UNIVERSIDAD TECNICA DE MACHALA

FACULTAD INGENIERA CIVIL

CARRERA: INGENIERA CIVIL

DISEO HIDRAULICO

INFORME TCNICO DE DISEO HIDRAULICO

REALIZADO EN: LA FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

AUTOR:

VICTOR ANGEL CHUCHUCA CH.

CDULA DE IDENTIDAD: 0706015369

DOCENTE: ING. FRANCISCO VERA.

AO LECTIVO:

2014-2015

MACHALA EL ORO ECUADOR

UNIVERSIDAD TECNICA DE MACHALA

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

CARRERA: INGENIERA CIVIL

DISEO HIDRAULICO

INFORME TCNICO

TITULO

CAPTACION DE TOMAS DE AGUAS

SUPERFICIALES

AUTOR: Vctor ngel chuchuca

DOCENTE ACADMICO: Ing. Francisco Vera

Machala, 18 de julio del 2014

AUTORIA DEL INFORME

Todo criterio, idea, detalle y concepto expresado en el presente informe, son

de absoluta responsabilidad de mi autora.

Machala, 18 de julio del 2014

Sr. Vctor ngel chuchuca chuchuca

C.I. 070601536-9

AUTOR

INDICE GENERAL

Contenido

TITULO ............................................................................................................................................. 2

CAPTACION DE TOMAS DE AGUAS SUPERFICIALES ........................................................ 2

AUTORIA DEL INFORME ............................................................................................................... 3

INTRODUCCION .............................................................................................................................. 6

ANTECEDENTES .............................................................................................................................. 7

OBJETIVO .......................................................................................................................................... 8

OBJETIVOS ESPECIFICOS .......................................................................................................... 8

UBICACIN GEOGRAFICA DEL PROYECTO ............................................................................. 9

1.- FUNDAMENTO TEORICO ............................................................................................... 10

1.1 CAPTACION DE AGUAS SUPERFICIALES ...................................................................... 10

1.2. TIPOS DE OBRA DE TOMA .............................................................................................. 11

1.3. TOMAS DE FONDO: CAUCACIANA O TIROLESA. ....................................................... 11

1.3.1 .CRITERIOS DE DISEO .............................................................................................. 13

1.3.2. CONSIDERACIONES IMPORTANTES. ...................................................................... 14

1.3.3. IMPLEMENTACION DE LA OBRA DE TOMA DE FONDO .................................... 15

2. DISEO Y CALCULOS. ............................................................................................................ 17

2.1.-DATOS .................................................................................................................................. 17

2.1. DISEO DE REGILLAS ....................................................................................................... 18

2.2. DIMENCIONAMIENTO DE LAS PLATINAS. .................................................................. 18

2.3. DISEO DE LA REJILLA EN FUNCION DE LA OBSTRUCCION. ................................ 20

2.4. MUROS DE ALA .................................................................................................................. 24

2.4.1 CONSIDERACIONES TECNICAS ................................................................................ 24

2.4.2CALCULOS Y DISEO .................................................................................................. 24

2.5 DISEO DE LA GALERIA ................................................................................................... 26

2.5.1 CALCULOS Y DISEO ..................................................................................................... 26

25.2. CALCULO DEL ORIFICIO DE PASO. ............................................................................. 29

2.6. CALCULO DEL DESRIPIADOR CAJON DISTRIBUIDOR .............................................. 30

2.6.1. CALCULO DE LA TUBERIA DE PASO DEL DESRIPIADOR AL DESERANADOR

................................................................................................................................................... 30

3. DESARENADOR. ........................................................................................................................ 33

3.1. DESARENADOR DE LAVADO INTERMITENTE. ........................................................... 33

3.1.1UNA TRANSICION DE ENTRADA.- ............................................................................ 33

3.1.2. LA CAMARA DE DESARENACIN O SEDIMENTACIN.- ................................... 34

3.1.3 VERTEDERO. .......................................................................................................... 34

3.1.3 COMPUERTA DE LAVADO. ........................................................................................ 34

3.1.4. CANAL DIRECTO. ........................................................................................................ 35

3.1.4 ASPECTOS GENERALES .............................................................................................. 36

3.2 .CRITERIOS PARA EL DISEO ........................................................................................... 39

4.CALCULOS Y DISEOS. ............................................................................................................ 41

4,1.- CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION (LT) ..................................................... 42

4.2.- CALCULO DE LA LONGITUD DE LA CAMARA (LD) ................................................. 42

4.3 SECCION TRANVERSAL AL INICIO DEL DESARENADOR ......................................... 44

4.4 DISEO DEL VERTEDERO ............................................................................................... 49

4.5 DISEO DEL ORIFICIO DESARENADOR ....................................................................... 51

ANEXOS........................................................................................................................................... 54

ANEXO # 1 ...................................................................................................................................... 55

ANEXO # 2 ................................................................................................................................... 56

ANEXO # 3 ................................................................................................................................... 57

INTRODUCCION

Las tomas fluviales y en ellas la seleccin del punto de extraccin, son sin duda, las

ms delicadas de todas las obras de captacin, puesto que el agua de los ros

presenta problemas de calidad, variaciones estacionales de la temperatura,

contaminacin aguas arriba por efluentes urbanos e industriales, fuertes puntas de

turbiedad (riadas) adems de factores hidrolgicos que condicionan la obra de

captacin como: la inestabilidad del fondo, las variaciones del nivel del agua, la

navegacin y la flora acutica entre otros.

