Partidores de Agua o Repartidores de Caudal en Canales

 

 

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja

ÁREA TÉCNICA INGENIERÍA CIVIL  CONSULTA: PARTIDORES DE AGUA AGUA O REPARTIDOR REPARTIDORES ES DE CAUDAL EN CANALES COMPUERTAS MANUALES Y AUTOMATIZADAS

Autores: Jorge Paolo Tocto Jiménez, Juan Carlos Ruiz Romero, José David Fuertes Diaz, Cristhian Frenando Pullaguari Pizarro Docente: Ing. Edgar Iván Pineda 

Fecha: 14/07/2022 

Abril – Agosto 2022 

LOJA - ECUADOR

 

  Partidores de agua o repartidores de caudal en canales can ales Compuertas manuales y automatizadas Resumen El abastecimiento de agua es el sistema más importante para el desarrollo de las comunidades, para satisfacer las necesidades básicas de consumo y para sistemas de riego de cultivos, generalmente en épocas secas o en lugares de pocas precipitaciones. Por esta razón, en los sistemas de riego se desarrollan los repartidores de caudal, que permiten derivar parte del agua que fluye por un canal en diversos ramales para diferentes acequias, para que exista un reparto equitativo hacia las parcelas, reconociendo la escasez de este recurso. Por esta razón, es importante el estudio de estas estructuras hidráulicas, como su composición y funcionamiento, el desarrollo en el servicio de las comunidades y su comportamiento hidráulico, con el fin diseñar obras de máxima eficiencia mediante cálculos, para el servicio en sistemas de riegos.

Introducción El riego es una práctica antigua en la agricultura, que tiene la finalidad de proveer una cantidad adecuada de agua para el correcto desarrollo de los cultivos y permitir así la producción de alimentos en la época seca, en la cual no existen lluvias frecuentes. En riego por superficie el agua pasa desde su lugar de origen hasta la parcela de riego por un sistema de distribución. Para distribuir el agua desde un canal o acequia a diferentes acequias o directamente a una parcela se utilizan los partidores, que son estructuras hidráulicas que permiten dividir este caudal en un número de partes iguales o diferentes con el fin de tener un mayor control del agua (Gómez, 2010). En este contexto, los partidores se construyen debido a la problemática de que el caudal de un sistema de riego o canal no llega a todas las personas que están en el derecho de este recurso hídrico, y es necesario dividir para que pueda existir un abastecimiento aplicado generalmente para la agricultura, para ello se reparte este caudal en ramales que se crean conveniente mediante los partidores, teniendo en cuenta el cálculo del recurso hídrico necesario para cada parcela.

Estado del arte Una gran contribución a estos sistemas de distribución de caudales se ha desarrollado en Vega de Granada, España, que se configura a partir de sistemas de riego alimentados con agua de manantiales y arroyos para regar las tierras de cultivo. Los sistemas de riego son manejados por comunidades que comparten la misma cuenca y reconocen el agua como un recurso escaso, lo que lleva a la implementación de estrategias de uso de los recursos, para su distribución equitativa, y no se están dejando. sin riego (Ruiz, 2013). El sistema tradicional de riego de la Vega de Granada se basa en tres grandes acequias que toman sus aguas del río Genil, y riegan 4.600 ha: la Gorda, la de Arabuleila y la de Tarramonta, que se ramifican en un complejo entramado de acequias y brazales.

 

 

La Acequia Gorda tiene derecho a retener para sus riegos ri egos un quinto y medio del caudal que lleve el río. Pero debe ceder durante su recorrido las siguientes porciones: una quinta parte de la dotación, que es conducida a la acequia de Arabuleila por el partido de los Infantes; tres quintas partes del resto que irán destinadas a la ciudad de Granada por la Acequia del Realejo, y una quinta parte del que resto se desviará a la acequia de Tarramonta por el partidor llamado llam ado Quinto del Molino de Don Alvarillo (Guzmán, 2010). 

Ilustración 1. Partidor en la Acequia Gorda

En la siguiente secuencia de imágenes se puede observar como el agricultor deriva el agua desde la acequia de la comunidad hacia su parcela para regarla. Cuando finaliza el riego vuelve a dejar correr el agua por la acequia. 

 

  Descripción de la tecnología Funcionalidad Para el estudio de los partidores es necesario conocer la siguiente nomenclatura respecto a los componentes.

