SEP SEIT DGTI

INSTITUTO TECNOLOGICO DE MATAMOROS

MATERIA:

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

CATEDRATICO:

ING. ANTONIO VARGAS GAXIOLA

EQUIPO:

IRWIN ROMERO SCHAUER

ALDO ALBERTO PEREZ CRUZ

PROYECTO:

PROYECTO HIDRAULICO DE UNA PRESAS DE ALMACENAMIENTO

H, MATAMOROS, TAM MARZO / 2012

DATOS PARA EL PROYECTO HIDRAULICO DE UNA PRESA DE ALMACENAMIENTO

ESCURRIMIENTO PRINCIPAL: RIO SAN PATRICIO

LOCALIZACION: LATITUD 35⁰ 20‛ LONGITUD 68⁰ 15‛

AREA DE LA CUENCA: 35Km²

LONGITUD DEL CAUCE: 32Km

TIPO DE VEGETACION: Sin cultivar con pastizales

PRECIPITACION MDEIA ANUAL: 470 mm

DEMANDA PARA RIEGO: 6,000 m³/seg./Ha.

AVENIDA MAXIMA PROBABLE: 3.75m³/seg./Km².

VELOCIDAD DEL VIENTO: 75 Km/ Hr.

LONGITUD DEL FETCH: 1.5 Km.

DETERMINACION DE LAS AREAS DE ESCURRIMIENTO

Elevación Área (m2)500 0502 10568.8504 29387.6506 60387.7508 105075510 162294512 238844

TABLA DE VOLUMENES TOTALES DE ALMACENAMIENTO POR CUALQUIER METODO TOPOGRAFICO SE OBTIENE EL AREA DE CADA CURVA

Elevación Área (m2) A₁+A₂ (m²) H/2 (mts) Volumen(m³) Vol. Acumulado

500 0 0 2/2=1 0 0502 10568.8 10568.8 1 10568.8 10568.8504 29387.6 29387.6 1 29387.6 39956.4506 60387.7 60387.7 1 60387.7 100344508 105075 105075 1 105075 205419510 162294 162294 1 162294 367713512 238844 238844 1 238844 606557

Grafica de áreas capacidades.

GRAFICA

Elevación Área (m2) Vol. Acumulado

500 0 0502 10568.8 10568.8504 29387.6 39956.4506 60387.7 100344508 105075 205419510 162294 367713512 238844 606557

Perfil de la boquilla

Elevación Izquierda Derecha500 0 0502 22.5 35504 35 47.5506 60 65508 80 82.5510 100 120512 107.5 127.5

GRAFICA

CALCULO DEL VOLUMEN DE ESCURRIMIENTO

Volumen de Escurrimiento:VE=Pm*A*CDonde:VE=Volumen de escurrimiento (m³)Pm= Precipitación Media Anual (mm)A= Área de la Cuenca (km²)C=Coeficiente de Escurrimiento

DATOS:Pm=470mm VE= VE=Pm*A*CA= 35 Km2 VE= (0.47m) (3x106m) (0.035)C= 0.035 VE= 16450 m3

Valores límites del coeficiente de escurrimiento en función de la superficie de la cuenca.

TOMANDO EN CUENTA LA SUPERFICIE DEL TERRENO:EXTENCION DE LA CUENCA COEFICIENTE “C”

HASTA 10 km² 20%DE 10 A 100 km² 15% DE 100 A 500 km² 10%MAYORES DE 500 km² 5%

TOMANDO EN CUENTA LA PRECIPITACION:PRECIPITACION (MM) COEFICIENTE “C”

HASTA 800 0 A 5%DE 800 A 1200 5 A 15% DE 1200 A 1500 15 A35%MAYORES DE 1500 35 A 45%

TOMANDO EN CUENTA LA VEGETACION:CLASE DE TERRENO COEFICIENTE “C” (%)TERRENOS CULTIVABLES,PASTOS,ETC. 1 A 30 AREAS BOSCOSAS 5 A 20TERRENOS SIN CULTIVAR 25A 50

NOTA: Debido a que con el rango de valores dado en la tabla, la altura de la cortina sobrepasa la cota más alta, se tomó un valor menor al mismo.

