TI10
Páginas: 10 (2464 palabras)
Publicado: 26 de septiembre de 2015
Diseño de una estructura hidromecánica para el control automático de niveles en canales de riego
B. Maldonado Ruiz
Universidad Autónoma de Zacatecas
Unidad Académica de Ciencias de la Ingeniería
Av. López Velarde 801
Zacatecas, Zac. 98000
brumaru@mixmail.com
S. Gómez Jiménez
Universidad Autónoma de Zacatecas
Tesista de Licenciatura
Programa de Ingeniería Mecánica
Unidad Académica deIngeniería
Av. López Velarde 801
Zacatecas, Zac. 98000
gojisa@hotmail.com
Resumen
En la operación de los canales de riego, es necesaria la maniobra manual o automática, de las estructuras de control de nivel en los canales principales, para mantener un nivel adecuado, que permita a los usuarios obtener a tiempo y con la debida frecuencia la cantidad de agua necesaria para el desarrollo adecuado de suscultivos, a través de las extracciones laterales. La mayoría de los canales en nuestro país cuentan con compuertas deslizantes de operación manual, para lograr la debida regulación de los niveles, lo que produce una gran dificultad para el operador, debido a las grandes distancias existentes entre las diversas estructuras, por lo que es necesario sustituirlas con estructuras auto-operantes quepermitan regular de manera automática los niveles en los canales. Por iniciativa de la Coordinación de Riego y Drenaje, del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua y en colaboración con la Unidad Académica de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad Autónoma de Zacatecas, se está desarrollando un prototipo de estructura de control automática que emplea la energía del flujo para auto-operarse.El objetivo de la investigación consiste en determinar el diseño hidráulico, mecánico y dinámico del prototipo, para finalmente obtener un modelo propio que permitirá a los usuarios del agua hacer un uso más eficiente de este vital recurso.
I. Introducción
El prototipo a desarrollar en esta investigación es una estructura hidrodinámica auto-operante del tipo AMIL, la cual permite controlar elnivel (tirante) aguas arriba de la estructura; se muestra un modelo comercial en la figura 1.
Figura 1. Compuerta AMIL D90 comercial.
Para el diseño de la compuerta se ha hecho uso de la llamada Ingeniería de Concurrencia, la cual consiste en desarrollar en diferentes plataformas (software’s) los diversos análisis requeridos que permitirán converger en el desarrollo del prototipo.
II. DiseñoHidráulico
Hidráulicamente, la estructura es una compuerta radial que da paso a una determinada corriente de agua en función de los parámetros geométricos e hidráulicos involucrados en su diseño. Dichos parámetros son la carga aguas arriba y aguas abajo de la compuerta (y1, y2), la abertura de la hoja (z), el talud (k), y la plantilla de la sección del canal de acceso o llegada (b).
Elfuncionamiento hidráulico de una compuerta AMIL es una combinación simultánea del tipo vertedor (con contracción lateral) y del tipo orificio (observe la figura 2).
Figura 2. Secciones vertedor y orifico de una compuerta AMIL.
Cuando la descarga a través de la compuerta no se afecta por las condiciones del flujo aguas abajo de la misma, ésta se denomina en carga a descarga libre. En caso contrario,la descarga es sumergida o ahogada, observe las figuras 3 y 4 correspondientes a la fase experimental de un modelo a escala reducida de una compuerta AMIL.
(3) (4)
Figuras 3 y 4. Descargas libre (3) y ahogada (4), de un modelo de compuerta AMIL.
Asimismo se produce contracción lateral en la parte superior de los costados, por encima de
la superficie libre, aguas abajo dela hoja de la compuerta cuando la descarga es libre, observe dicho comportamiento en las figuras 5 y 6.
(5) (6)
Figuras 5 y 6. Contracciones de la vena líquida a su paso por la compuerta.
(5) Descarga libre (sección orificio), (6) Descarga ahogada (sección vertedor).
