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22 de Agosto de 2013

TALLER 1 ACUEDUCTO DISEÑO DE LA CAPTACION, TUBERIA DE ADUCCION, DESARENADOR Y CANAL DE CONDUCCION HASTA PLANTA DE TRATAMIENTO

TALLER 1 – ACUEDUCTO

ED MERCADO BENT

CESAR GOMEZ GOMEZ

HAROLD PUELLO PEREZ

PRESENTADO A ING. FREDY ANGULO HERNANDEZ

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE BOLIVAR ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO PROGRAMA DE INGENERIA CIVIL Y AMBIENTAL CARTAGENA DE INDIAS

22 DE AGOSTO DE 2013

1. INTRODUCCION

El acueducto es un sistema o conjunto de sistemas de irrigación, que permite transportar agua en forma de flujo continuo desde un lugar en el que ésta es accesible en la naturaleza, hasta un punto de consumo distante. Cualquier asentamiento humano, por pequeño que sea, necesita disponer de un sistema de aprovisionamiento de agua que satisfaga sus necesidades vitales. La solución más elemental consiste en establecer el poblamiento en las proximidades de un río o manantial, desde donde se acarrea el agua a los puntos de consumo. Otra solución consiste en excavar pozos dentro o fuera de la zona habitada o construir aljibes. Pero cuando el poblamiento alcanza la categoría de auténtica ciudad, se hacen necesarios sistemas de conducción que obtengan el agua en los puntos más adecuados del entorno y la aproximen al lugar donde se ha establecido la población.

El trabajo consta del diseño de una captación lateral, en donde incluye la rejilla y la cámara de control de exceso; una tubería de conducción a presión desde la captación hasta el desarenador; un desarenador donde incluye el cálculo de la velocidad y tiempo de sedimentación, volumen y dimensiones del tranque, entre otros; y finalmente un canal de aducción trapezoidal con todo el análisis hidráulico que este amerita.

Cada vez que se requirió, se presentaron los principios básicos de la hidráulica. De igual manera, cuando el tema lo exigía, se presentaron los criterios básicos para el diseño y las normas vigentes en nuestro país (RAS 2000 – Titulo B) con los que se regulan los proyectos de abastecimiento, para obtener sistemas flexibles y exigentes.

2. OBJETIVOS Objetivo General 1. Diseñar la captación, tubería de aducción, desarenador y canal de aducción para una población de setenta mil habitantes.

Objetivos Específicos 2. Diseñar la rejilla junto con sus pérdidas. 3. Diseñar la cámara de control de exceso junto con sus caudales de exceso y vertederos de exceso. 4. Diseñar el diámetro de la conducción, velocidades de flujo y cotas claves. 5. Calcular velocidad y tiempo de sedimentación del desarenador, ancho y largo del desarenador y carga hidráulica superficial. 6. Calculo del tirante normal, pendiente, área transversal, radio hidráulico y demás cálculos del canal de aducción.

3. MARCO TEORICO 1. CRITERIOS BÁSICOS PARA EL DISEÑO La acertada determinación de los parámetros de diseño, y entre ellos la cifra de consumo, da lugar a un sistema de abastecimiento de agua eficiente a lo largo de su periodo de diseño. Al iniciar el planteamiento de un programa de acueducto es necesario establecer y analizar las características que conforman los criterios de diseño. 7. Disponibilidad en cantidad y calidad del agua en las fuentes 8. Estadísticas de consumo de agua en la localidad en estudio o en similares 9. Periodo de diseño y vida probable de las estructuras 10. Calidad de los materiales 

Consumo medio Se define como el promedio aritmético de los consumos día a día del periodo de un año. Se determina mediante registros de consumo. Cuando no se dispone de ellos, se aplica la expresión:

𝐶𝑚 =

dónde:



𝑃𝑥𝑑 86.400

Cm:

consumo medio en l/s

P:

número de habitantes al final del periodo de diseño

d:

dotación en l/hab/día.

Consumo máximo diario El día de máximo consumo de una serie de registros observados durante los 365 días del año se define como el de consumo máximo

diario. Su determinación se hace mediante registros de consumo mediante la expresión: 𝐶𝑀𝐷 = 𝐾1 . 𝐶𝑚 donde:

CMD:

Consumo máximo diario en l/s

K1:

1,1 ≤ K1 ≤ 1,4

El factor K1 será mayor en aquellas localidades que presentan durante el año como días especiales como fiestas, turismo, eventos deportivos y otros, en los cuales el consumo es mayor.



