Diseno de Bocatoma Tirolesa, Camara y Tuberia de Presiones

INFORME TECNICOALUMNO FECHA 07/07/2012 CÓDIGO Mejia Ortiz, FRancisco U820251 DISEÑO HIDRAULICO DE BOCATOMA, CAMARA DE PRESION Y TUBERIA FORZADA LIMA – PERU 1 . Índice de costos……………………………………………………………….18 2 ..3 3.CONTENIDO 1. Memoria Descriptiva……………………………………………………………. 3 2. Antecedentes……………………………………………………………………. Simpleza constructiva: Diseñar las estructuras hídricas con criterios constructivos y dimensiones que faciliten su construcción 3. Por ende. 2. Optimizar costos: materiales y humanos.2 DESCRIPCION DEL PROYECTO: En este proyecto se desea captar el caudal necesario para generar energía eléctrica para abastecer a los pobladores aledaños. Se le pide al alumno realizar un expediente técnico que contemple las estructuras hídricas a diseñar para abastecer a la central hidroeléctrica del caudal necesario para obtener la potencia que se desea. Impacto social positivo a la comunidad beneficiada al incrementar su calidad de vida con un abastecimiento continuo de energía eléctrica  2. 3 .1. Además. Finalmente se diseñan la cámara de presiones y la tubería forzada. Diseño optimo que minimice las perdidas locales Al cumplir con los criterios mencionados se garantiza obtener un proyecto tanto eficiente en el sentido de aprovechamiento hídrico como funcional y económico. MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROYECTO 2. Se busca cumplir con los objetivos al plantear un problema cuasi real para preparar a los alumnos para la vida laboral futura.1  OBJETIVOS DEL ESTUDIO: El objetivo del proyecto es el de generar energía eléctrica suficiente para abastecer a la zona aledaña. Se busca evaluar los criterios de diseño del alumno y su capacidad de cumplir un proyecto con estándares profesionales. Los componentes del diseño hidráulico a diseñar forman parte de una central hidroeléctrica y son las necesarias para captar el caudal del rio para generar la energía necesitada. Luego de captar el caudal con la bocatoma se le deriva con el canal de conducción hasta una zona con una gran pendiente donde se pueda aprovechar la máxima caída hidráulica para obtener la máxima energía eléctrica posible. se busca cumplir con los siguientes criterios de diseño: 1. Diseñando las obras hidráulicas necesarias para captar y conducir el caudal necesario para la central hidroeléctrica. se fomenta el desarrollo económico de la comunidad beneficiada. ANTECEDENTES El presente trabajo es el proyecto final del curso de Ingeniería de los Recursos Hidráulicos de la facultad de Ingeniería Civil en Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas. 2. 585 0. pero por motivos de simpleza constructiva se adoptan 4m de base.770 0.5 m m m m Se adopta un ancho de canal recolector de 1. 4 .42 m Diseño del canal recolector Para diseñar el canal recolector se utilizan las fórmulas de alcance de chorro el ancho del canal mencionado.A. El resultado de la fórmula es 3. lo cual es aceptable. CAPTACIÓN CON BOCATOMA TIROLESA La captación se lleva a cabo con una Bocatoma Tirolesa que capta 2m3/s del rio.45 ∗ 𝑄 . El tirante se calcula con: H = 0. para hallar Xs = Xi = B (ancho) = B (ancho) = 0.3<V<3m/s) La velocidad está entre 0.3m/s (Velocidad de sedimentación) y 3m/s. se halla la longitud del rio con la fórmula: Vr = 1.5m por motivos constructivos.19m/s (0. Luego.5m.87 1.5 Es posible calcular la base que tendrá el rio en la obra de captación. Utilizando la fórmula de Petit: 𝐵 = 2. 70 48.70 m2 0. Primero se procede a hallar el Area Neta (An) de la rejilla con: Aneta rejilla = Vb = Separacion entre barrotes a= a= 2 0.3/4''.70 m Recalculo para hallar numero entero de barras An = N (# barrotes) = N (# barrotes) = An = An = Vb = Vb = Ltotal = Ltotal = 3.0508 3.5951637 0.6 3.56 49 3.0254 m (1/2''.7 0.7338 4 m2 m2 m/s m/s (0.Diseno de la rejilla Se consideran los barrotes paralelos a la dirección del flujo.6 (<1m/s) pulgadas m (5.3<V<3m/s) m m: 5 igual al ancho de rio m2 .73 3.10cm) Diametro de barrotes b= 0.1'') Ltotal = 3. Se asume el espesor del muro de 0.3m.3 m H0 = 1.91 los Altura total de m muros del canal de abduccion: Borde libre = 0. La pendiente asumida es de 2%.Se redondea la longitud total de 3. h0 = 0.73m a 4m para facilitar su construcción ya que ahora es igual a la base del rio elegida en un inicio.3 4.5 m: construible .30 0. Niveles en el canal conductor La entrega a la cámara de recolección se hace por descarga libre entonces: Aguas abajo: he=hc= Aguas arriba: Ltotal = Lrejilla = espesor muro = Lcanal (Le) = pendiente (i) = 4 0.02 m m m 0.57 m La longitud del canal se halla sumando el espesor de muro sumado con la Longitud de la rejilla.29 m 1.21 m 6 He = He = 1. 