valvula de purga y de aire

UNIVERSIDAD NACIONAL "SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO"FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

GRUPO Nº 01

DISEÑO DE OBRAS DE CAPTACION Y CONDUCCION

CARAZ

CALCULOS PRELIMINARES

CALCULO DE LA POBLACION FUTURA

Datos de la poblacion: Donde:5000.00 hab. Poblacion actual

t = 25.00 años t :r = 20.00 hab. /año r : razon de crecimiento de la población

Poblacion futura

La poblacion futura se determina con la siguiente fórmula

Pf = Pa.(1 + r.t) METODO DEL INTERES SIMPLE

Pf = 7500.00 hab.

CALCULO DE LOS CAUDALES DE DISEÑO

Considerando para la zona de captacion un clima frio (temperatura menor a los 20ºC) y con una poblacion de 5000 habitantes (zona urbana), obtenemos la siguiente dotacion:

Dotacion: 120.00 Lt/hab/dia.

Calculamos los caudales:Caudal promedio: 10.42 Lt/segCaudal máximo diario: 13.54 Lt/seg (k1 = 1.30)Caudal máximo horario: 26.04 Lt/seg (k2 = 2.50)

Para el diseño de las obras de captacion y obras de conduccion solo se utilizaran en los claculos el caudalmaximo diario.

En las capatcion y conduccion de aguas superficiales se diseñaran las siguientes estructuras:- Bocatoma - Desarenador.- Camara rompe presion- Valvulas de purga.- Valvulas de aire. - Trasbases.- Lineas de conduccion

El caudal maximo diario obtenido por los calculos es de 13.54 Lt/seg pero por cuestiones de seguridad y por la disponibilidad de agua en la zona de toma se tomará como caudal maximo diario de: 15.0 L/s

Nota :para el dimensionamiento de la obra de toma el caudal de diseño tomado sera el doble del caudal maximo diario, el cual sera eliminado por el vertedero de demasias de dicha toma.

PROYECTO: "SISTEMA DE CAPTACION Y CONDUCCION EN BARRIO DE NUEVA VICTORIA-CARAZLOCALIDAD: BARRIO DE NUEVA VICTORIADISTRITO: PROVINCIA: HUAYLASDEPART.: ANCASH

Pa = Pa :

intervalo de tiempo entre Pf y Pa

Pf :

Qp :

Qmd :

Qmh :

G51

JESUS: SE ASUME POR CUESTIONES DE SEGURIDAD.



GRUPO Nº 01

OBRAS DE CAPTACIONDISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE LA BOCATOMA DE FONDO

NOTA:Se opto por este tipo de bocatoma debido al pequeño ancho disponible del rio, ya que este diseño es utilizada enpequeños rios, en donde la profundidad del cauce no es muy grande.

A ) Datos de aforo de caudales del río: Donde:

6000.00 lts/Seg. Caudal máximo del río.

1800.00 lts/Seg. Caudal Medio o promedio del Río

1000.00 lts/Seg. Caudal Mínimo del Río

30.000 Lt/s B : ancho del rio.

B = 4.00 m. Caudal para el diseño de bocatoma

15.00 Lt/s Caudal maximo diario (ASUMIDO).

1. Diseño de la presa:La presa se diseñará como un vertedero rectangular con doble contracción, cuya ecuación es:

L = 3.00 m.

La lámina de agua en las condiciones de diseño es de:

H = 0.03 m.

La correción por las dos contracciones laterales es:

L' = L - 0.2H = 2.99 m.

La velocidad del agua que pasa sobre la rejilla será:

0.32 m/s

0.3 < V < 3 m/s

0.3 m/s < 0.32 < 3.0 m/s OK

2. Diseño de la rejilla y el canal de aducción:En base a las dimensiones del chorro originado en el fondo del canal:

Alcance fijo superior:

Qmáx = Qmáx :

QProm = QProm :

Qmín = Qmín :

Qmd ' =

Qmd ' :

Qmd = Qmd :

Q = 1.84 L*H3/2

H=(Q/1.84L)2/3

Vr= Q/L'H =

Xs = 0.36Vr2/3 + 0.60H4/7

Ancho (L)

cp

cp

C81

WinuE: ANCHO ASUMIDO PARA LA PRESA



GRUPO Nº 01

0.25 m.

