diseño de bocatoma_2.xls

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EJEMPLO DE DISEÑO DE UNA OBRA DE CAPTACIÓN. Supongamos que se trata de captar un caudal de Q = 2.8 m3/s en estiaje con una reja cuyo umbral se eleva en Y = 1 m tanto sobre el fondo del desrripiador Se escoge una altura de agua H = 1 m y un desnivel entre las superficies de agua (pérdida) igual a Z = 0.10 m. 1) Cálculo de la ventana de captación 2) Angulo de la pared de la ventana de captación 3) Cálculo del DESRRIPIADOR 4) Comprobación de la pendiente del canal de limpia del desrripiador 5) Cálculo del ancho del vertedero de alimentación al canal 6) Cálculo de longitud de transición del vertedero hacia el canal de conducción 7) Verificación de la REGULACIÓN Si Regulación es suficiente el cálculo termina aquí, sino 8) Cálculo de longitud de Vertedero de Demasías SECCIÓN A - A DATOS 10.2 Z1 = 0.1 m 10.1 Zv 0.1 Zt 0.07 Ho =1 hn = 0.9 9.2 9.1 Yo =1 Y1 = 1 8.2 8.2 Cd =0.648 Cd =0.68 DATOS RIO CANAL Qestiaje = 2.8 m3/seg Qmedio = 10m3/seg Caudal captado Qmax = 200m3/seg Qcanal = 2.8 m3/seg S río = 0.002 S canal = 0.0012 n (río) = 0.0250 n (canal) = 0.015 Z = 0 Z = 0 L (ancho río) = 30m b = 1.3 m VENTANA DE CAPTACIÓN Yo = 1.0 m Ho= 1.0 m Z1= 0.1m Valor provisional (Luego se coloca el valor redondeado de B28) K1= 0.85 Coeficiente de pérdida debido a contracción lateral por barrotes Cota o = 8.2 m Y1 = 1.0 m Igual a Yo (Detrás de la ventana) hn = 0.9 m VERTEDERO Z v = 0.1m Valor provisional Cota normal v = 10.1 Vertedero (perfil agua) Hv = 1.0 Cota umbral v = 9.1 Vertedero Cota v = 8.2 m Yv = 0.9m Vertedero desrripiador. TRANSICIÓN Zt = 0.07m Calculado en la tabla N° 01 SOLUCIÓN 1) Cálculo de la ventana de captación . Fórmula general para el cálculo del caudal que pasa sobre un vertedero . Si el vertedero está sumergido, y si además tiene contracciones laterales producidas por los barrotes. Donde: M = C = Coeficiente de vertedero, generalmente es: M = C = 2.1 ó 2.2 S = Coeficiente de correción por sumersión K = Coeficiente por existencia de contracciones y barrotes Fórmula 12.10 Fórmula 12.7 SOLUCIÓN S = 0.575 M = 2.038 Despejando la fórmula de vertedero Ancho efectivo de la ventana de captación b = 2.81 m Si se asume la separación entre barrotes: Sep = 0.2 m Ancho barrote 0.1 m n = b / Sep Número de espacios n = 14.05 14.00 Redondeado N° barrotes 13.00 Barrotes B = b + N° barrotes x Ancho barrotes Ancho total de la ventana de captación B = 4.11 m 4.10 m Redondeado Chequeo pérdida de carga en vertedero Z1 Q = CA(2gDH)^0.5 DH = (Q/CA)^2 / (2g) C = 0.700 Coeficiente de descarga para orificio ventana captación A = b x H1 2.81 m2 DH = Z 1 = 0.103 Muy bien Se aproxima bastante a 0.1 2) Angulo de la pared de la ventana de captación CALCULO DEL RIO A rio = (Yo+Ho+0.2+H)xL 46.00 m2 Vc = 1.00 m/seg Q = 10 m3/seg Vr = Qmed/A Velocidad del río Z = 0m Vr = 0.217 m/seg S = 0.0020 Vc = Velocidad en la ventana de captación Alpha = 77.40 b = 124.85 Ancho del rio A ventana = b x Ho 2.81 x 1.00 Vr = 0.22 m/seg n = 0.0250 Vc= Q canal / A ventana 12.60 Grados Calado 0.368 m Por tanteo Vc = 1.00 m/seg Qn/S^(1((b+ZY)Y)^(5/3) Alfa = Arc Cos (Vrio / Vc) (b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3) Vrio / Vc = 0.22 Qn / S^ 5.590 Valor objetivo Alfa = 77.40 Grados ((b+zy) ### Angulo de pared de ventana con alineamiento del rio es: 1.5333(b+2y(1 