ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ. ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ (MSc)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ. ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ (MSc)"

Λυσιστράτη Οικονόμου
5 χρόνια πριν
Προβολές:

Ακαδημαϊκό Έτος: 207-208 η Γραπτή Εργασία

1 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ (MSc) ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ ΠΣΕ60 Ακαδημαϊκό Έτος: η Γραπτή Εργασία Επιβλέπων ΣΕΠ: Φοιτητής/τρια: Α.Μ. Αθήνα,../ / 20

2 Άσκηση - H παροχή σχεδιασμού για εξωτερικό δίκτυο είναι (σελ. 32 από το βιβλίο του ΕΑΠ), QQ σσσσ = λλ QQ μμέσσσσ ηηηη. mm 3 /ss 86,400 όπου QQ μμέσσσσ ηηηη είναι η μέση ημερήσια παροχή (ο πληθυσμός, Ν, της πόλης θεωρείται σταθερός κατά τη διάρκεια του έτους), Έτσι QQ μμέσσσσ ηηηη = qq ΝΝ = 80 4,000 = 720,000 llll/dd = mm 3 /ss Qσχ = m 3 /s Οι γραμμικές ενεργειακές απώλειες κατά μήκος του αγωγού υπολογίζονται από την Darcy-Weisbach, ΔΔΔΔ = ff LL DD VV2 2gg Το f υπολογίζεται από το διάγραμμα Μoody για ks/d = DD VV RRRR = vv όπου V είναι η ταχύτητα μέσα στο αγωγό και για αγωγό κυκλικής διατομής είναι, και οπότε ο Re είναι, RRRR = VV = 4 QQ σσσσ = mm/ss ππ DD = Για τις τιμές αυτές του ks/d και του Re, βρίσκουμε από το διάγραμμα Moody ότι f = Έτσι αντικαθιστώντας στην Darcy-Weisbach, ΔΔΔΔ = = mm 2 9.8

3 Άσκηση -2 Όπως και στο προηγούμενο ερώτημα αρχικά υπολογίζουμε την παροχή σχεδιασμού για εξωτερικό δίκτυο είναι (σελ. 32), QQ σσσσ = λλ QQ μμέσσσσ ηηηη. mm 3 /ss 86,400 όπου QQ μμέσσσσ ηηηη. είναι η μέση ημερήσια παροχή, Έτσι QQ μμέσσσσ ηηηη = qq ΝΝ = 80 5,000 = 900,000 llll/dd = mm 3 /ss Qσχ = m 3 /s Από εκφώνηση έχουμε ότι το ύψος των απωλειών ενέργειας (ΔΗ2) δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το 80% των απωλειών ενέργειας από το ερώτημα α (ΔΗ), έτσι, ΔΗ2 <= 0.8 ΔΗ <= m Η εύρεση της ελάχιστης διατομής πραγματοποιείται με δοκιμή και σφάλμα. Αρχικά υποθέτουμε ότι η διατομή είναι κατά 0.02 m (20 mm) μεγαλύτερη από την διατομή του αγωγού στην Άσκηση - το οποίο είναι αναμενόμενο καθώς ο αγωγός θα εξυπηρετεί μεγαλύτερο αριθμό κατοίκων. Η ταχύτητα σε κάθε βήμα υπολογίζεται όπως στην Άσκηση - για τις διαφορετικές τιμές της διαμέτρου του αγωγού. Για κάθε τιμή της ταχύτητας υπολογίζεται ο Re. Υπολογίζεται ο λόγος ks/d για κάθε διάμετρο. Δεδομένου Re και ks/d από το διάγραμμα Moody βρίσκουμε το f και τελικά τις απώλειες ενέργειας ΔΗF για κάθε τιμή της υποθετικής διαμέτρου D. Με αυτόν τον τρόπο κατασκευάζουμε τον πίνακα. Πίνακας : Υπολογισμός απωλειών ενέργειας για διαφορετικές διαμέτρους. D (m) f V (m/s) R ks/d ΔH Από τον Πίνακα, παρατηρούμε ότι η μικρότερη δυνατή διάμετρος που έχει ΔΗ2 < m είναι 0.8 m ή 80 mm. Οπότε, D = 80 mm

4 Άσκηση 2- Aπό τα δεδομένα της εκφώνησης υπολογίζουμε ότι y/d = 0.5 και από το διάγραμμα (σελ. 29) βρίσκουμε ότι QQ σσσσ QQ 0 = 0.4 Η παροχή για πλήρη πλήρωση του αγωγού είναι, ή με αντικατάσταση ή QQ oo = ππ QQ oo = ππ nn oo DD 8 3 JJ = llll ss = llll dd QQ oo = llll ss ss mm 3 dd llll = llll dd H παροχή σχεδιασμού είναι η μέγιστη στιγμιαία παροχή καθώς παρασιτικές ροές αμελούνται, QQ σσσσ = 0.4 QQ oo = llll dd = llll dd Η μέγιστη ημερήσια παροχή δίνεται από, QQ HH = NN λλ HH ρρ qq όπου Ν ο πληθυσμός και η QQ σσσσ, QQ σσσσ = λλ pp QQ HH με, λλ pp = QQ HH /2 Οπότε αντικαθιστώντας στη Qσχ, Με ανακατάταξη των όρων έχουμε, QQ σσσσ = /2 QQ QQ HH HH

