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• Andy Carrillo

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TOMAS LATERALES

Las obras de toma para canales son dispositivos hidráulicos construidos en la cabecera de un canal de riego, la finalidad de estos dispositivos es derivar y regular el agua procedente del canal principal a los laterales o de éstos 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 ella. Para tener una medición exacta del caudal a derivar. Para caudales pequeños y considerando el aspecto económico, se utiliza tomas con una sola compuerta con la cual la medición del caudal no será muy exacta pero sí bastante aproximada. 1.1 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 nos permite calcular los niveles de energía, muy importante para el “Dimensionamiento de las Estructuras Hidráulicas”. Las pérdidas de carga se expresan en:

v2 hk 2g Donde k es el coeficiente de pérdida, cuya dificultad es escoger un valor adecuado en función las condiciones de nuestro diseño y siguiendo las recomendaciones de la bibliografía existente, cabe destacar que los valores de “k” son obtenidos experimentalmente y llevados a la práctica en fenómenos similares.

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1.2 PERDIDAS 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:

E1  E5  Pd  Pc

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1.2.1 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

Q Q O Q Kd

0.65 a

0.75 a

0.80 a

0.85 a

0.95 a

0.75

0.80

0.85

0.95

0.98

0.87

0.88

0.89

0.90

0.96

Dónde:

Pd  Kd

v2 2g

Kd = Coeficiente de perdida en la derivación v = Velocidad corresponde al canal alimentador Las pérdidas por bordes de entrada no se tomaran en cuenta por no tener significancia. 1.2.2 PERDIDAS POR COMPUERTAS:(Pc) Tomando en consideración todos los experimentos al respecto hemos realizado un análisis de dicha situación, donde se a tratado de resumir el fenómeno, teniendo en cuenta las conclusiones respectivas.

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ANALISIS DEL FLUJO EN LA COMPUERTA DEL FONDO

H1  Energía total en las inmediaciones de la compuerta. Cuando :

Q

Y1 a

 1.4 , se emplea formula de orificio con poca carga (no hay resalto) 1

3 3 2 Cd 2 g b( H1 2  H 2 2 ) 3

Cuando :

(I)

Y1  1.4 , se emplea formula de orificio sumergido a

Q  Cd ab 2gH 0

( II )

En ambos casos se tiene: Cd = Coeficiente de descarga

Y1 = Altura de agua antes de compuerta

Ys = Altura de inmersión hs = Diferencia de niveles ates y después de la compuerta ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

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a

= Altura de la abertura

b

= Ancho de la abertura

Cc = Coeficiente de contracción

l1

= Distancia de la compuerta a la que ocurre Y2

 E = Perdida de carga en el resalto

Y3 = Tirante conjugado (sub critico) de Y2 l2

= Longitud de resalto

H 0  H1  Y2 Descarga libre H 0  H1  Y5 Descarga sumergida  c = Perdida de carga por compuerta El coeficiente de contracción y de descarga depende de la relación a

Y1

, según

VEDERNICOV; para encontrar: Cd, Y5 , Y3 , Y2 ,  E ,  c , l se usan las relaciones siguientes:

Cc

Cd 

1  Cc

Y3  

Y2  2

a Y1

2 g 2 Y22  gY2 4

Y5 Y  1  2 F3 (1  3 Y3 Y2

Y2  axCc (Y3  Y2 )3 E  Y2Y3

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l1 

a Cc

l2  A(Y3  Y2 ) Según Sien Chi Respecto al comportamiento Hidráulico del salto después de la compuerta, se presentan tres alternativas: 1.- Cuando el tirante del canal aguas abajo de Y3 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. 2.- Cuando el tirante del canal aguas abajo de 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. 3.- 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:

Q  Cd ab 2 gH 0  Cd ab 2 g ( H1  Y2  v2  Q  Cd ab 2 g  2  c  …………III  2g 

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

Q  Cd ab 2 gH 0  Cd ab 2 g ( H1  Y5 ……IV Por otro lado se tiene para descarga libre (Ecuación II).

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Q  Cd ab 2gH 0

Q  Cd ab

2gH 0

Q v A

Dónde:

A  ab (Abertura de compuerta) a = altura de abertura b = ancho de abertura A=área

v

C ab 2 gH 0 Q Q   d A ab ab

v2  Cd 2gH 0 1 v22 v 2x Cd 2 g

H 0  H1  Y2

v22 Como en este caso H 0 es la suma de la carga de velocidad 2, más las pérdidas , 2g tendremos: (ver III). ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

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v22 1 v22 ; c  Perdida de carga por compuerta. H0   c  2 x 2g Cd 2 g Luego: la pérdida de carga por compuerta Pc será c

c  (

1 v22  1 ) x Cd2 2g

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO: El diseño de la toma lateral implica dar dimensiones a la tubería (diámetro y longitud), calcula la velocidad en el conducto, las dimensiones de la caja, la sumergencia a la entrada y salida, las dimensiones de la transición y las cotas de fondo correspondientes, conforme se indica en la fig.

El U.S. Bureau of Reclamation proporciona ciertas recomendaciones para el diseño, del cual se ha adaptado el siguiente proceso de cálculo.

1.- Aceptar la recomendación para la velocidad del conducto v = 1.07 m/s para iniciar cálculos.

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2.- Calcular el área A = Q/v 3.- Calcular el diámetro de la tubería

D2 A  4



D

4 A

4.- Redondear el diámetro a uno superior inmediato que se encuentre disponible en el mercado. 5.- Recalcular el área.

A 

D2 4

6.- Recalcular la velocidad v=Q/A 7.- Calcular la carga de velocidad en la tubería. 2

v hv  2 2g 8.- Calcular la carga total h.

9.- Calcular la sumergencia en la entrada (Sme).

Sme = 1.78 hv + 0.25 pies Sme = 1.78 v + 0.0762 m 10.- Calcula la suemergencia en la salida (Sms). Sms = 0.0762 m

(3”)

11.- Calcular los lados de la caja de entrada. b = D + 0.305 m

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(D + 1’)

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12.- Calcular la carga en la caja.

Q  1.846h

3

2



 Q  h   1.486 

2

3

13.- Calcular cotas. SLAC = Cota de fondo del canal + y1 Cota A = SLAC – Sme – D Cota B = SLAC – Sme – D Cota B’ = Cota B + D Cota C = Cota B – 4 pulg = Cota B – 0.1016 m SLAC = SLAC - h Cota D = SLAL – Sms – D Cota E = SLAL – y2

14.- Calcular la longitud de salida

Lmim =1.525 (5’)

De acuerdo a Hinds:

L

TD 2Tg 22.5

Dónde: T = Espejo de agua en el canal lateral. D = Diámetro de la tubería.

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BIBLIOGRAFIA

 http:// www.ingenierocivilinfo.com/2010/03/tomalateral.html.  http://es.scribd.com/doc/105255625/ESTRUCTURASESPECIALES-EN-OBRAS-HIDRAULICAS.

 Hidráulica General , Gilberto Sotelo Ávila, Volumen 1 Fundamentos, Editorial limusa Págs.totales: 558 págs. Consultadas: 219-220.  Manual de mecánica de fluidos, Ing. Milton Silva, Quito-Ecuador, UCE, pags.totales:44, pags.consultadas:100-109,36.

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