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MARCO XAVIER REY CONTENTO
DISEÑO HIDRAULICO
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCION DEL SEGUNDO PARCIAL CORRESPONDIENTE AL
SEGUNDO TRIMESTRE
DISEÑO DE UNA TOMA CONVENCIONAL
ALUMNO:MARCO XAVIER REY CONTENTO
CATEDRATICO:ING. FRANCISCO VERA
CURSO:QUINTO AÑO “D”
MACHALA – EL ORO - ECUADOR
MARCO XAVIER REY CONTENTO
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
UNIVERSIDAD TECNICA DE MACHALA
INTRODUCCION
La obra de toma es la estructura hidráulica de mayor importancia de un sistema de
aducción, que alimentará un sistema de generación de energía hidroeléctrica, riego,
agua potable, etc. A partir de la obra de toma, se tomarán decisiones respecto a la
disposición de los demás componentes de la Obra.
Los diferentes tipos de obras de toma han sido desarrollados sobre la base de estudios
en modelos hidráulicos, principalmente en aquellos aplicados a cursos de agua con
gran transporte de sedimentos.
En el caso de sistemas en cuencas de montaña, debido a las condiciones topográficas,
las posibilidades de desarrollo de embalses son limitadas. Por tal motivo, es usual la
derivación directa de los volúmenes de agua requeridos y conducirlos a través de
canales, galerías y/o tuberías, para atender la demanda que se presenta en el sistema
de recepción (agua potable, riego, energía, etc.).
Cada intervención sobre el recurso hídrico, origina alteraciones en el régimen de
caudales, aguas abajo de la estructura de captación, por lo que su aplicación deberá
considerar al mismo tiempo la satisfacción de la demanda definida por el proyecto y
los impactos sobre sectores ubicados en niveles inferiores.
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UBICACIÓN
MARCO XAVIER REY CONTENTO
PROYECTO
DISEÑAR UNA TOMA DE FONDO PARA LOS SIGUIENTES DATOS:
DATOS:
QCAP=7 m3/seg
Q MC=25 m3/seg
γ m=3 ton /m3
∅=0.80 m
iREJILLA=25 %
δ=1400 kg /c m2
b=5 cm
S=1cm
1 DIMENSIONES DE REJA.
1.1 DIMENSIONES DE LA PLETINA
Peso específico del material sumergido
γ H2 O=1Ton /m3 γs=γ m−¿γ H 2O¿
γ m=3 Ton /m3 γ s=3 Ton/m3−1 Ton /m3
γ s=2Ton /m3
Volumen del material sobre la rejilla.
V MATERIAL=16
π ∅3
V MATERIAL=16
π (0,80 m)3
V MATERIAL=0.268 m3
Peso del material sobre la rejilla.
G=Vol∗γ s
G=0,268 m3∗2Ton /m3
G=0,536 Ton.
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Para calcular el ancho y el alto de la pletina asumimos tres longitudes
distintas.
L'=√ L2(i2+1) Longitud de la rejilla
M=G8∗(L'+0.05) Momento máximo
W =( Mδ )∗105
Momento resistente
a=√ 6 WS
Ancho de pletina
i L L' M (ton) W (ton) a (cm) Sección
0,25 0,50 0,52 0,04 2,71 4,04 1/2" x 1 3/4"
0,25 0,75 0,77 0,05 3,57 4,63 1/2" x 2"
0,25 1,00 1,03 0,07 5,00 5,48 1/2" x 2 1/4"
0,25 1,25 1,29 0,09 6,43 6,21 1/2" x 2 1/2"
0,25 1,50 1,55 0,11 7,86 6,87 1/2" x 2 3/4"
Escogemos para el valor de L=1,00
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PARA L= 1,00 ML'=√ L2(i2+1)L'=√(1,00)2(0,252+1)L'=1,03 m
M=G8∗(L'+0.05)
M=0,5368
∗(1,03+0.05)
M=0,07 TON
W =( Mδ )∗105
W =( 0,07 TON1400 )∗105
W =5,00 cm
a=√ 6 WS
a=√ 6 (5)1
=5,48 cm
L
Momento
1.2 DIMENSIONAMIENTO DE LA REJILLA EN FUNCION DE LA
OBSTRUCCION.
