Manual DEHIDRO VERSION 1 5 - 2022

Vista previa del material en texto

Software 
DEHIDRO 
 
DISEÑO DE ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS 
PARA SISTEMAS DE IRRIGACIÓN Y DRENAJE 
 
 
 
 
 
 
 
HIDRÁULICA APLICADA EN LA AGRICULTURA 
 
 
 
2022 
007
Texto tecleado
CONTACTO PARA LA LICENCIA: 
- paucapaico@gmail.com
- jissmapeirl@gmail.com
WhatsApp:+51 967016583
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 2 
INDICE DE CONTENIDO 
 
CONTENIDO PAGINA 
1 
1. DEHIDRO ............................................................................................................................................ 5 
1.1 Introducción ..................................................................................................................................... 5 
1.2 Prestaciones del programa ............................................................................................................ 5 
1.2.1 Inicio .............................................................................................................................................. 5 
1.2.2 Módulos Principales de DEHIDRO ............................................................................................. 6 
10. DRENAJE AGRÍCOLA ................................................................................................................. 117 
10.1. RÉGIMEN PERMANENTE ........................................................................................................ 117 
10.2. RÉGIMEN VARIABLE ............................................................................................................... 119 
10.3. FLUCTUACIÓN DE LA TABLA DE AGUA ............................................................................... 120 
10.4. DREN LATERAL ....................................................................................................................... 121 
10.5. DREN COLECTOR .................................................................................................................... 122 
10.6. DREN INTERCEPTOR .............................................................................................................. 123 
11. HIDROLOGÍA................................................................................................................................ 124 
11.1. CAUDAL MÁXIMO .................................................................................................................... 124 
11.2. COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA .......................................................................................... 125 
11.3. MÓDULO DE DRENAJE ........................................................................................................... 126 
11.4. EVENTOS MÁXIMOS - GUMBEL ............................................................................................. 127 
11.5. EVAPOTRANSPIRACION POTENCIAL ........................................................................... 129, 132 
12. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS ............................................................................................... 135 
12.1. ARRASTRE MATERIAL ............................................................................................................ 135 
12.2. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DE FONDO Y EN SUSPENSIÓN ..................................... 137 
12.3. SEDIMENTOS EN LA COLUMNA DE AGUA........................................................................... 139 
13. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA .................................................................................................. 140 
2 
2. INSTALACIÓN DEL PROGRAMA ..................................................................................................... 8 
2.1 Instalador ......................................................................................................................................... 8 
2.2 Instalación ........................................................................................................................................ 8 
2.3 Clave ................................................................................................................................................. 8 
2.4 Recomendación ............................................................................................................................... 8 
2.5 Derechos de autoría y de propiedad intelectual .......................................................................... 9 
2.6 Derechos de autoría y de propiedad intelectual .......................................................................... 9 
2.7 Archivos del programa ................................................................................................................... 9 
3 
3. TRABAJANDO CON DEHIDRO........................................................................................................ 10 
4 
4. FUNDAMENTOS BASICOS DE HIDRÁULICA, RIEGO Y DRENAJE ............................................ 11 
4.1 Hidráulica ....................................................................................................................................... 11 
4.1.1 Flujo en canales abiertos .......................................................................................................... 11 
4.1.2 Hidráulica de tuberías ................................................................................................................ 26 
4.2 Riego .............................................................................................................................................. 31 
4.2.1 Diseño Agronómico ................................................................................................................... 31 
4.2.2 Diseño Hidráulico de una sub unidad de riego ................................................................. 32, 33 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 3 
4.3 Drenaje Agrícola ............................................................................................................................ 34 
5 
5. MÓDULO HIDRÁULICA APLICADA ............................................................................................... 36 
5.1 ANCHO CRÍTICO – GARGANTA - CONTRACCIÓN .................................................................... 36 
5.2 MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA ............................................................................................. 38 
5.3 ORIFICIOS Y COMPUERTAS ........................................................................................................ 41 
5.4 POTENCIA HIDRÁULICA .............................................................................................................. 42 
5.5 TIRANTE CRÍTICO ......................................................................................................................... 43 
5.6 TIRANTE NORMAL ........................................................................................................................ 44 
5.7 VERTEDEROS ................................................................................................................................ 46 
5.8 VERTEDEROS ................................................................................................................................ 47 
6 
6. MÓDULO CANALES ........................................................................................................................ 48 
6.1 RUGOSIDAD................................................................................................................................... 48 
6.2 PERCOLACIÓN Y EVAPORACIÓN .............................................................................................. 49 
6.3 PARÁMETROS ............................................................................................................................... 50 
6.4 DISEÑO DE CANALES ..................................................................................................................51 
6.5 DIÁMETRO DE PIEDRA - REVESTIMIENTO ................................................................................ 53 
7 
7. MÓDULO ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS .................................................................................... 54 
7.1 ACUEDUCTO.................................................................................................................................. 54 
7.10 DIVISIÓN DE CAUDALES: TOMA LATERAL – CANAL SOBRE LA SOLERA DEL CANAL 
PRINCIPAL ................................................................................................................................... 75 
7.11 MEDICIÓN DE CAUDALES: VERTEDERO DE CRESTA ANGOSTA........................................ 77 
7.12 MEDICIÓN DE CAUDALES: VERTEDERO DE CRESTA ANCHA............................................. 79 
7.13 RÁPIDAS ...................................................................................................................................... 81 
7.14 REGULACIÓN DE NIVEL – VERTEDERO DE CRESTA LARGA .............................................. 83 
7.15 RESERVORIOS ............................................................................................................................ 85 
7.16 SIFÓN INVERTIDO ....................................................................................................................... 87 
7.17 TOMAS DE ENTREGA EN FINCA ............................................................................................... 89 
7.2 ALCANTARILLAS .......................................................................................................................... 56 
7.3 ALIVIADERO LATERAL ................................................................................................................ 58 
7.4 CAÍDAS ........................................................................................................................................... 60 
7.5 CAPTACIONES .............................................................................................................................. 62 
7.6 DESARENADOR ............................................................................................................................ 67 
7.7 DIVISIÓN DE CAUDALES – PARTIDOR FRONTAL .................................................................... 69 
7.8 DIVISIÓN DE CAUDALES – PARTIDOR LATERAL ..................................................................... 71 
7.9 DIVISIÓN DE CAUDALES: TOMA LATERAL – CANAL BAJO LA SOLERA DEL CANAL 
PRINCIPAL ................................................................................................................................... 73 
8 
8. RIEGO ............................................................................................................................................... 92 
8.1. AGRONOMÍA DEL RIEGO ............................................................................................................ 92 
8.2. LATERAL Y MÚLTIPLE ................................................................................................................ 95 
8.3. DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPO DE RIEGO......................................................................... 101 
9 
9. TUBERÍAS ...................................................................................................................................... 104 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 4 
9.1. CONDUCCIONES A GRAVEDAD .............................................................................................. 104 
9.1.1. TUBERÍA SIMPLE CON BOMBEO .......................................................................................... 104 
9.3. DIÁMETRO EQUIVALENTE ........................................................................................................ 107 
9.4. VELOCIDAD EN TUBERÍAS ....................................................................................................... 108 
9.5. CONDUCCIÓN GRAVEDAD ............................................................................................... 111, 114 
9.5. SIFÓN ........................................................................................................................................... 109 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 5 
1. DEHIDRO 
 
1.1 Introducción 
 
DEHIDRO es un programa de cálculo o software elaborado para realizar el diseño de 
estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje. 
 
El diseño de una estructura hidráulica, cualquiera que sea ésta, tiene dos fases, la primera 
trata sobre el diseño hidráulico de la estructura y la segunda, sobre el diseño estructural de la 
obra, éste programa se enfoca en la primera fase, en el diseño hidráulico. 
 
Este programa es una potente herramienta de cálculo que puede ser utilizado por 
profesionales vinculados con el diseño de estructuras hidráulicas, como: ingenieros civiles, 
mecánicos, agrícolas, agrónomos, agropecuarios, rurales, canales y puertos, etc. 
 
DEHIDRO permite obtener una muy buena aproximación en el diseño de sistemas de riego, 
drenaje, manejo y conservación de suelos y aguas, agua potable, hidroelectricidad, etc. 
 
El programa permite reducir el tiempo utilizado normalmente en el diseño de estructuras 
hidráulicas, analizar varios escenarios hasta alcanzar un diseño optimizado, eliminar los 
errores que pueden cometerse en la manipulación de datos en una hoja de cálculo; y, diseñar 
varios tipos de estructuras hidráulicas de tipo convencional, todo en uno. 
 
1.2 Prestaciones del programa 
 
El programa está estructurado en siete módulos de cálculo (submenús): Hidráulica Aplicada, 
Estructuras Hidráulicas, Tuberías, Riego, Drenaje, Hidrología y Sedimentos; y, un submenú, 
para el ingreso de algunas variables (Inicio). 
 
Figura 1.1 Pantalla principal del programa 
En la parte superior de la pantalla 
principal, se observa el menú principal 
(INICIO,..,SEDIMENTOS); en la parte 
central, el nombre del programa y en la 
parte inferior, la versión, blog, así como 
otra información relevante. 
 
 
1.2.1 Inicio 
 
Figura 1.2. Módulo INICIO 
El módulo Inicio, tiene cuatro 
componentes: Acerca de DEHIDRO, 
calculadora, convertir unidades, 
licencia; Variables y Salir. 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 6 
Figura 1.3. Licencia 
Este componente sirve para obtener el código del 
programa, el cual deberá enviarse a la dirección de 
correo electrónico descrita, para obtener la licencia 
para su funcionamiento; el código enviado deberá 
ingresar en la caja inferior y se deberá presionar el 
botón Ingresar Código para guardarlo; DEHIDRO no es 
un programa de uso gratuito, cuenta con derechos de 
propiedad intelectual y derechos reservados. 
 
 
 
Figura 1.4. Acerca de DEHIDRO 
 
 
En este componente se describe en forma general 
sobre el autor, la web y el correo electrónico para una 
mayor información. 
 
 
 
Figura 1.5. Variables Ambientales 
 
Este componente se utiliza para determinar las 
variables ambientales como: gravedad terrestre, 
densidad del agua y la viscosidad cinemática; 
técnicamente es necesario ajustar dichas variables 
para las condiciones locales; por ejemplo, la gravedad 
terrestre para una localidad ubicada a 4 grados de 
latitud sur y a 2100 msnm, es de 9.77 m/s2 y no de 9.81 
m/s2. 
 
