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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE CIENCIAS FSICAS
EAP. DE INGENIERA MECNICA DE FLUIDO
Diseo hidrulio de u!" r#id" #"r" el #ro$e%o & o!s%rui'!del "!"l #ri!i#"l de For%"le(") dis%ri%o Co!*"s) #ro+i!i" Oros)
Re*i'! A!"sh
MONOGRAFA TCNICA
#"r" o#%"r el %,%ulo #ro-esio!"l de I!*e!iero Me!io de Fluidos
AUTORulio P"lo/i!o 0e!de(u
Li/" 1 Per23445
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DISEO HIDRAULICO DE UNA RAPIDA IV CAP IMF______________________________________________________________________________
INDICE
6.6 INTRODUCCION
3.6 O0ETI7OS
5.6 FUNDAMENTO TEORICO
5.6 DESCRIPCION5.3 CONSIDERACIONES DE DISE8O
Coe-iie!%e de ru*osid"d de M"!!i!*
Tr"!siio!esTr"/o i!li!"doTr"$e%ori"Po(" disi#"dor"For/"i'! de o!d"s
9.6 INFORMACION 0ASICA
9.6 Es:ue/" #er-il de l" r#id"9.3 P"r/e%ros hidrulios "*u"s "rri;" $ "*u"s ";"
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DISEO HIDRAULICO DE UNA RAPIDA IV CAP IMF______________________________________________________________________________
. 0orde Li;re de Po(" Disi#"dor". Tr"!sii'! de S"lid"
B.6 RESULTADOS
B.6 CUADRO DE CALCULOSCu"dro N 3 1 M%odo de i!re/e!%os -i!i%os #"r" el des"rrollo de%ir"!%es e! el "!"l r#id".
B.3 GRAFICOS DE DISE8OGr-io N 3 1 Cur+" E!er*," +s Tir"!%e "!"l r#id"Gr-io N 5 1 Cur+" Tir"!%e +s Ele+"io!es de Po(" Disi#"dor"Gr-io N 9 1 E/#"l/e Tr"$e%ori" $ -o!do de Po(" Disi#"dor".
B.5 CUADRO DE RESULTADOSCu"dro N 9 1 Coorde!"d"s $ ele+"io!es de l" %r"$e%ori"
#"r";'li".Cu"dro N @ 1 Di/e!sio!es de l"s es%ru%ur"s de l" r#id"
.6 CONCLUSIONES
.6 0I0LIOGRAFIA
64.6 ANE>OS
64.6 Pl"!o de #l"!%" $ #er-il del "!"l
64.3 Pl"!o de u;i"i'! de l" (o!" del #ro$e%o64.5 Pl"!o %o#o*r-io de l" r#id"64.9 Pl"!o de diseo hidrulio de r#id"64.@ Fo%o*r"-,"s
Bach. Julio Paloi!o B"!#"$% 5
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&.& INTRODUCCION
L" #rese!%e Mo!o*r"-," T!i" ilus%r" l" "#li"i'! de es%ru%ur"s der#id"s e! "!"les. Se ;"s" e! i!-or/"i'! des"rroll"d" #"r" el Pro$e%o&
HCo!s%rui'! del C"!"l For%"le(".
El C"!"l de For%"le(" se des"rroll" e! u!" eJ%e!si'! de 9.5@ K/ de
lo!*i%ud $ %ie!e u!" "#"id"d de o!dui'! de 544 l%s. L" "!"li("i'!
#er/i%ir e+i%"r l"s #rdid"s #or -il%r"i'!) :ue e! l" "e:ui" eJis%e!%e
lle*"! h"s%" u! 54 del +olu/e! de "*u" :ue disurre #or ell". Asi/is/o#osi;ili%"r /e
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'.&OBJETIVOS
Pla!("ai"!(o #"l P)o*l"aEl "!"l "%u"l de For%"le(" es u!" "e:ui" r2s%i" o!s%ruid" so;re u!
relie+e "ide!%"do #er%e!eie!%e " l" "de!" /o!%"os" de l" Cordiller"
Ne*r". L" i!-or/"i'! *eol'*i" $ los %r";"
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Bach. Julio Paloi!o B"!#"$%
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.& FUNDAMENTO TEORICO.
