Diseno de Botatoma

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“A mis padres, por su esfuerzo incondicional”

CICLO III

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INTRODUCIÓN La bocatoma es una estructura hidráulica que sirve para derivar agua de un rio hacia una canal en lo posible debe cumplir las siguientes condiciones: a. A cualquier tirante del rio debe captar en el canal de derivación un caudal constante (regulado por vertederos laterales). b. Debe impedir el paso al canal de sedimentos y material flotante. c. Satisfacer las condiciones de seguridad. Su ubicación de la toma en el cauce del rio es muy importante, siendo favorable aguas abajo den la concatividad. El diseño de esta estructura está basado a en las tres leyes fundamentales de la hidráulica, es decir las ecuaciones de la continuidad, energía y cantidad de movimiento, complementadas con las ecuaciones de vertederos y orificios.

El lenguaje de programación HPUserEdit 5, es uno de los lenguajes disponibles para programar la calculadora HP, este lenguaje nos permite aprovechar la mayoría de sus capacidades. El conocimiento de la programación en HPUserEdit 5, nos ayudará por lo tanto a sacarle el máximo provecho a la poderosa calculadora y crear desde programas sencillos, como para el diseño Hidráulico de Bocatoma, y mucho más.

El alumno.

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INDICE GENERAL 1.

2.

BOCATOMA 1.1

DEFINICIÓN

1.2

FINALIDAD

DISEÑO HIDRÁULICO DE UNA BOCATOMA 2.1

ESTIMADO DEL ANCHO DEL ENCAUSAMIENTO DEL RIO

2.2

DETERMINACION DEL TIRANTE NORMAL DEL RIO

2.3

DISEÑO DE LA COMPUERTA DE REGULACIÓN

2.4

DISTRIBUCIÓN DEL ANCHO DEL ENCAUSAMIENTO

2.5

DISEÑO DE VENTANAS DE CAPTACIÓN

2.6

DISEÑO DE LA ALTURA DE LA PANTALLA FRONTAL MURO DE TRANSICION Y MURO DE CANAL

2.7

DISEÑO DE BARRAJE DE POZA DE DISIPACIÓN a) Barraje (normalizado tipo Creager) b) Longitud de poza

3.

2.8

DISEÑO DE COMPUERTAS DESPREDADORAS Y DESGARVADORAS

2.9

DISEÑO DE MURO DE ENCAUSAMIENTO LATERAL

2.10

DISEÑO DE VERTEDEROS LATERAL

RESULTADOS 3.1

ESTIMANDO EN ANCHO DEL ENCAUSAMIENTO

3.2

DETERMINACIÓN DEL TIRANTE NORMAL DEL RIO

3.3

DISEÑO DE LA COMPUERTA DE REGULACIÓN

3.4

DISTRIBUCIÓN DEL ANCHO DEL ENCAUSAMIENTO

3.5

DISEÑO DE VENTANAS DE CAPATACIÓN

3.6

DISEÑO DE LA ALTURA DE LA PANTALLA FRONTAL, MURO DE TRANSICION Y MURO DE CANAL

3.7

DISEÑO DE BARAJE Y POZA DE DISIPACIÓN a)

Barraje

b)

Longitud de poza

3.8

DISEÑO DE COMPUERTAS DESPREDADORAS Y DESGRAVADORAS

3.9

DISEÑO DE MURO DE ENCAUSAMIENTO LATERAL.

3.10

DISEÑO DEL VERTEDERO LATERAL

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4.

PROGRAMACIÓN EN HPUserEdit 5. 4.1

PROCEDIMEINTOS EN HPUserEdit 5.

4.2

RESULTADOS DE LOS CÓDIGOS

5.

CONCLUSIONES

6.

BIBLIOGRAFÍA

7.

ANEXOS.

