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DISEÑO HIDRAULICO DE CAIDA SIN OBSTACULOS
CANAL DE INGRESO CANAL DE SALIDA
Q = 0.5 m3/seg Q= 0.5 m3/seg
S = 0.002 S= 0.005
f = 0.3 m f 0.3 m
Z = 1 Z= 1
n = 0.015 n= 0.015
Angulo conver= 27.5 El3= 3348.5
Angulo Diverg= 25
Elv0= 3350.5 msnm
h = 1.00 m
1.- Diseño de canales aguas arriba y aguas abajo
AGUAS ARRIBA: AGUAS ABAJO
A= by+zy^2
P= b+2y(1+z^2)^(1/2)
T = b+2Zy
b/y = 2((1+Z^2)(^1/2)-Z) 0.83 m 0.83 m
Q = A^(5/3) x S^(1/2)/n. (P)^(2/3)
Resolviendo por tanteos
y= 0.57 m y= 0.48 m
0.0047 0.00484 0.0012 0.00122
Geometria del canal ingreso Geometria del canal salida
y = 0.570 m y = 0.480 m
b = 0.472 m b = 0.398 m
A = 0.594 m2 A = 0.421 m2
P = 2.084 m P = 1.755 m
T = 1.612 m T = 1.358 m
f = 0.300 m f = 0.300 m
v = 0.842 m/seg v = 1.187 m/seg
F= 0.44 F= 0.68 Ok flujo subc
2.- Calculo del ancho de la caida y el tirante de la seccion de control
Previamente se calcula la energia en los puntos 1 y 2
H1 = 0.606 m H2 = 0.55 m
q = 0.698 m3/seg/m
B = Q/q 0.700 m
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3.- Calculo de las transiciones
Transicion de entrada
B1= Ancho de la base mayor
B2= Ancho de la base menor
x1= 0.114 m
T1= Espejo de agua mayor
T2= Espejo de agua menor
x2= 0.456 m
Como:
Lte= 0.876 m
1.500 m Adoptado
Transicion de salida
x1= 0.151 m
x2= 0.329 m
Como:
Lte= 0.71 m
1.500 m Adoptado
4.- Dimensinamiento de la caida
0.700 m
0.0499490316
Longitud del pie de la caida al inicio del salto
1.91
1.90 m
Altura del agua pegada al pie de la caida:
LD =
LT e=X 2
Tang .α
LT e=X 2
Tang .α
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0.52
0.500 m
Profundidad secuente menor:
0.15
0.20 m
Profundidad secuente mayor (tirantes conjugados)
0.74
0.70 m
Tirante critico
0.36827792785
0.40 m
Longitud del salto hidraulico:
3.50 m
Longitud del estanque:
5.40 m
Tirante critico:
0.40 m
5.- Longitud del tramo del canal rectangular
Inmediatamente aguas arriba
Lc = 1.42 m
6.- Ventilacion bajo la lamina vertiente:
Consiste en calcular el diametro de los agujeros de ventilacion
qa = 0.08520308445 m3/seg x m
yp =
y1 =
y2 =
yc =
L= 6.90 (y2 -y1)
Y cΔZ
=D1/3
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Qa = 0.05964215912 m3/seg
Considerando:
L= 2.00 m
f= 0.02 tuberias de fierro
0.04 m
0.001 (1/830) para aire de 20 C
Ke= 0.5
Kb= 1.1
Kex= 1
….(1)
Va = 0.07593857794 1/D^2
= 0.00029391782 1/D^4 … (2)
Reemplazando las consideraciones y 2 en 1 y resolviendo por tanteo:
D = 0.071 m
0.04 = 0.04 OK
Determinanado el área:
A = 0.004 m2
Entonces colocamos tuberia de :
No Und Ф (pulg) A (m2)
2 2 0.0041
1 1 0.0005
0.004
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ENUNCIADO:Diseñar la transición de entrada que conecte un canal de tierra de seccion trapezoidal y una canaleta rectangular de hormigon
El caudal de diseño es de 10m3/seg
CANAL DE TIERRA CANALETAAREA= 12.63 m2 b= 2.00 mb= 4.00 m z= 0z= 1.5 y2= 2 my1= 1.86 m v2= 2.5 m/sv1= 0.79 m/s n= 0.014n= 0.025 Q= 0.139 m3/sQ= 0.139 m3/s BL= 0.64 mα= 22.5 T2= 2 mT1= 9.58 m AREA= 4 m2
X1 X2 Ci 0.1 Ci=Coefciente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de ingreso.1 3.79 Co 0.2 Co=Coefciente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de salida.
1.- CALCULO DE LAS LONGITUDES DE TRANSICION
X1 = 1.00 X2 = 3.79SI : X1>X2
SI : X2>X1
L= 9.15 mL= 10.00 m Adoptado
2.- CALCULO DE PERDIDAS DE CARGA
Ze= 0.31541743 m
Zs= 0.34409174 m
DISEÑO HIDRAULICO DE UNA TRANSICION
Ze=(1+C1 )∗ΔhV
ZS=(1+C0 )∗ΔhV
X 1=b1−b22
X 2=T 1−T 22
L=X1Tanα
L=X2Tanα
Donde:Ze : Variacion del nivel del agua en la transicion de entradaZs : Variacion del nivel del agua en la transicion de salidaCi : Coeficiente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de entradaCo : Coeficiente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de salida
Variacion de la carga de velocidad entre la entrada y la salida de transicion.
