UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE TECNOLOGIA TOPOGRAFIA Y GEODESIA SISTEMA DE RIEGO PARA LA POBLACION DE LAGUNILLAS UNIVERSITARIO: WILFREDO MENDEZ GUTIERREZ DOCENTE: LIC. RAMIRO DIAZ MATERIA: HIDROMETRIA Y FUNDAMENTOS DE HIDRAULICA GESTION: I-2015 LA PAZ – BOLIVIA
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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES
FACULTAD DE TECNOLOGIA
TOPOGRAFIA Y GEODESIA
SISTEMA DE RIEGO PARA LA POBLACION DE LAGUNILLAS
UNIVERSITARIO: WILFREDO MENDEZ GUTIERREZ
DOCENTE: LIC. RAMIRO DIAZ
MATERIA: HIDROMETRIA Y FUNDAMENTOS DE HIDRAULICA
GESTION: I-2015
LA PAZ – BOLIVIA
SISTEMA DE RIEGO PARA LA POBLACION DE LAGUNILLAS
1. OBJETIVO
1.1 GENERAL
Contribuir al asentamiento de la comunidad de Lagunillas, situada en el
departamento de Santa Cruz, a su crecimiento y desarrollo, contribuyendo
con ello a propiciar la paz y estabilidad en Bolivia, como así también el
desarrollo económico y mejor vida en el país.
Indicadores.
Desarrollo social y mejor calidad de vida.
Fuentes de verificación
Censos de población y datos estadísticos
Estadística el ministerio de salud y el comité de salud de la comunidad
1.2 ESPECIFICOS
Dotar y garantizar el sistema de riego a la población de lagunillas
durante todo el año, así también alcanzar el mayor abastecimiento de
agua, tomando en cuenta el índice de crecimiento poblacional.
Indicadores Objetivamente verificables
Al cabo de un año, el suministro de agua se mantiene en todo el año.
Todos los tanques están funcionando correctamente al cabo de un
año.
El origen del agua en las comunidades es agua del río
Las tareas de mantenimiento se efectúan adecuadamente.
Fuentes de verificación
Estadísticas de uso elaboradas sobre el terreno por los técnicos de la
empresa constructora de mantenimiento.
Informes y análisis del nuevo sistema de riego.
2. UBICACIÓN FISICA Y GEOGRAFICA
El estudio del diseño del sistema de agua potable se realiza en la localidad de
“Lagunillas”.
Posición Geográfica
La Localidad Lagunillas se encuentra entre los 19° 39’ de Latitud S y 63° 46’ de
Longitud O y se encuentra a los 910 m.s.n.m.
La zona está situada en la primera sección de la Provincia Cordillera, del
Departamento de Santa Cruz, ciudad de la República de Bolivia. A continuación se
presenta un detalle de la ubicación geográfica de la localidad:
El estado o comportamiento del flujo en canales abiertos está gobernado
básicamente por los efectos de la viscosidad y gravedad en relación con las
fuerzas inerciales del flujo.
Efecto de la viscosidad: el flujo puede ser laminar, turbulento o transicional
según el efecto de la viscosidad en relación con la inercia.
El flujo es laminar: si las fuerzas viscosas son muy fuertes en relación con
las fuerzas inerciales, de tal manera que la viscosidad juega un papel importante
para determinar el comportamiento de flujo.
El flujo es turbulento: si las fuerzas son débiles en relación con las
fuerzas inerciales.
El efecto de la viscosidad en relación con la inercia puede representarse
mediante el número de Reynolds7 definido por:
NOTA: como el flujo en la mayor parte de los canales es turbulento, un
modelo empleado para simular un canal prototipo debe ser diseñado de tal
manera que el número Reynolds del flujo en el canal modelo este en el rango
turbulento.
7 El número de Reynolds es un parámetro adimensional cuyo valor es idéntico independientemente del
sistema de unidades, siempre y cuando las unidades utilizadas sean consistentes
Efecto de la gravedad: el efecto de la gravedad sobre el estado de flujo
se representa por la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas
gravitacionales.