As mismo las variaciones estacionales de caudal pueden ocasionar serios problemas

a la hora de conseguir el caudal durante el verano, sin perjudicar a terceros, (pesca,

riegos, navegacin, etc.), en alguno de estos casos puede ser necesario regular el ro

por medio de un embalse. Sin embargo en el momento analizaremos las captaciones

fluviales sin regulacin, en las que debe bastar con el caudal de estiaje para

abastecimiento, sin que el curso del agua resulte perjudicado por esta toma.

En el diseo de obras de toma debemos tomar en consideracin ciertas normas

tericas que satisfacen nuestras necesidades para obras de contencin, regulacin,

captacin, conduccin y entrega del agua para su utilizacin en diferentes fines.

El diseo hidrulico debe satisfacer ciertos requisitos que en orden de prioridad son:

Funcionalidad.

Seguridad.

Economa

Esttica:

En cualquier caso, el diseo adecuado de la obra de toma implica una operacin

eficiente del resto de la infraestructura de cualquier sistema de abastecimiento de

agua.

ANTECEDENTES

Desde la antigedad, el hombre aprovecha el agua superficial como primera fuente

de abastecimiento, consumo e incluso va de transporte, establecindose en los

valles de los ros las primeras civilizaciones.

Sim embargo, el establecimiento en zonas ridas o semiridas del planeta oblig al

desarrollo de formas de captacin de agua lluvia, como alternativa para el riego de

cultivos y el consumo domstico.

En el desierto de Negev, en Israel y Jordania, han sido descubiertos sistemas de

captacin de aguas lluvia, como alternativa para el desmonte de zonas para aumentar

la escorrenta superficial, que era entonces dirigida a previos agrcolas en zonas ms

bajas.

En la civilizacin maya (1000 a. C. 1600 d. C) se desarrollaron los chultunes, que

es un sistema de captacin y almacenamiento pluvial compuesto de una cmara

subterrnea en forma de una botella, con sus entradas rodeadas por delantales

enyesados que dirigan el agua de lluvia hacia su interior durante las estaciones

lluviosas. Estas construcciones se daban en las zonas donde no existan cenotes

(lagunas karsticas tpicas de la pennsula del Yucatn).

OBJETIVO

Determinar el diseo de un sistema de captacin por gravedad de aguas

superficiales.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Captar el caudal de diseo ya sea en estacin seca como en estacin de

lluvias.

Disear una estructura adaptada al choque de la corriente lquida, al impacto

de los afluentes.

Derivar la cantidad de agua necesaria a travez de una estructura, para cubrir

una demanda estipulada.

UBICACIN GEOGRAFICA DEL PROYECTO

La obra se encuentra localizada en la Provincia de l Oro, entre el cantn Pasaje y

Chilla, el rio sobre el que se va a ejecutar la toma es el Rio Dumari, el lugar de la

captacin se encuentra a una cota de 1000 msnm. Dicha obra transporta el agua a la

poblacin de la parroquia casacay, que se ubica a una cota de 200 msnm. El caudal

requerido es de 0.70 metros cbicos por segundo, segn podemos observar se trata

de un rio de fuerte pendiente de 25% .

1.- FUNDAMENTO TEORICO

1.1 CAPTACION DE AGUAS SUPERFICIALES

La obra de toma es una estructura hidrulica capaz de captar total o parcialmente las

aguas de un ro, lago, vertiente, canal, embalse, con el objeto de satisfacer una

necesidad o fin determinado.

Su diseo es diferente en un cauce hdrico que tenga gran cantidad de arrastre de

material de fondo, pues esto indica crear dispositivos especiales que separen el

caudal slido del lquido y disponer de la separacin de estos de manera eficiente.

En su diseo hay que considerar la influencia del material slido pues este causa

problemas, tales como disminucin de erosiones, depsitos de material y

obstrucciones en general. En su diseo y construccin de las obras de toma,

debemos tomar en cuenta:

1. La variabilidad del rgimen de flujo hdrico asegurando la derivacin

permanente del caudal del diseo.

2. Ubicarla en un lugar que permita condiciones favorables para su

construccin, operacin y mantenimiento.

3. Proteger el paso de crecidas que arrastran gran cantidad de materiales

slidos y material flotante.

Para seleccionar el tipo de Obra de Toma y su ubicacin, debe considerarse los

siguientes criterios:

- La topografa de la zona

- Uso o finalidad del agua a captar

- Cantidad de agua disponible

- Costo de la Obra

1.2. TIPOS DE OBRA DE TOMA

Podemos clasificar los siguientes tipos de Obra de Toma:

- Tomas de Fondo

Tomas de Derivacin Directa

- Tomas Convencionales

- Tomas de rejilla con planta semicircular o poligonal

Tomas de Embalse - Tomas Torre - Vertical

- Inclinada

- Tomas Telescpicas Tipo OBHIDRA - Dentro y Fuera del Cuerpo de la Presa

1.3. TOMAS DE FONDO: CAUCACIANA O TIROLESA.

Son instaladas en torrentes o ros de montaa que tienen las siguientes

caractersticas:

Fuertes pendientes longitudinales que pueden llegar al 10% o ms.

