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Obras De RiegoPrincipios generales.Uso consuntivo.Requerimiento de riego.Distribucin del agua.Partidores.

Manuel Vicente HERQUINIO ARIASIngeniero MECANICO DE FLUIDOS/ Especialidad HIDRAULICA HIDROLOGIA.Estudios de Maestra en Ingeniera Hidrulica Computacional.El agua y las plantas1.1. Funciones del agua en las plantasEn las plantas, como en el resto de seres vivos, el agua desempea una serie de funciones esenciales sin las cuales no sera posible la vida tal y como la conocemos:

El agua y las plantasa) Agua de constitucin y sostn: aproximadamente el 80% de una planta es agua, denominndose genricamente al resto de sus componentes materia seca. Esta cantidad de agua es imprescindible para que las plantas mantengan su estructura. Cuando, las plantas pierden ms agua de la que pueden absorber, se marchitan y todos sus procesos vitales se ven alterados.

El agua y las plantasb). Transporte: la capacidad del agua para disolver numerosas sustancias le permite actuar como vehculo para el transporte de los nutrientes minerales desde el suelo a los rganos fotosintticos de las plantas y, a su vez, redistribuir las sustancias elaboradas en las hojas por el resto de la planta. Lo que se conoce como savia no es ms que agua con diversas sustancias disueltas.

El agua y las plantasc).Transpiracin y refrigeracin: las plantas necesitan para su correcto funcionamiento mantenerse dentro de un intervalo de temperaturas. Cuando sta sube, las plantas liberan agua por los estomas de las hojas (pequeos orificios en la epidermis), que al evaporarse absorbe calor, consiguiendo finalmente regular la temperatura de la planta.

El agua y las plantasLa prdida de agua desde las hojas de las plantas se denomina transpiracin. Para controlarla, cuentan con la apertura y el cierre de los estomas de las hojas. Pero la transpiracin es un fenmeno intrnseco a la naturaleza de los vegetales e inevitable, al menos, por los siguientes motivos:

El agua y las plantas1. Como las plantas necesitan intercambiar oxgeno y anhdrido carbnico con la atmsfera, los estomas no puedan estar cerrados durante largos perodos de tiempo y, por tanto, las plantas estn expuestas a perder agua.

El agua y las plantas2. La evaporacin de agua desde las hojas acta como una bomba de extraccin. Sin ella, la capacidad de las races de una planta para absorber agua sera muy limitada y tanto la captacin como la circulacin de nutrientes se veran afectadas.

El agua y las plantasEl factores: desarrollo de las plantas dependen de muchos

- Las condiciones climticas.- Las caractersticas del suelo.- Las practicas agrcolas.La competencia con otras plantas.

Una de las condiciones principales para le desarrollo de las plantas es tener adecuada cantidad de agua en el suelo, que es absorbida por las races y transpirada por las partes verdes, especialmente las hojas. El agua que retiene el suelo y es usada por las plantas, proviene de las lluvias.El agua y las plantasCuando la cantidad de agua recibida de la lluvia es insuficiente, debe ser cubierta en forma artificial por el riego.

Pero, Cuanto de agua debe suministrarse, en que forma se aplicara, cuanto de duracin y con que frecuencia?.CAPACIDAD DE CAMPO.

Como resultado de la lluvia de un riego, el suelo retiene por capilaridad una cierta cantidad de agua y todo exceso se pierde por filtracin profunda o por escurrimiento superficial.

El mximo porcentaje de agua retenido as por el suelo se llama capacidad de campoEl agua y las plantasEl agua y el sueloEl suelo es un entramado de partculas minerales. Pero estas partculas no estn empaquetadas formando una masa compacta, sino que entre ellas existe una intrincada red de poros y canales (canalculos) por los que circula el aire y el agua.

El agua y el sueloCapacidad del suelo para almacenar agua. En la mayora de los suelos, la red de canalculos ocupa un volumen que oscila entre 30-50% del total. De todos los poros o canalculos, los de mayor dimetro permiten un paso rpido del agua y slo los menores son capaces de retener y almacenar agua.

En un suelo determinado, el porcentaje totalde poros y su tamao va a depender de:1. La textura.2. La estructura.

