Energia

3.- ENERGÍA ESPECÍFICA.- La energía de la corriente en una sección determinada de un canal es igual a la suma del tirante, la energía de velocidad y la elevación del fondo con respecto a un plano horizontal de referencia arbitrariamente escogido y se expresa así:
(Ecuación 3.1)
Donde “y” es el tirante, α es coeficiente de Coriolis, “V” lavelocidad media de la corriente en la sección considerada, “z” la elevación del fondo con respecto a un plano de referencia.
Si tomamos como plano de referencia el fondo del canal, la energía así calculada se denomina ENERGÍA ESPECÍFICA y se designa con la letra “E”. Esta definición significa z = 0.
(Ecuación 3.2)
La energía específica es, pues la suma del tirante y la energía de velocidad.Como está referida al fondo va a cambiar cada vez que éste ascienda o descienda.
LA FUERZA ESPECÍFICA MÍNIMA O CRÍTICA es el ímpetu que se requiere en una sección de flujo para mantener el movimiento del flujo. Si el impulso en una sección es inferior a este valor mínimo el flujo se remansa para acumular mayor cantidad movimiento que a su vez permita transportar la masa fluida. Mientras seacumula esa cantidad de movimiento el flujo deja de ser uniforme o permanente y se conoce como flujo no permanente o variado.
Se define también como la energía que lleva una corriente líquida con respecto a la plantilla del canal.
E = (y) + (v)2 / (2) · (g);
Considerando que v = Q / A y sustituyendo:
E = (y) + [(Q / A)2 ÷ (2) · (g)]= (y) + [(Q2 / (2) · (g) · (A)2] =
E = (y) + [(Q2) ÷ (2) · (g) ·(A)2] (Ecuación 3.3)
Considerando el croquis adjunto, y partiendo de la ecuación 1, encontrar la fórmula para diseñar una sección crítica de un canal para cualquier tipo de sección.

Figura 3.1. Elementos geométricos del canal.
A la ecuación 3.3, se le aplica la primera derivada y se iguala a cero.
δ (y)/d (y) + δ/δy [(Q2) ÷ (2) · (g) · (A)2] = 0
1 - [(2) · (A) -3 · (Q2)÷ (2) · (g)] · [δ(A)/δ (y)] = 0
Considerando que; d (A) = (B) · (d · h), sustituyendo queda:
1 - [(Bc) · (Q2)] ÷ [(g) · (Ac3)] = 0
(Q2) ÷ (g) = (Ac3) ÷ (Bc)
FORMULA PARA CALCULAR UNA SECCIÓN CRÍTICA DE UN CANAL DE CUALQUIER TIPO DE SECCIÓN.
Donde:
Q = Caudal.
g = Aceleración de la gravedad.
Ac = Área crítica.
Bc = Ancho de la superficie libre crítica.
Determinar partiendo de la fórmulaanterior, la fórmula para encontrar el tirante crítico (hc) de un canal de sección rectangular
(Q2) ÷ (g) = (Ac3) ÷ (Bc)
(Q2) ÷ (g) = [(Bc) · (hc)] 3 ÷ (Bc)
De donde; hc = [(Q2) ÷ (g) · (Bc) 2] 1/3
El caudal unitario es igual a: Q / b = q
Donde Q = (q) · (b); valor que se sustituye en la ecuación anterior, y considerando que b = Bc, por ser una sección rectangular quedando:
yc ó hc = [(q) 2/ (g)] 1/3
FÓRMULA PARA ENCONTRAR EL TIRANTE CRÍTICO DE UN CAUDAL EN UNA SECCIÓN RECTANGULAR.
Obsérvese que las definiciones anteriores no implican necesariamente condiciones normales. Puede, por ejemplo, calcularse la energía específica para una sección que forma parte de un movimiento gradualmente variado, siempre y cuando el flujo pueda considerarse como paralelo y aceptarse una distribuciónhidrostática de presiones, que son los supuestos fundamentales de la ecuación 3.1.
La energía específica se interpreta gráficamente así:

Figura 3.2. Interpretación gráfica de la Energía Específica.
Estamos considerando que la pendiente del canal es CERO (horizontal) o muy pequeña. En consecuencia, es indiferente que el tirante se mida vertical o normalmente al fondo.
Se considera en este yotros muchos casos, que el coeficiente de Coriolis es igual a la unidad. Entonces:
(Ecuación 3.4)
Es la ecuación de la energía para este caso particular.
Esta ecuación puede también expresarse en función del gasto “Q” y el área “A” de la sección transversal, que es una función del tirante “y” (V = Q/A).
(Ecuación 3.5)
En esta ecuación se ve con claridad que hay tres...