23/08/2010
1. Se Estimado del ancho de encauzamiento del río: Usaremos las siguientes formulas experimentales :
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
a) Blench: b) Altunin:
DISEÑO DE BOCATOMAS c) Petit Petit :
d)Que otra forma podríamos encontrar el ancho estimado de un Río?
Ing. Giovene Pérez Campomanes Campomanes
[email protected]
2
2. Determinación del tirante normal del río Se calcula por la formula de Maning:
Siendo :
2.1 Hallamos: Yn: 3. Realizamos el mismo procedimiento para hallar Y1, en el canal de derivación:
3
4
:
Aplicando la ecuación de cantidad de movimiento, y la ecuación de continuidad, hallamos Y2:
Hacemos la distribución del ancho del encausamiento, considerando considerando los datos de entrada( compuertas, transiciones, muros de separación). 5. Distribución del ancho de encauzamiento: 6. Diseño Diseño de las venta ventana nas s de capta captació ción n
Considerando la ecuación de Bernoulli entre los puntos 2 y 3, teniendo en cuenta la perdida de carga por contracción; hallamos Y3. Realizando el mismo procedimiento, pero con los puntos 3.y 4 hallamos Y4.
5
1
23/08/2010
7. Diseño de la altura de la pantalla f rontal, muro de transición y muro del canal:
Siendo: Q = Caudal máximo de diseño c = Coeficiente de descarga para vertederos ( c = 2.1). L = Longitud del barraje HD = Carga del agua sobre el barraje
7
8
Cota del barraje = Cota de fondo canal de derivación + h`+ hv+ fs Nivel máx.. Aguas = cota del baraje + HD Altura de pantalla frontal = altura del barraje +HD+20% de HD Fs = factor de seguridad de ( por lo general 0.10m). Hv = altura de la ventana de captación.
Las alturas del muro de transición y del canal de derivación, En este caso consideramos el caudal de ingreso por las ventanas, por el canal de derivación como sigue:
Q1 = Q2 10
9
Del esquema 3 se deduce :
Diseño de barraje y poza de disipación.
Yn = es el tirante normal del canal de derivación; además se debe cumplir que para este tirante , y el caudal calculado con la ecuación de Maning debe ser igual a Q1 = Q2 = Q3.
Altura del barraje (sin cimentación)= Cota barraje fondo del río
–
cota
a)Barraje (normalizado tipo Creager) Ha = HD/0.89 I1 = 0.175 HD R1 = 0.2 HD
d= 0.11 Ha I2 = 0.282 HD. R2= 0.5 HD
perfil de la cuesta del barraje:
Altura del muro de transición
11
12
2
23/08/2010
De la ecuación de la conservación de la energía entre los puntos 0 y 1
13
14
DISEÑO DE COMPUERTAS DESPEDRADORAS Y DESGRAVADORAS
Conjugando y2 con la ecuación:
b. Longitud de poza: Es determinada con los valores hallados de
15
Donde: H= Ho + altura de barraje h`= profundidad en el sector de compuerta
Donde: Q = caudal máximo de diseño c1,c2 = coeficiente de descarga para vertederos ( c1
despedradora E1= energía de sección 1 E2= energía en sección 2= h` +y2+v2/2g.
=2.1) y para orificios ( c2=06)
L = longitud del barraje Ho = carga de agua sobre el barraje A = área de compuertas z1= diferencia entre nivel de energía entre la cresta de barraje y y1.
16
17
Luego se determinan los tamaños de las compuertas de acuerdo a las dimensiones comerciales. 18
3
23/08/2010
Diseño de muro de encausamiento lateral El objetivo es hallar los valores del tirante del río aguas arriba desde el barraje hasta que el tirante sea normal; se calcula la curva del remanso por el método directo en etapas, de ecuación de Maning, despejamos:
Donde: So, Sf = pendiente en el río v= velocidad n= coeficiente de maning R= radio hidráulico
Se parte de un valor conocido = altura de barraje +Hd+20% HD. Hasta llegar el valor del tirante normal del río, para lo cual se hallan valores de.