.& DESCRIPCIONL"s RAPIDASso! us"d"s #"r" o!duir "*u" desde u!" ele+"i'! /"$or
" u!" /s ;"
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+eloid"d $ %ir"!%e orres#o!die!%e) #"r" de%er/i!"r l" *r"die!%e de
e!er*," "l i!iio del %r"/o i!li!"do.
El ()ao i!cli!a#o) o! "!"l ";ier%o) *e!er"l/e!%e si*ue l" su#er-iie
ori*i!"l del %erre!o $ se o!e%" o! u! disi#"dor de e!er*," e! el eJ%re/o
/s ;"
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T)a!-icio!"-
L"s %r"!siio!es e! u!" r#id" ";ier%") de;e! ser dise"d"s #"r" #re+e!ir
l" -or/"i'! de o!d"s. U! "/;io ;ruso de sei'!) se" o!+er*e!%e odi+er*e!%e) #uede #roduir o!d"s :ue #odr,"! "us"r #er%ur;"io!es)
#ues%o :ue ell"s +i"
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El !*ulo ""/#"!"do $ los "!hos #"r" +"rios #u!%os " lo l"r*o de l"
%r"!sii'! #uede! ser "lul"dos $ %r"("dos. Li/i%"!do es%e !*ulo e! u!"
%r"!sii'! de e!%r"d") se /i!i/i(" l" #osi;ilid"d de se#"r"i'! $ el i!iio
de -lu
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E! l"s eu"io!es =9? $ =@?&
Q6 & Tir"!%e e! el eJ%re/o "*u"s "rri;" del %r"/o =/?.h+6& C"r*" de +eloid"d e! el eJ%re/o "*u"s "rri;" del %r"/o =/?
Q3 & Tir"!%e e! el eJ%re/o "*u"s ";"
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reo/e!d"do #"r" los /uros resul%"r de su-iie!%e "l%ur" #"r" o!%e!er
es%e +olu/e! "diio!"l.
T)a;"c(o)ia.
Cu"!do el disi#"dor de e!er*," es u!" #o(") u! or%o %r"/o #ro!u!i"do
de;e o!e%"r l" %r"$e%ori" o! l" #o(" disi#"dor". L" #e!die!%e de es%e
%r"/o +"r," e!%re 6.@& 6 $ 5& 6) o! u!" #e!die!%e de 3& 6 #re-ere!%e/e!%e.
Se re:uiere de u!" ur+" +er%i"l e!%re el %r"/o i!li!"do $ el %r"/o o!
#e!die!%e #ro!u!i"d". U!" ur+" #"r";'li" resul%"r," e! u! +"lor de K
o!s%"!%e e! l" lo!*i%ud de l" ur+" $ es *e!er"l/e!%e us"do. U!"%r"$e%ori" #"r";'li" #uede ser de%er/i!"d" de l" si*uie!%e eu"i'!&
Q J %"! o 8E))o)9 =B?
Do!de&
J & Dis%"!i" hori(o!%"l desde el ori*e! h"i" u! #u!%o so;re l" %r"$e%ori" =/?.
Q& Dis%"!i" +er%i"l desde el ori*e! h"i" el #u!%o > e! l" %r"$e%ori" =/.?. L %&
Lo!*i%ud hori(o!%"l desde el ori*e! h"i" el -i! de l" %r"$e%ori" =/?.
o& A!*ulo de i!li!"i'! del %r"/o i!li!"do "l o/ie!(o de l" %r"$e%ori"
L& A!*ulo de i!li!"i'! del %r"/o #ro!u!i"do "l -i!"l de l" %r"$e%ori".
Puede seleio!"rse u!" lo!*i%ud de %r"$e%ori" =L %? :ue resul%e e! u!
+"lor 4.@ o /e!os) u"!do es sus%i%uid" de!%ro de l" eu"i'! =5? L"
lo!*i%ud L%es us"d" e!%o!es e! el lulo de Q) us"!do l" eu"i'! =B?.