25.0782 12.60 Grados ((b+ZY) 23.551 Tantear cambiando Calado Y 3) Cálculo del DESRRIPIADOR (b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3) Entre la reja de entrada y el vertedero de salida puede formarse un resalto y = 0.37 m sumergido y para que éste último funcione en una forma normal es conveniente A = 46.00 que el ancho del desrripiador en este sitio sea igual por lo menos a la longitud v = 0.217 m/seg del resalto. hv = 0.002 m Las velocidades tanto en la compuerta del desrripiador como en la compuerta E = 0.371 m de purga del azud no deben ser inferiores a 2 m/seg. . Cálculo del ancho del desrripiador Dzv =0.08 Cresta azud 10.78 Dz t =0.04 10.61 10.61 10.53 10.49 DH = 0.38 10.19 10.40 10.20 Z1 = 0.1 10.10 10.00 9.93 0.1 DZt= Ho = 1 hn = 0.90 0.07 9.20 Hv 1 0.9 Yn =1.57 Ycrec =1.83 Y1 = 1 9.10 Yo = 1 Yv = 0.90 8.41 8.20 8.20 8.20 8.36 4.00 m Ancho desrripiador Resalto Sumergido IDEAL (Servira para calcular ancho desrripiador) 10.2 Ho =1 9.2 Y2 Yo =1 8.2 Y1 Eo E1 E2 Eo = Yo + Ho + Vo^2 / 2g Velocidad de acercamiento Ao = (Ho+Yo) x B 8.20 Vo = Q canal /Ao = 0.34 m/seg Eo= 2.01 Eo = E1 = E2 E1 = Y1 + V1^2/2g Y1 + V1^2/2g = 2.01 Y1= 0.112 m <-- cambiando por tanteo, empezar con 0.01 m V1 = Q / Y1 B 6.103 m/seg E1 = Y1 + Q^2 /(2 g B^2 Y1 ^2) 2.01 Tantear igualando a Eo cambiando Y1 Y2 = -Y1/2 + SQR(y1^2/4 + (2*V1^2*Y1)/g) Y2 = 0.869 m <Res sum 1.90 m V2 = Q / Y2 B 0.786m/seg Resalto completamente sumergido E2 = Y2 + Q^2 /(2gb^2Y2^2) + Hj Hj = (Y2-Y1)^3 / (4Y1 Y2) Hj = 1.12 m E2 = 2.02 m . Longitud del resalto Pavlovski L= 2.5 * (1.9 Y2 - Y1) L= 3.85 4.00 m 4) Comprobación de la pendiente del canal de limpia del desrripiador En el momento de abrir la compuerta de lavado, todo el caudal debe irse por ella sin que nada entre al canal. S río 0.002Pendiente longitudinal del río Coeficientes para desrripiador n = 0.025Con piedras del desripiador b = 1m Asumido hcompuerta 0.9 m Asumido A = bh A = 0.9 m2 P = b + 2 x h P = 2.8 m R = A/P 0.32 V =Q/A 3.11 m/seg De la fórmula de Manning S = (vn / R^(2/3))^ 0.0275 > 0.002(S río) AUMENTAR ANCHO DEL CANAL DE LIMPIA O LEVANTAR PISO DESRRIPIADOR Rpta.: Conviene levantar el piso del desrripiador. 5) Cálculo del ancho del vertedero de alimentación al canal Cota Nivel normal en o = C0n = 10.2m Perfil de agua C1n = 10.1m Perfil de agua Cota umbral vertedero Hv = 1.0 m Se toma el mismo alto de la sección Ho Cota umbral v = 9.1 m Yv = 0.9 m SOLUCIÓN Usamos los mismos valores de la ventana de captación S = 0.575 M = 2.038 Despejando la fórmula de vertedero (1) b = Qc/(SMHv^(3/2)) Ancho del vertedero entrada a la transición b = 2.39 m b1 = 2.40 m 6) Cálculo de longitud de transición del vertedero hacia el canal de conducción SEGÚN: BUREAU OF RECLAMATION b2 = 1.3Ancho canal o tunel b1 = 2.4 b2 =1.3 Canal Lt =2.5 L = (b1 - b2) / (2x tang 12.5) L = 2.48 m 2.50 m V1 = Q/A1 = Q/(b1x(yv1+hnv)) V2 = Q/A2 = Q/(b2xyc) 7) Verificación de la REGULACIÓN Canal de conducción n = 0.015Rugosidad canal b = 1.3 m Z = 0 Sc = 0.0012Pendiente longitudinal Qn = 2.8 m3/seg Calado Yn = 1.57 m Por tanteo 1.57 Redondeado Qn/S^(1/2) ((b+ZY)Y)^(5/3) (b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3) Qn / S^0.5 = 1.212 ((b+zy)y)^(5/3) 3.269774176 (b+2y(1+z^2)^0.5)^( 2.69808098 ((b+ZY)Y)^(5/3) 1.212 Tantear cambiando Calado Y (b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3) Cota entrada agua transición 10.00nivel de agua El area A se calcula considerando en toda la transición un tirante d 1.57 Y2 > ( Zo / 0.7 ) Velocidad de aproximación V = Q/((Yv+Hv) x bv) V = 0.61 m/s V2/2g = 0.02 m Zv = Zv +V2/2g 0.12 m Y2 > Zv /0.7 0.17 0.20 m Entonces el calado de agua, al comienzo de la transición no puede ser menos de: 1.10 m Ejemplo N° 5.4 Se tiene una toma con un azud de 30m de largo que capta un caudal de Q = 2.8m3/seg con obras descritas en los ejemplos anteriores. A continuación hay un canal con las siguientes características y de 300m de longitud. Se admite que en creciente entra al canal un caudal mayor en 20%que el diseño o sea Q = Qest x 1.2 3.36 m3/seg L = 30 m Cálculo del tirante del canal en crecida n = 0.015Rugosidad canal b = 1.3 m Z = 0 Sc = 0.0012Pendiente longitudinal Qcrecida 3.36 m3/seg Calado Ycrec = 1.83 m Por tanteo 1.83 Redondeado Qn/S^(1/2) ((b+ZY)Y)^(5/3) (b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3) Qn / S^0.5 = 1.455 ((b+zy)y)^(5/3) 4.228142836 (b+2y(1+z^2)^0.5)^( 2.906082114 ((b+ZY)Y)^(5/3) 1.455 Tantear cambiando Calado Y (b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3) Siendo el tirante normal Yn = 1.57 m el aumento es de Ycrecida - Yn 0.26 m La compuerta de ingreso hacia el canal pasa a trabajar como orificio Q = C A (2gDh)^0.5 Donde C = 0.68Coeficiente de descarga compuerta hacia canal Dh = (Q/CA)^2 / (2g) Dh = 0.30 m 0.30 m REDONDEADO Q = C A (2gDh)^0.5 Donde C = 0.65Coeficiente de descarga orificio ventana CAPTACIÓN Dh = (Q/CA)^2 / (2g) Dh = 0.17 m 0.17 m REDONDEADO Con la fórmula de vertederos (AZUD DE CRESTA ANCHA) M = 2.2 Q = M L H^(3/2) Q = 15.46 m3/seg Caudal total traído por el río Q + 3.36 Qt traído río = 18.82 m3/seg Como el caudal en el río en creciente es 200 > 18.82 LA REGULACIÓN ES INSUFICIENTE, CALCULAR LONG. DE VERTEDERO DEMASÍAS 8) Cálculo de longitud de Vertedro de Demasías Supongamos que los cálculos hidrológicos nos dan un valor en creciente de: 200 m3/seg Para regular el caudal que entra a la captación se puede dejar un vertedro en la pared del desripiador de Lv (demasías)= 10.25 m y cuya cresta estaría un 0.02 m por encima del nivel normal de agua, osea en la cota 10.12m esto quiere decir que en creciente la carga sobre el vertedero sería 0.49m y el caudal evacuado sería Q = M Lv H^(3/2) Q evacuado = 7.73 m3/seg Entonces el caudal que pasa por la reja sería= Qevacuado + Qcreciente Q pasa reja = 11.09 m3/seg La pérdida de carga necesaria en la reja será Q = C A (2gZo)^0.5 Donde C = 0.65Coeficiente de descarga Zo = (Qpasa reja/CA)^2 / (2g) Zo = 1.89 m 1.89 m REDONDEADO Profundidad del agua antes de la reja 1.89 + 10.61 - 8.20 = 4.30 m Sección antes de la reja = B x 4.30 = 17.64 m2 V = Qpasa reja / sección 0.63 m/seg Velocidad de aproximación = V2/2g V2/2g = 0.02 m Z = Zo - V2/2g 1.87 m Calculamos el caudal que pasa por el azud Carga = Zo + Nivel agua después reja - Cota azud Carga = 2.10 m Qpasa azud = M L Hcarga^(3/2) Qpasa azud = 201.05 m3/seg ANCHO DE VERTEDERO DE EXCEDENCIAS MUY BIEN Long. Vertedero de demasías 10.25 m Con esta longitud del vertedero el Qpasa azud es= 201.05 m3/seg que es superior al de la creciente, quiere decir que el exceso que entra en la captación es: < 20% . A A S ¿ 1.05 [ 10.2 h n y2] 3 H M o¿ [ 0.407H+Y1 ] [ 1+0 . 285 ( H+Y1) 2 ] 2g Q ¿ MbH Q ¿ KSMbH 3 2 b ¿ Q KSMH

