UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERUCARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

SEMESTRE ACADEMICO 2008-ITERCER EXAMEN PARCIAL DE IRRIGACIONES

(Duración 1.5 Hrs)

1. Cuales son las consideraciones que se toman al aplicar la ecuación de la energía para la deducción de las ecuaciones de los vertederos. (02 puntos).

2. Escriba las ecuaciones para aforo de caudales en vertederos: rectangular; triangular, trapezoidal y circular; y defina cada uno de sus elementos. (02 puntos).

3. Indique los criterios para el diseño de sifones invertidos: (02 puntos).

4. Describa las principales perdidas de carga a considerar en el diseño de sifones invertidos: (02 puntos).

5. Indique los criterios para el diseño de alcantarillas: (02 puntos).

6. Describa los elementos de una rápida:(02 puntos).

7. Describa los factores más importantes a considerar en el diseño y cálculo hidráulico de un sistema de riego por aspersión: (02 puntos).

8. Indique las partes componentes del diseño de un sistema de riego por aspersión:(02 puntos).

9. Ocúpese sobre las ventajas y desventajas del sistema de riego por goteo: (02 puntos).

10. Describa los componentes del sistema de riego por goteo: (02 puntos).

Uncp, 25 de Julio del 2008.

Ing. Abel Muñiz P. Profesor del Curso.

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERUCARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

SEMESTRE ACADEMICO 2008-ITERCER EXAMEN PARCIAL DE IRRIGACIONES

(Duración 1.5 Hrs)

11. Cuales son las consideraciones que se toman al aplicar la ecuación de la energía para la deducción de las ecuaciones de los vertederos. (02 puntos).

Distribución hidrostática de presiones. Las perdidas por fricción y locales entre los puntos próximos a la de descarga son despreciables. La tensión superficial es despreciable. El flujo aguas debajo de la estructura (vena) debe ser libre (no ahogado) para garantizar que la

presión en la vena sea la atmosférica (chorro libre). Se desprecia el efecto de la velocidad de aproximación.

12. Escriba las ecuaciones para aforo de caudales en vertederos: rectangular; triangular, trapezoidal y circular; y defina cada uno de sus elementos. (02 puntos).

13. Indique los criterios para el diseño de sifones invertidos: (02 puntos).1. Las dimensiones del tubo se determinan satisfaciendo los requerimientos de cobertura, pendiente

del tubo, ángulos de doblados y sumergencia de la entrada y salida.2. En aquellos sifones que cruzan caminos principales o debajo de drenes se requiere un mínimo de

0.90 m de cobertura y cuando cruzan caminos parcelarios o canales de riego sin revestir es suficiente 0.60 m. Si el sifón cruza un canal revestido se considera suficiente una cobertura de 0.30 m.

3. La pendiente de los tubos doblados no debe ser mayor de 2:1 y la pendiente mínima del tubo horizontal debe ser de 5/1000. Se recomienda transición de concreto a la entrada y a la salida cuando el sifón cruce caminos principales en tuberías de O mayor o igual a 36” y para velocidades en el tubo mayores a 1 m/seg.

4. Con la finalidad de evitar desbordes aguas arriba del sifón debido a la ocurrencia fortuita de caudales mayores al de diseño; se recomienda aumentar en 50% o 0.30 m como máximo al bode libre del canal en una longitud mínima de 15 m a partir de la estructura.

5. Con la finalidad de determinar el diámetro del tubo en sifones relativamente cortos con transiciones de tierra, tanto a la entrada como a la salida, se puede adoptar una velocidad de 1 m/seg, en

sifones con transiciones con concreto igualmente cortos se puede usar 1.5 m/seg y entre 3 m/seg a 2.5 m/seg en sifones largos con transiciones de concreto con o sin control en la entrada.

6. Las perdidas de carga por entrada y salida para las transiciones tiempo cubierta partida se pueden calcular rápidamente con los valores de 0.40 hv y 0.65 hv respectivamente.

