Ayudas Flibre HIDRULICA CANALES

III.1

3. FLUJO LIBRE
3.1

Ecuaciones básicas
Ecuación de continuidad para la vena líquida
Q =VA
Ecuación general de velocidad según Chezy

V

C RS f
R = A/P
Sf = hf /L

Ecuación de la energía
V12
2g

p1

Z1

p2

Z2

V22
2g

hp 1

2

Ecuación de cantidad de movimiento o Momentum
F1

F2

Wsen

Ff

Q (V2

V1 )

3.2 Nomenclatura
A = área mojada
C = coeficiente de velocidad
F = fuerza debida a lapresión hidrostática
Ff = fuerza debida a la fricción entre el fluido y la frontera sólida
hp = pérdidas por unidad de peso entre dos puntos
L = longitud real del conducto
P = presión
P = perímetro mojado
Q = caudal
R = radio hidráulico
Sf = gradiente hidráulico
hf = pérdida de energía por fricción
V = velocidad media del flujo
W = peso contenido en el volumen de control
Z = cabeza de posición
=coeficiente de variación de la velocidad en la sección transversal o coeficiente de Coriolis
= coeficiente de Momentum o coeficiente de Boussinesq
= ángulo de inclinación de la solera del canal
= densidad del fluido
= peso específico del fluido

III.2

3.3

Elementos geométricos

Tabla 3.1 Elementos geométricos de la sección del canal. Chow V. T., 1982.

III.3

Figura 3.1 Elementos geométricos deuna sección circular. Chow V. T., 1982.

Tabla 3.2 Secciones hidráulicamente óptimas. Chow V. T., 1982.

z

3
3

III.4

3.4

Coeficientes de velocidad y de rugosidad

Tabla 3.3 Coeficientes de velocidad y de rugosidad

C (m1/2/s)
0.00155
23
Sf

Ecuación
Ganguillet
Kutter (1869)

y

C
1

Kutter

C

C

f

Logarítmica

Darcy-Weisbach

2 log

n. Ver Tabla 3.4

n
R

87
m
1
R

m. Ver Tabla 3.5

100 R100n 1

Manning (1889)

1

1
n

0.00155
23
Sf
C

Bazin

Coeficiente de rugosidad

1
n

R

n. Ver Tabla 3.4

R

n = f(rugosidad, profundidad del
agua, sinuosidad del cauce). Ver
Tablas 3.6 y 3.7

1/ 6

2 .5
Re

f

12 R
C 18 log

C

0

a = /2 si CHR
a = 0/7 si CHL
a = /2 + 0/7 transición entre
liso y rugoso
= rugosidad absoluta Tabla 2.2

6.0 R
a

8g
f

11 .6
,
V*
Re

= rugosidad absoluta (Ver Tabla2.2).
0 = espesor de la capa laminar
V* = velocidad cortante
Re = número de Reynolds
= viscosidad cinemática (Ver Tabla 1.3)

f = coeficiente de fricción

V*
4 RV

gRS f

III.5

Tabla. 3.4

Valores propuestos para el n de Kutter y Ganguillet y Kutter.
Azevedo N. J. M. y Acosta A. G., 1975.

Descripción del canal
Mampostería de piedra pegada
Mampostería de piedras rectangulares
Mampostería deladrillos, sin revestimiento
Mampostería de ladrillos, revestida
Canales de concreto, terminación ordinaria
Canales de concreto con revestimiento liso
Canales con revestimiento muy liso
Canales de tierra en buenas condiciones
Canales de tierra, con plantas acuáticas
Canales irregulares y mal conservados
Conductos de madera cepillada
Barro (vitrificado)
Tubos de acero soldado
Tubos de concreto
Tubos dehierro fundido
Tubos de asbesto-cemento

Tabla 3.5

n
0.020
0.017
0.015
0.012
0.014
0.012
0.010
0.025
0.035
0.040
0.011
0.013
0.011
0.013
0.012
0.011

Valores propuestos para el m de Bazin.
Azevedo N. J. M. y Acosta A. G., 1975.

Descripción del canal
Canales y tubos extraordinariamente lisos.
Conductos comunes; alcantarillas.
Mampostería de piedra bruta.
Paredes mixtas (parte revestida y parte sinrevestir).
Canales en tierra.
Canales presentando gran resistencia al flujo

m
0.06
0.16
0.46
0.85
1.30
1.75

III.6

Tabla 3.6 Coeficientes de rugosidad de Manning. Chow V. T., 1982.
(Valores en negrillas son los generalmente recomendados para el diseño).
Tipo de cauce y descripción
Mínimo
A. Conductos cerrados que fluyen parcialmente
llenos
A1) Metal
a) Latón liso
b) Acero
Estriado y soldadoRibeteado y en espiral
c) Hierro fundido
Recubierto
No recubierto
d) Hierro forjado
Negro
Galvanizado
e) Metal corrugado
Subdrenaje
Drenaje de aguas lluvias
A2) No metal
a) Lucita
b) Vidrio
c) Cemento
Superficie pulida
Mortero
d) Concreto
Alcantarilla, recta y libre de basuras.
Alcantarilla con curvas, conexiones y algo de
basuras.
Bien terminado.
Alcantarillado de aguas residuales, con pozos de...