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Page 1: Diseño de Bocatoma_2.xls

EJEMPLO DE DISEÑO DE UNA OBRA DE CAPTACIÓN.

Supongamos que se trata de captar un caudal de Q = 2.8 m3/s en estiaje con una reja cuyo umbral se eleva en Y = 1 m tanto sobre el fondo del desrripiadorSe escoge una altura de agua H = 1 m y un desnivel entre las superficies de agua (pérdida) igual a Z = 0.10 m.

1) Cálculo de la ventana de captación2) Angulo de la pared de la ventana de captación3) Cálculo del DESRRIPIADOR4) Comprobación de la pendiente del canal de limpia del desrripiador5) Cálculo del ancho del vertedero de alimentación al canal6) Cálculo de longitud de transición del vertedero hacia el canal de conducción7) Verificación de la REGULACIÓN Si Regulación es suficiente el cálculo termina aquí, sino8) Cálculo de longitud de Vertedero de Demasías

SECCIÓN A - A

DATOS

10.2 Z1 = 0.1 m 10.1 Zv 0.1 Zt 0.07

Ho = 1 hn = 0.99.2

9.1Yo = 1 Y1 = 1

8.2 8.2

Cd = 0.648 Cd = 0.68Coef. Descarga orificio ventana captación Coef. Descarga orificio compuerta ingreso canal

Tabla Tabla

MKS = Cd = 1.00 Si la ventana está libre Cd = 0.68 Compuerta descarga libre

Cd = 0.648 Si la ventana está sumergida Cd = 0.95-0.97 Si la compuerta está sumergida

DATOS

RIO CANALQestiaje = 2.8 m3/segQmedio = 10 m3/seg Caudal captadoQmax = 200 m3/seg Qcanal = 2.8 m3/segS río = 0.002 S canal = 0.0012n (río) = 0.0250 n (canal) = 0.015Z = 0 Z = 0L (ancho río) = 30 m b = 1.3 m

VENTANA DE CAPTACIÓNYo = 1.0 mHo= 1.0 mZ1= 0.1 m Valor provisional (Luego se coloca el valor redondeado de B28)K1= 0.85 Coeficiente de pérdida debido a contracción lateral por barrotesCota o = 8.2 mY1 = 1.0 m Igual a Yo (Detrás de la ventana)hn = 0.9 m

VERTEDEROZ v = 0.1 m Valor provisionalCota normal v = 10.1 Vertedero (perfil agua)Hv = 1.0Cota umbral v = 9.1 VertederoCota v = 8.2 mYv = 0.9 m Vertedero desrripiador.

TRANSICIÓNZt = 0.07 m Calculado en la tabla N° 01

SOLUCIÓN

1) Cálculo de la ventana de captación

. Fórmula general para el cálculo del caudal que pasa sobre un vertedero

. Si el vertedero está sumergido, y si además tiene contracciones laterales producidas por los barrotes.

Donde: M = C = Coeficiente de vertedero, generalmente es:M = C = 2.1 ó 2.2S = Coeficiente de correción por sumersiónK = Coeficiente por existencia de contracciones y barrotes

Fórmula 12.10

Fórmula 12.7

SOLUCIÓNS = 0.575 M = 2.038

Despejando la fórmula de vertedero

Ancho efectivo de la ventana de captación

b = 2.81 mSi se asume la separación entre barrotes:Sep = 0.2 mAncho barrote 0.1 mn = b / Sep Número de espaciosn = 14.05 14.00 RedondeadoN° barrotes 13.00 BarrotesB = b + N° barrotes x Ancho barrotes Ancho total de la ventana de captación

B = 4.11 m 4.10 m Redondeado

Chequeo pérdida de carga en vertedero Z1

Q = CA(2gDH)^0.5DH = (Q/CA)^2 / (2g)C = 0.700 Coeficiente de descarga para orificio ventana captaciónA = b x H1 2.81 m2DH = Z 1 = 0.103 Muy bien Se aproxima bastante a 0.1

2) Angulo de la pared de la ventana de captación CALCULO DEL RIO

A rio = (Yo+Ho+0.2+H)xL 46.00 m2 Vc = 1.00 m/seg Q = 10 m3/segVr = Qmed/A Velocidad del río Z = 0 mVr = 0.217 m/seg S = 0.0020Vc = Velocidad en la ventana de captación Alpha = 77.40 b = 124.85 Ancho del rioA ventana = b x Ho 2.81 x 1.00 Vr = 0.22 m/seg n = 0.0250Vc= Q canal / A ventana 12.60 Grados Calado Y 0.368 m Por tanteoVc = 1.00 m/seg Qn/S^(1/ ((b+ZY)Y)^(5/3)Alfa = Arc Cos (Vrio / Vc) (b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3)Vrio / Vc = 0.22 Qn / S^0 5.590 Valor objetivoAlfa = 77.40 Grados ((b+zy)y) 590.611 Angulo de pared de ventana con alineamiento del rio es: 1.53333 (b+2y(1+z25.078195

12.60 Grados((b+ZY)Y 23.551 Tantear cambiando Calado Y

3) Cálculo del DESRRIPIADOR (b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3)Entre la reja de entrada y el vertedero de salida puede formarse un resalto y = 0.37 msumergido y para que éste último funcione en una forma normal es conveniente A = 46.00 que el ancho del desrripiador en este sitio sea igual por lo menos a la longitud v = 0.217 m/segdel resalto. hv = 0.002 mLas velocidades tanto en la compuerta del desrripiador como en la compuerta E = 0.371 mde purga del azud no deben ser inferiores a 2 m/seg.

