Universidad Técnica Particular de Loja

La Universidad Católica de Loja

Escuela de Ingeniería Civil.

HIDRÁULICA 1

Consideraciones tomadas para el diseño de obras de

captación a través de hojas electrónicas (Excel).

Alumnos

Paúl Andrés Cobos Poma.

Luis Miguel Chamba

Docente

Ph.D. Holger Benavides Muñoz

Loja-Ecuador

1. Consideraciones generales

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.

2. Toma convencional

Consiste en un dique vertedero que cierra el cauce del río y capta las aguas por una rejilla o vertedero lateral y constan de los siguientes elementos: azud, rejilla, desripiador, canal de paso, desarenador y obras de control de crecientes.

El cálculo y diseño de obras de toma, está sujeto al análisis hidráulico e investigaciones de diversos autores, que en base a su experiencia han planteado modelos matemáticos a seguir, así en la electrónica denominad “captación convencional automatiza el proceso de cálculo para una captación de este tipo descrita en el libro de Diseño hidráulico de Sviatoslav Krochin.

En la parte superior de la hoja electrónica “captación convencional” se encuentran todos los datos necesarios para el cálculo completo de los diferentes elementos, algunos de ellos en primera instancia no serán conocidos pero será criterio del diseñador establecer sus magnitudes.

Frente cada dato se describe su característica así como las unidades (en todas las hojas electrónicas se utilizan unidades del S.I) en las que deben ingresar

Además en cada una de las celdas se pueden leer comentarios expresando explícitamente cada dato y sus valores usuales en el caso de serlo.

Luego de haber introducido los datos automáticamente se generan los resultados los mismos que pueden determinarse tanto para los factores críticos o menores colocando FC y los

factores promedio FP, los cuales están debidamente detallados por un comentario en celda. La elección dependerá del diseñador

La imagen anterior muestra los resultados de los diferentes elementos de la captación, excepto el azud (se muestra más adelante), el detalle de las ecuaciones consideras para llegar a los resultados se muestran a continuación:

2.1. Diseño de la Reja

Se comienza verificando que la reja trabaje como un vertedero pared delgada para lo cual debe cumplirse:

5.1/ eH

Posterior considerando que la reja trabajo como un vertedero sumergido se utiliza la ecuación:

2/3HbMSkQ

Dónde:

Coeficiente de sumersión (Mo) se lo puede determinar por:

Konovalov Bazin

Coeficiente de correción por sumerción (S)

Bazin Villemonte

Por último se determina si la reja trabaja sumergida o no, para lo cual debe cumplirse que:

22 PhHnP vertederoabajoaguas

7.02

P

Z(N.C resalto rechazado)

Con los datos se determina el ancho efectivo del vertedero

Posterior de determina el número de barras, numero de espacios y longitud total reja

Para calcular el ángulo de la dirección del canal con respecto de la del río se, emplea la expresión de Kiselev:

Con el ángulo anterior y el coeficiente de pérdidas se determina las perdidas en la rejilla

Coeficiente de pérdida en las rejillas (Sugerido en la normativa RAS- Colombiana)

Forma A B C D E F G

k 2.42 1.83 1.67 1.035 0.92 0.76 1.79

tNbbLr

bxHr

QdVc 90

2.2. Desripiador

Después de la rejilla de entrada se ubica el desripiador y que sirve para detener el ripio (grava) que pasó entre los barrotes y que no deben entrar al canal.

Calculo del resalto (S. Rectangular)

La primera ecuación se resuelve utilizando aproximaciones sucesivas, para el caso se ocupó solver en Excel. Otra forma de calcular el conjugado menor es la siguiente:

To = Z0 + P1 + Hr + Vc2/(2g) (Se puede comprobar)

Determinado los tirantes conjugados se determinan la longitud del desripiador, determinado la longitud del salto por diversos autores:

Pavlovski Bakhmetev Safranetz:

Luego se determina la longitud del vertedero sumergido de salida del desripiador considerando que existe un factor K de contracción

2/3HBvMSQ

Longitud con factores promedio

hf

yLrg

Qyz

g

VHP r

2

1

2

11

2

122

1

81

2 32

2

1

2yLrg

Qyy d

)(2 1

1yTogk

LrQ

y

)5.12tan(2

bLrL

Longitud con factores críticos

2.3. Transición desripiador canal de aducción

Las pérdidas de energía que se producen en una transición se deben a la fricción y al cambio de velocidad. La primera es pequeña y puede ser despreciada en cálculos preliminares. La segunda es una función de la diferencia entre las cargas de velocidad.