→  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. En este contexto, Gómez Navarro, citado en el Manual de la l a Autoridad Nacional del Agua (2010), afirma que cuando los cauces de riego se bifurcan en dos o más afluentes, es necesario distribuir los caudales de forma proporcional, pero independiente del caudal del cauce, formado por construcciones llamados partidores. El sistema más simple de partidores es un tramo recto de doble canal, partido, que divide el caudal proporcionalmente al ancho, lo cual es impreciso, ya que cuando la separación se realiza lenta o severamente, afectarán el caudal según las condiciones aguas abajo del mismo. separador tales como: radio hidráulico y curvas que pueden dar lugar a remansos. Por otro lado, Krastz, citado en el mismo trabajo, explica que, si hay un desvío de más de 25% de flujo del canal principal, la estructura es un partidor. Por otro lado, la punta partidora originalmente consistía en un bloque triangular, que hoy es reemplazado por una delgada placa de acero paralela a la l a dirección de la corriente, modificación que consideró ineficaz. El E l elemento divisor de flujo, que se coloca sobre el vertedor, puede ser fijo o móvil.

 

Los divisores fijos se construyen por lo general de concreto y pueden ser varios. Cada sección en que se divide la cresta alimenta un canal aguas abajo. Por otra o tra parte, normalmente, los divisores móviles o ajustables son unidades metálicas prefabricadas en forma de bandera y cuentan con un sistema de giro vertical ubicado en su extremo aguas abajo (Sánchez, 2012).

Los sistemas ajustables permiten variar las proporciones de los gastos derivados hacia dos canales. Para esto, la bandera puede barrer todo el ancho del vertedor, con lo cual es factible llegar al extremo de derivar todo el gasto hacia uno u otro canal y consecuentemente hacer todas las combinaciones deseables de partición de caudal (García, 2016). Los partidores móviles, cuyo rango estándar de control fluctúa entre 50 l/s y 2.0 m3 /s, pueden colocarse en medio de partidores fijos si así se requiere, de esta manera se incrementa la versatilidad de los sistemas de partición de flujo. En general, los partidores consisten en una cámara con paredes verticales en las que hay aberturas ajustables. Por lo general, g eneral, se instalan puertas correderas de madera o metal para regular la distribución del flujo. El ancho de cada salida es proporcional al caudal. En canales revestidos, se considera un diseño con una puerta completamente abierta, cuya área es aproximadamente igual al área de la sección transversal del canal. En recorridos por carretera, la apertura de la puerta puede considerar una velocidad de 1,5 m/s.

 

  En los casos en que el caudal es escaso y el riego se realiza por turnos la derivación debe ser total. En este caso existen compuertas en ambos canales (pasante y de derivación) y una compuerta se cierra completamente otra. La derivación automática consiste en una obra que deriva un porcentaje de caudal fijo hacia cada canal (pasante y de derivación) sin necesidad de un operador que abra y cierre las compuertas.

Tipos de partidores Domínguez, citado en el Manual de la Autoridad Nacional del Agua, realiza la siguiente clasificación:

•  Partidores de escurrimiento crítico: Pueden ser de barrera y por estrechamiento.

•  Partidores de resalto o de barrera con sección triangular: Rápida aceleración y aislamiento de la sección de partición de variaciones del escurrimiento aguas abajo.

 

 

•  Partidor de ranura lateral: Un caso especial de partidor constituye la extracción de un derecho relativamente muy pequeño de otro grande, en donde no es conveniente colocar una punta partidora, porque con el saliente muy pequeño es probable que a su entrada se depositen hojas y ramas que obstaculicen el e l paso.

Finalmente, en la siguiente imagen se tiene una vista detallada en planta y elevación de un partidor de aguas en 3 caudales diferentes.

 

 

Ecuaciones y cálculo Ejercicio 1: Diseñar un repartidor por estrechamiento en un canal donde el caudal varía de 12 a 2 m³/s m ³/s y se desea derivar un 15% de su caudal, para ello se tienen los siguientes datos: Canal de llegada Canal que pasa Ramal

Q (m³/s) 12 -2

S 1.6°/00

n 0.025

Talud 0.5:1

b (m) 4

10.2 – 1.7

1.6°/00

0.025

0.5:1

4

1.8 – 0.3

2°/00

0.025

0.5:1

1

Solución: Escogemos entre los canales a derivar, cual es el que decide el cálculo y para eso calculamos el factor hidráulico del hecho (  S/n ) Canal que pasa = 1.6 Ramal = 1.8 Luego, el canal que decide el cálculo será el canal que pasa, y entre éste, y el canal de llegada lleg ada se hacen los cálculos para el diseño. 2)

