Cimacio - Cruzado Mendoza PDF

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Construccion de un perfil de Barraje - Hidraulica II...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA HIDRÁULICA

PRACTICA DE LABORATORIO: DISEÑO DE CIMACIO TIPO CREAGER - OFITSEROV

Presentado por el alumno:

Cruzado Mendoza, Gilberth Eduardo

Docente:

Ing. Luis Andrés León Chávez

CAJAMARCA-PERÚ 1

2018 1. RESUMEN El presente trabajo tiene por finalidad diseñar un Vertedor Cimacio tipo Creager-Ofitserov que será probado en el canal del laboratorio de Recursos Hídricos, valiéndose de los datos dados en clase por el docente de catedra. Para el diseño, es necesario realizar los cálculos respectivos para determinar las dimensiones de la estructura mencionada valiéndose de los datos propuestos por el docente, luego se plasma la estructura dibujada en la realidad haciendo una de concreto simple utilizando el perfil obtenido en clase, seguidamente se la deja secar y luego se la sumerge al agua para obtener una mayor resistencia. Finalmente, se la prueba en el canal del laboratorio de recursos hídricos obteniendo datos para luego compararlos con los teóricos.

2

2. OBJETIVOS

2.1.

Objetivo General



2.2.

Realizar el diseño de un Vertedor tipo Cimacio haciendo uso de los datos propuestos por el docente en clase.

Objetivos Específicos



Calcular la altura de carga H y con ello, las dimensiones del vertedero a elaborar



Calcular la pendiente necesaria para un tirante hidráulico planteado por el docente.



Medir la sección del canal.



Medir la carga de agua (Hm), la pendiente y el caudal de trabajo experimentalmente.



Comparar los resultados obtenidos con los obtenidos de las formulas teóricas.

3. REVISION LETIRARIA

3.1.

Vertedero

Se llama vertedero a un dispositivo hidráulico que consiste en una escotadura atreves de la cual se hace circular el caudal que se desea determinar. (ARREGARIN, C. 2000)

3.2.

Vertedero Cimacio (Creager - Ofitserov)

El vertedero tipo Creager es una obra que se construye con el fin de encausar el exceso 3

de agua que se incrementa en diferentes temporadas del año sin peligro de producir erosión y deterioro en la estructura, y controlando que el afluente no se desborde y conserve su cauce natural (PONCE, V. 2015)

Fig. n°1. Perfil tipo Creager. Fuente: (PONCE, V. 2015)

3.3.

Aforo

Método experimental usado para determinar el caudal aproximado de una tubería, canal, rio, etc. Este método es ampliamente usado en campo cuando no existen registros de la cantidad de caudal que atraviesa por una sección específica. Existen estructuras como los vertederos que facilitan el cálculo del caudal en un cauce natural. (VILLON, M. 1995)

3.4.

Caudal

Caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. (VILLON, M. 1995)

3.5.

Caudal que atraviesa por un vertedero 3

Q=M∗B∗H m2 … …(1)

4

Donde:    

Q = Caudal en m3 B = Ancho del canal o rio (m) Hm = Altura de carga máxima (m) M = Coeficiente de descarga (2.21) (FUENTE: APUNTES DE CLASE 2018)

3.6.

Diseño del perfil tipo Creager

Para obtener estas condiciones de flujo la forma del perfil debe ser de las características siguientes:

Fig.n°2. Partes del vertedero de Cimacio Fuente: (ARTEAGA, E. 2010) 3.7.

Diseño del perfil Creager.

Para obtener estas condiciones de flujo la forma del perfil debe ser de las características siguientes:       

R1 = 0.530 * Hm …… (02) R2 = 0.254 * Hm …… (03) R3 = 0.234 * Hm …… (04) Xc = 0.283 * Hm …… (05) Yc = 0.126 * Hm …… (06) R1-R2 = 0.296*Hm ……… (07) Hm: Altura de Carga Máxima 5

Desde el punto “O” hacia abajo hasta el chorro que cae vertical se diseña según las coordenadas de chorro con caída libre, pero con una configuración más amplia. Los valores de Y se han calculado mediante la fórmula: Y=

0.48∗X 1.875 … … ( 08 ) Y 0.875

Las coordenadas reales para la estructura se multiplican por la carga real hallada. La tabla ha sido calculada para H = 1m. De ser Ho diferente las abscisas y ordenadas deben ser multiplicadas por Ho. (APUNTES DE CLASE,2018).

Tabla N°1. Coordenadas del perfil Creager – Ofiserov para Ho= 1m

Valor de “X” 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.7 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

3.8.

