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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – CURSO DE ESPECIALIDAD DE MECÁNICA DE FLUIDOS II

INDICE

CONTENIDO

Pagina

Dedicatorio

02

Introducción

03

Objetivos Generales

04

Ubicación del Canal

05

Vías de acceso al Canal

06

Clima y Precipitaciones

07

Marco Teórico

09

Desarrollo del Trabajo

15

Conclusiones y Recomendaciones

25

Referencia Bibliográfica

26

Anexos

27

MECÁNICA DE FLUIDOS II

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DEDICATORIA. Dedicamos este trabajo que amplia nuestros conocimientos a nuestros familiares que siempre nos apoyan en nuestra preparación para hacer de nuestro país más grande y mejor.

MECÁNICA DE FLUIDOS II

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INTRODUCCION

Durante el desarrollo de la teoría en las aulas universitarias del curso de Mecánica de Fluidos II de canales abiertos para irrigación se indicó sobre la rugosidad de los diferentes materiales como: arcilla, concreto, piedra emboquillada, mampostería de piedra, arena, etc. Donde se desarrollan los canales de riego, además de la pendiente, caudal de conducción, talud, tirante, entre otras características hidráulicas de este tipo de estructuras como captaciones. Para ampliar nuestros conocimientos y observar las variaciones de la rugosidad que se presentan en los canales, el docente del curso nos indica que debemos visitar el canal Montalván. Hemos observado las variaciones de la rugosidad en el canal revestido de concreto, ya que presenta rajaduras, vegetación en las juntas de dilatación, sedimentación de finos adheridos en el fondo y talud del canal, piedras depositadas en el fondo del canal. Nuestro trabajo consiste en tomar las medidas he información de las características geométricas y pendiente del canal existente, en los primeros 360 metros, hallar la cantidad de caudal que pasaba en el día que se realizó el viaje de visita de campo al canal (15 de mayo) y cuanto puede pasar según las características existentes, se realizó un levantamiento topográfico a cada 20 m, para poder hallar los datos necesario de nuestro trabajo, además trabajamos con GPS ubicando las coordenadas UTM del terreno.

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OBJETIVOS GENERALES 







El objetivo general es verificar las condiciones reales del comportamiento del caudal del canal así como sus variaciones que ocurren por el transcurso del tiempo, y la acción de la naturaleza, los diseños muchas veces consideran parámetros establecidos que luego en campo varían ya que los usuarios suelen usar el canal colocando piedras con la finalidad de elevar el tirante y captar agua perjudicando la pendiente de diseño originando sedimentación así también filtraciones por las juntas y crecimiento de arbusto perjudicándose la junta de dilatación. Las variaciones ocurridas cambian las características de diseño ocasionando la disminución de la capacidad de conductividad del caudal, perjudicándose los agricultores. Durante la visita de campo hemos observado las diferentes estructuras de un canal, como son la captación, revestimiento de concreto, rápida, pasarela peatonal, captación de canal de segundo orden, medidor de caudal. Se ha podido apreciar las características del terreno y la trocha carrozable al costado del canal de irrigación.

OBJETIVOS ESPECIFICOS 





 



En los proyectos debemos considerar la capacitación y mantenimiento para la conservación del canal; en la capacitación debemos concientizar a los usuarios para que cuiden la infraestructura y de ocurrir algún cambio realizar el mantenimiento oportuno y de forma periódica. Hemos aprendido que debemos realizar buenos estudios de la topografía, uso y cantidad de area beneficiada a utilizar el agua dejándose tomas de captación de los canales de segundo orden. Las estructuras que hemos observado se construyen de acuerdo a la necesidad de cada canal existiendo diferentes tipo: como rapidaz con disipadores de energía y velocidad, tomas de captación con barrajes fijos, móviles, los que ayudan elevar el tirante y por lo tanto mejora el volumen del caudal captado, así también hemos aprendido que pueden proyectarse cruces aéreos, rápidas con tubería PVC, medidores de caudal, desarenador, disipadora, etc. A todas estas estructuras se le conoce como obras de arte y dependen de la topografía y el volumen del canal. El volumen del canal depende del area a irrigar y de la ampliación de la frontera agrícola que se desea proyectar. Es importante tener un camino de acceso y vigilancia al costado de los canales principales o de primer orden para su mantenimiento y conservación del mismo. Los canales revestidos de concreto evitan la filtración por lo tanto mejoran la irrigación de las areas de cultivo existente y con el excedente se puede ampliar la frontera agrícola.