Siempre que sea posible, conviene que la entrada de la transición tenga un calado que arroje igual sección viva que la sección de salida, sin embargo esto no es posible en la mayoría de los casos por ello se determina de la siguiente forma:

Velocidad de aproximación al vertedero Debe cumplirse

(y2, paramento mínimo aguas abajo)

El calado al comienzo de la transición es: no puede ser menor que: d1= Hnr+y2 ; Hnr=Hvr-Z

)5.12tan(2

21

bbL

)1(* PHvrBv

QV

70.0

02

zy

g

VZZ

2

2

0

A

QdV

BvdA

1

*1

2.4. Canal de salida (Sección MEH, trapeciodal) (b2)

Se determina el calado en canal de salida conociendo la pendiente dada por la topografía y la sección que se pretende utilizar, para el caso de esta hoja electrónica se utilizó una sección trapezoidal que puede llegar a una sección rectangular cuando z=0.

Tomando la ecuación de Chézi Manning y la relación de máxima eficiencia hidráulica para una sección trapezoidal se obtiene el calado

MEH

Por ultimo en canal de salida determinamos la velocidad dividendo la ecuación de Chézi Manning para el área y se determinan las diferencias entre las cargas de velocidades.

Con el objetivo de darle al flujo un movimiento hidrodinámico se utilizó una transición circular compuesto por dos arcos de círculo curo radio de determina con:

Tomando la geometría de la transición y considerando el radio anterior las ecuaciones para determinar el ancho a una distancia x desde el inicio de la transición son:

Arco 1 Arco 2

Los resultados que se obtienen en la hoja electrónica de dan a través de un esquema:

)2(2 sen

LR T

2

22 ))tan(*(*2 bxRRLb T 2

22*2 bxLRRb T

zzJ

Qnd

12

2

2

3

2

3

8

zzd

b 212

2

dR

2/13/2

2

1JR

nV

2/13/21. JRn

AQ

g

VVh

2

2

1

2

2

Utilizando factores promedio

Utilizando los factores menores o críticos

Arco 1 ( Primera mitad)

X

0.500

1.000

1.500

Arco 2 ( Segunda mitad)

X

2.000

2.500

3.000

b

1.268

1.051

0.980

2.239

2.023

1.645

b 2

22 ))tan(*(*2 bxRRLb T

2

22*2 bxLRRb T

2

22 ))tan(*(*2 bxRRLb T

Arco 1 ( Primera mitad)

X

0.667

1.333

2.000

Arco 2 ( Segunda mitad)

X

2.667

3.333

4.000

2.370

1.867

b

1.363

1.074

0.980

b

2.659

2

22 ))tan(*(*2 bxRRLb T

2

22*2 bxLRRb T

Se puede apreciar las diferencias claramente establecidas en los resultados al tener la opción de poderlo realizar por dos formas.

2.5. Perfil en la solera

Se supone que la variación de la superficie (perdida de carga en la transición) sigue dos curvas parabólicas tangentes entre sí en la mitad del tramo y tangentes a la horizontal a la entrada y a la salida de la transición.

Los valores de las pérdidas en la superficie contadas desde un punto a la entrada de la transición están dados por las ecuaciones:

1 mitad 2 mitad

: ∆y=Z

Utilizando factores promedio

Para la primera mitad de la trasición ( Primer arco)

x y Cota_ fondo

0.500 0.009 1000.391

1.000 0.035 1000.365

1.500 0.078 1000.322

Para la segunda mitad de la trasición ( Segundo arco)

x y Cota_ fondo

2.000 0.121 1000.279

2.500 0.147 1000.253

3.000 0.156 1000.244

2

2

2x

L

yy

T

2

2

2T

T

LxL

yyy

2

2

2x

L

yy

T

2

2

2T

T

LxL

yyy

Utilizando los factores menores o críticos

Los esquemas obtenidos en la hoja electrónica son los que convenientemente tocaría darle al perfil en la solera en la transición.

