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Canales AbiertosHidrulica General Definicion

Los Canales con conductos en los que el agua circula por accin de la gravedad y sin ninguna presin, pues la superficie del piso est en contacto con la atmosfera.

Clases de canalesDe acuerdo con su origen, los canales pueden ser naturales (Ros o arroyos) o artificiales. Dentro de estos ltimos se pueden incluirse aquellos conductos cerrados que trabajan parcialmente llenos.

Se denomina canal natural a las depresiones naturales en la corteza terrestre, algunos tienen poca profundidad y otros son ms profundos, segn se encuentren en la montaa o en la planicie.

Algunos canales permiten la navegacin, generalmente sin necesidad de dragado.

Canales naturalesLos canales naturales influyen todos los tipos de agua que existen de manera natural en la tierra, lo cuales varan en tamao desde pequeos arroyuelos en zonas montaosas hasta quebradas, arroyos, ros pequeos y grandes, y estuarios de mareas.

Los canales artificiales son todos aquellos construido o desarrollado mediante el esfuerzo de la mano del hombre; tales como, canales de riego, de navegacin, control de inundaciones, canales de centrales hidroelctricas, alcantarillado pluvial, sanitario, entre otros.

Los canales artificiales usualmente se disean con formas geomtricas regulares, tomndose en cuenta desde su seccin transversal que est en forma perpendicular a la direccin del flujo.

Canales artificiales

De acuerdo a su destino podemos clasificar los canales en:

Canales de riego.Canales de navegacin. Canales de central hidrulica. Alcantarillado pluvial. Canales de desborde.Cuneta de drenaje agrcola.

Canal de navegacin. Amsterdam. Caractersticas Radio hidrulico: Es la relacin que existe entre rea mojada y permetro mojado.

Permetro mojado: La longitud del permetro de la seccin transversal que est realmente en contacto con el agua, Sin incluir el agua en la superficie.

Tirante: Es el punto que va desde el permetro inferior hasta el punto ms alto la superficie

Tipos de canales de acuerdo a su geometra Seccin trapezoidal: Se usa en Canales de tierra debido a que proveen la pendiente necesaria para estabilidad en canales revestidos.Seccin rectangular: debido al que rectngulo tiene lados verticales por lo general se utilizan para canales construidos con materiales estables. Acueducto de madera, para canales excavados en roca y canales revestidosSeccin triangular: Se usa para cunectas revestidas en la carretera. Tambin canales de Tierra pequeos fundamentalmente por facilidad de trazos.

Seccin parablica: Se emplea en algunas ocasiones para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y viejos canales de tierra.

En la siguiente tabla se resumen las secciones ms utilizadas con las unidades del sistema internacional.Medida o aforo del gasto (caudal)Mtodos directos:Para determinar el gasto, Q, del agua en un sistema hidrulico, se puede medir directamente el volumen, , en un recipiente y el tiempo, t, con un cronmetro, o bien indirectamente a travs de la velocidad del agua o mediante la presin.Este mtodo volumtrico es el ms recomendable, sin embargo, a veces es difcil de aplicar, solamente resulta til para gastos pequeos y donde las caractersticas fsicas lo permitan.Otro mtodo de medicin directa del gasto consiste en registrar el descenso en el nivel del agua en el tiempo de vaciado de un depsito con geometra y dimensiones conocidas.

Hay mtodos indirectos, que como su nombre lo seala miden otras variables fsicas distintas del gasto.

Los mtodos de medicin indirecta del gasto se pueden agrupar en tres tipos: a) Escuadra b) rea velocidadc) Carga piezomtrica.

Mtodo de la escuadra

Es aplicable a descargas de tuberas a presin, en particular para pruebas de bombeo. Consiste en medir la distancia horizontal Xo que existe entre el extremo del tubo de descarga y el punto donde cae el chorro de agua en el suelo, y la altura Ho a la que se encuentra el conducto.X0 est dada en centmetros, A es el rea de la seccin transversal del tubo, en centmetros al cuadrado, H0 se da en centmetros y el gasto resulta en litros por segundo.14Hidrulica del escurrimiento de los canales abiertos El flujo que pasa por un canal abierto tiene una superficie libre, la cual est sometida a una presin atmosfrica. Es mucho ms difcil resolver problemas de flujo en canales abiertos que en tuberas a presin. Las condiciones del flujo en canales abiertos se complican por muchas variables.

