DesarenadorMEMORIA DE CALCULO5.1.5 - Diseo del DesarenadorEs una
obra hidrulica que sirve para separar y remover, las prtirculas
slidas que pudiern ingresar al canal, especialmente en pocas de
avenida. La baja velocidad del agua en el desarenador, origina la
sedimentacin de las prticulas los cuales son eliminados traves de
una compuerta de fondo.De no separar y remover estos sedimentos se
ocacionar graves perjucios a las obras tales como:1. El Canal de
Conduccin terminara por colmatarse de sedimentos.2. En los
reservorios nocturnos terminara por colmatarse de sedimentos.El
desarenador se disear para un determinado diametro de prticulas, es
decir que se supone que todo diametro superior al elegido deben
depositarse.1.-DIAMETRO DE PARTICULAS A SEDIMENTAREl desarenador se
disear para un determinado diametro de particula , es decir, que se
supone que todas las prticulas de diamtero superior al escogido
deben depositarse.Segn el libro de Irrigacin de Cesar Arturo Rosell
Caldern ; coleccin del Ingeniero Civilel tipo de desarenador a
disear es: Desarenador de fujo lento, con velocidades bajas
entre0.20 a 0.60 m/seg., estas velocidades permite eliminar
particulas hasta de 0.1mm.d =0.50mmValor recomendado para una
conduccin eficiente del canal.2.-VELOCIDAD DEL FLUJO EN EL TANQUE
(V)La velocidad del flujo en el Desarenador se determinar mediante
la Formula de Camp.cm/segDonde:a :Constante en funcin del diametrod
:Diametro (mm)d (mm)aa hallado0.105100.1 -1.004401.00360La
velocidad del Flujo ser :V =31.1126983722cm/segV
=0.3111269837m/segentre 0.20 - 0.60 m/seg. . OK.3.-VELOCIDAD DE
CAIDA DE LAS PARTICULAS (W)La velocidad de caida de las prticulas
se determinar por los siguientes metodos3.1 Por ArkhangelskiTabla N
03 Velocidades de sedimentacin w en funcin del diametro de
prticulasd (mm)w (cm/seg)w
hallado0.050.17800.100.69200.151.5600.22.1600.252.7000.33.2400.353.780Dato:0.44.320d
=0.50mm0.454.8600.55.405.4w =5.4cm
/seg0.555.9400.66.4800.77.3200.88.07019.440215.290319.250524.9003.2
Por Sellerio Nomograma que se muestra en la figura N 01Dato:d
=0.50mmw =2.6cm /seg3.3 Por Owens se determinar mediante la
formula:Donde:w :Velocidad de Sedimentacin (m/s)d :Diametro de
prticulas (m)Ps:Peso especifico del material (g/cm3)k :Constante
que varia de acuerdo con la forma y naturaleza de los granos.Tabla
N 04 constante kForma y naturalezakarena esfrica9.35granos
redondeados8.25granos cuarzo d>3 mm6.12granos cuarzo d= 0.90m.e
=0.65m. espesor a considerarEnrocado de proteccin o EscolleraAl
final del colchn disipador es necesario colocar una escollera o
enrocado con el fin dereducir la erosin y contrarestar el arrastre
del material fino por accin de la filtracin.Ingresar:Donde:C
=6.0Coef.Lt:Longitud total escolleraDb =2.10mC:coeficiente de
Bligh.q =105.314m3/seg/m. AnteriorDb:Altura comprendida entre la
cota de la cresta del barrajeLc =4.00m Anteriory la cota del
extremo aguas abajo.q:Caudal por metro lineal de
vertedero.Lc:Longitud del colchnLt =-418.92m.Coeficiente de
Bligh.material del lecho del cauceCoef. BlighArena fina y
limo18Arena fina15Arena gruesa12Grava y arena9Bolones y arena4 -
6Arcilla6 - 7DISEO DEL CANAL DE LIMPIASu trazo generalmente es
perpendicular al eje del barraje pero puede tener un angulo entre
12 a 45 y el fluyo de la quebrada puede fomar angulos entre 60 y 90
con el eje de captacin. Un bocal Desviado facilita el ingreso de
agua, pero aumenta la sedimentacion frente a la misma; Para separar
el canal de limpia del barraje fijo se construye un muro guia que