2.6. Canal Desfogue

Se determina el calado en canal de desfogue para lo cual se basó en que este no bebe ser mayor al paramento 1 del vertedero de salida del desripiador con el objetivo que en lavado no entre nada al canal de aducción.

Para la primera mitad de la trasición ( Primer arco)

x y Cota_ fondo

0.667 0.009 1000.391

1.333 0.037 1000.363

2.000 0.083 1000.317

Para la segunda mitad de la trasición ( Segundo arco)

x y Cota_ fondo

2.667 0.129 1000.271

3.333 0.157 1000.243

4.000 0.166 1000.234

2

2

2x

L

yy

T

2

2

2T

T

LxL

yyy

Ydes<=P1del Vertedero de salida QL(limpieza 2*Qd) n=0.025 (debido a la presencia de piedras en el fondo. bdesf (impuesto),A, R

Si el gradiente del río es superior a este valor, quiere decir que está bien. Si es inferior entonces hay que aumentar el ancho del canal o levantar el fondo del desripiador o ambas cosas.

Además el ancho debe ser suficiente para que pasen las piedras grandes y que la velocidad del agua no debe ser inferior a 2 m/s para que pueda arrastrarla.

2.7. Compuerta Desripiador

Las compuertas son un caso de orificios grandes, es decir, aquellos en los que la dimensión vertical "a" es apreciable, comparada con la carga H sobre el centro de gravedad. Generalmente se consideran como tales aquellos en los que esta relación a/H es mayor de 0.1.

Para compuerta libre que tiene un alto a y ancho b tenemos que el caudal está dado por:

Considerando la suposición den canal de desfogue el valor de viene dado por: a=asumido=ydesf

Los valores de e para las relaciones a/H se tomaron del libro de Krochin y se muestran a continuación.

a/H e a/H e 0.00 0.611 0.55 0.650 0.10 0.615 0.60 0.660 0.15 0.618 0.65 0.675 0.20 0.620 0.70 0.690 0.25 0.622 0.75 0.705 0.30 0.625 0.80 0.720 0.35 0.628 0.85 0.745 0.40 0.630 0.90 0.780 0.45 0.638 0.95 0.835 0.50 0.645 1.00 1.000

3/4

22

R

nVJ

A

QV

)(

22

2

aeg

VHgbaekQ 1.0

H

a

Par la interpolación de en esta tabla se determinó una ecuación de correlación de todos datos de la tabla anterior con la ayuda de la hoja electrónica, obteniéndose una ecuación de sexto grado cuyo coeficiente de correlación de datos fue de 0.998.

H = cota cresta del vertedero Desripiador - cota de la parte inferior compuerta + carga sobre la cresta del vertedero Los resultados se muestran esquemáticamente al inicio como se describió previamente.

Además en caso de no cumplirse con la pendiente del canal de desfogue, la velocidad de lavado o el caudal que fuga por la compuerta la hoja electrónica automáticamente a través de un comentario provee una la alternativa para conseguir las dimensiones teóricas de estos elementos.

3. Vertederos de Rebose

3.1. Creager

Entre las ventajas del perfil tipo Creager están las siguientes:

• El azud de derivación tiene una sección transversal trapezoidal que ayuda a su estabilidad.

• Flujo estable, sin vibraciones, sin desprendimiento ni entradas de aire.

• Reduce la presión sobre el cimacio (parte superior del paramento).

• El perfil Creager está sometido a una presión casi nula en todos sus puntos

C=2 aproximadamente (M. Villón)- 2.21 (krochin)

El coeficiente de descarga (C) varía de acuerdo a los siguientes factores:

• La profundidad de llegada.

• La relación de la forma real de la cresta a la de la lámina ideal.

• El talud del paramento aguas arriba.

• Interferencias del zampeado (lavadero) de aguas abajo.

• Tirante o profundidad de la corriente de aguas abajo.