L" %r"$e%ori" de;er," %er/i!"r e! l" i!%ersei'! de los /uros del %r"/oi!li!"do o! los /uros de l" #o(" disi#"dor" ' "*u"s "rri;" de es%e #u!%o.
Si es #osi;le) l" %r"$e%ori" de;e oi!idir o! u"l:uier" :ue se" l"
%r"!sii'! re:uerid". L"s +"ri";les de -lu
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#u!%o so! us"dos o/o l"s +"ri";les "*u"s "rri;" del s"l%o hidrulio e! el
diseo de l" #o(" disi#"dor".
Po$a #i-i0a#o)a
E! u!" #o(" disi#"dor" el "*u" -lu$e desde el %r"/o or%o de #e!die!%e
#ro!u!i"d" " u!" +eloid"d /"$or :ue l" +eloid"d r,%i". El "/;io
";ru#%o e! l" #e!die!%e) do!de l" #e!die!%e su"+e del #iso de l" #o("
disi#"dor" se u!e o! el %r"/o or%o de #e!die!%e #ro!u!i"d") -uer(" el
"*u" h"i" u! s"l%o hidrulio $ l" e!er*," es disi#"d" e! l" %ur;ule!i"
resul%"!%e. L" #o(" disi#"dor" es di/e!sio!"d" #"r" o!%e!er el s"l%o. P"r":ue u!" #o(" disi#"dor" o#ere "deu"d"/e!%e) el !2/ero de Froude&
F 8E))o)9
De;er," es%"r e!%re 9.@ $ 6@) do!de el "*u" i!*res" " l" #o(" disi#"dor".
Es%udios es#ei"les o #rue;"s de /odelos se re:uiere! #"r" es%ru%ur"s
o! !2/ero de Froude -uer" de es%e r"!*o.
1 Si el !2/ero de Froude es /e!or :ue "#roJi/"d"/e!%e 9.@ !o
ourrir," u! s"l%o hidrulio es%";le.
1 Si el !2/ero de Froude es /"$or :ue 64) u!" #o(" disi#"dor" !o
ser," l" /e
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;& A!ho de l" #o(" =/?V
W& C"ud"l =/5s?.
Puede us"rse " -i! de de%er/i!"r el "!ho de u!" #o(" #"r" los lulos
i!ii"les.
El %ir"!%e de "*u" des#us del s"l%o hidrulio #uede ser "lul"do de l"
-'r/ul"&
Q3
1 8E))o)9 8E))o)9 =?
do!de&Q6& Tir"!%e "!%es del s"l%o =/?
+6& 7eloid"d "!%es del s"l%o =/s?
Q3& Tir"!%e des#us del s"l%o =/?.
* & Aeler"i'! de *r"+ed"d =.6 /s3?.
L" o%" del !i+el de e!er*,") des#us del s"l%o hidrulio de;er,"
;"l"!e"rse o! l" o%" del !i+el de e!er*," e! el "!"l) "*u"s ";"
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#o("s disi#"dor"s #uede ser de%er/i!"do del Gr-io N 6. El ;orde li;re
es /edido so;re el !i+el /Ji/o de e!er*," des#us del s"l%o hidrulio.
Cu"!do l" #o(" disi#"dor" des"r*" i!%er/i%e!%e/e!%e o des"r*" h"i" u!"ue !"%ur"l u o%ro !o o!%rol"do) de;er," o!s%ruirse u! o!%rol de!%ro
de l" s"lid" de l" #o(") #"r" #ro+eer el %ir"!%e de "*u"s ";"
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Separacin fraccional
ancho mximo del dentelln D1
Separacin = 2.5 w
2 D1, mn.
m!ral
opcional S"perficie #"perior para "na inclinacin de 5$
2 D1
%i
&i'"ra($ 5.)o*adi#ipadora +
"m!ralterminal
Bach. Julio Paloi!o B"!#"$% 6
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h. Julio Paloi!o B"!#"$% 6
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5. Pro%e*ie!do el relle!o "lrededor de l" sei'! de l" r#id" o!
ri#1r"# ' #"+i/e!%o.
