11
5.1.5 - Diseño del Desarenador 1. El Canal de Conducción terminaría por colmatarse de sedimentos. 2. En los reservorios nocturnos terminaría por colmatarse de sedimentos. 1.- DIAMETRO DE PARTICULAS A SEDIMENTAR Según el libro de Irrigación de Cesar Arturo Rosell Calderón ; colección del Ingeniero Civil el tipo de desarenador a diseñar es: Desarenador de fujo lento, con velocidades bajas entre 0.20 a 0.60 m/seg., estas velocidades permite eliminar particulas hasta de 0.1mm. d = 0.20 mm Valor recomendado para una conducción eficiente del canal. 2.- VELOCIDAD DEL FLUJO EN EL TANQUE (V) cm/seg Donde: a : Constante en función del diametro d : Diametro (mm) d (mm) a a hallado 0.10 51 1.00 44 1.00 36 La velocidad del Flujo será : V = 19.677398 cm/seg V = 0.196774 m/seg entre 0.20 - 0.60 m/seg. ……. OK. 3.- VELOCIDAD DE CAIDA DE LAS PARTICULAS (W) MEMORIA DE CALCULO : DESARENADOR DESCRIPCION: Es una obra hidráulica que sirve para separar y remover, las pártirculas sólidas que pudierán ingresar al canal, especialmente en épocas de avenida. La baja velocidad del agua en el desarenador, origina la sedimentación de las párticulas los cuales son eliminados átraves de una compuerta de fondo. De no separar y remover estos sedimentos se ocacionará graves perjucios a las El desarenador se diseñará para un determinado diametro de párticulas, es decir que se supone que todo diametro superior al elegido deben depositarse. El desarenador se diseñará para un determinado diametro de particula , es decir, que se supone que todas las párticulas de diamtero superior al La velocidad del flujo en el Desarenador se determinará mediante la 0.1 La velocidad de caida de las párticulas se determinará por los siguientes ESTUDIO DEFINITIVO PROYECTO : FECHA : CONSULTOR : Ing° DISEÑO : Ing° CO-DISEÑO : Ing° V =a . d

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5.1.5 - Diseño del Desarenador

De no separar y remover estos sedimentos se ocacionará graves perjucios a las obras tales como:1. El Canal de Conducción terminaría por colmatarse de sedimentos.

2. En los reservorios nocturnos terminaría por colmatarse de sedimentos.

1.- DIAMETRO DE PARTICULAS A SEDIMENTAR

Según el libro de Irrigación de Cesar Arturo Rosell Calderón ; colección del Ingeniero Civil

el tipo de desarenador a diseñar es: Desarenador de fujo lento, con velocidades bajas entre

0.20 a 0.60 m/seg., estas velocidades permite eliminar particulas hasta de 0.1mm.

d = 0.20 mm Valor recomendado para una conducción eficiente del canal.

2.- VELOCIDAD DEL FLUJO EN EL TANQUE (V)

La velocidad del flujo en el Desarenador se determinará mediante la Formula de Camp.

cm/seg

Donde: a : Constante en función del diametrod : Diametro (mm)

d (mm) a a hallado

0.10 51 0.1 - 1.00 44

1.00 36

La velocidad del Flujo será :

V = 19.6773982 cm/seg

V = 0.19677398 m/seg entre 0.20 - 0.60 m/seg. ……. OK.

3.- VELOCIDAD DE CAIDA DE LAS PARTICULAS (W)

La velocidad de caida de las párticulas se determinará por los siguientes metodos

MEMORIA DE CALCULO : DESARENADOR

DESCRIPCION: Es una obra hidráulica que sirve para separar y remover, las pártirculas sólidas que pudierán

ingresar al canal, especialmente en épocas de avenida. La baja velocidad del agua en el desarenador, origina la

sedimentación de las párticulas los cuales son eliminados átraves de una compuerta de fondo.