. Cálculo del ancho del desrripiador

Dzv = 0.08Cresta azud 10.78 Dz t = 0.04

10.61 10.61 10.53 10.49DH = 0.38 10.19

10.40 10.20 Z1 = 0.1 10.10 10.00 9.930.1 DZt=

Ho = 1 hn = 0.90 0.07 9.20 Hv 1 0.9 Yn = 1.57 Ycrec = 1.83

Y1 = 1 9.10Yo = 1 Yv = 0.90 8.41

8.20 8.20 8.20 8.36

4.00 mAncho desrripiador

Resalto Sumergido IDEAL (Servira para calcular ancho desrripiador)

10.2

Ho = 19.2

Y2Yo = 1

8.2 Y1

Eo E1 E2

Eo = Yo + Ho + Vo^2 / 2g

Velocidad de acercamiento

Ao = (Ho+Yo) x B 8.20 Vo = Q canal /Ao = 0.34 m/segEo= 2.01

Eo = E1 = E2E1 = Y1 + V1^2/2gY1 + V1^2/2g = 2.01 Y1= 0.112 m <-- cambiando por tanteo, empezar con 0.01 mV1 = Q / Y1 B 6.103 m/seg

E1 = Y1 + Q^2 /(2 g B^2 Y1 ^2) 2.01 Tantear igualando a Eo cambiando Y1

Y2 = -Y1/2 + SQR(y1^2/4 + (2*V1^2*Y1)/g)Y2 = 0.869 m <Res sum 1.90 mV2 = Q / Y2 B 0.786 m/seg Resalto completamente sumergidoE2 = Y2 + Q^2 /(2gb^2Y2^2) + HjHj = (Y2-Y1)^3 / (4Y1 Y2)Hj = 1.12 mE2 = 2.02 m

. Longitud del resaltoPavlovskiL= 2.5 * (1.9 Y2 - Y1)L= 3.85

4.00 m

4) Comprobación de la pendiente del canal de limpia del desrripiador

En el momento de abrir la compuerta de lavado, todo el caudal debe irse por ellasin que nada entre al canal.

S río 0.002 Pendiente longitudinal del ríoCoeficientes para desrripiadorn = 0.025 Con piedras del desripiadorb = 1 m Asumidohcompuerta 0.9 m AsumidoA = bhA = 0.9 m2P = b + 2 x hP = 2.8 mR = A/P 0.32 V =Q/A 3.11 m/segDe la fórmula de Manning

S = (vn / R^(2/3))^2 0.0275 > 0.002 (S río)AUMENTAR ANCHO DEL CANAL DE LIMPIA O LEVANTAR PISO DESRRIPIADORRpta.: Conviene levantar el piso del desrripiador.

5) Cálculo del ancho del vertedero de alimentación al canal

Cota Nivel normal en o =C0n = 10.2 m Perfil de aguaC1n = 10.1 m Perfil de aguaCota umbral vertederoHv = 1.0 m Se toma el mismo alto de la sección HoCota umbral v = 9.1 mYv = 0.9 m

SOLUCIÓNUsamos los mismos valores de la ventana de captaciónS = 0.575 M = 2.038

Despejando la fórmula de vertedero (1)

b = Qc/(SMHv^(3/2)) Ancho del vertedero entrada a la transición

b = 2.39 mb1 = 2.40 m

6) Cálculo de longitud de transición del vertedero hacia el canal de conducción

SEGÚN: BUREAU OF RECLAMATIONb2 = 1.3 Ancho canal o tunel

b1 = 2.4 b2 = 1.3 Canal

Lt = 2.5

L = (b1 - b2) / (2x tang 12.5)L = 2.48 m

2.50 m

V1 = Q/A1 = Q/(b1x(yv1+hnv))V2 = Q/A2 = Q/(b2xyc)

7) Verificación de la REGULACIÓN

Canal de conducciónn = 0.015 Rugosidad canalb = 1.3 mZ = 0Sc = 0.0012 Pendiente longitudinalQn = 2.8 m3/segCalado Yn = 1.57 m Por tanteo 1.57 RedondeadoQn/S^(1/2) ((b+ZY)Y)^(5/3)

(b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3)Qn / S^0.5 = 1.212 ((b+zy)y)^(5/3) 3.2697741762(b+2y(1+z^2)^0.5)^(2/3) 2.6980809797

((b+ZY)Y)^(5/3) 1.212 Tantear cambiando Calado Y(b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3)

Cota entrada agua transición 10.00 nivel de aguaEl area A se calcula considerando en toda la transición un tirante d = 1.57

Y2 > ( Zo / 0.7 )Velocidad de aproximaciónV = Q/((Yv+Hv) x bv)V = 0.61 m/sV2/2g = 0.02 mZv = Zv +V2/2g 0.12 mY2 > Zv /0.7 0.17 0.20 mEntonces el calado de agua, al comienzo de la transición no puede ser menosde: 1.10 m

Ejemplo N° 5.4Se tiene una toma con un azud de 30 m de largo que capta un caudal deQ = 2.8 m3/seg con obras descritas en los ejemplos anteriores.A continuación hay un canal con las siguientes características y de 300 m de longitud.Se admite que en creciente entra al canal un caudal mayor en 20% que el diseño o seaQ = Qest x 1.2 3.36 m3/segL = 30 mCálculo del tirante del canal en crecida

n = 0.015 Rugosidad canalb = 1.3 mZ = 0Sc = 0.0012 Pendiente longitudinalQcrecida 3.36 m3/segCalado Ycrec = 1.83 m Por tanteo 1.83 RedondeadoQn/S^(1/2) ((b+ZY)Y)^(5/3)

(b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3)Qn / S^0.5 = 1.455 ((b+zy)y)^(5/3) 4.2281428356(b+2y(1+z^2)^0.5)^(2/3) 2.9060821136

