Diseño hidráulico de tuberías con salidas múltiples telescópicas- portalaterales

Las tuberías secundaria o portalaterales de un sistema de riego localizado generalmente son tuberías con salidas múltiples telescópica (constituidas por dos o más tramos de tubería con diámetro de diferente magnitud o tipo de material) por lo que se vuelve importante saber diseñar este tipo de tuberías. 

La tubería secundaria proporciona el gasto a los laterales. Generalmente el cálculo de los diámetros de las tuberías secundarias una vez diseñadas las laterales, se realiza, suponiendo una velocidad de diseño para las tuberías, la cual se supone entre 0.9 y 2 m/s. Otro procedimiento más general de diseño de la línea secundaria, es el presentado por Zazueta (1992) en donde una vez conocida la carga de operación en el último lateral (h), se propone una pérdida de carga permisible en la tubería secundaria equivalente a una fracción (P) de la carga de operación del sistema. El cálculo de las pérdidas por fricción en la secundaria se realiza tramo a tramo, con el gasto que se conduce por el tramo en cuestión. En caso de existir un tramo de tubería ciega, éste se calcula como pérdidas por fricción con tubería simple.

Lo anterior indica que la tuberia secundaria o portalateral es una tuberia con salidas múltiples y se puede diseñar tomando en cuenta una perdida de carga permisible que generalmente es una fracción P de la carga de operación del emisor, sin embargo, se debe agregar otro factor de mucha importancia, que es la reducción del diámetro (Tubería telescópica), esto ultimo se realiza por cuestión de encomia. Así pues se tienen cuatro incognitas cuando se diseña una tuberia secundaria, estos son: 2 longitudes y dos Diámetro, como se muestra en la siguiente figura.

Cuando se encuentra el valor de estas cuatro variables se tiene diseñado la tuberia secundaria y se procede al recuento de material, HF Riego determina el valor de estas cuatro variables utilizando el criterio de la perdida de carga permisible equivalente a una fracción (P) de la carga de operación del sistema y resuelve las ecuaciones de manera iterativa y con métodos numéricos, el procedimiento general se detalla en el algoritmo 1:

Algoritmo 1. Determinación de los diámetros y longitudes de una tubería con salidas múltiples telescópicas.

Datos de entrada: Superficie de la sección (ha), Lamina Horaria (mm/hr), Separación entre salidas (laterales) (m), longitud total de la tubería secundaria (m), perdida de carga permisible (m).

Comentario: Sea d_i, d_i+1, d_i+2,…, d_n los diámetros a evaluar, donde i se refiere al diámetro más grande y n el diámetro más pequeño.

Comentarios: F se refiere al factor de salidas múltiples, hf a la pérdida de carga por fricción en una tubería ciega, hfs a la pérdida de carga por fricción en una tubería con salidas múltiples, Hfp perdida de carga permisible, L a la longitud total de la tubería telescópica.

Inicio de los cálculos:

Calcular el valor de F tomando en cuenta las salidas en toda la L.

Por cada diámetro desde i hasta n

Calcular la hf en toda la L con la fórmula de Hazen-Williams, Manning o Scobey con el diámetro i

Calcular hfs: hfs=hf*F

Comparar (hfs>Hfp)

Si es falso continuar el ciclo.

Si es falso y se llega hasta el diámetro n entonces ningún diámetro satisface la pérdida de carga permisible, enviar mensaje de error y no avanzar a los siguientes pasos.

Sí es verdadero, parar el ciclo y almacenar el diámetro evaluado en la variable diámetro menor (d_m) y el inmediato anterior evaluado como el diámetro mayor (d_o), así como sus respectivas perdidas de carga, donde perdida de carga por salidas múltiples del diámetro menor en L es hfs_mt y del diámetro mayor es hf_ot. 

Fin de comparación

Comentario: Para encontrar las dos longitudes (L_{1 [Longitud del diámetro menor]}+L_{2 [longitud del diámetro mayor]}=L) se aplica el método de bisección.

Comentario: C corresponde al número de salidas, SE separación entre salidas, Q Caudal total, Qs Caudal en cada salida [constante], d_m al diámetro menor y d_o al diámetro mayor

 

Repetir hasta que Tolerancia>= 0.0000001

      A=0 y B=L, por lo que C=(A+B)/2

Calcular L₁= C*SE

Calcular el caudal en cada salida: Qs=Q/C

Calcular el valor de F con el número de salidas en L₁

Calcular la hf_m1 en la longitud L₁ con el d_m.

Calcular la hfs_m1: hfs_m1=hf_m1*F

Calcular el valor de F con el número de salidas en L₁

Calcular la hf_o1 en la longitud L₁ con el d_o.

Calcular la hfs_o1: hfs_o1=hf_o1*F

Calcular la perdida de carga por salidas múltiples para el diámetro mayor en la L₂: hfs_oo= hf_ot - hfs_o1

Calcular la perdida de carga por fricción en la tubería con salidas múltiples en L: hfs_t= hfs_m1+ hfs_oo

Calcular la tolerancia: tolerancia= hfs_t- Hfp

Si tolerando > 0 entonces b = C de lo contrario a = C

            Siguiente

            Calcular longitud L₂: L₂= L-L₁

Devolver el valor de d_m, d_o, L₁ y L₂

Fin de los cálculos. 

¿tienes alguna duda o comentario?

Figura 1. representación de una unidad de riego y la linea secundaria