L"s "d"#%"io!es #"r" l" #o(" disi#"dor" #odr,"! i!luir&
6. Dise"!do l" #o(" #"r" %o/"r #re"uio!es #or l" des"r*"
/o/e!%!e" del -lu
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7.& PROCEDIMIENTO DE DISE3O
7.&.PASOS6. Seleio!"r $ dise"r el %i#o de e!%r"d" " ser us"d".
3. De%er/i!"r l" *r"die!%e de e!er*," e! el i!iio de l" sei'! de
l" r#id".
5. C"lul"r l"s +"ri";les de -lu
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Bach. Julio Paloi!o B"!#"$% 33
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h. Julio Paloi!o B"!#"$% 39
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Y& ? h,& ?h 5Y' ? h,' ? h4&@'
Co! l" "$ud" de l" -i*ur" N 3 se #uede resol+er l" eu"i'!)
sie!do&
h 5 S L(
h4 &@' 5 S4 L(
S4 5 8E))o)9
8E))o)9
7. Calculo #"l Ti)a!(" Co!+u1a#o M"!o) Y& ; la "l",aci/! #"la Po$a Di-i0a#o)a.
@.6.Clulo de l" ur+"& Ele+"i'!1%ir"!%e e! el "!"l de l"
r#id".
El lulo se e-e%2" " #"r%ir del %ir"!%e "l i!iio de l"
%r"$e%ori") "#li"!do l" eu"i'! de 0er!oulli $
des#rei"!do l"s #erdid"s. Lue*o se *r"-i"! los +"lores
e!o!%r"dos) olo"!do e! l"s ";sis"s l"s ele+"io!es $
e! l"s orde!"d"s los %ir"!%es YQY. Es%e *r-io es ll"/"do
Cur+" I.
P)oc"#ii"!(o.
1 C"lul"r l" ele+"i'! del *r"die!%e de e!er*," =EGE? e!
l" sei'! do!de se i!ii" l" %r"$e%ori".
8E))o)9
1 C"lul"r los +"lores #"r" %r"("r l" Cur+" Ele+"i'! Z
Tir"!%e e! el "!"l de l" r#id". To/"r sie/#re #"r" el
lulo %ir"!%es /e!ores " Qo. 7er -i*ur" N 5.
1 C"lul"r l" ele+"i'! del -o!do del "!"l de l" r#id")
e! el %r"/o de l" %r"$e%ori". X"ll"r E $ res%"r de l"
Ele+"i'! del Gr"die!%e de E!er*," =EGE?
Bach. Julio Paloi!o B"!#"$% 3B
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Ele+. EGE Z E6
1 Tr"("r l" Cur+" I =Ele+"i'! +s Tir"!%e?
@.3. Clulo de l" Cur+"& Ele+"i'! Z Tir"!%e
Co!
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______________________________________________________________________________
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
Bach. Julio Paloi!o B"!#"$% 3
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Bach. Julio Paloi!o B"!#"$% 54
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g x3
3
Y = /0x tg 01tg2V3mx
h. Julio Paloi!o B"!#"$% 53
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.'. Clculo #"l a!cho #" -ol")a "! la )0i#a ; #"l (i)a!(" "! la -"cci/!
#" co!()ol.
L" Fi*ur" N B) /ues%r" "l*u!os +"lores e! l" %r"!sii'! de e!%r"d"&
A!cho #" la -ol")a *?& Asu/i/os :ue ; es i*u"l " 4.54 / S"cci/!
#" co!()ol& Ourre!i" del -lu
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;6 4.4 /V ;3 4.54 /
Si& 3 B 54[ \ 63 54[) l"s #rdid"s so! /u$ #e:ue"s.
8E))o)9 6.659 /
Lue*o& L% 6.6@ /
Co(a al i!icio #" la T)a!-ici/!
Co(a ' 5 h= ? Co(a &
h SJL%Do!de&
S 4.446V L% 6.6@ /V Co%" 6 5)46.@ /s!/.
h 4.446J6.6@ 4.44B4 /
Lue*o&
Co%" 3 4.44B43 546.@ 5)46.@ /s!/.
Ti)a!(" al i!icio #" la T)a!-ici/!.