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1. BOCATOMA

1. BOCATOMA 1.1

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DEFINICIÓN

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Las obras de toma o bocatomas son las estructuras hidráulicas construidas sobre un río o canal con el objeto de captar, es decir extraer, una parte o la totalidad del caudal de la corriente principal. Las bocatomas suelen caracterizarse principalmente por el Caudal de Captación, el que se define como el gasto máximo que una obra de toma puede admitir. El tema de las bocatomas es siempre actual. En el Perú hay en operación un gran número de obras de toma para aprovechamiento hidráulico. El diseño de estas estructuras es casi siempre difícil y debe recurrirse tanto a métodos analíticos como a la investigación en modelos hidráulicos. La observación y análisis del comportamiento de las obras de toma en funcionamiento es muy importante. Los problemas que se presentan en una bocatoma son mucho más difíciles cuando se capta agua desde un río que cuando se hace desde un cauce artificial (canal). Es necesario tener presente que la bocatoma es una estructura muy importante para el éxito de un proyecto. Si por una razón u otra se produce una falla importante en la obra de toma, esto significaría la posibilidad del fracaso de todo el Proyecto de Aprovechamiento Hidráulico. En consecuencia, tanto el diseño como la construcción, la operación y el mantenimiento de una obra de toma deben ofrecer el máximo de seguridad. El diseño de una obra de toma puede ser un problema muy difícil, en el que debe preverse la interacción estructura-naturaleza. La obra de toma, cualquiera que sea su tipo, es un elemento extraño en contacto con el agua. Es decir, que la estructura va a producir inevitablemente alteraciones en el medio natural circundante y, a la vez, la naturaleza va a reaccionar contra la obra. Esta interacción que se presenta al construir la obra, y en el futuro al operarla, debe ser prevista y contrarrestada oportuna y debidamente. La estabilidad y la vida de una bocatoma están asociadas al concepto de Avenida de Diseño. Tradicionalmente se ha usado el concepto de Avenida de Diseño para designar el máximo caudal del río que una bocatoma puede dejar pasar sin sufrir daños que la afecten estructuralmente.

1.2

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FINALIDAD

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La finalidad es uno de los muchos criterios que existen para la clasificación de las obras de toma. Desde el punto de vista de su finalidad las obras de toma se clasifican en función de las características del proyecto al que sirven. Es así como se tiene: a) Obras de toma para abastecimiento público b) Obras de toma para irrigación c) Obras de toma para centrales hidroeléctricas d) Obras de toma para industria y minería e) Obras de toma para otros propósitos f) Obras de toma para uso múltiple

La clasificación anterior se refiere al uso predominante del agua. Si bien es cierto que hay bocatomas que tienen una finalidad específica, también lo es que casi siempre las bocatomas tienen, aunque sea en pequeña proporción, algún otro uso. En el Perú hay numerosas bocatomas para atender las finalidades antes señaladas. El abastecimiento de agua a la población es la primera necesidad de agua que debe ser cubierta. El aprovechamiento de las aguas superficiales, en especial las de un río, constituye una de las formas más antiguas de uso del agua. En los tiempos antiguos las ciudades se ubicaban en las orillas de los ríos para poder aprovechar sus aguas fácilmente. El crecimiento de la población, la expansión urbana, el aumento de las demandas y otros factores determinaron la necesidad de construir proyectos de abastecimiento de agua para la población. Estos proyectos empiezan por una bocatoma para captar el agua de un río, o de otra fuente de agua, y conducirla luego al área urbana. Las obras de toma para abastecimiento poblacional pueden ser muy pequeñas, con un Caudal de Captación de apenas unos cuantos litros por segundo, o muy grandes como la de La Atarjea, que abastece a varios millones de habitantes de la Gran Lima. Esta bocatoma, cuya función predominante es el abastecimiento poblacional, sirve también para la satisfacción de algunas necesidades industriales ubicadas en el radio urbano. Cualquiera que sea su tamaño estas obras de toma tienen gran importancia y un enorme contenido social, pues el abastecimiento de agua poblacional es insustituible.

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Si hablásemos de las prioridades tradicionales en el uso del agua tendríamos que luego del abastecimiento de la población viene el riego. En el Perú, donde hay importantes zonas áridas y semiáridas, la dependencia del riego es muy grande. Al no haber lluvia útil, el aprovechamiento de las aguas superficiales ha sido desde épocas ancestrales esencial para la vida y el desarrollo de las actividades humanas. La costa peruana con sus 800 000 hectáreas cultivadas es una inmensa obra de irrigación, que no podría existir sin la presencia de cientos de bocatomas. Se tiene también obras de toma cuya función es captar el agua superficial para su conducción a una central hidroeléctrica. Así, en el río Mantaro se tiene una captación de 90 m3/s para generación de energía. Numerosas industrias y minas tienen sus propias bocatomas. Como el Perú aprovecha un porcentaje pequeñísimo de su enorme potencial hidroeléctrico, es de esperar que en el futuro se incrementen las respectivas obras hidráulicas para lograr un mayor aprovechamiento.

