1. Calculo de la Altura del Barraje Fijo Tipo Indio

La altura del barraje fijo esta orientada a elevar o mantener un nivel de agua en el rio

de tal manera de poder derivar un caudal hacia el canal de derivacion. Esta estructura

nos garantizara la captacion de agua en maximas avenidas y en epocas de estiaje.

a = Nivel del Lecho del Rio detras del Barraje Fijo = 35.30 m.s.n.m.

b = Nivel del Umbral de la Ventana de Captacion = 35.30 m.s.n.m.

c = Nivel Superior de la Ventana de Captacion = 35.50 m.s.n.m.

d = Nivel de Corona del Barrje Fijo = 37.50 m.s.n.m.

Por lo tanto, la altura del barraje fijo es: (37.50 - 35.30) = 2.20 m.

Hb = 2.20 m.

1. Velocidad Requerida en el Canal de Limpia

Es una estructura que reduce el ingreso de sediemntos al canal de derivacion y a la elimi-

nacion del material que se acumula delante des la ventanas de captacion, su ubicación

debe ser perpendicular al barraje fijo y paralelo a las lineas de corriente del rio y formando

Figura Nº 01: Seccion Tipica del Barraje Fijo

DISEÑO HIDRAULICO DEL BARRAJE FIJO

DISEÑO HIDRAULICO DEL CANAL DE LIMPIA

un angulo entre 60º y 90º con el eje de la captacion.

por lo indicado en lo referente al arrastre de material acumulado frente a las ventanas de

captacion, el flujo debe tener una velocidad (V0) capaz de arraastrar a estos sedimentos

acumulados, por lo que esta velocidad debe tener la siguiente ecuacion:

Donde:

Vo: es la velocidad requerida para iniciar el arrastre.

C: coeficiente en función del tipo de material; siendo 3.2 pare arena y grava

redondeada y 3.9 para sección cuadrada; de 4.5 a 3.5 para mezcla de arena y grava.

d: diámetro del grano mayor.

V: velocidad de arrastre.

para nuestro caso tememos:

y al Tamaño de Grano

Vc = 1.5*C* d1/2

= 1.5V

Figura Nº 02: Relacion entre la Velocidad Requerida para el Arrastre

C = 3

d = 0.4

Con estos datos ingresamos a la Figura Nº 02, con la cual obtenemos una velocidad critica:

Vc = 2.95 m/s

2. Ancho del Canal de Limpia

El amvho del canal de limpia se puede calcular con la siguiente ecuacion:

Donde:

B: ancho del canal de limpia, en metros

Qc: caudal a discurrir en el canal de limpia para eliminar el material de arrastre, en m3/s

q: caudal por unidad de ancho, en m3/s/m.

Vc: velocidad en el canal de limpia para eliminar el material de arrastre, en m/s.

g: aceleración de la gravedad, en m/s2.

Por lo tanto:

q = 2.62 m3/s/m.

Con este valor obtenemos un ancho de:

B = 4.97 m.

Asumimos un ancho del canal de limpia de:

B = 5.00 m.

3. pendiente del Canal de Limpia

Para generar la velocidad de limpia requerida, es recomendable que la pendiente del canal

de limpia tenga una pendiente critica con la siguiente ecuacion:

Donde:

Ic: pendiente critica.

g: aceleración de la gravedad, en m/s2.

n: coeficiente de rugosidad de Manning.

B = Qc / q

q = Vc3 / g

Ic = n2 .g

10/9 / q

2/9

q: descarga por unidad de ancho (caudal unitario), en m2/s.

Por lo tanto:

Ic = 0.00200

4. Diseño de Compuerta de Limpia Gruesa

Para el diseño de las compuertas de limpia se debe tener en cuenta aspectos hidraulicos,

para lo cual se hacen las siguientes recomendfaciones:

a. Altura:

El nivel de la corona de la compuerta debe de estar 0.20 m. por encima de la cresta

del vertedero.

b. Tirante máximo de agua de diseño:

Es aquel que se genera cuando la compuerta funciona tipo rebose libre (overflow).

c. Tirante de agua de rebose permisible

0.30 a 0.50 m.

d. Altura de izaje

La compuerta debe estar 1.5 a 2.0 m más alto que el máximo nivel de agua con la

avenida de diseño.

e. Velocidad de izaje

Se recomienda 30 cm/minuto, es conveniente tener en cuenta que los costos aumentan

cuando aumenta la velocidad de izaje.

f. Tipo de izaje

El uso de cables es recomendable cuando las luces son considerables y el de vastagos

cuando las luces son pequeñas.

g. Coeficiente de seguridad

El coeficiente de seguridad del acero se puede asumir entre 3 y 4.

h. Plancha

EI espesor mínimo debe estar entre 6 y 10 mm. Se debe considerar siempre el efecto de

corrosión.

En lo referente al dimensionamiento del área del tablero, se recomienda usar la siguiente

fórmula:

A = Q / (C*(2 g H )1/2

)

Donde:

A: área del tablero de la compuerta en m2.

Q: caudal que pasa a través de una compuerta = 6.50 m3/S.

C: coeficiente de descarga; se usa 0.60 para compuertas deslizantes y 0.72 para

radiales.

g: aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2

H: carga efectiva sobre la compuerta = 3.80 m.

A = 0.50 m.

Con el área (A) obtenida, se puede calcular el tipo de mecanismo necesario para el izaje

de la compuerta mediante la obtención de la fuerza de izaje total (F), que permite el

levantamiento de la compuerta de área (A), de peso (W) y con Ia utilización de un vastago

de peso (w).

La fuerza que debe tener el mecanismo de izaje se calcula mediante la siguiente ecuacion:

Donde:

A: área de la compuerta

H: carga efectiva sobre la compuerta

f: coeficiente de fricción; asumir 0.7 como valor conservador.

W: peso de la compuerta.

w: peso del vástago.

1. Ventana de Captacion

La captacion del caudal requerido se realiza mediante aberturas que son llamadas

ventanas de captacion, ubicada a 0.60 m. como minimo del piso del canal de limpia.

La altura del ventana de captacion se calcula mediante la formula de vertedero:

Donde:

Q: caudal a derivar más caudal necesario para operación del sistema de purga = 2.42 m3/s.

C: coeficiente de vertedero = 1.84

L: longitud de ventana = 3.00 m.

Por lo tanto la carga de agua sobre el vertedero es:

DISEÑO HIDRAULICO DE LA TOMA DE CAPATACION

Q = C*L*h 3/2

F = A*H*f + W + w

h = 0.58 m.

Por lo tanto la altura de la ventana de captacion sera:

H = 0.90 m.

2. Camara de Decantacion o Desripiador

Despues de que el agua es captada y rebosa por el vertedero de la ventana de captacion,

es necesario decantar en material que haya podido ingresar, a esta estructura que realiza

la esta funcion se le denomina camara de decantacion o desripiador.

Existen dos criterios para dimencionar esta estructura: a) que la longitud entre la ventana

de capatacion y la compuerta de regulacion sea igual a la longitud del resalto, considerando

que se produzca un realto sumergido, por lo que siempre se va a tener una seccion trape-

zoidal o rectangular. b) generar una velocidad que permita el arratre de material decantado,

para lo cual se debera dar una fuerte pendiente paralela al flujo del rio; se recomienda una

pendiente mayor o igual 2% y un ancho de 1.50 m.

2. Compuerta de Regulacion

Son las compuertas que regulan el caudal de ingreso al canal de derivacion, por lo genral

se recomineda que el area total sea igual al area del canal principal, por lo que la velocidad

de diseño este en el rango de 2 a 2.5 m/s

Figura Nº 03: Esquema del Canal de Decantacion o Desripiador

El caudal que pasa por compuerta de limpia se calcula mediante la formula de orificio:

Donde:

Q: caudal de derivacion = 2.42 m3/s.

C: coeficiente de descarga = 0.75.

A: área de abertura de la compuerta = 1.50 m2.

g: aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2.

h: diferencia de niveles entre aguas arriba y aguas abajo de la compuerta = 0.30 m.

Q = 2.81 m3/s

Por lo tanto la altura de la compuerta es:

A = b*h

h = 0.80 m.

3. Transicion

Para unir las zonas de la compuerta de regulacion con el canal de derivacion se usa una

transicion la cual se dimenciona con la siguiente ecuacion:

Donde:

b1: ancho de la zona de compuertas = 3.60 m.

b2: ancho del canal de derivación = 1.20 m.

Figura Nº 03: Dimenciones de la Compuerta de Regulacion

Q = C. A. (2gh)1/2

= C. A. V

L = (b1-b2) / (2tg12°30’)

Obteniendo la siguiente longitud de transicion:

L = 5.41 m.

Asumimos:

L = 5.50 m.