6m de lado de recamara para facilitar los trabajas de mantenimiento y limpieza.07 0.6 m m m m (construible) m Se adopta 2.5 2.36 m/s (0.69 1. Velocidad del agua al final del canal: Ve = 2.5m para que la altura total de los muros del canal colector sea construible.Se asume un Borde Libre 0.371 1. 7 .3m y se redondea He a 1. Diseño de la cámara de recolección Procedemos a hallar la base como la longitud de la cámara de recolección: Xs = Xi = B cam rec = B cam rec = Lado de la recamara = 1.3<V<3m/s) La velocidad del agua está dentro del rango aceptable. 56 m Se utiliza un coeficiente de descarga de 0.Calculo de la altura de los muros de contencion Q max = H= H= 6. H tirante = 0.3 0.1 m3/2 Este caudal es dato del problema y es el caudal promedio.902 1 m3/2 m (construible) H muro final = H + Borde Libre H muro final = 1.3m Calculo del Caudal de excesos Caudal medio = 3.3 m H es la altura de lámina de agua en la garganta de la bocatoma.69 m3/s 8 . Por otro lado.1 m3/2 .3 Cd= 0. el Borde Libre asumido es de 0. Calculo del Caudal de excesos Caudal medio = 3.3 Q captacion = 3. 47 0.10 0.88 1.59 m3/2 Las condiciones en el vertedero serán: H excesos = 0.5 m3/2 m m m (constructibilidad) Se ha redondeado la altura del aliviadero por razones constructivas a 0.El caudal de excesos es la resta entre lo captado con el caudal medio: Q excesos = 0. 9 .36 m V excesos = Xs = 1.72 m/s m El vertedero de excesos estará colocado a aproximadamente 1m de la pared de la cámara de recolección agua abajo.36 1. Aliviadero en la camara de recoleccion Q excesos = M= H excesos = L aliviadero = H aliviadero = H aliviadero = 0.5m.5 0.84 0. 75 msnm 10 .41 msnm 778.79 778.75 msnm 776.56 msnm 781.71 779.3 msnm 778.70 779.0 msnm 780.Calculo de cotas Se parte de la cota del fondo de rio en el punto de captación: Fondo del rio = Lámina sobre la presa Diseno = Maxima = Promedio = Corona de los muros de contencion = Canal de aduccion Fondo aguas arriba = Fondo aguas abajo = Lámina aguas arriba = Lámina aguas abajo = Canal de recoleccion Lámina de agua = Cresta del vertedero de exceso = Fondo = Tuberia de exceso Cota de entrada = 780 m 780.42 msnm 781.27 msnm msnm msnm msnm 778.05 msnm 776. 0+010 0+325 0+510 0+590 11 . A continuación. mediante un canal trapezoidal de f’ c= 180kg/cm2 y revestido con 0. CANAL DE CONDUCCION – 654m de longitud El agua fluye en el canal por gravedad.B.05m de concreto. se muestran las distintas secciones del canal en 4 progresivas. con talud de 1.75. y el trapezoidal es de 4m (B) Con esta información se procede a calcular la longitud de la transición: Longitud Transicion Lt = Lt = 3.5. se empieza la transición de sección rectangular a una trapezoidal. Base 2.5% y el n de concreto a usar es de 0.37018846 3. El borde libre elegido es de 0. Finalmente el tirante es de 0. Transición de salida = 3.2m.025.91m. Su espejo de agua es de 4m Diseño de la transición de entrada Se parte de la cota de fondo de canal recolector restándole 10cm para crear un desnivel y permitir que el agua fluya de la cámara de recolección al canal conductor. La cota es: 776. 12 .3m.5m (b).65msnm. El tirante ahora es de 0. S e Q n La base del canal de conducción elegida es 2.5m para que empalme con el lado de la cámara de recolección que es de 2. Esto se debe a que se tiene un suelo arenoso con las siguientes características. y el borde libre de 0. en el instante en que nace el canal.6m.4m. la altua total del canal es de 1. No obstante.Dimensiones del canal típico Rectangular y Trapezoidal Se utiliza la fórmula de Manning para calcular el tirante en el canal: A Rh 3 . 