Alcance fijo inferior:

0.15 m.

Ancho Canal de aducción: 0.35 m (ancho mínimo será de 40 cm)

Tomamos B = 0.50 m OK

3. La longitud de la rejilla y el número de orificios:(Se recomienda que los barrotes puedan ser de hierro, con separaciones entre barrotes de 5 a 10 cm y diametros de 1/2", 3/4" ó 1")

Se adopta barrotes de 1/2" (0.0127m) y separación entre ellos de 5 centimetros en la dirección del flujo.a=5.00cm (Separación)

Se supone la velocidad entre barrotes: 0.10 m/s (siendo la máxima de 0.20 m/s).Area neta de la rejilla:

K = 0.90 para flujo paralelo a la sección.

0.333 m2 =(a/a+b)BLr

DespejandoLr = 0.84 m. (ancho mínimo será de 70 cm)

Tomamos Lr = 2.00 m OK

B = 0.50 m.Lr = 2.00 m.

Se adopta longitud de rejilla Lr = 2.00 m.

Xs =

Xi = 0.18Vr4/7 + 0.74H3/4

Xi =

B = Xs + 0.10

An = Q/K*Vb =

Las dimensiones mínimas de las rejillas son (Bmin = 0.4m, Lrmin = 0.70m.):



GRUPO Nº 01

An = 0.797El número de orificios es:

N = An/a x B = 31.90 orificios.

Se adopta 32 orificios separados 5 cm. entre sí.

Con la cual se tienen las siguientes condiciones finales:

An = 0.80Vb = 0.04 m/s < 0.20 m/s OKLr = 2.01 m.

4. Niveles de agua en el canal de aducción:- Aguas abajo:Para que la entrega a la cámara de recolección se haga en descarga libre, debe cumplirse que:

he = hc = 0.07 m.

Consideramos un borde libre de : 15 cm.

- Aguas arriba:Espesor del muro = 0.20 m.

Lc = Lr + espesor del muro = 2.21 m.

3% pudiendo ser de 1% a 4%.

i = 0.030

ho =

ho = 0.07 m.

Ho = ho + BL = 0.22 m.

He = he + (ho - he) + i Lc + BL

He = 0.29 m.

La velocidad del agua al final del canal será:Ve = Q/B x he = 0.84 m/s.

0.3 m/s < 0.84 m/s. < 3.0 m/s. OK

m2

m2

(Q2/g B2)1/3

Se adopta la pendiente del fondo del canal i =

(2he2 + (he – i Lr/3)2)1/2 – 2iLr/3



GRUPO Nº 01

5. Diseño de la cámara de Recolección:

0.48 m.

0.27 m.

Bcámara=Xs+0.30 = 0.78 m

Bcámara = 0.80 m.

Por facilidad de acceso y mantenimiento, se dopta una cámara rectangular de 1.50 x 1.60 m de lado.

El borde libre de la cámara será de: 0.15 m.El fondo será a H: 0.75 m.

Esto por debajo de la cota del canal de aduccion a la entrega ( suponiendo una cabeza de 0.60m que debe ser verificada una vez realizado el diseño de la línea de conducción hasta el desarenador.

6. Cálculo de la Altura de los Muros de Contención:Tomando el caudal máximo de la fuente, reemplazando valores en: 6000.00 lts/Seg.

H = 1.06 m.

Dejando un borde libre, tenemos:H = 1.50 m.

7. Calculo de cota:Fondo del Río en la captación: 3,030.00 m.s.n.m.

Lámina sobre la presa:Diseño: 3,030.03 m.s.n.m.