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2. DISEÑO HIDRÁULICO DE UNA BOCATOMA

2. DESARROLLO Y DISEÑO HIDRÁULICO DE BOCATOMA Las partes más importantes de la bocatoma son la que se muestran en el siguiente gráfico.

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Esquema 01

2.1

ESTIMADO DEL ANCHO DEL ENCAUSAMIENTO DEL RIO

Usaremos las siguientes formulas experimentales a)

Blench:

B=1.18

b)

Atunin:

B=

c)

√

QFb … … … … … ….(1) Fs

a Q 1 /2 … … … … … … ..(2) S1 /5

Petit: 1 /2 B=2.45 ( Q ) … … … … … ..(3)

Donde B

=ancho del encausamiento

Q

=Caudal, máximo de diseño

Fb

=factor de fondo

Fs

=factor de orilla

a

=parámetro que caracteriza el cauce

S

=pendiente del rio

El promedio de los tres valores se puede considerar el acho del encausamiento CICLO III

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2.2

DETERMINACION DEL TIRANTE NORMAL DEL RIO Se calcula con la formula de Manning:

Q=

( 1n ) A R

2/ 3

S1 /2 … … … … .( 4)

Siendo

A=B y n B yn A R= = P b+ 2 y n Donde Q

=

Caudal del rio

n

=

Coeficiente de Manning

A

=

Área de la sección transversal

R

=

Radio hidráulico

S

=

Pendiente del rio

yn

=

Tirante normal del rio

P

=

Perímetro mojado

Reemplazando los datos en la formula (4), obtenemos la siguiente ecuación para hallar el valor de y n mediante tanteos.

B yn 1 Q= ( B y n ) n B+2 y n

(

2.3

CICLO III

2 /3

)

S 1/ 2 … … … …(5)

DISEÑO DE LA COMPUERTA DE REGULACIÓN

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Esquema 02

Determinamos el tirante normal en el canal de derivación y de la misma forma que para el tirante normal del rio en el paso 2 a las secciones 1 y 2 aplicamos la ecuación de cantidad de movimiento:

F 2−F1= pQ ( v 1−v 2 ) … … … … … … … ( 6 )

De donde obtenemos el valor de y 2 . Seguidamente aplicamos la ecuación de Bernoulli entre las secciones 2 y 3, de donde obtenemos el valor de y 3 que viene hacer la altura de la compuerta de regulación. Se debe considerar el perdido pos contracción entre las secciones 2 y 3.

2.4

DISTRIBUCIÓN DEL ANCHO DEL ENCAUSAMIENTO Teniendo como datos el ancho del encausamiento, separación entre los pilares de las compuertas, ancho tentativos de las compuertas despedradoras y

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desgravadora, y la longitud de transición, podemos determinar la longitud del barraje (L).

2.5

DISEÑO DE VENTANAS DE CAPTACIÓN

Esquema 03

Considerando la ecuación de Bernuolli entre los puntos 3 y 4 teniendo en cuenta la perdida de carga por contracción:

y4 +

v 42 v 32 v 32−v 42 + h= y 3 + +kc … … … … …..(7) 2g 2g 2g

[

]

Se debe considerar un ancho tentativo de ventana de captación tenemos como los datos de altura del cauce del rio a la cresta de la ventana de captación (h”), la separación entre ventanas (b), el numero de ventanas, el caudal de derivación, el tirante y el canal de derivación y n , el valor del coeficiente para perdidas por contracción ( k c =0.6 ) ; los valores de y 3 y v3 los conocemos del cálculo anterior; reemplazando los valores en la ecuación (7), podemos calcular y 4 y con el ancho de ventana

ya

tenemos

las

dimensiones

de

esta

( h v = y 4 es laaltura de ventana de captación ) . 2.6

DISEÑO DE LA ALTURA DE LA PANTALLA FRONTAL MURO DE TRANSICION Y MURO DE CANAL

Q=cL ( H D ) 3/ 2 CICLO III

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H D=

Q cL

2 /3

( )

… … … … … … … .. ( 8 )

Siendo Q

=

Caudal máximo de diseño

C

=

Coeficiente de descarga para vertederos (c=2.1)

L

=

longitud de barraje

HD

=

Carga del agua sobre el barraje.