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UBICACIÓN DEL CANAL     

Región: Provincia: Distrito: Caserío: Lugar:

Ica Ica Los Molinos Trapiche Canal Montalván

El sistema de riego del canal Montalván se encuentra en el caserío de Trapiche cuya captación de agua la obtiene del rio Ica, ubicado en el distrito de San José de los Molinos. Presentamos la ubicación satelital de la captación del canal Montalván y el tramo que hemos trabajado con longitud de 360m. (Referencia bibliográfica 1)

VIAS DE ACCESO AL CANAL

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El acceso al distrito de San José de los Molinos la describiremos desde el centro de la ciudad de ica para su mejor entendimiento; desde la plaza de armas de Ica nos dirigimos por la Av. Grau hasta pasar el puente de la Achirana en el distrito de Parcona luego se dobla a la izquierda por la Av. Pachacutec Yupanqui hasta llegar a la Av. Victorio Gotuzo pasamos la quebrada cansas, hasta llegar al caserío la Maquina en donde se dobla a la izquierda pasando el puente la Achirana del caserío Santa Rosa hasta el caserío Pampa la Isla, caserío Cerrillo hasta llegar a los molinos siendo vía asfaltada en regular estado. El tiempo para recorrer esta ruta es aproximadamente 1.00 hrs.

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CLIMA Ica posee un clima cálido desértico de tipo subtropical seco, con una temperatura media de alrededor de 22 °C. A diferencia de la costa central como las de (Ancash y Lima), el clima iqueño es seco y soleado aún durante los meses de invierno, aunque se advierte que las noches invernales son más frías y puede bajar a 7 u 8 °C. Los veranos son más cálidos y secos que la costa central del Perú y puede llegar cerca de los 36 C°, sobre todo en la ciudad de Ica que está ubicada tierra adentro. La presencia de paracas o vientos fuertes, es muy común durante los meses de verano.

LAS PRECIPITACIONES Las precipitaciones son mínimas en la parte baja del valle, siendo las de mayor intensidad en la parte alta y media de la cuenca del río Ica. En los meses de verano el distrito presenta cambios en la orientación general del viento lo que demuestra que está vinculado con una amplitud de llanura pre andina. La orientación del viento es de Sur- Oeste a Nor- Este y de Oeste a Este. Los vientos son más intensos en los meses de otoño e invierno. (Referencia bibliográfica 3)

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(Referencia bibliográfica 3)

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MARCO TEORICO CAUDAL Se denomina caudal en hidrografía, hidrología y, en general, en geografía física, al volumen de agua que circula por el cauce de un río en un lugar y tiempo determinados. Se refiere fundamentalmente al volumen hidráulico de la escorrentía de una cuenca hidrográfica concentrada en el río principal de la misma. Suele medirse en m³/seg lo cual genera un valor anual medido en m³ o en Hm³ (hectómetros cúbicos: un Hm³ equivale a un millón de m³) que puede emplearse para planificar los recursos hidrológicos y su uso a través de embalses y obras de canalización. El caudal de un río se mide en los sitios de aforo. El comportamiento del caudal de un río promediado a lo largo de una serie de años constituye lo que se denomina régimen fluvial de ese río.

FACTORES QUE MODIFICAN EL CAUDAL DE UN RIO Los principales son:      

Superficie de la cuenca Clima predominante en la cuenca hidrográfica. Régimen fluvial Vegetación, principalmente, la vegetación natural. Tipo de relieve y pendientes Constitución del suelo y del subsuelo: tipos de rocas, circulación freática de las aguas, evaporación de las aguas (que depende a su vez de la radiación solar o insolación y de la transpiración de las plantas) y otros factores relacionados.

