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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA
HIDRÁULICA
DISEÑO DE BOTACTOMA
PRESENTADO POR EL ALUMNO:
ESTRADA HERNANDEZ Kevin L
DOCENTE:
Ing. LUIS ANDRÉS LEÓN CHÁVEZ
CAJAMARCA-PERÚ
2017
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERÍA
Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica
1
I. INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo se dará a conocer cómo se desarrolló el diseño hidráulico de la bocatoma y
todos sus componentes teniendo en cuenta que Dentro de los trabajos constructivos para una
central hidroeléctrica, existen una serie de estructuras que tienen una función específica y que
están diseñadas ordenadamente. este diseño se hace con la finalidad de desviar el agua por un
canal a una caseta de maquina donde la energía es transformada de potencial a eléctrica
para el presente diseño se emplearon diferentes metodologías: método directo por tramos (para el
cálculo de la curva de remanso), para la longitud de la posa se emplearon las ecuaciones de
pauloski, schauman y chertovsky. como resultado se obtuvo: altura del barraje (p= 1.29 m),
longitud de remanso (l=68 m), profundidad de la posa (h= 1.2 m), longitud de la posa (l = 6.9 m).
El diseño de la bocatoma debe estar acorde con las demandas requeridas y condiciones como
pendiente caudal mínimo, caudal requerido. etc. estas condiciones son fundamentales a la hora de
realizar un diseño de la estructura mencionada ya que si no cumple con el requerimiento necesario
no se estará haciendo un buen diseño
En el presente trabajo se ha calculado con datos del primer informe presentado con anterioridad
II. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL:
➢ Hacer el diseño hidráulico de una bocatoma incluyendo sus
componentes, con la finalidad de derivar agua hacia una central
hidroeléctrica.
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
✓ Determinar las dimensiones del barraje.
✓ Determinar las dimisiones del muro de encauzamiento.
✓ Determinar las dimensiones de la poza amortiguadora.
✓ Diseñar la ventana de captación, compuertas, rejilla para sedimentos.
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2
III. REVISISIÓN DE LA LITERATTURA
3.1 CRITERIOS DE DISEÑO:
1) debe conocer y determinar las características hidráulicas del río, que son los
datos básicos para el diseño:
✓ Caudal de captación. Qd.
✓ Caudal de avenida de diseño. Qmax.
✓ Caudal de estiaje. Qmin.
✓ Pendiente promedio de río. S
✓ Ancho del río en la zona de captación. B
✓ Coeficiente de Manning. n
La condición principal de que en la zona del cauce, el río cumplan con:
✓ F > 1 Flujo Supercrítico
✓ F = 1 Flujo Crítico
✓ F < 1 Flujo Subcrítico
2) Estimado del Ancho del Río
3) Determinación del Tirante Normal de Río
4) Cálculo de Altura de Sobre Carga Máxima Sobre la Cresta
5) Cálculo de la Altura del Barraje
6) Cálculo de la Longitud del Aliviadero y de la Compuerta de Limpia.
7) Altura del Muro de Encauzamiento sobre el fondo del río.
8) Diseño del Colchón Disipador de Energía del Aliviadero.
3.2 CAPTACION:
Una bocatoma, o también llamada captación, es una estructura hidráulica destinada a
derivar desde unos cursos de agua, río, arroyo, o canal; o desde un lago; o incluso desde
el mar, en ocasiones son utilizadas en grandes ríos, pero su costo es bastante alto; una
parte del agua disponible en esta, para ser utilizada en un fin específico, como pueden ser
abastecimiento de agua potable, riego, generación de energía eléctrica, etc. (Tanta
Rodriguez, 2009)
3.3 VENTANA DE CAPTACIÓN
La captación de agua se realiza mediante una abertura llamada ventana de captación
debido a que se encuentra a una altura de 0.60 m. del piso del canal de limpia como
mínimo (Ver figura 24). Sus dimensiones son calculadas en función del caudal a derivar
y de las condiciones económicas más aconsejables.
Para dimensionar la ventana de captación se debe tomar en cuenta las siguientes
recomendaciones:
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3
✓ Ho: altura para evitar ingreso de material de arrastre; se recomienda 0.60 m. como
mínimo.
✓ Otros recomiendan ho > H/3, aunque es obvio que cuanto mayor sea ho menor
será el ingreso de caudal sólido.
✓ h: altura de la ventana de captación; es preferible su determinación por la fórmula
de vertedero:
Fig N°01: Esquema ventana de captación
𝑄 = 𝑐. 𝐿. ℎ 3/2
Donde:
✓ Q: caudal a derivar más caudal necesario para operación del sistema de purga.
✓ C: coeficiente de vertedero.
✓ L: longitud de ventana.
3.4 BARRAJE VERTEDERO O AZUD
es una pequeña represa construida a través del rio con la elevar o mantener un nivel de agua en el
río, de modo tal que, se pueda derivar un caudal hacia el canal principal o canal de derivación.
también debe permitir el paso de agua excedente por encima de su cresta. es lógico que el nivel
de la cresta dará ia carga suficiente para derivar el caudal diseñado para irrigar las tierras servidas
por la bocatoma.
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4
3.4.1 TIPOS DE BARRAJE
a) Barraje Fijo: Las bocatomas de barraje fijo son aquellas que tienen una presa sólida, para
levantar el tirante frente a las compuertas de captación.
Fig. 02: Barraje Fijo
FUENTE: https://www.slideshare.net/hANdREXS/barraje-1
b) Barraje Móvil: Cuando el caudal de la captación es igual o mayor de la descarga promedio del
rio o cuando la velocidad de flujo no es alta debido a la pequeña pendiente del curso del rio. Como
consecuencia el transporte de solidos es pequeño y no afecta mayormente al sistema de
compuertas.
Fig. 03: Barraje Móvil con Compuertas Radiales
FUENTE: https://www.slideshare.net/hANdREXS/barraje-1
3.5 POZA DISIPADORA
La estructura disipadora de energía es una parte importante de la obra de excedencia que tiene por
objeto disipar la energía cinética que el agua adquiere en su caída desde el vaso hasta un sitio
adecuado en el fondo del cauce, donde no genere problemas de erosión o socavación. Estas
estructuras se diseñarán para que el agua, que sale del canal de descarga, se aleje lo máximo
posible, dentro de lo económico, de la cortina o de alguna estructura complementaria.