De acuerdo al esquema (3) se tiene:

Cota de barraje=cota fondo canal de derivación+ h”+ hv+ fs … … … … … … … …(9)

nivel max .agua=cota del barraje+ H D … … ….( 10)

altura de pantalla frontal=altura del barraje+ H D +20 % de H D …(11)

fs=factor de seguridad de ( por los general 0.10m ) h v =altura de la ventana de captacion Las alturas del muro de transición y del canal de derivación, se hallan teniendo en cuenta que las ventanas de captación estén completamente abiertas, y considerándolos como orificios sumergidos para el caudal de máximo diseño; hay que tener en cuenta la presencia de rejillas que reduce en un 20% el área de las ventanas de este caso, consideramos que el canal de ingreso de las ventanas y por el canal de derivación como sigue:

Q 1=c A1 √2 g ∆ h1 Q2=c A2 √2 g ∆ h2

Donde C

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=

Coeficiente de gastos para orificios sumergidos =0.6

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Q 1, Q 2 =

Caudales de ingreso por ventanas de captación y por el canal de derivación, por los tanto los caudales son iguales.

A1, A2=¿

Área neta de orificios y área de compuerta de regulación

∆ h1 , ∆ h 2=¿ Diferencia de alturas entre el nivel de agua en el cauce del rio, y en la zona de transición, y entre la zona de transición y el canal respectivamente. Del esquena 3 se deduce:

y n=nivel máximo del agua−∆ h1−∆ h 2−cota fondo canal… .. ( 14 ) y n Es el tirante normal en el canal de derivación además se debe cumplir para este y n el caudal calculado con la ecuación de Manning debe ser igual a Q 1=Q 2=Q 3 yn 1 Q= ( B y n ) n B+2 y n

(

2 /3

)

S 1/ 2 … … … …(15)

Para las iteraciones, se asume un Q para hallar los valores de ∆ h1 , ∆ h 2 y y n, con las ecuaciones (11), (12), (13) y (14) y el proceso termina cuando el caudal asumido es igual al calculado; luego:

Altura delmuro de transición= y n + ∆ h2+ 20 % ( y n +∆ h2 ) … … … … (16 )

2.7

DISEÑO DE BARRAJE DE POZA DE DISIPACIÓN

Altura de barraje sin cimentación=cota barraje – cota fondo del rio …(17)

c) Barraje (normalizado tipo Creager)

H A=

HD 0.89

I 1=0.175 H D Rl=0.2 H D d=0.11 H A I 2=0.282 H D

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R2=0.5 H D Perfil de cuesta del barraje

x 1.85=2.0 ( H D )0.85 y ⟹ y=0.249 x 1.85 … … … … … … ..(19)

Esquema 4 Apliquemos la ecuación de conservación de energía entre los puntos 0 y 1 (ver esquema 4).

v 02 E0 =r +B + H D + … … … … … … … … ( 20 ) 2g CICLO III

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E 1= y 1 +

v 02 … … … … … … … … ( 21 ) 2g

E0 =E1 … … … … … … ( 22 )

v 02 y 1 + =r + B+ H D … … … … …(23) 2g En la poza de disipación de energía aplicando la ley de la conservación de la energía; se asume “r” profundidad de la poza, y el tirante y 1 (al comienzo del resalto) hasta que r asumido sea igual a r calculado , hasta que el y asumido sea igual a

y calculado , una vez determinado y 1 hallamos el tirante conjugado y 2 con la ecuación:

− y1 y 12 y y 2= ± +2 v 12 1 … … … ….(24) 2 4 g

√

d) Longitud de poza Es determinado con los valores hallados de y 1 y y 2 y las formulas empíricas

L=4 y 2 US Bureu Reclamation L=5 ( y 2− y 1) Baklmnetev−Martzke L=4.5 y 2 Lafranetz L=2.5 ( 1.4 y2 − y 1 ) Palvoski

2.8

DISEÑO DE COMPUERTAS DESPREDADORAS Y DESGARVADORAS Las compuertas despredadoras deben dejar circular el caudal medio del rio con las siguientes consideraciones; circula el caudal máximo del diseño, las compuertas despredadoras totalmente abiertas, la compuerta desgravadora completamente cerrada, y no hay captación por las ventanas haciendo las siguientes consideraciones de acuerdo al esquema 5.