SUPERFICIE DE LA CUENCA La superficie de la cuenca de un río es un factor muy importante que determina en gran parte el caudal del mismo. Por regla general, entre dos ríos en igualdad de condiciones (zonas de clima y relieve similar, etc.), será más caudaloso el río con la cuenca más extensa. Así, el río Amazonas es, a la vez, el que tiene la cuenca más extensa y el mayor caudal en todo el mundo (cuenca de más de 7 millones de km2 y caudal de unos 200.000 m3/seg).

CLIMA PREDOMINANTE Los climas más húmedos y lluviosos tienen un caudal más constante y abundante. De nuevo, el caso del río Amazonas presenta un caudal muy abundante y sin muchas fluctuaciones ya que este río se encuentra siguiendo MECÁNICA DE FLUIDOS II

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la latitud aproximada del ecuador terrestre: aunque la mayor parte de su cuenca se encuentra al sur del ecuador (con sus afluentes Ucayali, Juruá, Purus, Madeira, Tapajoz, Xingú y Tocantins, aunque este último se le une ya en la desembocadura), la importancia de los ríos afluentes por la margen izquierda, es decir, al norte del ecuador, contribuye a equilibrar el caudal del río ya que las crecidas de estos ríos ocurren en época distinta y complementaria que las del hemisferio sur, es decir, los afluentes de la margen derecha. Entre los ríos afluentes por la margen izquierda del Amazonas, podemos citar al Napo, Putumayo, Japurá y, sobre todo, el Negro. En los ríos de cuenca muy extensa, tiene mucha importancia la asimetría existente entre las secciones de la misma en cuanto a las diferencias climáticas En algunos casos, la cuenca de un río suele presentar climas muy diversos entre sí, sobre todo en el caso de los ríos más extensos. Es el caso de los ríos alóctonos como el Níger y, sobre todo, el Nilo. (

UBICACIÓN ECONOMICA DEL CAUDAL DE UN RIO      

Suministro de agua para usos urbanos. Irrigación a través de acequias o canales, azudes, represas, etc. Producción de electricidad mediante represas que alimenten centrales hidroeléctricas. Navegación fluvial (navegación de recreo y, especialmente, de transporte de materias primas). Pesca fluvial. Parques y lugares de recreación

(referencia bibliográfica 2)

SISTEMA DE CAPTACION: Se entiende por sistema de captación al conjunto de estructuras conformantes de una obra, las cuales están destinadas a captar el caudal necesario para satisfacer el riego del área de influencia de la estructura. De acuerdo a la evaluación en campo el sistema proyectado está constituido por una estructura de toma del tipo lateral, con un vertedor de excedencia y las compuertas del mecanismo. El caudal de diseño es de 1.50 m 3/s, el caudal máximo 5.000 m3/s, el cual será controlado por el vertedor de excedencia.

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Para el diseño del canal se tomó muestras del material depositado en la entrada del bocal existente, encontrándose piedras de hasta 0.10m por lo que el canal está diseñado para evacuar gravas y arena, con un diámetro de diseño de 0.2.0 m. El criterio de diseño adoptado es el de lograr en el canal una velocidad que permita el movimiento de partículas, el cual se logra con un caudal mínimo de 0.25 m3/s.

SISTEMA DE CONDUCCION: El sistema de conducción está compuesto por el conjunto de estructuras destinadas a conducir agua desde el punto de captación hasta el desfogue en la quebrada Trapiche. El planteamiento contempla el mejoramiento del sistema existente y se encuentra constituido por un canal principal revestido de concreto, el cual tiene una capacidad de 1.50 m3/s y que puede transportar como máximo 1.80 m3/s.