Diseño del vertedero lateral
Donde: L= longitud del vertedero Q1,Q2= caudales 19
C= coeficiente del vertedero
20
DATOS PARA EL DISEÑO - BOCATOMA
DISEÑO DE UNA BOCATOMA
21
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Coeficiente de maning del canal = ncanal = 0.017 Ancho del canal de derivación al inicio = 3.70 Dos compuertas de regulación Ancho del pilar de separación entre compuertas de regulación = 0.50 Ventanas de captación: Altura de cauce del río a la cresta de la ventana de captación = h``= 0.90 Coeficiente de descarga de vertedero tipo Creager: c1 =2.10 Coeficiente de descarga bajo compuerta : c2= 0.60 Las ventanas de captación llevan rejillas . Profundidad en el sector de la compuerta despedradora :h´.0.70 23 Talud de salida de la poza de disipación: z = 4
•
•
•
•
•
•
•
Factor de fondo = Fb = 1.2 Factor de orilla = Fs = 0.2 Parámetro que caracteriza al cauce = a = 0.75 Caudal máximo de diseño = Max.= 1000 m3/s Pendiente del cauce del río : S = 0.0076 Coeficiente de Maning = n = 0.05 Canal rectangular = Caudal medio del río = Qmed.= 52.26 m3/s Caudal mínimo = Q min. = 5.40 m3/s Caudal a derivarse: Q cap. = 10 m3/s Pendiente del canal de derivación: Scanal = 0.0015
22
Tres compuertas despedradoras : 2.00 * 1.50m Una compuerta desgravadora :1.50*1.50M Pilares de separación de compuertas = 0.60 m Vertedero lateral, coeficiente de descarga : 2.10 Longitud de transición : 4.10 m Cota de del canal : 97.17 msnm Cota de fondo del río 97.79 msnm
24
•
4
23/08/2010
1. Estimado del ancho de encauzamiento del río: a) Método de altunin :
a
0,75
Qd
1000,00
S
0,0076
B (m)
62,94
25
b). Método de Blench :
Qd Fb Fs
1000,00
B (m)
140,20
26
c).Método de Petit :
1,2 0,2
•
Qd
1000,00
B (m)
77,48
Hallando el ancho promedio: ( Bprom.): B (prom. (m)
93,54
B asum. (m)
94
27
d) DISTRIBUCION DEL ANCHO DEL ENCAUSAMIENTO Y LONGITUD DEL BARRAJE
28
2. Hallando el tirante normal del río:
ANCHO Nº Comp. Despedradora
3
2*3 = 6
Nº Comp. Desgravadora
1
1*1.5= 1.5
0.6
0.6*5 =3
Ancho de muro entre compuertas
Longitud de Barraje
LB (m)
94-10.5 =79.5 LONGITUD DE BARRAJE
80
Qd n B S Yn
1000,00 0,05 94 0,0076
3.03
30
5
23/08/2010
3. Realizamos el mismo procedimiento para hallar Y1, en el canal de derivación: Nº Ventas de captación Q DERIVACION Q d Q m Q min Ancho muro ventanas Ancho del canal (b) S canal Cota inicio canal Sección canal Altura vertedero de captación Coef. Rugosidad canal (concreto)
3 10 1000 52,26 5,40 0,5 3,7 0,0015 97,17 RECTANGULAR
Q n B S Y1