1. La textura. Se denomina textura del suelo a la proporcin de los diferentes componentes mineralgicos: arena, limo y arcilla. Estos componentes se diferencian exclusivamente por su tamao:Arena: partculas comprendidas entre 0,05 y 2 mm.Limo: partculas entre 0,002 y 0,05 mm (no visibles a simple vista).Arcilla: partculas menores de 0,002 mm (no visibles a simple vista).

2. La estructuraEs la forma en que las partculas del suelo se unen formando agregados y dejando entre s poros o canalculos. Adems de la textura, en la formacin de la estructura intervienen el contenido en materia orgnica y el manejo que se haga del suelo. De forma genrica, el laboreo intensivo, el pisoteo del ganado y la circulacin de la maquinaria en hmedo contribuyen a destruir la estructura de los suelos.

Para la actividad agrcola sera ideal tener un suelo equilibrado, fcil de trabajar, permeable y con buena capacidad de acumulacin de agua. Esto es lo que tcnicamente se conoce como suelo franco que, desde el punto de vista de su textura, contendra entre 30-50% de arena, 30-50% de limo y 20-30% de arcilla. Al cambiar las proporciones de arena, limo y arcilla cambia tambin la denominacin tcnica del suelo y su capacidad para retener agua y de ponerla a disposicin de las plantas. Se habla as de suelos arenosos, limosos, arcillosos, arcillo-arenosos, franco-arenosos, franco-arcillosos, etc.

PUNTO DE MARCHITEZLas plantas absorben esta humedad de la capa del suelo, abarcada por sus races hasta llegar a un estado en el cual las fuerzas que retiene al agua son superiores a la de absorcin de las races.El porcentaje correspondiente se llama punto de marchitez, o punto de agotamiento. Un poco antes de llegar a este punto, se debe efectuar otro riego.

USO CONSUNTIVOLa cantidad de agua entre los dos limites antes indicados, se pierde en la atmosfera por evaporacin desde el suelo y por transpiracin de las plantas.Los dos fenmenos unidos se conoce como evapotranspiracin o uso consuntivo.

EVAPOTRANSPIRACINExisten numerosas frmulas desarrolladas por varios autores que permiten calcular el uso consuntivo en funcin de factores meteorolgicos entre estos esta los de BLANEY & CRIDDLE, de PENMAN, HARGREAAVES, THORT WAITE, Y OTRAS.La eleccin del mtodo usado depende esencialmente del tipo de informacin climtica disponible.

EVAPOTRANSPIRACINFORMULA DE BLANEY & CRIDDLE, la evapotranspiracin en mm/da esta dada por:

p = porcentaje diario de horas diurnas en el ao calculadas en relacin son un mes y latitud dadas.t = temperatura en grados centgrados.kc = coeficiente que depende del cultivo.La formula a sido actualizada por la FAO

a = coeficiente entre ( 1.45 - 2.60) b= coeficiente entre ( 0.97 2.06 )Se obtiene en funcin de la velocidad del viento, humedad relativa y la relacin entre horas reales y mximas de insolacin.LLUVIA PROBABLEEl uso consuntivo varia muy poco de ao en ao. Pero la precipitacin varia mucho.El requerimiento neto de riego puede definirse como la porcin del uso consuntivo no suministrado por la lluvia y por lo tanto varia junto a esta.La lluvia se estima en base a probabilidades, como un valor alto de 90% para cultivo de hortalizas y 60% para un cultivo de bajo rendimiento.

LLUVIA EFECTIVACuando la lluvia es pequea, prcticamente toda el agua entra en el suelo y es retenida por las fuerzas capilares, disponible para las plantas.Si es muy intensa se pierde por infiltracin profunda y parte escurre por la superficie.LA PARTE DE LLUVIA QUE ES RETENIDA POR EL SUELO Y POR LO TANTO APROVECHADA POR LAS PLANTAS, SE LLAMA LLUVIA EFECTIVA. Su valor es un porcentaje que vara entre el 55 y el 100% de la lluvia total.

