Bocatoma (Tipeo)- Ejemplo Calculos

7/26/2019 Bocatoma (Tipeo)- Ejemplo Calculos

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PRESAS DE DERIVACIN O BOCATOMAS

BOCATOMAS.- Son estructuras hidrulicas que sirven para derivar el aguade un rio a un canal. La bocatoma estructural consta de las siguientespartes:

1. Barraje o Azud o Dique.

2. entanas de captaci!n o bocal

3. "antallas #rontales.

4. $uros de encauzamiento

5. "oza de disipaci!n de energ%a o soplado

6. $uro de con&namiento

7. 'ransici!n

8. (ompuertas de regulaci!n

9. ertedero lateral

10. (ompuertas despiedradoras o desgravadoras

11. "ilares

12. (anal de derivaci!n

13. Losa de maniobras

14. )nrocados

15. Ancho de encauzamiento estable del r%o

*+jo , Dibujo del )squema

Las obras de (aptaci!n deben cumplir las siguientes condiciones:

a. )n lo posible con cualquier tirante del rio deben captar una cantidad

constante de agua *regulando con vertederos laterales.b. Debe impedir el paso al canal de derivaci!n los sedimentos /

material 0otante.

c. Satis#acer todas las condiciones de seguridad.

)l dise1o de esta estructura est basado en las tres le/es #undamentales dela 2idrulica vale decir:

1. )l principio de conservaci!n de la masa con la ecuaci!n decontinuidad.

La e3presi!n matemtica general es:


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yx zVV V

0x y z

Se aplica en situaciones complejas / la #orma

ms simple.

Q V A

2. "rincipio de la conservaci!n de la energ%a es la #orma mas generalde la ecuaci!n de 4orvis , Sto5es que se escribe:

2 2 2 2 2 2

x2 2 2 2

p Vx Vx Vx Vx Vy Vzgx a

x x y z 3 x x y z x

+ + + + + + =

)n #orma mas simpli&cada con la ecuaci!n de )uler e3presado de lasiguiente #orma:

1 p z Vx Vx. g Vx 0x x x t

+ + + =

)n la #orma ms simple es la ecuaci!n de Bernoulli.

2 2

1 21 1 1 2 2 2

V VZ Y Z Y

2g 2g+ + = + +

3. )l principio de la conservaci!n de la cantidad de movimiento con la)cuaci!n de $omentum / e3presado de la siguiente #orma.

ddFx (m.Vx)

dt=

6 la e3presi!n simple / prctico es:

1 2 1 2F F F Q(V V ) = =

Estim!i"# $%& A#!'( $% E#!)*mi%#t( $%& R+( %# %& s%!t(,$% & B(!t(m

Se determinara con 7 e3presiones e3perimentales:1. -(,m)& $% B&%#!'.

8ue e3presa:

FbB 1.81 Q

Fs=

Donde:

B 9 Ancho estable *encauzamiento del r%o *m


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8 9 (audal m3imo de dise1o 3(m /s)

s 9 actor de orilla

9 ;.< para material suelto

9 ;.= para material ligeramente cohesivo

9 ;.7 "ara material cohesivo

b 9 actor de #ondo

9 ; material &no

"reviamente:

DA'+S:

3Q 1000 m /s= *"eriodo de retorno vida esperada de la estructura

)ntonces:

1.20B 1.81 1000 198.28

0.1= = m.

2. -(,m)& $% A&t),i#/Se e3presa como:

1/2

1/5

QB a

S=

Donde:

B : Ancho de encauzamiento del r%o *m

8 : (audal $3imo del r%o * 3m / s

S : "endiente del r%o

a : "armetro que caracteriza el cauce

9 ;.> ?ona de alta monta1a cauce rocoso

9 ;.@> ?ona de monta1a cauce con boleos cantos rodados /guijarros

9 ;.>; ?onas de #aldas de monta1a cauce #ormado porguijarros grava / arena corriente tranquila.