7. A fin de evitar remansos aguas arriba las perdidas totales computadas se incrementan en 10%.8. En el diseño de la transición de entrada se recomienda que la parte superior de la abertura del

sifón, este ligeramente debajo de la superficie normal de agua. Esta profundidad de sumergencia es conocida como sello de agua y en el diseño se toma 1.5 veces la carga de velocidad del sifón o 1.1 como mínimo o también 3”.

9. En la salida la sumergencia no debe exceder al valor de Hte/6.10. En los sifones relativamente largos se proyectan estructuras de alivio para permitir un drenaje del

tubo para su inspección y mantenimiento.11. En sifones largos bajo ciertas condiciones la entrada puede no sellarse, ya sea que el sifón opere a

flujo parcial o lleno, con n coeficiente de fricción menor que el asumido en el diseño, por esta razón se recomienda usar n = 0.008 cuando se calculan las perdidas de energía.

12. Con la finalidad de evitar la cavitación a veces se ubica ventanas de aireación en lugares donde el aire puede acumularse.

13. Con respecto a las perdidas de carga totales, se recomienda la condición de que estas sean iguales o menores a 0.30 m.

14. Cuando el sifón cruza debajo de una quebrada es necesario conocer el gasto máximo de la creciente.

15. Se recomienda los anchos de corona de la Tabla No 10.1 en el cruce de los sifones o alcantarillas según sea el camino.

14. Describa las principales perdidas de carga a considerar en el diseño de sifones invertidos. Las principales pérdidas de carga son:1. Pérdidas por transición de entrada y salida:

Donde:h1e= Pérdidas por transición de entradah1s= Pérdidas por transición de salidav1= velocidad en sección 1 de la transición de entrada.v2= velocidad en sección 2 de la transición de entrada.v3= velocidad en sección 3 de transición de salida.v4= velocidad en sección 4 de transición de salida

2. Pérdidas por rejillas:Cuando la estructura consta de bastidores de barrote y rejillas para el paso del agua, las pérdidas originadas se calculan con la ecuación:

Donde:h2= pérdidas por rejillas

K = coeficientes de pérdidas en las rejillasAn= área neta de paso entre rejillasAg= área bruta de la estructura y su deporte, que quede den tropel área hidráulicavn= velocidad a través del área neta de la rejilla dentro del área hidráulica

3. Pérdidas de carga por entrada del conducto:

Donde: h3 = pérdida de carga por entrada al conductov = velocidad del agua en el barrilKe = coeficiente que depende de la forma de entrada.

4. Pérdidas de carga por fricción en el conducto:Una fórmula muy empleada para determinar las pérdidas por fricción es la de Manning:

Donde:hf= pérdidas por fricciónn = coeficiente de rugosidadS = pendiente de la línea de energía v = velocidad del agua en el conductoR = radio hidráulicoL = longitud total del acueducto

Cuando de se trata de un conducto circular el radio hidráulico es:

Luego:

Donde, d es el diámetro del conducto.

5. Pérdidas de carga por cambio de dirección o codos:Una fórmula muy empleada es:

Donde:h5= pérdida de carga de cambio de dirección

= ángulo de deflexiónkc= coeficiente para codos comunes = 0.25

6. Pérdidas de carga por válvulas de limpieza:Las pérdidas de carga que se originaron en los sifones por el hecho de insertar lateralmente una tubería en la que se coloca una válvula para desagüe y limpieza se deben considerar como pérdidas por la bifurcación de tuberías.Esta pérdida existe aún cuando una de las partes esté cerrada por la válvula ya que se forman turbulencias dentro de la tubería, pero en vista de que se considera muy pequeña y no se ha podido evaluar se olvida.

7. Pérdidas de carga por ampliación (perdidas por salida):Algunas veces por exigencias topográficas no es posible localizar una transición a la salida del sifón para el cambio de sección, haciéndolo en una caja, de la cual saldrá el agua al canal. La pérdida de carga será motivada por ampliación brusca en la sección y se aplica la fórmula de Borda.