Según E. Zamarín:
Q=C . K . B . L .√2 g hm
Donde:
Q = Caudal captado
C = Coeficiente de contracción de la vena líquida.
K = Coeficiente de reducción de área efectiva.
B = Ancho de la rejilla
L = Longitud de la rejilla.
hm= Carga hidráulica sobre la rejilla.
El coeficiente de contracción de la rejilla está dado por:
C=Co−0.325i
i = inclinación de los barrotes
Co = Coeficiente de forma de los barrotes; está en función de la
relación:
a/b 4 Co = 0.60
a/b 4 Co = 0.50
El coeficiente de reducción del área efectiva viene dada por:
K=(1− f )( bb+S
)
Según Backmeteff - Boussineq:
Q=2,55C . K . B . L√Ho
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Donde:
Ho = energía específica o carga hidráulica.
Ho=( Q2,55 C . K . L. B )
2
B= Q
3,2 (C . K . L )1,5
Calculando Co
ab=4,14
5=0,83<4 →Co=0,5
CALCULANDO
L B Ho(m) (m) (m)0,50 51,46 0,1920,75 28,01 0,2881,00 18,19 0,3841,25 13,02 0,4791,50 9,9 0,576
Escogemos L X B = 1,0 X 18,20 como opción de diseño.
PARA L= 1 m
COMPROBACIÓN DEL CAUDAL
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C=Co−0.325i
C=0,50−0.325(0.25)
C=0,42
K= (1−f )( bb+S )
K= (1−0,3 )( 56 )
K=0,58
Q=2,55C . K . B . L√Ho
Q=2,55(0,42)(0,58)(18,20)(1)√0,38
Q=7,00 m
B= Q
3,2 (C . K . L )1,5
B= 7
3,2 (0,42∗0,58∗1 )1,5
B=18,20 m
Ho=( Q2,55 C . K . L. B )
2
Ho=( 72,55∗0,42∗0,58∗1∗18,20 )
2
Ho=0,38 m
2. MUROS DE ALA
DATOSQmc=25 m3/segB=18,20 mg=9,81 m/ seg2
NOTA: La altura de los muros de ala será igual a la cota de la rejilla más la altura “H”COTA DEL MURO =2200 +1,20 =2201,2
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FORMULAS A UTILIZARH=H '+BLH '=3 /2(Yc)
Yc=3√((Qc /B)2
g )
H=Altura de muro de alaBL=Borde libreH '=AlturaCriticaYc=Calado crecidaQc=Qmc=Caudal de maximacrecidaB=Separacion entremuros
H '=3 /2(Yc)H '=3 /2(0,59)H '=0,87m
Yc=3√((25/18,20)2
9,81 )Yc=0,58 m
H=H '+BLH=0,89+0,31H=1,20 m
3. DISEÑO DE LA GALERIA
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DATOSVo=1 m/ segVf =2 m /segn=0,03g=9,81 m/ seg2Q=7 m /segB=19,20 m
FORMULAS UTILIZADAS:
Qx=QB∗(x)
Vx= Vf −VoB
∗( x )+Vo
Jx=Vx2∗n2
R4 /3
hf =Jx∗(x )
PARA X= 3,64
Qx=QB∗(x )= 7,0
18,20(3,64 )=1,40 m /seg
Vx= Vf −VoB
∗( x )+Vo= 2−118,20
(3,64 )+1=1,20 m /seg
A=QxVx
=1,401,20
=1,17 m2
P=2 d+L=2 (1,17 )+1=3,34 m
Jx=Vx2∗n2
R43
=1,202∗0,03
0,1843
=0,005
hf =Jx∗( x )=0,005∗3,64=¿0,019Perfil=d+suma hf +V x2/2 gPerfil=1,17+0,019+0,07=1,26 m
Perfil = d + Suma(hf) + Vx²/2g