Creciente sbita causadas por aguaceros de corta duracin y gran intensidad y

que arrastran gran cantidad de piedra.

Agua relativamente limpia en poca de estiaje y con poco contenido de

sedimentos finos.

Este es un tipo de toma comnmente empleada en nuestro medio, la toma en

si se construye en el lecho del ro y est protegida por una rejilla, de modo que los

sedimentos gruesos no tengan pasada haca.

La estructura de toma. La rejilla se ubica en forma transversal al cauce y los

barrotes en direccin al flujo, esta puede tener una pequea inclinacin y por debajo

de ella est la galera, que es parte del cuerpo del azud y se conecta con el canal. Las

partculas menores que ingresan, son evacuadas despus por medio de desarenadores

y canales de lavado.

Vista lateral y vista frontal de una toma tirolesa

El propsito de la toma, es el de derivar la cantidad de agua necesaria a travs de

una estructura, para cubrir una demanda estipulada. Una toma debe cumplir los

siguientes requisitos:

Debe poder evacuar los caudales de crecida determinados por la hidrologa,

de modo que no cause ningn dao a la estructura.

Debe ser capaz de captar el caudal de diseo ya sea en estacin seca como en

estacin de lluvias.

Debe captar agua de manera tal que no se contamine y en lo posible se

produzca una mejora de la calidad fsico-qumica de las aguas.

La carga sedimentada debe poder lavarse hidrulicamente para ello, ser

n necesarias estructuras adicionales.

La seleccin del punto de toma debe ser por tanto, adecuado a los

requerimientos que debe cumplir la toma. A veces se requiere la construccin

de un pequeo dique en el ro, que ayude a captar agua en la cantidad

requerida pero ello depender de la topografa del sitio, de las condiciones

geotcnicas, de la altura de las riberas de los ros en el lugar del dique, de la

cantidad de agua que se desea captar y de los costos que ello implique.

1.3.1 .CRITERIOS DE DISEO

En el diseo de una toma tipo tirolesa es necesario considerar los siguientes

criterios:

Esta obra principalmente se adecua a ros de montaa, donde las

pendientes longitudinales son pronunciadas que pueden llegar al 10% o a

veces a ms.

Funcionan para cauces que traen avenidas de corta duracin y que llevan

gran cantidad de piedras.

Cauces que tienen grandes variaciones de caudales, que provienen de

nevados.

En cauces que tienen pequeos contenidos de sedimentos finos y

agua relativamente limpia en poca de estiaje.

La rejilla es la parte ms baja del coronamiento de la presa que cierra el ro,

cualquiera que sea el caudal, el agua debe pasar forzosamente sobre ella.

Debido a esto, la rejilla puede ubicarse a cualquier altura sobre el fondo de

manera que la altura del azud puede llegar a hacerse cero, aunque

normalmente oscila entre 20 o 50 cm. Esto permite que las piedras pasen

fcilmente por encima del azud con lo cual se suprime la costosa compuerta

de purga o esclusa de limpieza. La baja altura del azud permite a su vez

disminuir la longitud del zampeado. Estas dos ventajas hacen que se

economice en los costos de una toma Tirolesa y que sea ms

econmico que una convencional. Sin embargo la desventaja de este

sistema es la facilidad con que se tapa la rejilla especialmente si el ro trae

material flotante como hojas y hierbas.

La crecida de diseo se recomienda a un periodo de retorno de 50

aos, dependiendo de la importancia aguas abajo.

1.3.2. CONSIDERACIONES IMPORTANTES.

El caudal adoptado corresponder a una avenida mxima entre 50 y 100 aos,

para condiciones de operacin extrema.

Determinacin del caudal de captacin de acuerdo a los requerimientos,

pudiendo ser una o ms ventanas.

Para atenuar el ingreso de slidos de fondo, se puede incluir un canal de

limpia gruesa o desripiador, ubicado frente a las ventanas de captacin.

Completando la limpia un conducto de purga ubicado antes de las compuertas

de regulacin, el caudal descargar a la poza del barraje mvil.

La operacin de captacin del caudal de diseo, tendr en cuenta que lo podr

efectuar en poca de estiaje, manteniendo cerradas las compuertas del barraje

mvil y durante el periodo de avenidas con la compuerta parcial o

completamente abiertas.

El diseo de la estructura vertedora a proyectarse en el cauce del ro, deber

permitir el paso de la avenida mxima de diseo, mediante la accin

combinada entre el barraje fijo y el mvil, cuyo salto hidrulico deber estar

contenido dentro de los muros de encauzamiento y poza disipadora. Aguas

abajo se deber contemplar una proteccin de enrocado.

1.3.3. IMPLEMENTACION DE LA OBRA DE TOMA DE FONDO

Para las tomas de fondo requerimos las siguientes obras:

Muro de Ala.

Cajn Repartidor o desripiador.

Compuertas.

Vertederos.

Desarenador.

El agua pasa a travs de la rejilla y circula por la galera hacia el cajn repartidor

desde donde se la lleva al desarenador y de este por la conduccin hasta el sitio de

aprovechamiento.

