Flujo de canales

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UNIDAD VI FLUJO DE AGUA EN CANALES (HIDRAULICA DE CANALES)
Introducción

El análisis del flujo de agua en canales es sumamente importante para el diseño de los mismos. El diseño de un canal consiste en la selección de la forma y dimensionamiento de la sección transversal de manera que cumpla con todos los requisitos de funcionamiento hidráulico.

Algunas de las consideraciones importantesque se deben considerar son:

a) El canal se divide en tramos con flujo uniforme para su diseño.

b) La velocidad del agua en el canal debe ser suficientemente alta para evitar la sedimentación de partículas en suspensión o en el fondo.

c) La velocidad del agua en el canal debe ser lo suficientemente baja para evitar la erosión de las paredes y el fondo del canal.

d) Lasdimensiones iniciales del diseño deben ajustarse en algunos casos, para hacerlas más convenientes en la práctica, por lo que primero se determinan las dimensiones siguiendo las leyes de FLUJO UNIFORME y luego se definen las dimensiones definitivas.

e) Las dimensiones finales del diseño deben evitar tener profundidades del flujo próximas a la profundidad o tirante crítico, por lo que se debeanalizar el FLUJO CRÍTICO.

Un canal es un conducto a través del cual circula el agua, éste puede ser cerrado o abierto, artificial o natural. La característica principal de un canal es que el agua se mueve con FLUJO LIBRE, es decir, por acción exclusiva de la gravedad y el líquido se encuentra parcialmente envuelto por un contorno sólido. Las secciones transversales más comunes en canales son:trapecial, triangular, rectangular y parabólico.

Tipos de Flujo

En la Unidad III de este Programa de Hidráulica se revisaron los tipos de flujo de los líquidos. Recordando que el flujo se puede clasificar tomando como referencia los parámetros de tiempo y espacio; con el tiempo como referencia el flujo puede ser permanente y variado (no permanente); y con el espacio, el flujo puede ser uniforme yvariado (no uniforme).

[pic] [pic] [pic] Flujo permanente; velocidad (v), tirante (y) y caudal (Q) constantes.

[pic] [pic] [pic] Flujo variado; velocidad (v), tirante (y) y caudal (Q) variable en el tiempo.

[pic] [pic] [pic] Flujo uniforme; velocidad (v), tirante (y) y caudal (Q) constantes.

[pic] [pic] [pic] Flujo variado;velocidad (v), tirante (y) y caudal (Q) variable en el espacio.

L es la longitud del canal.

Para el estudio de la hidráulica de canales abiertos se consideran tramos de canal largos y de sección constante por lo que se analiza únicamente el flujo uniforme considerando además que es permanente. Asimismo se revisará el análisis del régimen de flujo de acuerdo con su velocidad, y como casoparticular el flujo crítico.

Flujo Uniforme

El flujo uniforme en canales se presenta cuando las fuerzas de fricción generadas entre el fluido y la superficie sólida del canal se equilibran con la componente del peso del agua en la dirección de flujo, manteniendo la velocidad constante. Las fuerzas de fricción generan una resistencia al flujo (fuerzas de resistencia), las cuales soncontrarrestadas por las fuerzas que la gravedad ejerce sobre el peso del cuerpo (fuerzas gravitacionales), en el flujo uniforme debe existir un equilibrio entre las fuerzas de resistencia (fricción) y las fuerzas gravitacionales (peso del cuerpo).

Algunas características del flujo uniforme son:

a) La profundidad de la lámina de agua es constante a lo largo del canal y las líneas correspondientes alfondo del canal, superficie libre del agua y línea de energía son paralelas y sus pendientes iguales (so = sw = sf = s)

b) Las pérdidas de carga por fricción para un tramo dado son iguales al decremento en la cota del fondo del canal.

hf = cota inicial – cota final

Entonces [pic]

donde L es la longitud, cuando se utiliza el valor de la pendiente del fondo del...
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