SALIR Permite Salir del programa. 
 
1.2.2 Módulos Principales de DEHIDRO 
 
DEHIDRO está estructurado en seis grandes áreas de diseño, con un total de 53 módulos de 
cálculo. 
 
Tabla 1.1. Módulos de cálculo de DEHIDRO 
Área Módulos 
Hidráulica Aplicada 
(9) 
1. Ancho crítico – Contracción 
2. Flujo Gradualmente variado 
3. Máxima Eficiencia Hidráulica 
4. Orificios y Compuertas 
5. Potencia Hidráulica 
6. Tirante Crítico7. Tirante Normal 
8. Salto Hidráulico 
9. Vertederos 
Estructuras Hidráulicas 
(22) 
1. Canales (Rugosidad, Percolación y 
Evaporación, Parámetros Técnicos, 
Diseño Canal, Diámetro piedra – 
revestimiento) 
2. Acueducto 
3. Alcantarilla 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 7 
4. Aliviadero Lateral 
5. Caídas 
6. Captaciones 
7. Desarenador 
8. División Proporcional Caudal (4) 
9. Medición de Caudal (2) 
10. Rápidas 
11. Regulación de Nivel 
12. Reservorios 
13. Sifón Invertido 
14. Tomas Entrega Finca 
Riego Presurizado 
(9) 
1. Agronomía del Riego 
2. Dimensionamiento equipo riego 
3. Parcela de riego: Lateral y Múltiple 
4. Conducción Gravedad 
5. Red abierta de tuberías 
6. Diámetro equivalente 
7. Sifón 
8. Tubería simple Gravedad y bombeo 
9. Velocidad en tuberías 
Drenaje Agrícola 
(6) 
1. Régimen permanente 
2. Régimen variable 
3. Fluctuación tabla agua 
4. Dren lateral 
5. Dren colector 
6. Dren interceptor 
Hidrología 
(4) 
1. Eventos máximos (Gumbel) 
2. Evapotranspiración potencial 
3. Caudal máximo, coeficiente de 
escorrentía y módulo de drenaje 
4. Necesidades hídricas de los cultivos 
Transporte Sedimentos 
(3) 
1. Arrastre de material 
2. Transporte de sedimentos 
3. Distribución sedimentos columna 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 8 
2. INSTALACIÓN DEL PROGRAMA 
 
La presente versión, tiene un tamaño de 13.4 megabytes; las necesidades técnicas 
computacionales para su funcionamiento son las mínimas. 
 
2.1 Instalador 
 
En la carpeta Instalador existen los archivos que se muestran en la figura 2.1. 
 
Figura 2.1. Archivos existentes en la carpeta INSTALADOR 
 
2.2 Instalación 
 
Es recomendable crear una carpeta temporal en el directorio C para guardar y descomprimir 
el archivo del programa, desde ésta carpeta se debe instalar DEHIDRO. 
 
Previo a la instalación del programa DEHIDRO, se debe crear la carpeta C:/DEHIDRO/, luego, 
hacer doble click en el archivo “setup”; durante la instalación se presentaran algunos 
mensajes, para los cuales se recomienda mantener los programas existentes y omitir los 
mensajes del programa. 
 
2.3 Clave 
 
Una vez instalado el software, se debe obtener el código (Menú: INICIO\Licencia) y enviarlo 
a la dirección de correo electrónico: randon.ortiz@gmail.com 
 
El código enviado deberá ingresarse en el menú (INICIO\Licencia) y guardar. 
 
Figura 2.2. Ingreso de códigos 
 
 
2.4 Recomendación 
 
Se debe verificar que en “la configuración regional y de idioma”, el símbolo decimal sea el 
punto “.” y el símbolo de separación de miles la coma “,”. 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 9 
2.5 Videos tutoriales 
 
Los videos tutoriales para cada módulo de cálculo se encuentran alojados en YouTube, los 
cuales se pueden visualizar desde el siguiente blog o en el canal de youtube: 
 
https://irrigationengineering.blogspot.com/ 
 
https://www.youtube.com/playlist?list=PLQ5HiYQhit8rJgRpa7lKIpjAYnjzxLMy8 
 
2.6 Derechos de autoría y de propiedad intelectual 
 
EL PRESENTE PROGRAMA NO ES DE USO LIBRE, CUENTA CON DERECHOS DE 
AUTORÍA Y D PROPIEDAD INTELECTUAL. 
 
DE IGUAL MANERA, QUEDA TERMINANTEMENTE PROHIBIDO SUBIR O CARGAR EL 
INSTALADOR EN LA NUBE DE INTERNET, DE HACERLO, SERÁ DENUNCIADO ANTE 
LOS TRIBUNALES DE JUSTICIA. 
 
CUALQUIER INFORMACIÓN SOLICITARLA A: randon.ortiz@gmail.com 
 
2.7 Archivos del programa 
 
Los archivos que vienen por default en el programa son los siguientes: 
 
 
 
 
https://irrigationengineering.blogspot.com/
https://www.youtube.com/playlist?list=PLQ5HiYQhit8rJgRpa7lKIpjAYnjzxLMy8
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 10 
3. TRABAJANDO CON DEHIDRO 
 
Figura 3.1. Pantalla del módulo Tirante Normal 
 
 
En la figura 3.1, se observa cuatro (4) áreas de trabajo: 1), tipo de sección, variable a calcular 
y esquema de la estructura; 2), ingreso de datos (solo valores); 3), Menú de ejecución; y, 4), 
la matriz de cálculos. 
 
Cuadro 3.1. Descripción del menú de ejecución 
Botón Acción 
Botón cargar: 
Al presionar el botón, se cargará un set de datos para 
llenar valores en el área de ingreso de datos. 
Botón calcular: 
Realiza el cálculo de los parámetros de la matriz de 
cálculos. 
Botón exportar: Exporta a Excel los datos de la matriz de cálculos. 
Botón borrar: 
Borra los datos del área de ingreso y de la matriz de 
cálculos. 
Salir: 
Cierra el módulo en ejecución y regresa al menú 
principal. 
 
En el área de ingreso de datos, se debe ingresar solo valores reales; si se ingresa una letra, 
el programa asume que no se ha ingresado el valor y requerirá su ingreso para el proceso; 
los datos se ingresan en las celdas de color blanco (para pasar a una caja de texto, debe 
presionarse la tecla “tab” o con la ayuda del mouse). 
 
La secuencia de trabajo para este módulo es: escoger la sección transversal del canal, 
escoger la variable a calcular, ingresar los datos, calcular y exportar a Excel en caso de ser 
necesario. 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 11 
4. HIDRÁULICA, RIEGO Y DRENAJE 
 
4.1 Hidráulica 
 
4.1.1 Flujo en canales abiertos 
 
Ley de la Conservación de la masa. 
 
Los primeros conceptos sobre la ecuación de la continuidad del flujo en tuberías y en canales 
abiertos fueron descritos por Leonardo da Vinci y esta ley establece que, a nivel infinitesimal, 
en una sección de control (secciones de ingreso S1 y de salida S2), el caudal que ingresa en 
la sección S1 es igual al caudal que fluye por la sección S2; sin embargo, en la realidad, los 
canales en tierra o revestidos y en longitudes considerables, presentan una disminución 
paulatina del caudal en la dirección del flujo, por efecto de las pérdidas por infiltración (suelo 
y juntas), por la evaporación directa del agua desde el espejo del canal y por la transpiración 
del agua desde las plantas que crecen en el cauce del canal; en canales revestidos, la 
eficiencia de conducción alcanza hasta el 90%, mientras que los canales en tierra, la 
eficiencia puede alcanzar valores críticos de hasta el 50%. 
 
Cuadro 4.1. Ecuaciones de la conservación de la masa - continuidad 
No. Parámetro Ecuación 
1 Ecuación de la Continuidad 
 
2 Caudal 
3 Igualando términos 
 
4 Velocidad 
 
Q, caudal (m3/s); A, área (m2); V, velocidad (m/s) 
Fuente: Depeweg H. 2002. 
 
Cuadro 4.2. Ecuaciones para flujo en canales 
No. Parámetro Ecuación
 
1 Velocidad de Manning 
2/13/21 SoR
n
V  
2 Conservación de la masa 
3 Caudal Manning 
2/13/21 SoR
n
AQ  
4 Velocidad de Chezy SoRCV  
5 
Coeficiente C de Chezy – 
Gauguillet - Kutter (n, 
coeficiente de Kutter) 








SoR
n
nSoC
00155.0
231
100155.0
23
 
6 
Coeficiente C de Bazin (m, 
rugosidad de Bazin) 
R
m
C


1
87
 
6 
Coeficiente C – Flujo laminar – 
Van Rijn´s 














*
3.3
12
log18
u
y
C

 
21 QQ 
VAQ 
2211 VAVA 
2
1
2
2
1
22
1 








D
D
V
A
VA
V
VAQ 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 12 
No. Parámetro Ecuación
 
7 
Coeficiente C – Zona transición 
– Van Rijn´s 














*
3.3
12
log18
u
ks
y
C

 
8 
Coeficiente C – Flujo turbulento 
– Van Rijn´s 







ks
y
C
12
log18 
9 
Velocidad cortante - Van Rijn´s 
(m/s) 
Soygu * 
10 Factor ks - Van Rijn´s (m) 21 ksksks  
11 Factor ks1 - Van Rijn´s (m) 505.41 dks  (valor menor 0.01 m) 
12 Factor ks2 - Van Rijn´s (m) 











y
d
edks
42.3
177.02 
13 Factor d - Van Rijn´s    Te
y
d
yd T 




  25111.0 5.0
3.0
50 
14 Factor T - Van Rijn´s 
2
*
2
*
2
*
cru
cruu
T

 
15 
Velocidad cortante crítica - Van 
Rijn´s (m/s) R
cru cr

* 
16 
Fuerza tractiva - Van Rijn´s 
(N/m2) 
SoRgcr   
17 
Coeficiente C en función de 
rugosidad de Manning 
6/11 R
n
C  
18 Caudal Chezy SoRCAQ  
19 Rugosidad Manning - Strickler 
6/1
500152.0 dn  
20 Franco de seguridad yFs  25521.0
 
Q, caudal (m3/s); A, área (m2); V, velocidad media del agua (m/s); R, radio hidráulico (m); So, pendiente 
(m/m); n, rugosidad Manning; C, coeficiencte de Chezy;  , viscosidad cinemática (m2/s); y, tirante 
(profundidad del agua perpendicular a la solera del canal, m); g, gravedad terrestre (m/s2); d50, diámetro 
análisis granulométrico (mm); Fs, franco de seguridad (m);  , densidad del agua (kg/m3).
 