Como alternativa de construccin y diseo la rejilla y galera pueden estar

construidas sobre un pequeo azud el cual estar dimensionado de 20 y 50 cm.

La principal desventaja de este tipo de obra de toma es la facilidad con que se tapa la

rejilla con materiales como hierbas, piedras, ramas hojas. Las piedras pasan sobre la

rejilla la misma que tiene una inclinacin para facilitar este paso. Esta rejilla est

construida de pretinas separadas entre si de 2 a 6 cm. Se debe evitar colocar barras

circulares.

El agua ingresa a la galera a travs de la rejilla junto con pequeas piedras y arena

por lo cual hay que disponer de un desrripiador y desarenador a continuacin de la

bocatoma.

2. DISEO Y CALCULOS.

2.1.-DATOS

Q= 0,70 m/s

caudal

captado

Qc= 6 m/s caudal de crecida

m= 2,5 ton/m peso especfico del

material

r= 0,6 m dimetro representativo b= 5 cm separacin entre pletinas

s= 1 cm ancho de pletinas (valor asumido)

i= 25%

pendiente

= 1400 kg/cm esfuerzo de la platina H2O= 1 ton/m peso especfico del agua

2.1. DISEO DE REGILLAS

Consideraciones Tcnicas

La separacin entre las pletinas (b) debe estar comprendida entre 2 a 6 cm.

El ancho (s) y el alto (a) de la platina deber estar en funcin de las existentes

en el mercado que generalmente varan en intervalos de 1/8 de pulgadas.

Tienen una inclinacin con la horizontal de 0 y 20 para facilitar el paso de

las piedras, pero segn Bouvard se podra llegar a 30 o hasta 40.

La longitud (L) de la rejilla vara de 0.30 a 1.5 mts con la cual despreciar

toda deformacin posible debido al peso del material de arrastre que pasa

sobre ella.

2.2. DIMENCIONAMIENTO DE LAS PLATINAS.

Peso especfico del material sumergido (s.)

H2O 1Ton. / m3

m 2,5 Ton. / m3

s m - H2O

s 2,5 - 1 = 1,5 Ton. / m3

El volumen del material sobre la rejilla ser:

Vol. = 1/6. . r3

Vol. = 1/6 (3.1416)(0.60 m)3

Vol. = 0,113 m3.

El peso del material est dado por:

G= Vol. x s

G = 0,113 m3.x 1,5 Ton. / m

3

G = 0,17 Ton.

Para calcular el ancho y el alto de la platina asumimos tres longitudes distintas.

L = L 2 ( i 2 + 1) Longitud de la rejilla

M = G/8 (L + 0,05) Momento mximo

W = (M/)x105 Momento resistente

a = (6W/s) Ancho de platina

i L L' M W a SECCIN

(%) (m) (m) (ton-

m) (cm) (cm) (pulg.)

25% 0,50 0,52 0,012 0,86 2,27 X 1

25% 1,00 1,03 0,023 1,64 3,13 X 1

25% 1,50 1,55 0,034 2,42 3,81 X 1

2.3. DISEO DE LA REJILLA EN FUNCION DE LA OBSTRUCCION.

Para determinar la longitud (L) , el ancho (B) y la energa especfica (H) en funcin

de la obstruccin de la rejilla nos valemos de la frmula expuesta inicialmente por

E. Zamarn.

Q = C.k.B.L. (2.g.hm)

Dnde:

Q = Caudal captado

C = Coeficiente de contraccin de la vena lquida.

K = Coeficiente de reduccin de rea efectiva.

B = Ancho de la rejilla

L = Longitud de la rejilla.

hm= Carga hidrulica sobre la rejilla.

El coeficiente de contraccin de la rejilla est

dado por:

C = Coeficiente de forma de los barrotes est en funcin de la relacin:

C = C -

0,325i

a/b > 4 C = 0,6

C=C-3,25i

a/b < 4 C = 0,5

C= 0,42

i= inclinacin de los barrotes

Coeficiente de reduccin del rea efectiva:

K = (1 - f) * (b/(b+s))

K= (1-0,30)*(5/(5+1))

K= 0,58

f = es el 30% del rea total de la rejillas se asume

Segn Backmeteff - Boussineq:

Q= caudal captado

C= coeficiente de contraccin de la vena liquida

K= Coeficiente de reduccin del rea efectiva.

B= Ancho de la rejilla.

L= longitud necesaria

H0= carga hidrulica sobre la rejilla

energia especifica o carga hidraulica

Q^2

(2.55*C*B*K*L)^2B=

Q

3.20(C.K.L)^1.5

ancho de la rejilla

H0=

L(m) B(m) H(m)

0,5 5,12 0,192

1,0 1,81 0,385

1,5 0,99 0,577

Q= 2,55*0,42*0,58*1,81*1* 0.385

Q= 0,70 m3/seg OK

COMPROVACION

RESUMEN DEL DIMENSIONAMIENTO DE LA REJILLA

VISTA DE PLANTA

CORTE 1- 1

En resumen el dimensionamiento de la rejilla est dado por:

- La longitud de la rejilla: L = 1.0m

- El ancho de la rejilla: B = 1.82m

- Separacin de barrote a barrote: b = 0,05 m

- Seccin de los barrotes: s x a = x 1

. La energa especfica Ho = 0.38 m

2.4. MUROS DE ALA

2.4.1 CONSIDERACIONES TECNICAS

Para el clculo de los muros de alas se disea con el caudal en pocas

de crecida.

