DIMENSIONAMIENTO DE LA TOMAA.- BARRAJE Y BOCALDATOS:

Caudal Máxima Avenida (Qmax) = 3.435 m^3/seg.

Caudal mínimo de Estiaje (Qmin) = 0.687 m^3/seg.

Ancho de río (Max Avenida) = 10.7 m

Pendiente del Lecho del río (%) = 0.57 %

Caudal de Diseño (Qdis) + 5% = 0.2519 m^3/seg.

a) VENTANA DE CAPTACION. Si la Ventana no tiene Contracciones Laterales ni Reja:

Qv = M.b.hc^3/2 Qv = 0.2519 m^3/seg.

M = 2.21 (Coeficiente de cresta)

Asumiendo b = 1 m

hc = [(Qv)/(M*b)]^(2/3)

hc = 0.235084 m

. Si la Ventana tiene Contracciones Laterales y Reja: (CASO ELEGIDO)

Qv = K.Mo.be.hc^3/2

Mo = [0.407 +(0.045*hc)/(hc + y1)][1 + 0.285{hc/(hc + y1)}^2](2g)^(1/2)(Coef. de Gasto)

Y1 = 0.8 m Tratándose de un río considerablemente sucio

be = b - (n*hc)/(10) - Ne (Ancho efectivo)

N = Número de barras 5

e = Diametro de varilla (1") 1 0.0254 m

n = Número de contracciones laterales 2

k = Coef. por contracción en las barras 0.85

Reemplazando be y Mo en Qv:

Qv = k*{[0.407+(0.045*hc)/(hc+Y1)]*[1+0.285*(hc/(hc+Y1))^2] *(2g)^0.5}*[b-(nhc/10)-Ne]*(hc^(3/2))

Asumiendo un b= 1

Por tanteos hallamos el hc que cumpla la igualdad de Qv= 0.2519

hc Qv=

0.235084 0.150064

be = 0.8259832 m Asumimos 0.9 m

Mo = 2.65061323

Por lo tanto hc para ventana con contraciones es:

hc = (Qv/(k.Mo.bo))^2/3

Altura total del orificio hc+f (0.2) 0.435084 m Asumimos 0.44

hc = 0.235084 m Asumimos 0.24 m

b. BARRAJE

DATOS

B = Ancho del río - ancho de compuerta(2m) 8.7 m

He = Altura del nivel de agua sobre el barraje en estiaje ?

P = Altura del Barraje ?

Qr.est = Caudal de río en estiaje 0.687 m^3/seg.

Qv.est = Caudal de diseño en estiaje 0.2519 m^3/seg.

Qb.est = Caudal del barraje en estiaje ? m^3/seg.

P + He = Y1 + hc

Qr.est = Qv.est + Qb.est

Qb.est = 0.4351 m^3/seg.

Utilizando la Fórmula:

Qb.est = M*B*He^(3/2)

Donde:

M = Coeficiente gasto 2.21

Despejando tenemos:

He = (Qb.est/(M*B))^(2/3)

He = 0.080005 m

P = Y1 + hc - He

P = 0.955079 m Asumimos 1 m

. Para Máximas Avenidas

Bocal o Ventana:

Qvmax = (2/3)(2g)^(0.5)*Cd[H1^(3/2)-(h1-f)^(3/2)]*be (Para un orificio)

Qvmax = Cuadal de Máxima avenida 3.435 m^3/seg.

Cd = Coeficiente de borde del cimacio 0.72 (Por ser de borde redondeado)

f = Altura desde el niivel de estiaje hasta 0.2 m (asumido)

final del orificio

BARRAJE:

Qbmax = M.B*(Hm)^(3/2)

H1 = hc+ h1

Hm = he + h1

Sustituyendo: H1 y Hm en Qvmax y Qbmax respectivamente:

BOCAL:

Qvmax = (2/3)*(2g)^(0.5)*Cd*((hc+h1)^(3/2)- (h1-f)^(3/2))*be

BARRAJE:

Qbmax = M.B*(He+h1)^(3/2)

reemplazando en la ecuacion :

Qvmax +Qbmax = Qrío.max

tenemos:

.(2/3)*(2g)^(0.5)*Cd*((hc+h1)^(3/2)- (h1-f)^(3/2))*be+M.B*(He+h1)^(3/2) = Qrío max

h1 Qrio max= 3.435 m^3/seg.

0.3945 8.455902

Reemplazando el valor de h1 en Qvmax y en Qbmax tenemos:

Qvmax= 0.726648 m^3/seg.

Qbmax= 7.729254 m^3/seg.

Hm= 0.474505 m Asumimos 0.6 m

Altura mínima de los muros de encausamiento:

H = P + Hm

H = 1.429584 m

f = borde libre

f=0.55*(cd)^0.5

donde:

c para caudales menores de 600lts/seg es 1.5

d=tirante en m.(Hm)

f= 0.464012 m (elegimos este valor por ser el mayor de todos)

Para: f es:

f=0.30d 0.14235157

f=1/3d 0.15816841

f=2/3d 0.31633682

Luego la altura total del muro de encausamiento en el barraje es:

Hmuro en barraje = 1.8935956 m Asumimos 2.2 m

desde el fondo del encausamiento

Verificamos si se cumple el flujo subcrítico en el río al entrar a la bocatoma

F = V^2/(g*d) Numero de Froude

d= tirante del rio en máxima avenida (Hm)

V= Qmax/Area

V= 0.83208269

F= 0.14873835 <1 Por lo tanto cumple con ser un flujo subcrítico y en el proceso constructivo no

será necesario cambiar la pendiente

MUROS

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DIMENSIONAMIENTO DE LOS MUROS AGUAS ABAJO DEL BARRAJE

ZONA 3

Qbmax = A/n(R)^(2/3)*S^(0.5)