Se lo puede tantear siguiendo lo descrito a continuación:

Según Gehy obtuvo las ecuaciones para el coeficiente de descarga Co (ver Figura 12) en función de la relación P/Ho, donde P es la altura del paramento de aguas arriba, y Ho la carga de diseño sobre el vertedero, siendo Ho = He.

Hd = Ho - Ha

3/2

2/3

LC

QH

HLCQ

o

o

81,92

2

LHoP

Q

Ha

704.18.1025.2

2

0

Hd

P

Hd

PC

5.00

0H

P

031.2145.0034.0

2

0

Hd

P

Hd

PC

5.26.0

0H

P

18.20 C

5.2

0H

P

La corrección del factor Co se puede determinar mediante la ecuación

La altura de agua sobre la cresta del vertedero (y por ende la velocidad horizontal) según Bazin es:

Para una primera aproximación, se puede calcular el perfil del azud basándose en tablas como la calculada por Ofizeroff, la cual ha sido calculada para Ho=1.0 m., o sea que para un Ho.

X Ordenada inferior de la lámina Ordenada del azud Ordenada superior de la lámina

0.0 0.126 0.126 -0.831

0.1 0.036 0.036 -0.803

0.2 0.007 0.007 -0.772

0.3 0.000 0.000 -0.740

0.4 0.007 0.006 -0.702

0.6 0.063 0.060 -0.620

0.8 0.153 0.147 -0.511

1.0 0.267 0.256 -0.380

1.2 0.410 0.393 -0.219

1.4 0.591 0.565 -0.030

1.7 0.916 0.873 0.305

2.0 1.310 1.235 0.693

2.5 2.111 1.960 1.500

3.0 3.094 2.824 2.500

3.5 4.261 3.818 3.660

4.0 5.610 4.930 5.000

4.5 7.150 6.460 6.540

Sin embargo se puede determinar el perfil con la ayuda de la siguiente ecuación tomada del texto de pequeñas presas.

Donde k y n con (ha/Ho) en la figura 187, Presas Pequeñas, página: 304

788.0212.0

32

0

2

H

HdC

20 CCC

oHd 69.02/1

69.0oh H

C

dL

QV

n

oo H

xk

H

y

Determinamos los radios R1 y R2 en función de (R1/Ho) y (R2/ Ho) de tablas dadas en texto de diseño de pequeñas presas pág. 305, fig. 187

Los valores de R1 y R2 son respectivamente los radios mayores y menor de la creta aguas arriba y que conecta con el paramento, para nuestro diseño en la hoja de Excel se ha considerado un paramento vertical. Los resultados del perfil Creager tanto por aproximación como por la ecuación se muestran continuación: Por aproximación

Por Ecuación

-2.000

-1.000

0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000

Perfil azud creager

Lamina inferior

Limite Superior

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Al utilizar el perfil Creager por la ecuación es necesario determinar el punto de tangencia P.T, entre la curva dada por la y el tramo recto del vertedero dado en función de un pendiente cuyo valor varía de acuerdo a los requerimientos técnicos del sitio. En al caso de la hoja electrónica diseñada es necesario que el usuario introduzca la pendiente H:V del tramo recto del vertedero con lo cual se calcula automáticamente el P.T.

3.2. Radio de la Gola (Para cambiar de dirección el agua en forma paulatina)

El radio de la gola que se da al pie del vertedero aguas abajo se lo determina en función dela altura del paramento y la carga Hd.

(h=Hd)

4. Perfil WES (Captación sumergida o de fondo)

Con base en los datos del United States Bureau of Reclamation, el cuerpo de ingenieros de los Estados Unidos (U.S. Army Engineers Waterways Experiment Station) ha desarrollado varias formas estándar, representadas por la anterior ecuación:

Los valores de n y k para diferentes inclinaciones del paramento se toman de tabla anterior tomada del texto de Ven Te Chow

Para vertederos de pared gruesa (Tomado del texto de Materon-Ecuación de Francis) se determina la carga de diseño.

Se determina el efecto de la velocidad con:

33.1/ HdP Velocidad despreciable → He=Hd

33.1/ HdP Velocidad apreciable → He=Hd+Ha

De acuerdo con el texto de Ven Te Chow para vertederos de rebose tipo WES, la ecuación del caudal que vierte es:

5.1

eCLHQ

Donde He=Hd+Ha:

33.1/ HdP He=Hd y C=Cd=4.03 (2.225)

33.1/ HdP El coeficiente se ve afectado, He=Hd+Ha

3/2

.