Consumo Máximo Horario La hora de máximo consumo en el día máximo consumo define el consumo máximo año mediante la expresión: 𝐶𝑀𝐻 = 𝐾2 . 𝐶𝑀𝐷 donde:

CMH:

Consumo máximo horario en l/s

K2:

1,4 ≤ K2 ≤ 1,7

El factor K2 es mayor en aquellas localidades en las cuales las actividades domésticas se concentran en determinadas horas del día, y será menor aquellas localidades donde las actividades que requieren el consumo de agua se realizan a lo largo del día, ocasionando una distribución del consumo en todas o varias horas del día

2. OBRAS DE CAPTACION

2.1. Generalidades Se conoce con el nombre de obras de captación las estructuras que se colocan directamente sobre las fuentes superficiales o subterráneas que se han seleccionado como económicamente utilizables para surtir una red de acueducto o para generar energía y desarrollar sistemas de riego, entre otros fines. Las fuentes superficiales pueden presentarse bajo la forma de corrientes con desplazamiento continuo o bien como vasos o represas de una definida extensión. Entre las primeras se encuentran los ríos, vertientes o manantiales y entre las segundas, los lagos y embalses. Las aguas subterráneas, por otra parte, se presentan en estratos más o menos profundos, debajo de la superficie. Los tipos de captación son esencialmente diferentes según que se desee captar las aguas de ríos, manantiales, lagos, embalses, pozos profundos o someros 2.2.

Criterios de localización para la captación en ríos y manantiales

Con el fin de obtener un comportamiento satisfactorio como fuente de agua, un rio debe cumplir las siguientes condiciones: 2. El caudal del rio debe ser bastante mayor que el caudal de diseño, y la profundidad del rio no debe ser menor de un cierto valor minimo. 3. Debe presentarse un cauce estable y tener firmeza en sus orillas, con el fin de que no existan derrumbes, sedimentos o erosiones que puedan interferir en el comportamiento optimo de la estructura de captación. 4. Se debe prever una carga para mover el agua hasta el sitio de las bombas, o bien, que se produzca el flujo por gravedad y el gasto estimado en el diseño Independientemente del tipo de aprovechamiento que se va a dar al caudal captado, debe tener en cuenta que la conducción se haga lo más

económica posible y localizando la estructura de captación lo más cercana que se pueda a la estructura de aprovechamiento. 2.3.

Tipos de obras de captación

2.3.1. Bocatomas o captación lateral Es muy utilizada cuando la fuente de aprovechamiento posee un caudal relativamente grande. El sitio se selecciona donde la estructura quede a una altura conveniente del fondo y, ubicada al final de las curvas, en la orilla exterior, y en lugares protegidos de la erosión o socavación. Si se requiere un bueno diseño es necesario estudiar el comportamiento hidrológico de a corriente, determinar los gastos máximos, mínimos y la curva de duración de caudales naturales. La información hidrológica que se refiere a los gastos máximos permite asegurar una debida protección de la estructura contra las avenidas. La información de gastos mínimos garantiza una selección de caudal a captar, adecuado a los niveles mínimos de la corriente, y, en caso de las corrientes naturales, con alta demanda de agua, la curva de duración de caudales provee la información acerca de las limitaciones y alcances de la corriente para suministrar los gastos deseados En caso que se desee efectuar la conducción por gravedad, se puede adoptar el tipo de obra que es típico de este caso particular y consiste en proyectar un sistema de compuertas de cualquier tipo, con el fin de elevar artificialmente el nivel del agua, manteniéndolo a una cota superior constante.

3. DISEÑO DE LA REJILLA Para diseñar la rejilla se tiene en cuenta el tamaño del material que deseamos retener, el tipo de rejilla y la forma de limpieza Las rejillas tendrán las siguientes especificaciones: 5. El vertedero lateral de la captación se diseñará como vertedero frontal de creta delgada teniendo en cuenta algunas consideraciones y se verificará con una de las expresiones utilizadas para vertedero lateral 6. Es conveniente llevar la rejilla hasta la parte superior de la cámara de derivación para facilitar su construcción. Entrada de agua por la rejilla El vertedero se diseña con la expresión de Francis, útil para vertedero frontal de cresta delgada, 𝑄 = 1,84𝐿𝑒 . 𝐻3/2 donde:

Q:

caudal a captar en m3/s.