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Esquema 5

Q barraje +Q compuerta =Q máx. diseño … … …(26) Q H 0= barraje c1 L

(

2 /3

)

… … … … … ( 27 )

Qcompuerta =c 2 A √ 2 g z 1 … … … … …..(28) Q compuerta 2 z 1= … … … … ..(29) 2 g c2 A

(

Donde Q

=

c 1 , c2 =

)

Caudal máximo de diseño coeficiente de descarga para vertederos ( c 1=2.1 ) y para orificios

( c 2=0.6 ) L

=

longitud de barraje

H0

=

carga del agua sobre el barraje

A

=

área de compuertas

z1

=

diferencia entre el nivel de energía entre la cresta del barraje y y 1

Teniendo en cuenta E1=E 2 , se asume u Q compuerta , se halla H 0 , con la ecuación (27) luego se despeja z 1 azumido , y se itera hasta que este valor sea igual a:

z 1 calculado=H +h' −E 1 … … … … … .. ( 30 ) Donde:

CICLO III

H

=

H 0 altura del barraje

h‘

=

Profundidad del sector de la compuerta despresdadora

h1

=

energía de la sección 1 PROGRAMACION DIGITALIng. M.Sc. Rufino Paucar Chanca

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E2

energía de la sección 2 = h' + y 2 +

=

v2 2g

Luego se determinan los tamaños de las compuertas de acuerdo a las dimensiones comerciales.

2.9

DISEÑO DE MURO DE ENCAUSAMIENTO LATERAL El objetivo es hallar las tirantes del rio aguas arriba desde el barraje hasta que el tirante sea normal; se calcula la curva de remaso por el “método directo en etapas” de Manning despejamos:

sf =

Q 2 n2 v 2 n2 = … … … … …( 31) A 2 R 4 /3 R4 / 3

Donde:

S0 , S f

=

pendiente del rio

v

=

velocidad

n

=

coeficiente de Manning

R

=

radio hidráulico

Se parte de un valor conocido=altura de barraje+ H D +20 % H D , hasta llegar al valor del tirante normal del rio, para los cual se hallan los valores de ∆ x .

2.10

CICLO III

DISEÑO DE VERTEDEROS LATERAL

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Esquema 6

B1 Q 2 −Q vertedero =B 2 Q 1 ⟹ B2=

L=

H 0=H +

B1 Q 2 Q1

Q1 Q2 c √2 g H 03/ 2

… … … … … .(32)

v2 2g

Donde

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L

=

Longitud del vertedero

Q 1 ,Q 2

=

caudales

C

=

coeficiente del vertedero.

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3. RESULTADOS

3.

CICLO III

RESULTADOS

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Se diseña una bocatoma en cuyo fondo presenta material grueso y en sus orillas material ligeramente cohesivo, ubicado en zona de montaña, cauce con cantos rodados y guijarros, con corrientes rápidas ( F b=1.2 , F s=0.2 y a=0.75 ) , teniendo en cuenta además los siguientes datos hidrológicos y topográficos:

3.1 CICLO III



Caudal máximo de diseño 1000 m 3 /s



Pendiente de cauce del rio S=0.0076



Coeficiente de Manning n=0.05



Canal rectangular



Caudal medio del rio 52.26 m 3 /s



Caudal mínimo 5.40 m 3 /s



Caudal a derivarse = 10 m3 /s



Pendiente del canal de derivación : 0.0015



Coeficiente de Manning del canal n=0.017



Ancho del canal de derivación al inicio 3.75m



Dos compuertas de regulación



Ancho de pilar de separación entre compuertas de regulación = 0.50m



Tres ventanas de captación



Altura del cauce del rio a la cresta de la ventana de captación h”=0.90m



Coeficiente de descarga del vertedero tipo Creger c 1=2.10



Coeficiente de descarga bajo compuerta c 2=0.60



Las ventanas de captación llevan rejillas



Profundidad en el sector de la compuerta despredadora h’=0.70m



Talud de salida de la poza de disipación z=4



Tres compuertas despredadoras 2.00x1.50m



Una compuerta desgravadora 1.50x1.50m



Pirares de separación de compuertas 0.60m



Vertedero lateral, coeficiente de descarga 2.10



Longitud de transición 4.10



Cota de inicio del canal 97.17 msnm



Cota fondo del rio 97.79 msnm

ESTIMANDO EN ANCHO DEL ENCAUSAMIENTO PROGRAMACION DIGITALIng. M.Sc. Rufino Paucar Chanca