LC

QHd

En la siguiente figura se muestran otras Formas estándares de perfiles WES

Al igual que el perfil Creager se determina el punto de tangencia (P.T) del tramo recto en función del valor de entrada de la pendiente del tramo recto que estará a criterio del diseñador, además también con ayuda de las tablas anteriores se encuentra el radio de Gola o cubeta. En la hoja electrónica el cálculo del perfil WES se encuentra diseñada para una captación sumergida, todas las tablas auxiliares necesarias para llegar al perfil final se encuentran calculas internamente y se muestran a continuación:

El resultado de las operaciones adjuntas en los cuadros anteriores genera el perfil.

5. Diseño del pozo de amortiguación o colchón de aguas (mediante un vertedero de cresta ancha o diente al final del zampeado, proceso descrito en Materon)

El pozo de amortiguación es una estructura corta pavimentada, situada al pie del aliviadero con el objeto de producir y retener el resalto hidráulico, y para convertir el flujo supercrítico en subcritico, condición para no generar la socavación de la estructura aguas abajo.

Primero se determina la altura del vertedero de cresta ancha o diente al final del zampeado para ello determinamos la velocidad del flujo teórica a la salida de un vertedero de rebose (Tomado de Ven Te Chow pág. 374).

0

0.5

1

1.5

2

2.5

-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

PERFIL TIPO WES

Con la velocidad teórica se determina la altura o calado del agua a la salida por continuidad.

Se determina el número de Froude en esta esta sección por:

En base a la gráfica siguiente se determina la relación entre la altura del diente y el caldo al pie del vertedero

En la hoja electrónica en este punto el usuario no tiene la necesidad de leer y aproximar la relación, para ello se toma la ecuación que representa la gráfica anterior la misma que se resolvió por aproximaciones sucesivas mediante solver de Excel con lo solo es necesario actualizar el solver y la relación exacta se toma para el cálculo siguiente. Posterior se determina el calado mayor producido en relato al pie del vertedero de rebose

o

)5.(21 HZgV

BV

Qy imo

.1max

1

1

11

gY

VF

3

2

111

2

1/2

1/1667,2

Y

h

Y

Y

YY

YhF 181 50.0

2

112 FYY

Se estima el valor de y3 para asegurar las condiciones de producción y retención del resalto hidráulico y el régimen subcritico aguas abajo, este debe cumplir que:

Para el cálculo de la longitud del zampeado o colchón amortiguador (L) se toma que esta debe ser por lo menos igual a la longitud del resalto. Bureau of R

Pikalov

Safranetz

Otros

Bakhmetev – Maztke

Pavloski

6. Estabilidad del azud (Conocidas las dimensiones del azud)

Son poco frecuentes los azudes apoyados en roca y por lo general el lecho del río está compuesto por arena, grava o arcilla. Por lo cual es necesario comprobar la estabilidad del azud para que las fuerzas a que estará sometido no produzcan hundimientos, deslizamiento o volcamiento.

3

2 23

hyy 23 yyh

2

1 * 21 4 FrYL

2*5.4 yL

)(*5 3yhL )(*9.6 12 yyL

)(*5 12 yyL

129.15.2 yyL

Carga de agua en crecida: Z = P + H max

Los suelos que sirven de fundaciones para obras hidráulicas son permeables en la mayoría de los casos pues solamente suelos rocosos y arcillas compactas pueden ser considerados impermeables. El agua al moverse por los poros del suelo ejerce presiones sobre las partes de la construcción que están en contacto con ellas. Por lo tanto en el cálculo de azudes uno de los primeros problemas que hay que resolver es el espesor del zampeado para que la estructura funcione satisfactoriamente. Para esto existen varios métodos, del cual se siguió el método de la variación lineal de la presión o método de Bligh descrito a continuación. Se observa que la mínima subpresión se produce cuando el dentellón está al principio y va aumentando hasta llegar al máximo, en la posición del dentellón al final.