Le:

longitud efectiva del vertedero, en m.

H:

carga sobre la cresta del vertedero, en m.

Se puede asumir que no hay carga de velocidad pues la toma es lateral y la velocidad del agua en la fuente en sentido lateral se puede considerar prácticamente nula. Perdidas en la rejilla Muchas de las ecuaciones deducidas experimentalmente dan la perdida por entrada a la rejilla en función de la velocidad, pero como esta es prácticamente nula, las pérdidas son muy pequeñas. Una expresión de frecuente uso es la fórmula de Kinhmmer, 𝑕 = 𝐵(𝑊/𝑏)4/3 . 𝑕𝑣 . 𝑠𝑒𝑛𝜃

donde:

h:

perdida en carga m.

B:

factor de forma.

W:

espesor de la barra, en m

hv:

cabeza de velocidad (v2/2g)

ɵ:

ángulo de la varilla con la horizontal.

b:

profundidad de la varilla.

4. LINEA DE ADUCCION Se define línea de aducción en un sistema de acueducto al conducto que transporta el agua de la bocatoma, desde la cámara de derivación, hasta el desarenador. Puede ser un canal abierto o un canal cerrado (tubería). La línea de aducción funciona con flujo a superficie libre; solo en épocas de altas aguas funciona a presión; para esta condición de flujo se debe evaluar cuanto caudal transporta a fin de diseñar los dispositivos en el desarenador que permitan evacuar el excedente de caudal antes de entrar al proceso de desarenacion. La línea de aducción se diseña para el Caudal Máximo Diario, para un diámetro mínimo de ϕ = 6’’, con una velocidad ideal de 1.1 m/s. y para un rango de velocidades de 0,60 m/s. a 4,0 m/s para evitar la sedimentación y la abrasión respectivamente. El diseño de la aducción se hace generalmente con la fórmula de Manning y se evalúa el caudal que transporta cuando se trata de un flujo a presión mediante la fórmula de Hazen-Williams o Dacy-Weisbach. Para definir la posición de la aducción en la cámara se deben tener en cuenta las pérdidas locales dadas por:



Perdidas por la rejilla en 2 cm.



Perdidas por coladera. Se estima en 4,5 veces la cabeza de velocidad



Cuando no hay cámara de derivación, la perdida local solo está dada por la entrada a la rejilla.

5. DESARENADORES Los desarenadores son estructuras que tienen como función remover las partículas de cierto tamaño que la captación de una fuente superficial permite pasar. Los factores que se deben considerar para un buen proceso de desarenación son: temperatura y viscosidad de agua, tamaño, forma y porcentaje a remover de la partícula de diseño, eficiencia de la pantalla deflectora. Zonas de un desarenador La sedimentación se efectúa en unidades o reactores en los cuales, teóricamente, la masa liquida se traslada de un punto a otro con movimiento rectilíneo uniforme. Un desarenador consta de cuatro zonas y se debe proveer de dispositivos que hagan eficiente el proceso de sedimentación. o Zona de entrada, es la cámara donde se disipa la energía del agua que llega con alguna velocidad de la captación. o Zona de sedimentación propiamente dicha, cuyas características de régimen de flujo permiten la remoción de los sólidos de agua. o El asentamiento tiene lugar exactamente como sucedería en un recipiente con fluido en reposo de la misma profundidad. o La concentración de las partículas a la entrada de la zona de sedimentación es homogénea, es decir, la concentración de

partículas en suspensión de cada tamaño es uniforme en toda la sección transversal perpendicular al flujo o La velocidad horizontal del fluido en el desarenador está por debajo de la velocidad de arrastre de los lodos, por lo tanto, una vez que una partícula llegue al fondo, permanece allí. La velocidad horizontal es constante lo mismo que la velocidad de sedimentación de cada partícula, por lo que a trayectoria de las partículas en el sedimentador es una línea recta. 5.1 Dispositivos necesarios en un desarenador 5.1.1 Vertedero de Exceso Se coloca generalmente en una de las paredes paralelas a la dirección de entrada del flujo y tiene como función evacuar el exceso del caudal que transporta la línea de aducción en épocas de aguas altas. Si no se evacua el caudal de exceso, por continuidad, aumenta el régimen de velocidad en al zona de sedimentación y con ello se disminuye las eficiencias del reactor. 6. CONDUCCIONES La conducción es el componente de un sistema de abastecimiento de agua a través del cual se transporta esta desde el desarenador hasta la planta de tratamiento, al tanque de almacenamiento o directamente a la red de distribución. Dependiendo de la conexión, a alguno de los anteriores componentes, del tamaño del proyecto; de las características del agua; de la capacidad financiera y de inversión del municipio; de las condiciones topografías, etc. La mayoría de las conducciones aplicadas a sistemas de acueductos implican el flujo en tuberías; no obstante, en ocasiones por razones