((b+ZY)Y)^(5/3) 1.455 Tantear cambiando Calado Y(b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3)

Siendo el tirante normal Yn = 1.57 mel aumento es de Ycrecida - Yn 0.26 m

La compuerta de ingreso hacia el canal pasa a trabajar como orificioQ = C A (2gDh)^0.5Donde C = 0.68 Coeficiente de descarga compuerta hacia canalDh = (Q/CA)^2 / (2g)Dh = 0.30 m 0.30 m REDONDEADO

Q = C A (2gDh)^0.5Donde C = 0.65 Coeficiente de descarga orificio ventana CAPTACIÓNDh = (Q/CA)^2 / (2g)Dh = 0.17 m 0.17 m REDONDEADO

Con la fórmula de vertederos (AZUD DE CRESTA ANCHA)M = 2.2Q = M L H^(3/2)Q = 15.46 m3/segCaudal total traído por el ríoQ + 3.36Qt traído río = 18.82 m3/seg

Como el caudal en el río en creciente es 200 > 18.82LA REGULACIÓN ES INSUFICIENTE, CALCULAR LONG. DE VERTEDERO DEMASÍAS

8) Cálculo de longitud de Vertedro de Demasías

Supongamos que los cálculos hidrológicos nos dan un valor en creciente de: 200 m3/seg

Para regular el caudal que entra a la captación se puede dejar un vertedro en la pared del desripiadorde Lv (demasías)= 10.25 m y cuya cresta estaría unos 0.02 mpor encima del nivel normal de agua, osea en la cota 10.12 m esto quieredecir que en creciente la carga sobre el vertedero sería de 0.49 m y el caudalevacuado sería Q = M Lv H^(3/2)Q evacuado = 7.73 m3/segEntonces el caudal que pasa por la reja sería= Qevacuado + QcrecienteQ pasa reja = 11.09 m3/seg

La pérdida de carga necesaria en la reja seráQ = C A (2gZo)^0.5Donde C = 0.65 Coeficiente de descargaZo = (Qpasa reja/CA)^2 / (2g)Zo = 1.89 m 1.89 m REDONDEADOProfundidad del agua antes de la reja 1.89 + 10.61 - 8.20 = 4.30 mSección antes de la reja = B x 4.30 = 17.64 m2V = Qpasa reja / sección 0.63 m/segVelocidad de aproximación = V2/2gV2/2g = 0.02 mZ = Zo - V2/2g 1.87 mCalculamos el caudal que pasa por el azudCarga = Zo + Nivel agua después reja - Cota azudCarga = 2.10 mQpasa azud = M L Hcarga^(3/2)Qpasa azud = 201.05 m3/segANCHO DE VERTEDERO DE EXCEDENCIAS MUY BIEN

Long. Vertedero de demasías 10.25 mCon esta longitud del vertedero el Qpasa azud es= 201.05 m3/segque es superior al de la creciente, quiere decir que el exceso que entra en la captación es:

< 20% .

A

A

S ¿ 1 .05 [1−0.2 hny2 ] 3√ ZHM o ¿ [0 .407+0 .045 H

H+Y 1 ] [1+0.285 ( HH+Y 1 )

2 ]√2 g

Q ¿ M b H32

Q ¿ K S M b H32

b ¿Q

K S M H

0

32

Page 2: Diseño de Bocatoma_2.xls

VERTEDERO DE CRESTA ANCHA O AZUD

Determinar la elevación de la cresta y la forma de una sección de vertedero dedesborde teniendo una cara vertical aguas arriba y una longitud de cresta de

30 m La descarga de diseño es 200 m3/segLa superficie del agua aguas arriba para el caudal de diseño está en: 12.36 mY el piso medio del canal esta en: 8.2 m

Cd = 2.2 12.49 He = Hd + Ha Ha Elev 12.36 Donde: He Hd 10.40 He = Carga totalHa = Carga velocidad

h 2.2

Elev 8.2

Cálculo de HeQ = Cd L He^(3/2)

He = (Q/(Cd L))^(2/3)He = 2.09 mLa velocidad de llegada

1er tanteo para calcular Hd 2do tanteo para perfeccionar Hd 3er tanteo para perfeccionar Hd 4to tanteo para perfeccionar Hd V = =Q/(L x (h+He)) 1.55 =Q/(L x (h+Hd)) 1.60 m/s 1.60 m/s 1.60 Ha = 0.123 0.130 0.131 0.131Hd = 1.97 1.96 1.96 1.96 h= 2.20 2.20 2.20 2.20 Efecto de la velocidad

2.20 m > ó < 1.33 Hd 2.20 m > ó < 2.62 Alt Vel Apreciable

La elevación de la cresta está en : 10.40

TablaPendiente de la caraaguas arriba K n

Vertical 2.000 1.850 3 1 1.936 1.836 3 2 1.939 1.810 3 3 1.873 1.776

X ^n = K Hd ^(n-1) YPara un vertedero de pared recta:Pared VerticalK #N/An #N/A

Y = X ^ #N/A#N/A

Coordenadas para azud aguas abajoX Y

0.00 #N/A0.50 #N/A1.00 #N/A1.50 #N/A2.00 #N/A2.50 #N/A3.00 #N/A3.50 #N/A4.00 #N/A4.50 #N/A5.00 #N/A

Valores para AZUD aguas arriba0.282 Hd 0.55 0.5 Hd 0.98 0.175 Hd 0.34 0.2 Hd 0.39