La relación antes mencionada está dada por el número de Froude8 , el cual
se representa como:
NOTA: debido a que el flujo en la mayor parte de los canales está controlado
por efectos gravitacionales, un modelo utilizado para simular un canal
prototipo con propósitos de prueba debe ser diseñado teniendo en cuenta este
efecto; es decir, el número Froude del flujo en el canal modelo debe ser igual al
número de Froude del flujo en el canal prototipo, en el caso que se cuente uno
disponible.
4.3.6 CLASES DE CANALES ABIERTOS
Un canal abierto es un conducto en el cual el agua fluye con una superficie
libre. De acuerdo con su origen un canal puede se natural o artificial.
Los canales naturales: incluyen todos los cursos de agua que existen de
manera natural en la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños
arroyuelos en zonas montañosas, hasta quebradas, arroyos, ríos pequeños y
grandes y estuarios de mareas
.
Los canales artificiales: son aquellos construidos o desarrollados mediante
el esfuerzo humano: canales de vegetación, canales de centrales
hidroeléctricas, canales y canaletas de irrigación, cunetas de drenaje,
vertederos, canales de desborde, canales de madera, etc. Así como canales de
modelos construidos en el laboratorio con propósitos experimentales.
8 Otras relaciones adimensionales utilizadas con el mismo propósito incluyen 1) el factor de flujo, 2) el número de Boussinesq, 3) el grado cinético o relación de altura de velocidad.
4.4 PARAMETROS DE DISENO
4.4.1 FLUJO POR CANALES Se llama flujo por canales a todo flujo libre cuya superficie de agua se encuentra
en contacto con la atmosfera
4.4.2 RADIO HIDRAULICO EN CANALES
La definición de radio hidráulico es válida para tuberías y para canales, ósea
sección de líquido sobre perímetro mojado.
4.4.3 NUMERO DE REYNOLDS EN CANALES
Si bien el número de Reynolds se determina para tuberías, aplicamos para canales asemejados a la tubería llena.
En tuberías
,
d
Dónde: Re Reynolds
V (m/s) Velocidad media
R (m) Radio hidráulico
α (m2/s) Viscosidad cinética
4.4.4 FLUJO UNIFORME Y PERMAENTE
El diseño de canales se realiza considerando que el líquido fluye uniforme y
permanente por un canal prismático.
Uniforme: V es cte. en la distancia
Permanente: V es cte. En el tiempo
Canal prismático: Un canal que mantiene su forma y dimensiones
𝑅𝑒 𝑉 𝑅
𝛼
4.4.5 ECUACION DE BERNOULLI
(Considerando línea de corriente en el fondo del coral)
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Perdida de carga
4.4.6 PENDIENTE DE CARGA
La pendiente de carga es la perdida de carga por metro de longitud del conducto
en canales con flujo uniforme y permanente, está pendiente de carga es igual a la
pendiente del canal.
(
)
𝑓 𝑦 𝑦
4.4.7 ECUACION DE MANNING
Es una formula empírica para hallar la velocidad media de flujo en canales,
también se puede usar la ecuación de hazen – Williams.
Dónde: V (m/s) Velocidad
R (m) Radio hidráulico
S (m/m) Pérdida de carga
n Coeficiente de seguridad
4.4.8 ECUACION DE CHEZY (1775)
Es una relación teórica que analiza el mantenimiento uniforme y permanente de
líquido por un canal, consideremos una porción de líquido y apliquemos la
ecuación de newton.
.
( )
( )
Ecuación I
Tensión cortante
El agua se corta con el canal Ac: Área cortante
Por tanto
Reemplazando
𝑉 1
𝑛 𝑅
3 𝑆
Esta tensión cortante en canales lo comparamos con la tensión cortante en tuberías para obtener la ecuación final de flujo en canales.
√
√
Ecuación de Chezy
Dónde: V (m/s) Velocidad media
R (m) Radio hidráulico
S (m/m) Pendiente canal
C Coeficiente de Chezzy
4.4.9 COEFICIENTE DE CHEZY
√
El coeficiente C es un factor que depende de la rugosidad, del material y de otros
factores que se presentan en el flujo, por tanto fue determinado experimentalmente
y se obtuvo.
