Canales de Conduccion de Agua
Canales de Conduccion de Agua
Canales de Conduccion de Agua
TEMA: Canales
CICLO: X
TRUJILLO – PERÚ
2019
1. DEFINICION.......................................................................................................................3
2. FLUJO EN CANALES ABIERTOS..........................................................................................3
3. Parámetros.......................................................................................................................3
3.1. Numero de Reynolds:...............................................................................................3
3.2. Radio hidráulico......................................................................................................4º
3.3. Número de Froude y Velocidad de Onda..................................................................5
3.4. Energía especifica.....................................................................................................7
3.5. Ecuaciones de la continuidad:..................................................................................7
3.6. Ecuación de energía:................................................................................................7
4. ANALISIS HIDRAULICO......................................................................................................8
4.1. FLUJO UNIFORME EN CANALES................................................................................8
4.2. Flujo uniforme critico.............................................................................................10
5. Tipos de Canales:............................................................................................................11
5.1. Canales rectangulares.............................................................................................11
5.2. Canales trapezoidales.............................................................................................12
5.3. La mejor seccion transversal..................................................................................14
Figura 01: Curvas típicas de velocidad relativa constante en un canal abierto de sección
transversal trapezoidal
3. Parámetros
3.1. Numero de Reynolds:
Como el flujo en tuberías, el flujo en un canal abierto puede ser laminar, de transición
o turbulento, esto depende del valor del número de Reynolds expresado como:
V̇ 2
Profundidad crítica: y c =
g A c2
La profundidad del líquido es y>yc para flujos subcríticos y y< yc para flujos
supercríticos
V 12 V 22
y1 + +S o L= y 2 + + hL
2g 2g
4. ANALISIS HIDRAULICO
4.1. FLUJO UNIFORME EN CANALES
Se llama flujo uniforme si la profundidad del flujo (y la velocidad promedio de flujo ya
que V̇ = A c V em flujo estacionario) permanece constante. Las condiciones de un flujo
uniforme se encuentran, por lo común, en canales largos y rectos con una pendiente, y
una sección transversal constantes y un revestimiento de las superficies del canal
homogéneo.
En el diseño de canales abiertos es muy deseable tener flujos uniformes en la mayoría
de los sistemas ya que significa tener un canal de altura constante, lo cual es más fácil
de diseñar y construir.
La profundidad del flujo en flujos uniformes se le llama profundidad normal yn y a la
velocidad promedio del flujo, velocidad de flujo uniforme Vo. El flujo permanece
uniforme mientras la pendiente, la sección transversal y la rugosidad de la superficie
del canal no tengan algún cambio (Fig 0 ). Cuando la pendiente del fondo aumenta, la
velocidad del flujo aumenta y la profundidad del flujo disminuye
V 0=C √ S o R h y V̇ =CA c √ S o R h
Donde:
C es el coeficiente de Chezy
C=√ 8 g/f
a ˙
2 1 2 1
a
V 0 = R h 3 S o 2 y V = A c Rh 3 S o 2
n n
El factor a es una constante dimensional cuyo valor en unidades SI es a=1 m 1/3/s=1.486
ft1/3/s
4.2. Flujo uniforme critico
El flujo en un canal abierto se vuelve flujo crítico cuando el número de Froude Fr=1 y
en consecuencia la velocidad del flujo es igual a la velocidad de onda V c = √ g y c, donde
yc es la profundidad crítica del flujo.
En caso de un flujo uniforme crítico, S0=Sc y yn=yc. Al reemplazar V y S0 en la ecuación
de Manning por y Sc, respectivamente, y al resolver esta ecuación para Sc, se obtiene
la siguiente relación general para una pendiente crítica:
g n2
Pendiente critica Sc = 1
2 3
a Rh
g n2
Sc = 1
2 3
a yc
5. Tipos de Canales:
Las secciones básicas en canales son rectangular, trapecial, triangular y circular.
Los canales rectangulares son utilizados para pequeños caudales, y los trapeciales para
caudales importantes.
La sección semicircular ha sido muy utilizada en el pasado utilizando piezas
prefabricadas.
Los canales triangulares pueden ser canales sencillos, excavados en tierra con medios
poco costosos(cunetas):
5.1. Canales rectangulares
Considere el flujo de un líquido en un canal abierto de sección transversal rectangular
de un ancho b y una profundidad de flujo y. El área de sección transversal y el
perímetro mojado en una sección de flujo son:
Ac = yb y p=b+2 y
Ac
p= +2 y
y
Aplicamos el criterio de la mejor sección transversal hidráulica para un canal abierto, la
cual es la que tiene el menor perímetro mojado para una sección transversal dada. Se
toma la derivada de p respecto a y mientras se mantiene constante Ac
dp − Ac −by −b
= 2 + 2= 2 +2= +2
dy y y y
dp
Igualamos =0 y resolvemos para y, y obtenemos el siguiente criterio para la mejor
dy
sección transversal hidráulica.
La mejor sección tranversal hidráulica para un canal
b
rectangular: y=
2
Por lo tanto, un canal abierto rectangular debe diseñarse
de tal manera que la altura del líquido sea la mitad del
y 2y
(
Ac = b+
tanθ )
y y p=b+
senθ
dp
Derivamos e igualamos a cero y resolvemos para y, donde se obtiene la mejor
dy
sección transversal hidráulica para cualquier ángulo θ de un trapezoide especificacado
Obtuvimos una profundidad y y así obtener la mejor sección trasversal hidráulica
bsenθ
y=
2(1−cosθ)
b
Un caso especial para θ=90 º, la relación anterior se reduce a y= -
2
El radio hidráulico Rh para un canal trapezoidal puede expresarse de la siguiente
manera
y
y (b + )
tanθ y (bsenθ+ ycosθ)
Rh = =
2y bsenθ+2 y
b+
senθ
Usamos la relación bsenθ=2 y (1−cosθ), se sustituye en la ecuación anterior y se
simplifica el radio hidráulico para un canal trapezoidal con la mejor sección transversal
se convierte en:
y
El radio hidráulico para la mejor sección transversal: Rh =
2
3
La mejor profundidad de flujo para θ=60 º; y= √ b
2
Entonces la longitud del lado lateral de la sección del flujo y el área se convierten en:
y b 3 /2
s= = √ =b
sen 60 º √ 3/2
p=3 b
y
(
Ac = b+
tanθ)y
b √3
2 3
Ac =(b+ )(b √ )
tan60 º 2
Por lo tanto, la mejor sección transversal para canales trapezoidales es la mitad de un
hexágono (Fig. 13-25). Esto no debe sorprender ya que un hexágono cerrado se
aproxima a un círculo y la mitad de un hexágono tiene el menor perímetro por unidad
de área de la sección transversal de todos los canales trapezoidales.
6. Referencia Bibliográfica
1) Cengel Y.,(2006). Mecánica de Fluidos Fundamentos y Aplicaciones.Primera
Edicion.Mexico.McGraw-Hill Interamericana.
2) Mataix C.,(1986).Mecanica de Fluidos y Maquinas Hidraulicas.Segunda
Edicion.Madrid.Ediciones del Castillo
3) https://previa.uclm.es/area/ing_rural/Hidraulica/Temas/Tema14.pdf