ESTRUCTURAS DE MEDICION

DE CAUDAL

14/12/2015 1Ing. Jaime L. Bendezú Prado

MEDIDORES PARSHALL

b 2/3AcW

E

GFB

A

K

N

D

xH2

H

14/12/2015 2Ing. Jaime L. Bendezú Prado

14/12/2015 3Ing. Jaime L. Bendezú Prado

MEDIDORES PARSHALL

Si: H2/H ≤ 0.6 = 60% Descarga Libre

Para los Parshall de W= 3” a W =9”

Si: H2/H ≤ 0.7 = 70% Descarga Libre

Para los Parshall de W= 1` a W =8`

Caso contrario es con sumergencia

Si. W=6” a 8´ x = 2” caso contrario x = 0

14/12/2015 4Ing. Jaime L. Bendezú Prado

DESCARGA LIBRE

Q = KHn

Los autores, con base en los propios datos de Parshall obtuvieron la siguiente formula aproximada:

Q = 2.2WH3/2

Q = caudal en m3/s

W = ancho de la garganta en mt.

H = Carga en m.

14/12/2015 5Ing. Jaime L. Bendezú Prado

DESCARGA CON SUMERGENCIA

Qreal = Qdescarga libre – corrección total

Para el calculo de corrección total se utiliza ábaco.

14/12/2015 6Ing. Jaime L. Bendezú Prado

VERTEDEROS

Son simples aberturas sobre las cuales un líquido fluye, se puede considerar como un orificio sin el borde superior, los vertederos son utilizados en la medición de caudales de pequeños cursos de agua y conductos libres así también en el control del flujo en galerías y canales.

14/12/2015 8Ing. Jaime L. Bendezú Prado

VERTEDEROSH = Carga del Vertedor

L = Longitud de la cresta

B = ancho del canal

L

B

H

p

Cresta o Umbral

p`

14/12/2015 9Ing. Jaime L. Bendezú Prado

CLASIFICACION:

1.- Por su forma

• simples: rectang., trapezoidal, triang. etc.

• Compuesta: secciones combinadas.

2.- Por su altura relativa al umbral

• Vertedero libre (p > p`)

• Vertedor ahogado (p< p`)

3.- Por su espesor

• V. de pared delgada (placas)

• V. de pared gruesa (e > 0.66H)

4.- Por la longitud de la cresta

• V. sin contracción lateral (L = B)

• V. con contracción (L < B)

14/12/2015 10Ing. Jaime L. Bendezú Prado

VERTEDERO DE PARED DELGADA

1.- V. Rectangular

• Con contracción

Q = 1.838(L – 0.2H)H3/2 m3/s

• Sin Contracción

Q = 1.838LH3/2m3/s

2.- V. Trapezoidal (tipo Cipolleti)

Q = 1.813H3/2 m3/sb

1

0.25

14/12/2015 11Ing. Jaime L. Bendezú Prado

VERTEDERO DE PARED DELGADA

3.- Vertedero Triangular

Q = 1.45tgαH2.48

Si: α = 45° Q = 1.45H2.48 m3/s

14/12/2015 12Ing. Jaime L. Bendezú Prado

VETEDERO DE PARED GRUESA

Q = 1.71LH3/2

H h

14/12/2015 13Ing. Jaime L. Bendezú Prado

BARRAJE DE BOCATOMA

Q = 2.2LH3/2

H

14/12/2015 14Ing. Jaime L. Bendezú Prado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

BOCATOMAS

14/12/2015 15Ing. Jaime L. Bendezú Prado

BOCATOMA

• Estructura de captación de agua que descarga en un río o se encuentra embalsada en un reservorio, con fines de abastecimiento a poblaciones, riego, generación hidroeléctrica u otros fines (refrigeración de plantas atómicas).

14/12/2015 16Ing. Jaime L. Bendezú Prado

FUNCIONES

• Asegurar la derivación de un caudal.

• Controlar el ingreso de sólidos de arrastre y en suspensión así como de cuerpos flotantes.

• Controlar el máximo gasto que puede ingresar.

14/12/2015 17Ing. Jaime L. Bendezú Prado

INFORMACION BASICA

• Cartografía

• Geología

• Geotecnia

• Hidrología

• Hidráulica Fluvial.

• Estudio Ambiental

14/12/2015 18Ing. Jaime L. Bendezú Prado

BOCATOMA CON BARRAJE MOVIL

• El barraje está conformado sólo por compuertas

• Con fines de controlar todas las descargas.

• La carga hidráulica se obtiene por el cierre del río mediante compuertas.