El desarenador se diseñará para un determinado diametro de párticulas, es decir que se supone que todo diametro superior al elegido deben depositarse.

El desarenador se diseñará para un determinado diametro de particula , es decir, que se supone que

todas las párticulas de diamtero superior al escogido deben depositarse.

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V=a .√d

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3.1 Por Arkhangelski

d (mm) w (cm/seg) w hallado

0.05 0.1780.10 0.6920.15 1.560.2 2.16 2.16

0.25 2.700.3 3.24

0.35 3.78 Dato:

0.4 4.32 d = 0.20 mm

0.45 4.860.5 5.40 2.16 w = 2.16 cm /seg

0.55 5.940.6 6.480.7 7.320.8 8.071 9.442 15.293 19.255 24.90

Dato:

d = 0.20 mm

w = 2.6 cm /seg

Donde: w : Velocidad de Sedimentación (m/s)d : Diametro de párticulas (m)

Peso especifico del material (g/cm3)k : Constante que varia de acuerdo con la forma y naturaleza de los granos.

Tabla N° 04 constante k

Tabla N° 03 Velocidades de sedimentación w en función del diametro de párticulas

3.2 Por Sellerio Nomograma que se muestra en la figura N° 01

3.3 Por Owens se determinará mediante la formula:

Ps:

w=k √d ( ρ s−1)

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Forma y naturaleza karena esférica 9.35

granos redondeados 8.25granos cuarzo d>3 mm 6.12

granos cuarzo d<0.7 mm 1.28

Tamaño Permanentemente Sumergido AireadoArcilla 64 0.96 0.96 1.28Limo 0.88 1.2 1.2 1.36Limo y arcilla 50% 0.64 1.04 1.04 1.36Arena y Limo 50% 1.2 1.52 1.52 1.76Arena 0.8 1.28 1.28 1.6Grava 1.36 1.6 1.36 1.6Areana y Grava 1.36 2 1.36 2datos : 1.52 2.08 1.52 2

k = 9.35 Coef.

d = 0.00020 m

1.36 g/cm3 arena y limo 50% pèrmanetemente sumergidoResulta:

w = 0.0793 m/seg = 7.93 cm/seg

Datos:

d = 0.20000 mm diametro de las particulas

1.064 g/cm3 Peso especifico del agua

Resulta:

w = 2.00 cm/seg

Tabla N° 05 Peso Especifico de Sedimentos (t/m3) EL U.S. Soil Conservation Service

Ps =

3.4 Por Sudry se determinará mediante el nomograma Figura N° 02

Pw =

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Donde: w : Velocidad de Sedimentación (m/s)d : Diametro de párticulas (m)

dato:

d = 0.000200 m.

w = 0.0554 m/seg = 5.54 cm/seg

Resumen por autor:1.- Por Scotti - Foglieni w = 5.54 cm/seg2.- Por Sudry w = 2.00 cm/seg3.- Por Owens w = 7.93 cm/seg4.- Por Sellerio w = 2.60 cm /seg5.- Por Arkhangelski w = 2.16 cm /seg

w = 3.372291604 cm/seg

4.- CALCULO DE LAS DIMENSIONES DEL TANQUE

b (m)

Asumimos los sgtes valores:

h1 = 2.00 m h1(m)h2 = 1.00 m h (m)h3 = 1.00 m h2(m)b' = 1.50 m h3(m)

b' (m)

SECCION TIPICA4.1 Aplicando la Teoria de Simple Sedimentación

a. Calculo de la Longitud del Tanque

b= 13.50m

L=24.00m

datos calculados:

h = 4.00 m

V = 19.6773982 cm/seg

w = 3.372291604 cm/seg

3.5 Por Scotti - Foglieni Propone la Formula.

CONCLUSION: Como se podra aprecir los valores calculados por Owens y Scotti - Fogliene Son demasiados grandes y desproporcionados a los restos por lo que no serán tomados en cuenta para el calculo de la velocidad de caida.