Fuente: Depeweg H. 2002. Van Rijn´s E. 2002. 
 
Cuadro 4.3. Coeficientes m y n 
Material m (Bazin) n (Kutter) 
Madera bien cepillada 0.10 0.009 
Enlucido con cemento muy liso - 0.010 
Vidrio - 0.010 
Mampostería de ladrillo 0.40 0.014 
Mampostería de piedra 0.40 0.014 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 13 
 
Cuadro 4.4. Fórmulas para canales de varias secciones transversales 
 
Fuente: Depeweg H. 2002. 
 
Ley de Conservación de la energía. 
 
Esta ley fue definida por Daniel Bernoulli (1738) y estableció que la energía por unidad de 
volumen existente en la sección S1 es igual a la energía por unidad de volumen existente en 
la sección S2. La ecuación de la energía de Bernoulli está integrada por la energía de posición, 
de presión y cinemática; estableciéndose que, la energía total que existe en cualquier punto 
o sección es constante. 
 
Figura 4.1. Esquema de la conservación de la energía 
 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 14 
Cuadro 4.5. Fórmulas de la ecuación de la conservación de la energía 
Energía total ctte
g
VP
Z 
2
2

 
Conservación 
de la energía 
 
Z1 y Z2 Corresponden a la energía de posición o potencial de cada sección alineadas a un 
nivel de referencia; estos valores corresponden a las alturas topográficas a las que 
están localizadas las secciones S1 y S2 con relación a un Datum vertical arbitrario; 
este datum vertical puede ser el punto más bajo (topográficamente hablando) de la 
sección o red en análisis. 
 
Es la energía de presión hidráulica o piezométrica que existe en cada una de las 
secciones; en canales abiertos, este valor corresponde al tirante, calado o 
profundidad del agua; y, en tuberías, a la carga hidrostática. 
 
Es la energía cinética existente en cada sección; en tuberías, la velocidad del agua 
depende del caudal y de la sección del conducto; en canales, la velocidad depende 
del radio hidráulico, de la pendiente y de la rugosidad del cauce. La velocidad del 
agua se incrementa cuando el diámetro de la sección se reduce y viceversa. 
 
Es la pérdida de carga que se produce entre las secciones 1 y 2; en tuberías, la 
pérdida de carga corresponde a la suma de las pérdidas de carga por la longitud de 
la tubería y por las pérdidas de carga localizadas; en canales, por las pérdidas de 
carga por las contracciones, en el tramo de la estructura hidráulica y por el 
ensanchamiento (al final de la estructura). 
 
Las pérdidas de carga totales están integradas por las pérdidas producidas en la sección del 
canal y las localizadas en las estructuras hidráulicas (contracción y ensanchamiento de la 
sección, entre otras). 
 
Figura 4.2. Pérdidas de carga localizadas 
 
 
En la figura 4.2, entre las secciones BC1 - S1 y S4 – BC2, se producen las pérdidas de carga 
en la sección del canal (dada por el diferencial topográfico existente entre ellas); entre la 
sección S1 – S2, se produce una pérdida localizada por contracción o convergencia; entre la 
sección S2 – S3, se produce una pérdida de carga localizada por la sección contraída y entre 
la sección S3 – S4, se produce una pérdida de carga por ensanchamiento o divergencia de la 
sección; en el diseño de estructuras hidráulicas debe incluirse el cálculo de este tipo de 
pérdidas, especialmente en: bocatomas, desarenadores, alcantarillas, acueductos, sifones, 
entre otras estructuras. 
 
 
 
 
Hf
g
VP
Z
g
VP
Z 
22
2
22
2
2
11
1


21 Py
P
g
V
y
g
V
22
2
2
2
1
Hf
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 15 
Cuadro 4.6. Pérdidas de carga localizadas en canales (ver figura 4.2) 
No. Parámetro Ecuación 
1 
Pérdida por contracción 
gradual 
 
g
VV
KiHf
2
2
12
1

 
2 Pérdida en tramo contraído 
 
 
2
3/2
32
32
2
7937.0











RR
VVn
LHf 
3 
Pérdida por ensanchamiento 
gradual 
 
g
VV
KoHf
2
2
43
3

 
Ki, coeficiente de pérdidas de carga en la transición de entrada; Ko, coeficiente de pérdidas de 
carga en la transición de entrada 
Fuente: ILRI, 1989. 
 
Cuadro 4.7. Coeficientes de pérdidas de carga en transiciones 
Tipo de talud Ki Ko 
Pared frontal 0.3 1.1 
Talud 1:1 0.06 0.87 
Talud 2:1 0.06 0.68 
Talud 2.4:1 0.1 0.4 
Talud 3:1 0.06 0.41 
Talud 4:1 0.06 0.27 
Fuente: ILRI, 1989. 
 
Ley de Conservación del Momentum. 
 
La ecuación del Momentum se deriva de la segunda ley de Newton, la cual establece que, la 
suma de las fuerzas que actúan entre dos secciones consecutivas es igual a la masa 
(densidad por volumen) por la aceleración de la gravedad terrestre, en otros términos, la 
cantidad de movimiento de un fluido por unidad de tiempo (  QV) entre las secciones 
infinitesimales S1 y S2, es igual a la diferencia entre las fuerzas ejercidas por el fluido entre 
dichas secciones. 
 
Figura 4.3. Esquema análisis conservación del Momentum 
 
Fuente: Edin Bundick (http://slideplayer.com) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 16 
Cuadro 4.8. Ecuaciones del Momentum 
No. Parámetro Ecuación 
1 
Segunda Ley de 
Newton 
amF  
2 
Ecuación general del 
momentum 
)( 1221 VVQFFWSinFF af   
3 Fuerza 1 111 AhF   
4 Fuerza 2 222 AhF   
5 Fuerza de rozamiento LPFf  
6 
Fuerza de resistencia 
por viento ooa
AhF   
7 
Ecuación simplificada 
del Momentum 22
2
11
1
Ah
Ag
Q
Ah
Ag
Q














  
8 Caudal unitario 
sección rectangular b
Q
q 
 
9 Centroide para una 
sección rectangular 2
y
h 
 
10 Ecuación final del 
Momentum (sección 
rectangular) 2
22
2
1
22
1
22 yg
qy
yg
qy




 
F1, fuerza resultante en el tirante conjugado Y1; F2, fuerza resultante en el tirante conjugado Y2; h1,2, 
distancia desde la superficie del agua hasta el centroide de la sección transversal (m); gama, peso 
específico del agua (N/m3). 
Fuente: ILRI, 1989. 
 
Energía específica y tirantes alternos. Es la suma de las energías piezométrica (tirante) y 
cinética. 
 
Cuadro 4.9. Ecuaciones de la energía específica 
No. Parámetro Ecuación 
1 Energía específica 
g
V
yE
2
2
 
2 Energía específica 2
2
2gA
Q
yE  
3 Tirantes alternos P
g
V
y
g
V
y 
22
2
2
2
2
1
1
 
E, energía específica en una sección (m); V, velocidad media del agua (m/s); g, 
gravedad terrestre (m/s2); P, altura del vertedero o rasante de la solera (m) 
Fuente: ILRI, 1989. 
 
Número de Froude. 
 
William Froude (1870), realizó un estudio para determinar la relación que existe entre la 
energía cinética del fluido y su relación con la energía potencial (fuerza gravitacional); 
concluyendo que, cuando esta relación es menor a 1 se presenta un flujo sub crítico 
(predominando las fuerzas de la gravedad terrestre sobre las dinámicas del flujo); cuando ésta 
relación es igual a 1, se presenta un flujo crítico y cuandoesta relación es mayor a 1, se 
presenta un flujo súper crítico (predominando las fuerzas de inercia sobre las fuerzas de la 
gravedad terrestre). El número de Froude depende directamente de la velocidad del flujo 
(radio hidráulico y pendiente) y de la sección transversal del canal. 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 17 
Cuando el número de Froude tiende a la unidad y es mayor a éste valor, la fuerza tractriz y la 
potencia del flujo se incrementan; la fuerza tractriz está relacionada directamente con la fuerza 
erosiva del agua y la potencia del flujo, con la capacidad del flujo para transportar sedimentos. 
 
Cuadro 4.10. Ecuaciones para el número de Froude 
No. Parámetro Ecuación 
1 Número de Froude sección 
rectangular yg
V
F

 
2 Número de Froude sección 
trapezoidal 
ymb
ymyb
g
V
F




2
2
 
3 Número de Froude sección 
triangular 
2
y
g
V
F 
 
4 Froude en función de la 
velocidad de Manning 
T
A
gn
SoR
F



2/13/2 
F, número de Froude; V, velocidad media del agua (m/s); y, tirante del agua (m); m, 
talud de las paredes del cauce; T, espejo del agua (m); A, área mojada (m2); g, 
gravedad terrestre (m/s2); b, solera del canal (m); R, radio hidráulico (m); So, 
pendiente longitudinal de la solera del canal (m/1000m); n, rugosidad de Manning. 
Fuente: Villón, 1995. Depeweg, 2002. 
 
Tirante Crítico. 
 
En la hidráulica de canales, es necesario conocer el tirante crítico, así como la energía crítica 
o mínima para que un determinado caudal pueda fluir por una sección transversal; el tirante 
crítico sirve para determinar la altura máxima que debe tener un vertedero, sin que se 
produzca un remanso aguas arriba, entre otros usos. 
 
