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

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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

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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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