Tema 2 y 3 Tipos de Flujo, Manning, Máxima Eficiencia Hidráulica, Minima Infiltración
October 9, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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Diseño de canales Hidráulica 2021-II
Dr Jorge Reyes Reyes Salazar Salazar
Ingeniería Civil
Universidad de Piura
HIDRAULICA UNIVERSIDAD DE PIURA
Dr.. Ing Jorge Reyes Dr Reyes Salazar
Universidad de Piura
Cantidad de Agua
Universidad de Piura
Calidad del agua
Alabe de una turbina Pelton de la Central Hidroeléctrica del Cañón del Pato.
Universidad de Piura
Central Cañón del Pato
Ubicación
Es Est Cent ntr l es est taá yub ubic ica ada en Dis str trit ito o de Hual Hu alla lanc nca en la in int ter erse secc cció ión n detalo losCe s rí ríos osraSa Sant nta Quit Qu itar arac acsa sa,,elenDi la Prov Pr ovin inci cia a de Hua Hu aayl ylas as De Depa part rtam amen ento to de Áncash, a 500 Km. al noreste de Lima y a 153 Km. al este de Chimbote.
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Operación La hi hidr dro oel elééct ctri ricca Ca Cañó ñón n del Pato gen ener eraa su en eneergía a pa part rtir ir de una ca caíd ídaa de 415 metros de las aguas del río Santa. La planta, en caverna, está a una al alti tud dner de apro ap roxi mada dame ment eda 1400 14 00 m.s. s.n. n.m. m.ado Está Es comp co sta a inas por po r se seis is grup gr upos oss detitu gene ge rac ació ión n xima hidr hi dráu áuli lica ca,,nte cada ca uno un om. acci ac cion onad otápo por r mpue dossuest do turb tu rbin as hidr hi dráu áuli lica cas tipo ti po Pe Pelt lton on de ej ejee ho hori rizo zont ntal al y do dobl blee in inye yect ctor or.. Para poder generar su máxima capacidad instalada necesita de 76 m3/seg de ag agua ua.. Su po pote tenc ncia ia in insstal alad adaa es de 26 263 3 MW MW.. En la época de avenidas el río Santa lleva caudales promedios de 250 m3/seg. , sin embargo en la época de estiaj ajee el caudal lleg egaa a bajar hasta 30 3
m seg. sien posi par cen tral al gene máxi má capa ello/,se lag.,,ceno ntsi raendo l cdo uenpo tasibl cble oen pa unrasla istce emnatr dege aner lmraar cesu nam iexima nma to dca e paci agcida udad. a ed.n Plor as lagunas interandinas cercanas; Parón, Cuchillacocha, Aguashcocha y Raju Ra juccol oltta, as asíí com omo o en el res eseerv rvor orio io de San Di Dieg ego o 1 y 2.
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Potencia Potencia Pot encia en Mw = 0.0082 0.0082 Q H Potencia en Mw Q en m3/s H en metros
Caso Central Cañón del Pato
Potencia Pot encia en Mw = 0.0082 0.0082 Q H Potencia Pot encia en Mw = 0.0082 x 76 76 x 415 Potencia Pot encia en Mw = 259 Mw
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Correntómetro : Mide velocidades
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Calidad del agua
Reservorio Cirato Central Hidroeléctrica Carhuaquero
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Calidad del agua
IHHS Universidad de Piura
Desarenador Majes
Modelo Físico del diseño original Universidad de Piura
Clasificación propuesta por Americal Geophysical Union
GRUPO GRUPO BOLOS
CANTOS GRAVA
ARENA
LIMO
ARCILLA
CLASE CLASE
TAMAÑO mm 2048 1024 512 256 128 64
4096 2048 1024 512 256 128
Muy Gruesa
32
64
Gruesa Mediana Fina Muy Fina Muy Gruesa Gruesa Mediana Fina Muy Fina Grueso Mediano Fino Muy fino
16 8 4 2 1 0.5 0.25 0.125 0.062 0.031 0.016 0.008 0.004
32 16 8 4 2 1 0.5 0.25 0.125 0.062 0.031 0.016 0.008
0.002 0.001 0.0005
0.004 0.002 0.001
Muy Grandes Grandes Medianos Pequeños Grandes Pequeños
Gruesa Mediana Fina
Muy fina
0.00024
0.0005 Universidad de Piura
Datos - Ciu Ciudad dad de de Piura Piura 480 480 000 000 habi habita tant ntes. es. - Dema Demanda nda diari diariaa de agua potab potable le por por habit habitant antee ? - Dema Demanda nda de energ energía ía aprox aproximada imada 40 MW MW.