Cuadro 4.11. Ecuaciones para el Tirante crítico 
No. Parámetro Ecuación 
1 El tirante crítico se deriva del 
número de Froude igual a la 
unidad (1). 
1


yg
V
F 
2 Ecuación general para 
cualquier tipo de sección 
transversal 
Tc
Ac
g
Q 32
 
3 Ecuación general (sección 
trapezoidal, rectangular o 
triangular) 
 
Ycmb
Ycmyb
g
Q



2
322
 
4 Caudal unitario (sección 
rectangular) b
Q
q  
5 Tirante crítico (sección 
rectangular) 
3
2
g
q
Yc  
6 Velocidad crítica (sección 
rectangular) 
gYcVc  
7 Energía crítica o mínima 
YcEc
2
3
 
8 Energía crítica o mínima 
g
Vc
YcEc
2
2
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 18 
No. Parámetro Ecuación 
Yc, tirante crítico (m); Ec, energía crítica o mínima (m); Ac, área de la sección para el 
tirante crítico (m2); Vc, velocidad en la sección crítica (m); Q, caudal (m3/s). 
Depeweg, 2002. 
 
Salto Hidráulico. 
 
Como salto hidráulico se denomina al fenómeno en el cual, el tirante del agua pasa de súper 
crítico a sub crítico o es aquel fenómeno de turbulencia que se produce por la desaceleración 
del flujo, desde una velocidad alta (5 m/s) a una velocidad baja (1 m/s); el tirante súper crítico 
se denomina Tirante Conjugado Y1 y el tirante sub crítico como Tirante Conjugado Y2. Este 
fenómeno se produce en caídas mayores a 0.3 metros, aguas abajo de una compuerta, 
rápidas, entre otras estructuras hidráulicas. 
 
Figura 4.4. Esquema análisis conservación del Momentum (salto hidráulico) 
 
Fuente: Edin Bundick (http://slideplayer.com) 
 
Cuadro 4.12. Ecuaciones generales del salto hidráulico 
No. Parámetro Ecuación 
1 Ecuación general de los 
tirantes conjugados 
 181
2
1 2
1
1
2  F
Y
Y 
2 Tirante conjugado Y1 (m) 
4
2
2
2
2
2
222
1
Y
g
YVY
Y 

 
3 Tirante conjugado Y2 (m) 
4
2
2
2
1
2
111
2
Y
g
YVY
Y 

 
4 Pérdida de energía (m)  
21
3
12
21
4 YY
YY
EEH


 
5 Froude entre 1.0 – 1.7 Resalto ondulante 
6 Froude entre 1.7 – 2.5 Resalto débil 
7 Froude entre 2.5 – 4.5 Resalto oscilante 
8 Froude entre 4.5 – 9.0 Resalto estable 
9 Froude entre > 9.0 Resalto fuerte 
10 Longitud del salto Silvester 
(m) 
  01.111 171.9  FYL 
11 Longitud del salto 
Chertusov (m) 
  81.011 13.10  FYL 
12 Longitud del salto USBR 
(m) 
 129.6 YYL  
Y1, tirante conjugado Y1 (m); Y2, tirante conjugado Y2 (m); L, longitud del salto 
hidráulico (m); F1, número de Froude en Y1; F2, número de Froude en Y2 
 Depeweg, 2002. 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 19 
Perfiles para flujo gradualmente variado. 
 
El cálculo de los perfiles en el flujo gradualmente variado, se obtiene a partir de la derivación 
de la ecuación de la conservación de la energía (Bernoulli). 
 
Cuadro 4.13. Ecuaciones flujo gradualmente variado 
No. Parámetro Ecuación 
1 Ecuación de la energía 
g
V
yzH
2
2
 
2 Derivada respecto a la 
distancia x 
dx
g
V
d
dx
dy
dx
dz
dx
dH







2
2
 
3 (dH/dx) es la pendiente de la 
línea de energía (Sf) 
(dz/dx) es la pendiente de 
la solera del canal (So) 
4 Ecuación simplificada 
21 F
SfSo
dx
dy


 
5 Método directo 
SfSo
EE
x


 12
 
6 Pendiente de la línea de 
energía (Sf, m/m) 3/4
22
R
Vn
Sf


 
Z, energía de posición (m); y, tirante (m); V, velocidad media del agua (m/s); g, 
gravedad terrestre (m/s2); So, pendiente longitudinal de la solera del canal (m/m); Sf, 
pendiente de la línea de energía (m/m); F, número de Froude; n, rugosidad de 
Manning; R, radio hidráulico (m). 
Fuente: Depeweg, 2002. 
 
Fuerza Tractriz y Potencia del Flujo. 
 
Estos dos parámetros se utilizan en el análisis del transporte de sedimentos en canales no 
revestidos (tierra); la fuerza tractriz o esfuerzo cortante producido por el flujo está relacionado 
directamente con el grado erosivo del agua y la potencia del flujo, con la capacidad de 
transporte de sedimentos (fondo y suspensión), para evitar la erosión en la sección transversal 
del canal, la fuerza tractriz debe ser menor a 5 N/m2 y para evitar la sedimentación en el canal, 
la potencia del flujo debe mantenerse constante o creciente aguas abajo o en la dirección del 
flujo del agua (Dahmen, 2001). 
 
Cuadro 4.14. Fuerza tractriz y potencia del flujo 
Fuerza tractriz SoygFt   
Potencia del flujo SoVgPf   
Ft, fuerza de rozamiento (N/m2); Pf, potencia del flujo (W/m3); Rho, 
densidad del agua (kg/m3); g, gravedad terrestre (m/s2); y, tirante 
(m); V, velocidad media del agua (m/s); So, pendiente longitudinal de 
la solera del canal (m/m). 
 Fuente: Depeweg, 2002. 
 
Transporte de Sedimentos en canales. 
 
El cálculo del transporte de sedimentos en canales de riego ha sido estudiado en detalle en 
el IHE - Delft (Holanda) por los Doctores (PhD) Néstor Méndez y Khrisna Paudel, de tal 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 20 
manera que, en el presente documento solo se referirá al método de Bronwlie y para 
sedimentos d50 comprendidos entre 0.05 a 0.5 mm. 
 
Antes de presentar el método antes indicado, es necesario conocer algunas propiedades 
físicas de los sedimentos. 
 
Cuadro 4.15. Ecuaciones para determinar algunas propiedades de los sedimentos 
No. Parámetro Ecuación 
1 Velocidad de 
sedimentación (d<100um) 
 



18
1 2gds
Vs 
2 Velocidad de 
sedimentación (d<1000um) 
 













 
 1
101.0
1
10
5.0
2
3

 dgs
d
Vs
 
3 Velocidad de 
sedimentación (d>1000um) 
  gdsVs  11.1 
4 Parámetro de la partícula  
50
3/1
2*
1
d
gs
D 




 


 
5 Parámetro de movilidad de 
la partícula     5050
2
*
11 dgsdgs
U crcr
cr






 
6 Fuerza tractriz de exceso 
cr
crT

 

´ 
7 Fuerza tractriz de la 
partícula 
2
´ 






C
V
 
8 Coeficiente C 








905.4
12
18
d
h
LogC 
Vs, velocidad de sedimentación (m/s); d, diámetro promediodel sedimento (m); g, gravedad terrestre 
(m/s2); v, viscosidad cinemática (m/s2); d50, diámetro de la partícula (m); h, tirante (m); d90, de la partícula 
(m); C, coeficiente de Chezy. 
 Fuente: Depeweg, 2002. Méndez, 2002. Paudel, 2012. 
 
Cuadro 4.16. Ecuaciones transporte de sedimentos método de Bronwlie 
No. Parámetro Ecuación 
1 Transporte de sedimentos 
(ppm) por ancho unitario  
3301.0
50
6601.0978.16.727








d
R
SoFgcrFgcfqs 
2 Número de Froude del 
sedimento    5.0501 dgs
V
Fg

 
3 Número de Froude del 
sedimento crítico    5.0501 dgs
V
Fg

 
4 Pérdida de energía 1696.01405.05293.0
*596.4
  sSoFgcr  
5 Fuerza tractiva YY 7.7* )10(06.022.0
 
6 Coeficiente Y   6.01  sRgY 
7 Número de Reynolds del 
sedimento 
 



31620
5.03
50dgRg 
8  canal trapezoidal 
078.01569.0
0898.0
023.1 mN
h
B








 
9  canal rectangular 2106.0
0361.0
8492.0 N
h
B








 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 21 
No. Parámetro Ecuación 
10 Parámetro N 
FgcrFg
Fg
N


978.1
1 
11 Transporte de sedimentos 
total (ppm, g/m3) 
BqsQs  
12 Transporte de sedimentos 
total (Kg/s ) 
Q
Qs
Qss 
1000
 
13 Conversión de Kg/s a 
ppm 
610 s
Q
Qs
Css
 
14 Parámetro s 

ss 
 
 Fuente: Depeweg, 2002. Méndez, 2002. Paudel, 2012. 
 
Transporte de Sedimentos en ríos. 
 
El cálculo del transporte de sedimentos en ríos puede determinarse por varios métodos, en 
el presente documento, se describirá el método de Engelud – Hansen. 
 
Cuadro 4.17. Transporte de sedimentos en ríos (Engelud – Hansen) 
No. Parámetro Ecuación 
1 Transporte de sedimentos 
total (m2/s)   350
5.02
5
1
05.0
CdgS
V
qt


 
2 Velocidad crítica (m/s) 
Soy
V
C

 
3 Densidad del sedimento 3/2650 mkgs  
4 Densidad relativa 
65.2
/1000
/2650
3
3

mkg
mkgs
S


 
5 Transporte de sedimentos 
total (Kg/ms) 
sqtQt  
6 Caudal unitario (m2/s) 
b
Q
q  
7 Transporte de sedimentos 
total (ppm) q
Qt
Cppm  
 Fuente: Depeweg, 2002. Méndez, 2002. Paudel, 2012. 
 
Vertederos. 
 
Los vertederos son estructuras que se utilizan para medir el caudal en base a la lectura de la 
carga hidráulica existente sobre la cresta del vertedero, medida a una distancia mínima de 4 
veces la carga hidráulica aguas arriba de la estructura. 
 