(SAGARPA, 2008)
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5
Fig N°04: Esquema posa disipadora de energía
FUENTE: https://es.slideshare.net/tatyilleras/manual-de-diseo-de-disipadores
3.6 MUROS DE ENCAUZAMIENTO
Son estructuras que permiten encauzar el flujo del río entre determinados límites con el
fin de formar las condiciones de diseño preestablecidas (ancho, tirante, remanso, etc.).
Estas estructuras pueden ser de concreto simple a de concreto armado. Su
dimensionamiento está basado en controlar el posible desborde del máxima nivel del agua
y evitar también que la socavación afecte las estructuras de captación y derivación. En lo
referente a la altura de coronación que estas estructuras deben tener, se recomienda que
su cota superior esté por lo menos 0.50 m por encima del nivel máximo de agua.
Con respecto a su cota de cimentación, se recomienda que ésta debe estar por debajo o
igual a la posible profundidad de socavación.
Con la altura definida se puede dimensionar los espesores necesarios para soportar los
esfuerzos que transmiten el relleno y altura de agua; es práctica común diseñar al volteo,
deslizamiento y asentamiento. (Valderrama, 2012)
3.7 RESALTO HIDRÁULICO
es un fenómeno que se presenta exclusivamente en canales, cuando un flujo de agua que
viaja a régimen supercrítico choca o alcanza a una masa de agua que fluye en régimen
subcrítico; presentándose abruptamente el cambio de régimen, acompañado de una gran
turbulencia, disipando energía y realizando una inclusión de aire en la masa líquida. Para
que el salto hidráulico realmente se produzca, es necesario que los dos tirantes conjugados
que lo acompañan (menor y mayor), sean diferentes del crítico. (VALVERDE DIAZ,
2009)
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6
3.8 CURVA DE REMANSO
Las curvas de remanso se expresan en términos de la pendiente crítica Sc. De esta manera,
se demuestra que la gradiente de profundidad dy/dx está físicamente limitada a valores
fuera del rango comprendido entre Sc y la pendiente de fondo So. Esta nueva formulación
mejora y completa la definición de rangos de gradiente de profundidad en el análisis de
curvas de remanso. Adicionalmente, se presentan calculadores en línea para las curvas de
remanso. (Victor Miguel, 2016)
3.9 FORMULAS USADAS PARA EL DISEÑO DE BOCATOMA
3.9.1 VENTANA DE CAPTACIÓN
𝑄 𝐷 = 𝑀 ∗ 𝑏 ∗ ℎ 𝑐
3
2
… … … . 𝑒𝑐(1)
Donde:
➢ 𝑄 𝐷 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑁𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑜
➢ 𝑀 = 𝐶𝑜𝑒𝑓. 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑜𝑟 = 2.21
➢ 𝑏 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎
➢ ℎ 𝑐 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎
𝑄 𝑉 𝑚á𝑥 =
2
3
√2𝑔𝐶 𝑑[𝐻1
3/2
− (ℎ1 − 𝑥)3/2
]𝑏 𝑒 … … … 𝑒𝑐(2)
𝑏 𝑒 = 𝑏 − 𝑛
𝐻1
10
− 𝑁 ∗ 𝑒 … … … 𝑒𝑐 (3)
𝐻1 = ℎ 𝑐 + ℎ1 … … … 𝑒𝑐 (4)
𝐻 𝑚 = ℎ 𝑒 + ℎ1 … … … 𝑒𝑐 (5)
Donde:
➢ 𝑄 𝑉 𝑚á𝑥 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑣𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎𝑠
➢ 𝑛 = 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙𝑒
➢ 𝑁 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠
➢ 𝑒 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
➢ 𝐶 𝑑 = 𝐶𝑜𝑒𝑓. 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 0.64 𝑦 0.72
➢ 𝑏 𝑒 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜
3.9.2 BARRAJE (AZUD)
𝑄 𝑅𝐸 = 𝑄 𝐷 + 𝑄 𝐵 … … … 𝑒𝑐(6)
𝑄 𝐵 = 𝑀 ∗ 𝐵 ∗ 𝐻𝑒
3/2
… … … 𝑒𝑐(7)
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7
𝑃 = 𝑌1 + ℎ 𝑐 − 𝐻𝑒 … … … 𝑒𝑐(8)
Donde:
➢ 𝑄 𝑅𝐸 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑎𝑗𝑒
➢ 𝑄 𝐷 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑣𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎
➢ 𝑄 𝐵 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑗𝑒 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑎𝑗𝑒
➢ 𝑀 = 𝐶𝑜𝑒𝑓. 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑜𝑟 = 2.21
➢ 𝐵 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎
➢ 𝐻𝑒 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎
➢ 𝑃 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑗𝑒
𝑄 𝐵 𝑚á𝑥 = 𝑀 ∗ 𝐵 ∗ (𝐻𝑒 + ℎ1)3/2
… … … 𝑒𝑐(9)
𝑄 𝑅 𝑚á𝑥 = 𝑄 𝑉 𝑚á𝑥 + 𝑄 𝐵 𝑚á𝑥 … … … 𝑒𝑐(10)
𝑄 𝑅 𝑚á𝑥 =
2
3
√2𝑔𝐶 𝑑[𝐻1
3/2
− (ℎ1 − 𝑥)3/2
]𝑏 𝑒 + 𝑀 ∗ 𝐵 ∗ (𝐻𝑒 + ℎ1)3/2
… … … 𝑒𝑐(11)
Donde:
➢ 𝑄 𝐵 𝑚á𝑥 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑣𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑗𝑒 𝑒𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎𝑠
➢ 𝐶 𝑑 = 𝐶𝑜𝑒𝑓. 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 0.64 𝑦 0.72
➢ 𝑏 𝑒 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜
3.9.3 AGUAS ABAJO DEL BARRAJE
𝑄 𝐵 𝑚á𝑥 =
𝐵 ∗ 𝑑0
𝑛
(
𝐵 ∗ 𝑑0
𝐵 + 2 𝑑0
)
2/3
∗ √𝑆 … … … 𝑒𝑐(12)
3.9.4 RESALTO HIDRÁULICO
𝑑2 = −
𝑑1
2
+ √(
𝑑1
2
)
2
+ 2
𝑉1
2
∗ 𝑑1
𝑔
… … … 𝑒𝑐(13)
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8
𝑑1 =
𝑞
𝜑√2𝑔(𝑃 + 𝐻 𝑚 − 𝑑1)
… … … 𝑒𝑐(14)
𝑞 =
𝑄
𝐵
… … … 𝑒𝑐(15)
𝑉1 =
𝑄 𝐵 𝑚á𝑥
𝐵 ∗ 𝑑1
… … … 𝑒𝑐(16)
Donde:
➢ 𝑑2 = 𝑇𝑖𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟
➢ 𝑑1 = 𝑇𝑖𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟
➢ 𝑞 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜
➢ 𝜑 = 𝐶𝑜𝑒𝑓. 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑: 0.85 − 0.95
➢ 𝑆𝑖 𝑑2 > 𝑑0 𝑆𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑦𝑒 𝑝𝑜𝑧𝑎
➢ 𝑆𝑖 𝑑2 ≤ 𝑑0 𝑁𝑜 𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑦𝑒 𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑜
3.9.5 LONGITUD DEL RESALTO
CUADRO N°01: métodos para calcular la longitud de resalto
MÉTODO FORMULA
Pavlovski 𝐿. 𝑅 = 2.5(1.9𝑑2 − 𝑑1) … … … 𝑒𝑐(17)
Schauman 𝐿. 𝑅 = 3.6𝑑2(1 −
𝑑1
𝑑2
) (1 +
𝑑1
𝑑2
)
2
… … … 𝑒𝑐(18)
Chertovsky 𝐿. 𝑅 = 10.3𝑑1 [√(
𝑑 𝑐
𝑑1
)
3
− 1] … … … 𝑒𝑐(19)
Practico 𝐿. 𝑅 = 5(𝑑2 − 𝑑1) … … … 𝑒𝑐(20)
Fuente: Separata de Clase
3.9.6 LONGITUD DE POZA
𝐿. 𝑃 = 1.2 ∗ 𝐿. 𝑅 … … … 𝑒𝑐(21)
3.9.7 PROFUNDIDAD DE POZA
𝑦 = 𝐾(𝑑2 − 𝑑1) … … … 𝑒𝑐(22)
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4 PROCEDIMIENTO
Las fórmulas y modo de cálculo esta detalladamente explicado en cálculos y resultados,
por lo que ahora solo indicaremos el orden (procedimiento del cálculo)
1. se realiza el modelamiento en la cuenca, con la finalidad de determinar el caudal
máximo.
