiente de Mayorización que esta entre 1.20 - 1.50 Asumo K= 1.30
=2
En la figura . C. F. 4 con valores de d = 0,3 mm. y s = 2 encuentro el valor de V s que es igual a 4,0 cm / seg.= 0,04 m / s . Con una pendiente del 5% Primera interacción:
Asumo hm = hi = 2.40 LD = k . hm . Va / Vs LD = 1,30x 2,36 x 0,2 / 0.04 LD = 15,33 m
hf = hi + L D * i
hf = 2.36 + (15,33 x 0,05) hf = 3.12 m hm = (hf + hi) / 2
hm = (3,12 + 2,36) / 2
hm= 2,74 m Segunda interacción:
Asumo hm = 2.80 m LD = k . hm . Va / Vs LD = 1,30x 2,74 x 0,2 / 0.04 LD = 17, 82m
hf = hi + L D * i
hf = 2.36 + (17,82 x 0,05) hf = 3,25 m
hm = (hf + hi) / 2
hm = (3,25 + 2,36) / 2
hm= 2,80 m. Tercera interacción:
Asumo hm = 2.80 m LD = k . hm . Va / Vs LD = 1,30x 2,80 x 0,2 / 0.04 LD = 18,22 m
hf = hi + L D * i
hf = 2.36 + (18,22 x 0,05) hf = 3,27 m hm = (hf + hi) / 2
hm = (3,27 + 2,36) / 2
hm= 2,81 m Cuarta interacción:
Asumo hm = 2.81 m LD = k . hm . Va / Vs LD = 1,30x 2,81 x 0,2 / 0.04 LD = 18,26 m
hf = hi + L D * i
hf = 2.36 + (18,26 x 0,05) hf = 3,27 m hm = (hf + hi) / 2
hm = (3,27 + 2,36) / 2
hm= 2,81 m
2,36
m
2,81
m
18,29
m
3,27
m
2.2.4 CALCULO DEL VERTEDERO DE PASO: Criterio básico: Para el vertedero de paso que debemos tomar en cuenta es su altura de carga (H ≤ 25 cm).
√
/ / 0,25
10,61
0,20
14,83
Cd=0.60
2.2.5 CALCULO DE LA COMPUERTA DE LAVADO
Por esta compuerta se desalojan los materiales depositados en el fondo del mismo que debe tener una pendiente del ( 2 al 6 ) %. La compuerta de evacuación se la diseña para un caudal Q = Q cap. + Q lav . Q lavado. = V desarenador ./ t limpieza . La gradiente del fondo debe ser tal que produzca velocidades de limpieza de ( 3 a 5 ) m / s con lo que se consigue rapidez y eficiencia en la operación de lavado.
CONSIDERACIONES HIDRÁULICAS - La gradiente debe variar de 2 al 6 % con dirección a la compuerta de lavado. - El coeficiente de carga para orificio sumergido C d será de 0,67.
La fórmula está dada por:
√ ℎ √
(2) De donde: C d = Coeficiente de descarga para orificio sumergido. A = Área transversal del vertedero h o = Altura de carga al centro del orificio Z = Altura de la compuerta
Igualamos (1) y (2) Tenemos:
√ Primera interacción: Asumo ho=hf= 3,27
7 7 Segunda interacción: Asumo 0,70
7 Orificio de salida
1,00m
0,80
SIGNIFICADO DE TERMINOS QCAPTACIÓN = caudal a captar QCRECIDA = caudal de crecida i = inclinación de la rejilla Mmax = momento máximo G = peso del material sumergido V = volumen diámetro peso específico
S
peso específico de los sólidos
H 2O
peso específico del agua
B = ancho de la rejilla L = largo de la rejilla ( vista en planta – vista proyectada ) L´ = largo de la rejilla ( dimensión real ) esfuerzo último del acero o límite de fluencia del acero W = momento resistente W 1 = modulo resistente I = momento de Inercia b = separación entre pretinas s = ancho de la pretina a = espesor de la pretina C = coeficiente de contracción de la vena líquida Co = coeficiente de forma K = coeficiente de reducción de área efectiva g = gravedad f = porcentaje de obstrucción hm = altura media del espejo de agua sobre la reja BL = borde libre Yc = calado crítico H = carga de agua para el caudal de crecida
MURO REJA
= cota de muro
= cota de reja
x = distancia desde el origen de la galería al punto considerado V = velocidad Vo = velocidad inicial Vf = velocidad final Vx = velocidad en un punto x J = gradiente hidráulico n = coeficiente de rugosidad de manning hf = pérdida de carga A = área d = calado P = perímetro mojado R = radio hidráulico Cd = coeficiente de descarga hi = altura de carga D = diámetro
