Informe de funcionamiento hidráulico de un canal

A.05. FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICO DE CANALES

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1. Definiciones de conceptos

Canal.- Por definición, un canal abierto es un conducto para flujo el cual tiene una superficie libre, ejemplo: una de las fronteras está expuesta a la atmósfera. La superficie libre es esencialmente una interfase entre dos fluidos de diferente densidad. La aparente simplicidad resultante de lasuperficie libre es irreal, ya que su tratamiento es, en la práctica, más complejo que el de un conducto a presión. La interacción entre las fuerzas da lugar a la complejidad, y únicamente a base de simplificaciones y generalizaciones es posible entender su mecánica (Sotelo, 2002). En el caso de la atmósfera, la densidad del aire es mucho más baja que la densidad de un líquido como el agua,además, la presión es constante. En el caso de fluidos en movimiento, este fenómeno es causado generalmente por efectos gravitacionales y la distribución de presiones dentro del fluido es generalmente hidrostática. Los flujos en los canales abiertos son casi siempre turbulentos y no son afectados por tensión superficial; sin embargo, en muchos casos de importancia práctica, algunos flujos son dedensidad estratificada (French, 1988).

De acuerdo con su origen, los canales pueden ser naturales o artificiales. Los naturales son las conducciones hidráulicas que existen para el drenaje natural sobre la tierra, como arroyos, ríos, estuarios, etc. Los artificiales son los construidos por el hombre para fines de riego, drenaje, generación de energía, navegación, etc.

Los canalesartificiales tienen, por lo general, secciones geométricas de forma y dimensiones constantes en tramos más o menos largos. Algunas definiciones particulares de dichos canales se indican a continuación: Acueducto es un canal construido sobre el nivel del terreno a través de una depresión topográfica. Rápida es un canal de gran inclinación. Caída es una rápida muy corta (incluso de longitud cero), en laque el piso sigue la forma del perfil inferior de la lámina de agua cayendo libremente.
La superficie o línea generada en el fondo por la base o vértice más bajo de la sección, se conoce como plantilla o solera. Su inclinación, en el sentido de la corriente y respecto de la horizontal, puede ser constante en tramos largos.

Cuando el tramo de un canal tiene sección transversal e inclinación deplantilla constantes, se denominan prismáticos.

Energía Específica.- La energía especifica E es definida como la carga de energía medida a partir del fondo del canal. Si la pendiente del canal es menor del 10 % y las líneas de corriente son casi rectas y paralelas (se supone una presión hidrostática), la energía específica E, es la suma de la profundidad del canal y la carga de velocidad,esto es:

[pic] (1.1)

Donde: [pic]Profundidad del canal, en m.
[pic]Coeficiente de Coriolis y es un coeficiente de corrección de la energía cinética. Este coeficiente de la distribución de la velocidad toma un valor de 1, si el flujo es turbulento en canales prismáticos (Chow.1959), pero puede ser mayor de 1 en canales naturales.
[pic]Velocidad media del canal, en m.[pic]Aceleracion de la gravedad, 9.81 m/s2

Carga de energía Total.- La carga de energía total es igual a la energía específica más la elevación del fondo del canal con respecto a un punto de referencia. Los puntos de la carga de energía total de una sección a la siguiente, define la línea de energía o su gradiente.

Numero de Froude.- el número de Froude Fr, es un parámetro adimensionalimportante en el flujo de canales abiertos. Representa la razón de las fuerzas de inercia a las fuerzas gravitatorias. La expresión para el número de Froude, aplica para cualquier sección transversal de un canal y es definido como:

[pic] (1.2)

Donde: [pic]Velocidad media, en m/s; [pic]
[pic]Profundidad hidráulica, en m; [pic]
[pic]Área de la sección transversal de flujo...