TOMAS LATERALES TUBULARES:Las obras de tomas para canales (o reguladores de cabeceras, Fig. 01), son dispositivos hidráulicos construidos en la cabecera de un canal de riego. La finalidad de esos dispositivos es derivar y regular el agua procedente del canal principal a los laterales o de estos 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 ellas.

Para obtener una medición exacta del caudal a derivar, éstas tomas 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 (Fig. 02).

Para canales pequeños y considerando el aspecto económico, se utiliza tomas con un compuerta con la cual la medición del caudal no será muy exacta pero sí bastante aproximada.

Figura 2: toma con doble compuerta

DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA.

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

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

Aplicando la ecuación de Bernoulli en las ecuaciones 1 (entrada al conducto), 2(salida), y considerando como nivel de referencia al eje del conducto (fig. 03), se tiene:

Figura 3: toma lateral

Dónde:

H = Carga total, diferencia de altura entre la superficie libre de agua en el canal principal y el canal lateral. (v2)2 = Carga de velocidad en el conducto

∑ h1-2= sumatoria de perdidas entre los puntos 1 y 2.

En la sumatoria de pérdidas se tienen que considerar; perdida de carga por entrada (he), perdida de carga por fricción (hf) y perdida de carga por salida (hs), siendo esta última despreciable, por lo cual se tiene:

a) Las pérdidas de entrada se calculan por la siguiente relación:

Dónde:

V2= Velocidad de la tubería

Ke = Coeficiente que depende de la forma de la entrada (tabla 1)

b) Las pérdidas por fricción se calcula con la ecuación: hf = SE LDónde:

L= Longitud de la tubería

SE= Pendiente de la línea de energía.

La ecuación de Manning establece que:

De donde:

Para el caso que una tubería trabaje llena:

Entonces se tiene:

Sustituyendo (3) y (4) en (2), resulta:

Reemplazando (5) en (1), se obtiene:

Haciendo:

Además considerando que se trata de una tubería de concreto con coeficiente de rugosidad n =0.015 y que existe entrada con arista en ángulo recto, es decir, Ke= 0.5, se tiene:

Que es la expresión para la carga total.

Diámetro (d) y área (a) del conducto:

Aplicando la ecuación de la continuidad

Para los cálculos, con el dato del caudal 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 ofrece los fabricantes. Con esta valor se recalcula ‘A’ y posteriormente ‘v’.

Sumergencía a la entrada (Sme):Puede usarse cualquiera de los siguientes criterios:

Sme = D … (9)

Sme = 1.78 hv + 0.0762 m … (10)

Sumergencia a la salida (Sms): Sms = 0.0762 m

Ancho de la caja de entrada a la toma (B)

B = D + 0.305 … (11)

Carga en la caja (h)Se calcula como un vertedero de pared delgada.

CUANDO SE UTILIZA LAS TOMAS LATERALES

Las obras de toma lateral 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 de un canal principal, estas obras pueden servir también para medir la cantidad de agua que circula por ellas.

CRITERIOS GENERALES DE 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:

h=k v2

2 g

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.

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

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−QOQ

0.65 a

0.75

0.75 a

0.80

0.80 a

0.85

0.85 a

0.95

0.95 a

0.98

Kd 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.

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.

ANALISIS DEL FLUJO EN LA COMPUERTA DEL FONDO

H1= Energía total en las inmediaciones de la compuerta.

Cuando :

Y 1a 1

<1 .4 , se emplea formula de orificio con poca carga (no hay resalto)

Q=23Cd √2 gb(H1

32−H2

32)

( I )

Cuando :

Y 1a

>1.4 , se emplea formula de orificio sumergido

Q=Cd ab√2gH0 ( II )

En ambos casos se tiene:

Cd = Coeficiente de descarga

Y 1 = Altura de agua antes de compuerta

Y s = 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 Y 2

ΔE = Perdida de carga en el resalto

Y 3 = Tirante conjugado (sub critico) de Y 2

l2 = Longitud de resalto

H0=H1−Y 2Descarga libre

H0=H1−Y 5Descarga sumergida

Δc = Perdida de carga por compuerta

El coeficiente de contracción y de descarga depende de la relación

aY 1 , según

VEDERNICOV;para encontrar:

Cd,Y 5 , Y 3 , Y 2 , ΔE ,

Δc , l se usan las relaciones siguientes:

Cd= Cc

√1+Cc aY 1

Y 3=−Y 22

+√ 2 g2gY 2+Y 22

4

Y 5Y 3

=√1+2F3 (1+Y 3Y 2

Y 2=axCc

ΔE=(Y 3−Y 2 )

3

Y 2Y 3

l1=aCc

l2=A (Y 3−Y 2 ) Según Sien Chi

BIBLIOGRAFIAS.

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/3487/Capitulo5.pdf

http://books.google.com.pe/books?id=LIogAQAAIAAJ&pg=PA309&dq=tomas+laterales&hl=es&sa=X&ei=o-tDVLXiJIfygwTNo4HABA&ved=0CBoQ6AEwAA#v=onepage&q=tomas%20laterales&f=false