Donde
𝑇𝑐 𝜌 𝑅 𝑔 𝑆
𝑉 𝐶 √𝑅𝑆
√
( )9
1
( )
1
√
( )
RELACION CHEZY C/MANNING
√
1
1
Igualando
√ 1
3
1
3
1
4.5 DISENO DE CANALES
Diseñar un canal significa hallar las dimensiones de una sección adoptada para un
caudal conocido, se debe adoptar ciertas condiciones geométricas y el material del
canal.
Canal rectangular
a Datos Incógnitas
H Q Caudal b base
h S Pendiente h tirante
n Material a reborde
b H Altura
9 Tablas de Mecánica de fluidos serie SHAUM
Recomendaciones
Relación distancia
3
Reborde
4.5.1 RECOMENDACIONES DE DISENO
a) Canales rectangulares para canales medios
A
3
H
h
b
b) Canales triangulares para caudales bajos
b
a Escotadura
H Reborde
H Relación
c) Canales trapeciales para caudales elevados
a Relación ⁄ 1 ⁄ ⁄
Talud
H Reborde
4.5.2 CANAL UNITARIO
Para canales rectangulares se define el caudal unitario como el caudal de flujo por
metro de ancho.
`
Caudal Unitario ⁄ 3 ⁄
H q
b
4.5.3 ENERGIA ESPECIFICA (E)
La energía específica es la energía expresada en metros con respecto a la
solera del canal.
Se llama flujo critico en canales a un flujo con la menor energía especifica por
tanto el agua fluye desarrollando la mínima energía posible.
3
1
3
(
) 3
Tirante critico
En función de la velocidad (q=V*h)
(
)
3
3
𝐸 𝑉
𝑔 𝑐𝑡𝑒
3
√ Velocidad critica
En un diseño cualquiera
Si V˃Vc Flujo súper critico (rápido)
Si V˂Vc Flujo sub critico (lento)
4.5.4 NUMERO DE FROUDE
El número de Froude es un valor adimensional que permite establecer si el flujo es
supercrítico o sub crítico.
En régimen critico
√
√ 1
1
En régimen súper critico
√ 1
En régimen sub critico
√ 1
4.6 CANALES CIRCUALARES
Este tipo de canales contempla un estudio especial de acuerdo a relaciones
hidráulicas.
Se llama canal circular cuando el conducto es una tubería y el agua fluye
parcialmente lleno, se mantiene una superficie de líquido en contacto con la
atmosfera.
d(m) Diámetro
h(m) Tirante d
A(m2) Sección liquido h
Pm(m) Perímetro mojado
Aplicaciones
- Alcantarillado sanitario
- Alcantarillado fluvial
- Embovedados (de pequeño caudal)
- Colectores domiciliares
a) Angulo interno (ø)
b) Tirante
(1)
( )
Reemplazamos 2 en 1
(1
)
Despejando
1
1
(1
)
A
𝑑
(1 𝑐𝑜𝑠
𝜃
)
𝜃 𝑐𝑜𝑠 (1
𝑑)
c) Sección hidráulica
Angulo área
1
1
( )
1
Donde
Por tanto
1
1
1
4.6.1 PERIMETRO MOJADO
El perímetro mojado es el arco determinado por el ángulo interno.
𝐴 1
𝜋
1 𝑑 𝜃
𝐴 1
𝑑 (
𝜋𝜃
1 𝑠𝑒𝑛𝜃)
𝑃𝑚 𝜋
𝑑 𝜃
4.6.2 RADIO HIDRAULICO (R)
1
( 1 )
4.6.3 RELACIONES HIDRAULICAS
Se relacionan los parámetros hidráulicos comparando el flujo parcialmente lleno
con el flujo totalmente lleno.
