Canal abierto

Canal abierto

un canal abierto es un conducto en el cual el agua fluye a superficie libre.de acuerdo con su origen un canal s puede clasificar en natural y artificial.

Los canales naturales son todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en montañas, hasta quebradas, arroyos ríos pequeños y grandes, y santuariosde mareas.

A diferencia de los anteriores los canales artificiales son obras de infraestructura hechos por el hombre los cuales son destinados para un fin en específico, como los canales de navegación o canales de plantas hidroeléctricas, las propiedades de estos pueden ser medidas de una manera más precisa debido a que estos están desarrollados por la mano del hombre.

PROPIEDADESFÍSICO-HIDRÁULICAS DE LOS CANALES ABIERTOS
Las siguientes características físico-hidráulicas son las que presenta un canal abierto en función del flujo que transporta y de la sección geométrica del canal.

a) Tirante, y. Es la distancia perpendicular a la plantilla, medida desde en punto más bajo de la sección hasta la superficie libre del agua. Es decir, es normal a la coordenada X.

se designa porh a la distancia vertical desde la superficie al punto mas bajo de la sección, es decir, a la profundidad de dicho punto, satisface la relación:

y=h*cosθ

b) Tirante normal, d. Es la profundidad del fluido normal a la dirección del flujo. En un canal con una pendiente θ, el tirante hidráulico es igual al tirante hidráulico normal dividido por cos• θ.

c) Ancho superficial, T ó B. Es elancho del canal, medido al nivel de la superficie libre.

d) Área hidráulica, A. Es el área A ocupada por el flujo en la sección del canal.

e) Perímetro mojado, P. Es la longitud P de la línea de contacto entre el agua y las paredes del canal, es decir no incluye a la superficie libre.

h) Radio hidráulico, R. Es la relación entre el área hidráulica y su perímetro mojado:
R=AP

g) Tirantehidráulico, D. Es la relación entre el área hidráulica de la sección y el ancho superficial:
D=AT

h) Factor de sección, Z. Es el producto del área hidráulica y la raíz cuadrada del
Tirante hidráulico:
Z=AD=AAT

Fig. 1.1 Elementos geométricos de un canal

Flujo uniforme y permanente

Flujo uniforme
Es el flujo que se da en un canal recto, con sección y pendiente constante, a unadistancia considerable (20 a 30 veces la profundidad del agua en el canal) de un punto singular, es decir un punto donde hay una mudanza de sección transversal ya sea de forma o de rugosidad, un cambio de pendiente o una variación en el caudal. En el tramo considerado, se las funciones arriba mencionadas asumen la forma:
V = fv(x) = Constante
Q = fq(x) = Constante
h = fh(x) = Constante

Flujopermanente
Un flujo permanente es aquel en el que las propiedades fluidas permanecen constantes en el tiempo, aunque pueden no ser constantes en el espacio.
Las características del flujo, como son: Velocidad (V), Caudal (Q), y Calado (h), son independientes del tiempo, si bien pueden variar a lo largo del canal, siendo x la abscisa de una sección genérica, se tiene que:
V = fv(x)
Q = fq(x)
h =fh(x)

Fig.1.2. Volumen de control con flujo uniforme

El flujo uniforme permanente se puede calcular con la siguiente fórmula:

Q=AnR23S12
Donde:

Q= Gasto, m3/s
A= Área hidráulica, m2
R= Radio hidráulico
S= Pendiente del canal
n= Coeficiente de rugosidad

Distribución de Velocidades en una Sección de Canal

Debido a la presencia de la superficie libre y a la fricción a lo largo delas paredes del canal, las velocidades no están uniformemente distribuidas en su sección. Para el estudio de la distribución de las velocidades se consideran dos secciones: 

a)  Sección transversal: La resistencia ofrecida por  las paredes y por el fondo del canal, reduce la velocidad. En la superficie libre, la resistencia ofrecida por la atmósfera y por el viento (aunque este  último...