( − 1) ∆=  ∗ 2   Donde: Vo  Vc Para un primer tanteo en el cálculo de ∆ se puede asumir ρ = 0.5  

1 = 3 =  32  

 

Es decir que la energía en la sección del partidor, es igual a la energía aguas abajo del partidor en el canal que pasa. De otro lado se sabe que:

          = 2 2        = 2   Se reemplaza este valor en B y se obtiene

1       = 3 2 El valor obtenido de Vc así obtenido se reemplaza en (A) y se obtiene la pérdida de carga. Asi mismo de la c. (4.56) tenemos

2 (1 + ∆) ∗  =   3 De la ecuación general de Yc se tiene:

 = √    ∗   La longitud de la sección de estrechamiento será:

=

    

Cálculo de la longitud en la sección de estrechamiento Se ha calculado mediante la elaboración de la Tabla 4.13 y las relaciones expresas en el punto anterior Tabla. Calculo de L en partidores por estrechamiento 1

2

Y

Qp

0,4

3

4

5

6

1,32

8 9 0,5(VcQE V1²/2g B1 V1 Vc²/2g Vc V1)²/2g 0,032 0,432 0,79 0,144 1,68 0,02 1,55

0,5

1,89

0,040

0,54

0,5

2,54

0,049

0,8

4,04

1

10

11

12

13

14

15

B1+D Yc

q

I

Vc

r

0,452 0,31

0,517 3,0

1,72

0,45

1,88 0,025

2,22

0,565 0,377 0,725 3,6

1,92

0,46

0,649 0,98 0,216

2,6

3

0,679 0,453 0,955 3,14 2,11

0,46

0,067

0,867 1,15 0,289

2,38 0,039

4,75

0,906 0,64

2 2,43 ,43

0,47

5,78

0,085

1,085 1, 085 1,29 0,362

2,67 0,049

6,8

1,134 0,756 2,06

3,30 2,73

0,46

1,2

7,78

0,11

1,31

2,92 0,058

9,15

1,359 0,96

2,7

3,39 2,98

0,46

1,4

9,98

0,118

1,518 1,52 0,56

3,15 0,068

11,74 1,586 1,057 3,4

3,45 3,22

0,46

1,54

3,17 0,069

12

3,45 3,24

0,46

1,42 10,20 0,119

0,89 0,18

7

1,41 0,434

1,53 0,513

0,03

1,470 3,23

1,609 1,073 3,48

 

Explicación de la elaboración de la tabla del cálculo de partidores por estrechamiento

Columna 1 y columna 2 Corresponden a los valores de tirante asumidos, para los cuales se calcula el respectivo caudal según Manning, de acuerdo a las características del canal aguas abajo (canal que pasa). Características del canal:

→  Z = 0.5 →  b = 4.0 m2  →  n = 0.025   →  S = 1.6º/oo Para Y = 0.8 m, se tiene:

→  A = 3.52 m →  P = 5.79 m → 



  = 0.718 

Luego:

=

      ∗  



 

  = 4.04    Columnas 3, 4 y 5: El valor de las columnas 3 y 5 está referido a la velocidad, aguas abajo del partidor en el canal que pasa.

=

 4.04   3.52

 = 1.15      = 0.067   2 El valor B1 es la energía específica o Bernoulli

1 .8 + 0.0 0.067 67  1 = 1 +   = 00.8 2 1 = 0.867  

 

Columnas 6 y 7: Esta referido a la velocidad crítica que ocurre en la sección de estrechamiento asumiendo que entre esta y aguas abajo no hay pérdidas. Según la Ec. C se tiene:

1       = 3 2    0.867 2   = 3   = 0.289   Luego:

 = 2.38

   

Columna 8: Es la pérdida de carga que ocurre entre la sección de estrechamiento y la sección del canal que pasa, aguas abajo del partidor.

( − 1)   ∆=∗ 2 Donde:

→  Vc = corresponde a una primera aproximación →  ρ = 0.5 (valor más desfavorable) →  V1 = correspondiente a cada caudal para un Y dado La pérdida de carga para Y = 0.8, que se viene tomando será:

 0.5 ∗ (2.3 2.388 − 1.15)   ∆= 2 ∆ = 0.039    Columna 9: Sabemos que el caudal que entra QE, es el 100%, siendo el caudal que pasa QP el 85%, y el caudal derivado por el ramal 15%, luego, si tenemos QP es fácil obtener QE.