d
h
Parcialmente lleno Totalmente lleno
*Relación de tirante
1 1
*Angulo interno
1 (1
)
*Relación de sección
1
(
1 )
*Relación de perímetros
𝑅 𝑑
𝜋𝜃(𝜋𝜃
1 𝑠𝑒𝑛𝜃)
A Ao
*Relación de radios hidráulicos
1
(
1 )
*Relación de velocidades
(
(
1 ))
*Relación de caudales
(
) (
)
4.6.4 TABLA DE RELACIONES HIDRAULICAS
h/d Φ A/Ao Pm/Pmo V/Vo Q/Qo
0,01 22,95668 0,00169 0,06377 0,08898 0,00015
0,02 32,52041 0,00477 0,09033 0,14080 0,00067
0,03 39,89689 0,00874 0,11082 0,18392 0,00161
0,04 46,14784 0,01342 0,12819 0,22210 0,00298
0,05 51,68387 0,01869 0,14357 0,25689 0,00480
0,06 56,71527 0,02450 0,15754 0,28916 0,00708
0,07 61,36683 0,03077 0,17046 0,31941 0,00983
0,08 65,71976 0,03748 0,18255 0,34801 0,01304
0,09 69,83041 0,04458 0,19397 0,37519 0,01673
0,10 73,73980 0,05204 0,20483 0,40116 0,02088
0,11 77,47885 0,05985 0,21522 0,42604 0,02550
0,12 81,07160 0,06797 0,22520 0,44996 0,03059
0,13 84,53717 0,07639 0,23483 0,47301 0,03614
0,14 87,89104 0,08509 0,24414 0,49527 0,04214
0,15 91,14599 0,09406 0,25318 0,51679 0,04861
0,16 94,31271 0,10328 0,26198 0,53763 0,05552
0,17 97,40025 0,11273 0,27056 0,55784 0,06288
0,18 100,41636 0,12240 0,27893 0,57746 0,07068
0,19 103,36773 0,13229 0,28713 0,59653 0,07891
0,20 106,26020 0,14238 0,29517 0,61506 0,08757
0,21 109,09891 0,15266 0,30305 0,63309 0,09665
0,22 111,88840 0,16312 0,31080 0,65065 0,10613
0,23 114,63272 0,17375 0,31842 0,66775 0,11602
0,24 117,33550 0,18455 0,32593 0,68442 0,12631
0,25 120,00000 0,19550 0,33333 0,70067 0,13698
0,26 122,62920 0,20660 0,34064 0,71652 0,14803
0,27 125,22578 0,21784 0,34785 0,73197 0,15945
0,28 127,79224 0,22921 0,35498 0,74705 0,17123
0,29 130,33083 0,24070 0,36203 0,76177 0,18336
0,30 132,84364 0,25232 0,36901 0,77614 0,19583
0,31 135,33263 0,26404 0,37592 0,79016 0,20863
0,32 137,79961 0,27587 0,38278 0,80384 0,22175
0,33 140,24625 0,28780 0,38957 0,81720 0,23519
0,34 142,67415 0,29981 0,39632 0,83024 0,24892
0,35 145,08479 0,31192 0,40301 0,84298 0,26294
0,36 147,47959 0,32410 0,40967 0,85540 0,27724
0,37 149,85988 0,33636 0,41628 0,86753 0,29180
0,38 152,22692 0,34869 0,42285 0,87936 0,30663
0,39 154,58193 0,36108 0,42939 0,89091 0,32169
0,40 156,92608 0,37353 0,43591 0,90217 0,33699
0,41 159,26048 0,38603 0,44239 0,91315 0,35250
0,42 161,58621 0,39858 0,44885 0,92386 0,36823
0,43 163,90431 0,41117 0,45529 0,93430 0,38415
0,44 166,21579 0,42379 0,46171 0,94447 0,40026
0,45 168,52166 0,43644 0,46812 0,95437 0,41653
0,46 170,82287 0,44912 0,47451 0,96401 0,43296
0,47 173,12037 0,46183 0,48089 0,97339 0,44954
0,48 175,41511 0,47454 0,48726 0,98252 0,46625
0,49 177,70802 0,48727 0,49363 0,99139 0,48307
0,50 180,00000 0,50000 0,50000 1,00000 0,50000
0,51 182,29198 0,51273 0,50637 1,00836 0,51702
0,52 184,58489 0,52546 0,51274 1,01647 0,53411
0,53 186,87963 0,53817 0,51911 1,02434 0,55127