económicas y topográficas, es posible diseñar conducciones en canales abiertos. De acuerdo con el comportamiento hidráulico del flujo las condiciones pueden ser: -

Canales abiertos

-

Conductos cerrados sin presión

-

Conductos cerrados a presión donde el agua es impulsada por gravedad o mediante estaciones de bombeo

-

Conducciones mixtas

6.1. Canales Abiertos En diversas ocasiones, por razones económicas, topográficas o técnicas en general, es preferible plantear para la conducción de un sistema de abastecimiento el transporte de agua a través de un canal. Los canales abiertos pueden ser naturales o artificiales. Los primeros han sido desarrollados por procesos naturales, tal es el caso de pequeños y grandes ríos, estuarios, etc. Los segundos han sido construidos por el hombre, por ejemplo, los canales de irrigación, de navegación, cunetas y canales para drenajes.

4. ANALISIS DE DATOS 4.1.

CRITERIOS BÁSICOS DE DISEÑO Criterios de clasificación – Asignación de nivel de complejidad

Complejidad: Alto, teniendo en cuenta una población de 70,000 habitantes. Dotación Neta: 150l/hab/día Dotación Bruta:

𝑑𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =

150𝑙/𝑕𝑎𝑏/𝑑𝑖𝑎 1 − 0.25

→ 𝒅𝒃𝒓𝒖𝒕𝒂 = 𝟐𝟎𝟎𝒍/𝒉𝒂𝒃/𝒅𝒊𝒂 Caudal Medio Diario:

𝑄𝑚 𝑑 =

70.000𝑕𝑎𝑏 (200𝑙/𝑕𝑎𝑏/𝑑𝑖𝑎) 86.400 → 𝑸𝒎𝒅 = 𝟏𝟔𝟐𝒍/𝒔.

Caudal Máximo Diario:

𝑄𝑀𝐷 = (162𝑙/𝑠)(1.3) → 𝑸𝑴𝑫 = 𝟐𝟏𝟏𝒍/𝒔

Caudal Máximo Horario:

𝑄𝑀𝐻 = 211𝑙/𝑠 (1,5) → 𝑸𝑴𝑯 = 𝟑𝟏𝟔𝒍/𝒔

Caudal de Diseño de Captación:

Fuente: Ras 2000 Se determina el factor de seguridad dependiendo el tipo de captación del proyecto y teniendo en cuenta el nivel de complejidad del proyecto. Además, tomamos como periodo de retorno de diseño de 30 años debido al nivel de complejidad es alto

Fuente: Adaptado de Ras 2000

→ 𝑸𝑴𝑫 = 𝟐𝑸𝑴𝑫 → 𝑸𝑴𝑫 = 𝟒𝟐𝟏𝒍/𝒔

4.2.

DISEÑO DE LA REJILLA Para calcular la longitud real de la rejilla, usamos la ecuación de continuidad, teniendo en cuenta que la velocidad de flujo debe ser inferior a 0,15 m/s.

(1) Donde el Aneta:

(2) Reemplazando 2 en 1, despejamos la longitud real

𝑄(𝑎 + 𝑏) 𝐿𝑟 = 𝐾. 𝐵. 𝑎. 𝑣𝑏 Donde

Q:

Caudal de diseño: 2xQMD

a:

espaciamiento entre la rejilla: 0,06m

b:

espesor del barrote: 0,0127m

K:

captación de la rejilla: 0,9

B:

altura de la rejilla: 1,2 m

Vb:

velocidad efectiva de la rejilla: 0,15 m/s

Haciendo cálculos y reemplazando los valores obtenemos que,

→ 𝑳𝒓 = 𝟑, 𝟏𝟓𝒎 Calculo del área neta:

→ 𝑨𝒏𝒆𝒕𝒂 = 𝟑, 𝟏𝟐 𝒎𝟐

Calculo de número de espaciamiento:

Despejando N obtenemos 𝑁=

𝐴𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑎. 𝐵

→ 𝑵 = 𝟒𝟑. 𝟐𝟑 𝒖𝒏𝒊𝒅 Cantidad de Barrotes: 𝑁𝑏𝑎𝑟𝑟𝑜𝑡𝑒𝑠 = 𝑁 − 1 → 𝑵𝒃𝒂𝒓𝒓𝒐𝒕𝒆𝒔 = 𝟒𝟐 𝒖𝒏𝒊𝒅

Calculo de las perdidas por la rejilla:

𝑕 = 𝛽(𝑊/𝑏)4/3 . 𝑕𝑣 . 𝑠𝑒𝑛𝜃 donde 𝛽:

factor de forma: 1,79

W:

espaciamiento de la barra: 0,06m

hv:

cabeza de velocidad: 0,001147m/s

ɵ:

ángulo de la varilla con la horizontal: 90°

b:

profundidad de la varilla: 0,0127m

→ 𝒉 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟔𝟐𝒎 Nivel del agua del Vertedero: es la altura de la rejilla menos las pérdidas de la rejilla. 1,20𝑚 − 0,0162𝑚 = 𝟏, 𝟏𝟖𝒎

Longitud de funcionamiento de la rejilla 𝐿 = 𝑁 ∗ 𝑏 → 43.23 ∗ 0,06 → 𝐿 = 2.600𝑚

Calculo de velocidad entre los barrotes (comprobación de velocidad según la RAS 2000) Separación entre los barrotes

𝐿=

𝐿=

𝑄𝐷 + 0,1𝑛𝐻 1,84 𝐻1.5

421𝑙𝑝𝑠/1000 + 0,1 ∗ 2 ∗ 1,2𝑚 1.84 1,2𝑚 1.5

→ 𝑳 = 𝟎, 𝟒𝟏𝟒𝟏𝒎 Velocidad entre barrotes La velocidad en las rejillas debe estar entre .03 m/s y 0.45 m/s. En caso de tener una velocidad inferior por debajo de la mínima establecida, es recomendable disminuir el diámetro de la rejilla.

𝑉𝑏𝑎𝑟𝑟

421𝑙𝑝𝑠 1000 = 0,4141𝑚 ∗ 1,2𝑚

→ 𝑽𝒃𝒂𝒓𝒓 = 𝟎, 𝟖𝟒𝟕𝟓𝒎/𝒔 < 𝟎, 𝟏𝟓𝒎/𝒔. 𝑪𝒖𝒎𝒑𝒍𝒆

Altura de Muro de contención: Es igual a la altura de la rejilla menos las pérdidas, que es igual al nivel de agua dentro del vertedero: 1,20𝑚 − 0,0162𝑚 → 𝐻 = 𝟏, 𝟏𝟖𝒎

Calculo del Caudal de captación y de exceso 𝑕𝑚𝑖𝑛

𝑕𝑚𝑖𝑛

𝑄𝑀𝑎𝑥𝑅𝑖𝑜 = 1,84𝐿

2/3

9𝑚3 /𝑠 = 1,84(2,60𝑚)

2/3

𝑕𝑚𝑖𝑛 = 1,523𝑚 Caudal Captado Máximo

C = 0.30 – Aneta = 3,12m2

𝑸𝑪𝒂𝒑𝑴𝒂𝒙 = 𝟓, 𝟏𝟏𝟖𝟖 𝒎𝟑 𝒔 > 𝑸𝒅𝒊𝒔𝒆ñ𝒐: 𝑪𝒖𝒎𝒑𝒍𝒆

Caudal de Exceso

𝑄𝑒𝑥 = 5,11𝑚3 /𝑠 − 0,421𝑚3 /𝑠 𝑸𝒆𝒙 = 𝟒, 𝟔𝟗𝒎𝟑 /𝒔

Ancho del Vertedero

𝐻=

𝑄𝑒𝑥 1,84(𝐻𝑚𝑖𝑛 − 𝐻𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠)

4,69𝑚3 /𝑠 𝐻= 1,84[1,52𝑚 − 0,0162𝑚]

2/3

2/3

𝐻 = 1,379𝑚 Altura de Exceso 4,69𝑚3 /𝑠 𝑕𝑒 = 1,84(1,379𝑚)

