tema iv _2 diseño de bocatomas_aplicacion
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23/08/2010
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DISEÑO DE BOCATOMAS
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Ing. Giovene Pérez [email protected]
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1. Se Estimado del ancho de encauzamiento del río:
Usaremos las siguientes formulas experimentales :
a) Blench:
b) Altunin:
c) Petit :
d)Que otra forma podríamos encontrar el ancho
estimado de un Río?
3 4
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:
5
4. Diseño de la compuerta de regulación:
Aplicando la ecuación de cantidad de movimiento, y la ecuación de continuidad,
hallamos Y2:
Hacemos la distribución del ancho del encausamiento, considerando los datos de
entrada( compuertas, transiciones, muros de separación).
5. Distribución del ancho de encauzamiento:
6. Diseño de las ventanas de captación
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.
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7. Diseño de la altura de la pantalla frontal, 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
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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.
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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
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Del esquema 3 se deduce :
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 muro de transición
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Diseño de barraje y poza de disipación.
Altura del barraje (sin cimentación)= Cota barraje – cota
fondo del río
a)Barraje (normalizado tipo Creager)
Ha = HD/0.89 d= 0.11 Ha
I1 = 0.175 HD I2 = 0.282 HD.
R1 = 0.2 HD R2= 0.5 HD
perfil de la cuesta del barraje:
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De la ecuación de la conservación de la energía entre los
puntos 0 y 1
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Conjugando y2 con la ecuación:
b. Longitud de poza:
Es determinada con los valores hallados de
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DISEÑO DE COMPUERTAS DESPEDRADORAS Y DESGRAVADORAS
Donde:
Q = caudal máximo de diseño
c1,c2 = coeficiente de descarga para vertederos ( c1
=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. 17
Donde:
H= Ho + altura de barraje
h`= profundidad en el sector de compuerta
despedradora
E1= energía de sección 1
E2= energía en sección 2= h` +y2+v2/2g.
Luego se determinan los tamaños de las
compuertas de acuerdo a las dimensiones
comerciales.18
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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 hidráulico19
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
C= coeficiente del vertedero20
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DISEÑO DE
UNA
BOCATOMA
DATOS PARA EL DISEÑO - BOCATOMA
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 = 0.001522
• 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
• Talud de salida de la poza de disipación: z = 4
•
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• 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
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SOLUCION
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1. Estimado del ancho de encauzamiento del
río:
a) Método de altunin:
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a 0,75
Qd 1000,00
S 0,0076
B (m) 62,94
b). Método de Blench:
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Qd 1000,00
Fb 1,2
Fs 0,2
B (m) 140,20
c).Método de Petit:
• Hallando el ancho promedio: ( Bprom.):
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Qd 1000,00
B (m) 77,48
B (prom. (m) 93,54
B asum. (m) 94
d) DISTRIBUCION DEL ANCHO DEL ENCAUSAMIENTO Y LONGITUD DEL BARRAJE
ANCHO
Nº Comp. Despedradora 3 2*3 = 6
Nº Comp. Desgravadora 1 1*1.5= 1.5
Ancho de muro entre compuertas 0.6 0.6*5 =3
Longitud de Barraje 94-10.5 =79.5
LB (m)LONGITUD DE
BARRAJE 80
2. Hallando el tirante normal del río:
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Qd 1000,00n 0,05B 94S 0,0076
Yn 3.03
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3. Realizamos el mismo procedimiento para hallar
Y1, en el canal de derivación:
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Nº Ventas de captación 3Q DERIVACION 10Qd 1000Qm 52,26Qmin 5,40Ancho muro ventanas 0,5Ancho del canal (b) 3,7S canal 0,0015Cota inicio canal 97,17Sección canal RECTANGULARAltura vertedero de captación 0,9Coef. Rugosidad canal (concreto) 0,017
Q 10,00n 0,017B 3,7S 0,0015
Y1 1.39
4. Calculo de Y2:
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*
35
B2=B1 3.7
V1 1.95
Q1 10.00
g 9.81
Y2 (m) 1.39
A (m2) 5.14
V2 (m/s) 1.94
5. Calculo de Y3:
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Y3 (m) 1.47
A (m2) 5.44
V3 (m/s) 1.84
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6. Calculo de y4:
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DONDE B4= ANCHO DE VENTANA 2 X 2,75 = 5,5Q (m3/s) 10K (FACTOR DE CONTRACCION) 0.6
Y4 (m) 0.57A (m2) 2.85
V4 (m/s) 0.53
7. Calculo de la pantalla frontal:
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LONGITUD DEL BARRAJE LBjn 83.5
Qd 1000.0COEFICIENTE
VERTEDERO TIPO CREAGER ( C ) 2.1
HD 3.18
8. Hallando la altura del barraje:
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COTA DEL BARRAJE CB
COTA DE INICIO CANAL CC
CC 97.17
CB (msnm) 98.70
h1 (m) 0.90
Y4 (m) 0.57
9. Hallando el nivel de agua máxima avenida
sobre el barraje( NAME):
10. Hallando la altura de la pantalla del muro
principal de compuertas (AMPC):
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NAME 101.88
AMPC 102.25
COTA PANTALLA FRONTAL (msnm) 102.25
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11. Determinando la altura del canal de derivación y
la altura de los muros de transición:
Q 1000.00
Coeficiente de orifico sumergido ( C ) 0.6
A1 (AREA NETA - AREA DE REJILLAS) ANETA - 20% ANETA
∆h1 CARGA DE AGUA (H) 1
A1=A2 Q1=Q2
A 3.14
Area neta de orificio y compuerta de
regulación
Caudales de ingreso por ventana y por
canal
A1 2.51
Q1 6.67(∆1)1/2 ………….(1)
12. Caudal de derivación por compuerta de
regulación
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Caudal derivado a compuerta de derivación Q2
Coeficiente bajo la compuerta de derivación 0.6Area del canal (A2)
Perdida de carga aguas arriba de la compuerta de derivación ∆h2
Q2 11.96(∆2)1/2 ……(2)
Q1 = Q26.67(∆1)1/2 =
11,96(∆2)1/2 ..(3)
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La condición principal es que el canal de
derivación el tirante deberá ser normal Yn:
Para la comprobación se debe cumplir que:
Q1 = Q2= Q
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Yn 101,88 - ∆h1- ∆h2 - 97,17 – 2.40
Yn 2,31- ∆h1 - ∆h2
A B * Yn = 2*YnB 2n 0.017s 0.0015
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POR LO TANTO EL CAUDAL DE INGRESO MAXIMO SERA DE:
Q (m3/s) 5.51
∆h1 0.685
∆h2 0.213
Yn 1.41
13. La altura del muro de transición será:
Qi ∆h1 ∆h2 Yn Qf
4.0 0.35964027 0.111855572 1.838504158 7.682647941
4.5 0.455169716 0.141567208 1.713263075 7.038362107
5.0 0.561937922 0.174774331 1.573287747 6.325100679
5.50 0.679944885 0.211476941 1.418578174 5.5467002
5.51 0.68241966 0.212246647 1.415333693 5.53050258
5.52 0.68489893 0.213017751 1.412083319 5.514281149
5.52 0.6849 0.2130 1.4121 5.5143
hT 1.95
BORDE LIBRE DE CANAL 15% Y1
BORDE LIBRE DE CANAL 0.21
ht + 20% 2.16
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13. Diseño del barraje tipo creager:
Hallando la ecuación de la curva
R2 0,5 HD
R1 0,2 HD
l2 0,282 HD
l1 0,175 HD
HD 3.18COTA DE RIO 97.79HB CB - CRIO
HB 0.91SE REDONDEA HB m 1
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HB = altura del barraje
Teniendo:
HA HD + 0,11 HA
HA HD / 0,89
HA 3.57HA = altura del agua desde el inicio
del pelo de agua
d 0,11HA
d 0.39
HA = altura del cimacio del barraje
R1 0.64
R2 1.59
Cálculos del radio del cimacio
l1 0.56l2 0.90
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Desarrollo de la curvatura del barraje
X m Ym
0.60 0.07
0.70 0.10
0.90 0.15
1.20 0.26
1.40 0.35
1.60 0.45
1.80 0.55