permite encauzar mejor las aguas hacia el canal de limpiaVelocidad
de arrastreDonde:Vc:Velocidad requerida para iniciar el
arrastrec:Coef. Que es funcin del tipo de material Arena grava
redondeada 3.2 grava rectangular 3.9 arena y grava 3.5 a
4.5Ingresar:C =3.5Coeficiente.d:Diametro del grano mayord
=0.15m.Vs:Velocidad de arrastreResulta:Vc =2.03m/seg.Vs
=1.36m/seg.Ancho del canal de LimpiaDonde:B:Ancho del canal de
limpia en metrosQ:Caudal que discurre en el canal de Limpia en
m3/seg.q:Caudad por unidad de ancho m3/seg./mIngresar:Vc:Velocidad
de arrastre en m/seg.Q=0.40m3/seg.g:Aceleracin de la gravedad en
m/seg.2g=9.80m/seg.2Vc=2.03m/seg.q=0.86m3/seg./mResulta:B
=0.47m.Para el diseo:B =0.50m.Pendiente del canal de
LimpiaDonde:Sc:Pendiente del canal de Limpian:Coeficiente de
rugosidad de Manning.g:Aceleracin de la gravedad en
m/seg.2q:Descarga por unidad de ancho en
m/seg./ml.Ingresar:n=0.015Coef.
Manning.g=9.81m/seg.2q=0.86m/seg./ml.Resulta:Sc =0.0029m.Para el
diseo:Sc =0.29%.Sc =2.00% minimo5.1.4.- TOMA O
CAPTACINDonde:he:prdida de carga, en pulgadasespesor de la platina
(rejilla), en pulgadasIngresar:V:velocidad de Ingreso atravez de la
rejilla, en pies/seg.:0.635Pulg.(se recomienda V = 1 m/s = 3.28
pies/seg.)V:3.28Pies/seg.:ngulo de rejilla con la
horizontal:70:ngulo de aproximacin:60e:separacin entre ejes de cada
platina, en pulgadase:4Pulg.he =1.23Pulg.he =0.03mANCHO DE LA
VENTANA DE CAPTACINEl ancho propuesto para la ventana de captacion
(Ln) es corregido por el coseno del angulo de desviacion de la
frontal (teta) por el numero de rejillas de las ventanas.NUMERO DE
REJILLASEl numero de rejillas esta dado por:Donde:NR= Numero de
rejillasLn =0.50m.Ln=Ancho total de las ventanas(m.)e=Espaciamiento
entre rejillas.NR=3.92 RejillasNR=6.00 RejillasEn la determinacion
de la correccion del ancho de las ventanas , se contemplan dos
casos:** Si el angulo de desviacion frontal es de 0:Lv=Ln** Si el
angulo de desviacion frontal es diferente de 0:Donde:30.Donde:L =
Ancho corregido de ventanas (m.)Ln=longitud neta de
ventanas(m.):=Angulo de desviacion frontal.e=Ancho diametro de
rejillas (m.)NR=Numero de rejillas.L =0.64m.ANCHO CORREGIDO DE LAS
VENTANASL =0.70m.Donde:Q:Caudal a derivar mas caudal necesario para
operacin del sistema de purga.c:Coef. De vertedero, en este caso
0.60Ingresar:L:Longitud de ventana de captacinc =0.6coef.h:Altura
de la ventana de captacin ;ho:Altura para evitar material de
arrastre se recomienda 0.60m minimo ho>H/3Q
=0.082m3/seg.Resulta:h =0.34m.he =0.03m. Anterior.La altura total
de las ventanas esta dado por:h=h1+heh=0.40m.Se considerar por
seguridad.h =0.50m.Caudal que se podra captar:Q
=0.148m3/seg.Concidearando las dimenciones para el
canaldesripiador, la cual tendra una compuertade 0.40x.40cmB
=0.40m.H =0.40m.Z =1.00DISEO DE LA COMPUERTA DE ADMISION DEL
CANALEste diseo se hara empleando el grafico adjunto y utilizando
la siguiente formula:Donde:Q=Caudal de descarga en m3/seg.a=Alto de
la compuerta en metros.b=Ancho de la compuerta en metros.H=Carga
del agua al fondo del orificio en metros.mu=Coeficiente que se
obtiene del grafico.Datos:Q=0.058m3./seg.b=0.40(una
compuerta)Hmin=0.30m.Hmax=0.50m.El diseo se hara para el caso de
carga minima:Para un primer intento tomamos como valor de "a" igual
a la altura de la ventana de captacion.Considerando
Hmin.H=0.30m.a=0.50m.g=9.80m/seg.2Para un H/a=0.60.5Ingrese el
valor del graficoa=0.20m.por preceso constructivoTomamos la
compuerta de :0.40x0.4CALCULO DEL CAUDAL MAXIMO QUE PASA POR LAS