5 2.5QQ HH 2 =.5QQ HH + QQ σσσσ Η τελευταία εξίσωση είναι τριώνυμο με, και λύσεις 2.5QQ HH /2 +.5QQ HH QQ σσσσ = 0 υυυυώνννννννννννν σσσσσσ ττττττττάγγγγγγγγ κκκκκκ ττττ δδύοο μμέλλλλ 2.5QQ HH /2 2 =.5QQ HH + QQ σσσσ QQ HH = QQ σσσσ 2 3QQ σσσσ QQ HH QQ HH 2 4QQ 2 HH + 3QQ σσσσ QQ HH QQ 2 σσσσ = 0 ΔΔ = ( 3QQ σσσσ ) QQ 2 σσσσ = QQ HH,,2 = 3QQ σσσσ ± ΔΔ 2 4 = ± όπου το Qmax είναι εκφρασμένο σε lt/s, (Qσχ = lt/d = lt/s) Oπότε από αυτήν έχουμε ότι, και QQ HH = llll ss = llll dd QQ HH = 3.6 llll/ss Η τελευταία απορρίπτεται καθώς είναι αρνητική και το QH είναι μέσα σε ρίζα. Έχοντας υπολογίσει το QH, από τον τύπο για την μέγιστη ημερήσια παροχή έχουμε για τον πληθυσμό, NN = QQ mmmmmm λλ HH ρρ qq = και για την επιφάνεια, Ε, της λεκάνης απορροής για πυκνότητα πληθυσμού dn, ΕΕ = ΝΝ = 360 = hhhh ή mm22 dd NN 00

6 Άσκηση 2-2 Για y/d = 0.7 έχουμε ότι QQ QQ 0 = 0.7 Η παροχή Q προέρχεται από την απορροή της λεκάνης και είναι σύμφωνα με την ορθολογική μέθοδο (σελ. 35), QQ = CC ii AA Από εκφώνηση, C = 0.5, από προηγούμενο ερώτημα (Άσκηση 2-) A = m 2 και i (από εκφώνηση), ii(dd, TT) = 260 (TT ) ( + dd/0.7) 0.77 με d = tc = 5 min = 0.25 h και Τ = 5 έτη (από εκφώνηση). Άρα, ii(0.25,5) = 260 ( ) mmmm = h ii(0.25,5) = mmmm h Οπότε έχουμε για το Q, ή mmmm = h = 5.85 mm 0 5 ss και για το Qo, με, QQ = mm3 ss = mm3 ss QQ 0 = QQ mm3 = ss QQ oo = ππ nn oo DD 8 3 JJ 2 οπότε επιλύοντας ως προς το D με όλα τα υπόλοιπα μεγέθη γνωστά, DD = 45 3 nn QQ oo ππ JJ /2 3/8

7 3/8 DD = ππ 0.00 /2 DD =.364 mm = 36.4 cccc Εφόσον οι εμπορικές διάμετροι είναι διαθέσιμες ανά 0 cm, τότε επιλέγεται DD = cccc διότι γι αυτό το D ισχύει ότι y/d < 0.7 όπως μας δίνεται από την εκφώνηση της άσκησης. Για το τελευταίο, υπολογίζουμε το Qo με δεδομένο ότι D = 40 cm =.4 m από τη σχέση, QQ oo,40 = ππ QQ oo,40 = ππ nn oo DD 8 3 JJ QQ oo,40 =.6 llll ss και για την ίδια παροχή Q = m 3 /s που υπολογίσαμε, QQ = yy = 0.62 < 0.7 QQ oo,40 DD Άσκηση 3- Θεωρούμε μόνιμες συνθήκες, οπότε δεν υπάρχει μεταβολή με το χρόνο. Ο ισοδύναμος πληθυσμός (ΙΠ) της πόλης είναι 300,000 κάτοικοι οπότε υπολογίζουμε αρχικά τη μέγιστη ημερήσια παροχή, QQ HH = qq λλ ΙΙΙΙ = ,000 = llll dd = mm3 ss Για το ρυπαντικό φορτίο του BOD5 έχουμε, BBBBBB 5 = mm oo ΙΙΙΙ = ,000 = 8000 kkkk dd και η συγκέντρωσή του είναι, BBBBBB 5 = mm oo = mmmm qq λλ llll