2.00 0.67
2.20 0.80
2.48 1.00
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14. Hallando la poza disipadora de energía:
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V1 Q / L * y1
y1 Q / L * V1
Q 1000.00LB 80.0
y2 r + yn = r + y3
r 1.15y2 - yn
50
Yn 3.03B 1Hd 3.18Q 1000.00L 83.5
y2 4.45
y1 1.17r 2.10
r ASUMIDO (m) y1 ASUMIDO (m)V1
2 / 2g (m/s) V1 (m/s)
y1 CALCULADO (m E0 (m) E1 (m) y2 (m)
r CALCULADO (m)
2,5 1,2 5,71 10,58 1,13 6,91 6,84 4,55 -7,16 2,20
2,4 1,1 5,71 10,58 1,13 6,81 6,84 4,55 -7,06 2,20
2,3 1,2 5,51 10,40 1,15 6,71 6,66 4,50 -6,97 2,14
2,2 1,18 5,43 10,32 1,16 6,61 6,59 4,47 -6,87 2,12
2,1 1,17 5,34 10,24 1,17 6,51 6,51 4,45 -6,78 2,09
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F1 3.02F2 1.55
1 BUREAU RACLAMATION U.S Lp= 4Y2
2 BAKLMNTEV - MARTEKE Lp= 5(Y2-Y1)3 LAFRENETZ Lp= 4,5 Y2
4 PAVLOSKI Lp= 2,5 (1,4Y2-Y1)5 SCHOKLITSCH Lp= 5 a 6 (Y2 - Y1)
1 Lp (m) 17,79
2 Lp (m) 16,39
3 Lp (m) 20,02
4 Lp (m) 12,64
5 Lp (m) 19,67
TOMAMOS EL VALOR Lp 20
Hallando la longitud de la poza disipadora de energía
Ancho de la compuerta despedradora 2Ancho de la compuerta desgravadora 1.5Profundidad de compuerta desgravadora 1.5Ancho de pilares 0.6Profundidad de compuerta despedradora hp 0.7Qm 52.26Yn 3.03Q 1000.00
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Q QB + QP
QB CLH03/2
LB 84C 2.1H0
A =AREA UTIL 2*haCoeficiente de descarga por orifico (C2) 0.6ha 1.7A 3.4
• Aplicando el principio de energía
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DONDE Y2-Y1= 2,23
V2 (m/s) 3.51E2 (m) 3.56Z1 (m) 2.12Qd (m3/s) 13.17
DISTRIBUYENDO CAUDALES
Qd=Qp= 13.17QB 986.83
Ho 3.18HT Ho+haHT 4.88
Z1 2.12
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Z1' 2.02
Qd (m3/s) 12.86QB (m3/s) 987.14Ho (m) 3.18HT (m) 4.88 Q 12.86
Z1 2.02
DE ECUACION DE LA ENERGIA
Z1' 2.02
QB 987.14Ho 4.68HT 6.38Qd 12.86
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B 3.70Yn 3.03Q 6.61a 1.5
V 0.59H 1.53Ho 1.55L 0.55
DISEÑO DE MURO DE ENCAUSAMIENTO
Yn 3.03Ht 4.12Q 1000.00So 0.0076n 0.05B 94
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Yn A R R4/3 V (V2)/2g E ∆E So Sf So-Sf ∆X X
3.31 185.36 2.96 4.23 1.91 0.19 3.50 0.00 0.0021644 0.00 0.00 0.00 0.00
3.3 184.8 2.95 4.22 1.92 0.19 3.49 0.01 0.0021854 0.00002099 0.00216439 4.10 4.10
3.2 179.2 2.871794872 4.067654362 1.980580357 0.199933667 3.399933667 0.09 0.002410909 0.00022553 0.00218538 40.30 44.39
3.1 173.6 2.790996785 3.9161554 2.044470046 0.213040661 3.313040661 0.09 0.002668343 0.00025743 0.00241091 36.04 80.44
3 168 2.709677419 3.765133657 2.112619048 0.227480084 3.227480084 0.09 0.00296348 0.00029514 0.00266834 32.07 112.50
2.9 162.4 2.627831715 3.614637428 2.18546798 0.243438853 3.143438853 0.08 0.003303423 0.00033994 0.00296348 28.36 140.86
2.8 156.8 2.545454545 3.464718144 2.263520408 0.261137851 3.061137851 0.08 0.003696927 0.00039350 0.00330342 24.91 165.77
2.7 151.2 2.462540717 3.315430654 2.347354497 0.280839609 2.980839609 0.08 0.00415487 0.00045794 0.00369693 21.72 187.49
2.6 145.6 2.379084967 3.16683355 2.437637363 0.302858099 2.902858099 0.08 0.004690865 0.00053600 0.00415487 18.77 206.26
2.5 140 2.295081967 3.01898953 2.535142857 0.32757132 2.82757132 0.08 0.005322103 0.00063124 0.00469087 16.05 222.31
2.4 134.4 2.210526316 2.87196582 2.64077381 0.355437631 2.755437631 0.07 0.006070482 0.00074838 0.00532210 13.55 235.87
2.3 128.8 2.125412541 2.725834649 2.755590062 0.387017155 2.687017155 0.07 0.006964176 0.00089369 0.00607048 11.27 247.14
2.23 124.88 2.06549785 2.624115302 2.842088405 0.41169554 2.64169554 0.05 0.007695419 0.00073124 0.00696418 6.51 253.64
2.2 123.2 2.039735099 2.580673802 2.880844156 0.423000155 2.623000155 0.02 0.008039822 0.00034440 0.00769542 2.43 256.07
2.1 117.6 1.953488372 2.436567261 3.018027211 0.464245069 2.564245069 0.06 0.009345615 0.00130579 0.00803982 7.31 263.38
2 112 1.866666667 2.293605953 3.168928571 0.511830188 2.511830188 0.05 0.010945765 0.00160015 0.00934562 5.61 268.99
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00
MURO DE ENCAUSAMIENTO
Series1
57
FIN DEL
TEMA