COMPUERTASHmax=0.50a=0.20Para un H/a=2.50.6ingrese el valor del
graficoQ=0.150m3/seg.Se regulara con el aliviaderoIngresar:b1
=0.5m.b2 =0.4m.Resulta:L =0.23m.Por tratarse de un caudal a derivar
pequeo de:Q =0.0815m3/seg.No consideraremos dicha
estructura.Ingrasar:L =2.00m.h =0.20m.C =0.50coef.g
=9.80m/s2Resulta:Q =0.167m.La Longitud del aliviadero se volvera a
calcular
ResultadoIngreseIngreseIngreseIngreseIngreseIngreseIngreseIngreseResultadoIngresarResultadoIngresarIngresarResultadoResultadoResultadoIngrese
elmodificadoResultadoAnteriorAnteriorAnteriorResultadoAnteriorTanteoResultadoIngreseResultadoResultadoResultadoResultadoINgreseResulta:ResultadoResultadoResulta:Ingreseel
valor a considerarResultadoHIPOLITO, NOREA PURI:ResultadoVentana de
Captacin: Las ventanas de captacin son las entradas de agua de la
toma que en ciertos casos estn instaladas en un paramento de
concreto totalmente protegido, detrs del vertedero de toma u
orificio se colocan los mecanismos de cierre de emergencia y luego
las compuertas de control. Los mecanismos de izaje deben ser
ubicados en una elevacin superior a las mximas avenidas.La mayor
parte de las tomas se han hecho en ngulo recto con el barraje pero
el boca con el ro puede quedar con un ngulo entre 20 y 30.La
capacidad de la toma se determina de acuerdo a las demandas de la
cdula de cultivos en el caso de un proyecto agrcola, o de acuerdo a
las capacidades de la central hidroelctrica o del proyecto de
abastecimiento de agua potable considerando adicionalmente las
prdidas necesarias para eliminar los sedimentos que pudieran
ingresar. La velocidad de entrada del agua por los vanos del bocal
de captacin debe quedar comprendida entre 0.80 y 1.20 m/seg.El
bocal de toma se ubica por lo general aguas arriba del barraje
vertedero, procurando que el ingreso de sedimentos sea el mnimo. La
toma generalmente es de forma abocinada, en la parte anterior se
instalan los orificios de captacin separados por muros, y los
flujos de cada compuerta se amortiguan en una poza de
tranquilizacin que termina en el punto inicial del canal de
derivacin. Con el fin de proteger la toma se levanta una pantalla
frontal donde se abren las ventanas de captacin, puede adicionarse
en la parte anterior un canal de fuerte pendiente para eliminar
gravas, llamado canal desgravador (Diseo Peruano).Los caudales de
captacin se calculan como vertederos:Q = c . L . h 3/2En el caso de
que trabajen como orificios, el caudal viene dado por la frmula :Q
= c.A.(2gh) 1/2La longitud de las ventanas por lo general vara de
2.0 a 4.0 m dependiendo de las dimensiones de la compuerta
standard.Camar de decantacin o Desripiador Entre el vertedero de
captacin y los orificios de toma o despus de los orificios de toma
se proyecta un canal transversal al flujo con el propsito de
decantar los materiales slidos que pudieran haber ingresado en el
bocal de toma. Este canal debe tener fuerte pendiente para eliminar
las gravas aguas abajo del barraje. En nuestra opinin, es
preferible disear en funcin de generar una velocidad que permita un
arrastre del material que pudiera ser decantado, para lo cual es
necesario dar una fuerte pendiente paralela al flujo en el ro; pero
esto est limiltada por la cota de salida que le permite al ro,
sobre todo en pocas de avenidas. Se recomienda una pendiente mayor
de 2%. Asimismo es conveniente que la compuerta de limpia tenga una
abertura capaz de descargar el caudal de derivacin en el mejor de
los casos, pero es prctica comn darle un ancho de 1.50 m. a la