2. estimar las dimensiones del ancho del rio, pendiente media del rio.
3. con las dimensiones del rio, diseñamos la ventana de captación.
4. calculamos hidráulicamente las dimensiones del barraje para estiaje y para
máxima avenida.
5. calculamos el tirante normal, aguas arriba del barraje para luego calcular las
dimensiones de los muros de encauzamiento
6. calculamos resalto hidráulico después del azud
7. posteriormente calculamos la profundidad y longitud de la poza
4.1 CÁLCULOS
CAUDAL CAPTADO POR LA VENTANA: QD = 10%Q QD = 0.810 m3
/seg
Ancho del río: Br = 18 m
Ancho de Compuerta: Bc = 1.5 m
Ancho de Barraje: Bb = 16.5 m
Calculo del Coeficiente de rugosidad "n": 0.38-0.5 DATO X EL DOCENTE
Por los tanto el valor de "n" es: n = 0.45
Según el perfil presentado en la parte de anexos se tiene la topografía con las cotas
correspondientes, entonces:
Km
0+49.00
0+0.00
Cota
3555
3556.50
1.50
49.00
𝑆 =
3556.5 − 3555
49
𝑆 = 3.1%
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VENTANA DE CAPTACIÓN EN ESTIAJE
Con los datos del primer avance tenemos un caudal que es de 0.280 m3
/seg, con este caudal se
procede a diseñar la ventana de captación para la cual se tendrá que sumar el 10% concerniente a
las pérdidas por evaporación, esto es el caudal captado por la ventana será de:
𝑄 𝐷 = 𝑀 ∗ 𝑏 ∗ ℎ 𝑐
3
2
M = 2.2
b = 1.2 m
Y1 = 1 m
Qd = 0.810 m
3
/seg
DATOS
h c = 0.45 m
A. CÁLCULO DEL BARRAJE
 Cálculo del He
𝐻𝑒 = (
𝑄 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑗𝑒
𝑀 ∗ 𝐵
)2/3
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Qrio (estiaje) = 3.192 m
3
/seg
QD = 0.814 m3
/seg
Qbarraje = 2.380 m
3
/seg
M = 2.2
Bb = 16.5 m
H e = 0.16 m
P = 1.29 m
Qrio (estiaje) = QD + Qbarraje
P = Y1 + hc - He
A. VENTANA DE CAPTACIÓN Y BARRAJE EN MÁXIMAS
Según las formula, se tiene para los datos siguientes:
Qrio max = 193.4 m
3
/s
g = 9.81 m/s
2
Cd = 0.65
hc = 0.45 m
f = 0.1 m
b = 1.2 m
n = 1
N = 5
e = 0.02 m
M = 2.21
Bb = 16.5 m
He = 0.16 m
h1 = 2.87
Qv máx = 0.37 m
3
/s
QB máx = 192.3 m
3
/s
Caudal que pasa por la ventana en máximas:
Caudal que pasa por el barraje en máximas:
𝑄 𝑅𝑖𝑜𝑚𝑎𝑥 =
2
3
∗ √2𝑔 ∗ 𝐶 𝑑 ∗ [(ℎ 𝑐 + ℎ1)
3
2 − (ℎ1 − 𝑥)
3
2] ∗ 𝑏 𝑒 + 𝑀 ∗ 𝐵 ∗ (𝐻𝑒 + ℎ1)3/2
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Cálculo de Hm y H1 :
Hm = 3.03 m
H1 = 3.32 m
0.55 mAltura de Ventana:
A. TIRANTES NORNAL Y CRÍTICO
2.84 m
2.27 m
Tirante Normal Yn =
Tirante Crítico Yc =
CURVA DE REMANSO – MÉTODO POR TRAMOS
B = 15
Q = 193.4
n = 0.078
g = 9.81
S = 3.1
DATOS
Y A P Rh V hv E ΔE SE *SE ΔX LONG.
