diseÑos hidraulicos
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DISEÑOS HIDRÁULICOS EXMANESTRANSCRIPT
PRÁCTICA DEL MÓDULO 3
1. Se tiene un canal de sección transversal revestido (n=0.015), que tiene un ancho de b= 4 m, y una gradiente de i=0.0004. Por este canal circula normalmente un caudal de Q=10.7 m3/s. Con un calado de d = 2m.
Cuando el caudal aumenta a Q=15 m3/s. se requiere extraer Q= 3 m3/s. por un vertedero cuya cresta, está a 2 m. sobre el fondo. Que longitud debe tener el vertedero.
Ymax = 2.3 m
Yn = 2.00 mY2 = 2.25m
h2 = 0.30 m
Q= 3 m3/s
L = 15m
1.- Cálculo de los tirantes
2.- Cálculo de h
h1 = 0.8 x h2 = 0.24 m
h = (0.3 + 0.24)/2 = 0.27
3.- Caudal a Evacuar
4.- Calculo de L
Para µ = 0.5 y aplicando ecuación:
Solución:
2. Calcular hidráulicamente la alcantarilla en el cruce del canal La mora, con un camino parcelario, la pendiente del canal es de 4º/oo, y que no es posible modificarlo, ni antes ni después del cruce, puesto que el canal ya está construido, además el lecho y los taludes son de material pedregoso (canto rodado medio).
Características del canal en tierra:
Q: 5 m3/sb: 2.5 mn: 0.035Z: 1.5Y: 0.95 mV: 1.34 m/s
H: 1.30 (altura de la caja del canal)
Área =
Tirante =
1. Según el problema se tiene:
Velocidad de diseño = 1.34 m/s
Caudal máximo = 5.0 m3/s
Si asumimos una plantilla de 3 m nos resulta un tirante de:
Área: Plantilla x tirante = 3.73 m2
Tirante = 1.24 ≈ 1.25 m
T2 = 3.20 m
En consecuencia podemos asumir una alcantarilla de 2 ojos, cada ojo de sección rectangular de: 1.5 x 1.5, con un borde libre de 0.25 que puede servir para los avenamientos y para caudales imprevistos o extraordinarios mayores a Qmáx.
2. Longitud de transiciones
T1 = b+2Zy = 2.50 + 2*1.50*0.95 = 5.35 m
σ/2 = 45º (para asegurar una mayor capacidad de embalse en casos fortuitos)
Como Lt = resulta demasiado corto se toma: Lt = D + b = 1.5 + 2.5 = 4.0 m
3. Cota de la plantilla de la alcantarilla en el Punto 2
Cota 1 = 100.0 msnm (del perfil del canal)
Nivel de agua en 1 = 100.0 + 0.95 = 100.95 m.s.n.m. Cota en 2 = 100-95 – 1.25 = 99.70 msnm
Nivel de agua en 2 = 99.70 + 1.25 = 100.95 m.s.n.m.
4. Longitud de la alcantarilla
Cota del camino = 102,00
Cota del punto 2 = 99.70
Dif. de cotas = 2.30 m
S= 1 o/oo
Longitud = 5.5 + 2 (1.5 x 2.30) = 12.40 m
5. Cota de la plantilla de la alcantarilla en 3
Cota del punto 2 – (0.001 x 12.40) = 99.70 – 0.0124
Cota de la plantilla en 3 = 99.688
Nivel de agua en 3 = 100.938 m.s.n.m.
6. Cota de la plantilla en el punto 4
Se obtiene del perfil del canal y esta equivale a:
Longitud de alcant. + Transiciones = 20.40 m
Desnivel: 0.004 x 20.40 = 0.0816 m
Cota 1 – 0.0816 = 100.0 – 0.0816 = 99.92
Cota de la plantilla en 4 = 99.92
Nivel de agua en 4 = 99.92 + 0.95 = 100.87 m.s.n.m.