Ecuación de gasto de la compuerta
Todas las estructuras hidráulicas, como los orificios, vertederos,...
B. Maldonado Ruiz
Universidad Autónoma de Zacatecas
Unidad Académica de Ciencias de la Ingeniería
Av. López Velarde 801
Zacatecas, Zac. 98000
brumaru@mixmail.com
S. Gómez Jiménez
Universidad Autónoma de Zacatecas
Tesista de Licenciatura
Programa de Ingeniería Mecánica
Unidad Académica deIngeniería
Av. López Velarde 801
Zacatecas, Zac. 98000
gojisa@hotmail.com
Resumen
En la operación de los canales de riego, es necesaria la maniobra manual o automática, de las estructuras de control de nivel en los canales principales, para mantener un nivel adecuado, que permita a los usuarios obtener a tiempo y con la debida frecuencia la cantidad de agua necesaria para el desarrollo adecuado de suscultivos, a través de las extracciones laterales. La mayoría de los canales en nuestro país cuentan con compuertas deslizantes de operación manual, para lograr la debida regulación de los niveles, lo que produce una gran dificultad para el operador, debido a las grandes distancias existentes entre las diversas estructuras, por lo que es necesario sustituirlas con estructuras auto-operantes quepermitan regular de manera automática los niveles en los canales. Por iniciativa de la Coordinación de Riego y Drenaje, del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua y en colaboración con la Unidad Académica de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad Autónoma de Zacatecas, se está desarrollando un prototipo de estructura de control automática que emplea la energía del flujo para auto-operarse.El objetivo de la investigación consiste en determinar el diseño hidráulico, mecánico y dinámico del prototipo, para finalmente obtener un modelo propio que permitirá a los usuarios del agua hacer un uso más eficiente de este vital recurso.
I. Introducción
El prototipo a desarrollar en esta investigación es una estructura hidrodinámica auto-operante del tipo AMIL, la cual permite controlar elnivel (tirante) aguas arriba de la estructura; se muestra un modelo comercial en la figura 1.
Figura 1. Compuerta AMIL D90 comercial.
Para el diseño de la compuerta se ha hecho uso de la llamada Ingeniería de Concurrencia, la cual consiste en desarrollar en diferentes plataformas (software’s) los diversos análisis requeridos que permitirán converger en el desarrollo del prototipo.
II. DiseñoHidráulico
Hidráulicamente, la estructura es una compuerta radial que da paso a una determinada corriente de agua en función de los parámetros geométricos e hidráulicos involucrados en su diseño. Dichos parámetros son la carga aguas arriba y aguas abajo de la compuerta (y1, y2), la abertura de la hoja (z), el talud (k), y la plantilla de la sección del canal de acceso o llegada (b).
Elfuncionamiento hidráulico de una compuerta AMIL es una combinación simultánea del tipo vertedor (con contracción lateral) y del tipo orificio (observe la figura 2).
Figura 2. Secciones vertedor y orifico de una compuerta AMIL.
Cuando la descarga a través de la compuerta no se afecta por las condiciones del flujo aguas abajo de la misma, ésta se denomina en carga a descarga libre. En caso contrario,la descarga es sumergida o ahogada, observe las figuras 3 y 4 correspondientes a la fase experimental de un modelo a escala reducida de una compuerta AMIL.
(3) (4)
Figuras 3 y 4. Descargas libre (3) y ahogada (4), de un modelo de compuerta AMIL.
Asimismo se produce contracción lateral en la parte superior de los costados, por encima de
la superficie libre, aguas abajo dela hoja de la compuerta cuando la descarga es libre, observe dicho comportamiento en las figuras 5 y 6.
(5) (6)
Figuras 5 y 6. Contracciones de la vena líquida a su paso por la compuerta.
(5) Descarga libre (sección orificio), (6) Descarga ahogada (sección vertedor).
Ecuación de gasto de la compuerta
Todas las estructuras hidráulicas, como los orificios, vertederos,...
Leer documento completo
Regístrate para leer el documento completo.