Diseño de Obras de Arte en Canales2016

UNIVERS IDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA GONZAGA DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL CIVIL

DISEÑO DE OBRAS DE ARTE EN CANALES DE RIEGO

MSc Freddy M. Franco Alvarado Profesor del Curso

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SISTEMA DE RIEGO AFIANZAMIENTO HIDRICO RIO PISCO – RIO SECO

Obras de Arte en los Canales Denominamos obras de arte a todas las estructuras Hidráulicas fundamentales y complementarias que se requieren para el normal flujo de las aguas en un Sistema integral de Riego donde se usan los canales como elementos de conducción.

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Obras de Arte en los Canales Cabe mencionar que la información topográfica Se constituye en el elemento principal en el diseño de obras de arte, para lo cual se recomienda levantamientos a escala 1:100 ó 1:200, dependiendo de las dimensiones de la obra en general.

Obras de Arte en los Canales Entre las mas importantes podemos mencionar: a) Captaciones b) Desarenador  c) Medidor Parshall d) Caídas y Rápidas e) Transiciones f) Sifón g) Lechos amortiguadores h) Aliviaderos i) Alcantarillas  j) Obras de cruce k) Partidores

RAPIDA

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MEDIDOR PARSHALL

POZA DISIPADORA

TRANSICIONES

PUENTE SOBRE CANAL

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SIFON INVERTIDO

TOMAS LATERALES

Diseño Hidráulico de una Captación Para calcular el dimensionado De una captación, debemos Conocer los valores del caudal en el río o Quebrada en época de estiaje y de avenidas, para lo cual se Deben conocer los registros históricos en la cuenca, sino es posible contar con estos datos y aplicar métodos Estadísticos (Gumbel, Log Person III, Fuller), podemos Calcular mediante métodos empíricos.

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Diseño Hidráulico de una Captación Para el caso de Métodos Empíricos se puede utilizar el método Área – Pendiente, el cual se basa en la fórmula de Manning, podemos verificar estos cálculos con la fórmula racional agrícola y con mediciones de campo mediante instrumentos como el correntómetro, vertederos graduados, molinetes hidráulicos y los métodos de volúmenes, áreas, tiempo, químico, etc.

Diseño de una Captación FORMULAS A UTILIZAR Para el caso de una toma de captación directa, tenemos: Qc = C L H3/2 Donde: Qc .............. Caudal de captación, m3/seg C ............. Coeficiente de descarga L ............ Longitud de vertimiento o de abertura, metros. H ............. Carga total, incluye la carga a velocidad, en metros.

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Diseño de una Captación FORMULAS A UTILIZAR En los casos en que la abertura de la captación quede parcial o completamente sumergida, se calculará con la siguiente expresión: Qc = C A 2 g H Donde: Qc .............. C .............  A ............ g ............ H .............

Caudal de captación, m3/seg Coeficiente de descarga Área de la abertura Aceleración de la gravedad, m/seg2 Diferencia de niveles antes y después de la captación

Diseño de una Captación FORMULAS A UTILIZAR Para el calculo del coeficiente de descarga se puede utilizar  la formula de Konovalov: C = [0.407 + 0.045 (h/(h +y 1))] [1+0.285 (h/(h+y1))2 *2g]

También se puede utilizar el gráfico que aparece en el Libro de Presas pequeñas de la U.S.B.R, página 394, figura 249, teniendo en cuenta la forma de entrada, la forma de la grada o del tubo sumergido.

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COEFICIENTE DE DESCARGA “C”

EJEMPLO DE CÁLCULO PARA CAPTACION CON VENTANA SUMERGIDA Datos: QC = 0.40 m3/seg (caudal para una irrigación)  A = 0.5 x 0.6 = 0.30 m2 Verificación de la Velocidad De la ecuación de la continuidad Q = A * V  V = Q / A = (0.40 m3/seg) / 0.30 m2 = 1.33 m/seg. Velocidad de Sedimentación Calculamos con la fórmula de: V s = Ck * y0.64 Ck = 0.72 (tabla) y = 0.20 m. ( Tirante asumido para el pre – dimensionado ) Vs = 0.72 x (0.20 m)0.64 = 0.26 m/seg.