Valor de “Y” Lamina Conjugada 0.0 0.006 0.023 0.050 0.086 0.184 0.315 0.480 0.675 0.902 1.298 1.760 2.675 3.766 5.027 6.458 8.054

Calculo del radio de conjugación 6

Ordenada del vertedor 0.0 0.005 0.020 0.048 0.083 0.18 0.31 0.45 0.67 0.88 1.28 1.75 2.66 3.75 4.95 6.4 7.9

El segmento de círculo que describe la zona de descarga del vertedor es tangente tanto al plano de referencia como la curva descrita por el perfil del vertedor, y cuyo radio de salida se obtiene mediante la interpolación de los datos mostrados en la siguiente tabla (KROCHIN, S. 1982):

Tabla N°2: Radio de salida en función de la altura del vertedor (H) y la carga del diseño (Ho)

P’ (m) 10 20 30 40 50 60

1 1 3.0 4.0 4.5 4.7 4.8

2 4.2 6.0 7.5 8.4 8.8 8.9

3 5.4 7.8 9.7 11.0 12.2 13.0

H(m) 5 7.5 10.0 12.4 14.5 16.5 18.0

4 6.5 8.9 11.0 13.0 14.5 15.5

6 8.5 11.0 13.5 15.8 18.0 20.0

7 9.6 12.2 14.7 17.0 19.2 21.2

8 10.6 13.3 15.8 18.0 20.3 22.2

9 11.6 14.3 16.8 19.0 21.3 23.2

La superficie del aliviadero o vertedor se conjuga con el fondo aguas abajo mediante una contracurva cuyo radio se escoge en función de la carga máxima “Hm” y la altura de la presa, para lo cual en este caso se utilizará la fórmula directa ya que p´< 10 m (APUNTES DE CLASE,2018). R=0.5∗P … … … … …(09)

4. PROCEDIMIENTO A. Calculo Teórico de las dimensiones del cimacio – Creager 1.1.

Calculo de la pendiente

2

1

A Q= ∗R 3 ∗S 2 n  A = 0.18*0.235 = 0.0423m2  n= 0.011 mm 7

 R=5  Q = 0.01m3/s 2

0.01

1

2 m 3 0.0423 m 2 = ∗0.071m 3∗S s 0.000011 m

S=0.000389

1.2.

Calculo de la altura de carga Hm=

(

(

Q 2.21∗0.235

)

)

2 3

2

m3 3 s =0.072 m Hm= 2.21∗0.235 m 1.3.

0.01

Calculo de las coordenadas “X” y “Y”

Para el cálculo de las coordenadas, se multiplican por la altura de carga Hm = 0.072 m , obteniéndose la siguiente tabla Tabla N° 3. Valores de las coordenadas obtenidos para el Cimacio para Hm = 0.072m

8

Fig. N° 3. Perfil del Cimacio en Excel

1.4.

Calculo de las dimensiones del Cimacio

a. Valores de los radios Tabla n°4 Valores de los radios

Fig. N°4. Perfil del Cimacio

b. Valores del perfil del cimacio 9

Tabla n°5 Valores de los radios

Fig.5. Perfil del cimacio

B. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

i.

S=

Se mide la pendiente del canal

0.045 =0.00028 157.9

10

ii.

Sección del canal con el Cimacio

iii.

Caudal

Método volumétrico = Volumen 20L Tabla N°6 datos de tiempos para el calculo del caudal TIEMPO EN SEGUNDOS

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T promedio

1.97 2.09 2.16 2.08 1.97 2.15 1.96 2.04 2.05

V 0.02 3 =0.00975 m /s Q= = t 2.05

iv.

Perfil del vertedor Cimacio en el canal

Figura N°6: perfil del cimacio en el canal v.

Cuadro de resultados 11

Tabla N°6 Cuadro de resultados

5. CONCLUSIONES

12



Se determinan dos pendientes, tanto teórica que fue 0.00038 y practica cuyo valor fue aprox 0.0003



Se logró hallar las dimensiones del cimacio utilizando las ecuaciones anteriormente presentadas, para un tirante de 0.18 m como se muestra a continuación

Fig.n°7 Dimensiones del Cimacio

Fig.n°8 Dimensiones del Cimacio



Se mide la sección del canal utilizado



Los valores experimentales obtenidos fueron 13

Comparando valores tanto teóricos como experimentales se determina una variación mínima como 5 milímetros en altura de carga, un valor de 0.00008 en pendiente y 0.00025 m3/s del caudal



6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS BIBLIOGRAFÍA



Arregarin Cortez, F. (2000), Obras de Excedencia, Editorial Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, primera edición, , México. Pág. 270.



Krochin, S. (1982), Diseño Hidráulico, Editorial De La Escuela Politécnica Nacional, segunda edición, Quito – Ecuador, 425p.



Ponce, Víctor. (2015), Hidráulica de Canales, editorial Pearson Educación, sexta edición, México D.F - México, 350p.



Villón Béjar, M. (2007), Hidráulica De Canales, editorial Villón, segunda edición, Lima – Perú, 508p.

LINKOGRAFIA

Estudio integral del aliviadero de abanico, Evio Alegret Brena-2010. Disponible en:



http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2007-24222010000200003 

Vertedero Creager, Eduardo Carrillo Obando. Disponible en: 14

https://dokumen.tips/documents/vertedero-creager.html 7. ANEXOS

Fig. N° 9. Perfil del Cimacio en Excel

Fig. N°10. Perfil del Cimacio

15

Fig.11. Construcción del vertedor Cimacio Cimacio

Fig.12.Construccion del vertedor tipo

Fig.13. Construcción del vertedor tipo cimacio

16

Fig.14. Desencofrado del vertedor

Fig. N°15 Medición del caudal utilizando el método volumétrico

17

Fig. N° 16 Medicion de la pendiente del canal

Fig.N° 17 prueba del cimacio construido en el canal

Fig. N°18. Corroboracion de la medida de la carga de agua sobre el cimacio.

18...