8 Στον ποταμό: Από εκφώνηση της άσκησης η συγκέντρωση του DO είναι η συγκέντρωση κορεσμού, η οποία στους 20 ο C είναι, Άρα στον ποταμό έχουμε, Q(π) = m 3 /s BOD5,(π) = 0 DO(π) = 9.2 mg/lt DDDD (ππ) = DD (ss) = 9.2 mmmm ll Στην ΕΕΛ: Έχουμε υπολογίσει ότι QΗ = m 3 /s, BOD5 = mg/l και από εκφώνηση ότι DO = 0 Όμως το BOD5 απομακρύνεται κατά 90% στην ΕΕΛ. Oπότε, Άρα στην ΕΕΛ έχουμε, BBBBBB 5,(ΕΕΕΕΕΕ) = 0.9 BBBBBB 5,(ΕΕΕΕΕΕ) = 33.3 mmmm ll Q(ΕΕΛ) = m3/s, BOD5,(ΕΕΛ) = mg/l, DO(ΕΕΛ) = 0 (από εκφώνηση καθώς η συγκέντρωση του οργανικού φορτίου στα λύματα είναι μηδενική) Συνολική παροχή, Q(ο) = Q(π) + Q(ΕΕΛ) = =.625 m 3 /s Mετά την ανάμειξη του ποταμού με τα λύματα: Ισοζύγιο μάζας για το BOD5, QQ (oo) BBBBBB 5,(oo) = QQ (ee) BBBBBB 5,(EEEEEE) BBBBBB 5,(oo) = QQ (ee) BBBBBB 5,(EEEEEE) QQ (oo)

9 Για τον υπολογισμό του Lo, BBBBBB 5,(oo) = BBBBBB 5,(oo) = 2.82 mmmm ll LL oo = BBBBBB 5,(oo) ee 5 KK LL oo = 2.82 ee Ισοζύγιο μάζας για το DO, LL oo = 3.96 mmmm/llll QQ (oo) DDDD (oo) = QQ (ππ) DDDD (ππ) DDDD (oo) = QQ (ππ) DDDD (ππ) QQ (oo) DDDD (oo) = DDDD (oo) = 5.66 mmmm ll Για ποταμούς ισχύει για τον χρόνο σε σχέση με την ταχύτητα του ποταμού και τη θέση ότι, tt = xx uu Θέλουμε να υπολογίσουμε την επιφάνεια της ροής του ποταμού. Έχουμε ότι b = 3 m, J = 0.% και n = 0.02 m -/3 /s. Οπότε υπολογίζουμε την ποσότητα, nn QQ (oo) JJ /2 = bb8/ /2 = /3 Για αυτή την τιμή και από το διάγραμμα της σελ. 28 βρίσκουμε ότι y/b = 0.28 οπότε, yy = 0.28 bb = = 0.84 mm Άρα η επιφάνεια της ροής, Ε είναι,

10 οπότε ΕΕ = = 2.52 mm 2 uu = QQ (oo) EE = = 0.64 mm ss = 55.7 kkkk dd H εξάρτηση της συγκέντρωσης του DO από τη θέση στο ποτάμι περιγράφεται από την εξίσωση Streeter-Phelps, DDDD = DD ss kk kk kk 2 LL 0 ee kk uu xx ee kk 2 uu xx + DD 0 ee kk 2 uu xx όπου, Do = Ds DO(o) = = 3.54 mg/l Οπότε για διαφορετικές τιμές της απόστασης από τη θάλασσα, υπολογίζουμε τη συγκέντρωση του διαλυμένου DO(o). Tα αποτελέσματα φαίνονται στο Γράφημα. Η κόκκινη διακεκομμένη γραμμή είναι το όριο που ζητάτε από την άσκηση των 3.5 mg/l. 6 Συγκέντρωση DO(o) [mg/l] 5,5 5 4,5 4 3, Απόσταση από τη θάλασσα [km] Γράφημα. Εξάρτηση του DO(o) με την απόσταση από τη θάλασσα. Το σημείο τομής των δύο καμπυλών είναι στα 40 km, που σημαίνει ότι η ΕΕΛ η μέγιστη απόσταση από τη θάλασσα πρέπει να είναι 87 km, δηλαδή, xmax =40 km Άσκηση 3- Η συγκέντρωση του οργανικού φορτίου στα 87 km από τη θάλασσα θα είναι,

11 BBBBBB 5,(oo) = LL oo ee kk xx uu = 3.96ee = 9.75 mmmm ll

Σχετικά έγγραφα

2g z z f k k z z f k k z z V D 2g 2g 2g D 2g f L ka D

2g z z f k k z z f k k z z V D 2g 2g 2g D 2g f L ka D ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΚΑΙ ΥΔΡΑΥΛΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΞΕΤΑΣΗ ΠΡΟΟΔΟΥ ΝΟΕΜΒΡΙΟΥ 017 Άσκηση 1 1. Οι δεξαμενές Α και Β, του Σχήματος 1, συνδέονται με σωλήνα