0,54 189,17713 0,55088 0,52549 1,03195 0,56847
0,55 191,47834 0,56356 0,53188 1,03931 0,58571
0,56 193,78421 0,57621 0,53829 1,04643 0,60296
0,57 196,09569 0,58883 0,54471 1,05330 0,62022
0,58 198,41379 0,60142 0,55115 1,05992 0,63746
0,59 200,73952 0,61397 0,55761 1,06630 0,65467
0,60 203,07392 0,62647 0,56409 1,07242 0,67184
0,61 205,41807 0,63892 0,57061 1,07830 0,68895
0,62 207,77308 0,65131 0,57715 1,08393 0,70597
0,63 210,14012 0,66364 0,58372 1,08930 0,72290
0,64 212,52041 0,67590 0,59033 1,09443 0,73972
0,65 214,91521 0,68808 0,59699 1,09930 0,75641
0,66 217,32585 0,70019 0,60368 1,10392 0,77295
0,67 219,75375 0,71220 0,61043 1,10827 0,78932
0,68 222,20039 0,72413 0,61722 1,11237 0,80550
0,69 224,66737 0,73596 0,62408 1,11621 0,82148
0,70 227,15636 0,74768 0,63099 1,11977 0,83724
0,71 229,66917 0,75930 0,63797 1,12307 0,85275
0,72 232,20776 0,77079 0,64502 1,12610 0,86799
0,73 234,77422 0,78216 0,65215 1,12884 0,88294
0,74 237,37080 0,79340 0,65936 1,13130 0,89757
0,75 240,00000 0,80450 0,66667 1,13347 0,91188
0,76 242,66450 0,81545 0,67407 1,13535 0,92582
0,77 245,36728 0,82625 0,68158 1,13692 0,93938
0,78 248,11160 0,83688 0,68920 1,13818 0,95252
0,79 250,90109 0,84734 0,69695 1,13913 0,96523
0,80 253,73980 0,85762 0,70483 1,13974 0,97747
0,81 256,63227 0,86771 0,71287 1,14002 0,98920
0,82 259,58364 0,87760 0,72107 1,13994 1,00041
0,83 262,59975 0,88727 0,72944 1,13949 1,01104
0,84 265,68729 0,89672 0,73802 1,13866 1,02106
0,85 268,85401 0,90594 0,74682 1,13743 1,03044
0,86 272,10896 0,91491 0,75586 1,13577 1,03912
0,87 275,46283 0,92361 0,76517 1,13366 1,04706
0,88 278,92840 0,93203 0,77480 1,13108 1,05420
0,89 282,52115 0,94015 0,78478 1,12797 1,06047
0,90 286,26020 0,94796 0,79517 1,12431 1,06580
0,91 290,16959 0,95542 0,80603 1,12003 1,07010
0,92 294,28024 0,96252 0,81745 1,11507 1,07328
0,93 298,63317 0,96923 0,82954 1,10933 1,07519
0,94 303,28473 0,97550 0,84246 1,10269 1,07568
0,95 308,31613 0,98131 0,85643 1,09498 1,07451
0,96 313,85216 0,98658 0,87181 1,08594 1,07137
0,97 320,10311 0,99126 0,88918 1,07514 1,06575
0,98 327,47959 0,99523 0,90967 1,06176 1,05669
0,99 337,04332 0,99831 0,93623 1,04373 1,04196
1,00 360,00000 1,00000 1,00000 1,00000 1,00000
4.6.5 REVISION DE RELACIONES HIDRAULICAS
a) Mayor caudal
1 1
Para
b) Intervalo de caudal mayores
1 1 1
Para
Nota
Se adopta este intervalo para un diseño donde se lleva más caudal que cuando
está lleno.
c) Mayor velocidad
1 1 1 1
Para el tirante
1 1
d) Intervalo de velocidades mayores
1 1 1
Para
1
En este intervalo se llenas tuberías parcialmente llenas con velocidades mayores
a la tubería totalmente llena.
4.7 FLUJO POR VERTEDORES
Se llama vertedero a una obra hidráulica que cierra el paso al flujo del líquido y eleva
al nivel, permitiendo el flujo de agua a través de una abertura de perímetro libre.