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Reemplazando en las ecuaciones (1), (2) y (3) y promediando

B=1.18

√

QFb … … … … .(1) Fs

√

1000 ( 1.2 ) 0.2

B=1.18 B= B=

a Q 1 /2 … … … … … … ..(2) S1 /5

0.75 10001/ 2 0.00761 /5 B=2.45 ( Q1 /2 ) … … … … … … … … ..(3)

1 /2 B=2.45 ( Q )

De los datos y sacando el promedio se obtiene un ancho de 120m.

3.2

DETERMINACIÓN DEL TIRANTE NORMAL DEL RIO En la ecuación (5) después de reemplazar los valores tenemos y resolviendo por tanteos se tiene: 5 /3

1 ( 120 y n ) 1000= 0.05 ( 120+ y n )2/ 3 de donde y n=2.60 m

3.3

DISEÑO DE LA COMPUERTA DE REGULACIÓN 5/ 3

( 3.1 y 1 ) 1 ( 0.0015 )1/ 2 10= 0.0017 ( 3.7+2 y 1) 2/3 de donde se optiene y 1=1.139 que es el tirante de en el canal de derivación En las secciones 1 y 2 aplicamos la ecuación (6) de donde obtenemos el valor de y 2 seguidamente aplicamos la ecuación de Bernoulli entre las secciones 2 y 3 del esquema 2 de donde obtenemos el valor de y 3=1.60 m se deben de considerar las perdidas por contracción entre las secciones 2 y 3 y estas tienen un valor de 0.249m. Entonces haciendo la diferencia tenemos una altura de de compuerta de

H c =1.35. De igual manera al ancho del canal de derivación de 3.70m, le restamos el ancho del pilar de 0.50m, resultando entonces una ancho del pilar de 3.20m. CICLO III

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Luego como son dos compuertas, dividimos este valor entre dos y nos resulta 1.60m. Podemos entonces decidir que nuestras compuertas de regulación serán de 1.50x1.50m.

3.4

DISTRIBUCIÓN DEL ANCHO DEL ENCAUSAMIENTO La longitud de barraje es de 1.00m y resulta de restar en ancho del encausamiento del rio los anchos de compuerta y los anchos de pilares de separación entre estas.

3.5

DISEÑO DE VENTANAS DE CAPATACIÓN Consideramos un ancho de 3m por ventana de eje a eje. Luego adecuamos el análisis para las secciones del esquema 3 usando a la ecuación (7) reemplazamos h”, el Qderive , el tirante en el canal de derivación y 2 y k c =0.6, y resolviendo por tanteos resulta y 1=0.80 m ; entonces las dimensiones de las ventanas de captación son de 0.80x3.00m.

3.6

DISEÑO DE LA ALTURA DE LA PANTALLA FRONTAL, MURO DE TRANSICION Y MURO DE CANAL Reemplazando Q, c y L en la ecuación (7) y demás datos en (8), (9), (10) y (11) obtenemos

H D=2.83 m cota barraje=98.97 msnm nibvel maximo de agua=101.80 msnm altura de pantalla frontal=102.366 msnm

Luego reemplazando los datos (el área de ventanas se reduce a un 20% por la presencia de rejillas) y tanteando valores usando al ecuación (12), (13), (14) y (15), tenemos la siguiente tabla.

Q asumido CICLO III

∆ h1

∆ h2

yn

Q calculado

∆ Q=Q asumido −Q

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17.00 16.00 15.50 15.60 15.65

1.194 1.057 0.992 1.005 1.012

1.994 1.776 1.657 1.679 1.690

1.443 1.807 1.980 1.946 1.929

10.572 14.343 16.205 15.835 15.649

6.428 1.657 -0.705 -0.235 -0.001

Tabla 01

De donde la poza de y n=1.93 m ,Q asum. =Qcalcu . =15.65 de la ecuación (16), la altura del muro de transición resulta 4.39. la altura de la pantalla frontal es igual a 5.096m.