2 El espejo de agua rectangular es de 2.25m para obtener 1m de altura total. La pendiente es de 0. La pendiente de mantiene y el n también con respecto al canal previamente mencionado.4 m m La transición de entrada es la misma que la de salida porque los espejos y ángulo alfa utilizados son los mismos. ALINEAMIENTO DEL CANAL DE CONDUCCION 13 . tales como: Mantiene una cota de agua superior a la necesaria para satisfacer las necesidades eléctricas cuando haya alta demanda. a1 = 0. Para su dimensionamiento se utiliza lo siguiente: Q diseno = Hb = Hc h1 = B= L= hs = 2 30 0.3 m Se utiliza el mínimo y no el valor que depende del diámetro 14 .3*Hb Diseno de la camara de presiones La distancia a1 es la necesaria para evitar el ingreso de sedimentos a la tubería forzada.4 m La distancia a2 es equivalente al diámetro de la tubería de presiones: a2 = 1. CAMARA Y TUBERIA DE PRESIONES La cámara de presiones cumple una serie de funciones.07 m a3min = 0.5 90 9 m3/2 m m: altura del canal de conduccion m: ancho del canal de conduccion m: longitud del canal de conduccion m: 0. Sus dimensiones prohíben la entrada de sedimento a las tuberías de presión Fomenta la sedimentación de los materiales. Lo cual facilita su limpieza y se asegura que dicho material no ingrese a Dispone de un volumen necesario para amortiguar el golpe de ariete.95 2.C. 081 m h'2e = 1.77 m 2 m (construible) La velocidad media de la cámara de presiones se puede adoptar como: Vmedia = 0. Se halla la altura del volumen de agua en el tanque necesaria para el arranque: h2d = Ahora de determina: 0.El a4 se utiliza para minimar el efecto de golpe de ariete: a4 = 0.5 m : de la camara de presiones m: igual que la base del canal de conduccion Se adopta la misma base que la del canal rectangular que luego de la transición finalmente arriba a la mencionada cámara.a2 y a3: h0 = h0 = h2 = 1.85 m 15 .3 m Ahora se halla h0 que es igual a la suma de a1.667 2.6 m/s (asumida) Ahora se procede a hallar la base de la camara de presiones: b2 = b2 = 1. 85 < 2 CUMPLE Debido a que se cumplió la condición se determina la longitud de la cámara de presiones: Longitud de la camara de presiones L tuberia = Hc = 90 m 30 m L2 = L2 = 2.5 m: construible 16 .5 m: costruible Se calcula la altura del nivel máximo: Altura del nivel maximo h2e = 0.Ahora se confrontan las alturas h’2e y h2: COMPROBACION: 1.141 m Altura de la camara de presiones h2c = h2c = 2.51 m 2.44 m 2. 01 m 1.Diametro de la tuberia Diametro = D Mercado = 1. 17 . A continuación se muestra como se empalma el canal conductor con la cámara de presiones y posteriormente con la tubería de presiones.07 m = 42 pulgadas Se elige 1. Se aprecia la transición de salida de trapezoidal a rectangular para permitir que el canal conductor pueda ingresar a la cámara de presiones y posteriormente elevar su cota para finalmente abrir las compuertas y permitir que el agua fluya para generar electricidad.07m o 42 pulgadas porque es una medida comercial. que existe en el mercado. INDICE DE COSTOS Se utilizó el programa Land Project 2005 para calcular el volumen de corte y relleno Volumen de Corte = 3917.4 m3 Volumen de relleno = 61 m3 18 .3. 07m (42'') Acople GRD DN2300 PN 10 Obras de concreto armado canal. transporte y colocacion tuberia de concreto de diametro 1.92 783.133.48 39.64 700.880.50 ======== S/.48 1.76 210.90 43.500. perfilado Acarreo de material excedente (Longitudes<50m) Relleno Retroexcavadora Suministro e Instalacion de tuberías Suministro.680.00 90.00 700.429.00 89.Analisis de costos.00 205.95 27.69 33.459.46 --------------458.523.00 300.00 1.539.184.16 75.00 700. Trabajos preliminares y complementarios Excavación a maquina mini bob cat Excavación manual .900.40 19 .00 1.16 115. bocatoma y Concreto F´c=210kg/cm2 Acero corrugado fy=4200 Encofrado CANTIDAD m3 m3 glb m3 ml und m3 kg ml Costo Directo Gastos Generales 10% Utilidad 07% Sub-total IGV (18%) Total Sección 3.00 61.510.220.920.849.288.60 35.00 110.989.00 20.689.00 73.33 74.987.00 45.00 20.00 PU 23.90 82.00 1.00 1. 540.00 5.00 350.463.00 391.