Mejoras de eficiencia hidráulica en vertedores con canal de descarga libre en presas: propuesta metodológica

En México, la infraestructura hidráulica está avejentada y en muchos casos urge rehabilitarla. Esta tarea requiere la aplicación de nuevos métodos de rediseño tanto hidráulico como hidrológico y en lo posible acorde con los desarrollos tecnológicos actuales. Una obra de infraestructura hidráulica utilizada en embalses son los vertedores con canal de descarga libre, generalmente ubicada en canales muy anchos o con cargas hidráulicas altas, características de importancia vital al determinar la altura de la cortina. Se presenta una propuesta de alternativa de diseño y de mejoras de la eficiencia hidráulica, al sustituir la estructura del cimacio por un vertedor tipo laberinto. Esta propuesta adopta las bases del diseño de vertedores de “pico de pato”. Como caso de estudio, se aplicó para el vertedor de la presa “El Ejidatario”, ubicada en Sombrerete, Zacatecas, México. Los resultados muestran que con la instalación del vertedor “pico de pato” se aumentó la longitud de vertido 5.67 veces en relación con la proporcionada con el cimacio; asimismo, se reduce la carga vertedora en 62.5%, al pasar de una carga de 80 a 30 cm y se incrementa en un 12% la capacidad del embalse con la misma altura del NAME. Además, se comparó la eficiencia hidráulica del “pico de pato” respecto al vertedor “tecla de piano” para la misma longitud de vertido y condiciones de instalación, siendo mayor en 208%. Se recomienda en la instalación del nuevo vertedor utilizar el mismo sitio del cimacio, sólo adecuando la entrada al tanque amortiguador y conservando la salida del canal de descarga. Se concluye recomendar un vertedor “pico de pato” en donde las condiciones físicas o de estudio se requiera, ya que al aumentar la eficiencia hidráulica del vertedor para este caso, aumenta la capacidad del embalse y, por lo tanto, la vida de servici

Comparación de resultados experimentales de un Venturi con simulación de dinámica de fluidos computacional

En los sistemas de riego es necesario definir la línea de energía total del flujo de agua para evitar variaciones de presión y gasto en los puntos de entrega y control. En estos puntos se instalan equipos especiales, entre los que se encuentran los aforadores Venturi. Estos dispositivos han sido poco estudiados en relación con tamaños, formas, materiales o condiciones de funcionamiento, y las recomendaciones de operación provienen de características obtenidas de modo experimental. Así, modelar su funcionamiento a través de simulación con dinámica de fluidos computacional (DFC) resultaría práctico, económico y confiable. El objetivo del trabajo consistió en validar la simulación de funcionamiento con DFC de un dispositivo Venturi con base en observaciones de laboratorio. La comparación de los resultados experimentales y mediante DFC fueron altamente satisfactorios para los valores de velocidad media (1.53 m s-1), gasto (0.027 m3 s-1) y presión en el manómetro diferencial (15 cm de Hg). Una vez validado el modelo, se simularon ocho escenarios de operación, con variación de gasto desde 0.005 m3 s-1 hasta 0.040 m3 s-1, lo cual simplificó el modelo de la relación gasto-pérdida de carga del Venturi, con una ecuación cuadrática y así eliminar la incertidumbre del coeficiente de descarga requerido en los análisis experimentales. Los valores característicos del dispositivo fueron un requerimiento de carga hidráulica mínima en la contracción del Venturi de 0.4 kg cm-2, y una pérdida de carga total en el Venturi de 0.075 kg cm-2 para Qmáx de 0.040 m3 s-1. Por último se recomienda diseñar dispositivos Venturi con DFC y con ello obtener información confiable para su instalación en sistemas de riego

Mejoras de eficiencia hidráulica en vertedores con canal de descarga libre en presas: propuesta metodológica