2/3

𝒉𝒆 = 𝟏, 𝟓𝟎𝒎

Velocidad de Exceso

𝑉𝑒 =

𝑄𝑒𝑥 𝐴𝑛𝑐𝑕𝑜 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑒𝑟𝑜 ∗ 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑚𝑢𝑟𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛

𝑉𝑒 =

4,69𝑚3 /𝑠 → 𝑽 = 𝟐, 𝟖𝟕𝟔𝒎/𝒔 1,379𝑚 ∗ 1,183𝑚

Ecuación de formula de alcance de chorro

𝑋𝑠 = 0,36(2,876𝑚/𝑠)2/3 + 0,6(1,50𝑚)4/7 𝑿𝒔 = 𝟏, 𝟒𝟖𝟔𝒎 𝑋𝑖 = 0,18(2,87𝑚/𝑠)4/7 + 0,74(1,50𝑚)3/4 𝑿𝒊 = 𝟏, 𝟑𝟑𝟓𝒎

𝐿 = 1,486𝑚 + 0,30 𝑳 = 𝟏, 𝟕𝟑𝟖𝒎

4.3.

CONDUCCIÓN A DESARENADOR

PRESIÓN

DESDE

CAPTACIÓN

VARIABLE

VALOR

UNI

C L Nivel de agua Vertedero Aguas arriba Nivel de agua del Desarenador Hf disponible S d

150 200 11,483 10,2 1,283 0,006418 609,18

m m m m m/m mm

HASTA

Nivel de agua del Vertedero Aguas Arriba 11,5𝑚 + 1,18 − 1,2 → 11,483

Hf Disponible: Nivel de vertedero aguas arriba menos el nivel del agua del desarenador 𝐻𝑓 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 = 11,483𝑚 − 10,2𝑚 → 𝐻𝑓 = 1,28𝑚

𝑆=

𝐻𝑓 𝐿

→

1,28𝑚 200𝑚

→ 0,0064

𝑚 𝑚

Para la Velocidad, usamos la formula de Hazen-Williams

Usamos la Ecuación de continuidad 𝑄

𝑄 = 𝑉. 𝐴; 𝑉 = 𝐴 , reemplazamos V en ec de continuidad y el área la dejamos en función del diámetro

4𝑄 𝑑 = 0,849. 𝐶. 𝜋𝑑 2 4

0,63

. 𝑆 0,54

Teniendo en cuenta que C = 150, Q = 0,211m3/s, haciéndolo por Solver obtenemos el valor del diámetro d = 0,377m Velocidad 𝑄 4𝑄 4 0,211𝑚3 /𝑠 𝑉= →𝑉= →𝑉= 𝐴 𝜋𝐷2 𝜋 0,377𝑚 2 → 𝑽 = 𝟏, 𝟖𝟖𝒎/𝒔 Hf (Ecuación Hazen-Williams)

𝑕𝑓 =

6,8241 200 (1,88)1,851 1501,851 . 0,3771,167

→ 𝑕𝑓 = 4102𝑚 hf disponible > hf calculado (No Cumple)

No cumple, ya que el Hf calculado es mayor al Hf disponible, a pesar de que la velocidad está entre el rango estipulado por el RAS 2000 que está entre 0.6m/s (veloc. mínima) y 6m/s (veloc máxima)

Planteamos la siguiente ecuación de Hazel-Williams, obtenemos un diámetro: 𝑕𝑓 =

3𝑥10−5 . 𝑄1,85 𝐿 𝐶 1,85 . 𝑑 4,866

Despejando el diámetro PARAMETRO Q C L

VALOR 211 150 200

UNIDAD l/s m

Despejando el diámetro se obtiene que d = 0,38m Aproximadamente 0.40m para un diámetro comercial Evaluando el diámetro en la formula anterior, se obtuvo una perdida menor que la cabeza disponible, lo que indica que si cumple. 4.4.

DESARENADOR

Calculo Velocidad de Sedimentación

𝑉𝑠 =

9,81 2,65∗1000−1000 .