 
 
 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 22 
Cuadro 4.18. Fórmulas para Vertederos 
No. Tipo de 
vertedero 
Ecuación Coeficiente 
1 Cresta corta 
2/32
3
2
gHBCdQ  
P
H
Cd  08.0611.0 
2 Cresta ancha 
2/3
3
2
3
2
HBCdQ  
L
H
Cd  10.093.0 
3 V - Notch 
(triangular, 
ángulo de 90 
grados) 
2/5
3
2
2
tan
15
8
HCdQ 







 48.237.1 HQ  
4 Cipolleti 
(trapezoidal, 
talud 4:1) 
2/32
3
2
63.0 gHBCvQ  2/38604.1 HQ  
5 Perfil Creager 
2/32
3
2
gHBCdQ 
 
2/32.2 HQ  
Cd, coeficiente de descarga; H, carga hidráulica sobre el vertedero (m); P, altura del vertedero (m); L, ancho de 
la cresta del vertedero (m); teta, ángulo del vertedero (grados). 
Fuente: Depeweg, 2002. ILRI, 1989. 
 
Figura 4.5. Esquema de un vertedero 
 
 
Captaciones. 
 
Las obras de captación son estructuras hidráulicas construidas en un río, manantial o 
quebrada, cuyo objetivo es captar el agua para luego conducirla hasta el lugar de 
almacenamiento o entrega en las parcelas de los agricultores; existen diferentes tipos de 
captaciones: 
 
 Bocatoma de captación lateral. 
 Bocatoma Tirolesa. 
 Toma directa lateral. 
 Toma directa de fondo. 
 Toma mediante lecho filtrante. 
 
Se debe escoger el tipo de captación más conveniente para el proyecto y que satisfaga las 
características locales del sitio, debe tomarse en cuenta la característica del flujo y finalmente 
considerar el tipo de regulación o no del caudal, hay tipos de corrientes superficiales sin 
regulación y corrientes superficiales con regulación. 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 23 
Una captación Lateral capta el agua a través de una rejilla construida en el muro lateral de la 
bocatoma, el nivel del agua sobre la rejilla de entrada será controlado por una presa o azud 
de concreto, el cual puede ser menor o igual al ancho del río. Este tipo de toma es práctico 
en ríos con cauces con tirantes o profundidades del agua bajos. 
 
La bocatoma de captación lateral consta de: presa o azud, muros laterales, ventana de 
captación, desripiador, transición y canal de aducción, que se describen a continuación: 
 
Presa derivadora. El vertedero o presa derivadora es estructuralmente un azud (un azud es 
un vertedero), es una presa vertedora, suele llamarse también barraje, su función es la de 
elevar el nivel del agua para alcanzar el nivel requerido, de acuerdo a las necesidades de 
captación; el azud genera la carga hidráulica necesaria sobre la rejilla de captación, para que 
pueda ingresar el caudal de diseño, por tal motivo se convierte en una presa derivadora; el 
nivel de la cresta se encuentra a uno o varios metros de altura sobre el lecho del río; y, está 
diseñado para permitir el paso de grandes avenidas (Rocha, 2012). 
 
Poza disipadora de energía. La poza disipadora de energía se encuentra ubicada aguas 
abajo del azud o presa derivadora, esta estructura disipa la energía mediante la formación de 
un salto hidráulico; inmediatamente aguas abajo de la poza y como zona de transición con el 
lecho del rio, se debe colocar una base de protección de piedras, denominado rip-rap (Rocha, 
2012). 
 
Muros Laterales. Encauzan el agua hacia el azud y protegen los taludes, aguas arriba y 
aguas abajo del azud, el ancho de estos muros deber ser de 60 cm por ser de hormigón 
ciclópeo, pero se deben comprobar en el estudio de estabilidad de muros. 
 
Ventana de Captación. Constituyen la toma propiamente dicha; esta ventana opera como 
orificio sumergido; el caudal de ingreso por la ventana de captación depende de la carga 
hidráulica que genere la presa derivadora o azud; esta ventana lleva rejillas de protección 
para evitar el ingreso de materiales flotantes; la longitud de la rejilla es menor a la longitud de 
la presa, esto depende del caudal de diseño; la rejilla se la puede hacer en barrotes con una 
separación de 3 a 10 cm y barras de diámetro ½”, ¾” o 1” (Rocha, 2012). 
 
Cámara de recolección y desripiador. Normalmente es cuadrada o rectangular con muros 
de concreto, en dirección normal al flujo del agua; en esta cámara se encuentra un vertedero 
de excesos lateral que permite evacuar el exceso de agua al rio; se encuentra ubicado aguas 
abajo de la ventana de captación y permite sedimentar los sólidos inorgánicos durante las 
crecidas (gravas pequeñas y arenas). 
 
Canal de aducción. Es la estructura que transporta el agua desde el desripiador hasta el 
desarenador, la pendiente recomendada va desde 1 a 10% con el fin de asegurar una 
velocidad adecuada en el canal. La sección de este canal normalmente es rectangular. 
 
Figura 4.6. Esquema de la ventana de captación Figura 4.7. Coeficiente de los barrotes 
 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 24 
Figura 4.8. Esquema del desripiador Figura 4.9. Compuerta 
 
 
 
Figura 4.10. Esquema del Azud 
 
 
Cuadro 4.19. Fórmulas utilizadas en captaciones (azud y toma lateral) 
No. Parámetro Ecuación 
1 Carga hidráulica máxima sobre el 
Azud (m) 
3/2max
max )(
BC
Q
H

 
2 Carga hidráulica mínima 1 sobre el 
Azud (m) 
3/2min
1min )(
BC
Q
H

 
3 Carga hidráulica mínima 2 sobre el 
Azud (m) 
3/2min
2min )(
BC
QcQ
H


 
4 Carga hidráulica mínima (m) 
2
2min1min
min
 
HH
H 
5 Carga hidráulica sobre la ventanade captación (m) HfrHhs
Hr
Hc 





 min
2 
6 Coeficiente de sumergencia 
(Bazin) rejilla 
3/1
2
2.0105.1 












rH
z
p
Hn
Sr 
7 Coeficiente de descarga de 
Konalov rejilla 
g
PHr
Hr
PHr
Hr
Mr 2
1
285.01
1
045.0407.0
2






























 
8 Caudal captado en la rejilla (m3/s) 
2
3
HcBrMrSrKQr  
9 Condiciones para vertedero 
sumergido 21 )( PHnP  - 7.0
2

P
z
 - 5.1
e
Hr
 
10 Número de barrotes 
1
sb
b
Nb 
11 Ancho total de la ventana de 
captación (m) 
tNbbb ´
 
12 Velocidad media en la rejilla (m/s) 
Hrb
Qc
Vr


´
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 25 
No. Parámetro Ecuación 
13 Coeficiente de pérdidas de carga 
en la rejilla 
3/4







sb
t
SenKr 
 
14 Pérdida de carga en la rejilla (m) 
g
Vr
KrHfr
2
2

 
15 Caudal máximo en la rejilla (m3/s)  
2222
max
max
´36.0
1
22
bHr
Kr
bHr
hsHrHg
Qr





 
16 Velocidad de acercamiento al azud 
(m/s) 
maxHP
q
V oo


 
17 Caudal específico sobre el azud 2/3
maxHCqo 
 18 Coeficiente de sumergencia en el 
desripiador 
3/1
3
2.0105.1 












vrH
z
p
Hn
S
 
19 Coeficiente de descarga de 
Konalov para el desripiador 
g
PHvr
Hvr
PHvr
Hvr
M 2
2
285.01
2
045.0407.0
2






























 
20 Caudal por una compuerta (m3/s) gHbaCdQc 2
 Coeficiente de descarga “CV” para 
la compuerta H
a
CV  079.096.0
 
21 Coeficiente de descarga “Cd” para 
la compuerta 
H
a
CV
Cd




62.0
1
62.0
 
22 Carga hidráulica total en el 
desripiador (m) 
g
V
HvrPZoTo
2
2
2 
 
23 Tirante conjugado Y1 (m); k (0.9 -
1.0)  1
1
2 YTogk
q
Y


 
24 Número de Froude para Y1 
 1
1
1
Yg
V
F


 
25 Tirante conjugado Y2 (m)  181
2
1
1
2  F
Y
Y
 
26 Longitud del desripiador (m) 
24 YL 
 27 Longitud de la transición (m) 
)5.12(2 oTan
bL
Lt



 
28 Carga hidráulica sobre el azud; ha, 
carga de velocidad; si P/H > 1.33 
Ho = Hmax + ha
 
29 Coeficiente de descarga sobre el 
azud, para P/H < 0.5 704.18.1025.2
2













Ho
P
Ho
P
C
 
30 Coeficiente de descarga sobre el 
azud, para 0.5 < P/H < 2.5; si C > 
2.5, C = 2.18 
031.2145.0034.0
2













Ho
P
Ho
P
C
 
31 Coordenadas XY del cimacio 







85.0
85.1
50.0
H
X
Y
 
32 Altura del dentellón del final del 
zampeado (m) 
YnYZo  215.1
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 26 
No. Parámetro Ecuación 
33 Espesor del zampeado 
(Taraimovich, m)  
25.0
2max
5.0
2.0 YZoPH
B
Q
Tz 






 
34 Profundidad de socavación aguas 
abajo del dentellón (m)   YnYZoPH
B
Q
Yo  2max3.1
 
35 Altura de los muros laterales y de 
ala (m) 
 max2.1 HPHT 
 
36 Longitud del enrocado aguas 
arriba del azud (m) max1
5.2 HL 
 
37 Altura de seguridad   2max5.021.0 YHPZogHs  
38 Longitud del enrocado aguas abajo 
(m) 
 max2 5.1 HHsL 
 
39 Velocidad máxima del agua para 
evitar la erosión del material del 
enrocado (m/s) 
DpgV
a
as 




 



22.1max
 
Hn, carga hidráulica sobre rejilla (m); p2, altura de la parte inferior de la compuerta respecto de la base del desripiador (m); Hr, 
altura de la rejilla o ventana de captación (m); P1, altura de la ventana de captación (m); z, pérdida de carga en la rejilla (m); t, 
ancho del barrote (m); sb, separación entre los barrotes (m); beta, factor de pérdidas de carga en la rejilla; teta, ángulo de 
inclinación de la rejilla (grados); Vo, velocidad de acercamiento del agua al azud (m/s); C, coeficiente de descarga del azud (2.18); 
Hvr, carga hidráulica sobre el vertedero de salida del desripiador (m); zo, diferencia de nivel entre la cota del cauce del río y entre 
el fondo del desripiador (m); Hr, altura de la rejilla (m); k, coeficiente varía entre 0.9 y 1.0; Zo, altura del dentellón (m); Y, 
coordenada vertical sobre el cimacio (m); X, coordenada horizontal sobre el cimacio (m); Dp, diámetro de la piedra (m); hs, altura 
de sumergencia entre la cresta del azud y la ventana de captación (m); Br, ancho rejilla (m); rhos, densidad del material (2650 
kg/m3); 
a , densidad del agua (1000 kg/m3). 
 Fuente: Depeweg, 2012. 
 