9


4/34

9


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B 120=

S 0.00!=

Z 0=

Aplicando $aning:

2/3 1/21Q A S#

=

#A B Y=

#

#

B Y

B 2Y

=

+

# B 2Y= +

2/3

1/2#

#

#

B Y1Q B Y (S)

# B 2Y

= +

2/3

1/2#

#

#

120 Y11000 120 Y (0.00!)

0.05 120 2Y

= +

"or tanteo se determina #Y supongo #Y 2.!=

2/3

1/21 120 2.!1000 120 2.! (0.00!)0.05 120 2 2.!

= +

1000 999.89= +.G.

#Y 2.!0 m.=

Dist,i)!i"# $%& #!'( $%& %#!)*mi%#t(


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Pantalla

Frontal

CANAL

TRANSICIN

100.00 m

BARRAJE

1.5 m

La zona de limpia de gruesa estara compuesto por 7 compuertasD)S")DFAD+FAS *lo decide el dise1ador / < compuerta desgravadoraademas tendran la #unci!n de mantener el 0ujo #rente a las Bocatomas decaptaci!n.

Se plantea 7 compuertas con a/uda del manual de AF$(+ de H.;; 3


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TRANSICIN

VentanaCaptac!n

"

# $ 1

B$ B1B# V1

Inco Canal%er&ac!n

V

Comp'erta(Re)'lac!n

VISTA EN PLANTA

CotaCre(taBarra*e

+

,& -"

+ 0./ m ato

- #

-$

- 1

VISTA PERFIL

S

/.1

"reviamente se debe obtener los siguientes:

Datos hidrologicos:

3Q 52.2! m / s= *(audal promedio aritmetico del r%o

3Q 359." m / s= *(audal m3imo

* 50 a&'s 3

max. d$s%&'Q 1000 m / s= =

+,-a F

* 50 3

m#Q 5."0 m / s= = *modulo e3tremo tipo III

3

d-$'+Q 10 m / s= *uso consuntivo de la cedula de cultivo /e3tensi!n de la irrigaci!n

Datos topogra&cos


8/34

(ota 9 @.


9/34

2 2

1 21 1 1 2 2 2

V VZ Y Z Y

2g 2g+ + = + +

1 21.0 = =

Determinamos 2V 4=

"or continudad:

1 1 2 2Q V A V A= =

2

2

QV

A= =

2 2 2A Y B=

+jo 2B 3.2=

2

2 2 2 2

Q 10 3.13V

B Y 3.2 Y Y= = =

(on la ecuaci!n de la cantidad de movimiento:

F$ -$ F1-1

1$

2 1 2 1F F Q(V V ) = +J+ signos:

= +

2 1 1 2F F Q(V V ) = vale

= si concuerda

2Y BYF A Y B

2 2

= = = =

+J+ 2 1B B=


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1$

$#

B$ B1

2 2

1 2 1 1

2

B Y B Y 3.13Q 1.95

2 2 g Y

=

2 2

2

2

3. 3. 10 3.13Y (1.39) 1.95

2 2 9.81 Y

=

2

2

2

3.131.85Y 3.5 1.02 1.95

Y

=

Fesolviendo por tanteos:

2Y 0.88= m.

2

2

Q 10V 3.0

A 3. 0.88= = =

2V 3.0 m/s=


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(omprobando con la ecuaci!n de energ%a:

2

22

2

3.13

Y(1.95)0 1.39 0 Y

2 9.81 2 9.81

+ + = + +

2 2

2

0."991.583 Y

Y= +

Fesolviendo por tanteos:

2Y 0.!=

2

0.501.583 0.!

(0.!)= +

1.583 1.81=

2Y 0.!8=

1.58 1.!5=

(onclusi!n:

2Y 0 m.=

2

2

Q 10V 3.0 m/s%g

A 3.0 0.88= = =

(alculo de la perdida de (arga entre las secciones *


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2 2

1 2

(1.95) (3.0)0 1.39 6 0 0.88

2 9.81 2 9.81+ + + = + +

1 26 0.223 m. =

(alculo del 'irante 3Y .

Aplicando la )c. De Bernoulli.