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO Las acciones de operación y mantenimiento del sistema proyectado, estarán a cargo de La Administración Técnica del Distrito de Riego de lca. La operación estará a cargo de un tornero, que de acuerdo con el Plan de Cultivo y/o Riego y considerando la disponibilidad de agua en el río, procederá a realizar la distribución del agua. El mantenimiento del sistema se ejecutará 02 veces por campaña agrícola, 01 antes del inicio de los riegos y la otra al finalizar los mismos, es decir en el mes de abril. Las acciones de mantenimiento consisten en el resane de las estructuras de concreto, pintado de compuertas, engrase del mecanismo de izaje, descolmatación de la caja de canal y cuando las circunstancias lo requieran se realizará el mantenimiento.

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MANTENIMIENTO DE UN CANAL  

Limpieza: No cambiar la forma ni la pendiente del canal. Eliminar piedras, raíces, troncos, arbustos y malezas ya que aumentan



las filtraciones en el canal. Las limpiezas se realizan a fines del invierno, para tener los canales listos al inicio de la primavera.

CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS E HIDRÁULICAS DE UN CANAL Elementos Geométricos: El tirante (a, d,y),

Perímetro Mojado (P),

El Ancho de Fondo (b,f)

Tirante Critico (dc,yc),

Área mojada (A),

Talud (z:1),

Ancho de la superficie (B,T),

Borde Libre (B.L., fb).

Elementos Cinéticos

:

Gasto (Q),

Velocidad media (v)

Gasto Unitario (q),

Velocidad Puntual (W).

Elementos Dinámicos

:

Coeficiente de Rugosidad (n), Pendiente hidráulica (S)

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LA PENDIENTE O DESNIVEL: Depende del tipo de suelo, puede ser mayor en suelos gredosos que en suelos arenosos. La pendiente se expresa como una diferencia de altura por cada 1.000 metros de longitud. Por ejemplo una pendiente de 1/1000 (uno por mil) significa que el fondo del canal baja 1 metro en 1000 metros de recorrido. Excesiva pendiente, aumenta la velocidad del agua y erosiona el fondo del canal. Poca pendiente, disminuye la velocidad del agua y se acumulan piedras y tierra en el fondo (embancamiento del canal). Si el terreno tiene mucha pendiente, construya saltos con: troncos, piedras, plástico o ramas. Así se disminuye la velocidad del agua y no erosiona el canal.

La Forma del Canal: Depende del ancho de la base y del talud. Para aumentar la capacidad se puede mantener el talud pero aumentar el ancho de la base, o bien mantener la base aumentando el talud.

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RUGOSIDAD DE MANNING La rugosidad de las paredes de los canales y tuberías es función del material con que están construidos, el acabado de la construcción y el tiempo de uso. Los valores son determinados en mediciones tanto de laboratorio como en el campo. No es significativa, como se puede ver a continuación, la variación de este parámetro es fundamental para el cálculo hidráulico por un lado, y para el buen desempeño de las obras hidráulicas por otro.

(Hidráulica de tuberías y canales Arturo Rocha)

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DESARROLLO DEL TRABAJO PROCEDIMIENTO DE CAMPO 

En primer lugar obtenemos los datos de las secciones del canal a cada 20m ya que encontramos las progresivas marcadas, la información que obtuvimos fue la siguiente: ancho de la base, la altura del tirante, el area de la sección, etc. Los trabajos se realizaron con mediciones elaboradas con wincha. También se midió el espesor del concreto.

(EN ESTAS FOTOS SE VE A LOS ALUMNOS JOE TINCO PALOMINO Y CESAR QUISPE VALENCIA) 

Seguidamente tomamos la información de la pendiente del fondo del canal con nivel topográfico las que se realizaron en las progresivas a cada 20 mt. Así también se nivelo la parte superior del revestimiento del concreto obteniéndose así la altura total de la sección del canal.

(EN ESTAS FOTOS SE VE A LOS ALUMNOS CANELO MEJIA LUGGI, DAVALO ALVAREZ JHON ALBERTH, THALIA MINA BELLIDO)

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(EN ESTAS FOTOS SE VE A LOS ALUMNOS THALIA MINA BELLIDO Y EVELYN LOPEZ FLOREZ) 

También hemos tomado las medidas de las coordenadas UTM PSAM56 con GPS de marca Garmin modelo Etrex 10. Esta información es referencial ya que la correcta forma geométrica del canal se debe realizar con teodolito. Para nuestro trabajo fue suficiente ya que estamos reforzando nuestro aprendizaje en campo de los temas de la hidráulica de canales.

