canales

Cátedra de Ingeniería Rural
Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

Tema 14. Conducciones abiertas. Canales.

1.
2.
3.
4.

Introducción.
Ecuación general en régimen permanente.
Fórmulas prácticas para la determinación de pérdida de carga.
Velocidades admisibles. Distribución de velocidades en una
sección.
5. Estudio de la forma de la seccióntransversal.
6. Secciones óptimas.

1. Introducción.
La conducción que transporta una corriente líquida con parte de su
superficie en contacto con la atmósfera se denomina conducción abierta, canal
abierto, canal, o simplemente corriente con superficie libre.
El eje hidráulico es siempre descendiente. El movimiento del fluido se
debe fundamentalmente a la pendiente del cauce. Las fuerzas de tensiónsuperficial son despreciables dadas las dimensiones del cauce, y las fuerzas de
viscosidad también puesto que el comportamiento será hidrodinámicamente
rugoso.
Las conducciones abiertas pueden ser naturales (ríos, …), o artificiales
(canales).
A la superficie del fondo del canal se le denomina solera y a las paredes,
laterales o cajeros. El calado es la altura de agua en un canal. Elresguardo es
la distancia en los laterales desde la lámina libre del agua para evitar reboses.

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Las características del flujo en un canal pueden variar con el tiempo y
con el espacio. Desde el punto de vista del tiempo, el flujo puede ser
permanente (caudal y calado constantes) o no permanente.Desde el punto de vista del espacio, el flujo puede ser uniforme o
variado. Será uniforme cuando caudal y calado sean constantes en cualquier
sección a lo largo del canal.
En canales con régimen permanente y uniforme, la velocidad media
permanece constante en las diferentes secciones transversales. La superficie
libre del líquido es paralela al fondo o solera del canal. La línea de nivelespiezométricos coincide con la superficie libre del agua.

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El número de Froude relaciona fuerzas de inercia y de gravedad. Su
valor es

F=

V
g⋅h

Siendo V la velocidad media, g la gravedad y h el calado.
El régimen es lento cuando F tiene valores inferiores a 1. El régimen escrítico cuando F=1; El régimen es rápido, torrencial o supercrítico cuando F es
superior a la unidad.
Los caudales artificiales se diseñan para valores de F entre 0,4 y 0,6
habitualmente.

2. Ecuación general del movimiento de fluido en canales
en régimen permanente.
Vamos a estudiar las fuerzas que actúan sobre la corriente del canal de
la figura, entre dos secciones separadas una distancia L.Las fuerzas presentes serán:
- Las debidas al peso del líquido entre las dos secciones, P = S L γ

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- Fuerzas debidas a la presión. Pero las fuerzas aparecen en ambas
secciones, y tienen igual valor y sentido opuesto, por lo que se anulan.
- Fuerzas de rozamiento en las paredes, devalor F= τ c L, siendo τ la
tensión cortante, c el perímetro mojado y L la longitud entre las dos secciones
estudiadas.
Proyectamos las fuerzas sobre el eje X, y del equilibrio de fuerzas nos
queda:
S L γ sen θ = τ c L;
Considerando
sen θ = I, pendiente del canal,
Radio hidráulico R = S/c
Resulta: τ = γ R I.
v2
En fluidos newtonianos, τ = λ ρ , de donde se deduce que la velocidad
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debeestar limitada para evitar la erosión del canal.
Por tanto, γ R I. = λ ρ
g R I. = λ

v2
; dividiendo por ρ:
2

2g
v2
; v=
RI → v = C RI ,
2
λ

siendo C la denominada constante de Chézy, por ser este investigador
francés quién dedujo esta ecuación en 1.769.
La fórmula de Chézy fue la primera en relacionar velocidad (por tanto
caudal) y pendiente hidráulica (y por tanto pérdida...