Máxima: 3,031.06 m.s.n.m.Promedio: 3,030.47 m.s.n.m.

Corona de los muros de contención: 3,031.50 m.s.n.m.

Canal de aducción:Fondo aguas arriba: 3,029.78 m.s.n.m.Fondo aguas abajo: 3,029.71 m.s.n.m.

Lámina aguas arriba: 3,029.85 m.s.n.m.Lámina aguas abajo: 3,029.78 m.s.n.m.

Camará de recolección:

Xs = 0.36Ve2/3 + 0.60he4/7

Xs =

Xi = 0.18Ve4/7 + 0.74he3/4

Xi =

H=(Q/1.84L)2/3



GRUPO Nº 01

Cresta del vertedero de exesos: 3,029.56 m.s.n.m.Fondo: 3,029.06 m.s.n.m.

Se adopta en esta etapa del diseño un valor de: 0.60 m, correspondiente a las pérdidas en la conducción de la bocatoma al desarenador

Tubería de excesos:Cota de entrada: 3,029.06 m.s.n.m.

Cota del río en la entrada: 3,026.06 (*)m.s.n.m.Cota en sálida: 3,026.06 m.s.n.m.

(*)La cota de río en el punto de descarga correspondiente a la cota maximá del río, 50 metros aguas abajode la captacion para una pendiente de 6%.

8. Cálculo del caudal de excesos:Dentro de las condiciones iniciales del diseño, se tiene un caudal medio del río de:

1800.00 Lt/s 1.5 m

H = 0.47 m.

0.3

0.732

0.717

La altura correspondiente al caudal de excesos es:

0.41 m.

La velocidad correspondiente al caudal de excesos es:

1.17 m/s.

Xs = 0.76 m.

El vertedero de excesos estará colocado a: 0.80 m de la pared de la cámara de recolección.

9. Cálculo de la tubería de excesos:i = 6%j = 0.060 m/m.

Caudal de excesos:

QProm. Río = B camara =

H=(Q/1.84L)2/3

Cd =

Qcaptado = m3/s

Qexcesos = Qcaptado - Qdiseño

Qexcesos = m3/s

Hexc. = (Q/1.84L)2/3

Hexc. =

Vexc.= Qexc./(Hexc x Bexc.)

Vexc. =

Xs = 0.36Vexc2/3 + 0.60Hexc

4/7

gHACQ Netadcaptado 2

F297

WinuE: ANCHO DE LA CAMARA DE RECOLECCION



GRUPO Nº 01

Reemplazando datos:D = 0.443 m.

D = 18 Pulg.

OBRAS DE CONDUCCIONDISEÑO HIDRAULICO Y DIMENSIONAMIENTO DEL DESARENADOR - CEPIS

1. Datos de diseño:

15.00 Lt/s Caudal maximo diario

Particulas = 0.010 cm Diametro de las particulasT = 20.0 ºC Temperatura del agua

2.65 Densidad relativa de la arenaμ = 0.010105 cm2/s Viscosidad cinematica para 20ºC

2. Determinacion de la velocidad de sedimentacion (Vs)

Aplicando la formula de Stokes, puesto que tenemos arena muy fina de diametro 0.01 cm.

Siendo:d = diametro de la arenaμ = viscosidad del agua

densidad de la arena

densidad del aguag = aceleracion de la gravedad

Reemplazando en la ecuacion :Vs = 0.890 cm/seg

En estas condiciones se recomienda tener un numero de Reynolds (Re) menor que 1, por lo que constataremos el valor de este parametro:

calculando tenemos :Re = 0.88 (cumple la condicion)

3. Determinacion de la velocidad de horizontal (Vh)

Esta velocidad se calcula a partir de la velocidad de arrastre (Va):

Q = 0.2785 CD2.63j0.54

Qmd =

ρs =

ρs =

ρ =

2

18

1d

sgvs

dVs *

Re



GRUPO Nº 01

reemplazando valores obtenemos:Va = 16.06 cm/seg

Vh= 8.03 cm/seg cumple con las recomendacionesVh < 16 cm/seg.