Universidad Nacional de Cuyo Obras Hidráulicas I Facultad de Ingeniería

Valor de la subpresión con que calculamos el espesor correspondiente a la sección crítica, que es donde termina la Gola.

Donde Ls es la longitud total desde H1 hasta H2 y X es la distancia donde se calcula la supresión, generalmente se la calcula en la sección crítica o sección final del pie del vertedero.

7. Profundidad del dentellón al final del zampeado

La profundidad de este dentellón debe ser mayor que la profundidad de la socavación producida por la erosión. La magnitud de la erosión puede ser calculada E.A. Zamárin según la cual

v

qdY o 4

n RVV 1

V1 - velocidad admisible máxima para los materiales que forman el cauce R - radio hidráulico. EI valor de n:

Para cauces de arena, loess y grava es igual a n = 2 + R con un máximo de n = 6 Para cauces de canto rodado n = 2.5 + 0.5×R con un máximo de n = 5

En el caso de que el dentellón no llegue a tener un valor igual o mayor que r es conveniente proteger el cauce después del zampeado con una capa de piedra.

8. El espesor necesario del zampeado (Tomado del libro de Diseño Hidráulico de Krochin-pág. 69)

De acuerdo al método de la variación lineal de la presión o método de Bligh el espesor es:

Este espesor se varía según la supresión en el punto considerado, en la hoja electrónica de Excel diseñada se calcula el espesor t en función de la supresión en el pie del azud.

1

W

St

H2)X)-(LsLs

H2(S w

9. Calculo del empuje

La variación del empuje del agua sobre el cuerpo del azud cuando este está vertiendo agua por arriba de su cresta se muestra en el esquema adjunto.

El procedimiento utilizado para el empuje se basa en que este se encuentra en el centro de gravedad y esta medido desde el pie del paramento del azud aguas arriba.

10. Peso del Azud (por metro lineal d ancho) y ubicación de su resultante

Para el cálculo del peso del azud se determinan las áreas de los diferentes elementos que componen el azud para lo cual se dividió en tres partes puntuales, las áreas determinadas en los tramos curvos si bien se pueden aproximar por trapecios sin embargo están resueltos por

aguaagua AAAE )( 21

22

12

1)(

2

1HHPA e

22

22

1

2

1hHA e

PH

PHPY

e

e

2

3

3

integrales obteniéndose resultados más precisos. Además para el cálculo de la ubicación de este peso de determina el centro de gravedad de la figura compuesta tomando como punto centro de momentos el que se indica en el esquema donde se indican todas las dimensiones calculadas previamente en el azud.

Los resultados de la ubicación se muestran en la hoja electrónica” Bocatoma de fondo” así como los límites admisibles donde se debe encontrar el peso resultante del azud, para ello se utilizó funciones lógicas donde se señala cualquier en una de las dimensiones.

11. Chequeo al deslizamiento (Coeficiente de seguridad al deslizamiento. Tomado del texto de Krochin-pag.59)

El factor de seguridad al deslizamiento siempre se cumple ya que todos los azudes tienen un dentellón que los ancla al terreno y para que el azud se deslice debería primero fallar el dentellón, situación difícil que sucede si la obra fue bien construida. Sin embargo para comprobar lo anterior se estima este factor a través de:

fE

SWFsd

Los valores de f se pueden tomar de

12. Chequeo al volcamiento (factor de seguridad al volcamiento)

Ordinariamente el azud que resiste el deslizamiento es estable, pero puede comprobarse también al volcamiento.

Ambos factores se determinan en la hoja de cálculo y así mismo si uno no se encuentra dentro de los límites permitidos se expresa a través de una función lógica.

13. Diseño de la rejilla de fondo

Para terminar con el diseño de una bocatoma de fondo o sumergida descrita en la hoja electrónica “Bocatoma de fondo”, nos falta por ver el diseño de la rejilla y galería para lo cual se siguió el proceso descrito en documento de diseño hidráulico de estructuras del Ing. José García.

Bocatoma de fondo tipo mostkov

“Mostkov propuso una fórmula de cálculo para bocatomas con inclinación de rejilla hasta de 20º y así facilitar el paso de las piedras arrastradas por el fondo, pero de acuerdo a Bouvard, la inclinación de la rejilla podría llegar hasta 40º.”

