ORIFICIOS SUMERGIDOS

I.

ORIFICIOS DE CARGA CONSTANTE

El éxito de cualquier proyecto de riego en el cumplimiento de los requerimientos

de

agua

depende

en

gran

medida

del

buen

funcionamiento de su sistema de distribución de agua y transporte. Funcionamiento adecuado se identifica esencialmente con el correcto funcionamiento del sistema, de modo que la distribución equitativa y confiable de agua entre los usuarios y el transporte de agua con pérdidas mínimas está garantizada. Si bien el funcionamiento de un sistema de riego depende de buen respaldo organizativo e institucional, su eficacia depende, básicamente, en una red bien planificado, diseñado y construido a partir de la fuente de suministro de agua a los campos de los agricultores. En la actualidad, hay una serie de orificio de carga constante (CHO) estructuras de evacuación en los sistemas de riego en Malasia que funcionan como tomas para los compartimentos de riego. A la cabeza de canales terciarios al servicio de un Área de Servicio de Riego (ISA), se proporciona una estructura de CHO retiradas para facilitar la medición y la gestión del suministro de agua de riego.

1. ORIFICIOS SUMERGIDOS: a. Definición: Un orificio se utiliza como un dispositivo de medición, es una abertura bien definida de bordes afilados en una pared o tabique a través del cual se produce el flujo. Los orificios pueden ser utilizados para medir las tasas de flujo cuando el tamaño, la forma de los orificios y las alturas que actúan sobre ellos son conocidos. Para el uso de riego, los orificios son comúnmente de forma circular o rectangular y se colocan generalmente en superficies verticales, perpendiculares a la dirección de flujo de canal. Sumergir un orificio proporciona la capacidad de medir los flujos relativamente grandes con una pequeña caída en la superficie del agua, conserva la altura de suministro en comparación con los vertederos. Sin embargo, el orificio sumergido requiere medidas de la carga aguas arriba y aguas abajo. La diferencia entre las dos cargas se utiliza en la ecuación del orificio. Una medición de flujo libre requiere la medición de una sola carga aguas arriba.

b. Consideraciones: El uso de un orificio como un dispositivo de medición de agua exige atención a las dimensiones y la mano de obra, el orificio debe simular estrechamente las condiciones existentes cuando se calibró. Los coeficientes de la ecuación dependen de estos detalles y pueden variar considerablemente. Para contracción completa, la placa de orificios debe ser mecanizada alrededor de todo el perímetro de la abertura a un borde de aguas arriba limpio y recto, y agudo y la esquina en la dirección del flujo. El redondeo de una esquina de aguas arriba la cara puede suprimir parcial o totalmente la contracción. Por ejemplo, 1% de redondeo de la esquina cara de aguas arriba del perímetro de la abertura en términos de dimensión mínima provoca un

aumento

de

aproximadamente

de

3%

del

coeficiente

de

contracción. Una boca de campana bien diseñada eliminará todas las contracción (Schuster, 1970). Los orificios pueden estar parcialmente contratados en dos sentidos. Uno de ellos es la cantidad de curvatura del chorro en la dirección de flujo y la otra en la cantidad de abertura de orificio de perímetro que no produce la curvatura del chorro que pasa a través de la abertura. Este último se llama supresión. Un ejemplo de un orificio parcialmente suprimido es una compuerta, donde el enfoque de límite en los lados y el fondo continúa más allá del borde afilado de la hoja de la puerta arriba. Esta disposición elimina la contracción de chorro a lo largo de parte del perímetro de abertura del orificio, el aumento del coeficiente efectivo de descarga.

Los coeficientes se utilizan en las ecuaciones para tener en cuenta: el descuido de la velocidad de acceso de la carga, la distribución de la velocidad de acceso, la disminución de la velocidad del chorro causado por la fricción, y la cantidad de contracción de chorro causado por la curvatura flujo alrededor de la esquina del perímetro del orificio. La proximidad de la superficie del agua aguas arriba de la parte superior de la abertura del orificio afecta la cantidad de contracción. Para contracción completa, la superficie del agua aguas arriba del orificio debe ser siempre muy por encima de la parte superior de la abertura. Similar a vertederos, si la parte inferior o las paredes laterales del canal de enfoque están demasiado cerca de los bordes de los orificios, a continuación, los lados y el fondo del orificio de chorro no están totalmente contraídos. Si la superficie del agua aguas arriba cae por debajo de la parte superior de la abertura, la abertura, en efecto, se convierte en un vertedero.

c. Ventajas Y Desventajas 

Los orificios sumergidos tienen carga constante y se utilizan



cuando la caída es insuficiente para vertederos. Los orificios sumergidos se pueden utilizar cuando el coste, las limitaciones de espacio, u otras condiciones del lugar no



justifican un vertedero o aforador. Una desventaja del orificio sumergido es que la acumulación de basura sumergida o arena y sedimento aguas arriba desde el orificio pueden impedir mediciones precisas.



