estructuras hidraulicas

ESTRUCTURAS DE MEDICION

DE CAUDAL

14/12/2015 1Ing. Jaime L. Bendezú Prado

MEDIDORES PARSHALL

b 2/3AcW

E

GFB

A

K

N

D

xH2

H


MEDIDORES PARSHALL

Si: H2/H ≤ 0.6 = 60% Descarga Libre

Para los Parshall de W= 3” a W =9”

Si: H2/H ≤ 0.7 = 70% Descarga Libre

Para los Parshall de W= 1` a W =8`

Caso contrario es con sumergencia

Si. W=6” a 8´ x = 2” caso contrario x = 0


DESCARGA LIBRE

Q = KHn

Los autores, con base en los propios datos de Parshall obtuvieron la siguiente formula aproximada:

Q = 2.2WH3/2

Q = caudal en m3/s

W = ancho de la garganta en mt.

H = Carga en m.


DESCARGA CON SUMERGENCIA

Qreal = Qdescarga libre – corrección total

Para el calculo de corrección total se utiliza ábaco.


VERTEDEROS

Son simples aberturas sobre las cuales un líquido fluye, se puede considerar como un orificio sin el borde superior, los vertederos son utilizados en la medición de caudales de pequeños cursos de agua y conductos libres así también en el control del flujo en galerías y canales.


VERTEDEROSH = Carga del Vertedor

L = Longitud de la cresta

B = ancho del canal

L

B

H

p

Cresta o Umbral

p`


CLASIFICACION:

1.- Por su forma

• simples: rectang., trapezoidal, triang. etc.

• Compuesta: secciones combinadas.

2.- Por su altura relativa al umbral

• Vertedero libre (p > p`)

• Vertedor ahogado (p< p`)

3.- Por su espesor

• V. de pared delgada (placas)

• V. de pared gruesa (e > 0.66H)

4.- Por la longitud de la cresta

• V. sin contracción lateral (L = B)

• V. con contracción (L < B)


VERTEDERO DE PARED DELGADA

1.- V. Rectangular

• Con contracción

Q = 1.838(L – 0.2H)H3/2 m3/s

• Sin Contracción

Q = 1.838LH3/2m3/s

2.- V. Trapezoidal (tipo Cipolleti)

Q = 1.813H3/2 m3/sb

1

0.25


VERTEDERO DE PARED DELGADA

3.- Vertedero Triangular

Q = 1.45tgαH2.48

Si: α = 45° Q = 1.45H2.48 m3/s


VETEDERO DE PARED GRUESA

Q = 1.71LH3/2

H h


BARRAJE DE BOCATOMA

Q = 2.2LH3/2

H


UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

BOCATOMAS


BOCATOMA

• Estructura de captación de agua que descarga en un río o se encuentra embalsada en un reservorio, con fines de abastecimiento a poblaciones, riego, generación hidroeléctrica u otros fines (refrigeración de plantas atómicas).


FUNCIONES

• Asegurar la derivación de un caudal.

• Controlar el ingreso de sólidos de arrastre y en suspensión así como de cuerpos flotantes.

• Controlar el máximo gasto que puede ingresar.


INFORMACION BASICA

• Cartografía

• Geología

• Geotecnia

• Hidrología

• Hidráulica Fluvial.

• Estudio Ambiental


BOCATOMA CON BARRAJE MOVIL

• El barraje está conformado sólo por compuertas

• Con fines de controlar todas las descargas.

• La carga hidráulica se obtiene por el cierre del río mediante compuertas.

• Permite el paso de los materiales de arrastre


BOCATOMA CON BARRAJE MOVIL


BOCATOMA MIXTA

VENTANA DE CAPTACION

• Diseñado para estiaje como vertedero frontal

Q : Caudal a derivar más el caudal necesariopara operar el sistema de purga.

C : Coeficiente de vertedero.

L : Longitud de la ventana.

23

1CLhQ


VENTANA DE CAPTACION

• Velocidades de ingreso: V <= 1.0 m/s

• Dos Aberturas

• Altura del umbral que impida el ingreso de sólidos en arrastre (bancos).

• Corrección de dimensiones por la instalación de rejillas


DISEÑO HIDRAULICO DE BOCATOMAS

h

h0

Ventana de Captación

Presa Derivadora

>= 0.2m

C0

Cc

C1


1.- ALTURA DE BARRAJE:

Cc = Co + ho +h +0.2m

Donde:

Co = Cota de lecho

ho = altura necesaria para evitar ingreso de material de arrastre (ho ≥ 0.60m)

h = altura de ventana de captación para captar caudal de derivación (Qd)


2.- ALTURA DE BARRAJE

0.2H

0.5H

X

X = 2H y1.85 0.85

Y

TEORICO

0.2H

0.5H

X

Y

RECOMENDADO

Talud reforzado

1.51


3.- LONGITUD DE BARRAJE

Se debe procurar que la longitud del barraje conserve las mismas condiciones naturales del cauce, con el objeto de no causar modificaciones en el régimen


4.- CAUDAL DE DESCARGA DEL VERTEDOR Q = C*Le* H3/2

Q: lt/seg.