4. Se determina la seccion transversal de la unidad (At) m2Se calcula de acuerdo a la siguiente ecuacion:

At = 0.187 m2

5. La profundidad (H) y el ancho (B) de la zona de sedimentacion Los determinamos haciendo uso de B = 2H en la siguiente expresion:

H = 0.31 mB = 0.62 m

pero por cuestiones constructivas optaremos por los siguientes valores:

H = 0.35 mB = 0.70 m

6. Area superficial (As) de la zona de captacion:

se calcula con la siquiente ecuacion:

As = 1.686 m2

7. La longitud de la zona de sedimentacion sera:

Se determina de acuerdo a la siguiente ecuacion:

L = 2.41 m

La longitud final sera: LF = 1.25*L

LF = 3.01 mLF = 3.00 m

8. Las dimensiones del canal de by -pass

Normalmente se calculan con las siguientes ecuaciones

A = Q / V En la cual asumimos V = 1m/s

A = 0.015 m2



GRUPO Nº 01

Hacemos b = 2h y definimos las dimensiones del canal:

h = 0.1 mb = 0.2 m

9. Dimensiones de la transicion

La longitud de la transicion de ingreso de ingreso la definimos mediante la siguiente ecuacion:

12º 30'0.44

reemplazando valores:1.19 m

1.20 m

10. Carga de agua sobre el vertedero


0.05 m.

11. Velocidad de paso por el vertedero de salida


0.42 m/s. menor que 1 m/s, cumple con las recomendaciones.

Xs = 0.31 m.

El vertedero de salida estará colocado a: 0.40 m de la pared del desarenador.

12. Longitud total de la unidad (LT) sin incluir muros:

Sera:LT = 4.60 m

13. Caida de la zona de sedimentacion h':

La pendiente será de 8%, con lo cual tendremos:

h' = 0.08*(Lf - 0.50)h' = 0.20 m

14. profundidad el extremo de la zona de sedimentacion

θ = 2 tg(θ) =

L1 =

por cuestiones constructivas L1 =

Hver. = (Q/1.84L)2/3

Hver. =

Vver.= Qver./(Hver x Bver.)

Vver =

Xs = 0.36Vver2/3 + 0.60Hver

4/7

LT = L1 + Lf + Xs

2

Ah



GRUPO Nº 01

se calcula mediante la siguiente igualdad:

0.55 m

Tomaremos un borde libre de 0.50 m

Tomamos un canal de en la zona de lodos de secciones 0.50 x 0.50 m por cuestiones de tener un mayor volumen de sedimentos acumulados en la zoan de lodos, para la evacuacion

La tuberia de limpieza será de una pequeña longitud y de un diametro apropiada para eliminar mas rapido los sedimentos acumulados; para nuestro caso tomaremos un diametro de 200 mm

DISEÑO DE LA CAMARA ROMPE PRESIONCRP- 6 Nº01

Para el proyecto se ha propuesto 02 unidades de CRP-6 cada 50m de desnivel la cual es una recomendación del CEPIS, esto con la finalidad de evitar preisones superiores a la maxima que puede soportar las tuberias

1.- DATOS DEL PROYECTO

Qmd = 15.00 l/s

Dingreso = 5.00 Pulg

Dsalida = 4.00 Pulg

2.- DISEÑO :

2.1.- Carga Requerida para que fluya el gasto(H) :

V = 1.85 m/s

H = 0.27 m

Para el diseño se asume una altura de :

H = 0.50 m

2.2.- Altura Total de la Cámara Rompe Presión(Ht) :

Ht = A + H + BL

A = Altura mínima (10cm) 0.10H = Carga de Agua 0.50

H1 = H + h'