Δh = 0.28674312 m
3.- CALCULO DEL ABATIMIENTO DE LA NAPA DE LA SUPERFICIE DE AGUA
Para ello empleamos la siguiente ecuacion:
V1 = 0.79 m/segV2= 2.5 m/seghv= 0.28674312 m
k= 0.00315417
x y0 0.0001 0.0032 0.0133 0.0284 0.0505 0.0796 0.1147 0.1558 0.2029 0.255
10 0.315
4.- CALCULO DE LA VARIACION DEL ANCHO DE LA TRANSICION
Para ello calculamos la siguiente ecuacion:
0 2 4 6 8 10 120.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
0.350
ABATIMIENTO DE LA NAPA DE LA SUPERFICIE DEL AGUA
y=kx2
ΔhV
ΔhV=V 12−V 2
2
2g
k '=( b1−b2L2 x4 )y '=k ' x2
k´ 0.0200
x y x y0 0 5 0.51 0.02 6 0.682 0.08 7 0.823 0.18 8 0.924 0.32 9 0.985 0.5 10 1
3) CALCULO DE LA RASANTE DE FONDO DE LA TRANSICION.Para ello calculamos la siguiente ecuacion:
El valor de k'' se toma el valor obtenido en laboratorio
k'' 0.00505
x y0 01 0.005052 0.02023 0.045454 0.08085 0.126256 0.18187 0.247458 0.32329 0.40905
10 0.505
4) RESUMEN DE LOS CALCULOS DE LA TRANSICION ALABEADA
SECCION Y Dhv Hvn v A Y'0.0000 0.0000 0.0000 0.0318 0.7900 0.1759 0.00001.0000 0.0032 0.0000 0.0318 0.7900 0.1759 0.02002.0000 0.0126 0.0115 0.0433 0.9215 0.1508 0.08003.0000 0.0284 0.0258 0.0576 1.0632 0.1307 0.18004.0000 0.0505 0.0459 0.0777 1.2346 0.1126 0.3200
0 2 4 6 8 10 120
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
RASANTE DEL FONDO DE TRANCICION
k '=( b1−b2L2 x4 )
y ''=k '' x20 2 4 6 8 10 12
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
VARIACION DEL ANCHO DE LA TRANSICION
5.0000 0.0789 0.0717 0.1035 1.4250 0.0975 0.50006.0000 0.1136 0.1032 0.1350 1.6277 0.0854 0.98007.0000 0.1546 0.1405 0.1723 1.8387 0.0756 0.92008.0000 0.2019 0.1835 0.2153 2.0554 0.0676 0.82009.0000 0.2555 0.2323 0.2641 2.2762 0.0611 0.6800
10.0000 0.3154 0.2867 0.3186 2.5000 0.0556 0.5000
Diseñar la transición de entrada que conecte un canal de tierra de seccion trapezoidal y una canaleta rectangular de hormigon
Ci=Coefciente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de ingreso.Co=Coefciente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de salida.
DISEÑO HIDRAULICO DE UNA TRANSICION
Coeficiente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de entradaCoeficiente que toma en cuenta la perdida de energia debido a la velocidad de salida
0 2 4 6 8 10 120.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
0.350
ABATIMIENTO DE LA NAPA DE LA SUPERFICIE DEL AGUA
B Y'' D M B/2+md H B/2+Mh1.5000 0.0000 0.7900 -1.6168 -0.5273 2.7900 -3.76091.4600 0.0051 0.7919 -1.5631 -0.5078 2.7919 -3.63401.3400 0.0202 0.7976 -1.4430 -0.4809 2.7976 -3.36681.1400 0.0455 0.8071 -1.2118 -0.4080 2.8071 -2.83160.8600 0.0808 0.8203 -0.8811 -0.2928 2.8203 -2.0549
0 2 4 6 8 10 120
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
RASANTE DEL FONDO DE TRANCICION
0 2 4 6 8 10 120
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
VARIACION DEL ANCHO DE LA TRANSICION
0.5000 0.1263 0.8374 -0.4580 -0.1335 2.8374 -1.0495-0.4600 0.1818 0.8582 0.6519 0.3295 2.8582 1.6333-0.3400 0.2475 0.8829 0.4821 0.2556 2.8829 1.2198-0.1400 0.3232 0.9113 0.2350 0.1442 2.9113 0.61430.1400 0.4090 0.9436 -0.0798 -0.0053 2.9436 -0.16480.5000 0.5050 0.9796 0.0000 0.2500 2.9796 0.2500
DISEÑO DE TRANSICION RECTA
T = Espejos de agua
b = Ancho de soleras
α = Angulo que forman los espejos de agua.