• Permite el paso de los materiales de arrastre

14/12/2015 19Ing. Jaime L. Bendezú Prado

BOCATOMA CON BARRAJE MOVIL

14/12/2015 20Ing. Jaime L. Bendezú Prado

BOCATOMA MIXTA

VENTANA DE CAPTACION

• Diseñado para estiaje como vertedero frontal

Q : Caudal a derivar más el caudal necesariopara operar el sistema de purga.

C : Coeficiente de vertedero.

L : Longitud de la ventana.

23

1CLhQ

14/12/2015 21Ing. Jaime L. Bendezú Prado

VENTANA DE CAPTACION

• Velocidades de ingreso: V <= 1.0 m/s

• Dos Aberturas

• Altura del umbral que impida el ingreso de sólidos en arrastre (bancos).

• Corrección de dimensiones por la instalación de rejillas

14/12/2015 22Ing. Jaime L. Bendezú Prado

DISEÑO HIDRAULICO DE BOCATOMAS

h

h0

Ventana de Captación

Presa Derivadora

>= 0.2m

C0

Cc

C1

14/12/2015 23Ing. Jaime L. Bendezú Prado

1.- ALTURA DE BARRAJE:

Cc = Co + ho +h +0.2m

Donde:

Co = Cota de lecho

ho = altura necesaria para evitar ingreso de material de arrastre (ho ≥ 0.60m)

h = altura de ventana de captación para captar caudal de derivación (Qd)

14/12/2015 24Ing. Jaime L. Bendezú Prado

2.- ALTURA DE BARRAJE

0.2H

0.5H

X

X = 2H y1.85 0.85

Y

TEORICO

0.2H

0.5H

X

Y

RECOMENDADO

Talud reforzado

1.51

14/12/2015 25Ing. Jaime L. Bendezú Prado

3.- LONGITUD DE BARRAJE

Se debe procurar que la longitud del barraje conserve las mismas condiciones naturales del cauce, con el objeto de no causar modificaciones en el régimen

14/12/2015 26Ing. Jaime L. Bendezú Prado

4.- CAUDAL DE DESCARGA DEL VERTEDOR Q = C*Le* H3/2

Q: lt/seg.

C: coeficiente de descarga en m1/2/seg. Varia de 1.66 a 2.21 ó C = K/3.28

K = de 3 a 4.2H = carga de la cresta en m.Le = Lm -2(n*Kp + Km)*HoLe = longitud efectiva de la crestaLm = longitud total de la cresta.n = número de pilaresKp = coefic. de contracción de los pilares varia de

0.025 a 0.10Km = coeficiente de contracción lateral por murosHo = carga de operación

14/12/2015 27Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Calculo de tirante al pie del barraje

Y2

Y1

1 2

Yn Yn

0

Co

p

H

14/12/2015 28Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Eo = E1 + hf

Co +p + H +VH2/2g = C1 +Y1 + V1

2/2g + hf

C0 – C1 = entre 0.5 y 1.00m

hf0-1 = (0.1* VH2/2g)

V1 = (2g*(Co-C1+p +H-Y1+0.9VH2/2g))1/2

= Q/A1

Se calcula: Y1

14/12/2015 29Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Y1 y Y2 son tirantes conjugados se calcula Y2

• Se tiene una curva de remanso de Yn a Yo (aguas arriba inmediatamente la presa derivadora), que para hallar Yo se utiliza los métodos de perfiles de curva de Remanso.

5.- Longitud de colchón disipadora:

L = (5 a 6 )*(Y1-Y2) Schoklitsch

L = 6*Y1*F1 F1 = V/(gY1) Safranez

L = 4*Y2 U.S. Bureau of Reclamation

14/12/2015 30Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Longitud de camino de percolación:

Lw = C*h

Lw = longitud de percolación

h = diferencia de carga hidrostática entre la cresta del barraje y la uña terminar de la poza de disipación.

C = coeficiente de Lane

14/12/2015 31Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Coeficiente de LaneMaterial CoeficienteArena muy fina o limo 8.5Arena fina 7.0Arena tamaño medio 6.0Arena gruesa 5.0Grava fina 4.0Grava media 3.5Grava gruesa 3.0Bloques con grava 2.5Arcilla Plástica 3.0Arcilla de consistencia media 2.0Arcilla dura 1.8Arcilla muy dura 1.6

14/12/2015 32Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Lw

h

14/12/2015 33Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Espesor del Solado

. W ≥ Sp

e = (4/3)h.β/ال

β = Peso específico del material del solado

e = espesor del solado

ال = Peso específico del agua.