3.7

DISEÑO DE BARAJE Y POZA DE DISIPACIÓN Reemplazando los valores en la ecuación (17), la altura del barraje (sin cimentación) resulta igual a 1.18m. a)

Barraje

H A =3.18 m I 1=0.495 m Rl=00.57 m d=0.35 m I 2=0.80 m R2=1.415 m

X Y

0 0.5 1.0 2.0 1.2 11.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0 0.06 0.21 0.75 0.29 0.44 0.75 1.13 1.58 2.10 Tabla 02

Luego usando las ecuaciones (20), (21), (22) y (23) tanteamos

r asumido 1.0 1.1

y asumido 1.3 1.2

v11 /2 g 3.71 3.91

v1 8.53 8.76

y calculado 1.17 1.14

E0 5.01 5.11

E1 4.88 5.05

y2 3.62 3.69

r calculado 1.02 1.09

Tabla 03

Simultáneamente e debe cumplir que r asumido =r calculado , y 1 asumido = y 1 calculado b)

Longitud de poza Con las ecuaciones (25) obtenemos:

L=15.00 m US Bureu Reclamation L=13.20 m Baklmnetev −Martzke L=16.88 m Lafranetz CICLO III

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L=10.35 m Palvoski

3.8

DISEÑO DE COMPUERTAS DESPREDADORAS Y DESGRAVADORAS Con la ecuación (26), (27), (28) y (29) asumimos un Q en las compuertas de 50 m3 /s luego Q en el barraje es de 950 m3 /s despejando H 0=2.75 m resulata que

z 1=1.25 m. Luego con la ecuación (30) z 1 calculado=0.80 ; entonces volvemos a iterar hasta que z 1=z 1 calculado, entonces las dimensiones de la compuerta se podrían cambiar.

3.9

DISEÑO DE MURO DE ENCAUSAMIENTO LATERAL. Se sabe que el tirante normal del rio es 2.60m; reemplazando Q max . de diseño S0, n, ancho del rio B usando la ecuación (31), utilizando el método directo en etapas resulta:

y0 4.0

A 481.

R4 / 5 5.84

v 2 /2 g E 0.2 4.2

∆E -

Sf 0.0018

Sf -

S0 Sf -

∆x 0

x 0

1 3.8

2 456.

5.46

2 0.2

3 4.0

0.18

5 0.0022

0.00072

0.0072

25.5

25.52

0 3.5

0 420.

4.93

4 0.2

5 3.7

5 0.25

0.0028

5 0.00069

5 0.0069

36.9

62.52

0 3.1

0 372.

4.23

9 0.3

9 3.4

6 0.32

7 0.0042

2 0.00139

2 0.0062

9 51.6

114.2

0 3.0

0 360.

4.05

7 0.3

7 3.3

1 0.07

7 0.0047

7 0.00048

0 0.0071

8 10.5

1 124.7

0 2.9

0 336.

3.71

9 0.4

9 0.4

5 0.14

5 0.0059

3 0.00120

2 0.0064

4 22.1

5 146.9

0 2.6

0 312.

3.38

5 0.5

5 0.5

2 0.12

6 0.0075

4 0.00163

0 0.0059

7 21.4

2 168.3

0

0

2

2

8

9

7

6

4

6

Tabla 04

3.10

CICLO III

DISEÑO DEL VERTEDERO LATERAL

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Del paso 4.6 obtuvimos que él, caudal que ingresa es de Q 1=15.65 m /s y el caudal

de diseño

en el canal es de

Q 2=10 m 3 /s ; con

B1=3.7 m , a=15. m y y n=1.93 m tenemos. H= y n−a=0.434 m H 0=H +

v2 =0.68 m 2g

Y reemplazando en la ecuación (32) tenemos:

L=30.00 m Nota el valor de “a” debe de ser compatible con el valor de “L”

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4. PROGRAMACIÓN EN HPUserEdit 5

4. PROGRAMACIÓN EN HPUserEdit 5. 4.1

PROCEDIMEINTOS EN HPUserEdit 5. a)

CICLO III

abrir el programa HPUserEdit 5, PROGRAMACION DIGITALIng. M.Sc. Rufino Paucar Chanca

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b)

hacer clik en CHOOSE (ctrl +F6), aparecerá un cuadro que nos indicara para ingresar los parámetros; en el titulo pondremos “ELIJA UNA OPCIÓN”, al costado aparecen una opciones para añadir una etiqueta. Se añade las 5 etiquetas o subprogramas como sigue: 1)

Estimar el ancho del encausamiento “BLENCH”

2)

Diseño de la carga sobre el barraje “HD”

3)

Diseño de caudal de compuerta de Regulación.