Donde:h7 = Pérdida de carga por ampliación brusca.

v1 = Velocidad en el sifónv2 = Velocidad aproximada en la caja

15. Indique los criterios para el diseño de alcantarillas: (02 puntos).Las siguientes consideraciones para el diseño de una alcantarilla son proporcionadas por el Bureau of Reclamation:1. Las alcantarillas son diseñadas para una presión hidrostática interna mínima, es decir el gradiente

hidráulico esta un poco por encima de la parte superior del tubo y a veces dentro del tubo mismo,2. La elección del diámetro de la alcantarilla, se hace en función del caudal de tal forma que no

sobrepase la velocidad admisible, se puede usar la Tabla No 10.3 se puede definir el diámetro para: Una velocidad máxima admisible de 1.06 m/s (3.5 pies/s), para una alcantarilla con transición

en tierra, tanto a la entrada como para la salida. Una velocidad máxima admisible de 1.5 m/s (15 pies/s), para una alcantarilla con transición de

concreto, tanto para la entrada como para la salida.3. La máxima elevación el nivel del agua en la entrada de la alcantarilla es igual del diámetro de la

tubería 1.5 la carga de velocidad en la alcantarilla es decir:

Donde:

4. La pendiente mínima de la alcantarilla es de 0.005(So = 0.5%).5. Cobertura de tierra mínima entre la corona del camino y el tubo:

En carreteras principales y ferrocarriles coberturas mínimas de 0.90 m (3 pies). En carreteras de fincas (parcelas) coberturas mínimas de 0.60 m (2 pies).

6. Talud a la orilla del camino: 1.5:17. Las transiciones reducen la pérdida de carga y previenen la erosión disminuyendo los cambios de

velocidad.Las transiciones pueden hacerse de concreto, tierra y suelo- cemento.Las transiciones de concreto son necesarias en los siguientes casos: En los cruces de los ferrocarriles y carreteras principales. En las alcantarillas con diámetro mayor de 36 pulg. (91.44 cm). En las alcantarillas con velocidades mayores de 1.06 m/s (3.5 pies/s).La pendiente máxima de la transición admite un talud de 4:1

8. Collares que incrementan la longitud del movimiento del agua a través del exterior del tubo.9. Las pérdidas asumidas son de 1.5 veces la carga de velocidad en la tubería más las pérdidas por

fricción.

10. Para el cálculo de las pérdidas en las alcantarillas funcionando llena, se puede usar la siguiente fórmula, en el sistema métrico decimal:

Donde:hT2= Carga, en mKe= Coeficiente de pérdidas a la entradaD= Diámetro de la tubería, en m.n= Coeficiente de rugosidad.L= Longitud de la alcantarilla, en m.Q= caudal, en m3/sSe han determinado valores experimentales de Ke para las diferentes condiciones de la entrada, los cuales varían en la forma que se indica:

16. Describa los elementos de una rápida:(02 puntos).Transición de entrada: une por medio de un estrechamiento progresivo la sesión del canal superior con la sección de control.Sección de control: es la sección correspondiente al punto donde comienza la pendiente fuerte de la rápida, manteniéndose en este punto las condiciones críticas. En la rápida generalmente se mantiene una pendiente mayor que la necesaria para mantener el régimen crítico, por lo que el tipo de flujo que se establece es el flujo supercrítico.

Canal de la rápida: es la sección comprendida entre la sección de control y el principio de la trayectoria. Puede tener de acuerdo a la configuración del terreno una o varias pendientes. Son generalmente de sección rectangular o trapezoidal.Trayectoria: es la curva vertical parabólica que una la última pendiente de la rápida con el plano inclinado del principio del colchón amortiguador. Debe diseñarse de modo que la corriente de agua permanezca en contacto con el fondo del canal y n se produzcan vacíos. Si la trayectoria se calcula con el valor de la aceleración e la gravedad como componente vertical, no habrá presión del agua sobre el fondo y el espacio ocupado por el aire aumentará limitándose así la capacidad de conducción del canal, por lo que se acostumbra usar como componente vertical un valor inferior a la aceleración de la gravedad o incrementar el valor de la velocidad para que la lámina de agua se adhiera al fondo del canal.Tanque amortiguador, colchón disipador o poza de disipación: es la depresión de profundidad y longitud suficiente diseñada con el objetivo de absorber parte de la energía cinética generada en la rápida, mediante la producción del resalto hidráulico, y contener este resalto hidráulico dentro de la poza. Se ubica en el extremo inferior de la trayectoria.Transición de salida: tiene el objetivo de unir la poza de disipación con el canal aguas abajo.Zona de protección: con el fin de proteger el canal sobre todo si es en tierra, se puede revestir con mampostería.