2

1

.. XSyE

wX

M

MFsv

motor

resistente

De acuerdo con esto mostkov propuso la utilización de rejillas con barras de sección rectangular o trapecial con la base mayor hacia arriba, colocadas paralelamente en la dirección del flujo. No aconseja las barras redondas por obstruirse más rápidamente y por la dificultad de limpieza.

El caudal captado es igual a:

El coeficiente K que reduce el área total en área efectiva disponible para el caso del agua está dada por:

Siendo C el coeficiente de contracción

Varía en función de la disposición de los hierros dela rejilla. Su valor depende de la inclinación de la rejilla con la horizontal.

Finalmente el ancho de la rejilla se calcula escogiendo un valor de Longitud de rejilla (L), tal que permita aprovechar la longitud de las platinas comerciales.

Finalmente la a altura de la cresta del azud a los lados de la rejilla para el caudal de diseño Ho es:

Las ecuaciones anteriores y el método utilizado fue aplicado en las hoja electrónica “bocatoma de fondo” en donde al final se registran las dimensiones delas rejilla en la cual se condiciona al ancho del cauce, para lo cual una función lógica analiza y emite el comentario necesario si las dimensiones están dentro las características físicas del cauce.

2/32/320.3 LbCKQ

2/32/3)(

313.0

LKC

Qb

ts

sfk

)1(

iCC 25.00

Ho2.55kCbLQ

13.1. Diseño de la galería

De las diferentes metodologías para una el diseño de una captación sumergida en la hoja “bocatoma de fondo” se siguió el procedimiento denominado: otra Metodología para el dimensionamiento de la Galería o Canal Recolector. Para este método se dimensionan los siguientes parámetros: - Ancho canal (b) - Longitud (L) - Pendiente del fondo (So) - Profundidad del flujo a la entrada (H1) y a la salida (H2).

Entonces la profundidad a la entrada H1 y la de salida H2, se calcula con el siguiente procedimiento descrito.

Se determina el tirante criticó considerando una sección rectangular

Se estima el calad al final del canal como sigue la siguiente ecuación con el fin de que no se produzca resalto

Por último se estima el calado al inicio de la transición con la ecuación:

Otros métodos a continuación se describen para el cálculo de la rejilla, que al igual que el anterior siguen siendo aproximaciones y se encuentran la hoja electrónica “E. Aplicación 6(Bocatoma sumergida)”.

32

2

gb

QYc gYcVc

cyH 1.12

SLSL

HH

YcH .

3

2)

3

.2(

2

21 2

3

13.2. Diseño de la galería de toma tipo Zamarín.

Como una primera aproximación se puede seguir este método para pre dimensionar la galería de toma.

13.3. Diseño de la Galería de toma tipo Hinds

El método se basa en la ley de la conservación de la cantidad de movimiento. Se asume, al igual que en el método de Zamarín, que la energía del agua que pasa por la rejilla se disipa totalmente en la mezcla turbulenta dentro de la galería de toma. Este método es complementario del de Zamarín.

En la hoja de cálculo mostrada se aplican ambos métodos los mismo que se complementan y su precisión dependen del numero d secciones tomadas.

14. Desarenadores

Desarenador es una obra hidráulica que sirve para separar y remover después, el material sólido que lleva el agua de un canal. Los desarenadores cumplen una función muy importante y por esto, salvo casos especiales de aguas muy limpias. En la hoja electrónica “E. Aplicación 3(Desarenador)” se muestra el cálculo automatizado de un desarenador de lavado intermítente. 15. Bibliografía

Diseño Hidráulico. Sviatoslav Krochin

Capítulo 17 del texto: Hidráulica de canales abiertos. Ven Te Chow.

Capítulo 3 del texto: Obras Hidráulicas Rurales de Hernán Materon.

Universidad Nacional de Cuyo, Obras Hidráulicas I, Facultad de Ingeniería.

Corrección de Torrentes Y Estabilización de Cauces de F. López Cadenas de Llano (Pag. 105).

Diseño Hidráulico de Estructuras de Ing. José García (Tabla propuesta por Ofizeroff)