4. Calculo de Y2: *
10,00 0,017 3,7 0,0015
1.39
0,9 0,017
33
B2=B1 V1 Q1 g
Y2 (m)
1.39
A (m2)
5.14
V2 (m/s)
1.94
34
5. Calculo de Y3:
3.7 1.95 10.00 9.81
35
Y3 (m) A (m2)
1.47 5.44
V3 (m/s)
1.84
36
6
23/08/2010
6. Calculo de y4:
7. Calculo de la pantalla frontal:
DONDE B4= ANCHO DE VENTANA Q (m3/s) K (FACTOR DE CONTRACCION)
LONGITUD DEL BARRAJE LBjn Qd COEFICIENTE VERTEDERO TIPO CREAGER ( C )
2 X 2,75 = 5,5 10 0.6
HD Y4 (m) A (m2) V4 (m/s)
0.57 2.85 0.53
83.5 1000.0
2.1
3.18
37
38
9. Hallando el nivel de agua máxima avenida sobre el barraje( NAME):
8. Hallando la altura del barraje:
COTA DEL BARRAJE COTA DE INICIO CANAL CC h1 (m)
CC 97.17
Y4 (m)
0.57
CB (msnm)
98.70
CB
NAME
101.88
0.90
10. Hallando la altura de la pantalla del muro principal de compuertas (AMPC):
AMPC
102.25 40
39
COTA PANTALLA FRONTAL (msnm)
12. Caudal de derivación por compuerta de
102.25
11. Determinando la altura del canal de derivación y
regulación
la altura de los muros de transición:
Q
Caudal derivado a compuerta de derivación Coeficiente bajo la compuerta de derivación Area del canal (A2)
1000.00
Coeficiente de orifico sumergido (C) 0.6 A1 (AREA NETA -AREA DE REJILLAS)
ANETA - 20% ANETA
∆h1
C AR GA D E A GU A ( H)
Perdida de carga aguas arriba de la compuerta de derivación
1
A1=A2 A
3.14
A1
2.51
Q1
6.67(∆1)1/2 ………….(1)
Q 2 0.6
∆h2
Q1=Q2
Area neta de orificio Caudales de ingreso y compuerta de por ventana y por 41 regulación canal
Q2 Q1 = Q2
11.96(∆2)1/2 ……(2) 6.67(∆1)1/2 = 11,96(∆2)1/2 ..(3)
42
7
23/08/2010
La condición principal es que el canal de derivación el tirante deberá ser normal Yn:
Yn Yn
101,88 - ∆h1-
A B n s
B * Yn = 2*Yn 2 0.017 0.0015
∆h2 - 97,17 – 2.40
2,31- ∆h1 - ∆h2
Para la comprobación se debe cumplir que:
Q1 = Q2= Q
43
44
hT
Qi
∆h1
∆h2
Yn
Qf
4.0
0.35964027
0.111855 572
1.838504158
7.682647941
4 .5
0 .4 55 16 97 16
0 .1 41 56 720 8
1 .7 13 26 30 75
7 .0 38 36 21 07
5 .0
0 .5 61 93 79 22
0 .1 74 77 433 1
1 .5 73 28 77 47
6 .3 25 10 06 79
5.50
0.679944885
0.211476 94 1
1.418578174
5.5467002
5.51
0.68241966
0.212246 64 7
1.415333693
5.53050258
5.52
0.68489893
0.213017 75 1
1.412083319
5.514281149
5.52
0.6849
0.2130
1.4121
5.5143
1.95
BORDE LIBRE DE CANAL BORDE LIBRE DE CANAL ht + 20%
2.16
R2
Q (m3/s)
5.51
R1
0,2 HD
∆h1
0.685
l2
0,282 HD
∆h2
0.213
l1
0,175 HD
1.41
0.21
13. Diseño del barraje tipo creager:
POR LO TANTO EL CAUDAL DE INGRESO MAXIMO SERA DE:
Yn
15% Y1
0,5 HD
Hallando la ecuación de la curva
13. La altura del muro de transición será: 45