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El clima en Piura es un clima desértico. Durante el año virtualmente no hay precipitaciones. La clasificación del clima de Köppen-Geiger es BWh. La temperatura temperatura en Piura Piura es en promedio 24.2 24.2 ° C.
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3
- Ca Caud udal al ca calc lcul ulad ado o 1.2 1.278 78 m /s. - Cau Caudal dal agu aguaa pota potable ble ciu ciudad dad de Piur Piuraa 1.2 m3/s. - 50 50% % Curu Curumu muyy, 50% 50% de po pozzos os..
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Conflictos del uso del agua Al diseñar una obra debemos considerar los conflictos que puedan ocurrir. ocurrir.
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Flujo Permanente Flujo Uniforme Flujo Variado - Flujo Flujo Gra Gradu dualm almen ente te Vari ariado ado.. - Flu Flujo jo Rápida Rápidamen mente te Vari ariado ado..
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Flujo crítico
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Flujo Uniforme Tirante constante Velocidad constante Pendiente constante
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Flujo Gradualmente y Rápidamente Variado
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DISEÑO DE UN CANAL
Parámetros geométricos de la sección de un canal
3m 1m
1.5 m
Z=0.5
Universidad de Piura
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1 l/s/ Ha Necesito Necesi to 30 Mw potenc potencia ia para una ciudad Irrigar 12250 Ha Encontrado que existe desnivel de 80 metros Caudal necesario? Caudal de la CH = 45.73 m3/s
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Caudal de diseño del canal Pobla lacción - Irr rriigación - Chid idrroeléctri ricca
Pob obla laci ción ón -
CH - Ir Irri riggac ació ión n
1.278 m3/s 45.73
Qdis iseeño = 59.2 .26 6 m3/s
Q di dise seño ño = 47 47.0 .01 1 m3 m3/s /s
12.25
Piura CH Poec Poechos hos I y Poech Po echos os II
CH
Agua
Curumuy
Potable para Piura
Irrigación del Medio y Bajo
Piura Universidad de Piura
Área hidráulica
Sección
Perímetro mojado
Radio hidráulico
Espejo de agua
C.G
b * y b + 2 y
b * y
(
(b + z * y ) y
b + 2 * y
b + 2 y 1 + z
2 z * y
2 y
2
( + z ) 2
1
)
b + 2 * y 1 + z
z * y
2 * 1 + z
2
8
( −− sen ) D
2
1 2
1 1 − 4
* D
3
T * y
T +
8 * y
3 * T
*
2 * T * y 2
3 * T
+ 8 * y
2
2
y = 2
T + b
*
y * ( D − y )
3 * A 2 * y
b
y
y
= 2tg
2
-
3
3
−
o
2
2
b
(T + 2b )
3
1 sen D 2 2
2
*
2 * z * y
sen D
y
b + 2 * z * y
2
99.00
1
y b
(b + z * y ) * y
Mayor eficiencia hidráulica
D 2
cos
2
−
2
sen * D *
3
2 5
2
D
= 0.94
y
sen −
* y
-
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Hallar el área limitada entre las ecuaciones siguientes:
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Hallar el área limitada entre las ecuaciones siguientes:
Título del gráfico 15
10
5
0 -5
0
-5
-10
5
10
-15
y = 6x − x y = −x − 1 ;
d A = y d x dA = 6x − x − −x − 1 dx
dA =
6x−x (7x−x 1 x 1)1dxdx
dA =
A=
= 2 7 3 − 3 − −3 1 ቊ31 − 1 A=
28= − 28−
A
•
Area de Sección Sección Para Parabólic bólicaa