Asumimos un Bordo Libre igual a 0.30 m.

2.4.2CALCULOS Y DISEO

Para disear los muros de ala debemos tomar en cuenta el caudal de crecida

determinado en un perodo representativo. Con lo cual obtendremos una altura

de ala H suficiente con la cual el nivel de crecida no lo rebasar y por

consiguiente proteger la obra.

delantalrejilla

galera

Muro de ala

CORTE LONGITUDINAL

H

BL

1001.13

1000

FORMULACION

calado critico

Yc= 0,42 m

H' = 3/2*Yc

Haltura critica

H' = (3/2)*0,33

H' = 0,63 m

H = H' + Blibre Haltura del muro de ala

H= 0,63+ 0,50

H= 1,13 m

La altura de los muros de ala ser: H = 1.13 m.

La cota del muro de ala ser igual a la cota de la rejilla ms la altura H

Cota del muro = 1000 + 1.13 = 1001.13 m.

Yc [( ) ]

Yc [(

) ]

2.5 DISEO DE LA GALERIA

Consideraciones tcnicas

La velocidad en el origen debe ser de 1m/seg.

La velocidad final en la galera debe estar entre los 2 a 3 m/seg.

La velocidad en cualquier punto de la galera para que no exista

sedimentacin debe ser mayor de 3 g.b

2.5.1 CALCULOS Y DISEO

Definimos el ancho "B"de la rejilla en partes iguales de modo que para cada espacio

x circule un caudal Qx. Que nos dice zamarin.

x=Qx = (Q/B)*X

Qx= Caudal para cada espacio x

Q= Caudal de Diseo

B= Ancho de la rejilla

X= Distancia desde el Origen

Esto nos indica que al dividir el ancho de la rejilla "B" en "n" partes iguales

el caudal que pasa por cada uno de estos espacios xsera igual a Qx.

Debemos tener en cuenta que la velocidad inicial (V0) debe ser de por lo

menos 1m/s.

La velocidad final (Vf)debe ser comprendida entre 2 y 3m/s con lo cual se

garantiza que los sedimentos sean arrastrados convenientemente.

Debemos considerar la velocidad en cualquier punto de la galera y viene

expresado por.

Vx = [(Vf -V)/B]*X + V Vx=

Velocidad en cualquier punto de la

galera

V= Velocidad inicial al origen de la galera Vf= Velocidad final en la galera

El gradiente hidrulico es determinado por.

J = (Vx*n)/ R^(4/3)

J=

Gradiente

Hidrulico

n=

Coeficiente de Rugosidad de Manning (0,025 -

0,030)

R= Radio Hidrulico

hf= Perdidas locales por friccin

La prdida de carga "hf" viene dada por.

hf = J*X J= gradiente hidrulico

x= distancia desde el origen

determinamos las perdidas locales por friccin.

As mismo determinamos las cargas por velocidad

Finalmente obtenemos la longitud de los perfiles verticales medidos a partir

de la rejilla sumndole el calado "d" las perdidas por friccin y las cargas por

velocidad.

calado d = A

Radio

hidrulico R =

A

L P

permetro

mojado P =2d+L

distancia

desde el

origen

x = B

n

partes

Datos:

Q= 0,70 m/s

n= 0,025

B= 1,8 m

V= 1 m/s L= 1,0 m

Vf= 2,5 m/s

CALCULO DEL PERFIL DE FONDO

Perfil = d + Suma(hf) + Vx/2g

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

X

(m)

Qx

(m/s)

Vx

(m/s)

Ax

(Qx/V)

d

(Ax/L)

P

(2d+L)

R

(Ax/P)

R^(4/3) Jx hf hf

Vx/2g Perfil

0 0,00 1,00 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 0,000 0,00 0,00 0,05 0,05

0,36 0,14 1,30 0,11 0,11 1,22 0,09 0,04 0,027 0,01 0,01 0,09 0,20

0,73 0,28 1,60 0,18 0,18 1,35 0,13 0,07 0,024 0,02 0,03 0,13 0,33

1,09 0,42 1,90 0,22 0,22 1,44 0,15 0,08 0,028 0,03 0,06 0,18 0,46

1,46 0,56 2,21 0,26 0,26 1,51 0,17 0,09 0,033 0,05 0,10 0,25 0,50

1,82 0,70 2,51 0,28 0,28 1,56 0,18 0,10 0,039 0,07 0,32 0,60

Cota de inicio de la galera :

reja -

altura de pletina ( a ) - 5 cm

Cota de inicio de la galera

= 1000 - 0,0313 - 0,05

Cota de inicio de la galera

= 999,94 m

Cota de espejo de agua en la entrada de la rejilla = reja + Ho

= 1000 + 0,385

= 1000,385 m

25.2. CALCULO DEL ORIFICIO DE PASO.

El orificio de paso debe ser calculado en funcin del caudal necesario que pasa a travs de

l.