Según las experiencias de Hinds y Bureau of Reclamation, para α =12°30' la perdida de carga es minima
SI : X1>X2
SI : X2>X1
ENUNCIADO:Diseñar la transición de entrada que conecte un canal de tierra de seccion trapezoidal y una canaleta rectangular de hormigon
El caudal de diseño es de 10m3/seg
CANAL DE TIERRA CANALETAAREA= 12.63 m2 b= 2.00 mb= 4.00 m z= 0z= 1.5 y2= 2 my1= 1.86 m v2= 2.5 m/sv1= 0.79 m/s n= 0.014n= 0.025 Q= 0.139 m3/sQ= 0.139 m3/s BL= 0.64 mα= 22.5 T2= 2 m
tan g .α=
T 1−T 22L
X 1=b1−b22
X 2=T 1−T 22
L=X2Tanα
L=X1Tanα
T1= 9.58 m AREA= 4 m2
X1= 1.00 m
X2= 3.79 m
X2>X1
L= 9 m
CACULO DE LA PERDIDA DE CARGA EN LA TRANSICION
Para k= 0.15Δh= 0.04301147 m
L=X2Tanα
Δh=K (V 222g−V 12
2 g )
Diseñar la transición de entrada que conecte un canal de tierra de seccion trapezoidal y una canaleta rectangular de hormigon
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DISEÑO HIDRAULICO DE CAIDA INCLINADA
CANAL DE INGRESO CANAL DE SALIDA
Q = 0.500 m3/seg Q= 0.500 m3/seg
S = 0.002 S= 0.005
f = 0.40 m f 0.40 m
Z = 1 Z= 1
n c= 0.015 nc= 0.015
n m= 0.02 n m= 0.02
Angulo conver= 27.5 El3= 3348.5
Angulo Diverg= 25
Elv0= 3350.5 msnm
1.- Diseño de canales aguas arriba y aguas abajo
AGUAS ARRIBA: AGUAS ABAJO
A= by+zy^2
P= b+2y(1+z^2)^(1/2)
T = b+2Zy
b/y = 2((1+Z^2)(^1/2)-Z) 0.83 m 0.83 m
Q = A^(5/3) x S^(1/2)/n. (P)^(2/3)
Resolviendo por iteraciones
y= 0.485 m y= 0.4089 m
0.0047 0.00468 0.0012 0.00119
Geometria del canal ingreso Geometria del canal salida
y = 0.485 y = 0.4089
b = 0.4017871555 b = 0.33874385131
A = 0.43 A = 0.31
P = 1.773574311 P = 1.49528770262
T = 1.3717871555 T = 1.15654385131
f = 0.4 f = 0.4
v = 1.16 v = 1.64
F = 0.66 FSC OK! F = 1.02 FSC OK!
2.- Determinación de la diferencia de energia aguas arriba y aguas abajo
Ec1= 3351.054 m Energia aguas arriba
Ec4= 3349.045 m Energia aguas arriba
3.- Diferencia de los niveles de energia:
F= 2.01 m
4.- Determinacion del gasto unitario:
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q= 0.705 m3/seg*m
5.- Ancho de la caida
B= 0.71 m
0.70 m Adoptado
6.- Calculo de la profundidad critica
q= 0.714 m3/seg*m
dc= 0.373 m
7.- Calculo de las profundidades antes y despues del Resalto (Tabla 1):
F/dc = 5.381F/dc
0 1
d2/d1 = 10.750 d2/d1 d1/dc 9.76
d1/dc = 0.251 5 10.25 0.259 0.267
5.381 10.704 0.252
6 11.44 0.241
d1= 0.094 m
No FROUDE DESCRIPCION
F<1.7 No requiere Poza de disi
1.7 y 2.5 Requiere Tanque tipo I
d2= 1.007 m 2.5 y 4.5 Requiere Tanque tipo II
4.5 Requiere tanqueTipo III y IV
8.- Calculo de la elevacion del pozo amortiguador
Previamente debe calcularse las velocidades V1 y V2
V1=Q/A1 7.624 m/s F= 4.74
V2=Q/A2 0.709 m/s F= 0.44
ElC1= 3351.054 msnm
d1= 0.094
hv1= 2.962
ElC2= 3347.998 msnm
9.- Longitud del pozo amortiguador
4.56748055864 K(Y2-Y1)
Lp = 4.03 m
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10.- Calculo del borde libre
Asumimos un valor de:
BL= 0.4 m
11.- Calculo de las transiciones
Transicion de entrada
B1= Ancho de la base mayor
B2= Ancho de la base menor
x1= 0.149 m
T1= Espejo de agua mayor
T2= Espejo de agua menor
x2= 0.336 m
Como:
Lte= 0.645 m
0.600 m Adoptado 1.5 m
Transicion de salida
x1= 0.181 m
x2= 0.228 m
Como:
Lte= 0.49 m
0.500 m Adoptado 1.5 m
13.- Cálculo de la longitud de la caida:
Como la inclinación de la caida respesto a la horizontal tiene una relación de:
Z= 1.5 :1
L= 3.75 m
3.800 m
LT e=X 2
Tang .α
LT e=X 2
Tang .α
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el canal del examen tendra rugosidad compuesta
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