 = 4.04  /   = 4.75   Columna 10 Para cada valor QE se tiene un valor QP, y lógicamente un valor B1 + ∆, en el canal que pasa aguas abajo del partidor.

•  B1 = energía especifica •  ∆ = pérdidas por ensanche paulatino (valor aproximado) En nuestro ejemplo escogido tenemos:

1 + ∆ = 0.867 + 0.039 = 0.906  

 

Columna 11: Es el tirante crítico que corresponde a un caudal determinado QE y QP. Según la Ec. D, se tiene:

 2  =  ∗ (1 + ∆)  3  = 23 ∗ 0.906    = 0.604   Columna 12:

 = √    ∗    = √ 0.604 0.604  ∗ 9.81 /     = 1.47   ∗    Columna 13: El valor l corresponde al ancho del estrechamiento.

      4.75   = 1.47  = 3.23   =

Columna 14: Corresponde al verdadero valor de Vc, en la sección 1.

    2   = 2    = √  ∗    = √ 0.0606 0.0606  ∗ 9.8 9.81/ 1/   = 2.43 /  Columna 15 Es el verdadero valor del coeficiente de pérdidas por ensanche paulatino.

 ( − 1)   = 0.039  = 2

 

 (2.4 2.433 − 1.1 1.155) =   = 0.039  2   0.039 =   0.0835  = 0.47  ∆= 0.119    0.119   = 0.159  = 0.748  De otro lado se tiene:

0.5 ∗ 11..42  5.4 1  4 + 2 ∗ 0.5   =  = 1.64   = 3.3 3.3  Con los valores de ρ y l1/l en la fig. 2.18 a se obtiene α=45º, luego la longitud del ensanche paulatino o transición entre la sección de partición y el canal aguas abajo será:

=

 1 −    2 ∗  2

 5.42 − 3.3  5.42 3.3   0.8284  = 2.56  

=

 ≈ 3   Si tomamos α = 30º disminuimo s las pérdidas y L = 4 m.

Conclusiones •  Se puede deducir que a menor ancho corresponde menor gasto, pero también existirán casos en los que no sea así, es por ello que se debe chequear la sección húmeda aguas arriba donde inicie el repartidor. •  Cuando el área de la sección de partición es igual o menor al 40% de lla a sección húmeda al inicio del partidor la velocidad cerca de las paredes se hace mayor que en el centro, por lo tanto, una sección de partición con esas condiciones ya no resulta útil. •  Los partidores de diseño lateral no se usan agujas o puntas partidoras y solo se diseñan cuando en el canal hay poco caudal

•  Se tomo como partidor cuando el caudal de l canal principal se desvía un 25% de su flujo si se desvía menos del 25% por ciento la obra ya no viene a constar como un partidor

 

Recomendaciones

• 

Al momento de diseñar nuestro nuestro partidor para el canal es mejor diseñarlo contando con compuertas automáticas ya que si se lo hace de manear manual se tiene muchas desventajas primero que habría que contratar un personal y este a su ves puede tener errores al momento de operar la obra por ello es mejor usar una compuerta automatizada •  Para diseñar el partidor primero se debe realizar un estudio bastante riguroso de el caudal que se va a desviar para así realizar el partidor de manera adecuada. •  Se debe tener cuidado al momento de realizar partidores siempre se tiene que ver si en el flujo del caudal hay escombros como ramas u hojas que puedan afectar a nuestro partidor si el flujo cuenta con demasiados solidos que puedan obstruir nuestro partidor se puede usar el partidor de ranura lateral.

Bibliografía Autoridad Nacional del Agua (2010). Manual: Criterios de diseños de obras hidráulicas para la  formulación de proyectos proyectos hidráulicos multisect multisectoriales oriales y de afianzamiento afianzamiento hídrico. Lima. García, N. (2016). Operación de canales: Conceptos generales. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. IMTA. ISBN 978-607-9368-42-5 978-607-9368-42-5.. Guzmán, J. (2010). Los regadíos de la Vega de Granada. Gómez, R. (2010). Manual para agricultores. Módulo 2: Riego por superficie.   Consejería de Agricultura y Pesca, Servicio de Publicaciones y Divulgación. Sánchez, Y. & Soto, J. (2012). Diseño y optimización de un modelo físico de control de flujo aguas arriba y proporcional.  Ingeniería Agrícola. Escuela de Ingeniería, recursos naturales y medio ambiente. Santiago de Cali. Ruiz, J. (2013). Sistema de riego en la Vega de Granada: el mantenimiento de un paisaje agrario a partir de los repartos de agua de riego. Universidad de Sevilla.