H1 =

H = 1.56 V2/2g

V = 1.9735 Q/D2



GRUPO Nº 01

BL = Borde Libre (mínimo 40 cm) 0.40

Ht = 1.00 m

Se Tomará :

Ht = 1.00 m

Además se considera por facilidad en el proceso constructivo y en la instalación de accesorios, se considera una sección interna de la cámara de: 0.60 m x1.00 m

CRP- 6 Nº02

Para el proyecto se ha propuesto 02 unidades de CRP-6 cada 50m de desnivel la cual es una recomendación del CEPIS, esto con la finalidad de evitar preisones superiores a la maxima que puede soportar las tuberias

1.- DATOS DEL PROYECTO

Qmd = 15.00 l/sDingreso = 4.00 Pulg

Dsalida = 4.00 Pulg

2.- DISEÑO :

2.1.- Carga Requerida para que fluya el gasto(H) :

V = 1.85 m/s

H = 0.27 m

Para el diseño se asume una altura de :

H = 0.50 m

2.2.- Altura Total de la Cámara Rompe Presión(Ht) :

Ht = A+H+BL

A = Altura mínima (10cm) 0.10H = Carga de Agua 0.50BL = Borde Libre (mínimo 40 cm) 0.40

Ht = 1.00 m

Se Tomará :

Ht = 1.00 m

Además se considera por facilidad en el proceso constructivo y en la instalación de accesorios, se considera una sección interna de la cámara de: 0.60 m x1.00 m

H = 1.56 V2/2g

V = 1.9735 Q/D2



GRUPO Nº 01

POR LO TANTO:Resultando para ambos la misma sección y por ello tendrá el mismo diseño.

DISEÑO DE VALVULA DE AIRE Y DE PURGAVALVULA DE AIRE

En todo el tramo del proyecto se colocarán 02 unid. de valvulas de aire, la cuales tendrán por finalidad eliminarel aire atrapado en los puntos altos, ya que sin ello se povocaría la reduccion del área de flujo del agua, produciendo un aumento de pérdida de carga y una disminucion del gasto.

VALVULA DE AIRE Nº 01Caudal = 15.00 Lt / segpresion= 20.3 m.c.a

5 pulg.

El diametro de la valvula de aire será

0.42 pulg

por lo tanto usaremos una valvula de 1/2"de diametro

VALVULA DE AIRE Nº 02 El diametro de la valvula de aire seráCaudal = 15.00 Lt / segpresion= 20.3 m.c.a 0.33 pulg

4 pulg.por lo tanto usaremos una valvula de 1/2"de diametro y una seccion 0.60 x 0.60 m

Diametro de tuberia

Utilizaremos d = D / 12Ø valvula =

Las secciones internas de las valvulas de aire será de 0.6 mx 0.6 m.

Utilizaremos d = D / 12Ø valvula =

Diametro de tuberia



GRUPO Nº 01

VALVULA DE PURGA TIPICO

En el proyecto se colocaran 03 unidades de valvulas de purga, las cuales tienen por funcion la eliminacion desedimentos acumulados en los puntos mas bajos de la línea de conduccion, provocando una reduccion del área de flujo del agua.

El diametro a utilizar lo definiremos de acuerdo a la siguiente tabla:

Como los diametros de tuberia a utilizar en los tramos es de 4 y 5 pulgadas, según el cuadro utilizaremosuna tuberia de 4" para la valvula de purga en ambos tramos de la tuberia.

La sección interna de las valvulas de purga serán de 0.60m x 0.60 m. estos por procesos constructivos.