2.40 36.00 19.80 1.82 5.37 1.47 3.87 - 0.08 - 0.00 0.00
2.00 30.00 19.00 1.58 6.45 2.12 4.12 -0.25 0.14 0.11 0.08 0.08
1.80 27.00 18.60 1.45 7.16 2.62 4.42 -0.30 0.19 0.16 0.10 0.18
1.60 24.00 18.20 1.32 8.06 3.31 4.91 -0.49 0.27 0.23 0.17 0.36
1.40 21.00 17.80 1.18 9.21 4.32 5.72 -0.81 0.41 0.34 0.30 0.65
1.20 18.00 17.40 1.03 10.74 5.88 7.08 -1.36 0.67 0.54 0.53 1.18
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GRAFICA No1: curva de remanso por tramos
FUENTE: obtención propia cálculos
Long del remanso: L=1.18 m
DISEÑO DE LA POSA DISIPADORA
➢ Tirante Menor
Donde: q=caudal unitario
ϕ=coeficiente de velocidad= 0.85-0.95
q = 11.6563636
ϕ = 0.95
Hm = 3.03
P = 0.8
g = 9.81
d1 (asumido) d1 (calculado)
0.0000 1.4154
1.4154 1.7827
1.7827 1.9360
1.9360 2.0128
d1 = 2.0128 2.0549 2.0100 m
➢ Tirante mayor:
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40
CURVA REMANSO
𝑑1 =
𝑞
𝜙 ∗ √2 ∗ 𝑔 ∗ (𝑃 + 𝐻 𝑚 − 𝑑1)
𝑑2 = −
𝑑1
2
+ √(
𝑑1
2
)2 + 2 ∗
𝑉1
2
∗ 𝑑1
𝑔
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14
d1 = 2.0100
g = 9.81
B = 16.5
Q B máx = 192.3
V1 = 5.8
d 2 = 2.84
➢ Tirante d0
Q B máx = 192.3
B = 16.5
n = 0.078
S = 3.1
Q B máx d0
RESULT
ADO
192.3 0.695 147.0192308 0.74342804 1.760682 192.4
d0 = 0.695
d1 = 2.01 Necesita Poza
d2 = 2.84
PROFUNDIDAD DE LA POZA
Donde: k=1.1-1.2
Por tanto: k= 1.15
y = 0.960 m
𝑦 = ∗ (𝑑2 − 𝑑1)
LONGITUD DE POZA
L.P.= 8.400 m
𝑄 𝐵𝑚𝑎𝑥 =
𝐵 ∗ 𝑑0
𝑛
∗ [
𝐵 ∗ 𝑑0
𝐵 + 2 ∗ 𝑑0
]
2/3
∗ 𝑆1/2
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RESALTO HIDRÁULICO
Entonces: L.R.= 8.458 m
Entonces: L.R.= 8.695 m
Donde: dc=tirante crítico=
dc = 2.40
Entonces: L.R.= 6.287 m
PAULOSKI:
SCHAUMAN:
CHERTOVSKY:
FORMA DEL PERFIL DE LA CRESTA DEL BARRAJE VERTEDERO
Hd
Calado de agua aguas arriba del barraje
1.29 m
x y H-Y
0.00 0.000 1.29
0.10 0.006 1.28
0.20 0.021 1.27
0.30 0.043 1.25
0.40 0.074 1.22
0.50 0.112 1.18
0.60 0.157 1.13
0.70 0.208 1.08
0.80 0.266 1.02
0.90 0.331 0.96
1.00 0.403 0.89
1.10 0.480 0.81
1.20 0.564 0.73
1.30 0.654 0.64
1.40 0.750 0.54
1.50 0.853 0.44
1.60 0.961 0.33
1.70 1.075 0.22
1.80 1.195 0.10
X1.85
=2(Hd)0.85
Y
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.80
BARRAJE
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16
5.RESULTADOS
TABLA No2: cuadro de resultados
Br = 18.00
Bc = 1.50
Bb = 16.50
P = 1.29
Bv = 1.20
Hv = 0.55
N = 5.00
NAM = 4.32
NAE = 1.45
L = 1.18
d1 = 0.40
d2 = 1.23
Lr = 5.00
Yp = 0.96
Lp = 6.00
Número de Barrotes:
RESULTADOS OBTENIDOS
m
m
m
Barrotes de 1"
Altura de Barraje:
Ancho Total del Río: m
Ancho de Compuerta: m
mAncho de Encauzamiento:
Nivel de Agua en Máximas:
Nivel de Agua en Estiaje:
Tirante Menor de Resalto:
m
m
Longitud de Remanso: m
Ancho Ventana de Captación:
Altura de Ventana de Captación:
Tirante Mayor de Resalto:
m
m
Longitud de Resalto: m
Profundidad de Poza: m
Longitud de Poza: m
Grafico n°01: corte del barraje
3.03 m.
1.48 m.
2.31 m. =h1
P= 1.29 m. 2.84 m. =d2
2.01 m. =d1
Lr = 7.00 yp = 0.95
Lp = 8.40
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERÍA
Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica
17
6. CONCLUSIONES Y RECOMEDACIONES
6.1 CONCLUSIONES
➢ se realizó el diseño hidráulico de la bocatoma y las distintas estructuras que la componen.
➢ se determinó las dimensiones del barraje (dimensiones mostradas en resultados)
➢ se estimó las longitudes de los muros de encausamiento
➢ de diseño la ventana de captación, así como también se determinó las dimensiones de
rejilla para sedimento
➢ se estimó la longitud y profundidad de la poza disipadora adicionalmente se realizó el
cálculo de la curva de remanso
6.2 RECOMENDACIONES
✓ Se recomienda verificar si es necesario la construcción de un cuenco
amortiguador (poza),
✓ Los calculo realizados con programas como el H canales, deben mostrar
resultados realistas de no ser así se recomienda realizar cálculos manuales.
7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
7.1 BIBLIOGRAFÍA
➢ definición de bocatoma disponible en:
Valderrama, A. M. (2012). DISEÑO DE BOCATOMAS. LIMA,
PERU: EDIT. ACDEMICA.
➢ conceptos teóricos sobre poza disipadora de energía disponible en:
SAGARPA. (2008). Disipadores de energía. Colombia:
PUBICACIONES DE LA SECRETARÍADE AGRICULTURA,
(SAGARPA).
➢ criterios de diseño disponible en:
Tanta Rodriguez, A. (2009). DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS.
Temas académicos. Mexico, Mexico: editores-unievrsitarios.