EficienciaEs la cantidad de agua tericamente que debe suministrase a un cultivo por medio de riego.(VT) Es igual a la diferencia entre el uso consuntivo y la lluvia efectiva,

Sin embargo, debido a una serie de perdidas inevitables la cantidad real de agua VR ,que debe ser captada por las obras de toma de un ro para servir a un regadio es mayor que la terica.La relacin entre estos valores, se llama eficiencia total de riego, y es igual a:

EficienciaLa eficiencia puede ser presentada de varias maneras y muchas veces se considera la eficiencia de conduccin ec que es la relacin entre el agua que llega a la zona de riego VA y el agua captada en la toma VR. La diferencia entre los dos valores se deba alas perdidas por filtracin en los canales.Otra eficiencia es la de aplicacin eA que es la relacin entre el agua aprovechada por las plantas VT y el agua entregada a nivel de finca VA.Estas perdidas a nivel de finca se deben a: evaporacin, filtracin fuera de la zona radicular, y escurrimiento superficial. La eficiencia total sta dada por :

Muchas de las pequeas acequias no tienen un caudal constante sino que este varia con el calendario de riego, pudiendo llegar a hacerse cero aciertas horas.Es por eso que se tiene que construir en los canales de riego obras llamadas partidores, que permitan dividir el caudal. Como el caudal que va por cada canal depende de la superficie a regarse y del tipo de cultivo, su valor debe ser conocido y por esto conviene que las estructuras de divisin permitan tambin medirlo.Distribucin del agua

El tipo de obas depende del mtodo de distribucin del agua, siendo tres los principales:1.- Flujo continuo. A cada usuario se entrega el caudal que le corresponde e forma continua.2.- Flujo intermitente. El agua se entrega a cada usuario en volmenes y en intervalos determinados.3.- Suministro de agua segn pedido. Este sistema completamente primitivo que a veces se usa es el mas ventajoso para los agricultores, pues pueden regar sus terrenos cuando los cultivos mas lo necesiten y cuando disponen de tiempo para hacerlo.

Distribucin del agua

Cuando los caudales que deben distribuirse son constantes o varan proporcionalmente al caudal que llega entonces la divisin y la medicin se realiza mediante cajones de hormign o de mampostera, provisto de vertederos en las paredes.Cualquiera que sea el tipo de medidor debe procurarse que se cumpla las condiciones siguientes:

Partidores

1.- El medidor no debe ser afectado por la arena, y materia flotante.2.- Debe ser resistente a daos accidentales o intencionales por parte de personas interesadas en alterar su funcionamiento.3.- Debe ser econmico de construccin simple y de ser posible sin elementos mviles que pueden daarse o atascarse.4.- Debe permitir la fcil y exacta medicin de los caudales de salida.5.- La perdida de carga producida en el canal debe ser la menor posible.

Partidores

PartidoresLos partidores pueden ser permanentes mviles. En el ltimo caso los partidores se construyen de elementos metlicos mviles y en los primeros pueden ser de concreto albailera. (Presenta un flujo subcrtico), se disea los partidores como rectangulares.Criterios de diseo- Flujo en el canal subcrtico.- Flujo permanente.- Calcular b1 y b2.- Ancho de cada canal es proporcional al caudal.

En el caso de haber varios vertederos de diferentes ancho en un mismo cajn, los coeficientes de contraccin lateral son diferentes para cada uno y son funcin de la carga de la carga de agua, razn por la cual es mu difcil hacer la distribucin exacta. La formula usa es la formula modificada por Francis

Por este motivo cuando se desea mayor precisin en la reparticin de agua se construye un tipo especial de divisin que se llama reloj.Consiste ste en un tanque circular al cual llega el agua por el centro a travs de un tubo que trabaja como sifn y que sale radialmente por vertederos situados en la periferia. El flujo en este caso para todos son iguales y el caudal es directamente proporcional a la longitud de la cresta el vertedero, o sea el ngulo que hace al centro.

Ejemplo

MARCOS PARTIDORES

IntroduccinComponentes en un marco partidorImportancia de las velocidades en un marco partidorTipos de marcos partidoresMarco partidor de barreraMarco partidor de angostamientoMarco partidor de resaltoMarco partidor de ranura lateralIntroduccinLos Marcos Partidores son aparatos automticos que dividen los caudales variables de un canal en una proporcin fija. Existen diferentes tipos y pueden tener diferentes clasificaciones, principalmente segn su forma.

IntroduccinLos dos tipos de marcos partidores ms utilizados son:

Los marcos partidores de escurrimiento crtico, estos son por barrera y por estrechamiento. Los marcos partidores de resalto.