7. Chequeo o comprobación hidráulica
Eº 1 = E4 + ∑ perdidas (A)
En este caso calcularemos las pérdidas analíticamente
Pérdidas por Entrada
Según las ecuaciones descritas:
A1 = (2.5 + 1.5 x 0.95) 0.95 = 3.73 m2
A2 = 2 (1.5 x 1.25) = 3.75 m2
R 1 = 0.63 mR 2 = 0.47 m
S = 0.001
F1 = 2.5 – 2 x 0.95 1 + 1.52 = 5.93 m
F2 = 2 (1.25 x 2 + 1.5) = 8 m
R = 0.55 (promedio)
F = 0.037 (según 2.5.2.3.) Reemplazando valores, se tiene: Pog = 0
Pérdidas por fricción
Perdidas = 12.40 x 0.001
Perdidas = 0.0124 m
Perdidas por salida
Reemplazando valores se obtiene: Pa = 0
8. Sumatoria de pérdidas
Perd. = Pe + Pf + Ps = 0.0124 m
Se puede concluir que cuando se proyecta con velocidades iguales las perdidas de cargas se pueden despreciar.
Reemplazando valores en la igualdad (A)
E1 = E4 = Perdidas
100.0 + 0.95 + 0.092 = 99.92 + 0.95 + 0.0124
101.042 = 100.974
DIF. = 0.068 m
Lo que significa que no habrá problema hidráulico, puesto que la carga hidráulica en 1 es mayor que en 4.
Inclinación de las transiciones
Transición de entrada
4 = 13.3 o sea 13.3:1
100.0 − 99.70
99.92 − 99.65
Transición de salida
4 = 14.6 o sea 14.8:1
Ambas son más planas que 4:1 luego se aceptan
ES Q UEM A DEF INITIVO
3. Diseñar un desarenador para sedimentar las partículas que conduce un canal de riego, diseñado en tierra, con un caudal de 5 m3/s.
El desarenador debe ser de velocidad lenta aplicando:
Para el diseño del desarenador dado se procedió a repartir el caudal total 5 m3/s, para la distribución de caudales de las otras canoas, teniendo como caudal unitario por canoa de 1 m3/s.
= 0.30 m/s
De donde se asume k = 8.25 (granos redondeados según Sudry)D = 0.00005 m: 1.8 g/cm3Despejando los datos se tiene:
= 0.165 m/sTambién se conoce que:
Fórmula de Sco + 8.3d
La teoría de la simple sedimentación
El efecto retardador de la turbulencia
Sabiendo que el diámetro de la partícula es: 0.5 mm, ɤgrava:1.8 g/cm3, realizar el diseño de las 5 canoas, siguiendo el procedimiento enseñado en clase.
Desarrollo:
Hallando la velocidad: utilizando la fórmula de camp.
Se halla a para un diámetro de 0.5 mm
a) La teoría de la simple sedimentación
è Fórmula de Owen:
Reemplazando d, se tiene: + 8.3x0.00005
W =
Longitud del desarenador:Asumimos: h=1.40 m
V=Qxt = 12.0 m3
Donde:
Redondeando L=4.00 m
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE AGUA Y VOLUMEN DEL TANQUE
El ancho del desarenador:
Redondeando b=2.40 m
El tiempo de sedimentación
Redondeando b=12.00 Seg.
Volumen de agua conducida
Capacidad del tanque
V=b x h x L = 13.44 m3
Hallando L corregida:
K = 1.50….v=0.30 m/s
A0=0.316 m2
l=
l=0.562 m
V=3.169 m/s.
De donde se asume k = 8.25 (granos redondeados según Sudry)D = 0.00005 m: 1.8 g/cm3Despejando los datos se tiene:
= 0.165 m/sTambién se conoce que:
Fórmula de Sco + 8.3d
L = 6.00 m.
Calculo de las dimensiones de la compuerta de lavado:
(Se considera una compuerta de sección cuadrada porque se abre hasta la mitad)
Calculo de la velocidad de salida
a) Cuando existe la presencia de la turbulencia:
è Fórmula de Owen:
Reemplazando d, se tiene: + 8.3x0.00005
W =
De donde:
v=0.30 m/sh=1.29mw’=0.11
Según Levin
w’=αvHallando α:α=0.28De donde:
L=22.76 mL=9.00 m
Según Eghiazaroff
Sabiendo que:
W’=0.084 m/s. (redondeando)
Sabiendo que:
Remplazando datos tenemos:
Para w=0.127 m/s, h=1.29 m, v=0.30 m/s y w’=0.11 m/s y w’= 0.084 m/s.
Lprom = 15.88
Redondeando L=16.00m
Para el diseño del desarenador dado se procedió a repartir el caudal total 5 m3/s, para la distribución de caudales de las otras canoas, teniendo como caudal unitario por canoa de 1 m3/s.