7.2 LINKOLOGIA
➢ criterios de diseño disponible en
http://www.fomento.gob.es/MFOM/LANG_CASTELLANO/DIRECCIONES_GENERAL
ES/CARRETERAS/NORMATIVA_TECNICA/DRENAJE/:
➢ curva de remanso y resalto hidráulico disponible en:
http://ponce.sdsu.edu/calculo_de_curvas_de_remanso.html
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERÍA
Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica
18
8. ANEXOS
TABLA N°1: VALORES PARA DETERMINAR LA INFLUENCIA DE DIVERSOS
FACTORES SOBRE EL COEFICIENTE n
Fuente: Arturo Rocha
FOTOGRAFÍA N°1 captación del proyecto especial chavimochic tercera etapa
Fuente: https://proactivo.com.pe/iii-etapa-de-chavimochic-dinamizara-aun-mas-la-
economia-libertena/

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Informe diseño de bocatoma

  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA HIDRÁULICA DISEÑO DE BOTACTOMA PRESENTADO POR EL ALUMNO: ESTRADA HERNANDEZ Kevin L DOCENTE: Ing. LUIS ANDRÉS LEÓN CHÁVEZ CAJAMARCA-PERÚ 2017
  • 2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 1 I. INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se dará a conocer cómo se desarrolló el diseño hidráulico de la bocatoma y todos sus componentes teniendo en cuenta que Dentro de los trabajos constructivos para una central hidroeléctrica, existen una serie de estructuras que tienen una función específica y que están diseñadas ordenadamente. este diseño se hace con la finalidad de desviar el agua por un canal a una caseta de maquina donde la energía es transformada de potencial a eléctrica para el presente diseño se emplearon diferentes metodologías: método directo por tramos (para el cálculo de la curva de remanso), para la longitud de la posa se emplearon las ecuaciones de pauloski, schauman y chertovsky. como resultado se obtuvo: altura del barraje (p= 1.29 m), longitud de remanso (l=68 m), profundidad de la posa (h= 1.2 m), longitud de la posa (l = 6.9 m). El diseño de la bocatoma debe estar acorde con las demandas requeridas y condiciones como pendiente caudal mínimo, caudal requerido. etc. estas condiciones son fundamentales a la hora de realizar un diseño de la estructura mencionada ya que si no cumple con el requerimiento necesario no se estará haciendo un buen diseño En el presente trabajo se ha calculado con datos del primer informe presentado con anterioridad II. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL: ➢ Hacer el diseño hidráulico de una bocatoma incluyendo sus componentes, con la finalidad de derivar agua hacia una central hidroeléctrica. 2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ✓ Determinar las dimensiones del barraje. ✓ Determinar las dimisiones del muro de encauzamiento. ✓ Determinar las dimensiones de la poza amortiguadora. ✓ Diseñar la ventana de captación, compuertas, rejilla para sedimentos.
  • 3. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 2 III. REVISISIÓN DE LA LITERATTURA 3.1 CRITERIOS DE DISEÑO: 1) debe conocer y determinar las características hidráulicas del río, que son los datos básicos para el diseño: ✓ Caudal de captación. Qd. ✓ Caudal de avenida de diseño. Qmax. ✓ Caudal de estiaje. Qmin. ✓ Pendiente promedio de río. S ✓ Ancho del río en la zona de captación. B ✓ Coeficiente de Manning. n La condición principal de que en la zona del cauce, el río cumplan con: ✓ F > 1 Flujo Supercrítico ✓ F = 1 Flujo Crítico ✓ F < 1 Flujo Subcrítico 2) Estimado del Ancho del Río 3) Determinación del Tirante Normal de Río 4) Cálculo de Altura de Sobre Carga Máxima Sobre la Cresta 5) Cálculo de la Altura del Barraje 6) Cálculo de la Longitud del Aliviadero y de la Compuerta de Limpia. 7) Altura del Muro de Encauzamiento sobre el fondo del río. 8) Diseño del Colchón Disipador de Energía del Aliviadero. 3.2 CAPTACION: Una bocatoma, o también llamada captación, es una estructura hidráulica destinada a derivar desde unos cursos de agua, río, arroyo, o canal; o desde un lago; o incluso desde el mar, en ocasiones son utilizadas en grandes ríos, pero su costo es bastante alto; una parte del agua disponible en esta, para ser utilizada en un fin específico, como pueden ser abastecimiento de agua potable, riego, generación de energía eléctrica, etc. (Tanta Rodriguez, 2009) 3.3 VENTANA DE CAPTACIÓN La captación de agua se realiza mediante una abertura llamada ventana de captación debido a que se encuentra a una altura de 0.60 m. del piso del canal de limpia como mínimo (Ver figura 24). Sus dimensiones son calculadas en función del caudal a derivar y de las condiciones económicas más aconsejables. Para dimensionar la ventana de captación se debe tomar en cuenta las siguientes recomendaciones:
  • 4. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 3 ✓ Ho: altura para evitar ingreso de material de arrastre; se recomienda 0.60 m. como mínimo. ✓ Otros recomiendan ho > H/3, aunque es obvio que cuanto mayor sea ho menor será el ingreso de caudal sólido. ✓ h: altura de la ventana de captación; es preferible su determinación por la fórmula de vertedero: Fig N°01: Esquema ventana de captación 𝑄 = 𝑐. 𝐿. ℎ 3/2 Donde: ✓ Q: caudal a derivar más caudal necesario para operación del sistema de purga. ✓ C: coeficiente de vertedero. ✓ L: longitud de ventana. 3.4 BARRAJE VERTEDERO O AZUD es una pequeña represa construida a través del rio con la elevar o mantener un nivel de agua en el río, de modo tal que, se pueda derivar un caudal hacia el canal principal o canal de derivación. también debe permitir el paso de agua excedente por encima de su cresta. es lógico que el nivel de la cresta dará ia carga suficiente para derivar el caudal diseñado para irrigar las tierras servidas por la bocatoma.