14/12/2015 34Ing. Jaime L. Bendezú Prado

SUBPRESION

Es la fuerza originada por el agua filtrada actuando sobre la base de las estructuras de abajo hacia arriba.

14/12/2015 35Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Sp = الbc`(h+h` -hx/L)

Donde:

ال = peso específico del líquido

h = carga a perder

b = ancho de la sección (normal al eje del

canal

c` = Factor que depende de la porosidad del terreno; en la practica varia de 0 a 1;

14/12/2015 36Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Condición C`

Concreto bueno con cimiento sobre roca sana 0.25

Concreto bueno con cimiento sobre roca de mediana calidad 0.5

Concreto bueno con cimiento sobre terreno permeable 1.0

h` = Profundidad de un punto conde se calcula la

subpresión respecto al punto donde se inicia el

recorrido de la filtración.

hx/L = Carga perdida en un recorrido x.

14/12/2015 37Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Ejemplo: Determinar la distribución de la subpresión del agua en la base de la estructura de concreto siguiente si la carga a perder es 2.10m, y la estructura se hizo sobre material permeable, el ancho de la sección normal al eje del canal es 3.5m.

14/12/2015 38Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Subpresiones: Perdida de recorrido = h/L = 2.1/8.9

h/L = 0.236m.

Pto B = 1000x3.5(2.1+1.5-0.236x1.50) = 11361kg

Pto C = 1000x3.5(2.1+1.5-0.236x1.75) = 11154.5kg

Pto D = 1000x3.5(2.1+0.25-0.236x3.0) = 5770kg

Pto E = 1000x3.5(2.1+0.20-0.236x8.65) = 875kg

14/12/2015 39Ing. Jaime L. Bendezú Prado

DESARENADORES

Son estructuras hidráulicas que sirven para separar (decantar) y remover (evacuar) después, el material sólido que conduce el agua de un canal.

14/12/2015 40Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Clases de desarenadores

1.- Por su operación:

• Desarenadores de lavado continuo

• Desarenadores de lavado discontinuo

2.- Por la velocidad de escurrimiento

• Baja velocidad (de 0.2 a 0.6mt/seg)

• Alta velocidad (1 – 1.5m/seg)

3.- Por disposición de desarenadores

• En serie

• En paralelo

14/12/2015 41Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Partes del desarenador

Compuerta de admision

Camara de sedimentacion Compuerta

de lavado

Canal de lavado

Canal de salida

Vertedero

Canal directo

Transición

Canal de llegada

14/12/2015 42Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Partes de un desarenador1.- Transición de Entrada: Une el canal con el desarenador

2.- Cámara de sedimentación: Las partículas sólidas caen al fondo debido a la reducción de velocidad por el incremento de sección.

Por Dubuat: Las velocidades son:Para Arcilla = 0.081m/segPara arena fina = 0.16m/seg.

Para arena gruesa = 0.216m/seg.* El fondo por lo general tiene una pendiente transversales

de 1:5 a 1:8

14/12/2015 43Ing. Jaime L. Bendezú Prado

3.- Vertedero:

Q = CLh3/2

Q = Caudal

C = 1.84 (para vertederos de cresta agua)

C = 2.00 ( para vertedero de perfil Greager)

L = Longitud de la cresta (m)

H = carga sobre el vertedero

14/12/2015 44Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Como: V = Q/A v = Ch1/2

Luego: h = (v/C)2

h ≤ 0.25m.

4.- Compuerta de lavado: Sirve para desalojar los materiales depositados en el fondo, el fondo del desarenador tiene una gradiente de 2 a 6%

14/12/2015 45Ing. Jaime L. Bendezú Prado

5.- Canal directo: Se utiliza mientras se está lavando el desarenador.

14/12/2015 46Ing. Jaime L. Bendezú Prado

14/12/2015 47Ing. Jaime L. Bendezú Prado

DISEÑO HIDRAULICO DE DESARENADOR

1.- Diámetro de las partículas:

Se diseña para un diámetro donde superiores a

esta deben depositarse

14/12/2015 48Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Cálculo de la Velocidad del flujo en el tanque

V = a√d cm/seg

Donde: d = diámetro en mm.

a = Constante en función del diámetro.

a D(mm)

51

44

36

<0.1

0.1 – 1

> 1

14/12/2015 49Ing. Jaime L. Bendezú Prado

velocidad de caída (w)

1.- Experiencia de Sellerio

30

Wcm/seg.

20

10

0.5 1.0 1.5 2.0

Sellerio

14/12/2015 50Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Tabla de Arkhangelski

D

mm.

