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FLUJO EN CANALES ABIERTOS

Introducción

Un canal abierto es una conducción abierta a la atmósfera en el que el líquido fluye sometido a
la presión atmosférica y movido por la pendiente del propio canal, los canales estarán definidos por una serie de características que le son propias, que son las que se citan a continuación:

Calado (y).- Es la altura de la lámina de agua en unasección transversal. Hay que medirlo respecto a un plano de referencia que usualmente se coloca en la cota inferior de la sección transversal o solera.
Anchura superior de la sección (B).- Se define como la anchura de la superficie libre de fluido en el canal.
Calado medio (ym).- Es el cociente entre el área mojada del canal y la anchura superior de la sección (A/B).
Área mojada (A).- Es la superficiede la sección transversal que ocupa el agua.
Perímetro mojado. Es la longitud de la pared del canal que está en contacto con el agua.
Radio hidráulico (Rh).- Es la relación existente entre el área mojada y el perímetro mojado del canal.
Pendiente del canal (I).- Se define como la altura que desciende el canal por metro lineal, se puede expresar en % y en tanto por mil.La fórmula de Chezy.

La fórmula de Chezy nos permite obtener la velocidad del fluido en régimen permanente en
Canales, esta expresión es la siguiente:
v = C Rh I
En donde C es un coeficiente que se puede calcular mediante las fórmulas que se presentan a continuación:


Donde n y m son coeficientes que aparecen tabulados y que dependen del material con el que esté construidoel canal.
10.3.- Fórmula de Manning. Determinación de caudales en canales abiertos.


De todas las fórmulas utilizadas para la determinación del coeficiente C, la que aparece marcada como fórmula de Manning es la que más se usa en la práctica, si sustituimos dicha expresión en la fórmula de Manning, obtenemos para la velocidad la siguiente expresión:

En donde la pendiente I hade ser expresada en tanto por uno. El coeficiente n es el coeficiente de rugosidad de Manning que depende del material con el que se halla construido el canal y se encuentra tabulado tal y como se muestra en el siguiente gráfico:

Coeficientes de rugosidad de Manning
Tipo de canal
Coeficiente (n)
I. Conductos parcialmente llenos
Acero Fundición Vidrio Cemento Mortero Hormigón CerámicoLadrillo Mampostería

0,012
0,014
0,010
0,011
0,013
0,013
0,014
0,015
0,025
II.- Canales abiertos revestidos o acueductos
Metal Cemento Mortero
Hormigón acabado a llana Hormigón acabado en bruto Gunita
Ladrillo
Mampostería

0,013
0,011
0,013
0,013
0,017
0,022
0,015
0,025
III.- Canales excavados
Tierra canal recto
Grava canal recto
Tierra canal con curvas
Tierra canal concurvas y vegetación
Tierra canal con curvas y mucha vegetación
Excavación en roca

0,022
0,025
0,025
0,030
0,035
0,035
0,040
IV.- Cauces naturales
Ríos de meseta rectos y sin ollas
Ríos de meseta con curvas, piedras y vegetación
Anterior con ollas y maleza
Ríos de montaña

0,030
0,040
0,070
0,040
V.- Cauces naturales en avenidas
Inundaciones en pastizales Sobre sembrados nonacidos Sobre sembrados nacido Sobre monte bajo
Sobre bosques

0,030
0,030
0,040
0,060
0,070

En cuanto a la distribución vertical de velocidades, ésta está determinada por el calado, es decir, la velocidad en función de la altura y respecto de la solera del canal vendrá dada por las siguientes expresiones:

Para el caso de que el flujo sea laminar:


Para el caso de que sea turbulento:Estudio energético de un canal.


Consideramos un canal en el que se produce un flujo permanente e uniforme. Considerando un punto cualquiera situado en la solera, la energía específica será debido a la cota respecto del punto de referencia a la que se le añadirá la altura de presión y velocidad, dando lugar a diversas líneas que se pueden trazar y que son características de un canal:...