Iñiguez-Covarrubias, M., Ojeda-Bustamante, W., & DíazDelgado, C. (enero-febrero, 2015). Mejoras de eficiencia hidráulica en vertedores con canal de descarga libre en presas: propuesta metodológica. Tecnología y Ciencias del Agua, 6(1), 69-79. En México, la infraestructura hidráulica está avejentada y en muchos casos urge rehabilitarla. Esta tarea requiere la aplicación de nuevos métodos de rediseño tanto hidráulico como hidrológico y en lo posible acorde con los desarrollos tecnológicos actuales. Una obra de infraestructura hidráulica utilizada en embalses son los vertedores con canal de descarga libre, generalmente ubicada en canales muy anchos o con cargas hidráulicas altas, características de importancia vital al determinar la altura de la cortina. Se presenta una propuesta de alternativa de diseño y de mejoras de la eficiencia hidráulica, al sustituir la estructura del cimacio por un vertedor tipo laberinto. Esta propuesta adopta las bases del diseño de vertedores de pico de pato. Como caso de estudio, se aplicó para el vertedor de la presa El Ejidatario, ubicada en Sombrerete, Zacatecas, México. Los resultados muestran que con la instalación del vertedor pico de pato se aumentó la longitud de vertido 5.67 veces en relación con la proporcionada con el cimacio; asimismo, se reduce la carga vertedora en 62.5%, al pasar de una carga de 80 a 30 cm y se incrementa en un 12% la capacidad del embalse con la misma altura del NAME. Además, se comparó la eficiencia hidráulica del pico de pato respecto al vertedor tecla de piano para la misma longitud de vertido y condiciones de instalación, siendo mayor en 208%. Se recomienda en la instalación del nuevo vertedor utilizar el mismo sitio del cimacio, sólo adecuando la entrada al tanque amortiguador y conservando la salida del canal de descarga. Se concluye recomendar un vertedor pico de pato en donde las condiciones físicas o de estudio se requiera, ya que al aumentar la eficiencia hidráulica del vertedor para este caso, aumenta la capacidad del embalse y, por lo tanto, la vida de servicio

La infraestructura hidroagrícola ante escenarios del cambio climático

La infraestructura hidroagrícola en grandes sistemas de riego consta de una serie compleja de obras civiles para cumplir con el servicio de riego. Por esta infraestructura se conduce el flujo de agua o gasto del sistema, variable hidráulica necesaria para satisfacer la demanda hídrica de los cultivos. Las proyecciones climáticas de la mayoría de los modelos de circulación general océano-atmósfera indican ambientes más cálidos y secos en la mayor parte de México, con efectos significativos sobre la evapotranspiración de los cultivos, variable agronómica básica en la determinación de la capacidad de la infraestructura hidroagrícola. En este trabajo se presenta el desarrollo de una metodología para evaluar la evapotranspiración integrada de los cultivos, determinada para grandes áreas de riego, con un patrón diversificado de cultivos, con diferentes fechas de siembra y varios ciclos agrícolas, base para analizar los cambios consecuentes sobre la infraestructura en las condiciones proyectadas bajo escenarios de cambio climático y asumiendo dos acciones posibles de adaptación agrícola. Como caso de estudio se analiza la Asociación de Usuarios de Riego Santa Rosa, del Distrito de Riego 075, Río Fuerte, Sinaloa, México. Los resultados obtenidos indican que para las medidas de adaptación al cambio climático analizadas para mediados de siglo y asumiendo el escenario de emisiones A1B, la capacidad de conducción del gasto de diseño de la infraestructura para grandes áreas de riego podría incrementarse en un 5%. De igual manera, para las pequeñas áreas de riego con o sin medidas de adaptación, el incremento en la capacidad de diseño será también de 5%. Respecto al volumen necesario anual, bajo el mismo escenario de emisiones A1B y de acuerdo con las medidas de adaptación estudiadas, habrá un aumento de 8.5%. Se concluye que la metodología desarrollada puede ser aplicable en cualquier distrito de riego de México para analizar el impacto del cambio climático en la infraestructura de riego

Comparación de resultados experimentales de un Venturi con simulación de dinámica de fluidos computacional

En los sistemas de riego es necesario definir la línea de energíatotal del flujo de agua para evitar variaciones de presión ygasto en los puntos de entrega y control. En estos puntosse instalan equipos especiales, entre los que se encuentranlos aforadores Venturi. Estos dispositivos han sido pocoestudiados en relación con tamaños, formas, materiales ocondiciones de funcionamiento, y las recomendaciones deoperación provienen de características obtenidas de modoexperimental. Así, modelar su funcionamiento a travésde simulación con dinámica de fluidos computacional(DFC) resultaría práctico, económico y confiable. Elobjetivo del trabajo consistió en validar la simulación defuncionamiento conDFCde un dispositivo Venturi conbase en observaciones de laboratorio.La comparacióndelos resultados experimentales y medianteDFCfueronaltamente satisfactoriospara los valores de velocidad media(1.53 m s-1), gasto (0.027 m3s-1) y presión en el manómetrodiferencial (15 cm de Hg). Una vez validado el modelo, sesimularon ocho escenarios de operación, con variación degasto desde 0.005 m3s-1hasta 0.040 m3s-1, lo cual simplificóel modelo de la relación gasto-pérdida de carga del Venturi,con una ecuación cuadrática y así eliminar la incertidumbredel coeficiente de descarga requerido en los análisisexperimentales. Los valores característicos del dispositivofueron un requerimiento de carga hidráulica mínima enla contracción del Venturi de 0.4 kg cm-2, y una pérdida decarga total en el Venturi de 0.075 kg cm-2paraQmáxde 0.040m3s-1. Por último se recomienda diseñar dispositivos VenturiconDFCy con ello obtener información confiable para suinstalación en sistemas de riego