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50

-

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

AZUD

Y

X

Y

R=0.5 HdR=0.2 Hd

0.282Hd

0.175Hd

Page 3: Diseño de Bocatoma_2.xls

CALCULO DEL PERFIL DEL FLUJO METODO DIRECTO EN ETAPAS

CanalAlfa = 1n = 0.025 Rugosidad ríob = 30 m El ancho del río arriba es 32.5mZ = 0So = 0.002 Pendiente longitudinalQmax = 200 m3/seg

CALCULO DEL TIRANTE NORMALCalado Yn = 2.33 m Por tanteo 2.33 RedondeadoQn/S^(1/2) ((b+ZY)Y)^(5/3)

(b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3)Qn / S^0.5 = 111.803 ((b+zy)y)^(5/3) 1188.65155352523(b+2y(1+z^2)^0.5)^(2/3) 10.6316873405118

((b+ZY)Y)^(5/3) 111.803 Tantear cambiando Calado Y(b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3)

CALCULO DEL TIRANTE CRITICOYc = 1.65 m Para tanteoQ^2 / g = A^3 / TQ^2 / g = 4,077.472 A^3/T=[(b+zy)y]^3/(b+2zy) 4,077.472 Tantear cambiando YcAc = 49.641 m2Vc = Q/Ac 4.029 m/seghvc = 0.827 mEc = 2.482 m

V = (1/n) x R^(2/3) Sf^(1/2)De manning

Decremento 0.1Y A P R R^(2/3) V Alfa V^2/2g E DE Sf Sf prom So-Sf prom DX X

4.16 124.90 38.33 3.26 2.20 1.60 0.1307 4.294 - 0.00033 1.2690084 4.06 121.90 38.13 3.20 2.17 1.64 0.1372 4.201 0.093 0.00036 0.00034 0.001656 56.469 56.469 1.2385284 3.96 118.90 37.93 3.14 2.14 1.68 0.1442 4.108 0.093 0.00039 0.00037 0.001629 57.094 113.562 1.2080484 3.86 115.90 37.73 3.07 2.11 1.73 0.1518 4.015 0.092 0.00042 0.00040 0.001599 57.812 171.374 1.1775684 3.76 112.90 37.53 3.01 2.08 1.77 0.1599 3.923 0.092 0.00045 0.00043 0.001566 58.643 230.018 1.1470884 3.66 109.90 37.33 2.94 2.05 1.82 0.1688 3.832 0.091 0.00049 0.00047 0.001529 59.614 289.632 1.1166084 3.56 106.90 37.13 2.88 2.02 1.87 0.1784 3.742 0.090 0.00053 0.00051 0.001488 60.759 350.390 1.0861284 3.46 103.90 36.93 2.81 1.99 1.92 0.1888 3.652 0.090 0.00058 0.00056 0.001442 62.122 412.513 1.0556484 3.36 100.90 36.73 2.75 1.96 1.98 0.2002 3.564 0.089 0.00064 0.00061 0.001389 63.769 476.282 1.0251684 3.26 97.90 36.53 2.68 1.93 2.04 0.2127 3.476 0.088 0.00070 0.00067 0.001331 65.787 542.069 0.9946884 3.16 94.90 36.33 2.61 1.90 2.11 0.2264 3.390 0.086 0.00077 0.00074 0.001264 68.308 610.376 0.9642084 3.06 91.90 36.13 2.54 1.86 2.18 0.2414 3.305 0.085 0.00085 0.00081 0.001188 71.527 681.903 0.9337284 2.96 88.90 35.93 2.47 1.83 2.25 0.2579 3.221 0.083 0.00095 0.00090 0.001101 75.760 757.664 0.9032484 2.86 85.90 35.73 2.40 1.79 2.33 0.2763 3.140 0.082 0.00105 0.00100 0.001002 81.538 839.202 0.8727684 2.76 82.90 35.53 2.33 1.76 2.41 0.2966 3.060 0.080 0.00118 0.00111 0.000887 89.839 929.041 0.8422884 2.66 79.90 35.33 2.26 1.72 2.50 0.3193 2.983 0.077 0.00132 0.00125 0.000753 102.675 1,031.715 2.56 76.90 35.13 2.19 1.69 2.60 0.3447 2.908 0.075 0.00149 0.00140 0.000597 124.953 1,156.668 2.46 73.90 34.93 2.12 1.65 2.71 0.3733 2.837 0.071 0.00169 0.00159 0.000414 172.599 1,329.267 2.36 70.90 34.73 2.04 1.61 2.82 0.4055 2.769 0.068 0.00192 0.00180 0.000197 343.040 1,672.307 2.33 69.90 34.66 2.02 1.60 2.86 0.4173 2.747 0.022 0.00201 0.00196 0.000036 603.255 2,275.562 2.26 67.90 34.53 1.97 1.57 2.95 0.4422 2.706 0.042 0.00220 0.00210 (0.000104) (399.449) 1,876.113 2.16 64.90 34.33 1.89 1.53 3.08 0.4840 2.647 0.058 0.00254 0.00237 (0.000370) (157.433) 1,718.680 2.06 61.90 34.13 1.81 1.49 3.23 0.5320 2.595 0.052 0.00295 0.00274 (0.000744) (69.838) 1,648.842 1.96 58.90 33.93 1.74 1.44 3.40 0.5876 2.551 0.044 0.00345 0.00320 (0.001201) (36.983) 1,611.859 1.86 55.90 33.73 1.66 1.40 3.58 0.6524 2.516 0.035 0.00408 0.00377 (0.001766) (19.957) 1,591.902 1.76 52.90 33.53 1.58 1.36 3.78 0.7285 2.492 0.024 0.00486 0.00447 (0.002470) (9.679) 1,582.223 1.66 49.90 33.33 1.50 1.31 4.01 0.8187 2.482 0.010 0.00586 0.00536 (0.003362) (2.909) 1,579.314 1.56 46.90 33.13 1.42 1.26 4.26 0.9268 2.490 (0.008) 0.00715 0.00650 (0.004504) 1.794 1,581.108 1.46 43.90 32.93 1.33 1.21 4.56 1.0578 2.521 (0.031) 0.00884 0.00799 (0.005993) 5.170 1,586.278 1.36 40.90 32.73 1.25 1.16 4.89 1.2186 2.582 (0.061) 0.01110 0.00997 (0.007969) 7.636 1,593.914 1.26 37.90 32.53 1.17 1.11 5.28 1.4191 2.683 (0.101) 0.01419 0.01265 (0.010646) 9.444 1,603.358 1.16 34.90 32.33 1.08 1.05 5.73 1.6736 2.837 (0.154) 0.01853 0.01636 (0.014360) 10.755 1,614.113 1.06 31.90 32.13 0.99 1.00 6.27 2.0032 3.067 (0.230) 0.02479 0.02166 (0.019661) 11.676 1,625.789

