Transiciones

INTRODUCCION

Para desarrollar el planteamiento hidráulico del proyecto se tiene que implementar los diseños de la infraestructura identificada en la etapa de campo; canales, obras de arte (acueductos, canoas, alcantarillas, tomas laterales etc.), obras especiales (bocatomas, desarenadores, túneles, sifones, etc.)

En el presenta trabajo se ha elaborado el diseño de tomas laterales no tubulares, el propósito de este tema es considerar las principales alternativas utilizadas para derivar un determinado caudal de agua de un canal principal a un secundario, y finalmente para el riego en las Parcelas.

Generalmente su capacidad guarda relación con el concepto de concentración de riesgo y extensión del área de riego que domina el lateral, veremos aquí las consideraciones que debemos tener en cuenta para el diseño hidráulico tomas laterales.

OBJETIVOS

Diseño de una toma lateral no tubular y tubular

Verificar el tipo de flujo

Aplicar el coeficiente de rugosidad según el material con el que va a ser construido la toma lateral

Determinar la perdida de carga en la toma

Determinar la carga de velocidad

Determinar el gasto que pasara por esa toma

DISEÑO HIDRAULICO DE UNA TOMA LATERAL

TOMAS LATERALES NO TUBULARES:

CRITERIOS GENERALES DEL DISEÑO HIDRAULICO

Las tomas generales se diseñaran de acuerdo a las condiciones topográficas que presente la rasante del canal alimentador y el canal derivado, también se hará el estudio de las pérdidas de carga ya que el conocimiento de ellas n os permite calcular los niveles de energía, muy importante para el “Dimensionamiento de las Estructuras Hidráulicas”.

Las pérdidas de carga se expresan en:

h=k v^2/2g

Donde k es el coeficiente de perdida cuya dificultad es escogerle un valor, nosotros escogeremos el más apropiado de los que estudiosos recomiendan, cabe destacar que los valores de “k” son obtenidos experimentalmente y llevados a la practica en fenómenos similares.

PÉRDIDAS DE CARGA EN TOMA DE PARED DELGADA

Pérdidas que comúnmente se originan en tomas:

A) ENTRE SECCIONES 1.1 Y 2.2 (Pd) Perdidas por derivación en bordes de entrada.

B) ENTRE SECCIONES 2.2 Y 3.3 (Pr) Perdidas por rejillas.

C) ENTRE SECCIONES 3.3 Y 4.4 (Pp) Perdidas por machón o pilar.

D) ENTRE SECCIONES 4.4 Y 5.5 (Pc) Perdidas por compuertas.

Generalmente para nuestros diseños consideramos las perdidas en A) y D); pues las otras tienen mínima incidencia en el diseño, por lo que al hacer el balance de energía

(Ecuación de Bernoulli) entre las secciones 1.1 y 5.5 tendremos:

E_1=E_5+Pd+Pc

PERDIDAS POR DERIVACION:

Según Ven Te Chow, este fenómeno es complicado por las diferentes variables que en

el interviene, a continuación se presenta algunos valores del coeficiente (Kd), para ángulo de derivación 90º.

TABLA: COEFICIENTES PARA DETERMINAR PERDIDAS POR DERIVACION

ө=90º

0.65 a 0.75 0.65 a 0.75 0.65 a 0.75 0.65 a 0.75 0.65 a 0.75

0.87 0.88 0.89 0.90 0.96

Dónde:

Pd=Kd v^2/2g

Kd = Coeficiente de perdida en la derivación

v = Velocidad corresponde al canal alimentador

Las perdidas por bordes de entrada no se tomaran en cuenta por no tener significancia.

PERDIDAS POR COMPUERTAS:(Pc)

Tomando en consideración los experimentos realizados al respecto se hace un análisis de dicha situación, donde se ha tratado de resumir el fenómeno, teniendo en cuenta las Conclusiones respectivas.

ANALISIS DEL FLUJO EN LA COMPUERTA DEL FONDO

H_1=Energia total en las inmediaciones de la compuerta

Cuando: Y_1/a_1 <1.4, se emplea formula de orificio con poca carga (no hay resalto)

Q=2/3 Cd√2g b(H_1^(3⁄2)-H_2^(3⁄2) )…………(I

Cuando: Y_1/a_1 >1.4, se emplea formula de orificio sumergido

Q=C_d ab√(2gH_0 )…………………………(II)

En ambos caso se tiene:

C_d =coeficiente de descarga

Y_1 =altura de agua antes de compuerta

Y_S =altura de inmersion

h_s =diferencia de niveles antes y depues de compuerta

a =altura de la abertura

b =ancho de la abertura

C_c =coeficiente de contraccion

l_1 =distancia de la compuerta a la que ocurre Y_2

∆_E =perdida de carga en el resalto

Y_(3 )=tirante conjugado (subcritico)de Y_2

l_2 =longitud de resalto

H_0=H_1-Y_2,descarga libre

H_0=H_1-Y_5,descarga sumergida

∆_c =perdida de carga por compuerta

El coeficiente de contracción y de descarga depende de la relación, a⁄Y_1 , según VEDERNICOV; para encontrar :

C_d,Y_5,Y_2,Y_3,∆_E,∆_c,l.se usan las relaciones siguientes

Respecto al comportamiento Hidráulico del salto después de la compuerta, se presentan tres alternativas:

Cuando el tirante del canal aguas abajo de Y_3 , es mayor a Y3, en este caso el salto se correrá hacia aguas arriba chocando con la compuerta y ahogando el orificio, se dice que la descarga es sumergida.

Cuando el tirante del canal aguas abajo Y3, es igual a Y3 en este caso el salto ocurrirá inmediatamente de Y2, este es el caso ideal para evitar la erosión, la descarga es libre.

Cuando el tirante del canal aguas abajo de Y3 es menor a Y3, en este caso el salto es repelido desde el lecho y correrá hacia aguas abajo causando fuerte erosión, este tipo de salto deberá evitarse en el diseño, la descarga es libre.

Cuando la descarga es libre a la salida de la compuerta, la ecuación II toma la siguiente forma:

Cuando la descarga es sumergida o ahogada, la misma ecuación II se transforma en:

Por otro lado se tiene para descarga libre (Ecuación II).

Dónde:

A= ab (abertura de compuerta)

a = altura de abertura

b = ancho de abertura

A= área

Como en este caso H0 es la suma de la carga de velocidad 2, más las pérdidas (v_2^2)/2g , tendremos: (ver III).

∆c= perdida de carga por compuerta.

Luego: la pérdida de carga por compuerta Pc será ∆c

TOMAS LATERALES TUBULARES:

DEFINICION

Las obras de tomas para canales , son dispositivos hidráulicos construidos en la cabecera de un canal de riego. La finalidad de esos dispositivos es derivar y regular el agua procedente del canal principal a los laterales o de estos a los sub laterales y de estos últimos a los ramales. Estas obras pueden servir también para medir la cantidad de agua que circula por ellas.

Para obtener una medición exacta del caudal a derivar, éstas tomas se diseñan dobles, es decir, se utilizan dos baterías de compuerta; la primera denominada compuerta de orificio y la segunda compuerta de toma y entre ellas un espacio que actúa como cámara de regulación .

Para canales pequeños y considerando el aspecto económico, se utiliza tomas con un compuerta con la cual la medición del caudal no será muy exacta pero sí bastante aproximada.

Figura 02: toma con doble compuerta.

CONSIDERACIONES HIDRÁULICAS

En una red de riego, en especial en los canales secundarios o terciarios, las tomas se instalan normales al canal alimentado, lo que facilita la construcción de la estructura.

Generalmente se utilizan compuertas cuadradas las que se acoplan a una tubería. Las dimensiones de las compuertas, son iguales al diámetro de la tubería y esta tendrá una longitud variable dependiendo del caso específico, por ejemplo cuando la toma tenga que atravesar una carretera o cualquier estructura, se puede fijar una longitud de 5m para permitir un sobre ancho de la berma del canal en el sitio de toma por razones de operación.

CALCULOS HIDRAULICOS:

Ecuación de la pérdida de carga total (∆h)

Aplicando la ecuación de Bernoulli en las ecuaciones 1 (entrada al conducto), 2(salida), y considerando como nivel de referencia al eje del conducto (fig. 03), se tiene:

Figura 03: toma lateral

Ya que v1 = 0, se tiene:

De la Fig. 03:

Dónde:

H = Carga total, diferencia de altura entre la superficie libre de agua en el canal principal y el canal lateral.

(v_2^2)/2g = Carga de velocidad en el conducto.

∑▒h_(1-2) = sumatoria de perdidas entre los puntos 1 y 2.

En la sumatoria de pérdidas se tienen que considerar; perdida de carga por entrada (he), perdida de carga por fricción (hf) y perdida de carga por salida (h),siendo esta última despreciable, por lo cual se tiene:

Las pérdidas de entrada se calculan por la siguiente relación:

Dónde:

V2 = Velocidad de la tubería

Ke = Coeficiente que depende de

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