Universidad de Piura
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=
Universidad de Piura
= = ( − ) = න − න ቊ0 = ቊ ቊ 0 − 3 = − A
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= = = = − ∗ 3 = − = A
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Centro de gravedad de sección parabólica
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yത = dAdA − dy ത = dy
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yത = ( − /) ∗ dy/dy =
/ dy dy− /− dy
yത = 23 / ൜20/ −൜25 / ൜0 3 0 23 / − 25 / 10/15 − 6/ 415 / yത = = / = / =
23 /
2233
2233
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yത = dAdA
−2 ( − ))dxdx ത = ( − ))dxdx − a − x −2 2 a − x dx dx 2 2 yത = a − x dx = a − x dx
2 − 3 10 ቊ0 − yത = = 2 3 10 − 3 ቊ0 − 3 − 15 − −110 3 8
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y = 2 −3 3 10 =
2 303
= 2 303 = 25 = Universidad de Piura
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Resultados de HEC RAS
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Fluj lujo o Unif Uniform orme e
2/3
Ecuació Ecua ción n de Manni Manning ng Donde:
Q
=
AR A R
área hidráulica, radio hidráulico, pendiente energética del canal rugosidad del canal.
A
R S n
1/ 2
S
La mayor dificultad al aplicar la fórmula Manning reside en la determinación del coeficiente de rugosidad n pues no hay un método exacto de seleccionar n
un valor factores:
. El valor de
n
es muy variable y depende de una cantidad de
Rugosidad de la superficie, Vegetación, Irregularidad del canal, c anal, sedimentación y erosión, obstrucciones
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Q=
+
/ /
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PREGUNTA
•Calcular el tirante normal en el t únel de la siguiente Figura, para el caudal de 1000 m 3/s, rugosidad 0.016 y pendiente de 0.002
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Pendiente
0. 002
rugosidad
0.016
0. 04472136
2
2/3
3
AREA m
Radio
13.61
6.27
0.46
0.60 0.
10.45
14.62
12.48
0.85
0.90 0.
31.39
1.50
15.62
18.62
1.19
1.12 1.
58.52
2.00
16.63
24.71
1.49
1.30 1.
89.93
2.50
17.64
30.73
1.74
1.45 1.
124.39
3.00
18.65
36.69
1.97
1.57 1.
161.08
3.50
19.65
42.60
2.17
1.67 1.
199.40
4.00
20.66
48.44
2.34
1.76 1.
238.92
4.50 5.00
21.67 22.68
54.21 59.93
2.50 2.64
1..84 1 1.91 1.
279.28 320.21
5.50
23.68
65.59
2.77
1.97 1.
361.51
6.00
24.69
71.18
2.88
2.03 2.
403.00
6.50
25.70
76.71
2.99
2.07 2.
444.54
7.00
28.10
82.92
2.95
2.06 2.
476.77
7.50
29.10
89.12
3.06
2.11 2.
525.30
8.00
30.10
95.32
3.17
2.16 2.
574.57
8.50
31.10
101.53
3.26
2.20 2.
624.48
9.00 9.50
32.10 33.04
107.73 113.80
3.36 3.44
2.24 2.
674.97
2.28 2.
725.37
10.00
34.04
119.96
3.52
2.32 2.
776.45
10.50
35.20
126.39
3.59
2.34 2.
828.41
11.00
36.19
132.24
3.65
2.37 2.
876.79
11.50
37.36
138.17
3.70
2.39 2.
923.72
12.00
38.52
143.68
3.73
2.41 2.
y [m]
P [m]
0.50 1.00
Radio
12.48
Caudal m /s
965.97 1000.00
12.50
39.68
148.58
3.74
2.41 2.
1001.48
13.00
41.17
153.38
3.73
2.40 2.
1030.29
13.50
43.02
157.72
3.67
2.38 2.