El largo y el Ancho de los Tanques pueden en general construirse a más bajos costos que las profundidades, en el diseño se deberá adoptar la mínima profundidad práctica, la cual para velocidades entre 0.20 m/seg y 0.60 m/seg, puede asumirse entre 1.20 y 4.00m

w=3 . 8√d+8 .3 d

L=h .vw

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L = 23.34 mPLANTA

Longitud Asumida:

L = 24.00 m Ok!

b. Calculo del Ancho del Desarenador

Q = A x V b= 13.50m

A = bxh1 + (b+b')/2xh2 + b'xh3h1=2.00m

h=4.00m --------(V) h2=1.00m

h3=1.00mdatos calculados:

Q = 7.00 m3/seg b'= 1.50m

h = 4.00 m SECCIONV = 19.6773982 cm/seg

b = 13.33 m

Ancho Asumida:

b = 13.50 m Ok!

c. Calculo del Tiempo de Sedimentación

t = 118.61 seg

d. Calculo del Volumen de Agua Conducido

V = 830.30 m3

e. Verificación de la Capacidad del tanque

V = 864.00 m3 OK!

4.2 Considerando los Efectos Retardatorios de la Turbulenciaa. Calculo de la Longitud del Tanque

b=2(Q−b ' h3v )−b ' h2v

v (h1+h−h3 )

t=hw

V=Q . t

V=(b .h1+b+b '

2.h2+b' .h3). L

L=h. vw−w '

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Donde: h : Altura del Desarenador (m)v : Velocidad del Agua en el desarenador (cm/seg)w : Velocidad de Sedimentación (cm/seg)

w' : Reducción de velocidad por efectos de Turbulencia (cm/seg)

Calculo de la Reducción de Velocidad por Efectos de Turbulencia

Según Levin

Resulta:

a = 0.066

Donde:h: m

Anterior:

a = 0.066

h = 4.00 mv = 19.677398202 cm/seg

w' = 1.30 cm/seg

Según Eghiazaroff

Datos:h = 4.00 mv = 19.677398202 cm/seg

w' = 1.32 cm/seg

1. Según Levin

Datos:w' = 1.30 cm/segw = 3.37 cm/segh = 4.00 mv = 19.6773982 cm/seg

L = 37.96 m

2. Según eghiazaroff

Datos:w' = 1.32 cm/segw = 3.37 cm/segh = 4.00 mv = 19.68 cm/seg

L = 38.36 m

Bastelli Et. Considera

CONCLUSION: Como se podra aprecir los valores de Longitud del desarenador calculados considerando los

efectos retardatorios de la turbulencia Son demasiados grandes y desproporcionados a los calculados por

Sedimentación Simple. Por lo que se ha optado por tomar los valores calculados por Sedimentación Simple.

w '=α .vα=

0 .132

√h

w '=v

5 .7+2.3h

L=h. vw−w '

L=h. vw−w '

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RESUMENb = 13.50 m

b' = 1.50 mh = 4.00 mL = 24.00 m

5.- CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION

Longitud Minima de Transción (Lt). La BUREAU OF RECLAMATION recomienda:

Donde: B1: Ancho mayor del espejo de agua de un canalB2: ancho menor del espejo de agua del otro canal

12°30' : Angulo Minimo de las lineas de flujo hasta un valor de 22°30' :

Datos:B1= 13.50 mB2= 3 m

Lt = 23.681 m

Longitud de Transición Adoptada

Lt = 24.00 m OK!

