TOMAS LATERALES

DEFINICION:

Las obras de toma para canales (o reguladores de cabecera), 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 estos a los sublaterales 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, esta toma 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 (figura XXXXX).

Para caudales pequeños y considerando el aspecto económico, se utilizan tomas con una sola compuerta con la cual la medición del caudal no será muy exacta pero si bastante aproximada.

Figura XXXX. TOMA CON DOBLE COMPUERTA

CONSIDERACIONES HIDRAULICAS

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

Generalmente se utiliza compuerta cuadradas las que se acoplan a una tubería. Las dimensiones de las compuertas, son iguales al diámetro de la tubería y está tendrá una longitud variable dependiendo del caso específico, por ejemplo, cuando la toma tenga que atravesar una carretera o cualquier otra 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

1) ECUACION DE LAS PERDIDAS DE CARGA TOTAL ( h)

Aplicando la ecuación de Bernoulli en las secciones 1 (entrada al conducto), y 2 (salida), y considerando como nivel de referencia al eje del conducto (figura xxxxx), se tiene:

Figura xxxxx. TOMA LATERAL

H 1+v12

2 g=H2+

v22

2g+∑ h1−2 ; Ya que v1=0 (Esto debido a que la velocidad en el

canal es perpendicular a la dirección del flujo en la alcantarilla), se tiene:

H 1=H 2+v22

2g+∑ h1−2

H 1−H 2=v22

2 g+∑ h1−2

De la figura XXXXXX, h=H 1−H 2

h=v22

2 g+∑ h1−2 … Ecuación 1

De donde:

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

v22

2g : Carga de velocidad en el conducto (tubería).

∑ h1−2: Sumatoria de pérdida entre los puntos 1 y 2.

En la sumatoria de pérdida se tiene que considerar; perdida de carga por entrada (h2), perdida de carga por fricción (h f), y perdida de carga por salida (hs), siendo esta última despreciable, es decir se tiene:

∑ h1−2=¿kev22

2g¿ … Ecuación 2

a. Las pérdidas por entrada se calculan con la siguiente relación:

he=kev22

2g … Ecuación 3

Dónde:he : Perdida por entradave : Velocidad en la tuberíak e : Coeficiente que depende de la forma de entrada.

b. Las pérdidas por fricción se calcula con la ecuación:

h f=SE L

Dónde:

h f=¿ Perdida por fricción

L=¿ Longitud de la tubería

SE=¿ Pendiente de la línea de energía

La ecuación de Manning establece que:

v=1nR23 S

12

De donde:

S=( vnR2/3

)2

Para el caso de una tubería que trabaja llena, se tiene: R=D4

Luego, la pendiente de la línea de energía, se expresa:

S=(vn

( D4 )23

)2

=443 v2n2

D43

Entonces, la perdida por fricción será: h f=443 v2n2 L

D43

Ordenando los factores en forma adecuada tenemos:

h f=443 n2 L

D43

2g v2

2g

h f=124.579n2LD1.333

v2

2g … Ecuación 4

Sustituyendo la Ecuación 3 en la Ecuación 1 y 4, resulta:

∑ h1−2=kev22

2g+ 124.579n

2LD1.333

v2

2g … Ecuación 5

Reemplazando la Ecuación 5 en la Ecuación 1, se obtiene:

h=v22

2 g+ke

v22

2g+ 124.579n

2LD1.333

v2

2g

h=(1+ke+ 124.579n2L

D1.333v2

2g) v

2

2g

Haciendo: v2

2g=hv

Además, considerando una tubería de concreto con n= 0.015 y que existe entrada con arista en angulo recto, es decir, k e=0.5, se tiene:

h=(1+0.5+ 124.579 n2 LD1.333v2

2 g )hvh=(1.5+0.028 L

D1.333 )hv… Ecuacion 6

Que es la expresión para la carga total.

2) VELOCIDAD EN EL CONDUCTO (v¿¿2)¿

Según el Bureau of Reclamation, la velocidad en el conducto no debe superar a 1.07 m/s.

3) DIAMETRO (D) Y AREA (A) DEL CONDUCTO

Aplicando la ecuación de continuidad: Q=VA, Entonces: A=QV …

Ecuación 7

De otro lado: A=π D2

4, Entonces D=( 4 A

π)1/2

… Ecuación 8

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

Para los cálculos, con el dato de Q y suponiendo v=1.07 m/s, de la ecuación 7 se encuentra A, con la ecuación 8 se determina D, este valor se redondea de acuerdo al diámetro superior inmediato que ofre los fabricantes. Con este valor se recalcula A y posteriormente v.

4) SUMERGENCIA A LA ENTRADA (Sme)

Puede usarse cualquiera de los siguientes criterios:

Sme: D … Ecuación 9

Sme=1.78hv+0.0762 … Ecuación 10

5) SUMERGENCIA A LA SALIDA (Sms)

Sms=0.0762

6) ANCHO DE LA CAJA DE ENTRADA A LA TOMA (B)B= D+0.305 …. Ecuación 11

7) CARGA EN LA CAJA (h)

Se calcula como un vertedero de pared delgada

Q=1.84 Bh32 , Entonces h=( Q

1.84 B)23 … Ecuación 12

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

El diseño de la toma lateral implica dar las dimensiones a la tubería (diámetro y longitud), calcular la velocidad en el conducto, las dimensiones de la caja, la sumergencia de entrada y salida, las dimensiones de transición de salida y su inclinación y las cotas de fondo correspondiente, conforme a la siguiente figura:

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

I. Aceptar la recomendación para la velocidad del conducto v=1.07 m/m para iniciar cálculos.

II. Calcular el área A=Q/v

III. Calcular el diámetro de la tubería: D=√ 4 AπIV. Redondear el diámetro a uno superior inmediato que se encuentre

disponible en el mercado.

V. Recalcular el área: A=π D2

4VI. Recalcular la velocidad: V=Q/A

VII. Calcular la carga de velocidad en la tubería: hv= v2

2gVIII. Calcular la carga total

h=(1.5+0.028 LD1.333 )hv

IX. Calcular la sumergencia a la entrada (Sme)

Sme: 1.78hv+0.25 pies

Sme=1.78hv+0.0762

X. Calcular la sumergencia de la salida (Sms)Sms=0.0762m

XI. Calcular los lados de la caja de entradab=D+0.305m

XII. Calcular a carga en la caja

Q=1.84 Bh32

h=( Q1.84 B

)23

Donde B es la longitud de la cresta.

XIII. Calcular cotas

SLAC= Cota fondo del canal + y1

Cota A=SLAC – h

Cota B= SLAC – Sme – D

Cota B’= Cota B + D

Cota C= Cota B – 4 pulg.= Cota B – 0.1016m

SLAL= SLAC - h

Cota D= SLAL – Sms – D

Cota E= SLAL - y2

XIV. Calcular la longitud de salidaLmin .=1.525m

De acuerdo a Hinds: L= T−D2 tan 22.5 ° ; donde T= espejo de agua en el canal.

XV. Calcular el talud de la transición de salida

Talud máximo 4:1