1048.04
14.00
45.33
160.95
3.55
2.33 2.
1046.98
14.50
50.72
162.50
3.20
2.17 2.
987.08
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Curva de gasto 16.00 14.00 12.00 10.00 e t n a r i
8.00
T
6.00 4.00 2.00 0.00 0.00
200.00
400.00
600.00
Caudal m3/s
800.00
1000.00
1200.00
La respuesta es 12.48 metros Universidad de Piura
Taludes recomendados (Z) MATERIAL
Roca dura ó sana Roca Ro ca bla land nda a o fi fisu sura rad da Roca Ro ca su suel elta ta,, gr grav ava a ce ceme ment ntad ada, a, ar arcil cilla la.. Arcilla con grava, suelo franco, conglo con glomer merad ado o y sue suelo lo arc arcill illoso oso.. Suel Su elo o fr fran anco co co con n gr grav ava. a. Arena y grava, arena bien graduad graduada, a, suelos sue los are arenos nosos os lim limoso osos. s. Suel Su elos os ar aren enos osos os,, ar aren ena a fi fina na y li limo mos. s.
Talud Z
1/5 2/3 4/5 1 1.5 1.5 a 2 2a3
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Q=
+
/ /
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Máxima Eficiencia Hidráulica
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Máxima Eficiencia Hidráulica
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Deducir la expresión de sección de máxima eficiencia hidráulica en un canal trapezoidal que tiene base “b”, tirante “y”, talud diferente en los lados (z1 y z2). Exprese el resultado en función a la base y tirante.
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Mínima Infiltr Infiltración ación
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Diseñar el canal •
•
•
•
•
•
•
Caudal 10 m3/s Pendiente longitudinal 0.001 Revestido de concreto 0.016 Angulo de reposo reposo es de de 45° ( z= 1) 1) Si se trata de un canal de tierra 0.024 Y= 1.7419 m b= 1.443 m
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Sección de Mínima Infiltraci Infiltración ón La aplicación de mínima infiltración se dará para los siguientes casos: - Terren errenos os permeables. permeables. - Canales sin sin revestir revestir.. - Agua con costos costos relativam relativamente ente altos. altos. - Ag Agua ua esc escas asa. a.
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Taludes recomendados (Z) MATERIAL
Roca dura ó sana Roca Ro ca bla land nda a o fi fisu sura rad da Roca Ro ca su suel elta ta,, gr grav ava a ce ceme ment ntad ada, a, ar arcil cilla la.. Arcilla con grava, suelo franco, conglo con glomer merad ado o y sue suelo lo arc arcill illoso oso.. Suel Su elo o fr fran anco co co con n gr grav ava. a. Arena y grava, arena bien graduad graduada, a, suelos sue los are arenos nosos os lim limoso osos. s. Suel Su elos os ar aren enos osos os,, ar aren ena a fi fina na y li limo mos. s.
Talud Z
1/5 2/3 4/5 1 1.5 1.5 a 2 2a3
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a) Deducir la expresión de sección de mínima infiltración en un canal trapezo trape zoid idal al qu quee ti tien enee ba base se “b”, tirante “y”, ta talu lud d di dife fere rent ntee en lo loss la lado doss (z (z1 1 y z2 z2). ). Ex Expr pres esee el re resu sult ltad ado o en fu func nció ión n a la ba base se y ti tira rant nte. e.
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Clasificación propuesta por Americal Geophysical Union
GRUPO
BOLOS
CANTOS GRAVA
ARENA
LIMO
CLASE
Muy Grandes Grandes Medianos Pequeños Grandes Pequeños Muy Gruesa Gruesa Mediana Fina Muy Fina Muy Gruesa Gruesa Mediana Fina Muy Fina Grueso Mediano Fino Muy fino
TAMAÑO mm 2048 1024 512 256 128 64
4096 2048 1024 512 256 128
32 16 8 4 2 1 0.5 0.25 0.125 0.062 0.031 0.016 0.008 0.004
64 32 16 8 4 2 1 0.5 0.25 0.125 0.062 0.031 0.016 0.008
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