C: coeficiente de descarga en m1/2/seg. Varia de 1.66 a 2.21 ó C = K/3.28

K = de 3 a 4.2H = carga de la cresta en m.Le = Lm -2(n*Kp + Km)*HoLe = longitud efectiva de la crestaLm = longitud total de la cresta.n = número de pilaresKp = coefic. de contracción de los pilares varia de

0.025 a 0.10Km = coeficiente de contracción lateral por murosHo = carga de operación


Calculo de tirante al pie del barraje

Y2

Y1

1 2

Yn Yn

0

Co

p

H


Eo = E1 + hf

Co +p + H +VH2/2g = C1 +Y1 + V1

2/2g + hf

C0 – C1 = entre 0.5 y 1.00m

hf0-1 = (0.1* VH2/2g)

V1 = (2g*(Co-C1+p +H-Y1+0.9VH2/2g))1/2

= Q/A1

Se calcula: Y1


Y1 y Y2 son tirantes conjugados se calcula Y2

• Se tiene una curva de remanso de Yn a Yo (aguas arriba inmediatamente la presa derivadora), que para hallar Yo se utiliza los métodos de perfiles de curva de Remanso.

5.- Longitud de colchón disipadora:

L = (5 a 6 )*(Y1-Y2) Schoklitsch

L = 6*Y1*F1 F1 = V/(gY1) Safranez

L = 4*Y2 U.S. Bureau of Reclamation


Longitud de camino de percolación:

Lw = C*h

Lw = longitud de percolación

h = diferencia de carga hidrostática entre la cresta del barraje y la uña terminar de la poza de disipación.

C = coeficiente de Lane


Coeficiente de LaneMaterial CoeficienteArena muy fina o limo 8.5Arena fina 7.0Arena tamaño medio 6.0Arena gruesa 5.0Grava fina 4.0Grava media 3.5Grava gruesa 3.0Bloques con grava 2.5Arcilla Plástica 3.0Arcilla de consistencia media 2.0Arcilla dura 1.8Arcilla muy dura 1.6


Lw

h


Espesor del Solado

. W ≥ Sp

e = (4/3)h.β/ال

β = Peso específico del material del solado

e = espesor del solado

ال = Peso específico del agua.


SUBPRESION

Es la fuerza originada por el agua filtrada actuando sobre la base de las estructuras de abajo hacia arriba.


Sp = الbc`(h+h` -hx/L)

Donde:

ال = peso específico del líquido

h = carga a perder

b = ancho de la sección (normal al eje del

canal

c` = Factor que depende de la porosidad del terreno; en la practica varia de 0 a 1;


Condición C`

Concreto bueno con cimiento sobre roca sana 0.25

Concreto bueno con cimiento sobre roca de mediana calidad 0.5

Concreto bueno con cimiento sobre terreno permeable 1.0

h` = Profundidad de un punto conde se calcula la

subpresión respecto al punto donde se inicia el

recorrido de la filtración.

hx/L = Carga perdida en un recorrido x.


Ejemplo: Determinar la distribución de la subpresión del agua en la base de la estructura de concreto siguiente si la carga a perder es 2.10m, y la estructura se hizo sobre material permeable, el ancho de la sección normal al eje del canal es 3.5m.


Subpresiones: Perdida de recorrido = h/L = 2.1/8.9

h/L = 0.236m.

Pto B = 1000x3.5(2.1+1.5-0.236x1.50) = 11361kg

Pto C = 1000x3.5(2.1+1.5-0.236x1.75) = 11154.5kg

Pto D = 1000x3.5(2.1+0.25-0.236x3.0) = 5770kg

Pto E = 1000x3.5(2.1+0.20-0.236x8.65) = 875kg


DESARENADORES

Son estructuras hidráulicas que sirven para separar (decantar) y remover (evacuar) después, el material sólido que conduce el agua de un canal.


Clases de desarenadores

1.- Por su operación:

• Desarenadores de lavado continuo

• Desarenadores de lavado discontinuo

2.- Por la velocidad de escurrimiento

• Baja velocidad (de 0.2 a 0.6mt/seg)

• Alta velocidad (1 – 1.5m/seg)

3.- Por disposición de desarenadores

• En serie

• En paralelo


Partes del desarenador

Compuerta de admision

Camara de sedimentacion Compuerta

de lavado

Canal de lavado

Canal de salida

Vertedero

Canal directo

Transición

Canal de llegada


Partes de un desarenador1.- Transición de Entrada: Une el canal con el desarenador

2.- Cámara de sedimentación: Las partículas sólidas caen al fondo debido a la reducción de velocidad por el incremento de sección.

Por Dubuat: Las velocidades son:Para Arcilla = 0.081m/segPara arena fina = 0.16m/seg.

