Diseño básico de una obra de toma en presa de tierra

UNIVERSIDAD CATÓLICA ANDRÉS BELLO[pic 1][pic 2]

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

INGENIERÍA HIDRAÚLICA I

TALLER 06 – MEMORÁNDUM DE CÁLCULO

DISEÑO BÁSICO DE LA OBRA DE TOMA ANEXA A UN EMBALSE.

ÍNDICE DE CONTENIDO

DISEÑO CONCEPTUAL DE LA OBRA DE TOMA ANEXA A UN EMBALSE.        3

1.        Objetivos:        3

2.        Información requerida.        3

2.1.        Niveles Característicos del embalse        3

2.2.        Curva de capacidad del embalse.        3

3.        Cálculos.        4

3.1.        Pérdidas localizadas en la obra de toma.        4

3.2.        Pérdidas por fricción en el ducto de la obra de toma.        4

3.3.        Pérdidas totales.        6

3.4.        Energía en la entrada de la válvula.        6

3.5.        Ecuación de descarga de la válvula.        6

4.        Verificación del vaciado del embalse.        8

4.1.        Caudal Neto        8

4.2.        Volumen        8

4.3.        Tiempo        8

4.4.        Condiciones de verificación.        9

5.        Análisis y conclusiones.        9

6.        Recomendaciones.        10

Referencias        13

Índice de Tablas

Tabla 1. Perdidas locales de la Obra de Toma        4

Tabla 2. Perdidas por Fricción en la obra de toma.        5

Tabla 3. Ecuaciones de descarga del embalse.        7

Tabla 4. Vaciado del embalse para el 100% de apertura de válvula.        11

DISEÑO CONCEPTUAL DE LA OBRA DE TOMA ANEXA A UN EMBALSE.

1. Objetivos:

1. Definir la curva de descarga, en función de la Cota de Agua en el embalse, para el 100 % y el 50% de abertura de la válvula de control de caudal (Tipo Cono Fijo o Howell Bunger). (Ecuación 3 y Gráfico 1).
2. Verificar que durante el vaciado del embalse (Vol Inicial = Vol al NAN) se cumple que:

• Se puede descargar el Tercio Superior (En Cotas) del Embalse en un lapso mayor a 10d pero menor de 30d (10 días < t < 30 días).
• Se puede descargar el 100 % del volumen del Embalse entre NAN y NMOp, en un lapso comprendido entre 75 y 90 días (75 días < t < 90 días).

1. Información requerida.

Para la elaboración del presente informe, se cuenta con la siguiente información:

• Perfil de una sección de la presa donde se visualiza el tramo desde la obra de toma sumergida, hasta la descarga en la válvula de cono. En este perfil se idéntica cada uno de los componentes del túnel y sus características.

1. Niveles Característicos del embalse

1. Curva de capacidad del embalse.

         (ec.1)[pic 3]

1. Cálculos.

Se llevo a cabo la siguiente metodología de cálculo:

1. Pérdidas localizadas en la obra de toma.

Para cada una de las perdidas localizadas se calculó el coeficiente “Ke” mediante las gráficas presentadas en el libro de Juan José Bolinaga, “Proyectos de Ingeniería Hidráulica”.

Tabla 1. Perdidas locales de la Obra de Toma

[pic 4]

Fuente: Elaboración propia (Excel).

1. Pérdidas por fricción en el ducto de la obra de toma.

Primeramente, dado que el caudal ecológico es de 4 m³/s, éste representa la condición mínima de descarga, por lo que se determina el número de Reynolds (R) para esta condición en el tramo de túnel de concreto de D = 2,50 m, valor que indica el menor número de Reynolds que ocurrirá en la toma operando en condición normal. Esto se realiza con el fin de verificar si se trabaja con flujo turbulento en todo momento.

[pic 5]

Donde:

V: Velocidad del flujo expresada como Caudal entre Área.

D: Diámetro de la tubería.

𝜈: Viscosidad Cinemática del flujo: 10-6 𝑚²⁄𝑠.

Como 𝑅𝑚𝑖𝑛 = 2,04.106, se concluye que para cualquier momento el flujo es turbulento, por lo que el factor de fricción (f) se calcula usando la ecuación de Nikuradse de flujo turbulento rugoso. Dicha ecuación se muestra a continuación:

[pic 6]

Donde:

Kr: Rugosidad relativa (Rugosidad equivalente entre el diámetro de la tubería K/D).

Luego, se obtiene el valor de la pérdida por fricción en función del caudal mediante la ecuación de Darcy Weisbach:

[pic 7]

Donde: (demás parámetros especificados anteriormente).

L: Longitud del tramo.

Tabla 2. Perdidas por Fricción en la obra de toma.

[pic 8]

Fuente: Elaboración propia (Excel).

Nota: Para mayor precisión en la estimación de pérdidas a lo largo de la obra de toma, se consideraron las pérdidas por fricción en todos y cada uno de los elementos principales.

1. Pérdidas totales.

Por consiguiente, se obtienen las pérdidas totales, como la sumatoria de las perdidas localizadas y por fricción, en función del caudal al cuadrado “Q2” que varía según la abertura de la válvula de cono fijo colocada al final de la obra:

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