2232

2 2 2 3 +2 3 3 3

VVZ Y 6 6 Z Y

2g 2g + + + + = + +

7 0 p'- p%,%&a d$sta#+$a

Donde: +2 36 : perdida de carga por contracci!n: de&nido por

2 2

2 3

+2 3

V V6

2g

=

1.1= 2B 3.=

2 2

2

23 3

3

10 Q(3.0)

3.Y A(3.0)0 0.88 11 0 Y

2 9.81 2 9.81 2g

+ + + = + +

2

3

32

3

10

3.Y0.31.3! 0.!3 Y

Y 2 9.81

+ = +

32 2

3 3

0.3 0.31.89 Y

Y Y = +

3 2

3

0."1.89 Y

Y= +

Soluci!n por tanteos:

3Y 1.!0=

1.89 1.89=

3Y 1.!0 m.=

33

Q 10V 1.!9

A 3. 1.!0= = =


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3V 1.!9 m.=

Dise1ando la compuerta de regulaci!n * +:

+: 1.!0 0.228 1.38 m.= =

+: 1.38 m.=

; 1.!0= )s dato porque 21.!0 2 3.2 B = =

CACO DE AS VENTANAS DE CAPTACIN BOCA 6

)cuaci!n de )nerg%a entre *H / *7 *ver la &gura

2 2

3 "3 3


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"V 1.39 m/s=

Dise1o: la altura de la ventana de captaci!n " VY 6 0.80 m.= = tresventanas de: 0.80 3.00 m.

La perdida de carga por contracci!n:

( )2 23 "


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CotaCre(ta

Barra*e

-"

+ 0./ m ato-c 1.5

-n

VISTA PERFIL

/.1

PantallaFrontal

Cota e 6'ro eTran(c!n

Cota e E(pe*oe A)'a

Cota e 6'ro eTran(c!n

+1

71

7$

Cota 6'ro

e Canal

Cota e

A)'a+$

7

Canal e er&ac!n

)ste dimensionamiento se hace para el caudal m3imo de dise1o

( )* 50 3m@xQ 1333 m / s= =

La carga

3/2Q


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ag,a m@x 98.9 2.830 101.80 m.s.#.m.= + =

A>t,-a d% pa#ta>>a -'#ta> 98.9 2.830 20C(2.830) 102.3!! m.= + + =

"ara determinar la altura de los muros de transici!n / altura delcanal de derivaci!n estudiaremos el caso ms cr%tico es decircuando la ventanas de captaci!n *estn completamente abiertos

)l caudal de ingreso por las ventanas de captaci!n es como por ori&cios

sumergidosM 2a/ que considerar que en avenidas lleva rejillas su ecuaci!nes:

1 1 12Q CA g h= o5

Donde:

1Q = (audal de ingreso por el tercer ori&cio *ventana de captaci!n


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1

2

0.90

1.50.!29 0.35

".0

0.!0"

2 1.5 1.5 2

K

hce para

H

C

A hc e

=

= = =

=

= = Femplazando valores:

2 2 20.!0" 1.5 1.5 2 2 9.81 12.0"Q h h= = *HB

"or continuidad / por su 0ujo permanente:

2 1Q Q=

1 1

15.5! 12.0"h h = *>

)n el canal de derivaci!n el tirante debe ser normal * nY el cual se

determina con la ecuaci!n de $anning. Adems se sabe que:

nY 9 4ivel de agua $a3 1 2h h (ota #ondo del canal

1 2

1 2

101.80 9.1

".!3

n

n

Y h h

Y h h

= =

oG *

(omo paso de comprobaci!n el tirante normal nY debe cumplir:

2 1Q Q Q= =

2 /3 1/ 2AR SQ

n= *@

2a/ 7 ecuaciones 7 inc!gnitas * 1 2= = nh h Y ha/ soluci!n por tanteos:

nA B Y=

2

3.

0

0.01

0.0015

n

n

B YAR

P B Y

B

Z

n

S

= =

+

====

4ota: )l nY es di#erente del 1 2 3YY Y determinados ms adelante / porque

11= 10Q Q=


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La soluci!n con los siguientes pasos:

. Se calcula el caudal con el tirante nY en la ecuaci!n *@ de $anning

ManningQ *4ota tambiKn se puede tantear

. Decisi!n si asumidoQ 9 ManningQ 'ermina la ecuaci!n.