  • 5. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 4 3.4.1 TIPOS DE BARRAJE a) Barraje Fijo: Las bocatomas de barraje fijo son aquellas que tienen una presa sólida, para levantar el tirante frente a las compuertas de captación. Fig. 02: Barraje Fijo FUENTE: https://www.slideshare.net/hANdREXS/barraje-1 b) Barraje Móvil: Cuando el caudal de la captación es igual o mayor de la descarga promedio del rio o cuando la velocidad de flujo no es alta debido a la pequeña pendiente del curso del rio. Como consecuencia el transporte de solidos es pequeño y no afecta mayormente al sistema de compuertas. Fig. 03: Barraje Móvil con Compuertas Radiales FUENTE: https://www.slideshare.net/hANdREXS/barraje-1 3.5 POZA DISIPADORA La estructura disipadora de energía es una parte importante de la obra de excedencia que tiene por objeto disipar la energía cinética que el agua adquiere en su caída desde el vaso hasta un sitio adecuado en el fondo del cauce, donde no genere problemas de erosión o socavación. Estas estructuras se diseñarán para que el agua, que sale del canal de descarga, se aleje lo máximo posible, dentro de lo económico, de la cortina o de alguna estructura complementaria. (SAGARPA, 2008)
  • 6. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 5 Fig N°04: Esquema posa disipadora de energía FUENTE: https://es.slideshare.net/tatyilleras/manual-de-diseo-de-disipadores 3.6 MUROS DE ENCAUZAMIENTO Son estructuras que permiten encauzar el flujo del río entre determinados límites con el fin de formar las condiciones de diseño preestablecidas (ancho, tirante, remanso, etc.). Estas estructuras pueden ser de concreto simple a de concreto armado. Su dimensionamiento está basado en controlar el posible desborde del máxima nivel del agua y evitar también que la socavación afecte las estructuras de captación y derivación. En lo referente a la altura de coronación que estas estructuras deben tener, se recomienda que su cota superior esté por lo menos 0.50 m por encima del nivel máximo de agua. Con respecto a su cota de cimentación, se recomienda que ésta debe estar por debajo o igual a la posible profundidad de socavación. Con la altura definida se puede dimensionar los espesores necesarios para soportar los esfuerzos que transmiten el relleno y altura de agua; es práctica común diseñar al volteo, deslizamiento y asentamiento. (Valderrama, 2012) 3.7 RESALTO HIDRÁULICO es un fenómeno que se presenta exclusivamente en canales, cuando un flujo de agua que viaja a régimen supercrítico choca o alcanza a una masa de agua que fluye en régimen subcrítico; presentándose abruptamente el cambio de régimen, acompañado de una gran turbulencia, disipando energía y realizando una inclusión de aire en la masa líquida. Para que el salto hidráulico realmente se produzca, es necesario que los dos tirantes conjugados que lo acompañan (menor y mayor), sean diferentes del crítico. (VALVERDE DIAZ, 2009)
  • 7. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 6 3.8 CURVA DE REMANSO Las curvas de remanso se expresan en términos de la pendiente crítica Sc. De esta manera, se demuestra que la gradiente de profundidad dy/dx está físicamente limitada a valores fuera del rango comprendido entre Sc y la pendiente de fondo So. Esta nueva formulación mejora y completa la definición de rangos de gradiente de profundidad en el análisis de curvas de remanso. Adicionalmente, se presentan calculadores en línea para las curvas de remanso. (Victor Miguel, 2016) 3.9 FORMULAS USADAS PARA EL DISEÑO DE BOCATOMA 3.9.1 VENTANA DE CAPTACIÓN 𝑄 𝐷 = 𝑀 ∗ 𝑏 ∗ ℎ 𝑐 3 2 … … … . 𝑒𝑐(1) Donde: ➢ 𝑄 𝐷 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑁𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑜 ➢ 𝑀 = 𝐶𝑜𝑒𝑓. 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑜𝑟 = 2.21 ➢ 𝑏 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎 ➢ ℎ 𝑐 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑄 𝑉 𝑚á𝑥 = 2 3 √2𝑔𝐶 𝑑[𝐻1 3/2 − (ℎ1 − 𝑥)3/2 ]𝑏 𝑒 … … … 𝑒𝑐(2) 𝑏 𝑒 = 𝑏 − 𝑛 𝐻1 10 − 𝑁 ∗ 𝑒 … … … 𝑒𝑐 (3) 𝐻1 = ℎ 𝑐 + ℎ1 … … … 𝑒𝑐 (4) 𝐻 𝑚 = ℎ 𝑒 + ℎ1 … … … 𝑒𝑐 (5) Donde: ➢ 𝑄 𝑉 𝑚á𝑥 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑣𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎 𝑒𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎𝑠 ➢ 𝑛 = 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙𝑒 ➢ 𝑁 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 ➢ 𝑒 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 ➢ 𝐶 𝑑 = 𝐶𝑜𝑒𝑓. 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 0.64 𝑦 0.72 ➢ 𝑏 𝑒 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 3.9.2 BARRAJE (AZUD) 𝑄 𝑅𝐸 = 𝑄 𝐷 + 𝑄 𝐵 … … … 𝑒𝑐(6) 𝑄 𝐵 = 𝑀 ∗ 𝐵 ∗ 𝐻𝑒 3/2 … … … 𝑒𝑐(7)
