Tomas Modulares- Tomas Sumergidas

TOMAS MODULARES Sistemas modulares o tinacos que son tanques de almacenamiento en donde se conserva el agua de lluvia captada, se puede situar por encima o por debajo de la tierra. Deben ser de material resistente, impermeable para evitar la pérdida de agua por goteo o transpiración y estar cubiertos para evitar el ingreso de polvo, insectos, luz solar y posibles contaminantes. Además, la entrada y la descarga deben contar con mallas para evitar el ingreso de insectos y animales; deben estar dotados de dispositivos para el retiro del agua. Deben ser de material inerte, de hormigón armado, de fibra de vidrio, polietileno y acero inoxidable son los más recomendados.

Ejemplo de toma modular Dado que los gastos a distribuir en las parcelas se expresan en valores constantes, según los riegos, que pueden variar entre una semana y un mes; por razones técnicas y prácticas es necesario expresar dichos valores en caudales constantes denominados MODULOS. Las fluctuaciones de gasto pueden variar de un 5 al 10 % dependiendo de si tienen uno o dos reductores. Los reductores son dispositivos que no permiten variaciones del caudal a variaciones de nivel aguas abajo. Los módulos son juegos metálicos que se instalan a una altura adecuada en una estructura de concreto formando unidades de diferente capacidad. Los dispositivos que generalmente se utilizan tienen tres variantes TOMAS MODULARES, que consisten:   

En un vertedero instalado en el canal principal y los módulos en el canal secundario. Otro consiste en ubicar una compuerta automática en el canal principal y los módulos en el canal secundario. El tercer dispositivo tiene la presa, la compuerta automática y los módulos en el canal secundario.



En México se fabrican Tomas Modulares, para las capacidades siguientes: Serie X: 10 litros/segundo/decímetro Serie XX: Serie L:

20 litros/segundo/decímetro 50 litros/segundo/decímetro

Serie C: 100 litros/segundo/decímetro Las series X y XX se fabrican con compuertas deslizantes mientras que las series L y C están equipadas de compuertas de Charnela y tienen sellos de bronce flexible.

TOMAS SUMERGIDAS A diferencia de las toma a superficie libre, las tomas sumergidas distribuyen el caudal por debajo de la compuerta, mientras que en las tomas a superficie libre el cuadal era derivado por encima del dique, que funciona como vertedero. CRITERIOS GENERALES DEL DISEÑO HIDRAULICO: Las tomas generalmente 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 hidraulicas. Las perdidas de carga se expresan en: 𝑣2 ℎ𝑣 = k 2𝑔 Donde k es el coeficiente de perdida cuya dificultad es escogerle un valor, nosotros escogeremos el mas apropiado de los que estudiosos recomiendan, cabe destacar que los valores de “k” son obtenidos experimentalmente y llevados a la practica en fenómenos similares. PERDIDAS DE CARGA EN TOMA DE PARED DELGADA

Esquema de toma lateral recta. Perdidas que comunmente 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 seccione 1-1 y 5-5 tendremos: 𝑬𝟏 = 𝑬𝟓 + 𝑷𝒅 + 𝑷𝒄

Perdidas por derivación: 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 e=90°. 𝑄 − 𝑄𝑜 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

Donde: Pd = Kd.V2/2.g 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)

Cuando

𝑦1 𝑎

< 1.4 ; se emplea formula de orificio con poca carga (no hay resalto). 3

2

3

𝑄 = 3 ∗ 𝐶𝑑 ∗ √2 ∗ 𝑔 ∗ 𝑏(𝐻1 2 − 𝐻2 2 ) Cuando

𝑦1 𝑎

(I)

> 1.4 ; se emplea formula de orificio sumergido.