(EN ESTAS FOTOS SE VE A LOS ALUMNOS THALIA MINA BELLIDO Y ALEXANDER RAMOS CABRERA) 

Para la presentación del informe hemos trabajado en forma coordinada se tomó fotografías que evidencian las condiciones actuales del canal y el trabajo del grupo en conjunto.



Al observar el canal revestido con concreto se pudo notar la compuerta de la captación y la forma que se deriva las aguas por otro canal de segundo orden que también funciona como aliviadero, el cual estaba a la derecha (aguas abajo) entre las progresivas 0+138 y 0+140.



Al ver el caudal nos llamó la atención de la procedencia del mismo ya que el agua era casi transparente, entonces nos dimos cuenta que la

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estaban bombeando desde una especie de laguna temporal que realizan los agricultores en épocas de poca lluvia, aprovechando las filtraciones existente por estos meses.

PROCEDIMIENTO DE GABINETE 

En gabinete nos distribuimos los trabajos ya que debemos hacer marco teórico, procesar la información de campo, Informe de la visita a campo, Adjuntar las fotografías, calculamos el máximo caudal que puede trasportar el canal en este tramo.



De la información de campo obtuvimos la pendiente de 1.55 % o; y pasamos a calcular el perímetro mojado, tirante y la base, para luego pasar a calcular el caudal que se puede transportar en el canal de irrigación.



El caudal lo calculamos de dos formas, la forma práctica por medio de la ecuación de la continuidad Q=A*V y la otra forma es con la ecuación de MANNING de donde se obtiene el caudal teórico.



Aprendimos que se debe aumentar la altura de concreto del canal como mínimo 10 cm por encima del espejo de agua o 1/3 de del tirante, considerándose el resultado mayor. Para nuestro trabajo del canal Montalván, la altura de muros que medimos en campo del concreto del canal es h=1.20 mt. Por lo que podemos decir preliminarmente que el tirante máximo del canal es 0.90mt. pero se debe verificar con las ecuaciones.



También hemos notado que el tirante depende de la pendiente, y según la pendiente es la velocidad del caudal, y finalmente esta última (la velocidad) no debe ser alta ya que ocasionaría erosión en el concreto.

(Libro de Diseño Hidráulico Sergio Fattorelli; Pedro Fernandez )

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EVALUACION HIDRAULICA

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HALLANDO “n” Concreto = 0.014 Musgo = 0.006

P1=0.1 n1=0.006 P2=1.5 n2=0.014 P3=0.1 n3=0.006

n=

[

0.10∗0.0061.5 +1.5∗0.014 1.5+ 0.10∗0.0061.5 1.70

n=0.0125 HALLANDO EL CAUDAL POR TRAMOS 

0+00 a 0+20

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]

2 3

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DATOS: S = 0.0015 N = 0.0014 Y = 0.10 B = 1.5

Q= 

2 /3

1

0.15∗0.19 ∗0.015 2 0.0125

3

=0.0684

m seg

=0.0684

m3 seg

0+20 a 0+40

Datos: S=0.0015 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5

Q=



2 /3

1

0.15∗0.19 ∗0.015 2 0.0125

0+40 a 0+60

Datos: S=0.0015 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5

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1

Q=



0.15∗0.192 /3∗0.015 2 0.0125

3

=0.0684

0+60 a 0+80

Datos: S=0.002 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5 2 /3

Q=

0.15∗0.19 ∗0.02 0.0125



0+80 a 0+100

1 2

3

=0.81

Datos: S=0.0025 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5

Q=

2 /3

1

0.15∗0.19 ∗0.025 2 0.0125

m3 seg 

0+100 a 0+120

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=1.01

m seg

m seg

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Datos: S=0.0025 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5

