HIDRAULICA DE CANALES
Entre los estados de flujo laminar y turbulento existe un estado mixto o transicional.
FLUJO UNIFORME CANALES: Los canales son conductos abiertos o cerrados en los cuales el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera; esto quiere decir que el agua fluye impulsada por la presión atmosférica y de su propio peso.
El efecto de la viscosidad en relación con la inercia puede representarse mediante el número de Reynolds, si se usa como longitud característica el radio hidráulico, el número de Reynolds es:
ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE LOS CANALES: Nota:
Tirante de agua o profundidad de flujo: “d = y” Ancho superficial o espejo de agua: “T” Talud :“m” Coeficiente de rugosidad: “n” Pendiente: “S” Área hidráulica: “A” Perímetro mojado: “P” Radio hidráulico: “R” agua: “T” Ancho de la superficial o espejo del agua: Tirante medio: “ym” Libre bordo: “L B” Gasto: “Q” Velocidad media: “V”
Factor de sección para el cálculo de flujo crítico: Factor de sección Z A D A A
VL
Re
VR
Donde: V= velocidad media del flujo, en m/s L= longitud característica, en m 2 = Viscosidad cinemática del agua, en m /s Y los valores límites son: Flujo laminar Re<500 Flujo turbulento Re>1000 Flujo de transición 500
EFECTO DE LA GRAVEDAD: El efecto de la gravedad sobre el estado de flujo se representa por la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas gravitacionales. Esta relación está dada por el número de Froude, definido como:
F
V
V
gd
T
A g T
Donde: F= número de Froude V=velocidad media del flujo, en m/s g=aceleración de la gravedad, 9.81 m/s 2 o 32.4 pies/s2 d=tirante medio del agua, en m A=área hidráulica, en m 2 T=espejo de agua o ancho superficial, en m.
A (b zy) y R
A
P
P b 2 y T b 2 zy
1
z 2
TIPOS DE FLUJO:
RAPIDO, TORRENCIAL O SUPERCRITICO: CRITICO: LENTO, FLUVIAL O SUBCRITICO:
ECUACIÓN DE CHEZY V
C RS RS
Fr >1 F=1 0
Trusted by over 1 million members
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
Trusted by over 1 million members
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
ECUACIÓN DE MANNING 1
Q
Q
n
1.486
V
V
. A. R
n 1
. R
12
. A. R
2 3
SISTEMA METRICO
.S
2 3
12
.S
12
.S
SISTEMA INGLES
UNIDADES METRICAS
n
1.486
2 3
SECCIONES DE MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA. . R
2 3
n
12
.S
UNIDADES METRICAS
CANALES CON SECCIÓN COMPUESTA Y RUGOSIDAD.
Uno de los factores que intervienen en el costo de construcción de un canal el volumen por excavar; este a su vez depende de la sección transversal. Mediante ecuaciones se puede plantear y resolver el problema de encontrar la menor excavación para conducir un gasto dado, conocida la pendiente. La forma que conviene dar a una sección de magnitud dada, para que escurra el mayor caudal posible, es lo que se ha llamado “ sección de máxima eficiencia hidráulica”. El diseño de canales revestidos desde el punto de vista de la ingeniería hidráulica es un proceso sencillo para la cual deberá aplicarse la condición de máxima eficiencia hidráulica que consiste en encontrar los valores óptimos de la plantilla y el tirante de agua en el canal.
2 tan y 2 b
R
y
2
Determinación de Mínima Infiltración. Se aplica cuando se quiere obtener la menor pérdida posible de agua por infiltración en canales de tierra, esta condición depende del tipo de suelo y del tirante del canal, la ecuación que determina la mínima infiltración es:
4 tan y 2 b
BORDE LIBRE El borde libre de un canal es la distancia vertical desde la parte superior del canal hasta la superf icie del agua en la condición de diseño. Una práctica corriente para canales en tierra, es dejar un borde libre o resguardo igual a un tercio del tirante, es decir: BL = y/3 Mientras que para canales revestidos, el borde libre puede ser la quinta parte del tirante: BL = y/5 Existen también otros criterios para designar el valor del borde libre:
1
m
2
m tan 2
ENERGÍA ESPECÍFICA
PRINCIPIO DE ENERGÍA
La energía total de cualquier línea de corriente que pasa a través de una sección se define como la suma de las energías de posición, más la de presión y más la de velocidad, es decir: Energía total = Energía de posición + Energía de presión + Energía de velocidad.
Trusted by over 1 million members
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
Gasto crítico.
Para canales con pendientes bajas θ = 0 luego, la energía total en la sección del canal es:
Donde:
Z1 = carga de posición o de elevación en el punto 1 por encima del plano horizontal de referencia
d1 = altura o profundidad del agua en el punto 1 por debajo de la superficie del agua medida a lo largo de la sección del canal, en metros o pies, en este caso el cos θ es despreciable.
V
2
Carga o altura de velocidad del flujo en la línea de corriente que pasa en el punto 1 en metros o 2 g pies De acuerdo con el principio de conservación de la energía
Energía específica.-
La energía específica se define como la cantidad de energía por unidad de peso es decir por kilogramo de agua que fluye a tr avés dela sección de canal, medida con respecto al fondo del canal.
E y
V
2
2 g
Es el gasto máximo para una energía específica determinada, o el gasto que se producirá con la energía específica mínima. Tirante crítico. Es el tirante hidráulico que existe cuando el gasto es el máximo para una energía específica determinada, o el tirante al que ocurre un gasto determinado con la energía específica mínima. Velocidad crítica. La velocidad media cuando el gasto es el crítico. Pendiente crítica. Es el valor particular de la pendiente del fondo del canal para la cual este conduce un gasto Q en régimen uniforme y con energía específica mínima, o sea, que en todas secciones se tiene el tirante crítico. Régimen subcrítico. Son las condiciones hidráulicas en las que los tirantes son mayores que los críticos, las velocidades menores que las críticas y los números de Froude menores que 1.Es un régimen lento, tranquilo, fluvial, adecuado para canales principales o de navegación.
Flujo supercrítico
Son las condiciones hidráulicas en las que los tirantes son menores que los críticos, las velocidades mayores que las críticas y los números de Froude mayores 1. Es un régimen rápido, torrencial, pero perfectamente estable, puede usarse en canales revestidos.
Trusted by over 1 million members
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
Relación entre la velocidad y el tirante critico:
