bocatoma
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El ejemplo para esta hoja de calculo se a realizado del libro "Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados "Ricardo Alfredo López Cualla ESPERO QUE LES SIRVA ...TRANSCRIPT
DISEÑO DE LA BOCATOMA DE FONDO
1. INFORMACION PREVIA
SIMBOLO VALOR UNDPeríodo de diseño P 20 años
Población de diseño 3833 habCaudal de diseño Q 4.6 l/s
Qseco 0.05 m3/sAforo del río Qmáx 20.0 m3/s
Qpromedio 0.2 m3/sAncho del río 1.5 m
2. DISEÑO DE LA PRESA
CARACTERISTICA SIMBOLO VALOR UND FORMULA OBSAncho de la presa L 0.5 m
Lámina de agua en las H 0.03 m
condiciones dediseño
Correción por las dos L' 0.49 m n=2contracciones laterales
Velocidad del río
sobre la 0.32 m/spresa
Verificación 1 OK
3. DISEÑO DE LA REJILLA Y EL CANAL DE ADUCCION:
Vr
0 .3m /s<V <3 .0m/ s
H=( Q1.84 L )
23
L '=L−0 .1∗n∗H
V=Q
L '*H
CARACTERISTICA SIMBOLO VALOR UND FORMULA OBS
Alcance
filo 0.25 msuperior
Alcance
filo 0.15 minferior
Ancho del canal de B 0.35 maducción
Se adopta 0.40
Diámetro barrote 1/2" b 0.0127 m f 1/2"Separación entre barrotes a 0.05 m
Coef. De flujo K 0.9
Velocidad entre barrotesSe supone 0.10 m/s
Area neta
de la 0.051rejilla
Longitud de la 0.16 m
Xs
Xi
Vb
An m2
Lr
B=Xs+0 .10
An=Q
K∗V b
X s=0 .36Vr
23
+0 .60H47
X i=0 .18Vr
47
+0.74H34
Lr=An∗(a+b )
a∗B
rejillaSe adopta 0.70
Nueva Area neta de la 0.223rejilla
Número de N 11.16 orificiosorificios
Se adopta 12
Area neta final de la 0.240rejilla
Velocidad entre barrotes 0.02 m/s
Longitud final de la 0.75 mrejilla
CARACTERISTICA SIMBOLO VALOR UND FORMULA OBS
An m2
An m2
Vb
Lr
N=An
a∗B
An=a∗B∗N
V b=Q
K∗An
Lr=An∗(a+b )
a∗B
An=a
a+b∗B∗Lr
Lr=An∗(a+b )
a∗B
Aceleración de gravedad g 9.81Espesor de muro e 0.30 m
Pendiente fondo canal i 0.03Bordo libre B.L 0.15 m
Niveles de agua en el canal de aducciónProfundidad
aguas 0.02 mabajo
Longitud crítica 1.05 mProfundidad
aguas 0.02 marriba
Altura total del canal de aducción
Aguas arriba 0.17 m
Aguas abajo 0.20 m
Velocidad del agua
al final del canal 0.48 m/s
Verificación 1 OK
4. DISEÑO DE LA CAMARA DE RECOLECCION:
m/s2
he
Lc
ho
Ho
He
Ve
he=hc=( Q2
g∗B2 )13
ho=[2he2+(he−iLc
3 )2]12
−23iLc
Lc=Lr+espesor(muro )
Ho=ho+B . L .
H e=he+(ho−he )+iLc+B . L.
V e=Q
B∗he
0 .3m /s<V e<3 .0m /s
CARACTERISTICA SIMBOLO VALOR UND FORMULA OBS
Alcance
filo 0.29 msuperior
Alcance
filo 0.16 minferior
Ancho de la cámara 0.59 mde recolección
Se adopta 1.50 Por la facilidad de acceso y mant
1.50 Se adopta una cámara cuadradaespesor muro 0.30
Borde libre BL 0.15 mFondo (cabeza) 0.60 m
5. CALCULO DE LA ALTURA DE LOS MUROS DE CONTENCION:
CARACTERISTICA SIMBOLO VALOR UND FORMULA OBS
Ancho L 1 mBorde libre BL -3.91 m
Altura de losmuros de H' 4.91 m
contenciónH 1.00
6. CALCULO DE COTASCOTA
Fondo del río en la captación 100.00 Léido del plano topográfico
Lámina sobre la presa: H Diseño 0.03 100.03 Máxima 7.79 107.79 Promedio 0.36 100.36
Corona de los muros de contención 1.00 101.00
Canal de aducción Fondo aguas arriba 0.17 99.83 Fondo aguas abajo 0.20 99.80 Lámina aguas arriba 0.02 99.85 Lámina aguas abajo 0.02 99.83
Xs
Xi
Bcámara
Lcámara
B=X s+0 .30
X s=0 .36Ve
23
+0.60he
47
X i=0 .18Ve
47
+0 .74he
34
H=( Qmáx
1.84 L )23
H=H '+B . L .
Cámara de recolección Cresta del vertedero de excesos 0.15 99.65 Fondo 0.60 99.05
Se adopta en esta etapa del diseño un valor de 60 cm por lás pérdidas de conducciónde la bocatoma al desarenadorTubería de excesos Cota de entrada 99.05 Cota del río en la entrega 97.65 Léido del plano topográfico Cota de salida 97.95La cota del río en el punto de descarga corresponde a la cota máxima del río, 50 metrosaguas debajo de la captación
7. CALCULO DEL CAUDAL DE EXCESOS:
CARACTERISTICA SIMBOLO VALOR UND FORMULA OBS
Lámina de agua en las H 0.36 m
condiciones dediseño
Caudal captado
a través de la 0.192rejilla
Coeficiente de descarga 0.3Caudal de
excesos 0.187
Lámina o altura
de excesos 0.17 m**
Volúmen
de excesos 0.75 m
Alcance
filo 0.51 msuperior
El vertedero de excesos estará colocado a 0.8 m de la pared de la cámara de recolección
8. CALCULO DE LA TUBERIA DE EXCESOS:
CARACTERISTICA SIMBOLO VALOR UND FORMULA OBS
Perdida i 2.21 %de carga ***
Perdida
Qcaptado m3/s
Cd
Qexcesos m3/s
Hexc.
Vexc.
Xs
H=(Qprom río
1.84 L )23
Qcaptado=Cd An√2gH
Qexcesos=Qcaptado−Qdiseño
V exc .=Q exc .
H exc .∗Bcámara
H exc .=( Qexc .
1 .84 L )23
X s=0 .36Vexc
23
+0 .60Hexc
47
i=Cotaentrada−Cota salida
Longitud∗100
de carga J 0.0221 m/munitaria
Diámetro interno D 0.33 mde la tubería 12.86 "
Se adopta 13 "
Ver resultados >>>>>>>
D=( Qexc
0 .2785∗C∗J0 .54 )12 .63
Resultados del diseño. Planta
B
0.6
0.3 0.2 0.40 0.7
0.05
0.5
1.5 0.70 f 1/2"
A 12 orificios
0.30
0.70 0.8
1.50 13
compuerta
Al desarenador
B
Resultados del diseño. Corte B-B
0.6 0.5 0.3 1.50 0.30
101.00
107.79 Nivel Máx.
100.36 Nivel Prom.
100.03 Nivel Diseño
100.00
99.83
99.80
99.65
1.05
99.05
98.75
Resultados del diseño. Corte A-A
1.00
f "
Tapa H.F f 0.6
Escalones f 3/4" c/0.30
0.3 0.2 0.7
0.40
Resultados del diseño. Detalle del canal0.70 0.30
0.15
0.15
0.17
0.02 0.03 0.20
-0.01
0.02
3 %
1.05
A
al desague
Tapa H.F f 0.6
Escalones f 3/4" c/0.30
DISEÑO DEL SEDIMENTADOR
01.0 CONSIDERACIONES DE DISENO.
ZONA 1: Cama de aquietamiento, debido a la ampliacion de la seccion, se disipa el exceso de energia de velocidad en la tuberia de llegada. El paso de agua a la zona siguiente se puede hacer por medio de una canal de reparticion con orificios sumergidos.ZONA 2: Entrada al desarenador, constituida entre la camara de aquietamiento y una cortina, la cual obliga a las lineas de flujo a descender rapidamente de manera que se sedimente el material mas grueso inicialemnte.ZONA 3: Zona de sedimentacion, es la zona en donde se sediementan todas las particulas restantes y en donde se cumple en rigor las leyes de sedimentacion..ZONA 4: Salida del desarenador, consituida por una pantalla sumergida, el vertedero de salida y el canal de recoleccion. esta zona debe estar completamente tapada con el fin de evitar la posible contaminacion exterior.ZONA 5: Almacenamiento de lodos: comprende el volumen entre la cota de profundidad util en la zona 3, y el fondo del tanque. El fondo tiene pendientes longitudinales y transversales hacia la tuberia de lavado.