Tipos de flujo que pasan por un canal abierto.La siguiente clasificacin es de acuerdo al cambio en la profundidad de flujo con respecto al tiempo y al espacio.

Flujo permanente y no permanente (el tiempo como criterio).El flujo es permanente si la profundidad de flujo no vara con el tiempo.

Si la profundidad cambia respecto al tiempo, el flujo es no permanente.

16Flujo uniforme y flujo variado (el espacio como variable).El flujo es uniforme si la profundidad del flujo es la misma en cada seccin del canal. Si la profundidad del flujo cambia a lo largo del canal el flujo es variado.

El flujo variado puede ser rpidamente variado o gradualmente variado.

La profundidad se mantiene constante en el intervalo de tiempo a considerarse. Es el tipo de flujo fundamental que se considera en la hidrulica de canales abiertos.18

La superficie del agua flucta en el tiempo, pero permaneciendo paralela al fondo del canal, es decir, se mantiene constante en el espacio. Es prcticamente imposible. 19

Fflujo variado permanenteF.R.V.= Flujo rapidamente variado (Compuerta deslizante Resalto Hidraulico)F.G.V. = Flujo gradualmente variado (Caidas rectas)20

Es poco frecuente el flujo uniforme no permanente.Las olas y las mareas en flujo libre son ejemplos de flujo variado no permanente.21

Estado de flujo. Efecto de la viscosidad y gravedad sobre el flujo.Efecto de la viscosidadUn flujo puede ser clasificado como laminar, transicional o turbulento.

La base para esta clasificacin es el nmero de Reynolds.

Velocidad DiametroViscosidad cinematica23En rgimen de flujo laminar partculas del fluido se mueven siguiendo trayectorias suaves definidas. (Re < 2400)En rgimen de flujo turbulento, las partculas del fluido se mueven siguiendo trayectorias aleatorias. (Re > 4000)El flujo transicional es cuando el flujo esta en un proceso de transicin de laminar a turbulento. (2400 < Re < 4000)

Efecto de la gravedadDependiendo de la magnitud de la proporcin de las fuerzas de gravedad e inercia, un flujo es clasificado como subcrtico, crtico y supercrtico.

El parmetro adimensional sobre el cual se basa esta clasificacin es el nmero de Froude FR.

Flujo lento o subcrtico (FR 1)Las fuerzas de la inercia tienen mayor influencia en el flujo.Velocidad relativamente alta y poca profundidad prevalece la energa cintica. Propios de cauces de gran pendiente o ros de montaa.

Regmenes de flujoEn un canal el efecto combinado de la viscosidad y la gravedad puede producir cualquiera de 4 regmenes de flujo.

Subcritico-laminarSpercritico-laminarSubcritico-turbulentoSupercrtico-turbulento

H CanalesPrograma peruano para el diseo de canales y estructuras hidrulicas. Ejemplo 1 Un canal trapezoidal tiene:Un ancho de solera (ancho de base) b = 1 m Talud Z = 1 Caudal de 3 m3/s. Calcular el tirante crtico, y la energa especifica mnima. Es la energa mnima o crtica con que un cierto gasto puede fluir en un canal y es el lmite entre el flujo subcrtico y supercrtico.Definiendo la energa especfica como la distancia vertical entre el fondo del canal y la lnea de energa29Ejemplo 2 Determinar las dimensiones de la seccin transversal para el diseo del canal Q= 12.50 m3/s (caudal)N=0.017 (Rugosidad)S=0.0004 (Pendiente)Z=1 (Talud)La rugosidad de las paredes de los canales y tuberas es funcin del material con que estn construidos, el acabado de la construccin y el tiempo de uso30