Tambin conoceremos un caso especial de marco partidor, este es el partidor lateral.

IntroduccinLos marcos partidores tienen caractersticas comunes, las cuales se pueden generalizar en:

Rpida aceleracin que en lo posible iguale las velocidades. Aislamiento dela seccin de particin de variaciones del escurrimiento de aguas abajo.

Componentes de un marco partidor

EsquemaComponentes de un marco partidorPara el estudio de los marcos partidores es necesario conocer y respetar la siguiente nomenclatura tcnica: Canal Entrante. El caudal que llega a dividirse. Canal Pasante. El caudal que sigue con los derechos de varios usuarios aguas abajo. Canal Saliente: El caudal que deriva los derechos de un usuario. Importancia de las velocidades en un marco partidorLa velocidad en los canales no es uniforme, ya que como vemos en la figura hay un mximo central, con disminucin tanto hacia las paredes de los lados como hacia el fondo.

Importancia de las velocidades en un marco partidorLa lnea azul representaba la magnitud de la velocidad y podamos ver que esta va disminuyendo hacia los costados y hacia el fondo.

La necesidad de que la velocidad sea uniforme en la seccin se debe a que si deseamos extraer del canal un cierto derecho de agua e hiciramos un marco partidor con el saliente a un costado extraera un menor caudal si ste saliente estuviese en el centro.

Tipos de Marcos PartidoresComo ya lo mencionamos anteriormente, en este curso se estudiarn los tipos de marcos partidores mas utilizados en nuestros campos. Estos son: Marco partidor de barrera Marco partidor de angostamiento Marco partidor de resalto Marco partidor de ranura lateral Marco partidor de barreraEn este tipo de marco partidor no siempre los anchos de los derivados son proporcionales a los derechos de agua, debido simplemente a la altura de la barrera.

Marco partidor por angostamientoComo se puede ver en la figura el escurrimiento crtico se consigue a travs del angostamiento de la seccin.

En este tipo de marcos partidores los anchos de los derivados (Saliente (s) y Pasante) se pueden hacer proporcionales a los derechos. Siempre y cuando cumpla una serie de condiciones que detallaremos a continuacin.

Marco partidor por angostamientoMarco partidor de resaltoEste tipo de marco partidor tiene como caracterstica principal una barrera de seccin triangular (como se ve en la figura) en la direccin del escurrimiento.

Marco partidor de resaltoEste tipo de marco partidor tiene como caracterstica principal una barrera de seccin triangular (como se ve en la figura) en la direccin del escurrimiento. Permite adems que los anchos de el pasante y de el (los) saliente (s) sean proporcionales a los derechos de agua. Asegura tambin la igualdad de las condiciones de escurrimiento, como el espesor de la lmina lquida, para todos los ramales, y conserva al mismo tiempo las dos ventajas de los partidores de escurrimiento crtico: rpida aceleracin que iguala las velocidades y aislamiento de la seccin de particin de las variaciones de aguas abajo. Marco partidor de ranura lateralUn caso especial de partidor constituye el caso de extraccin de un derecho relativamente muy pequeo de otro grande. En tal caso no es conveniente colocar una punta partidora, debido a que con un saliente muy pequeo es probable que a su entrada se depositen basuras, hojas y ramas que obstruyan su funcionamiento. En estos caso es conveniente utilizar un marco de ranura lateral. Marco partidor de ranura lateralEste tipo de marco se dispone como una pared gruesa con entrada redondeada.

Marco partidor de ranura lateralSe puede ver adems que aguas abajo del marco partidor lateral se debe instalar una barrera, la cual permite que el marco partidor pueda operar. Mas adelante se especificaran las magnitudes de esta.

Partidores de resalto o de barrera de seccin triangular. Ambos tipos tienen dos caractersticas comunes: 1. Rpida aceleracin que en lo posible iguale las velocidades 2. Aislamiento de la seccin de particin de variaciones del escurrimiento aguas abajo.