02.0 CONDICIONES DE LA TUBERIA Y/O CANAL DE ENTRADA.
02.1 CANALCaudal de en entrada (Q): 0.01300 m3/segVelocidad (V): 1.09 m/sGradiente (S%):
02.2 CONDICIONES DE DISENO DEL DESARENADOR.Temperatura (T): 15 (°C)Viscosidad cinematica: 0.01059 cm2/sGrado del desarenador: 1 (n)Relacion longitud:ancho 3 L:BCota de la lamina a la entrada del desarenador: 99.05 msnm
03.0 CALCULOS DE LOS PARAMETROS DE SEDIMENTACION.03.1 Velocidad de sedimentacion de las particulas
2.65 gr/cm31 gr/cm3
981 cm/s20.01059 cm2/s0.005 cm0.212 cm/s
03.2 Para un grado de desarenador (n=1), donde las pantallas deflectores son deficientes o no se cuenta con estas se tiene:
n (grado del desarenador)= 1Remocion (%) 75 %
De la tabla del Número de Hazen para las dos condiciones:
El tiempo de demora de la partícula en llegar al fondo (t):
ps: peso especifico de la particula=p: peso especifico del liquido=g: aceleracion de la gravedad=u: viscocidad cinematica del fluido=ds: diametro de la particula (arena muy fina) "ds"Vs: Velocidad de sedimentacion=
ZONA 1: Cama de aquietamiento, debido a la ampliacion de la seccion, se disipa el exceso de energia de velocidad en la tuberia de llegada. El paso de agua a la zona siguiente se puede hacer por medio de una canal de reparticion con orificios sumergidos.ZONA 2: Entrada al desarenador, constituida entre la camara de aquietamiento y una cortina, la cual obliga a las lineas de flujo a descender rapidamente de manera que se sedimente el material mas grueso inicialemnte.ZONA 3: Zona de sedimentacion, es la zona en donde se sediementan todas las particulas restantes y en donde se cumple en rigor las leyes de sedimentacion..ZONA 4: Salida del desarenador, consituida por una pantalla sumergida, el vertedero de salida y el canal de recoleccion. esta zona debe estar completamente tapada con el fin de evitar la posible contaminacion exterior.ZONA 5: Almacenamiento de lodos: comprende el volumen entre la cota de profundidad util en la zona 3, y el fondo del tanque. El fondo tiene pendientes longitudinales y transversales hacia la tuberia de lavado.
Vs=g
18 .u∗( ps−p )∗ds2
θt=3
H: altura del sedimentador (ver grafico) 1.5 mVs: Velocidad de sedimentacion= 0.212 cm/s
t= 707.50 sPor consiguiente el periodo de retencion hidraulica sera:
q = 2122.5 s0.59 hr
NOTA:el periodo de retencion hidraulica debe estar entre: 0.5hr y 4hr.
0.5hr < 0.59hr < 4 hr
03.3 El volumen del tanque (V) sera por consiguiente:V= 27.59 m3
03.4 El area superficial del tanque (As) es:18.395 m2
03.5 Las dimensiones del tanque seran L:BL=3B
B= 2.48 mL= 7.44 m
03.6 La carga hidraulica para este tanque sera:
q= 0.00070671 m3/m2*sq= 61.06 m3/m2.dia
NOTA:La carga hidraulica debe estar comprendida entre: 15 y 80m3/m2.dia
### ### ###
03.7 Como se demostro anteriormente, la carga hidrauilica superficial es igual a la velocidad de sedimentacion de la partícula
Vo=q 0.00070671 m/sVo= 0.07067138 cm/s
03.8 Comprobando. (ds=do)
V=θ∗Q
As=VH
B=√ As
3L=3∗B
q=QA s
t=HV s
θ=3 .0∗t
do=√ V o∗18∗μg∗( ρ s− ρ)
2.65 gr/cm31 gr/cm3
981 cm/s20.01059 cm2/s0.0707 cm/s0.0029 mm
Tambien se demostró que la relación de tiempos es igual a la relación de velocidades:Vs= 0.212 cm/sVo= 0.07067138 cm/s
Vs/Vo= 3
03.9 CALCULO DE LA VELOCIDAD HORIZONTALVelocidad horizontal:
Vh= 0.3495 cm/sVh= 0.3505 cm/s
Velocidad horizontal maxima:Vhmáx = 4.24 cm/s
04.0 CALCULO DE LOS ELEMENTOS DEL DESARENADOR04.1 VERTEDERO DE SALIDA.
Hv= 0.0202 m
Vv= 0.2599 m/s
La velocidad de la cresta en teoria debe ser mayor de 0.30m/s para poder aplicar en rigor la ecuacion de alcance horizontal de la vena vertiente.
Xs= 0.21 m
ps: peso especifico de la particula=p: peso especifico del liquido=g: aceleracion de la gravedad=u: viscocidad cinematica del fluido=Vs: Velocidad de sedimentacion=do: diametro de la particula (arena muy fina) "ds"
do=√ V o∗18∗μg∗( ρ s− ρ)
θt=V s
V o
V h=QW
=V o∗L
H
V hmáx=20∗V s
H v=( Q1 .84∗B )
23
V v=Q
B∗H v
X s=0 .36(V v)23+0.60 (H v )
47
04.2 PANTALLA DE SALIDA0.75 m0.30 m
04.3 PANTALLA DE ENTRADA0.75 m1.86 m
04.4 ALMACENAMIENTO DE LODOS:Profundidad máxima= 0.4 m
2.48 m4.96 m
16.13 %16.13 %8.06 %
04.5 CAMARA DE AQUIETAMIENTO0.50 m0.83 m
Largo (adoptado)= 1.00 m
Profundidad (H/2)=Distancia al vertedor de salida (15Hv)=
Profundidad (H/2)=Distancia a la cámara de aquietamiento (L/4)=
Distancia de salida a la camara de aquietamiento (L/3Distancia de salida al vertedero salida (2L/3)=Pendiente transversal (0.4/B)=Pendiente longitudinal (en L/3)=Pendiente longitudinal (en 2L/3)=
Profundidad (H/3)=Ancho (B/3)=
X s=0 .36(V v)23+0.60 (H v )
47