DISEÑO DE LA LINEA DE CONDUCCION

BOCATOMA - DESARENADOR1.- Datos

Cota de lamina de agua en la camara de recoleccion 3,029.56 m.s.n.mCota de lamina de agua en el desarenador 3028.26 m.s.n.mCaudal maximo diario 15.00 Lt/ segLongitud total del tramo 30 m

Se calculará mediante la fórmula de Hazen - Willians

Donde:Pérdida por función entre el tramo i - j (m) 1.30Longitud en kilometros desde el punto i hasta j. 0.03Caudal en L/s del trami ij. 15.00Diametro del tramo ij en pulgadas ¿?Coeficiente de Hazen - Willians 150

Calculando obtenemos:

D = 3.7 pulgadas

Escogemos el diametro comercial superior al obtenido D = 5.0 pulg.

2.- Verificamos la perdida de carga y las presiones

2.- Calculo del diametro de tuberia necesario para la hf disponible en el tramo

hij =Lij =Qij =Dij =

CHij = Para tuberias HDPE/ PE 100



GRUPO Nº 01

La pérdida de carga será: 0.29 m

La cota piezometrica del desarenador sera: 3,029.27 m.s.n.mAltura de presion será: 1.02 m.c.a OK

3.- Verificamos la velocidad Donde:V = Q / A Q = Caudal maximo diarioV = 1.18 m/s A = Area de la sección de la tuberia

0.6 m/s < 1.18 < 3.0 m/s OK Lo recomendado por CEPIS

DESARENADOR - CRP-6 Nº011.- Datos

Cota de lamina de agua en el desarenador 3028.26 m.s.n.mCota de lamina de agua en el CRP-6 Nº 01 2978.26 m.s.n.mCaudal maximo diario 15.00 Lt/ segLongitud total del tramo 1880 m




D = 4.1 pulgadasEscogemos el diametro comercial superior al obtenido D = 5.0 pulg.






CRP-6 Nº01 - CRP-6 Nº02 1.- Datos

hij =

Por lo tanto utilizaremos tuberia HDPE Ø125 mm,SDR 27.60 PN = 6 Bar, según morma NTP- ISO 4427




hij =

Por lo tanto utilizaremos tuberia HDPE Ø125 mm,SDR 27.6 PN = 6 Bar, según morma NTP- ISO 4427



GRUPO Nº 01

Cota de lamina de agua en el CRP-6 Nº 01 2978.26 m.s.n.mCota de lamina de agua en el CRP-6 Nº 02 2928.25 m.s.n.mCaudal maximo diario 15.00 Lt/ segLongitud total del tramo 556.77 m




D = 3.2 pulgadas







CRP-6 Nº02 - PLANTA DE TRATAMIENTO1.- Datos

Cota de lamina de agua en el CRP-6 Nº 02 2928.25 m.s.n.mCota de lamina de agua en la P.T 2889.06 m.s.n.mCaudal maximo diario 15.00 Lt/ segLongitud total del tramo 698.12 mPresion de lmínima en la P.T 15.0 m.c.a


Donde:Pérdida por función entre el tramo i - j (m) 24.19Longitud en kilometros desde el punto i hasta j. 0.698Caudal en L/s del trami ij. 15.00




hij =

Por lo tanto utilizaremos tuberia HDPE Ø110 mm,SDR 21 PN = 8 Bar, según morma NTP- ISO 4427


hij =Lij =Qij =



GRUPO Nº 01

Diametro del tramo ij en pulgadas ¿?Coeficiente de Hazen - Willians 150


D = 3.8 pulgadas







PLANTA DE TRATAMIENTO - RESERVORIO1.- Datos

Cota de lamina de agua en la P.T 2889.06 m.s.n.mCota de lamina de agua en el reservorio 2864.00 m.s.n.mCaudal maximo diario 15.00 Lt/ segLongitud total del tramo 245.0 mPresion mínima en el reservorio 15.0 m.c.a




D = 3.7 pulgadas




La cota piezometrica del desarenador sera: 2,882.10 m.s.n.m

Dij =CHij = Para tuberias HDPE/

PE 100

hij =





hij =



GRUPO Nº 01

Altura de presion será: 18.10 m.c.a OK




valvula de purga y de aire

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