4.1.2 Hidráulica de tuberías 
 
Velocidad del agua. 
 
La velocidad promedio del agua en una sección cualquiera, se determina en función del caudal 
y del diámetro interno de la tubería. 
 
Cuadro 4.20. Fórmulas utilizadas en tuberías 
No. Parámetro Ecuación 
1 Velocidad promedio del agua 
 
2 Pérdidas de carga. Hazen – Williams 
LdDI
C
Q
EHf 





  87.49
852.1
131.1 
3 Pérdidas de carga. Darcy – Weisbach 
g
V
D
Ld
fHf
2
2

 
4 Pérdidas de carga. Darcy – Blasius para 
DI menor a 110 mm Ld
DI
Q
EHf 
76.4
76.1
431.8 
5 Pérdidas de carga. Darcy – Blasius para 
DI, diámetro interno mayor a 110 mm Ld
DI
Q
EHf 
76.4
76.1
4288.8 
6 Longitud desarrollada 22 YXLd 
 7 Caudal que puede transportar una 
tubería, n varía entre 2 – 2.5 
nDpQp 
 Q, caudal (m3/h); Qp, caudal (l/s); DI, diámetro interno de la tubería (mm); Dp, diámetro en pulgadas; D, diámetro (m); 
Ld, longitud desarrollada (m); X, longitud horizontal (m); Y, desnivel vertical de un tramo de tubería (m); V, velocidad 
2
354
DI
Q
V


DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 27 
promedio del agua (m/s); Hf, pérdidas de carga (m); f, factor de fricción; C, factor de Hazen Williams; g, gravedad 
terrestre promedio (9.81 m/s2). 
Fuente: Plastro, 2008. 
 
La velocidad media del agua en una red de tuberías varía de 0.6 a 3 m/s. El valor mínimo de 
0.6 m/s, permite transportar los sedimentos y el aire que se acumula en ciertos tramos de una 
red de tuberías. El valor máximo de 3 m/s, permite obtener la máxima eficiencia de transporte 
del agua bajo normas hidráulicas estandarizadas y en redes de conducción; en sistemas de 
riego, la velocidad máxima oscila entre 1.5 y 1.8 m/s. 
 
Cuadro 4.21. Límites máximos de velocidad para conductos a presión 
Materiales de las paredes velocidad máxima (m/s) 
Hormigón (simple o armado) 4.5 a 5.0 
Hierro fundido y hierro dúctil 4.0 a 5.0 
Plástico 4.5 
Acero 6.0 
Plástico 4.5 
Fuente: Plastro, 2008. 
 
Pérdidas de Carga. 
 
Una de las ecuaciones más utilizadas para el cálculo de las pérdidas de carga en las tuberías 
de diámetros mayores a 2” (50 mm), es la ecuación de Hazen-Williams (ecuación 2, cuadro 
4.21). 
 
Para determinar las pérdidas de carga por la longitud total de la tubería, es necesario 
considerar la longitud desarrollada, debido a que la tubería se alinea con el perfil del terreno, 
el cual no siempre es plano (ecuación 6, cuadro 4:21). 
 
En el diseño de una red de tuberías, debe considerarse la longitud real o desarrollada de cada 
tramo de tubería, siendo esta longitud igual a la hipotenusa del triángulo formado entre el 
desnivel y la longitud topográfica del tramo en análisis. 
 
Para determinar las pérdidas de carga, también puede utilizarse la ecuación de Darcy – 
Weisbach (ecuación 3, cuadro 4:21). 
 
 
Cuadro 4.22. Valores del coeficiente C de Hazen-Williams 
Tipo de conducto Coeficiente “c” 
Acero corrugado 60 
Acero galvanizado 125 
Asbesto – cemento 140 
Cobre 130 
PVC 140 
Hormigón liso 130 
Hormigón ordinario 120 
Hierro fundido nuevo 130 
Hierro fundido viejo 90 
Fuente: Plastro, 2008. Depeweg, 2002. 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 28 
 
El factor f (Darcy – Weisbach) puede determinarse por medio de la ecuación de Colebrook - 
White. 
 
Cuadro4.23. F en función del número de Reynolds 
 
Fuente: http://bibing.us.es/ 
 
Cuadro 4.24. Rugosidad k (mm) para tuberías 
 
Fuente: es.slideshare.net 
 
Pérdidas de Carga Localizadas. 
 
Las pérdidas de carga localizadas, dependen de la energía cinética que existe en cada tramo 
o sección; y, del tipo y diámetro de los accesorios que se requieren utilizar. 
 
 
 
En la ecuación anterior, Hl es la pérdida de carga localizada (m), K es la constante que 
depende del tipo de accesorio y de su diámetro, V es la velocidad del agua (m/s) y g es la 
gravedad terrestre (9.81 m/s2). 
 
g
V
KHl
2
2

http://es.slideshare.net/lorencholll/hidraulica
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 29 
En el diseño de una red de tuberías, un incremento del 10 al 15% en las pérdidas de carga 
de las tuberías, es un buen parámetro para integrar las pérdidas de carga localizadas. 
 
Cuadro 4.25. Coeficiente de pérdidas de carga (K) en accesorios de tuberías 
 
Fuente: http://bibing.us.es/ 
 
Cuadro 4.26. Longitud equivalente de accesorios para tuberías 
 
Fuente: http://maquinariasyequiposindustriales.blogspot.com/ 
 
Golpe de Ariete. 
 
El golpe de ariete es una onda de sobre presión que se produce en tuberías por el 
efecto de cambios en la dirección del flujo (accesorios) y durante el cierre de válvulas, 
las cuales producen una desaceleración del flujo. 
 
 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 30 
 Cuadro 4.27. Fórmulas para el golpe de ariete 
No. Parámetro Ecuación 
1 Celeridad de la onda (m/s) 
e
D
E
K
a


1
1425
 
2 Sobre presión en tuberías de 
impulsión (T<2L/a, Allievi) 
g
Va
ha

 
3 Sobre presión en redes de 
tuberías (T>2L/a, Michaud) Tg
VL
ha



2
 
4 Celeridad equivalente (m/s) 


aiLi
L
ae
/
 
5 Diámetro equivalente (mm) 


2/ DiLi
L
De 
6 Factor f Darcy – Weisbach 
equivalente  




 

5
5
Di
Lifi
L
D
f ee 
a, celeridad de la onda de sobrepresión (m/s); K, módulo de elasticidad del fluido 
(Kg/m2); E, módulo de elasticidad de la tubería (Kg/m2); e, espesor de la pared del tubo 
(m); D, diámetro interno de la tubería (m); ha, sobre presión (m); V, velocidad del fluido 
(m/s); L, longitud de la tubería (m); T, tiempo de cierre de la válvula (s); g, gravedad 
terrestre (m/s2); ae, celeridad equivalente (m/s); Li, tramo de tubería con diámetro Di; De, 
diámetro equivalente para conducciones con varios diámetros (mm); fe, factor f 
equivalente de Darcy – Weisbach. 
Fuente: Plastro, 2008. Depeweg, 2002. 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 31 
4.2 Riego 
 
4.2.1 Diseño Agronómico 
 
El diseño agronómico de un sistema de riego cubre un proceso de cálculos hasta concluir 
con la determinación del tiempo, la frecuencia de riego, número de turnos y apertura de 
válvulas por turno. 
 
Riego por goteo 
 
Cuadro 4.28. Fórmulas para el diseño agronómico en riego por goteo 
No. Parámetro Ecuación 
1 Profundidad radicular efectiva P 7.0Pr 
2 Lámina de agua aprovechable 
Pr
100





 

MPCC
LAA 
3 Lámina neta LAApLN  
4 Diámetro del bulbo húmedo 
 
33.0
35.0
0094.0 






Ks
q
zW 
5 Separación entre emisores WSe  8.0 
6 Número de emisores por planta 
Se
Sp
Ne  
7 Porcentaje de humedecimiento para 
una lateral de riego 100 Sl
W
Pw 
8 Lámina de agua fácilmente 
aprovechable 
PwLNLNx  
9 Frecuencia de riego 
Td
LNx
Fr  
10 Lámina total de riego 
)1( FL
Td
ó
Efa
Td
LBx

 
11 Fracción de lavado 
ECx
ECa
FL


2
 
12 Intensidad de precipitación 
SeSl
q
Ip

 
13 Tiempo de riego para la lámina total 
Ip
LBx
Tr  
14 Tiempo de riego diario 
IpEfa
ETr
Tr

 
15 Número de Turnos por día 
Tr
Jt
NT  
16 Caudal en la sub unidad de riego IpAQ sur 10 
17 Número de válvulas a operarse por 
turno 
surQ
Qr
NVT 
 
18 Número de válvulas a irrigarse por día NTNVTNVD 
 19 Caudal ficticio continuo ETrqfc  11574.0
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 32 
P, profundidad radicular total (mm); Pr, profundidad radicular efectiva (mm); LAA, lámina de agua 
aprovechable (mm); CC, contenido de humedad a capacidad de campo en términos de volumen (%); 
MP, contenido de humedad de marchitez permanente (%); LN, lámina neta (mm); p, porcentaje de 
agotamiento del agua en el suelo (%); q, caudal del emisor (l/h); Ks, conductividad hidráulica de 
saturación (m/s); z, profundidad del bulbo húmedo (0.3 m); W, diámetro del bulbo húmedo (m); Se, 
separación entre emisores (m); Ne, número de emisores; Sp, separación entre plantas (m); Pw, 
porcentaje de humedecimiento (%); Sl, separación entre laterales (m); LNx, lámina rápidamente 
aprovechable; Td, transpiración diaria (mm/d); Fr, frecuencia de riego (d); Efa, eficiencia de aplicación 
(%); FL, fracción de lavado (%); Eca, electro conductividad del agua de riego (dS/m); Ecx, 
conductividad eléctrica del extracto de saturación (dS/m); Ip, intensidad de precipitación (mm/h); Tr, 
tiempo de riego (h); NT, número de turnos por día; Jt, jornada de operación del sistema de riego (h); 
Qsur, caudal en la subunidad de riego (m3/h); A, área de la subunidad (ha); Qr, caudal de riego 
(m3/h); NVD, número de válvulas a abrirse por día; qfc, caudal ficticio continuo (l/s/ha); ETr, 
evapotranspiración real del cultivo (mm/d). 
Fuente: Plastro, 2008. Amir, 2002. 
 