Alguna

obstrucción

severa

de

basura

podría

causar

el

desbordamiento de aguas arriba del banco. Dónde caída no es

limitado y hay espacio disponible, un aforador de garganta larga ordinariamente debe ser elegido. Ambos vertederos y canales son menos susceptibles a la interferencia de malezas y basura, y la obstrucción es fácilmente visible. Por lo general, los vertederos de cresta afilada y algunos canales de flujo de garganta larga son menos costosos y más precisos. d. Condiciones para la Precisión del Orificio Rectangular Sumergido Totalmente Contraído: 1) Los bordes aguas arriba del orificio debe ser recto, agudo, y suave. 2) La cara de aguas arriba del orificio de la pared debe ser vertical. 3) Los bordes superior e inferior de la abertura del orificio deben estar al mismo nivel. 4) Los lados de la abertura deben ser verdaderamente vertical. 5) La inserción de placas de orificio deben estar al ras, y la cara aguas arriba del mamparo de soporte con los elementos de fijación deben ser avellanada en el lado aguas arriba. 6) La distancia desde la abertura de bordes para el límite y la superficie del agua, tanto en los lados aguas arriba y aguas abajo, debe ser mayor que dos veces la menor dimensión de la abertura del orificio. 7) La cara de las placas debe estar libre de grasa y aceite. 8) Evite orificio con bordes de cuchillas, ya que son un peligro para la seguridad y pueden dañar fácilmente; el perímetro del orificio de la placa de apertura debe estar entre 0,03 y 0,08 pulgadas (in) de espesor. 9) Si las placas son más gruesas que la condición (8), los bordes de la placa deben reducirse al espesor requerido por el achaflanado del borde de aguas abajo de las placas de orificios a un ángulo de al menos 45 grados. 10) Los bordes de las placas de flujo requieren de mecanizado o de presentación perpendicular a la cara de aguas arriba para eliminar rebabas o arañazos y no deben ser suavizadas con tela o papel abrasivo.

11)

Los bordes de la abertura de la pared de cierre de soporte

para recibir la placa de abertura del orificio debe estar situado por lo menos un espesor de pared de la apertura de los bordes del orificio. 12) Para el flujo sumergido, el carga efectiva en el orificio es la diferencia real en la elevación entre las superficies de agua aguas arriba y aguas abajo de la pared del orificio. La cabeza diferencial debe ser de al menos 0,2 pies (pies). 13) Para el flujo libre, la carga efectiva en el orificio es la diferencia en elevación entre la superficie del agua aguas arriba y el centro de la abertura del orificio. 14) El área de la sección transversal del prisma de agua de 20 a 30 pies aguas arriba del orificio debe ser de al menos ocho veces el área de la sección transversal del orificio. 15) El tipo de dispositivo de medición de

la

carga

seleccionado debe ser compatible con la precisión requerida del proyecto y la cantidad de pérdida de carga que es aceptable. Si se cumplen todos estos requisitos, entonces el coeficiente de descarga efectiva es buena a +/- 2 por ciento. Sin embargo, la exactitud de medición de la descarga depende en gran medida del sistema de medición de ly la magnitud de ∆h.

2. ORIFICIO DE CARGA CONSTANTE: Las experiencias del pasado en los Estados Unidos de América, la República Popular China y Malasia, han puesto de manifiesto que es difícil para operar un proyecto de riego 24/7 (24 horas / día, 7 días / semana) en el modo manual. Se ha llegado a la conclusión de que muchos

de

los

proyectos

de

automatización

puede

reducir

sustancialmente los gastos de operación y también puede mejorar la gestión eficiente del agua. Con respecto al diseño del sistema, un sistema automatizado de CHO ofrece varios beneficios, incluyendo la respuesta rápida en el suministro de agua, el control computarizado

de abastecimiento de agua, la operación fácil y eficiente, el suministro de agua de riego bien regulado, la operación remota, fácil mantenimiento y el sistema está activado web. Desde el punto de vista de gestión, el sistema automatizado de CHO puede ayudar a maximizar el uso de los limitados recursos hídricos disponibles para el cultivo de arroz, reducir la dependencia de la mano de obra humana para la operación, asegurar el suministro estable de agua en los horarios requeridos y puede actuar como una herramienta para la toma sistemas de apoyo a la agricultura de precisión. CHO es un dispositivo de medición de agua que se utiliza con frecuencia en la gestión del riego. Es una combinación de un regulador (orificio) de puerta y de medición (toma) estructuras de compuertas,

que

es

operado

por

establecer

y

mantener

un

diferencial de presión constante entre el canal principal y los niveles de agua cámara de amortiguación. La estructura CHO proporciona para una medición precisa del agua de riego con baja pérdida de cabeza a través de la estructura cuando sea necesario. Una estructura de baja pérdida de carga es ventajosa en los sistemas de riego de ser más eficiente y proporciona un mejor dominio del agua para la tierra circundante.