De l" eu"i'! de l" E!er*," e!%re 6 $ 3&
Y& ? h,& ?h 5Y' ? h,' ? h4&@'
8E))o)9 V8E))o)9
Do!de&
Q
6 4.9B6 /. V h 4.44B4 /
8E))o)9 8E))o)9 8E))o)9 8E))o)9
Q3 4.9B6 /. V 73 7 3.69 /s
Ree/#l"("!do +"lores&
8E))o)9
Bach. Julio Paloi!o B"!#"$% 59
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8E))o)9
I!%er#ol"!do& Q6 4.93 4.@ /
Co0)o*aci/! #" '
El U.S. Co!ser+"%io! Ser+ie de EE.UU #ro#o!e u!" %r"!sii'! re%"
o! u!" +"ri"i'! "!*ul"r del /uro res#e%o "l e
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Lue*o& h 5 .'67
.
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346-(
)(73 )8 )(73 )7
1.95 1.:; 1.55 1.:5
%e+enda
3 0;,; 3ri'en 8oodenada# 4;.?@. 7Armino 7ra+ectoria
74
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De "uerdo "l #er-il e! el %r"/o de -uer%e #e!die!%e =Fi*ur" N ?)
%e!e/os& Co%"3 5)46.@ /s!/
Co%"5 [email protected] /s!/L" di-ere!i" de o%"s =h? es&
h 5 Co(a' Co(a
h 546.@ Z [email protected]
h 5 .7
Lo!*i%ud %o%"l del "!"l de l" r#id" =L%?&
L( 5
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CUADRO N2
CALCULO DE LOS TIRANTES DE ESCURRIMIENTO EN EL CANAL DE LA RAPIDA
TEOREMA DE BERNOULLI POR TRAMOS FINITOS
Dato# de -ntrada
Q (m3/s) (m) !" (m) # $ (m/s2)
;,?; ;,?; 5,;2;9 ;,;1; @,1
% A P R R &(2/3) V '( E ') E * ';,1; ;,;?; ;,5; ;,;:;;; ;,15?2: 1;,;;;;; 5,;@:DE 5,1@:E 2,1?9E5 9,??E2@
;,11 ;,;?? ;,52 ;,;:?E: ;,15@1; @,;@;@1E,2122: E,?222: 1,:?@2; 5,@:1E:
;,12 ;,;?: ;,5E ;,;:::9 ;,1:EE1 ,??????,5?@E9 ?,:5@E9 1,2D@D; E,@E@2D
;,1? ;,;?@ ;,5: ;,;:@:E ;,1:@29 9,:@2?1?,;15DD ?,1E5 1,;?:D? E,1D291
;,1E ;,;E2 ;,5 ;,;92E1 ;,19?9? 9,1E2:2,:;;E? 2,9E;E? ;,DED:D ?,5D@11
;,15 ;,;E5 ;,:; ;,;95;; ;,199E :,::::92,2:52: 2,E152: ;,9;55; ?,12;99
;,1: ;,;E ;,:2 ;,;99E2 ;,11:5 :,25;;;1,@@;@5 2,15;@5 ;,5@E?9 2,9E5?2
;,19 ;,;51 ;,:E ;,;9@:@ ;,151 5,2?51,9:?:1 1,@??:1 ;,5;::2 2,EE;2?
;,1 ;,;5E ;,:: ;,;12 ;,1E9 5,5555:1,59?1; 1,95?1; ;,E?:29 2,1D@?9;,1E2? ;,;55? ;,::5 ;,;2: ;,1@9@ 5,E2;: 1,5;192 1,:5@5 ;,E1;:@ 2,;@::E
;,1@ ;,;59 ;,: ;,;?2 ;,1@15? 5,2:?1: 1,E11D9 1,:;19 ;,?9@11 1,@D;@D
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;,2; ;,;:; ;,9; ;,;591 ;,1@EE; 5,;;;;;1,29E21 1,E9E21 ;,??212 1,D;:??
