CANALES VERTICALES


CAIDAS VERTICALES
CONCEPTOS BASICOS
LA HIDRAULICA DE LA ENERGIA DE DISIPACION
Los conceptos de energía y momentos derivados de las leyes de newton son básicos en la mecánica de fluidos
ENERGIA ESPECÍFICA
Para cualquier sección de un canal, se llama energía específica a la energía por unidad de peso del líquido en movimiento con relación a la solera, como se observa en Figura.
No esposible predecir el carácter del cambio de la energía específica entre las secciones 1 y 2. Es claro que la energía total debe disminuir, pero la energía específica puede aumentar o disminuir dependiendo de otros factores como la resistencia al flujo, la forma de la sección transversal, etc.










Definiendo la energía específica como la distancia vertical entre el fondo del canal yla línea de energía se tiene:


E: energía específica.
Y: profundidad de la lámina del líquido.
V: velocidad media del flujo.
g : aceleración de la gravedad.


En función del caudal se tiene:



A: área de la sección hidráulica.
Para canales rectangulares solamente, utilizando el caudal por unidad de ancho, q = Q/b, la ecuación anterior se transforma así:





q: caudal porunidad de ancho.
b : ancho de la solera del canal.


Para caudal constante y canal rectangular, la energía específica es función
Únicamente de la profundidad de flujo y su variación se muestra en la siguiente figura:
Para caudal constante y canal rectangular, la energía específica es función
Únicamente de la profundidad de flujo y su variación se muestra en la siguiente figura:Según la figura anterior se presenta un valor mínimo de la energía específica para una única profundidad, llamada profundidad crítica Yc. Para valores de energía específica mayores que la mínima, el flujo se puede realizar con dos profundidades diferentes Y1 < Yc ó Y2 > Yc.
Teniendo en cuenta que para caudal constante la velocidad varía inversamente con la profundidad, las velocidadescorrespondientes a profundidades menores que Yc son mayores que las correspondientes a profundidades mayores que Yc.






CLASIFICACIÓN DEL FLUJO
De acuerdo a lo anterior se tienen los siguientes tipos de flujo:













Para canal rectangular B = b, Yh = Y.
En los flujos subcríticos y supercríticos las velocidades son menores y mayores que la Vc respectivamente, por lotanto en el flujo subcrítico aparecerán pequeñas ondas superficiales avanzando corriente arriba, mientras que en el flujo supercrítico dichas ondas serán barridas corriente abajo, formando un ángulo b; este tipo de ondas se denominan ondas diamantes.


De la figura anterior se deduce
· Si el flujo es subcrítico y la profundidad de flujo Y aumenta, la energía específica aumentará y viceversa.
·Si el flujo es supercrítico y la profundidad de flujo Y aumenta, la energía específica disminuirá.
Es decir, en un canal se puede ganar o perder energía específica dependiendo si las profundidades son mayores o menores que la profundidad crítica Yc.
Se puede observar también, que para una energía específica dada, es posible tener dos profundidades, y por tanto dos situaciones de flujo, una deflujo subcrítico y otra de flujo supercrítico; estas dos profundidades se conocen con el nombre de profundidades secuentes o alternas
La profundidad crítica se presenta cuando la energía específica es mínima, es decir



Así, la ecuación general de flujo crítico es:



En donde:
Bc : ancho superficial del agua en la condición de flujo crítico.
Ac : área mojada en la condición de flujocrítico.

Para un canal rectangular se tiene










De donde se observa que la profundidad crítica depende solamente del caudal y de la geometría del canal, no depende de la rugosidad ni de la pendiente.
La energía específica mínima en canal rectangular es:



Sí se mantiene constante la energía específica, y se despeja el caudal se tiene:

Para un canal rectangular A = b*Y...