𝑄 = 𝐶𝑑 ∗ 𝑎 ∗ 𝑏√2 ∗ 𝑔 ∗ 𝐻0

(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

a

= Altura de la abertura

b

= Ancho de la abertura

Cc = Coeficiente de contracción l1

= Distancia de la compuerta a la que ocurre Y2

Δ E = Perdida de carga en el resalto Y3

= Tirante conjugado (sub critico) de Y2

l2

= Longitud de resalto

H 0 = H1 - Y2 descarga libre H0 = H1 - Y5 descarga sumergida Δc

= Perdida de carga por compuerta

El coeficiente de contracción y de descarga depende de la relación a/y1 Según VEDERNICO V; para encontrar: Cd, Ys, Y3, Y2, Δ E, Δ c, l

; se usan las relaciones siguientes:

𝐶𝑑 =

𝑦3 = −

𝐶𝑐 𝑎 √1 + 𝐶𝑐 ∗ 𝑦1

𝑦2 2 ∗ 𝑔2 𝑦2 2 +√ + 2 𝑔 ∗ 𝑦2 4

𝑦S 𝑦3 = √1 + 𝐹3 ∗ (1 + ) 𝑦3 𝑦2 𝑦2 = 𝑎𝑥 ∗ 𝐶𝑐 (𝑦3 − 𝑦2 )3 𝑦2 ∗ 𝑦3 𝑎 𝑙1 = 𝐶𝑐

∆𝐸 =

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 que Y3; en este caso el salto se correra 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 correra 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 ∗ 𝒂 ∗ 𝒃√𝟐 ∗ 𝒈 ∗ 𝑯𝟎 = 𝑪𝒅 ∗ 𝒂 ∗ 𝒃√𝟐 ∗ 𝒈 ∗ (𝑯𝟏 − 𝒀𝟐) 𝒗 𝟐

𝟐 𝑸 = 𝑪𝒅 ∗ 𝒂 ∗ 𝒃 ∗ √𝟐 ∗ 𝒈 ∗ (𝟐∗𝒈 + ∆𝒄 ) ………………….……..III

Cuando la descarga es sumergida o ahogada, la misma ecuación II se transforma en: 𝑸 = 𝑪𝒅 ∗ 𝒂 ∗ 𝒃√𝟐 ∗ 𝒈 ∗ 𝑯𝟎 = 𝑪𝒅 ∗ 𝒂 ∗ 𝒃√𝟐 ∗ 𝒈 ∗ (𝑯𝟏 − 𝒀𝟓) ….IV Por otro lado se tiene para descarga libre (Ecuación II).

𝑸 = 𝑪𝒅 ∗ 𝒂 ∗ 𝒃√𝟐 ∗ 𝒈 ∗ 𝑯𝟎 𝑸 = 𝑪𝒅√𝟐 ∗ 𝒈 ∗ 𝑯𝟎 𝒂∗𝒃 𝑸 =𝒗 𝑨

Donde: 𝑸 𝑸 = = 𝑪𝒅√𝟐 ∗ 𝒈 ∗ 𝑯𝟎 𝑨 𝒂∗𝒃 A =ab (abertura de compuerta). 𝒗=

a = altura de abertura. b = ancho de abertura. A= área. 𝒗𝟐 = 𝑪𝒅√𝟐 ∗ 𝒈 ∗ 𝑯𝟎 𝟏

𝒗 𝟐

𝟐 𝑯𝟎 = 𝑪𝒅𝟐 ∗ 𝟐∗𝒈

y

H 0 = H1 - Y2

Como en este caso H0, es la suma de la carga de velocidad 2, más las pérdidas 𝑣2 2 2∗𝑔

, tendremos.(ver III). 𝑯𝟎 = (

Donde

𝒗𝟐 𝟐 𝟏 𝒗𝟐 𝟐 + ∆𝒄 ) = ∗ 𝟐∗𝒈 𝑪𝒅𝟐 𝟐 ∗ 𝒈

∆𝑐 =perdida de carga por compuerta.

Luego la pérdida de carga por compuerta Pc será: 𝟏 𝒗𝟐 𝟐 ∆𝒄 = ( 𝟐 − 𝟏) ∗ 𝑪𝒅 𝟐∗𝒈