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Cálculo del Coeficiente de Descarga C  Aplicando la formula de Konovalov: C = [0.407 + 0.045 (h/h +y 1)] [1+0.285(h/h+y1)2 2g] C = [0.407 + 0.045 (0.5/0.5+0.5)] (1+0.285*( 0.5/0.5+0.5) 2 *2g] C = 0.57 En la formula: Qs = CA 2gH Reemplazando valores tenemos: 0.40 m3/ seg = 0.57 x 0.30 m 2 x 2 x 9.8 x H H = 0.28 m.

Esquema General de una Captación Sumergida

H

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Diseño Hidráulico de un Desarenador  Los desarenadores son estructuras hidráulicas que permiten la colección - vía sedimentación- y evacuación de los materiales de arrastre y suspensión que ingresan a la captación.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO Parte del principio de controlar la velocidad de caída de las partículas transportadas, mantener un equilibrio con la velocidad que trae el flujo y el peso propio de la partícula. Existe adicionalmente el factor tiempo de caída, con el cual se puede determinar la profundidad necesaria para el desarenador.

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PROFUNDIDAD DEL POZO DESARENADOR Utilizamos la fórmula: H = Vs * t Donde: H - Profundidad del pozo desarenador desde el del nivel del agua en la práctica se debe adicionar 10 a 25 cms. para la canaleta de evacuación u otro dispositivo de salida o limpia. Vs- Velocidad de Sedimentación, en m/seg. t - Tiempo de sedimentación, en seg.

VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN Se obtiene de estudios experimentales en laboratorio, proponemos el cuadro presentado por Arkhangelski en 1935, por dar valores aceptables en el caso de desarenadores de centrales hidroeléctricas. Velocidad De Sedimen (cm/seg.)

(mm)

0.05

0.179

0.10

Diámetro (mm)

 

Turbina

Turbina

Velocidad De Sedimen (cm/seg.)

(mm)

Turbina

Velocidad De Sedimen (cm/seg.)

0.40

Francis

4.32

1.0

Kaplan

9.44

0.698

0.45

Francis

4.86

2.0

Kaplan

15.29

Diámetro

 

Diámetro

 

0.15

Pelton

1.560

0.50

Francis

5.40

3.0

Kaplan

19.25

0.20

Pelton

2.160

0.55

Francis

5.94

5.0

Kaplan

24.90

0.25

Pelton

2.700

0.60

Francis

6.48

0.30

Pelton

3.240

0.70

Francis

7.32

0.35

Pelton

3.780

0.80

Francis

8.07

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TIEMPO DE SEDIMENTACION Para determinar el tiempo de sedimentación se calcula de acuerdo a la siguiente tabla por unidad de metro de profundidad: (mm)   1.0 t (seg.)

7.2

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.20

0.15

0.10

8

9

11

12.5

15

18

25

38

50

70

ANCHO DEL DESARENADOR Tenemos la fórmula siguiente: B = Q / (Vf  * H) Donde: B - Ancho del desarenador, en metros Q - Caudal de diseño, en m3/seg. Vf  - Velocidad del flujo en el desarenador, en m/seg. H - Profundidad del tanque sedimentador, en metros

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Velocidad del Flujo Es la velocidad máxima permisible para permitir a las partículas sedimentarse, y puede calcularse con la Ecuación de Camp. En la fórmula: Vf  = a d Donde: Vf  - velocidad del flujo en el desarenador, en cm/seg. a - Coeficiente de Camp. d - Diámetro de la partícula, en mm. a

d (mm)

36

>1

44

1 – 0.2

51

< 0.1

LONGITUD DE DESARENADOR Se calcula mediante la fórmula: L = k Vf  * h Vs Donde: L - Longitud del desarenador, en metros k - Coeficiente de corrección para velocidades de flujo Vf  - Velocidad del flujo en el desarenador, en m/seg. h - Profundidad del pozo desarenador, en m. Vs - Velocidad de sedimentación, en m/seg.

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Para el factor de corrección k , usamos las tablas siguientes : VALORES DE “ k “ PARA VELOCIDADES ALTAS ( de 1 m/seg a 1.5 m/seg.) DEL FLUJO

d(mm)

1

0.5

0.25 – 0.30

K

1

1,3

2

VALORES DE K PARA VELOCIDADES PEQUEÑAS DEL FLUJO

Vf (m/seg.)

0.20

0.30

0.50

K

1.25

1.50

2.00

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