compuerta.Estructuras principales de la Toma1.- Rejillas (Trash
Racks)Su objetivo bsico es impedir que los materiales de arrastre y
suspensin ingresen al canal de derivacin, los cuales causan
obstruccin y desbordes aguas abajo de la captacin.Las rejillas
platinas unidas mediante soldadura formando paneles. La separacin
entre rejillas se recomienda tomarla de eje a eje; y dependiendo
del tipo de material que se quiere impedir su ingreso la separacin
variar entre 1 " y 4" (material fino) y de 4" a 8" (material
grueso), recomendndose que las rejillas de menor separacin en la
parte superior.La colocacin de la rejilla puede ser vertical o con
una pequea inclinacin de 1:1/4 para facilitar su limpieza. Esta
limpieza se recomienda que se haga mediante accin mecnica ya que
cuando es manual en pocas de avenidas es casi imposible ejecutar
con la frecuencia debida.La principal objecin de colocar rejillas
es que causa prdidas, las cuales deben ser consideradas durante el
dimensionamientode la altura del vertedero y en el clculo del
tirante en el canal de derivacin.La prdida de carga que ocasiona
una rejilla se puede calcular por la frmula:Estructuras de la
tomaCompuerta de Regulacin: Son aquellas compuertas que regulan el
ingreso del caudal de derivacin hacia el canal principal. Por lo
general se recomienda que el rea total de las compuertas sea igual
al rea del canal conducto aguas abajo. Asimismo se recomienda que
la velocidad de diseo sea de 2.0 a 2.5 m/s.El caudal que pasa por
cada compuerta se calcula mediante la siguiente frmula:En la
ecuacin, conociendo V (del valor de diseo recomendado), se
determina h (por lo general se estima entre 0. 15 a 0.30 m) y luego
se halla el valor de A. Cuando se tiene una luz grande es
conveniente dividir la luz en varios tramos iguales para disponer
de compuertas ms fciles de operar.TRANSICION:De acuerdo al criterio
del diseador, algunas veces se suele unir las zonas de las
compuertas con el canal mediante una transicin, que a la vez
permite reducir las prdidas de carga. Para determinar la longitud
requerida se aplica el siguiente criterio:Estructuras de
DisipacinComo producto de la carga de posicin ganada por colocacin
de la cresta del vertedero de derivacin a una altura sobre el lecho
del ro, se genera una diferencia entre el canal antiguo y la zona
del bocal, que es necesario controlar mediante la construccin de
una estructura de disipacin .Esta estructura por lo general tiene
un colchn o poza disipadora, que permite disipar dentro de la
longitud de la poza de energa cintica adquirida del flujo y as
salir hacia el canal de derivacin un flujo ms tranquilo.Donde: b1 :
ancho de la zona de compuertas b2 : ancho del canal de
derivacinAliviaderosEn algunos casos por mala operacin de las
compuertas de regulacin ingresan caudales mayores a su capacidad en
el canal de derivacin, lo cual obliga instalar aliviaderos para
eliminar las excedencias inmediatamente despus del inicio del canal
de derivacin.El caudal por eliminar viene dado por la
ecuacin:Donde:Q: caudal evacuado aliviadero en mI/SL: Iongitud del
aliviadero en m.h: diferencia de niveles en el aliviadero en m.C:
coeficiente de descarga aprox. 0.50Muros de EncauzamientoSon
estructuras que permiten encauzar el flujo del ro entre
determinados lmites con el fin de formar las condiciones de diseo
pre-establecidas (ancho, tirante, remanso, etc.).Estas estructuras
pueden ser de concreto simple o de concreto armado. Su
dimensionamiento esta basado en controlar el posible desborde del