Para arena gruesa = 0.216m/seg.* El fondo por lo general tiene una pendiente transversales

de 1:5 a 1:8


3.- Vertedero:

Q = CLh3/2

Q = Caudal

C = 1.84 (para vertederos de cresta agua)

C = 2.00 ( para vertedero de perfil Greager)

L = Longitud de la cresta (m)

H = carga sobre el vertedero


Como: V = Q/A v = Ch1/2

Luego: h = (v/C)2

h ≤ 0.25m.

4.- Compuerta de lavado: Sirve para desalojar los materiales depositados en el fondo, el fondo del desarenador tiene una gradiente de 2 a 6%


5.- Canal directo: Se utiliza mientras se está lavando el desarenador.


DISEÑO HIDRAULICO DE DESARENADOR

1.- Diámetro de las partículas:

Se diseña para un diámetro donde superiores a

esta deben depositarse


Cálculo de la Velocidad del flujo en el tanque

V = a√d cm/seg

Donde: d = diámetro en mm.

a = Constante en función del diámetro.

a D(mm)

51

44

36

<0.1

0.1 – 1

> 1


velocidad de caída (w)

1.- Experiencia de Sellerio

30

Wcm/seg.

20

10

0.5 1.0 1.5 2.0

Sellerio


Tabla de Arkhangelski

D

mm.

0.0

5

0.

1

0.1

5

0.2 0.2

5

0.3 0.3

5

0.4 0.4

5

0.5 0.5

5

0.6 0.7 0.8 1.0 2.0 3.0 5.0

W

Cm/

s

0.1

78

0.

6

9

2

1.5

6

2.1

6

2.7 3.2

4

3.7

8

4.3

2

4.8

6

5.4 5.9

4

6.4

8

7.3

2

8.0

7

9.4

4

15.

29

19.

25

24.

9


Formula de Owens:

W = k √d(∫ s – 1

W = velocidad de sedimentación (m/s)

D = diámetro de partículas (m)

∫ s = peso específico del material (g/cm3)

K = constante que varía de acuerdo con la forma y naturaleza del grano.


Forma y naturaleza k

Arena esférica

Granos redondeados

Granos cuarzo d > 3mm

Granos cuarzo d< 0.7mm

9.35

8.25

6.12

1.28


Cálculo de las dimensiones del tanque

CRITERIO DE DIMESIONAMIENTO DE CAMARA

L=V/t t = V/L

H = W/t t =W/H

Luego:

V/L = W/H

L = VH/w


UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

SIFONES INVERTIDOS


ALMACENAMIENTO

• Llamados también Reservorios, Embalses y Azudes son vasos que se cierran mediante una Represa con el objeto de recoger las aguas de su cuenca en las estación lluviosa para luego soltarla en la época de estiaje, de acuerdo a las necesidades del proyecto

Estructura Principal de un Almacenamiento

1.- Vaso o Cubeta

2.- La Boquilla

3.- La Represa

4.- El Aliviadero

5.- El Conducto de Fondo

Clasificación de Almacenamiento

1.- Reservorios Pequeños (Pondaje): para regulación diaria de C. Hidroeléctricas

2.- Estanque: Son almacenamientos pequeños para la agricultura.

3.- Anuales: Cuando la capacidad es para regulación anual.

4.- Multianuales: Cuando su capacidad puede utilizarse en varios años.

Niveles de Almacenamiento

1- Nivel Normal.- Es el nivel máximo de operación.

2.- Nivel Mínimo.- Es la mínima elevación de operación.

3.- Volumen muerto.- Es el volumen previsto para la deposición de sólidos.

4.- Súper almacenamiento.-Es el volumen de agua entre el nivel máximo de descarga de una avenida y el nivel normal

Funcionamiento de Reservorios- Para la operación y funcionamiento de un

almacenamiento es necesario datos mensuales, diarios u horarios depende del fin del reservorio

- Vf = Vi - Pe –Vs + VI

Vf : Volúmen final o actual en millones m3

Vi : Volúmen anterior, del día o mes anterior

en millones de m3.

Pe= αS : Perdida por evaporación

α : coeficiente de evaporación diaria o mes

S : Área del espejo de agua en el tiempo observ.

Vs: Volumen soltado del embalse en mill. M3

VI : Volumen que ingresa al reservorio.

Vertedero laterales

Los vertederos laterales son usados en

canales para eliminar los excesos de

caudal.

Vertedero Lateral

COMPUERTAS

Funcionamiento de una compuerta

Compuertas Planas

Las Compuertas

Planas se utilizan

para pequeños

caudales. Su

ancho máximo

recomendado es

de entre 3 o 4

metros.

Compuerta Plana

Compuerta Plana Libre

Compuerta Plana Ahogada

Compuertas Laterales

Cuando en un canal principal se desea hacer

una derivación lateral de modo de regular y

controlar el caudal que sale se acostumbra a

diseñar una Compuerta Lateral.

Compuertas Laterales

Compuertas de Sector

Este tipo de Compuertas se utilizan para

grandes y medianos caudales. Además,

es de fácil funcionamiento pero tiene un

alto costo.

Compuerta de Sector Libre

Compuerta de Sector Ahogada

MARCOS PARTIDORES

Componentes de un

marco partidor

Esquema

GRACIAS

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