Partidores de resaltoLa particin se hace en una seccin idntica para ambos ramales, y en la misma punta partidora, por lo tanto, la perturbacin por creacin de una capa lmite se reduce al mnimo. En los partidores de escurrimiento crtico es imposible igualar las condiciones de escurrimiento en el arranque de los ramales. El principio general de un partidor de escurrimiento crtico est dado por la ecuacin:

Partidores de resaltoEl principio general de un partidor de escurrimiento crtico est dado por la ecuacin:

Partidores de escurrimiento crtico Por barrera: criterios de diseo 1) Se fundamenta principalmente en el diseo de un umbral en el fondo, dicho umbral debe tener ciertas caractersticas que permitan la ocurrencia del tirante crtico encima de l, de manera que en la seccin de particin, no influyan las condiciones de aguas debajo de los canales derivados, es decir que no me cree ningn efecto de contracorriente.

Segn Domnguez: (3) pag. 563, el valor de a que produce escurrimiento crtico es:

Partidores de escurrimiento crtico 2) El espesor a del umbral debe ser igual a 3.5 veces el tirante critico. e > 3.5 Yc3) La arista aguas arriba del umbral debe ser redondeada con un radio de 5 a 10 cm.4) La longitud del umbral o ancho de la seccin del partidor se recomienda en 10 veces el tirante crtico. L 10Yc 5) El caudal que pasa por el umbral del partidor se calcula segn la frmula:

Donde C = coeficiente que varia de 0.38 cuando la arista es viva, a 0.41 cuando la arista es redondeada.

6) En la longitud L del umbral, se obtiene en un 80% de su valor, un caudal unitario uniforme, el cual disminuye hacia las paredes, donde llega al 80% de la velocidad central y hasta entonces tendrn que efectuarse correcciones a los anchos correspondientes a los caudales que se quieren derivar y se consideran 2 casos: - Que el ancho del ramal compensado sea mayor a 0.1L Que el ancho del ramal compensado sea menor a 0.1L

Para el primer caso: m1= 0.98 m + 0.01 L Para el segundo caso:

Donde: m1 = ancho compensado m = Ancho compensado m = ancho sin compensarL = longitud total del umbral

7) Veamos con un ejemplo, como se realiza la compensacin de los anchos con un canal que trae 4.00 m3/s y se quiere repartir en 3 caudales, un caudal de 2.5 m3/s que pasa aguas abajo, y 2 ramales de 1 y 0.5 m3/seg., la longitud L del umbral es 4.00 m.a

Ramal 1: m1 = 0.98 m + 0.01L = 0.98 x 1 + 0.01 x 4 m1 = 1.02 m Ramal 2 : m1 = 0.98 m + 0.01L =0.98 x 0.5 +0.01 x 4 m1 = 0.53 m Canal que pasa: m1 = 4 (1.02 + 0.53) = 2.45 m = 2.45 m

8) La punta partidora puede ser un macizo triangular (tajamar) o una plancha de acero delgada (6 mm); que va incrustada una longitud de 1.5Yc en el umbral del partidor.9) Estos tipos de partidores son los menos exactos debido a que siempre es difcil obtener una perfecta igualacin de velocidades sobre el umbral. 10) Se recomienda ubicarlos en un tramo recto, de unos 20 m, donde se aprecie que la rugosidad es ms o menos uniforme.

B) Por estrechamiento Diseo ejemplo En el partidor de escurrimiento crtico por estrechamiento, la ecuacin general que rige su diseo es:

El diseo de este tipo de partidor, se fundamenta en la seleccin del ancho de estrechamiento que nos da un flujo crtico, donde las velocidades se igualen y nos permita efectuar la particin de los caudales, segn las necesidades de cada canal.

Problema de diseoDisear un partidor por estrechamiento en un canal donde el caudal vara de 12 a 2 m3/s y se desea derivar un 15% de su caudal, se tienen los siguientes datos:

Se puede apreciar que a menor ancho corresponde el menor gasto, pero algunas veces esto no sucede as, en todo caso se toma el menor valor de l que resulte en el cuadro, chequeando siempre que la seccin hmeda para cualquier gasto con l escogido no sea menor al 45% de la seccin hmeda aguas arriba, donde se inicia el partidor. La seleccin de l ms ptimo, es aquel que nos da una seccin donde se inicia el partidor y sin entrar en mayores clculos se puede proceder a efectuar la particin de los caudales. Es necesario recalcar que cuando el rea de la seccin de particin es igual o menor al 40% de la seccin hmeda al inicio del partidor la velocidad cerca de las paredes se hace mayor que en el centro, por lo tanto una seccin de particin con esas condiciones ya no resulta til.