17. Describa los factores más importantes a considerar en el diseño y cálculo hidráulico de un sistema de riego por aspersión: (02 puntos). Presión de trabajo del aspersor. Disposición de los aspersores. Velocidad del viento. Posturas del equipo de riego. Tamaño del equipo.

18. Indique las partes componentes del diseño de un sistema de riego por aspersión:(02 puntos).Diseño agronómico: El diseño agronómico corresponde a la determinación de: Evapotranspiración. Lamina de reposición. Velocidad de infiltración básica. Frecuencia de riego y superficie mínima de riego diario. Selección del modelo de aspersor y disposición de los mismos en el campo. Numero de laterales necesarios para cumplir el programa de riego. Determinación de caudales requeridos.

Diseño hidráulico: El diseño agronómico corresponde a la determinación de:El diseño hidráulico corresponde al cálculo de los diámetros de tuberías requeridos para que el sistema funcione, cumpliendo ciertos requisitos mínimos establecidos. Es decir comprende el dimensionamiento de las tuberías: principales, secundarias terciarias y laterales y a la selección del equipo e bombeo.

19. Ocúpese sobre las ventajas y desventajas del sistema de riego por goteo: (02 puntos).VENTAJAS: Eficiencia en el uso del agua: En general las pérdidas por este método son mínimas. Topografía y suelo: No representa ninguna restricción de tipo topográfico para su establecimiento. Producción y calidad del producto: bajo este sistema se logra mayor producción e incremento en la

calidad del producto. Esto se asocia que bajo este método se aplican los niveles de agua requeridos por el cultivo en forma mas precisa.

Condiciones agronómicas: Presenta ventajas para las labores agronómicas de los cultivos y frutales. Una de las que tiene mayor importancia es el hecho de que el riego no interfiere con la aplicación de los productos químicos, la cosecha, poda y otra serie de labores culturales.

DESVENTAJAS: Taponamiento de los emisores: Es el problema mas común, se deben a causas físicas, químicas, y

biológicas del agua de riego y a los sistemas de filtrado y del tipo de emisores. Salinización de la zona radicular: La salinidad en la zona radicular puede aumentar

sustancialmente baja inadecuadas condiciones de diseño y manejo. Mala distribución de la humedad: Solo humedecen un porcentaje del volumen radicular que fluctúa

entre 30 a 60%. Elevado costo inicial: Es la mayor desventaja de este método, debido a que toda la instalación es

de carácter permanente y requiere de una gran cantidad de accesorios para su adecuado funcionamiento.

Requerimientos técnicos: Requieren de una mayor capacidad técnica; ya que las instalaciones modernas aplican agua y fertilizantes en forma simultanea.

20. Describa los componentes del sistema de riego por goteo: (02 puntos). Cabezal de control: Consiste en una serie de dispositivos para entregar a la red hidráulica agua

presurizada, de calidad adecuada, en el momento oportuno y en la cantidad requerida. El cabezal de control se compone de: medidores de flujo, válvulas de control, inyector de productos químicos, filtros, manómetros, sensores especiales, controles automáticos o computadoras y equipo de bombeo.

Tuberías de distribución: La línea principal transporta el agua desde el cabezal de control a la línea de distribución, ya sean secundarias, auxiliares o laterales, dependiendo del diseño que se haya realizado.

Emisores: Es el elemento mas importante de este sistema, ya que afectara directamente los posteriores criterios de diseño. Los emisores son estructuras que reducen la presión prácticamente a cero, aplicando de esta manera el agua a la forma de una gota en la superficie del suelo.

Uncp, 25 de Julio del 2008.

Ing. Abel Muñiz P. Profesor del Curso.