A = B*doR = (B*do)/(B+2*do)S = 1/1000 (Pendiente del fondo para un flujo subcrítico)

Entonces:

Qbmax = (B^(5/3)*(do)(5/3)*S^(0.5)/(n(B+2do)^(2/3))

Donde:B = ancho del río - ancho de compuerta (2 m) 10.7 m

n = 0.013 (coeficiente de Manning para C°)do = tirante en la zona 3

S = 0.0057

do(m) Qbmax = 7.729254

0.325 9.178578

Si consideramos un f=0.55(cd)^0.5 la altura del muro será:f = 0.384017 m (d=do)

Hmuros = do + f 0.709017 m Asumimos 0.7 m

Verificamos si se cumple el flujo subcrítico en el río al entrar a la bocatoma

F = V^2/(g*d) Numero de Frouded= tirante del rio en máxima avenida (do)V= Qmax/Area

V= 2.222647

F= 1.549489 <1 Por lo tanto no cumple con ser un flujo subcrítico y en el proceso constructivo habrá que reducir la pendiente

CUENCO

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DISEÑO DEL CUENCO AMORTIGUADOR O COLCHON DE AMORTIGUAMIENTO

ZONA 2

q = caudal por metro de ancho

q = Qbmax/B

B = ancho de barraje 10.70.85

q = 0.72236

d1 d1'0.1911 0.172401 Asumimos para el dibujo d1 = 0.2 m

d2 = (-d1/2)+((d1/2)^2 + (2*V1^2*d1/g))^(0.5)

Donde V1:V1 = Qbmax/(d1*B)

V1 = 3.780011 m/seg

d2 = 0.656655 m Asumimos 0.8 m

Como se verifica que:

d2>d0

Por lo tanto se tendra que diseñar cuenco amortiguador

Y = k*(d2-d0) k= 1.2

Lr = 5*(d2-d1)

Y = altura de colchón de amortiguamientoLr = longitud de resalto

Y = 0.397986 m.

Lr = 2.327776

d1 = q/(f*((2*g)(P+Hm-d1)))

f = coeficiente =

EVACUADOR

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LIMITADOR DE GASTO O EVACUADOR DE DEMASIAS

a= Qdiseño/(0.95*(2*g*H)^0.5*bdiseño) L = Qev/(C*H^(3/2))

donde: C (coef de borde redondeado)

bdiseño = 2ddiseño

dmax= (Qvmax/0.9)^(0.5) V = 0.832083 m/seg

dmax = 0.898547 m bmax= 1.797094 m

bdiseño = 1.058091 mAltura del canal antes del aliviadero dmax+f= 1.537073

ddiseño = (Qdiseño/0.9)^0.5

ddiseño = 0.529045 m

H = dmax - ddiseño

H = 0.369502 m

Qev = Qvmax - Qdiseño

donde:

Qev = caudal evacuado por el vertedero ? m^3/segQvmax = caudal de ventana de captacion en máxima avenida 0.726648 m^3/segQdiseño = caudal de diseño 0.2519 m^3/seg

Qev = 0.474748 m^3/seg

a = 0.093073 m

L = 1.056838 m

Verificamos si se cumple el flujo subcrítico en el río al entrar al aliviadero

F = V^2/(g*d) Numero de Frouded= tirante del rio en máxima avenida (do)V= Qvmax/Area

V= 0.808692

F= 0.074192 <1 Por lo tanto cumple con ser un flujo subcrítico

DESARENADOR

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DISEÑO DEL DECANTADOR O DESARENADOR

Como la topografía era explanada nos da la oportunidad de hacer un desarenador con transición de entrada, el cual se ajusta a las siguientes fórmulas:

L =( V * H)/(0.848 * Vs)

Donde :

V = Qdiseño/Area

Area: Bd.diseño B = 3 bdiseño

L : Longitud del desarenadorV : Velocidad horizontal de la partícula 0.15Vs : Velocidad de Sedimentación (50% de velocidad permisible 0.0405 de arcilla)

0.529045B = 3.174272

Luego reemplazando el valor de la velocidad tenemos:

L = (Qdiseño)/(0.848 * 3bdiseño * Vs)

L = 2.310645 m Asumimos 2 m

Verificamos si se cumple el flujo subcrítico en el río al entrar al desarenador

F = V^2/(g*d) Numero de Frouded= tirante del rio en máxima avenida (do)V= Qdiseño/Area

F = 0.002271 Flujo subcritico

H : ddiseño

REMANZO

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CALCULO DE CURVA DE REMANZO(consultar pag. 171 Hidraulica Básica de Simon)

L = (t/s)*[fi*(h/t)-fi*(z/t)]

donde:L =longitud entre dos profundodades previamente asignadasH=P+Hm= 1.429 m h=H+tt=tirante normal del rio en max. avenida calculado con formula de Chezyfi=coeficiente tab del libro mencionado en funcion a h/t y z/tz=h-0.5

Qmax= (A/n)*r^(2/3)*S^(1/2)

n= 0.035 (cantos rodados y ripios)A=BdB=ancho del río en el barraje) 10.7 mR=(Bd)/(B+2d)S= pendiente del rio 1.50% 0.0157

Por tanteos d = t Qmax=63.69m^3/seg0.787 63.639

Luego h = 2.216 t/s= 50.12739

z z/t fi delta de fi (t/s)*delt. f L(m) Nivel Muro Nivel Agua1.716 2.648 4.243 0 2.5 1.9681.216 2.192 3.562 0.1028 5.153096 5.153096 2 1.4680.716 1.594 2.937 0.105742 5.30057 10.45367 1.5 0.9680.216 0.959 2.238 0.023105 1.158193 11.61186 1 0.468