mximo nivel del agua y evitar tambin que la socavacin afecte las
estructuras de captacin y derivacin.En lo referente a la altura de
coronacin que estas estructuras deben tener, se recomienda que su
cota superior est por lo menos 0.50 m por encima del nivel mximo de
agua.Con respecto a su cota de cimentacin, se recomienda que sta
debe estar por debajo o igual a la posible profundidad de socavacin
(ver diques de encauzamiento).Con la altura definida se puede
dimensionar los espesores necesarios para soportar los esfuerzos
que transmiten el relleno y altura de agua; es prctica comn disear
al volteo, deslizamiento y asentamiento.2.- CALCULO DE LA CARGA
TOTAL DE AGUA SOBRE LA CORONACIN DEL AZUD: Segn el Ing SVIATOLAV
KROCHIN, la formula general del vertedero se expresa como:Donde:M :
Coeficiente que depende de la forma de la cresta del vertedero y/o
barraje este valor ser = 2 debido a que la descarga es libre.b :
Ancho del vertedero en nuestro caso ser igual a 3.5 mQ : Caudal de
maxima avenida presentada en un periodo de retorno de 50 aos igual
a 1.78 m3/seg.H : Carga total de agua sobre la coronacin del
azud.3.- COTA DE CORONACION DEL CIMACIO:
En maxima avenida la carga de agua H sobre la coronacin del
barraje de derivacin es 0.45 m. considerando un borde libre de
0.20+Ha = 0.20+0.45 = 0.65m, los muros de encausamiento por
condicion de seal en las taludes del cause de la quebrada se
considerarn de 1.00m superior a la cota del cimacio (Paramento
superior del perfil Greager) de 3368.8 msnm.1.- Consideraciones de
la longitud del barraje "b":Se debe procurar que la longitud del
barraje conserve las mismas condiciones naturales del cauce, con el
objeto de no causar modificaciones en su regimen. Asi una longitud
mas angosta puede ocacionar una carga de agua alta e inundar las
margenes, en cambio una longitud de barraje mas amplia pueda
ocacionar azolves aguas ariba originando pequeos causes que
dificultan la captacin en la toma.Donde:u : Coeficiente del
vertedero segun la forma de la cresta( caso del perfil creager
u=0.75)b : Ancho del vertedero. Q : Caudal de maxima avenida
presentada en un periodo de retorno de 50 aos igual a 1.78 m3/seg.H
: Carga total de agua sobre la coronacin del azud.V : Velocidad de
acercamiento del quebrada.g : Gravedad (9.8m/seg2.)Generalmente el
tirante del agua t es mayor que la altura M azud, y el parmetro o
perfil de este corresponde a la trayectoria seguido por la lmina
vertiente (perfil Creager). Se obtiene mediante la tabla de la
derecha, cuyo uso aplicaremos.Para este calculo efectuamos tanteos
supuniendo un Ht aproximado;BHZ
MBD0008F7BB.unknown
MBD000D4DEC.unknown
MBD0013539A.unknown
MBD0013E530.unknown
MBD00164C80.unknown
MBD001734A5.unknown
MBD0016E5F4.unknown
MBD00171FCB.unknown
MBD0016AA2C.unknown
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MBD00155CF2.unknown
MBD0014BEB9.unknown
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MBD000DC4AA.unknown
MBD00126167.unknown
MBD00135398.unknown
MBD00115192.unknown
MBD0010A47C.unknown
MBD000D4DEE.unknown
MBD000DC05E.unknown
MBD000D4DED.unknown
MBD000CB347.unknown
MBD000D4DE4.unknown
MBD000D4DE8.unknown
MBD000D4DEA.unknown
MBD000D4DEB.unknown
MBD000D4DE9.unknown
MBD000D4DE6.unknown
MBD000D4DE7.unknown
MBD000D4DE5.unknown
MBD000D4DE0.unknown
MBD000D4DE2.unknown
MBD000D4DE3.unknown
MBD000D4DE1.unknown
MBD000D4DDE.unknown
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MBD000D4DDD.unknown
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