DISEÑO DEL VERTEDOR

Normalmente el vertedor de excedencias se diseña de acuerdo a la topografía del lugar la cual nos da la longitud necesaria y se determina la carga sobre el vertedor, pero en algunos casos se propone una longitud necesaria y se calcula la carga sobre el vertedor, pero tomando en cuenta ya que estas estructuras deben de ser de concreto o mampostería se revisan las alternativas: la longitud del vertedor y la carga sobre el mismo.

GASTO DE DISEÑO

Qm = Avenida Máxima Probable*Área de la CuencaQm=(3.75m3/seg./Km2)(35Km2)Q=131.25/seg.

Proponer una Longitud para determinar “h”

a) primera consideraciónSuponer L=100m

h=(QCL)

23 =(131.25m3/ seg .

(2)(100m) )23= 0.75m

Nota:(Esta será la alternativa que utilizaremos)

Un factor muy importante para el diseño de la altura de la Cortina en su borde libre o de seguridad, el cual es una magnitud de en metros que

mide el desnivel entre el nivel de agua máxima extraordinaria y la corona de la Cortina.

Formula de Wolf

h=(0.005V- 0.068)√F

Donde:V= Velocidad del vientoF= Longitud del Fetch

Datos:V= 75Km/hr.F= 1.5Km

h= (0.005V- 0.068)√Fh= [0.005 (75)- 0.068] * √1.5Kmh= 0.38m

Bordo Libre= Altura de la ola + Factor de SeguridadB.L.= 0.38m + 1 mB.L= 1.38m

DISEÑO HIDRÁULICO DE LA CORTINA

De la gráfica de Áreas-Capacidades y con un VE= 575,750m3 se obtuvieron los valores:

Elevación de la cresta vertedora= elevación de Nivel de Aguas Normales.Elevación NAN ---------------------511.80mCarga sobre el vertedor --------------------- .75mElevación NAME 512.55m(Elevación del Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias)

Elevación de la Corona de la Cortina

Elevación NAN----------------------------------------511.8mh sobre vertedor-------------------------------------- 0.75mh de la ola---------------------------------------------- 0.38mBordo de seguridad--------------------------------- 1.00mElevación de la Corona de la Cortina 513.93m

Dibujo

Nota: Las especificaciones empíricas registradas como opinión general de ingenieros con vasta experiencia hidráulica que se utilizaran serán:

o Para el ancho del diafragma se considera de un 30 a un 50% de la carga hidrostática.

o Para el material de filtro (gravas y arenas) se recomienda de 40 a 60 cm de espesor.

o Con respecto al enbordamiento los taludes exteriores más comúnmente empleados varían de 2:4 - 4:1, y para cimentaciones débiles mayores de 4:1.

CAPASIDAD DE ASOLVE

La capacidad de azolve depende de la capacidad de material en suspensión que continuamente transporta la corriente de referencia y

su magnitud debe cubrir el volumen necesario para proteger el libre funcionamiento de la obra de toma durante la vida útil de la presa.

Por estudios efectuados se ha aceptado a considerar un porcentaje promedio anual de sedimentación de un 0.15% de escurrimiento medio anual, por lo que el volumen de azolve para la vida útil de un almacenamiento será.