a. Sistema de COH Automatizado: El sistema automatizado de CHO es capaz de suministrar un flujo constante de agua al campo de arroz en tasas mínimas y máximas de 0,31 m3/s y 1,2 m3/s, respectivamente. Datos en tiempo real desde el sistema se recogen y se muestran en el ordenador en la estación de controlador maestro. Los controles del controlador maestro y controla la apertura del nivel de agua, la descarga y la puerta al sitio sobre una base en tiempo real. Los usuarios CHO en la estación maestra puede controlar o configurar algunos parámetros en el sitio de acuerdo a los caudales de riego necesarios a través de un enlace de red telefónica pública conmutada (PSTN) de forma remota. La unidad de control situado en el sitio registra el nivel del río a través de sensores de nivel de agua por ultrasonidos. La unidad acepta entradas de los sensores de nivel de agua y da orden al actuador de las puertas se abran. Al establecer la descarga requerida en la página de control en el controlador principal, la puerta y la puerta orificio participación

se

abren

automáticamente

de

acuerdo

con

la

aprobación de la gestión conjunto. Lecturas de apertura de la puerta se procesan y se almacenan en la unidad de control en el lugar. Esta información se transmite a la estación maestra a través del enlace PSTN cuando se activa en la estación de controlador maestro. Los operadores de la estación maestra pueden controlar lo que está pasando sin tener que estar físicamente presente en el lugar, siempre y cuando el sistema está funcionando correctamente.

b. Descarga a Través de un Orificio Rectangular Sumergido: La ecuación para calcular la descarga estándar de un orificio rectangular sumergido es: h1−h2 2g¿ Q=C c C vf C va A √ ¿

Dónde: • Q = descarga (pies3/s) • CC = coeficiente de contracción • CVF = coeficiente de velocidad causada por la pérdida de fricción • Cva = coeficiente para dar cuenta de la exclusión de la cabeza velocidad de aproximación de la ecuación • A = el área del orificio (m2)

• g = aceleración causada por la gravedad (m/s2) • h1 = carga aguas arriba (pies) • h2 = carga aguas abajo (pies) El coeficiente de contracción, Cc, da cuenta de la reducción del área de flujo del chorro causado por la curva de flujo y que surge de los bordes de orificio. El coeficiente de CVF representa la distribución de la velocidad y la pérdida por fricción. El producto, C cCvf, a veces se llama el coeficiente de descarga, Cd. El C va coeficiente representa el uso de la cabeza de agua solamente y no tiene en cuenta plenamente para la carga de velocidad de enfoque. Este coeficiente es cercano a la unidad si se cumplen todos los requisitos de la sección 4. El coeficiente de descarga efectiva, Cd, es la C cCvfCva producto, que ha sido determinado experimentalmente para ser 0,61 para presas de riego rectangulares. El coeficiente de contracción tiene la mayor influencia en el desempeño coeficiente efectivo. Debido Cc debe acercarse a la unidad como la velocidad se aproxima a cero, su valor aumentará rápidamente después de alcanzar cierta velocidad baja. Por lo tanto, la ecuación no debe utilizarse para las cabezas de menos de 0,2 pies incluso con dispositivos de medición de la carga muy precisos. La diferencia entre las cargas ascendentes y descendentes o elevaciones de la superficie del agua a veces se llama la carga diferencial, y la ecuación 9-1a se puede reescribir como: Q=C d A √ 2 g ∆ h

Dónde: •

∆h

• Cd

= H1 - H2, carga diferencial =

0.61,

determinado

MEASUREMENT MANUAL)

experimentalmente.

(WATER

• Cd = 0.66 (Bos, 1978) La descarga, cuando la velocidad de acceso es insignificante, puede calcularse utilizando la ecuación.

Coeficiente de descarga del orificio de carga constante (CHO) Capacidad es 20 ft3/s, tamaño de la puerta es 30” x 24”, Δh =0.20 ft.

Coeficiente de descarga del orificio de carga constante (CHO)

Capacidad es 10 ft3/s, tamaño de la puerta es 24” x 18”, Δh =0.20 ft.