Cd= Coeficiente de descarga 0,60

hi = Q/(7,06*A)

hi= Carga al centro del orificio

hi = Q/(7,06*A)

Q

L x a0 A Q

Cota

M hi Cota z

1 0,2 0,2 0,7

999,82

1,7351

999,50 1 0,32 0,32 0,7 0,6778

1 0,4 0,4 0,7 0,4338

Cota Z = cota rejilla - perfil

Cota Z = 999,50 m

Cota M= cota Z + a0

Cota M= 999,82

2.6. CALCULO DEL DESRIPIADOR CAJON DISTRIBUIDOR

Para el clculo del desripiador nos valemos de las condiciones econmicamente

factibles, momento de la limpieza. Por lo tanto nuestro cajn desripiador quedar de

1.50 x 1.50x 1,50 m.

2.6.1. CALCULO DE LA TUBERIA DE PASO DEL DESRIPIADOR AL

DESERANADOR

La tubera transporta el caudal de diseo desde el desrripiador hasta el desarenador,

por lo tanto su diseo debe ser exacto y debe estn enmarcado en los requerimientos

de la obra como son cota, dimetro y longitud.

Para efectos considera un orificio sumergido que permita el paso del caudal que se

determina con la siguiente expresin:

Diseo del cajn distribuidor

Tiempo que el agua permanece en el

cajn :

t =

V

Q

t = 1,5 x 1,5 x 1,5

0,7

t = 4,82

seg

Diseo de la tuberia de paso del cajon distribuidor al desarenador.

A= 0,32m2

Donde

Cd=0.60

Se disea con la carga

h1=0,68m

D= 0,573 m

El dimetro de la tubera es de : D=600mm Dimetro comercial

t

VQ

Yc [( ) ]

Yc [(

) ]

Q

D

D

Q = Cd x A x 2ghi

Q1 =

Q1= 0,701 m3/s

El dimetro de la tuberia es de : t = 600 mm

0,60X0,32 (2*9,81*0.68)

3. DESARENADOR.

En la mayora de obras de toma la velocidad en la entrada es tal que es capaz de

arrastrar partculas slidas ingresndolas junto con el agua. Las arenas arrastradas

por ros y crecidas de agua captadas a travs de una Bocatoma pueden irse

depositando en una estructura, disminuyendo la seccin de la conduccin, la

capacidad de reservorios y produciendo desgaste y daos en accesorios y equipos.

Por tal razn es necesario construir obras hidrulicas que permitan separar y luego

remover este material slido; a esta obra se la conoce como DESARENADOR.

Estos desarenadores deben construirse lo ms cerca posible de la Bocatoma, y su

diseo puede variar dependiendo de la forma de evacuar el material sedimentado.

As tenemos:

Desarenador de Lavado Continuo

Desarenador de Lavabo intermitente

3.1. DESARENADOR DE LAVADO INTERMITENTE.

Se lava peridicamente siendo el periodo de lavado funcin de la cantidad de

sedimentos que trae el agua y procurando realizar la operacin de limpieza el menor

tiempo posible.

Se compone de las siguientes partes:

3.1.1UNA TRANSICION DE ENTRADA.-

Que une el canal de llegada con la cmara de desarenacin. El objeto de esta

transicin es disminuir la velocidad de ingreso a la cmara en forma uniforme lo que

redundar en la eficiencia de la desarenacin. Esto se consigue con un ngulo de

divergencia de las paredes no menor de 12.5.

3.1.2. LA CAMARA DE DESARENACIN O SEDIMENTACIN.-

En la cual las partculas slidas van al fondo debido a la disminucin de velocidad

producida por el aumento de seccin transversal. Se ha probado que las velocidades

menores a 0.5m/sg las arenas no pueden detenerse en una superficie lisa como en el

fondo del desarenador; por tal razn la seccin transversal de la cmara se la disea

para velocidades que van de 0.1 a 0.4m/sg y la velocidad media para la profundidad

del desarenador puede variar entre 1.5 a 4 m/sg. La forma del desarenador puede ser

rectangular, trapezoidal o mixta.

Para caudales menores a 1m3/sg es recomendable disear los desarenadores con

doble cmara con lo que se evita el canal lateral, la gradiente del fondo debe ser tal

que produzca velocidades de limpieza de 3 a 5m/sg con lo que se consigue rapidez y

eficiencia en la operacin del lavado.

3.1.3 VERTEDERO.

Al final de la cmara se construye un vertedero sobre el cual pasar el agua limpia

hacia la conduccin. Mientras ms pequea sea la velocidad de paso por el

vertedero, menos turbulencia causar el desarenador y menos materiales en

suspensin arrastrar. La velocidad admisible de paso podr llegar a 1m/sg con una

carga hidrulica sobre el vertedero no mayor a 25cm.

3.1.3 COMPUERTA DE LAVADO.

Por esta se desalojan los materiales depositados en el fondo. Esta compuerta se la

disea como un orificio sumergido para un caudal igual a dos veces el caudal de

captacin.

3.1.4. CANAL DIRECTO.

Por el cual se da servicio mientras se esta lavando el desarenador. Cuando el

desarenador es de doble cmara, ya no es necesario este canal, pues el lavado se

realiza alternando las cmaras.