4.2.2 Diseño Hidráulico de una sub unidad de riego 
El diseño de la sub unidad de riego, el cual comprende el lateral de riego, la distribuidora o 
tubería porta laterales se realiza aplicando las siguientes ecuaciones. 
 
Cuadro 4.29. Fórmulas para el diseño hidráulico del lateral y distribuidora 
No Parámetro Ecuación 
1 Ecuación de un emisor xHkQe  
2 Máxima pérdida de carga en 
una sub unidad de riego (m) HfmHflHx
VQ
DH  
3 Pérdida de carga en el 
lateral de riego (m) FLlDI
Ql
EHfl 





  87.4
852.1
9
135
131.1 
4 Factor de salidas 
26
1
2
1
1
1
N
m
Nm
F



 
5 Caudal en el lateral 
1000
1
Qe
Se
Ll
Ql 





 
6 Presión requerida a la 
entrada del lateral 2
77.0
Z
HflHaHl  
7 Presión de entrada en la 
tubería porta laterales 2
77.0
Z
HfmHlHm  
8 Presión al final del lateral 
2
23.0
Z
HflHaHn  
9 Variación de caudal en la 
sub unidad 100


x
xx
Hm
HnHm
VQ 
10 Potencia de bombeo 



7.2
HQ
HP 
11 Diámetro equivalente 3803.06296.2
1
6296.2
1
2
1 ..1





















D
D
D
D
DDe n 
12 Pérdida de carga (Blasius) 
en un múltiple con 3 
diámetros 





 






75.4
3
75.2
2
75.2
3
75.4
2
75.2
1
75.2
2
75.4
1
75.2
1
7
100
89.7
D
QQ
D
QQ
D
Q
Qm
ELF
Hfm
 
Qe, caudal del emisor (l/h); k, coeficiente del emisor; H, carga hidráulica (m); x, exponente de descarga del emisor; 
Hfl, pérdida de carga en el lateral (m); Hfm, pérdida de carga en la tubería porta laterales (m); Ql, caudal del lateral 
(m3/h); DI, diámetro interno de la tubería (mm); L, longitud de la tubería (m); F, factor de salidas; m, exponente de 
descarga del caudal (1.852); N, número de salidas; Hl, presión de entrada en el lateral (m); Hm, presión de entrada 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 33 
en la tubería porta laterales (m); Ha, carga nominal del emisor (m); Hn, presión a final del lateral (m); Z, desnivel 
topográfico en el lateral o porta laterales (m); VQ, variación del caudal en la sub unidad de riego (%); HP, potencia de 
la bomba (HP); n, eficiencia de funcionamiento del grupo (bomba más motor, %); De, diámetro equivalente (mm); D1, 
diámetro principal (mm); D2, diámetro de la tuberíaen paralelo (mm). Múltiple: D1, D2, D3, diámetro interno de la 
tubería (mm); Q1,2,3, caudal (l/s); Qm, caudal en el múltiple (l/s); DH, máxima pérdida de carga en el emisor (m). 
Fuente: Keller and Bliesner, 1980. 
 
4.2.3 Evapotranspiración de referencia 
Dehidro utiliza los siguientes métodos para calcular la evapotranspiración de referencia 
(ETo). 
 
Cuadro 4.30. Fórmulas para calcular la evapotranspiración de referencia 
No. Modelo Ecuación 
1 Penman Monteith – 
FAO56 
 
 
 
 2
2
34.01
273
900
408.0
U
eaesU
T
GRn
ETo







 
 
 2
3.237
27.17
3.237
7183.206.2503











T
T
T
 
 26.5
293
0065.0293
0674.0 




 

Z
 
 T ) 10 2,361 ( - 2,501 -3  
2 Thornthwaite 









12
1
5.1
5i
iTI 
 32 000000675.00000771.00179.049239.0 IIIa  
 a
I
T
E 




 

10
6.1 
 
1230
NhNd
EETo  
3 Hargreaves     5.0minmax8.170135.0 TTTRaKTETo  
4 Jensen - Haise  078.00252.0  TRsETo 
5 Makkink 
12.061.0 









Rs
ETo 
6 Priestley and Taylor 
 GRnETo 









26.1 
7 Turc 
 50
15
0133.0 






 Rs
T
T
ETo 
8 FAO - Radiación 
aRsbETo 









 
9 2
2
2
22 0011.00000315.00002.0045.00013.0066.1 UHRUHRUHRb  
ETo es la evapotranspiración referencia (mm d
-1); Rn, radiación neta en la superficie del cultivo (MJ m-2 d-1); G, flujo del calor 
de suelo (MJ m-2 d-1); U2, velocidad del viento (m s
-1); ea, presión real de vapor (kPa); es, presión de vapor de saturación; Δ, 
pendiente de la curva de variación de la presión (kPa oC-1); T, temperatura promedio (oC); ɤ, constante psicométrica (kPa oC-
1); Z, es la elevación sobre el nivel medio del mar; λ, calor latente de vaporización (MJ kg-1). Kp es el coeficiente del tanque 
evaporímetro; Eo, evaporación del tanque (mm d-1). I es el índice de calor anual; Ti, es la temperatura promedio mensual 
(oC); E, es la evapotranspiración mensual sin ajustar (mm m-1); Nd, el número de días del mes; Nh, la duración astronómica 
del día (h); ETo, es la evapotranspiración mensual corregida (mm mes-1). Ra, es la radiación extraterrestre (mm d-1); Tmax, 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 34 
es la temperatura máxima (oC); Tmin, es la temperatura mínima (oC); KT, 0.162 por regiones internas y 0.19 para regiones 
costeras. Rs, es la radiación solar extraterrestre (mm d-1). 
Fuente: Allen et al. 2006. 
 
4.3 Drenaje Agrícola 
 
El drenaje agrícola permite incorporar a la agricultura tierras anegadas e improductivas, a 
través de la remoción del exceso de agua mediante sistemas de drenaje parcelarios y una 
red de canales colectores. 
 
Previo al diseño de un sistema de drenaje, deben realizarse los siguientes estudios: clima, 
suelos, hidrogeología, cultivos, topografía, tabla de agua freática, etc. 
 
En el presente documento se presentan las ecuaciones utilizadas en el diseño de sistemas 
de drenaje. 
 
Cuadro 4.31. Fórmulas utilizadas en el diseño de sistemas de drenaje 
No Parámetro Ecuación 
1 Ecuación de Hooghoudt para 
suelos homogéneos y entre 
dos estratos 
2
2
12 48
L
hKdhK
q

 
2 Ecuación de Ernst para 
drenes en el horizonte 
inferior 
  















 

p
Dr
Ln
K
L
DKDK
L
K
Dh
K
D
R
h
c
cc
22211
2
2
1
1
1
8
22

 
3 Ecuación de Ernst para 
drenes en el horizonte 
superior  





 





p
Dra
Ln
K
L
DKDK
L
K
Dv
R
h
12211
2
1 8 
 
4 Ecuación de Glover – Dum 
para suelos homogéneos y 
régimen no permamente 
5.05.0
16.1 












ht
ho
Ln
Kdt
L

 
5 Caudal drenaje por un dren 
(zanja o tubería) Ff
SlLlq
AqQd

 
6 Diámetro del dren para 
tuberías lisas (m) 
2108.03685.01913.0  SoLQDd 
7 Diámetro del dren para 
tuberías corrugadas (m) 
1875.0375.02557.0  SoLQDd 
8 Profundidad del estrato 
equivalente (m) 
1ln
8








p
D
L
D
D
d

 
9 Profundidad del estrato 
impermeable (m) 
)(yrPDPEID  
10 Carga hidráulica sobre el 
dren (m) 
)(yrPTAPDh  
11 Perímetro mojado para 
tubería (m) 
rp  
12 Perímetro mojado para zanja 
más tubería (m) 
rbp 4 
13 Perímetro mojado para zanja 
(m) 
212 mybp  
q, recarga (m/d); K1, K2, conductividad hidráulica de saturación (m/d); h, carga hidráulica sobre el dren (m); L, 
separación entre drenes (m); p, perímetro mojado (m); t, tiempo de drenaje (d); u, porosidad drenable (decimal); A, área 
de drenaje del dren (m2); Ll, longitud del dren lateral (m); Sl, separación entre los drenes laterales (m); Ff, factor de 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 35 
seguridad para el dren (0.55); So, pendiente del dren (m/m); Dd, diámetro del dren (m); p, perímetro mojado (m); b, 
ancho de la zanja (m); r, radio del tubo (m); m, talud de la zanja; y, tirante en la zanja (m); PEI, profundidad del estrato 
impermeable (m); PD, profundidad del dren (m); PTA, profundidad de la tabla de agua (m). 
Fuente: ILRI, 1994. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 36 
5. HIDRÁULICA APLICADA 
 
5.1 ANCHO CRÍTICO – GARGANTA - CONTRACCIÓN 
 
OBJETIVO DEL MÓDULO. Calcular el ancho mínimo de una sección de canal rectangular 
para formar un flujo crítico o modular. 
 
USO PRÁCTICO. Esta estructura se utiliza con mayor frecuencia para medición de caudales 
(medidores Parshall) en canales de riego, en surcos, etc. 
 
Figura 5.1. Uso típico de la contracción de la sección 
 
Fuente: web.deu.edu.tr Fuente: colors-and-grays.blogspot.com Fuente: www.interempresas.net 
 
El objetivo de esta estructura es el de formar un flujo crítico en la sección contraída o 
garganta, para evitar que las fluctuaciones del nivel del agua que puedan producirse aguas 
abajo afecten al nivel del agua aguas arriba de la sección de control; el flujo critico (flujo 
modular) solo se produce a caudal de diseño, cuando los caudales sean diferentes al caudal 
de diseño, las condiciones hidráulicas serán diferentes, tal es así que, para caudales 
menores existirá flujo modular y para caudales mayores al de diseño, se producirá un 
remanso aguas arriba. 
 