x Qx Vx A d P RR⁴ʹ³ J hf
SumaVx²/2g Perfil
(m) (m³/s) (m/s) (m²) (m) (m) (m) hf
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13)
0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 0,000 0,000 0,000 0,05 0,05
3,64 1,40 1,20 1,17 1,17 3,33 0,35 0,25 0,005 0,019 0,019 0,07 1,26
7,28 2,80 1,40 2,00 2,00 5,00 0,40 0,29 0,006 0,044 0,063 0,10 2,16
10,92 4,20 1,60 2,63 2,63 6,25 0,42 0,31 0,007 0,080 0,143 0,13 2,90
14,56 5,60 1,80 3,11 3,11 7,22 0,43 0,33 0,009 0,131 0,273 0,17 3,55
18,20 7,00 2,00 3,50 3,50 8,00 0,44 0,33 0,011 0,197 0,470 0,20 4,17
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4. CALCULO DEL ORIFICIO DE PASO
L x a₀A Q
Cota Mhi
Cota Z(m²) (m³/s) (m)
1,00 x 0,20 0,20 7,00 1996,03 173,43 1995,83
1,00 x 0,30 0,30 7,00 1996,13 77,08 1995,83
1,00 x 0,40 0,40 7,00 1996,23 43,36 1995,83
1,00 x 0,50 0,50 7,00 1996,33 27,75 1995,83
1,00 x 0,60 0,60 7,00 1996,43 19,27 1995,83
1,00 x 0,70 0,70 7,00 1996,53 14,16 1995,83
1,00 x 0,80 0,80 7,00 2196,63 10,84 2195,83
1,00 x 0,90 0,90 7,00 2196,73 8,56 2195,83
1,00 x 1,00 1,00 7,00 2196,83 6,94 2195,83
1,00 x 1,10 1,10 7,00 2196,93 5,73 2195,83
1,00 x 1,20 1,20 7,00 2197,03 4,82 2195,83
1,00 x 1,30 1,30 7,00 2197,13 4,10 2195,83
1,00 x 1,40 1,40 7,00 2197,23 3,54 2195,83
1,00 x 1,50 1,50 7,00 2197,33 3,08 2195,83
1,00 x 1,60 1,60 7,00 2197,43 2,71 2195,83
1,00 x 1,70 1,70 7,00 2197,53 2,40 2195,83
1,00 x 1,80 1,80 7,00 2197,63 2,14 2195,83
1,00 x 1,90 1,90 7,00 2197,73 1,92 2195,83
1,00 x 2,00 2,00 7,00 2197,83 1,73 2195,83
MARCO XAVIER REY CONTENTO
FORMULAS UTILIZADAS:Q=Cd∗A∗√2 g hi
hi=Q2
7,06 A2
Cd=Coeficiente descarga=0,50hi=Carga al centro del orificio
hm= Q2
(C . K . L . B )22 g
hm= 7,02
(0,42 x 0,58 x 1,0 x 18,20 )2(2 x 9,81)
hm=0.13
COTA Qmin=2000+0.13=2000,13
COMPROBACION=2195,83+ 1,402
+3,54=2000,07
COTA Z= COTA REJA – PERFIL DE FONDO COTA Z= 2000 – 4,17 COTA Z = 1995,83
COTA M= COTA Z + a₀COTA M= 1995,83 + 1,40COTA M= 1997,23
NOTA : Se escoge la sección de 1 x 1,40 por cumplir con la cota requerida .
DISEÑO DEL ORIFICIO DE PASO
Cajon Distribuidor = 3,0 x 3,0 mts
h 1=COTA Qmin−COTA Zh 1=2200,13−2195,83h 1=4,30
D=√ 4 QπCd√2 g h1
D=√ 4(7,0)π (0,50)√2(9,81)(4,30)
D=1,39 m ≈ 1150mm
Q=Cd ( π D2
4 )√2 g . h 1
Q=(0,50)( π (1,39)2
4 )√2(9,81)(4,30)
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Q=6,97
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