3.1.4 ASPECTOS GENERALES

Desarenadores siempre son necesarios, cuando el contenido de materias en

suspensin en el agua del ro es alto y cuando los elementos de la obra, tales como

tubera de presin, ruedas de la turbina, compuertas, etc. deben ser protegidos contra

la abrasin por materias duras en suspensin, como arena cuarctica.

El efecto de desgaste por abrasin dentro del corto tiempo puede causar graves

daos y reducir considerablemente el rendimiento de turbinas. El riesgo de deterioro

para los componentes de la estructura es tanto mayor, cuanto mayor es la cada til

y, debido a eso, la velocidad del flujo del agua.

El propsito del desarenador consiste en eliminar las materias finas de suspensin

del agua, protegiendo as los elementos de la estructura. Esto ocurre lo ms

simplemente por medio de la sedimentacin de las materias en suspensin en la

cmara de sedimentacin, o sea en el desarenador (tipo largo). El principio consiste

en reducir la corriente de agua a una velocidad pequea y distribuida lo ms

uniformemente posible a lo largo de la seccin de la cmara. Al efecto, el tiempo de

transcurso del agua por la cmara no debe ser menor que el tiempo que la materia en

suspensin necesite para depositarse. Con estas condiciones marginales se llega a

obras largas y de forma hidrulicamente favorable.

La velocidad del agua en el canal de entrada al desarenador no debe ser baja, a fin de

que la materia en suspensin no se deposite con anticipacin en el canal de entrada.

De ah resulta que el agua entra en el desarenador con turbulencia. Para conseguir

una corriente tranquila y uniforme, sin embargo, hay que prever un tramo de

transicin bien diseado. Adems pueden ser colocadas rejillas de tranquilizacin

que dan buenos resultados.

La forma del desarenador puede ser rectangular, trapezoidal o mixta.

Es recomendable la seccin trapezoidal pues sus paredes pueden disearse como

muros de revestimiento.

Para caudales mayores de 2 m3/seg. Es recomendable disear los desarenadores con

doble cmara con lo que obviara el canal lateral.

Al final de la cmara se construye un vertedero.- sobre el cual pasara el agua

limpia hacia la conduccin, mientras ms pequea sea la velocidad de paso por el

vertedero menos turbulencia causara en el desarenador y menos material de

suspensin arrastrara, la velocidad admisible de paso podr llegar a 1m/seg. con una

carga hidrulica sobre el vertedero no mayor a 25 cm.

La gradiente del fondo debe ser tal que produzca velocidades de limpieza de 3 a 5

m/seg. , con lo que se consigue rapidez y eficiencia en la operacin de lavado la

misma que debe tener una pendiente del 2 al 6 %.

La compuerta de lavado.- es por donde se desalojan los materiales depositados en

el fondo, la compuerta de evacuacin de la disea para un caudal de evacuacin

igual a dos veces el caudal de captacin.

Qevac. = 2 Qcap

Canal Directo.- Por el cual se da servicio mientras se esta lavando el desarenador,

cuando el desarenador es de doble cmara ya no se necesitara este canal, pues la

limpieza se la realiza alternando las cmaras.

3.2 .CRITERIOS PARA EL DISEO

Los desarenadores se disean para retener un determinado dimetro de partculas,

por lo cual los dimetros mayores a este escogido se depositaran en el desarenador.

Las partculas a sedimentar estn sometidas a dos movimientos:

Una traslacin horizontal con una velocidad uniforme Va

Una traslacin vertical con una velocidad Vs que corresponde a la velocidad

de sedimentacin de las partculas con dimetro ds.

Para encontrar la velocidad de descenso o sedimentacin podemos recurrir a tablas

de valores que estn en funcin del dimetro de las partculas a sedimentar. Puede

utilizarse el grafico CF4 para obtener las velocidades de descenso de las partculas

mismo que considera el dimetro y peso especfico del material. S = s /

H2O

La longitud de transicin podemos determinarla por: 2.tg12,5

B -B Lt 1 2 ; no 12.5

La longitud de cmara de desarenacin se la calcula por:

V

Vhmk Ld

s

a

K = Coeficiente de mayoracion que esta entre 1.20 y 1.50

Hm= Profundidad media en el deserenador

Va = Velocidad de avance horisontal entre 0.1 - 0.4 m/seg

Vs = Velocidad de cedimentacion vertical.

La velocidad de paso en el vertedero vertical no debe ser mayor a 1 m/s y el caudal

de paso atraves del vertedero se la determina por

3/2 Q = k.b.H K = 2 /3 C d 2g

Cd = coeficiente de descarga, usualmente 0,62

b = Ancho necesario del vertedero para evacuar el caudal Q

H = Carga sobre el vertedero. 0.25

La conpuerta de lavado y su orificio sumergido se la disea en borde .

Q = Cd. A. 2g.hi Qevac = Cd.A . 2g.hi

Cd = 0,60

hi = Altura desde el centro del orificio al espejo de agua

4.CALCULOS Y DISEOS.

