Tema IV _2 Diseño de Bocatomas_aplicacion

10
23/08/2010 1 DISEÑO DE BOCATOMAS Facultad de Ingeniería y Arquitectura Ing. Giovene Pérez Campomanes [email protected] 2 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.

Transcript of Tema IV _2 Diseño de Bocatomas_aplicacion

Page 1: Tema  IV _2  Diseño de Bocatomas_aplicacion

23/08/2010

1

DISEÑO DE BOCATOMAS

Facultad de Ingeniería y Arquitectura

Ing. Giovene Pérez [email protected]

2

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.

Page 2: Tema  IV _2  Diseño de Bocatomas_aplicacion

23/08/2010

2

7 8

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

9

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.

10

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

11

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

12

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:

Page 3: Tema  IV _2  Diseño de Bocatomas_aplicacion

23/08/2010

3

13 14

De la ecuación de la conservación de la energía entre los

puntos 0 y 1

15

Conjugando y2 con la ecuación:

b. Longitud de poza:

Es determinada con los valores hallados de

16

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

Page 4: Tema  IV _2  Diseño de Bocatomas_aplicacion

23/08/2010

4

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

21

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

23

• 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

24

Page 5: Tema  IV _2  Diseño de Bocatomas_aplicacion

23/08/2010

5

SOLUCION

25

1. Estimado del ancho de encauzamiento del

río:

a) Método de altunin:

26

a 0,75

Qd 1000,00

S 0,0076

B (m) 62,94

b). Método de Blench:

27

Qd 1000,00

Fb 1,2

Fs 0,2

B (m) 140,20

c).Método de Petit:

• Hallando el ancho promedio: ( Bprom.):

28

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:

30

Qd 1000,00n 0,05B 94S 0,0076

Yn 3.03

Page 6: Tema  IV _2  Diseño de Bocatomas_aplicacion

23/08/2010

6

3. Realizamos el mismo procedimiento para hallar

Y1, en el canal de derivación:

33

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:

34

*

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:

36

Y3 (m) 1.47

A (m2) 5.44

V3 (m/s) 1.84

Page 7: Tema  IV _2  Diseño de Bocatomas_aplicacion

23/08/2010

7

6. Calculo de y4:

37

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:

38

LONGITUD DEL BARRAJE LBjn 83.5

Qd 1000.0COEFICIENTE

VERTEDERO TIPO CREAGER ( C ) 2.1

HD 3.18

8. Hallando la altura del barraje:

39

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):

40

NAME 101.88

AMPC 102.25

COTA PANTALLA FRONTAL (msnm) 102.25

41

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

42

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)

Page 8: Tema  IV _2  Diseño de Bocatomas_aplicacion

23/08/2010

8

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

43

Yn 101,88 - ∆h1- ∆h2 - 97,17 – 2.40

Yn 2,31- ∆h1 - ∆h2

A B * Yn = 2*YnB 2n 0.017s 0.0015

44

45

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

46

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

47

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

48

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

Page 9: Tema  IV _2  Diseño de Bocatomas_aplicacion

23/08/2010

9

14. Hallando la poza disipadora de energía:

49

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

51

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

52

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

53

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

54

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

Page 10: Tema  IV _2  Diseño de Bocatomas_aplicacion

23/08/2010

10

55

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

56

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