HD COTA DE RIO HB HB SE REDONDEA HB m
Teniendo: HA HA HA
d d
3.18 97.79 CB - CRIO 0.91
46
l1 l2
HB = altura del barraje
0.56 0.90
Desarrollode la curvaturadel barraje
1
HD + 0,11 HA HD / 0,89
3.57
0,11HA
HA = altura del agua desde e l inicio del pelo de agua
HA = altura del cimacio del barraje
0.39
R1
0.64
R2
1.59
Xm
Ym
0.60 0.70 0.90 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.48
0.07 0.10 0.15 0.26 0.35 0.45 0.55 0.67 0.80 1.00
Cálculos del radio del cimacio
47
48
8
23/08/2010
14. Hallando la poza disipadora de energía:
V1 y1
Q / L * y1 Q / L * V1
Q LB
1000.00 80.0
y2
r + yn = r + y 3
r
1.15y2 - yn
Yn B Hd Q L
3.03 1 3.18 1000.00 83.5
r ASUMIDO (m)
y1 ASUMIDO (m)
V12 / 2g (m/s)
V1 (m/s)
y1 CALCULADO (m
2,5
1,2
5,71
10,58
2,4
1,1
5,71
10,58
2,3
1,2
5,51
2,2
1,18
2,1
1,17
r CALCULADO (m)
E0 (m)
E1 (m)
1,13
6,91
6,84
4,55
- 7,16
2,20
1,13
6,81
6,84
4,55
- 7,06
2,20
10,40
1,15
6,71
6,66
4,50
- 6,97
2,14
5,43
10,32
1,16
6,61
6,59
4,47
- 6,87
2,12
5,34
10,24
1,17
6,51
6,51
4,45
- 6,78
2,09
y2 y1 r
y2 (m)
4.45 1.17 2.10
49
F1 F2
3.02 1.55 1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
Lp (m) Lp (m) Lp (m) Lp (m) Lp (m)
TOMAMOS EL VALOR Lp
B UR EAU R AC LA MATI ON U.S BAKLMNTEV - MARTEKE LAFRENETZ PAVLOSKI SCHOKLITSCH
Lp= 4Y2 Lp= 5(Y2-Y1) Lp= 4,5 Y2 Lp= 2,5 (1,4Y2-Y1) Lp= 5 a 6 (Y2 - Y1)
50
Ancho de la compuerta despedradora Ancho de la compue rta desgravadora Profundidad de compuerta desgravadora Ancho de pilares Profundidad de compuerta despedradora hp Qm Yn Q Q
2 1.5 1.5 0.6 0.7 52.26 3.03 1000.00
Q B + Q P CLH03/2 84 2.1
Q B LB C H0 17,79 16,39 20,02
A =AREA UTIL Coeficiente de descarga por orifico (C2) ha A
12,64 19,67
20
Hallando la longitud de la poza disipadora de energía
2*ha
0.6 1.7 3.4
51
•
Aplicando el principio de energía
52
Z1'
2.02
Qd (m3/s) QB (m3/s) Ho (m) HT (m) DONDE
12.86 987.14 3.18 4.88
Y2-Y1= 2,23
V2 (m/s) E2 (m) Z1 (m) Qd (m3/s)
3.51 3.56 2.12 13.17
Ho HT HT Z1
Q Z1
12.86 2.02
DISTRIBUYENDO CAUDALES
Qd=Qp= QB
13.17 986.83
DE ECUACION DE LA ENERGIA
3.18 Ho+ha 4.88 2.12
53
Z1'
2.02
QB Ho HT Qd
987.14 4.68 6.38 12.86 54
9
23/08/2010
MURO DE ENCAUSAMIENTO 3.5 3 2.5 2
B Yn Q a V H Ho L
3.70 3.03 6.61 1.5 0.59 1.53 1.55 0.55
1.5 1
DISEÑO DE MURO DE ENCAUSAMIENTO
0.5
Yn Ht Q So n B
0
3.03 4.12 1000.00 0.0076 0.05 94
0.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
Series1
55
FIN DEL TEMA
50.00
Yn
A
R
R4/3
V
(V2)/2g
E
∆E
So
Sf
3.31 3.3
185.36 184.8
2.96 2.95
4.23 4.22
1.91 1.92
0.19 0.19
3.50 3.49
0.00 0.01