CAz=0.0015 VE (Vu)

CAz= Capacidad de azolve (m³)

VE=Volumen de escurrimiento (m³)

Vu=Vida útil de la presa (Años)

DISEÑO DE LA OBRA DE TOMA

Longitud:

Capacidad de Azolve

CAZ= 0.0015VEVU

VE= 575,750 m3

VU=Vida Útil de la presa= 40 añosCAZ= 0.0015 (575,750 m3) (40 años)CAZ= 34,545 m3

De la gráfica de Áreas-Capacidades y con un CAZ= 34,545m3 se obtuvo

Elevación de capacidad de azolve= Elevación de Obra de TomaElevación de O.T.-----------------503.65m

Carga Mínima

Se considera un 10% del VE

hmin.= 575,750 m3 *0.10= 57,575 m3

De la gráfica de Áreas-Capacidades y con un hmin.=57,575 m3

Elevación N.A.M.O.--------------504.8 m

h= Elevación N.A.M.O. - Elevación O.T.h= 504.8 m – 503.65mh= 1.15 m≥Σh

Longitud de la tubería considerando los taludes aguas arriba (A.A.) y aguas abajo (a.a).L= 8.15(0.5) + 6 + 8.15(4)L= 42.68m

Dibujo

DEMANDA NECESARIA PARA RIEGO

Superficie probable de riegoS= 0.19VEN

Donde: S= superficie de riego (Has.)

0.19=Coeficiente de riego VE= Volumen de escurrimiento N= Número de veces que se puede llenar la presa

Datos:VE== 575,750 miles de m3

N== 1 vez por añoS= 0.19 (575.750 miles de m3) (1 vez por año)S=109.393 Has.

Demanda para riego

Dm= 6,000m3/seg./Ha. (109.393 Has.)

Dm= 656,355m3/año (1año

12meses)

Dm= 54,696.3m3/mes1 Mes cuenta con 24 días hábiles (8 horas/ turno)= 192

Dm= 54,696.3m3/mes

192= 284.88 m3/hora

Además 1 hora=(60minutos)(60 segundos)=3,600segPor lo tanto:

Q= 284.88m3/hora

3,600 segQ=0.08 m3/seg.

Q=A*V

Por lo tanto:

A = Q/V

Así:

A=QV

= 0.08m3 /seg .0.60m /seg. =0.13m2

A=π d2

4.´. d=√ 4(0.13m2)

πd=0.41m → 16.14¨ , por lo tanto usar d=18¨= 0.457m ≈0.46m

PERDIDAS DE CARGA

Perdida por rejilla

En las perdidas por rejilla considerando el área de obstrucción y que la tubería se coloca horizontalmente, tenemos las siguientes perdidas en función de la velocidad.

Velocidad (m/seg.) Perdida (m)0.30 0.03

0.45 0.090.60 0.15

Perdida por entrada

he= KeV2

2g, tubería con aristas ligeramente redondedas Ke= 0.23

he= 0.23*(0.6m /seg )2

2(9.81m /seg2)= 0.004m

Perdida por salida

hs= ks V2

2g,para tuberias sometidas a presion ks=0.1

hs= 0.1V2

2g= 0.1*

(0.6m /seg )2

2(9.81m /seg2)= 0.002m

Perdida por fricciónPara secciones circulares

hf= f LdV 2

2 g

Donde: hf: pérdida de carga o de energía (m) f: coeficiente de fricción (adimensional) L: longitud de la tubería (m) d: diámetro interno de la tubería (m) V: velocidad media (m/s) g: aceleración de la gravedad (m/s2)

f= 0.091

hf= (0.091) 42.68(0.46)

(.6)2

2(9.81)= 0.15m

Perdida por codo de 90ª de radio largo

ho=KoV2

2g,Considerando uncodo de 90ª de radio largo Ko= 0.6

ho= 0.60*(0.6m /seg )2

2(9.81m /seg2)= 0.011m

Perdida por Válvula

ho=KoV2

2g, si consideramos una válvula de globo totalmente abierta

Ko=3.0

ho= 3.0*(0.6m /seg )2

2(9.81m /seg2)= 0.055m

SUMA DE PERDIDAS DE CARGA

Tipo de perdida perdidas

Perdida por rejilla 0.150mPerdida por entrada 0.004mPerdida por salida 0.002m

Perdida por fricción 0.15mPerdida por codo de 90ª de radio largo

0.011m

Perdida por Válvula 0.055mSumatoria Σ= 0.372m

Σ= 0.372m ‹ 2.0m ok