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POZA DE DISIPASIÓNL = 30 mQ = 200 m3/segC = 2.2He = 2.09 mh = 2.20 Altura crestaHd = 1.96 mH = h +Hd 4.16 mVa = Q /(LH) 1.60 m/segHa = 0.13 mHd = He - Ha 1.96 m

h 2.20 < 1.33 Hd 2.61 Efecto importante Velocidad

n = 0.025 Rugosidad riob = 30 mZ = 0 Linea de energia toralS = 0.002 Pendiente longitudinalQmax = 200 m3/seg

Ha 0.13 CALCULO DEL TIRANTE NORMAL Hj = (Y2-Y1)^3/ (4Y1Y2))Calado Yn = 2.33 m Por tanteo 2.33 RedondeadoQmax xn /S^(1/2) ((b+ZY)Y)^(5/3) Hd 1.96

(b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3)Qn / S^0.5 = 111.8 V1^2 / (2g) V2^2 / (2g)((b+zy)y)^(5/3) 1188.6228(b+2y(1+z^2)^0.5)^ 10.631673

h 2.20 ((b+ZY)Y)^(5/3) 111.8 Tantear cambiando Calado Y Y2 3.233 Yn 2.33 (b+2y(1+Z^2)^0.5)^(2/3)

0.00

r 0.903 Yn = 2.33 m Y1 0.711

V1^2/2g = r + h + He - Y1 Y1 cal = =Q/(V1 x L)

Lp = 14.40 m

N° rasumido Y1 V1^2/2g V1 Y1 cal Eo E1 Y2 rcal Hj V2 V2^2/2g E21 2.000 1.000 5.294 10.192 0.654 6.294 5.948 3.409 1.079 2.344 1.956 0.195 5.948 2 1.079 0.654 4.719 9.622 0.693 5.373 5.412 3.287 0.957 1.916 2.028 0.210 5.412 3 0.957 0.693 4.558 9.456 0.705 5.251 5.263 3.250 0.920 1.798 2.051 0.214 5.263 4 0.920 0.705 4.509 9.406 0.709 5.214 5.218 3.239 0.909 1.763 2.059 0.216 5.218 5 0.909 0.709 4.494 9.390 0.710 5.203 5.204 3.235 0.905 1.752 2.061 0.216 5.204 6 0.905 0.710 4.489 9.385 0.710 5.199 5.199 3.234 0.904 1.749 2.061 0.217 5.199 7 0.904 0.710 4.488 9.383 0.710 5.198 5.198 3.234 0.904 1.748 2.062 0.217 5.198 8 0.904 0.710 4.487 9.383 0.711 5.198 5.198 3.233 0.903 1.748 2.062 0.217 5.198 9 0.903 0.711 4.487 9.383 0.711 5.198 5.198 3.233 0.903 1.747 2.062 0.217 5.198

L = 2.5 x (1.9 x Y2 - Y1) 13.58 L =6*(Y2 -Y1) 15.14 L promedio = 14.36 m

14.40 m Redondeado