0,08 2 1000

18.0,000798

𝑉𝑠 = 0,007212 𝑚/𝑠 Tiempo de Sedimentación

𝑡=

𝑕𝑢 𝑉𝑠

→

1,5𝑚 0,0007212 𝑚 /𝑠

→ 207,98 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠

Periodo de Retención hidráulica

𝜃 𝑡

= 3.00; 𝜃 = 𝑡 ∗ 3 → 207,98𝑠 ∗ 3

𝜃 = 623,95 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠

Volumen del Tanque

𝑉 = 623,95 ∗ 0,211𝑚3 /𝑠 → 𝑽 = 𝟏𝟑𝟏, 𝟒𝟑𝒎𝟑

Área Superficial del Tanque

𝐴𝑠 =

131,43𝑚3 → 𝑨𝒔 = 𝟖𝟕, 𝟔𝟐𝒎𝟐 1,5𝑚

Ancho del Desarenador

𝐵=

87,62 → 𝐵 = 5,404𝑚 3

Largo del desarenador

𝐿 = 3 ∗ 5,404 → 𝑳 = 𝟏𝟔, 𝟐𝟏𝒎

Área Transversal 𝐴𝑡 = 𝐵 ∗ 𝑕𝑢 → 5,404 ∗ 3 → 𝐴𝑡 = 8,10𝑚2

Carga Hidráulica Superficial

𝑞= Chequeo

0,211 → 𝑞 = 0,0024𝑚/𝑠 87,62

𝑑𝑜 = 3,716𝑒 −5 𝑚 𝑑𝑜 < 𝑑𝑝 → 𝑉𝑒𝑟𝑑𝑎𝑑𝑒𝑟𝑜 (𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒)

𝜃 623,95 = → 3,00 𝑡 207,98 𝑉𝑠 = 3,00 𝑉𝑜 𝜃 𝑡

𝑉𝑕 =

=

𝑉𝑠 𝑉𝑜

16,21 ∗ 0,0024 → 𝑉𝑕 = 0,02598 1,5

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 0,007212 ∗ 20 = 0,1442 𝑚/𝑠

Sí cumple.

4.5.

→ 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒

CANAL DE ADUCCION

𝑆0 =

10.2𝑚 − 10𝑚 → 𝑆0 = 0,0005 400𝑚

Datos VALOR

UNIDAD

0,211 4 10 200 0,0005

m3/s m m m/m

VARIABLE Q Iteraciones Ycontrol-Hidraulico Cota So

Aplicamos el Método del Paso Directo

Paso 1 – Se determinó la profundidad normal del flujo.

0,211 =

1

0.80+2𝑦 𝑦

0,017

0.80+2𝑦 1+22

1 2

0,0005 . 0.80 + 2𝑦 𝑦

Por Solver se determina el valor de yn

→ 𝑦𝑛 = 0,32𝑚 Pasó 2 – Se determinó la profundidad critica del flujo

0,2112 = 9,81

0.80 + 2𝑦 𝑦 0,80 + 2 2 𝑦

3

Por Solver se determina el valor de yc

→ 𝑦𝑐 = 0,1659 𝑚 Paso 3 – Se determinó la pendiente de flujo.

𝑦𝑛 > 𝑦𝑐 = 0,32𝑚 > 0,1659𝑚 → 𝑆0 < 𝑆𝑐 Pendiente subcritica. Por lo anterior tenemos un perfil tipo M (pendiente suave)

Paso 4 – Determinar el control hidráulico El control hidráulico se encuentra en el nivel máximo que alcanza el embalse en la entrega del canal. Este valor es de 10 m (cota 200 msnm)

Paso 5 – Determinar el perfil de flujo de manera cualitativa y analizar como viaja la información.

Paso 6 – Determinar el Perfil de flujo real PARAMETRO Q n So B Z Yc Yn YControl-Hidraulico

VALOR 0,211 0,017 0,005 0,80 2 0,165 0,32 10

UNIDAD m3/s m m m m

Anexos Fotos de cálculos usando la herramienta computacional Hcanales.

5. CONCLUSIONES

Con lo visto anteriormente, se concluye que un sistema de acueducto es de suma importancia para toda área que en cuyo perímetro se encuentre una población debido que el agua es la fuente de vida de todo ser humano. De acuerdo con el número de habitantes y las normas de diseño RAS 2000 se pudo realizar el diseño de las estructuras de captación y aducción, cada estructura con su caudal de diseño, Al igual que el sistema de deserenador y canal de conducción.

6. BIBLIOGRAFIA 

Acueducto, teoría y diseño - Fredy Corcho Romero, José Ignacio Duque Serna



Ras 2000 Titulo B



Apuntes en Clase.