Q=0.70 m3/s Caudal requerido

m=2.5 T/m3 Peso especfico del hormign

d=0.3 mm Dimetro de las arenas a retener

Va=0.20m/s2

Velocidad de translacin horizontal

i=5% Pendiente de solera

B1=1.5m Entrada de caudal

B2=5m Entrada de caudal ms bifulcacion hasta el 12.5%

4,1.- CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION (LT)

2.tg12,5

B -B Lt 1 2

2.tg12,5

1.5 -5 Lt

Lt=7.89 m

4.2.- CALCULO DE LA LONGITUD DE LA CAMARA (LD)

hmk Lds

a

V

V

Nos damos cuenta que para este clculo nos hace falta hm y Vs para lo cual

procedemos a calcularlos.

Calculo del caudal que va a pasar por la seccin.

Q=A*V

A=Q/V

At=0.70/0.2

At=3.5 m2

4.3 SECCION TRANVERSAL AL INICIO DEL DESARENADOR

Como podemos observar en el dibujo tenemos 2 reas por lo tanto At =A2+A1 de

donde A2 es igual:

A2= ((2.5+1).1)/2

A2=1.75 m2

Como ya tenemos A2 y At procedemos a calcular A1

At =A2+A1

A1 =At-A2

A1=1.75 m2

Pero nuestro objetivo era calcular Hm para ello primero calculamos la altura de la

seccin al inicio del desarenador por lo tanto nuestra altura al inicio (hi) ser igual:

hi=1+ho

Para obtener ho lo calculamos del A1.

A1=2.5 *ho

ho=1.75/2.5

ho=0.70 m

la altura al inicio de la cmara ser.

hi=1+ho

hi=1+0.70

hi=1.70 m

Calculamos Vs lo cual lo obtenemos de la tabla de curvas (s) en dicha tabla en el eje

de las abscisas entramos con el dimetro de la arena a retener. Subimos hasta

encontrar nuestra curva s y a la izquierda en el eje de las coordenadas obtenemos

el valor de Vs.

Para obtener el valor de la curva s dividimos el peso especfico de la arena para el

peso especfico del agua y obtenemos:

S=m/H2O

S=2.5/1

S=2.5

Con este valor de S y teta=0.30mm obtenemos de la grfica un Vs=0.04m/s.

Con estos valores obtenidos previamente procedemos a calcular por tanteo la

longitud del desarrollo del desarenador asumiendo en primer lugar que nuestro

hm=1.70 m.

Primera Iteracin.

04.0

2.01.701.2 Ld

Ld=10.20 m

hf=hi+ (Ld*0.05)

hf=1.70 + (10.20*0.05)

hf=0.87 m

hmk Lds

a

V

V

hm= (hf+hi)/2

hm= (0.87+1.70)/2

hm=1.29 m

Segunda Iteraccin.

04.0

2.01.291.2 Ld

Ld=7.74 m

hf=hi+(Ld*0.05)

hf=1.70+(7.74*0.05)

hf=2.09 m

hm= (hf+hi)/2

hm=(2.09+1.70)/2

hm=1.90m

Tercera Iteracin.

hmk Lds

a

V

V

hmk Lds

a

V

V

04.0

2.01.901.2 Ld

Ld=11.4 m

hf=hi+ (Ld*0.05)

hf=1.70+(11.4*0.05)

hf=2.27 m

hm=(hf+hi)/2

hm=(2.27+1.70)/2

hm=1.99 m

Cuarta interacion

04.0

2.01.991.2 Ld

Ld=11.94 m

hf=hi+(Ld*0.05)

hf=1.70+(11.94*0.05)

hf=2.30 m

hmk Lds

a

V

V

hm=(hf+hi)/2

hm=(2.30+1.70)/2

hm=2.00 m

Entonces el diseo de la cmara tendr las siguientes dimensiones:

hi=1.70 m

hm=2.00 m

hf=2.30 m

Lt=7.89m

Ld=11.94 m

4.4 DISEO DEL VERTEDERO

El criterio bsico para el vertedero de paso que debemos tomar en

cuenta es su altura de carga (H) no superior a 25 cm.

Para el clculo nos valemos de la expresin:

Q =

k*b*H^(3/2

)

Cd= 0,6

b =

Q/k*H^(3/2

)

k= 1,8

h b

0,25 3,16

0,2 4,42

0,23 3,58

2/3 Cd*

2/3 *0,6*

4.5 DISEO DEL ORIFICIO DESARENADOR

Q = Cd . A . (2.g.ho) Cd=0.60

CAUDAL DE EVACUACION=2 CAUDAL DE ENTRADA

Hog

QA

**2*60.0

*2 (1)

A = Y*1 (2) (1) = (2)

Hog

QY

**2*60.0

*2*1

hog

QY

**2*1*6.0

*2

Primera interaccin:

Asumo ho = hf = 2.30 m.

.35.030.2*81.9*2*1*6.0

70.0*2mY

Segunda interaccin:

mY 36.0)18.030.2(*81.9*2*1*6.0

70.0*2

Segunda iteraccin:

36.0)18.030.2(*81.9*2*1*6.0

70.0*2

Y m

ANEXOS

ANEXO # 1

LOCALIZACION Y UBICACIN

ANEXO # 2

TOMA DE FONDO

VISTA

ISOMETRICA,

PLANTA, CORTES

ANEXO # 3

DESARENADOR

VISTA

ISOMETRICA,

PLANTA, CORTES