0 .0021644 0 .0021854
0.00 0.00002099
So-Sf
3.2 3.1
1 79 .2 1 73 .6
2 .8 71 79 48 72 2 .7 90 99 67 85
4 .0 67 65 43 62 3 .9 16 15 54
1 .9 80 58 0 35 7 0 .1 99 93 36 67 2 .0 44 47 0 04 6 0 .2 13 04 06 61
3 .3 99 93 36 67 3 .3 13 04 06 61
0 .0 9 0 .0 9
0 . 00 2 41 09 09 0 . 00 2 66 83 43
0 .0 00 22 55 3 0 .0 00 25 74 3
0 .0 02 18 53 8 0 .0 02 41 09 1
4 0. 30 3 6. 04
4 4. 39 8 0. 44
3 2.9
1 68 1 62 .4
2 .7 09 67 74 19 2 .6 27 83 17 15
3 .7 65 13 36 57 3 .6 14 63 74 28
2 .1 12 61 9 04 8 0 .2 27 48 00 84 2 .1 85 46 7 98 0 .2 43 43 88 53
3 .2 27 48 00 84 3 .1 43 43 88 53
0 .0 9 0 .0 8
0 . 00 29 63 48 0 . 00 3 30 34 23
0 .0 00 29 51 4 0 .0 00 33 99 4
0 .0 02 66 83 4 0 .0 02 96 34 8
3 2. 07 2 8. 36
1 12 .5 0 1 40 .8 6
2.8 2.7
1 56 .8 1 51 .2
2 .5 45 45 45 45 2 .4 62 54 07 17
3 .4 64 71 81 44 3 .3 15 43 06 54
2 .2 63 52 0 40 8 0 .2 61 13 78 51 2 .3 47 35 4 49 7 0 .2 80 83 96 09
3 .0 61 13 78 51 2 .9 80 83 96 09
0 .0 8 0 .0 8
0 . 00 3 69 69 27 0 . 00 41 54 87
0 .0 00 39 35 0 0 .0 00 45 79 4
0 .0 03 30 34 2 0 .0 03 69 69 3
2 4. 91 2 1. 72
1 65 .7 7 1 87 .4 9
2.6
1 45 .6
2 .3 79 08 49 67
3 .1 66 83 35 5
2 .4 37 63 7 36 3 0 .3 02 85 80 99
2 .9 02 85 80 99
0 .0 8
0 . 00 4 69 08 65
0 .0 00 53 60 0
0 .0 04 15 48 7
1 8. 77
2 06 .2 6
2.5 2.4
1 40 1 34 .4
2 .2 95 08 19 67 2 .2 10 52 63 16
3 .0 18 98 95 3 2 .8 71 96 58 2
2 .5 35 14 2 85 7 0 .3 27 57 13 2 2 .6 40 77 3 81 0 .3 55 43 76 31
2 .8 27 57 13 2 2 .7 55 43 76 31
0 .0 8 0 .0 7
0 . 00 5 32 21 03 0 . 00 6 07 04 82
0 .0 00 63 12 4 0 .0 00 74 83 8
0 .0 04 69 08 7 0 .0 05 32 21 0
1 6. 05 1 3. 55
2 22 .3 1 2 35 .8 7
2.3
1 28 .8
2 .1 25 41 25 41
2 .7 25 83 46 49
2 .7 55 59 0 06 2 0 .3 87 01 71 55
2 .6 87 01 71 55
0 .0 7
0 . 00 6 96 41 76
0 .0 00 89 36 9
0 .0 06 07 04 8
1 1. 27
2 47 .1 4
2 . 23
1 24 .8 8
2 .0 65 49 78 5
2 .6 24 11 53 02
2 .8 42 08 8 40 5 0 .4 11 69 55 4
2 .6 41 69 55 4
0 .0 5
0 . 00 7 69 54 19
0 .0 00 73 12 4
0 .0 06 96 41 8
6 .5 1
2 53 .6 4
2.2 2.1
1 23 .2 1 17 .6
2 .0 39 73 50 99 1 .9 53 48 83 72
2 .5 80 67 38 02 2 .4 36 56 72 61
2 .8 80 84 4 15 6 0 .4 23 00 01 55 3 .0 18 02 7 21 1 0 .4 64 24 50 69
2 .6 23 00 01 55 2 .5 64 24 50 69
0 .0 2 0 .0 6
0 . 00 8 03 98 22 0 . 00 9 34 56 15
0 .0 00 34 44 0 0 .0 01 30 57 9
0 .0 07 69 54 2 0 .0 08 03 98 2
2 .4 3 7 .3 1
2 56 .0 7 2 63 .3 8
2
1 12
1 .8 66 66 66 67
2 .2 93 60 59 53
3 .1 68 92 8 57 1 0 .5 11 83 01 88
2 .5 11 83 01 88
0 .0 5
0 . 01 0 94 57 65
0 .0 01 60 01 5
0 .0 09 34 56 2
5 .6 1
2 68 .9 9
0.00 0.00216439
X
∆X
0.00 4.10
0.00 4.10
56
57
10