4)

Diseño del muro del encausamiento lateral “PENDIENTE DE RIO”

5)

Diseño del vertedero lateral “LONGITUD DE VERTEDERO”

Seguidamente se inserta el código, en la pantalla se muestra de la siguiente forma

Eliminamos la parte marcada y escribimos el siguiente código: DROP EVALUE, para que evalué a cada una de las etiquetas.

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c)

Creamos sub programas para cada una de las etiquetas elegidas para los cual debemos seguir los siguientes pasos: 

Nos vamos a la opción cuadro de entrada “IMPUT”, en donde ingresamos el parámetro para este comando “INGRESE Q” e insertamos código, hacemos cuantas veces las variables que tengamos.



Creamos como variable local para ello definimos las variables, y luego creamos el programa “RPL” en el cual insertamos la formula



CICLO III

Creamos una etiqueta “”, y luego colocamos el comando TAG.

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

Comparamos con la calculadora en esta fórmula: de BLENCH:

B=1.18 

√

QFb Fs

Con una calculadora normal al introducir los datos de

2 m3 Q= , Fb=3 , Fs=0.5 , nos sale 6.270023, el mismo resultado s nos debiera salir en la calculadora Hp



Como se puede apreciar el resultado es el mismo, eso significa que la programación es la correcta.

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d) Realizamos el mismo procedimiento para los otros cuatro subprogramas. e) Una vez obtenidos los resultados, copiamos los cinco subprogramas en cada una de las cinco opciones elegidas. f) y finalmente en la calculadora nos debe salir como la siguiente imagen.

g) a continuación se muestran los códigos que se emplearon para la realización de este programa.

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4.2 RESULTADOS DE LOS CÓDIGOS

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5. CONCLUSIONES 

El concepto de aprender en un lenguaje de programación, por lo menos para Ingenieros o cualquier persona común; ya sea USER-RPL, BASIC o cualquier otro lenguaje, dado que la programación nos “enseña” a pensar de una manera un poco mas estructurada y analítica además de los beneficios que nos brinda, esto haciendo referencia a todos los procesos lógicos que optimiza esto desde luego en función del tiempo empleado para estos.



Previo al diseño de una bocatoma se tiene que hacer un estudio cuantificado de Hidrología, Topografía, Transporte de sedimentos, Geología, etc. En el sector de emplazamiento de la toma.



Por la naturaleza limitada del trabajo, este diseño se debe complementar con un estudio estructural de los diferentes elementos de la bocatoma.



En el presente trabajo se diseña una bocatoma convencional; es de responsabilidad del proyectista adecuar la toma particular de acuerdo al interés requerido.



El presente trabajo no pretende ser un manual de diseño, sino una guía analítica, por los que se puede ampliara o refinar los cálculos, inclusive para casos pocos usuales.

6. BIBLIOGRAFÍA CICLO III

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1. DIVIS – SORENSU “Handbook of applied Hydraulics” Editorial Mc Graw Hill, Tokyo 2. VENTE CHOW. “Hidráulica de canales abiertos ” Editorial Diana México 1986. 3. BUREU RECLAMATION “diseño de pequeñas presas” Editorial Mc Graw Hill, New York 1990 4. VENTE CHOW – MAIDMENT - MAYS “Hidrología Aplicada” Editorial Mc Graw Hill, Bogota 1994 5. ANDRÉS R. GARCÍA M. “PROGRAMACIÓN EN USER-RPL” SEGUNDA EDICIÓN.

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7. ANEXOS

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Bocatoma ubicada en el centro poblado de Sacsamarca

Compuertas de regulación.

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Barraje (compuerta de salida)

Rejas

Poza de sedimentación

Toma de la Bocatoma.

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Compuerta de Limpia o canal de Limpia.

Canal.

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