5.1 DETERMINACIÓN DEL PERFIL DE FLUJOCARACTERISTICAS GEOMETRICAS DEL DESARENADOR Y CANAL

T=13.50 T=2.88

H=4.00 H=1.438

B=13.50 b=2.88DESARENADOR CANAL

Q = 7.000 Q = 7.000

A = 54.000 A = 4.136V = 0.130 m/seg V = 1.692 m/seg

La transción es una estructura diseñada para cambiar la forma o area de la sección transversal del flujo en forma gradual, a fin de conseguir que la pérdida de carga sea mínima.

m3/seg m3/seg

m2 m2

Lt=B1−B2

2.Tg(12 °30 ' )

CANAL TRANSICION

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0.146832225 m

Donde:

Ci : Coeficiente de Perdida de Entrada

Diferencia de Altura de Velocidad

Tipo de TransiciónCurvado 0.10 0.20Cuadrante cilindrico 0.15 0.25Simplificado en linea recta 0.20 0.30En Linea Recta 0.30 0.50De extremos cuadrados 0.30 0.75

Ci = 0.3

0.191 m

El Cálculo detallado para cada punto a lo largo de la transición se muestra en el Cuadro N° 01Donde:

Dist. : Tramo de la Longitud de Transición (m)

b : Variación Lineal Geometrica de la Base (m)T : Variación Lineal Geometrica del Espejo de Agua (m)

A : Area Geometrica

V : Velocidad del Flujo

Diferencia de Altura de Velocidad

Y : Tirante (m)Z :

Cota de Fondo del Canal = Z - Y

DhV =

Perdida DY' en la Superficie de Agua para Estructuras de Entrada puede Calcularse con:

hv :

Ci Co

DY' =

hv :

Cota del Espejo de Agua = Cota - DY'

Z0 :

DhV=V

22−V 12

2 . g

DY '=(1+C i )Dhv

A=(T +b )

2.Y

V=QA

hv=V 2

2 .gDhv=hv−

V12

2 .g

DY '=(1+C i )Dhv=1.3 .Dhv

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5.16 - DISEÑO DEL ALIVIADERO LATERALEl aliviadero es un regulador adicional que tiene por objeto eliminar el excedente de agua, debido al aumento de caudal producidos por una tormenta. Protegiendo de esta manera al canal y obras adyacentes. Para calcular el caudal a Eliminar se tiene:

Qe=Q1−Q2=23u . 4 . 43 . 3√b2. 5 .h

u5

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Donde :Qe : Caudal por eliminar

2/3 u : Según la forma del vertedero: 0.49 á 0.57b : Longitud del Vertedero

hu : Carga del vertedero

b (m)

Datos

2.500 m3/seg

0.6634 m

Considerando la Máxima Demanda

Datos

5.310 m3/seg 0.3345

1.126 m

1. Caudal de Excedentes

Qe = 2.81 m3/seg

2. Carga del Vertedero

0.46 m Yn = 0.66 m.

1. Calculo de La Longitud b del Aliviadero para la Máxima Avenida.

2/3 u = 0.49

Remplazando se tiene :

6.37 m

hu

Q1 Q2

Y1 Y1 > Yc YU

Q2 =

Y2 =

Del análisis realizado en las compuertas, se observa que en el canal antes del aliviadero puede ingresar un caudal de Q1.

Q1 =

Y1 =

Qe = Q1 - Q2

hu = Y1 - Y2 hu =

Según el "Manual de Construcción en Profundidad" de LUDWING KIRGIS Recomienda la Formula para calcular el caudal por eliminar

Despejando b se tiene

b =

Qe=Q1−Q2=23u . 4 . 43 . 3√b2. 5 .h

u5

Qe=Q1−Q2=23u . 4 . 43 . 3√b2. 5 .h

u5

b=[( 3Qe2u4 . 43 )

3

( 1hu5 )]

12. 5

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Longitud de Vertedero Asumida:

b = 7.00 m

2. Verificación de la Longitud del Vertedero.

3.54 Qe = 2.81 m3/seg Ok!

La Longitud del Vertedero se verificará según la formula propuesta por ENGELS, que para secciones rectangulares y planta recta encontro la siguiente formula:

Qe = m3/seg >

Qe=2. 53 3√b2. 5 .hu5