Análisis de cuatro variables del período de lluvias asociadas al cultivo maíz de temporal

Caracterizar y conocer las variables: inicio, duración, terminación de la estación lluviosa y la cantidad de precipitación con fines de precisar su magnitud y relacionarlas con la agricultura bajo condiciones de temporal, es y ha sido una preocupación importante para los agricultores y estudiosos de las ciencias agrícolas. En la región centro norte de México este problema se acentúa por la alta variabilidad de la estación lluviosa y la gran dependencia climática de la agricultura de temporal. La metodología indicada recrea cuatro variables climáticas de la estación lluviosa, analizadas por métodos reconocidos, y con base en un análisis probabilístico se asocian a la agricultura del cultivo del maíz de temporal. El estudio fue realizado para la región ubicada en el sur del estado de Zacatecas, México, sobre la estación climatológica Tlaltenango. Se estimó el inicio de la estación lluviosa el 6 de junio y la terminación el 25 de septiembre, duración de 110 días, la relación de variables indica un sitio potencialmente apto para maíces con esa duración, cuyos requerimientos hídricos determinados con la metodología de grados días desarrollo es de 372 mm para todo el ciclo, cuya lámina bruta de 477 mm y una precipitación efectiva 78% se garantizan con una probabilidad de ocurrencia 78.5%, la zona cuenta con al menos 80 días insertos en el periodo de lluvias con probabilidad 98%. Se concluye que para fines prácticos, en promedio cuarto de cada cinco años tendrán la cantidad de lluvia garantizada, se recomienda la utilización de esta metodología como herramienta en la toma de decisiones para técnicos y productores agrícolas de la región

Valuation of the Energy Performance of a Greenhouse with an Electric Heater Using Numerical Simulations

In Mexico, there are regions where the temperature drops below the minimum threshold for tomato cultivation (10 °C), requiring the implementation of auxiliary equipment to heat greenhouse air. The objective of this work was to estimate the energy consumption necessary to maintain climate requirements of a greenhouse located in Texcoco, State of Mexico, by using a model of energy balance implemented on Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. The temperature prediction relied on a numerical model based on CFD, proposing a benchmarking on the position and direction of the heater to estimate its effect on the thermal distribution. Results indicated that heater operation on January 2019, a power of 85.56 kW was needed to keep the greenhouse at 12 °C. Also, simulations indicated that electric heater used was not enough to get a homogeneous temperature inside the greenhouse. To achieve well-distributed thermal conditions, it was necessary to consider both the direction and position of heaters. Consequently, airflow direction became more important than height of the heater in order to homogenize the greenhouse area, given that the thermal gradient was reduced due to reverse heat flows

ANÁLISIS METODOLÓGICO DE LA DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LA PRECIPITACIÓN Y LA ESTIMACIÓN MEDIA DIARIA

El objetivo del trabajo consistió en mostrar un análisis metodológico geoestadístico, para generar un patrón espacial de la lluvia, asociado a la precipitación media diaria. Caracterizar y conocer la distribución espacial de la precipitación, también conocida como "campo de tormenta" y asociarla a un modelo de distribución o sustituirla por una precipitación media por métodos convencionales, es un reto importante en estudios de las ciencias del agua. La metodología propuesta requiere de la construcción de un variograma, elaborado por un ajuste de datos experimentales de un campo de tormenta, que sirva como base para generar la distribución espacial de la lluvia con la aplicación del método geoestadístico del "krigeado". Esto permite determinar la precipitación media diaria de una cuenca hidrográfica. Los resultados muestran que es posible obtener una función que relacione la lluvia media con el campo de tormenta, mediante los parámetros a y B del variograma ajustado a un modelo esférico. Para validar la aplicación de la metodología se analizaron varios eventos, aquí se presentan dos eventos de precipitación observada en la cuenca del río Juchipila, y río Calvillo, entre los estados de Aguascalientes y Zacatecas. Los resultados muestran una relación única de la lluvia media diaria con la distribuciónespacial, representada por el campo de tormenta. Asimismo, se encontró que el valor óptimo de la función es mínimo al compararlo con los resultados obtenidos por cuatro métodos convencionales, promedio aritmético, polígonos de Thiessen, método de isoyetas y método de krigeado lineal