DATOS DEL LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO

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    21-Oct-2015

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Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 1 *NDICE* INTRODUCCIN __________________________________________________ 2 MARCO TERICO __________________________________________________ 3 DATOS DEL LEVANTAMIENTO DE NIVEL TOPOGRFICO _________________________ 5 CLCULOS DEL DESNIVEL: ___________________________________________________ 6 CLCULO DE LA PENDIENTE COMPENSADA: _______________________________________ 6 FRMULAS ______________________________________________________ 7 DATOS _________________________________________________________ 8 CLCULOS DEL CANAL RECTANGULAR ____________________________________ 9 CLCULOS DEL CANAL TRAPEZOIDAL ___________________________________ 11 CLCULOS DEL CANAL SEMICIRCULAR ___________________________________ 14 RESULTADOS ____________________________________________________ 16 CANAL RECTANGULAR ____________________________________________________ 16 CANAL TRAPEZOIDAL _____________________________________________________ 16 CANAL SEMICIRCULAR ____________________________________________________ 16 CONCLUSIN ___________________________________________________ 17 Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 2 *INTRODUCCIN* El presente trabajo de investigacin es un intento de acercarnos a nosotros los estudiantes en la comprensin del modo en que opera un canal de mxima eficiencia, este trabajo ha sido calculado en los terrenos de la Facultad de Estudios Superiores Aragn en donde primeramente se calculo el nivel de un tramo de 330m de longitud, y que a travs de 3 diferentes mtodos se determin qu tipo de seccin transversal es el ms ptimo para el transporte del lquido. El objetivo primario es conocer los datos que hacen falta en el problema tal como el permetro, rea y el radio hidrulico en los tres tipos de canales para trabajar con el ms eficiente. Dicho lo anterior se presentar el desarrollo matemtico de los tres tipos de canales tomando en cuenta un previo estudio topogrfico que determinara los datos fundamentales para el perfeccin del problema, posteriormente se trabajara con los datos tomados en campo donde se proceder al clculo del canal rectangular, trapezoidal y semicircular con el uso de las formulas correspondientes a cada caso, de tal manera que el equipo lleve a cabo un proceso de anlisis y comprensin de los datos para que juntos den la mejor conclusin. Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 3 *MARCO TERICO* rea (A). Es el rea mojada o rea de la seccin transversal del flujo, perpendicular a la direccin de flujo. Permetro mojado (P). Es la longitud de la lnea de interseccin de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccin de flujo. Radio hidrulico (Rh). Es la relacin del rea mojada con respecto a su permetro mojado: Ancho superficial (T). Es el ancho de la seccin del canal en la superficie libre. Profundidad hidrulica (D). Es la relacin entre el rea mojada y el ancho en la superficie: Profundidad de flujo (y). Es la distancia vertical desde el punto ms bajo de una seccin del canal hasta la superficie libre. Nivel. Es la elevacin o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre. Nomenclatura hidrulica A rea hidrulica P Permetro mojado Q Gasto Rh Radio hidrulico y,d Tirante b Base o plantilla n Rugosidad - s Pendiente - D Dimetro V Velocidad Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 4 Uno de los factores que intervienen en el costo de construccin de un canal es el volumen por excavar; este a su vez depende de la seccin transversal. Mediante ecuaciones se puede plantear y resolver el problema de encontrar la menor excavacin para conducir un caudal, siempre que se conozca la pendiente. Para que escurra el mayor caudal posible, es lo que se ha llamado seccin de mxima eficiencia hidrulica. Para un canal rectangular la mxima eficiencia se cumplir cuando el tirante, sea: b=2y Para la forma trapezoidal, se cumplir entonces una mxima eficiencia, cuando el radio hidrulico R sea igual a la mitad del tirante, as: R = y / 2 SI R ES MXIMO ENTONCES LA MXIMA EFICIENCIA (>>Q) La condicin de caudal mximo se debe nicamente al mximo R, ya que el resto de variables son datos (uniforme). R es mayor cuando el P es menor. De todas las secciones conocidas la semicircular es la que tiene el menor permetro mojado a igualdad de rea, pero la construccin de este tipo de seccin es costosa. Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 5 *DATOS DEL LEVANTAMIENTO DE NIVEL TOPOGRFICO* INQUIERDA CENTRAL DERECHA Datos de la pendiente compensada: cadenamiento 0+000 0+330 1.52800 1.64090 Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 6 CLCULOS DEL DESNIVEL: CLCULO DE LA PENDIENTE COMPENSADA: Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 7 *FRMULAS* Canal rectangular: Canal trapezoidal: Canal semicircular: Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 8 *DATOS* TALUD NGULO 0:1 90 0.5 0.25:1 75.9638 0.6404 0.50:1 63.4349 0.8090 0.5773:1 60.0022 0.8661 0.75:1 53.1301 1 1.00:1 45 1.2071 1.50:1 33.69 1.6514 2.00:1 25.5651 2.1180 2.50:1 21.8014 2.5963 3.00:1 18.4349 3.0811 3.50:1 15.9454 3.5700 4.00:1 14.0362 4.0616 DATOS PARA CALCULAR EL CANAL: Area=6.58m S=0.000342121 n=0.030(pasto corto) Longitud=330m Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 9 *CLCULOS DEL CANAL RECTANGULAR* Datos: 1. Obtenemos el tirante (y) conociendo el rea: 2. Obtenemos la base (b) conociendo el valor del tirante (y): 3. Obtenemos el perimetro mojado(P) conociendo el tirante(y) y la base(b): Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 10 4. Calculamos el radio hidrahulico (Rh) mediante sus dos formulas conocidas: 5. Calculamos el gasto hidrahulico (Q): 6. Por ultimo calculamos la velocidad (V): Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 11 *CLCULOS DEL CANAL TRAPEZOIDAL* Datos: 1. Despejamos el tirante (y) de la siguiente ecuacin usando como valor conocido un ngulo de 60: 0.8660627023b 2. Obtenemos la plantilla (b) conociendo el rea y usando la siguiente formula: TALUD(m) NGULO 0.5773502692:1 60.0022 Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 12 3. Obtenemos el tirante (y) conociendo el valor de la plantilla (b): 4. Obtenemos el perimetro mojado (P) con la siguiente ecuacin: 5. Calculamos el radio hidrahulico (Rh) mediante sus dos formulas conocidas: Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 13 6. Calculamos el gasto hidrahulico (Q): 7. Calculamos la velocidad (V): Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 14 *CLCULOS DEL CANAL SEMICIRCULAR* Datos: 1. Obtenemos el diametro conociendo el rea: 2. Obtenemos el tirante del canal (y): Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 15 3. Obtenemos el perimetro mojado (P): 4. Calculamos el radio hidrahulico (Rh) mediante sus dos formulas conocidas: 5. Calculamos el gasto hidrahulico (Q): 6. Calculamos la velocidad (V): Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 16 *RESULTADOS* CANAL RECTANGULAR CANAL TRAPEZOIDAL CANAL SEMICIRCULAR SECCIN TRANSVERSAL RESULTADOS rea (A) 6.58m Longitud (L) 330m Pendiente (s) 0.000342121 Rugosidad (n) 0.030 Tirante (y) 1.813835715m Base (b) 3.627671429m Permetro mojado (P) 7.255342859m Radio hidrulico (Rh) 0.906917857m Gasto hidrulico (Q) s Velocidad (V) s SECCIN TRANSVERSAL RESULTADOS rea (A) 6.58m Longitud (L) 330m Pendiente (s) 0.000342121 Rugosidad (n) 0.030 Tirante (y) 1.949121302m Base (b) 2.250554488m Permetro mojado (P) 6.751857327m Radio hidrulico (Rh) 0.974546659m Gasto hidrulico (Q) s Velocidad (V) s SECCIN TRANSVERSAL RESULTADOS rea (A) 6.58m Longitud (L) 330m Pendiente (s) 0.000342121 Rugosidad (n) 0.030 Tirante (y) 2.046694433m Diametro (D) 4.093388866m Permetro mojado (P) 6.429880185m Radio hidrulico (Rh) 1.023347217m Gasto hidrulico (Q) s Velocidad (V) s Diseo de un canal de mxima eficiencia Hidrulica de Canales. Pgina 17 *CONCLUSIN* Gracias a la realizacin de este proyecto hemos adquirido un aprendizaje significativo en el curso de hidrulica de canales en parte al contacto fsico e interactuando en campo comprendimos mejor la manera en que se trabaja y pudimos observar que el canal de mxima eficiencia es aquel que transporta ms liquido en un mismo tiempo que es el gasto ms elevado. El reporte de datos de los tres canales nos muestra claramente que para la construccin de un canaln de 330m de longitud, que adems posea un rea de 6.58 m^2 y una pendiente compensada en 0.000342121 tiene como mejor diseo el canal semicircular ya que es el ms ptimo de los 3 alcanzando un gasto de 4.11980361 m s estando por encima de los canels rectangular y trapezoidal.