  • 8. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 7 𝑃 = 𝑌1 + ℎ 𝑐 − 𝐻𝑒 … … … 𝑒𝑐(8) Donde: ➢ 𝑄 𝑅𝐸 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑎𝑗𝑒 ➢ 𝑄 𝐷 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑣𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎 ➢ 𝑄 𝐵 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑗𝑒 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑎𝑗𝑒 ➢ 𝑀 = 𝐶𝑜𝑒𝑓. 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑜𝑟 = 2.21 ➢ 𝐵 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎 ➢ 𝐻𝑒 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 ➢ 𝑃 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑗𝑒 𝑄 𝐵 𝑚á𝑥 = 𝑀 ∗ 𝐵 ∗ (𝐻𝑒 + ℎ1)3/2 … … … 𝑒𝑐(9) 𝑄 𝑅 𝑚á𝑥 = 𝑄 𝑉 𝑚á𝑥 + 𝑄 𝐵 𝑚á𝑥 … … … 𝑒𝑐(10) 𝑄 𝑅 𝑚á𝑥 = 2 3 √2𝑔𝐶 𝑑[𝐻1 3/2 − (ℎ1 − 𝑥)3/2 ]𝑏 𝑒 + 𝑀 ∗ 𝐵 ∗ (𝐻𝑒 + ℎ1)3/2 … … … 𝑒𝑐(11) Donde: ➢ 𝑄 𝐵 𝑚á𝑥 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑣𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑗𝑒 𝑒𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎𝑠 ➢ 𝐶 𝑑 = 𝐶𝑜𝑒𝑓. 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 0.64 𝑦 0.72 ➢ 𝑏 𝑒 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 3.9.3 AGUAS ABAJO DEL BARRAJE 𝑄 𝐵 𝑚á𝑥 = 𝐵 ∗ 𝑑0 𝑛 ( 𝐵 ∗ 𝑑0 𝐵 + 2 𝑑0 ) 2/3 ∗ √𝑆 … … … 𝑒𝑐(12) 3.9.4 RESALTO HIDRÁULICO 𝑑2 = − 𝑑1 2 + √( 𝑑1 2 ) 2 + 2 𝑉1 2 ∗ 𝑑1 𝑔 … … … 𝑒𝑐(13)
  • 9. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 8 𝑑1 = 𝑞 𝜑√2𝑔(𝑃 + 𝐻 𝑚 − 𝑑1) … … … 𝑒𝑐(14) 𝑞 = 𝑄 𝐵 … … … 𝑒𝑐(15) 𝑉1 = 𝑄 𝐵 𝑚á𝑥 𝐵 ∗ 𝑑1 … … … 𝑒𝑐(16) Donde: ➢ 𝑑2 = 𝑇𝑖𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 ➢ 𝑑1 = 𝑇𝑖𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 ➢ 𝑞 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 ➢ 𝜑 = 𝐶𝑜𝑒𝑓. 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑: 0.85 − 0.95 ➢ 𝑆𝑖 𝑑2 > 𝑑0 𝑆𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑦𝑒 𝑝𝑜𝑧𝑎 ➢ 𝑆𝑖 𝑑2 ≤ 𝑑0 𝑁𝑜 𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑦𝑒 𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑜 3.9.5 LONGITUD DEL RESALTO CUADRO N°01: métodos para calcular la longitud de resalto MÉTODO FORMULA Pavlovski 𝐿. 𝑅 = 2.5(1.9𝑑2 − 𝑑1) … … … 𝑒𝑐(17) Schauman 𝐿. 𝑅 = 3.6𝑑2(1 − 𝑑1 𝑑2 ) (1 + 𝑑1 𝑑2 ) 2 … … … 𝑒𝑐(18) Chertovsky 𝐿. 𝑅 = 10.3𝑑1 [√( 𝑑 𝑐 𝑑1 ) 3 − 1] … … … 𝑒𝑐(19) Practico 𝐿. 𝑅 = 5(𝑑2 − 𝑑1) … … … 𝑒𝑐(20) Fuente: Separata de Clase 3.9.6 LONGITUD DE POZA 𝐿. 𝑃 = 1.2 ∗ 𝐿. 𝑅 … … … 𝑒𝑐(21) 3.9.7 PROFUNDIDAD DE POZA 𝑦 = 𝐾(𝑑2 − 𝑑1) … … … 𝑒𝑐(22)
  • 10. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 9 4 PROCEDIMIENTO Las fórmulas y modo de cálculo esta detalladamente explicado en cálculos y resultados, por lo que ahora solo indicaremos el orden (procedimiento del cálculo) 1. se realiza el modelamiento en la cuenca, con la finalidad de determinar el caudal máximo. 2. estimar las dimensiones del ancho del rio, pendiente media del rio. 3. con las dimensiones del rio, diseñamos la ventana de captación. 4. calculamos hidráulicamente las dimensiones del barraje para estiaje y para máxima avenida. 5. calculamos el tirante normal, aguas arriba del barraje para luego calcular las dimensiones de los muros de encauzamiento 6. calculamos resalto hidráulico después del azud 7. posteriormente calculamos la profundidad y longitud de la poza 4.1 CÁLCULOS CAUDAL CAPTADO POR LA VENTANA: QD = 10%Q QD = 0.810 m3 /seg Ancho del río: Br = 18 m Ancho de Compuerta: Bc = 1.5 m Ancho de Barraje: Bb = 16.5 m Calculo del Coeficiente de rugosidad "n": 0.38-0.5 DATO X EL DOCENTE Por los tanto el valor de "n" es: n = 0.45 Según el perfil presentado en la parte de anexos se tiene la topografía con las cotas correspondientes, entonces: Km 0+49.00 0+0.00 Cota 3555 3556.50 1.50 49.00 𝑆 = 3556.5 − 3555 49 𝑆 = 3.1%
  • 11. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 10 VENTANA DE CAPTACIÓN EN ESTIAJE Con los datos del primer avance tenemos un caudal que es de 0.280 m3 /seg, con este caudal se procede a diseñar la ventana de captación para la cual se tendrá que sumar el 10% concerniente a las pérdidas por evaporación, esto es el caudal captado por la ventana será de: 𝑄 𝐷 = 𝑀 ∗ 𝑏 ∗ ℎ 𝑐 3 2 M = 2.2 b = 1.2 m Y1 = 1 m Qd = 0.810 m 3 /seg DATOS h c = 0.45 m A. CÁLCULO DEL BARRAJE  Cálculo del He 𝐻𝑒 = ( 𝑄 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑗𝑒 𝑀 ∗ 𝐵 )2/3
  • 12. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 11 Qrio (estiaje) = 3.192 m 3 /seg QD = 0.814 m3 /seg Qbarraje = 2.380 m 3 /seg M = 2.2 Bb = 16.5 m H e = 0.16 m P = 1.29 m Qrio (estiaje) = QD + Qbarraje P = Y1 + hc - He A. VENTANA DE CAPTACIÓN Y BARRAJE EN MÁXIMAS Según las formula, se tiene para los datos siguientes: Qrio max = 193.4 m 3 /s g = 9.81 m/s 2 Cd = 0.65 hc = 0.45 m f = 0.1 m b = 1.2 m n = 1 N = 5 e = 0.02 m M = 2.21 Bb = 16.5 m He = 0.16 m h1 = 2.87 Qv máx = 0.37 m 3 /s QB máx = 192.3 m 3 /s Caudal que pasa por la ventana en máximas: Caudal que pasa por el barraje en máximas: 𝑄 𝑅𝑖𝑜𝑚𝑎𝑥 = 2 3 ∗ √2𝑔 ∗ 𝐶 𝑑 ∗ [(ℎ 𝑐 + ℎ1) 3 2 − (ℎ1 − 𝑥) 3 2] ∗ 𝑏 𝑒 + 𝑀 ∗ 𝐵 ∗ (𝐻𝑒 + ℎ1)3/2
  • 13. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 12 Cálculo de Hm y H1 : Hm = 3.03 m H1 = 3.32 m 0.55 mAltura de Ventana: A. TIRANTES NORNAL Y CRÍTICO 2.84 m 2.27 m Tirante Normal Yn = Tirante Crítico Yc = CURVA DE REMANSO – MÉTODO POR TRAMOS B = 15 Q = 193.4 n = 0.078 g = 9.81 S = 3.1 DATOS Y A P Rh V hv E ΔE SE *SE ΔX LONG. 2.40 36.00 19.80 1.82 5.37 1.47 3.87 - 0.08 - 0.00 0.00 2.00 30.00 19.00 1.58 6.45 2.12 4.12 -0.25 0.14 0.11 0.08 0.08 1.80 27.00 18.60 1.45 7.16 2.62 4.42 -0.30 0.19 0.16 0.10 0.18 1.60 24.00 18.20 1.32 8.06 3.31 4.91 -0.49 0.27 0.23 0.17 0.36 1.40 21.00 17.80 1.18 9.21 4.32 5.72 -0.81 0.41 0.34 0.30 0.65 1.20 18.00 17.40 1.03 10.74 5.88 7.08 -1.36 0.67 0.54 0.53 1.18