CONDICIONES HIDRÁULICAS. 
 
Figura 5.2. Esquema de la contracción 
Este módulo de cálculo permite determinar el 
ancho mínimo de una sección para obtener el 
flujo crítico (Número de Froude = 1). 
El módulo asume que aguas arriba de la 
contracción existe flujo sub crítico. 
El talud de las paredes de la estructura es 
vertical. 
Se utiliza la ecuación de la conservación de 
la energía (continuidad y Bernoulli). 
 
 
 
INFORMACIÓN DE ENTRADA: la información que se requiere es: el caudal que fluye por la 
sección (m3/s); el tirante o profundidad normal del agua (m); la solera o ancho de la base del 
canal. Estas variables pueden calcularse a través del módulo Tirante Normal. 
 
RESULTADOS: el modulo determina: sección aguas arriba de la garganta: la velocidad 
promedio del agua (m/s); la energía total (m); el número de Froude; el tirante crítico (m). 
http://web.deu.edu.tr/atiksu/ana52/ani4022-1.html
http://colors-and-grays.blogspot.com/2012/05/mini-hydro-power-plants-in-irrigation.html
https://www.interempresas.net/ObrasPublicas/FeriaVirtual/Producto-Canales-parshall-103862.html
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 37 
 
En la contracción: el tirante (m); ancho de la contracción (m); velocidad promedio del agua 
(m/s); energía total (m) y el número de Froude. 
 
Ejemplo: Determinar el ancho de la contracción para un caudal de 0.38 m3/s; tirante normal 
de 0.877 m y ancho de la base de 1.2 m.Figura 5.3. Módulo de cálculo con los resultados 
 
 
El ancho crítico calculado en la sección es de 0.25 m, esto significa que, en una sección 
rectangular cuyo ancho es de 0.25 m, circulan 0.38 m3/s a una velocidad de 2.45 m/s. 
 
Análisis: la velocidad promedio del agua se incrementa de 0.36 a 2.45 m/s; el tirante normal 
de 0.877 m se reduce a 0.61 m; la energía en las dos secciones es la misma debido a que 
no se CONSIDERAN las pérdidas de carga; de acuerdo con la ecuación de Bernoulli, si el 
tirante disminuye, la velocidad deberá incrementarse, con el objeto de mantener la energía 
constante en el sistema. El número de Froude es igual a la unidad (1), asegurando la 
formación del flujo crítico o modular en la sección contraída o garganta. 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 38 
5.2 MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA 
 
OBJETIVO DEL MÓDULO. Determinar las dimensiones tirante y solera del canal en 
secciones rectangulares y trapezoidales, por cuatro métodos; máxima eficiencia hidráulica 
(MEH), mínima infiltración (MI), Dahmen (canales para riego o drenaje en tierra) y USBR. 
Además se incorpora el cálculo del transporte de sedimentos en la sección del canal. 
 
USO PRÁCTICO. Esta metodología se utiliza para determinar la sección más óptima de un 
canal (MEH y MI); Dahmen es una metodología completa, la cual se basa en calcular una 
relación B/Y en función del caudal y grado de mantenimiento del canal; y, USBR, basado en 
una relación B/Y, determina las variables antes indicadas; estas cuatro metodologías, 
permiten al diseñador, determinar en forma preliminar la solera y el tirante en el canal, previo 
al diseño definitivo; las metodologías MEH y MI son incompletas, mientras que Dahmen y 
USBR son prácticas; la metodología Dahmen es muy utilizada en el Asia y África para el 
diseño de canales de riego y drenaje, siendo la única metodología completa de entre todas 
las existentes. A este módulo se incorporado la opción de cálculo de transporte de 
sedimentos (método de Brownlie). 
 
Figura 5.4. Canales no revestidos 
 
 
Fuente: galeon.com Fuente: www.omafra.gov.on.ca Fuente: dspace.library.uu.nl 
 
Dahmen es un método que además de determinar el tirante y la solera, determina la fuerza 
tractriz para evitar la erosión de la sección del canal y el transporte de sedimentos, para 
evitar la sedimentación a lo largo del canal. 
 
CONDICIONES HIDRÁULICAS. El tirante normal se determina para condiciones de flujo 
sub crítico. 
 
INFORMACIÓN DE ENTRADA: la información que se requiere es: el caudal que fluye por la 
sección (m3/s); la pendiente longitudinal de la solera del canal (m/1000m, mm/m); el talud de 
las paredes del canal (m:1); la rugosidad de Manning del cauce (n); para el método de 
Dahmen, además se requiere ingresar el grado de mantenimiento de las paredes del canal. 
Para el cálculo del transporte de sedimentos se requiere el diámetro de la partícula (D50, 
mm), la densidad específica de la partícula (kg/m3) y la desviación estándar del análisis de la 
muestra de sedimentos (Figura 5.5). 
 
 
 
 
 
http://galeon.com/elregante/canales.html
http://www.omafra.gov.on.ca/english/engineer/facts/98-015.htm
http://dspace.library.uu.nl/bitstream/handle/1874/302239/Rob%20Tuinenburg%20thesis%20FINAL.pdf?sequence=2
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 39 
Figura 5.5. Datos de entrada 
 
 
RESULTADOS: el modulo determina: el tirante normal (m); la solera del canal (m); el espejo 
de agua (m); la velocidad promedio del agua (m/s); el área mojada (m2); el perímetro mojado 
(m); el radio hidráulico; el número de Froude; la energía total (m); la fuerza tractriz o 
esfuerzo cortante del flujo (N/m2); la potencia del flujo (W/m3); el caudal (m3/h); y, el volumen 
diario (m3). 
 
Ejemplo: Determinar el tirante y la base de un canal para un caudal de 1.0 m3/s; pendiente 
longitudinal 1.0 m/1000m (1 mm/m); talud (1.5:1); rugosidad de 0.044; y, mantenimiento del 
canal pobre. 
Figura 5.6. Módulo de cálculo con los resultados (máxima eficiencia hidráulica) 
 
 
Figura 5.7. Módulo de cálculo con los resultados (mínima infiltración) 
 
 
 
 
 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 40 
Figura 5.8. Módulo de cálculo con los resultados (Dahmen) 
 
 
 
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 41 
5.3 ORIFICIOS Y COMPUERTAS 
 
OBJETIVO DEL MÓDULO. Determinar el caudal, la velocidad, la pérdida de carga, los 
tirantes conjugados y la longitud del salto hidráulico en orificios y compuertas. 
 
USO PRÁCTICO. Calcular el caudal en función del diámetro de la tubería o sección 
rectangular en orificios (salidas en carga desde reservorios, tanques de distribución, etc.); y, 
diseño de compuertas (ancho y altura) para desarenadores o para regulación de caudales. 
 
Figura 5.9. Orificios y compuertas 
 
 
Fuente: www.nrcs.usda.gov Fuente: www.nrcs.usda.gov Fuente: pitalito.huila.gov.co 
 
INFORMACIÓN DE ENTRADA: la información que se requiere es: la carga hidráulica aguas 
arriba del orificio o compuerta (m); el diámetro de la salida para tubería (mm); las 
dimensiones del orificio rectangular o compuerta (m); y, el coeficiente de descarga (Cd). 
 
Ejemplo: Determinar el flujo a través de un orificio, cuya carga hidráulica es de 0.7 m y el 
diámetro de la salida es de 110mm; así como, el caudal de salida por una compuerta 
(método del ILRI), cuya altura de operación es de 0.2 m y el ancho de la misma de 1.0 m. 
 
Figura 5.10. Resultados para el orificio y la compuerta 
 
 
El caudal a través del orificio es de 25.8 l/s, la velocidad de salida de 3.04 m/s y la pérdida 
de carga de 0.23 m; el caudal de salida por la compuerta es de 409.8 l/s, la velocidad en la 
compuerta de 2.05 m/s, la longitud desde la compuerta hasta la sección contraída (Y1) de 
0.32 m; los tirantes conjugados de 0.12 y 0.52 m; y, la velocidad en Y1 de 3.35 m/s. 
 
 
 
 
 
http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/co/home/?cid=NRCSEPRD335650
http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/co/home/?cid=NRCSEPRD335650
http://pitalito.huila.gov.co/index.php?option=com_content&view=article&id=65706:socializacion-del-plan-de-racionalizacion-de-las-plantas-de-beneficio-animal-en-pitalito&catid=59:secretarisa-de-agricultura-y-minerisa&Itemid=2017
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 42 
5.4 POTENCIA HIDRÁULICA 
 
OBJETIVO DEL MÓDULO. Cálculo de la potencia (kilovatios) con propósitos de generación 
de energía eléctrica. 
 
USO PRÁCTICO. Determinar la potencia (kW/h) que generaría un determinado caudal y 
carga hidráulica. 
 
Figura 5.11. Generación de energía eléctrica 
 
Fuente: www.daviddarling.info Fuente: www.micro-hydro-power.com Fuente: imgarcade.com 
 
INFORMACIÓN DE ENTRADA: la información que se requiere es: la carga hidráulica (m), el 
caudal disponible (m3/s) y la eficiencia de funcionamiento de la turbina. 
 
Ejemplo: Determinar la potencia en kilovatios que generaría un caudal de 0.1 m3/s, un 
desnivel de 80 m y una eficiencia de la turbina del 90%. 
 
Figura 5.12. Potencia generada (Kw/h) 
 
 
La potencia generada es de 70.63 Kilovatios por hora; si el consumo por familia es de 0.6 
kilovatios por hora, la potencia permitiría suministrar energía eléctrica al menos para 100 
familias. 
 
 
 
 
 
 
http://www.daviddarling.info/encyclopedia/M/AE_microhydropower.html
http://www.micro-hydro-power.com/
http://imgarcade.com/1/mini-hydro-turbine/
DEHIDRO: diseño de estructuras hidráulicas para sistemas de riego y drenaje 
Randon Stalin Ortiz Calle 43 
5.5 TIRANTE CRÍTICO 
 
OBJETIVO DEL MÓDULO. Determinar el tirante crítico en secciones rectangulares,