Q=

2 /3

0.15∗0.19 ∗0.025 0.0125

1 2

=1.01

3

m seg



0+140 a 0+160

Datos: S=0.0015 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5

Q=

2 /3

0.15∗0.19 ∗0.025 0.0125

1 2

3

m seg 

0+160 a 0+180

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=0.61

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Datos: S=0.0015 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5

Q=

2 /3

0.15∗0.19 ∗0.025 0.0125

1 2

=0.61

3

m seg 

0+180 a 0+200

Datos: S=0.00175 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5

Q=

2 /3

m3 seg 

1

0.15∗0.19 ∗0.0175 2 0.0125

0+200 a 0+220

Datos: S=0.002 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5

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=0.81

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1

Q=

0.15∗0.192 /3∗0.02 2 0.0125



0+220 a 0+240

3

=0.89

m seg

=0.89

m3 seg

Datos: S=0.002 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5

Q=



2 /3

0.15∗0.19 ∗0.02 0.0125

1 2

0+240 a 0+260

Datos: S=0.00175 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5 1

Q=

0.15∗0.192 /3∗0.0175 2 0.0125

m3 seg



0+260 a 0+280

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=0.83

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Datos: S=0.00125 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5

Q=

2 /3

0.15∗0.19 ∗0.0125 0.0125

1 2

=0.71

3

m seg



0+280 a 0+300

Datos: S=0.0025 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5 2 /3

1

Q=

0.15∗0.19 ∗0.025 2 0.0125



0+300 a 0+320

Datos: S=0.00125 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5

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=1.01

m3 seg

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1

Q= 

0.15∗0.192 /3∗0.0125 2 0.0125

3

=1.01

m seg

0+320 a 0+340

Datos: S=0.0025 N=0.0014 Y=0.10 B=1.5 1

Q=

0.15∗0.192 /3∗0.025 2 0.0125

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=1.01

m3 seg

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CONCLUSIONES 

La experiencia adquirida en campo nos ha servido para evaluar las teorías hechas en aula y lo que encontramos en el canal Montalván.



La experiencia en campo nos ayudó para debatir las teorías aprendidas en clase.



Se observa de como el caudal llega del rio Ica en esta época por mano del hombre según se mostrara en el panel de fotos.



El canal de riego Montalván tienen la función de conducir el agua desde la captación hasta los campos o sembríos



Este canal conduce el agua a partir de una cota menor hacia una cota mayor, el agua fluye rápidamente sin la necesidad de una pendiente.



El canal Montalván tiene dos tramos en los cuales uno de ellos es rectangular y otro trapezoidal.



Deben ser cuidadosamente pensadas para no provocar daños al ambiente y para que se gaste la menor cantidad de agua posible.

RECOMENDACIONES 

Se debe iniciar las mediciones a partir de la compuerta, ya q esta es nuestra cota 0+00.



Se deben realizar bien las mediciones del tirante y la base del canal, para tener datos más precisos.



Para hallar el coeficiente de rugosidad se debe tomar en cuenta que el fondo del canal q es de concreto, está cubierto de arena con arcilla.



Las mediciones de los canales de deben realizar cada 20 metros, para sacar cifras más exactas.

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BIBLIOGRAFIA 1. https://www.google.com.pe/maps/dir/-13.8920794,-75.6464886/-13.8949011,2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

75.6472259/@-13.8943366,-75.648487,586m/data=!3m1!1e3!4m2!4m1!3e2, https://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_(hidrograf%C3%ADa) http://www.senamhi.gob.pe/sig.php?p=023# Hidráulica de tuberías y canales Arturo Rocha Libro de Diseño Hidráulico Sergio Fattorelli; Pedro Fernandez

Manual de Obras Hidráulicas Ing. Giovene Perez Campomanes https://es.wikipedia.org/wiki/Rugosidad_(hidr%C3%A1ulica) SENAMHI https://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_(fluido)

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ANEXOS

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MECÁNICA DE FLUIDOS II

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – CURSO DE ESPECIALIDAD DE MECÁNICA DE FLUIDOS II

MECÁNICA DE FLUIDOS II

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL – CURSO DE ESPECIALIDAD DE MECÁNICA DE FLUIDOS II

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