  • 14. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 13 GRAFICA No1: curva de remanso por tramos FUENTE: obtención propia cálculos Long del remanso: L=1.18 m DISEÑO DE LA POSA DISIPADORA ➢ Tirante Menor Donde: q=caudal unitario ϕ=coeficiente de velocidad= 0.85-0.95 q = 11.6563636 ϕ = 0.95 Hm = 3.03 P = 0.8 g = 9.81 d1 (asumido) d1 (calculado) 0.0000 1.4154 1.4154 1.7827 1.7827 1.9360 1.9360 2.0128 d1 = 2.0128 2.0549 2.0100 m ➢ Tirante mayor: 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 CURVA REMANSO 𝑑1 = 𝑞 𝜙 ∗ √2 ∗ 𝑔 ∗ (𝑃 + 𝐻 𝑚 − 𝑑1) 𝑑2 = − 𝑑1 2 + √( 𝑑1 2 )2 + 2 ∗ 𝑉1 2 ∗ 𝑑1 𝑔
  • 15. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 14 d1 = 2.0100 g = 9.81 B = 16.5 Q B máx = 192.3 V1 = 5.8 d 2 = 2.84 ➢ Tirante d0 Q B máx = 192.3 B = 16.5 n = 0.078 S = 3.1 Q B máx d0 RESULT ADO 192.3 0.695 147.0192308 0.74342804 1.760682 192.4 d0 = 0.695 d1 = 2.01 Necesita Poza d2 = 2.84 PROFUNDIDAD DE LA POZA Donde: k=1.1-1.2 Por tanto: k= 1.15 y = 0.960 m 𝑦 = ∗ (𝑑2 − 𝑑1) LONGITUD DE POZA L.P.= 8.400 m 𝑄 𝐵𝑚𝑎𝑥 = 𝐵 ∗ 𝑑0 𝑛 ∗ [ 𝐵 ∗ 𝑑0 𝐵 + 2 ∗ 𝑑0 ] 2/3 ∗ 𝑆1/2
  • 16. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 15 RESALTO HIDRÁULICO Entonces: L.R.= 8.458 m Entonces: L.R.= 8.695 m Donde: dc=tirante crítico= dc = 2.40 Entonces: L.R.= 6.287 m PAULOSKI: SCHAUMAN: CHERTOVSKY: FORMA DEL PERFIL DE LA CRESTA DEL BARRAJE VERTEDERO Hd Calado de agua aguas arriba del barraje 1.29 m x y H-Y 0.00 0.000 1.29 0.10 0.006 1.28 0.20 0.021 1.27 0.30 0.043 1.25 0.40 0.074 1.22 0.50 0.112 1.18 0.60 0.157 1.13 0.70 0.208 1.08 0.80 0.266 1.02 0.90 0.331 0.96 1.00 0.403 0.89 1.10 0.480 0.81 1.20 0.564 0.73 1.30 0.654 0.64 1.40 0.750 0.54 1.50 0.853 0.44 1.60 0.961 0.33 1.70 1.075 0.22 1.80 1.195 0.10 X1.85 =2(Hd)0.85 Y 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.80 BARRAJE
  • 17. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 16 5.RESULTADOS TABLA No2: cuadro de resultados Br = 18.00 Bc = 1.50 Bb = 16.50 P = 1.29 Bv = 1.20 Hv = 0.55 N = 5.00 NAM = 4.32 NAE = 1.45 L = 1.18 d1 = 0.40 d2 = 1.23 Lr = 5.00 Yp = 0.96 Lp = 6.00 Número de Barrotes: RESULTADOS OBTENIDOS m m m Barrotes de 1" Altura de Barraje: Ancho Total del Río: m Ancho de Compuerta: m mAncho de Encauzamiento: Nivel de Agua en Máximas: Nivel de Agua en Estiaje: Tirante Menor de Resalto: m m Longitud de Remanso: m Ancho Ventana de Captación: Altura de Ventana de Captación: Tirante Mayor de Resalto: m m Longitud de Resalto: m Profundidad de Poza: m Longitud de Poza: m Grafico n°01: corte del barraje 3.03 m. 1.48 m. 2.31 m. =h1 P= 1.29 m. 2.84 m. =d2 2.01 m. =d1 Lr = 7.00 yp = 0.95 Lp = 8.40
  • 18. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 17 6. CONCLUSIONES Y RECOMEDACIONES 6.1 CONCLUSIONES ➢ se realizó el diseño hidráulico de la bocatoma y las distintas estructuras que la componen. ➢ se determinó las dimensiones del barraje (dimensiones mostradas en resultados) ➢ se estimó las longitudes de los muros de encausamiento ➢ de diseño la ventana de captación, así como también se determinó las dimensiones de rejilla para sedimento ➢ se estimó la longitud y profundidad de la poza disipadora adicionalmente se realizó el cálculo de la curva de remanso 6.2 RECOMENDACIONES ✓ Se recomienda verificar si es necesario la construcción de un cuenco amortiguador (poza), ✓ Los calculo realizados con programas como el H canales, deben mostrar resultados realistas de no ser así se recomienda realizar cálculos manuales. 7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 7.1 BIBLIOGRAFÍA ➢ definición de bocatoma disponible en: Valderrama, A. M. (2012). DISEÑO DE BOCATOMAS. LIMA, PERU: EDIT. ACDEMICA. ➢ conceptos teóricos sobre poza disipadora de energía disponible en: SAGARPA. (2008). Disipadores de energía. Colombia: PUBICACIONES DE LA SECRETARÍADE AGRICULTURA, (SAGARPA). ➢ criterios de diseño disponible en: Tanta Rodriguez, A. (2009). DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS. Temas académicos. Mexico, Mexico: editores-unievrsitarios. 7.2 LINKOLOGIA ➢ criterios de diseño disponible en http://www.fomento.gob.es/MFOM/LANG_CASTELLANO/DIRECCIONES_GENERAL ES/CARRETERAS/NORMATIVA_TECNICA/DRENAJE/: ➢ curva de remanso y resalto hidráulico disponible en: http://ponce.sdsu.edu/calculo_de_curvas_de_remanso.html
  • 19. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Hidráulica 18 8. ANEXOS TABLA N°1: VALORES PARA DETERMINAR LA INFLUENCIA DE DIVERSOS FACTORES SOBRE EL COEFICIENTE n Fuente: Arturo Rocha FOTOGRAFÍA N°1 captación del proyecto especial chavimochic tercera etapa Fuente: https://proactivo.com.pe/iii-etapa-de-chavimochic-dinamizara-aun-mas-la- economia-libertena/