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DISEO HIDRAULICO DE UNA RAPIDA IV CAP IMF______________________________________________________________________________
CUADRO N 3
CALCULO DE LA ENER+IA % LAS PERDIDA DE CAR+A
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;,5; ;,9;?D9 ;,9?@:? 1,1592;
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+RAFICO N 2
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TIRANTE 4 (5m)
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Cua#)o N= ;,;;@2@ ?5@9,E;19
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2,E; >;,:?2?: ?5@9,2119:
2,5; >;,:?;52 ?5@9,1::@5
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2,9; >;,999;5: ?5@9,;92@E
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CURVA DE LA TRA%ECTORIA
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30-,.
30-.
(m)
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ELEVACION
30-0.
30-.
30-3.
30-2.
30-.
30-..
.-.. .-20 .-0. .-0 -.. -20 -0. -0 2-.. 2-20 2-0. 2-0 3-..
COORDENADA HORIONTAL (m)
T94758"9
Bach. Julio Paloi!o B"!#"$% @9
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BL (?"7s)
6rfico ($ 1. 8"rFa paraclc"lo de !orde li!re en
)o*a Di#ipadora
Bach. Julio Paloi!o B"!#"$% @@
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De o%ro l"do&
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Do!de&
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Asu/ie!do :ue& 3 B54[
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L% 8E))o)9
L( 5 .K7
Bach. Julio Paloi!o B"!#"$% @
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6.& ANALISIS DE RESULTADOS
Cua#)o N=
Di"!-io!"- #" la- E-()uc(u)a- #"l Ca!al R0i#a
ESTRUCTURA TRANSICION DE ENTRADA
PARAMETROS SIM0OLO UND 7ALOR
Co%" 6 /s!/ 546.@ECo%" 3 /s!/ 546.@A!ho e! 6 ;6 / 4.4A!ho e! 3 ;3 / 4.54A!*ulo De-leJi'! L3 F B54[Lo!*i%ud L% / 6.6@Des!i+el h / 4.43B@
ESTRUCTURA CANAL RAPIDA
PARAMETROS SIM0OLO UND 7ALOR
Sei'! / Re%"!*ul"rCo%" I!iio /s!/ 546.@Co%" Fi!"l /s!/ [email protected]@
A!ho ; / 4.54Tir"!%e Q / 7"ri";leTi#o de Flu
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ESTRUCTURA TRAYECTORIA
PARAMETROS SIM0OLO UND 7ALOR
Sei'! Re%"!*ul"rCo%" I!iio /s!/ [email protected]@Co%" Fi!"l /s!/ [email protected]!ho ; / 4.54Tir"!%e $ / 7"ri";leDis%"!i" hori(o!%"l J / 3.5Dis%"!i" 7er%i"l Q / 4.5E
ESTRUCTURA POA DISIPADORA
PARAMETROS SIM0OLO UND 7ALOR
Sei'! Re%"!*ul"rCo%" Fo!do /s!/ [email protected]!ho ; / 4.54
Lo!*i%ud L#d / 9.65@Pro-u!did"d X / 4.9Tir"!%e Co!
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.& CONCLUSIONES
&. L"s #erdid"s de "r*" e! l"s %r"!siio!es) de#e!de! del !*ulo :ue
-or/"! los "leros de l" %r"!sii'! o! el e
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K.& BIBLIOGRAFIA
&. R0i#a-&De#"r%"/e!%o de Reursos de A*u" $ Tierr"
U!i+ersid"d N"io!"l A*r"ri" 1 L" Moli!"
'. Ma!ual #" #i-"o R0i#a-
Coo#er"i'! T!i" Peru"!o 1 Xol"!des"
Il"o.
. >i#)ulica #" Ca!al"- A*i")(o-
Rih"rd X. Fre!h
Edi%ori"l M Gr" 1 XillI!%er"/eri"!" de MJio
Pri/er" edii'! e! es#"ol.
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FOTO N &
Vi-(a #" u! ()ao #" ca!al #" 4u")(" 0"!#i"!(" . O*-),"-" laco!-()ucci/! )%-(ica #"l ca!al
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FOTO N '
Vi-(a #" u!a R0i#a "! "l ca!al. El ca!al -o)("a "l )"li"," acci#"!(a#o#"l ("))"!o.
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FOTO N
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