0.0

5

0.

1

0.1

5

0.2 0.2

5

0.3 0.3

5

0.4 0.4

5

0.5 0.5

5

0.6 0.7 0.8 1.0 2.0 3.0 5.0

W

Cm/

s

0.1

78

0.

6

9

2

1.5

6

2.1

6

2.7 3.2

4

3.7

8

4.3

2

4.8

6

5.4 5.9

4

6.4

8

7.3

2

8.0

7

9.4

4

15.

29

19.

25

24.

9

14/12/2015 51Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Formula de Owens:

W = k √d(∫ s – 1

W = velocidad de sedimentación (m/s)

D = diámetro de partículas (m)

∫ s = peso específico del material (g/cm3)

K = constante que varía de acuerdo con la forma y naturaleza del grano.

14/12/2015 52Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Forma y naturaleza k

Arena esférica

Granos redondeados

Granos cuarzo d > 3mm

Granos cuarzo d< 0.7mm

9.35

8.25

6.12

1.28

14/12/2015 53Ing. Jaime L. Bendezú Prado

Cálculo de las dimensiones del tanque

CRITERIO DE DIMESIONAMIENTO DE CAMARA

L=V/t t = V/L

H = W/t t =W/H

Luego:

V/L = W/H

L = VH/w

14/12/2015 56Ing. Jaime L. Bendezú Prado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

SIFONES INVERTIDOS

14/12/2015 61Ing. Jaime L. Bendezú Prado

14/12/2015 63Ing. Jaime L. Bendezú Prado

14/12/2015 64Ing. Jaime L. Bendezú Prado

14/12/2015 65Ing. Jaime L. Bendezú Prado

14/12/2015 66Ing. Jaime L. Bendezú Prado

14/12/2015 67Ing. Jaime L. Bendezú Prado

ALMACENAMIENTO

• Llamados también Reservorios, Embalses y Azudes son vasos que se cierran mediante una Represa con el objeto de recoger las aguas de su cuenca en las estación lluviosa para luego soltarla en la época de estiaje, de acuerdo a las necesidades del proyecto

Estructura Principal de un Almacenamiento

1.- Vaso o Cubeta

2.- La Boquilla

3.- La Represa

4.- El Aliviadero

5.- El Conducto de Fondo

Clasificación de Almacenamiento

1.- Reservorios Pequeños (Pondaje): para regulación diaria de C. Hidroeléctricas

2.- Estanque: Son almacenamientos pequeños para la agricultura.

3.- Anuales: Cuando la capacidad es para regulación anual.

4.- Multianuales: Cuando su capacidad puede utilizarse en varios años.

Niveles de Almacenamiento

1- Nivel Normal.- Es el nivel máximo de operación.

2.- Nivel Mínimo.- Es la mínima elevación de operación.

3.- Volumen muerto.- Es el volumen previsto para la deposición de sólidos.

4.- Súper almacenamiento.-Es el volumen de agua entre el nivel máximo de descarga de una avenida y el nivel normal

Funcionamiento de Reservorios- Para la operación y funcionamiento de un

almacenamiento es necesario datos mensuales, diarios u horarios depende del fin del reservorio

- Vf = Vi - Pe –Vs + VI

Vf : Volúmen final o actual en millones m3

Vi : Volúmen anterior, del día o mes anterior

en millones de m3.

Pe= αS : Perdida por evaporación

α : coeficiente de evaporación diaria o mes

S : Área del espejo de agua en el tiempo observ.

Vs: Volumen soltado del embalse en mill. M3

VI : Volumen que ingresa al reservorio.

Vertedero laterales

Los vertederos laterales son usados en

canales para eliminar los excesos de

caudal.

Vertedero Lateral

COMPUERTAS

Funcionamiento de una compuerta

Compuertas Planas

Las Compuertas

Planas se utilizan

para pequeños

caudales. Su

ancho máximo

recomendado es

de entre 3 o 4

metros.

Compuerta Plana

Compuerta Plana Libre

Compuerta Plana Ahogada

Compuertas Laterales

Cuando en un canal principal se desea hacer

una derivación lateral de modo de regular y

controlar el caudal que sale se acostumbra a

diseñar una Compuerta Lateral.

Compuertas Laterales

Compuertas de Sector

Este tipo de Compuertas se utilizan para

grandes y medianos caudales. Además,

es de fácil funcionamiento pero tiene un

alto costo.

Compuerta de Sector Libre

Compuerta de Sector Ahogada

MARCOS PARTIDORES

Componentes de un

marco partidor

Esquema

GRACIAS