Ps( I/


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H. ".!3 1.12 1.88 1.!32nY = =

>. 12."9nQ =

. 1!.5 12."9

. 1!.20nQ =

. 15.5 1!.20


20/34

Luego el (audal de ingreso m3imo es de 315.0 /m s

-i#&m%#t%/

Altura de muro de transici!n:

2 1 2 11.91 20C(1.91 )

1.91 1.0 0.2(1.91 1.0)

3.!1 0.22 ".332

h h h h+ + + + + =

+ + + =+ =

*er esquema de planos

T,:( A !s/ 2acer unos planos en planta donde el canal de derivaci!ncompuerta derivaci!n hasta las ventanas de captaci!nM con corte en 7partes canal de derivaci!n compuerta de seguridad ventanas de captaci!nen una escala adecuada.

?h1=?

Dise1o 2idrulico del barraje / de poza de disipaci!n:

(omo dato se considera la cota media del #ondo dl r%o canal eje longitudinaldel barraje como: @.@< +5.

Del clculo anterior *&g. actQan pantalla #rontalR se tiene que la cota delbarraje es: E.@m. 9 la altura del barraje.

98.9 9.9 1.18m = +5

)l per&l de la cresta del barraje del tipo (reager con parmetro verticalaguas arriba con los siguientes dimensiones del per&l / del barrajenormalizado.


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(alculo de los valores:

DH = Se obtiene de la &gura del esquema de muros / nivel de agua.

101.80 98.9 2.83D

H m= =

2.830.11 3.18

0.89 0.59

Dn D n

HH H H m= + = =

0.11 3.18 0.35d= =

1

2

1

2

0.15 2.83 0."95

0.252 2.83 0.800.2 2.83 0.5

0.5 2.83 1."15

I m

I mR m

R m

= =

= == == =

La ecuaci!n de la curva ser:

1.85 0.85

1.85

1.85

2.0 2.83

".8"

0.20

X Y

X Y

Y X

=

=

=

er &gura:

*m 6*m


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; ;

;.>; ;.;

;


23/34

2a/ que determinar L / ' con los:

- "rincipios de conservaci!n de masa / de energ%a entre la ecuaci!n +u d /

- "rincipio de de la continuidad de movimiento entre las ecuaciones < /=.

)l mKtodo comQnmente es el siguiente:


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Despejamos r

nYYr = 2 es el r calculado.

)l procedimiento termina cuando r asumido 9r calculado / es el

siguiente:B9 ,


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Se debe establecer el talud de la salida de la poza disipaci!nque debe ser capaz de eliminar ----- grandes que logren RR..por el barraje para este ?9 H

B9


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1.21 =C

m! 100=

=0H (arga sobre el Barraje

12 23 gZACQd = *=

Donde: A 9 a 3 b 9 H.;; 3 . */a elegido anteriormente pagina @

*De la &gura

g

ZZ

2

2

11 =

Simpli&cando / (onsiderando !0.02 =C

12

81.92!.53 ZCQd

=

12"2." ZCQd = *7

"or el principio de conservaci!n de )nerg%a:

21 EE = +G

Donde:

g

YE

2

.02

221 ++=


27/34

;.@ 9 dato decidido por el dise1ador

== nYY2 'irante normal del r%o */a se calculo

mY !0.22 =

smm

sm

A

Q /21.3

!0.2120

/10002

3m$#

2 ===

Luego:

( )mE 825.3

81.92

21.3!0.2.0

2

2 =++=

Debe cumplir:

825.321 == EE $u/ importante *H

2agamos tanteos para distribuir el caudal de dise1o.

WWWWWWWWWWW

smQd /50 3=

smQ$ /950501000 3==

m!C

Q

H 5.21001.2

950 3/2

10 =

==

De la &gura:

mHH 15.""0.15.2"0.10 =+=+=

== 33.015."

"0.1

a

H(on este valor obtengo !2.0e *en tabla

= 9!.0K SegQn Grochin

!02.09!.0!2.02 === KeC

De la ecuaci!n *7 despejo ?

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