METODO PASO ESTANDAR CANALES NATURALES

CANALES PRISMATICOS

Este cálculo se lleva mediante pasos de

estación en estación en los cuales se han determinado las características hidráulicas , en tales casos las distancias entre las estaciones son conocidas y el procedimiento es determinar la profundidad del flujo en las estaciones ; Tal procedimiento se lleva a cabo mediante un proceso de ensayo error

CANALES PRISMATICOS

De la figura podemos analizar que :

Las perdidas por fricción son

Al igualar las alturas totales en las secciones 1 y 2 Por lo que la ecuación queda como

En donde he son las perdidas por remolinos

Calcule el perfil de flujo requerido teniendo en

cuenta que la elevación en el sitio de presa es 600 ft sobre el nivel del mar y la altura de presa es 5 ft

G:\metodo paso estandar.xlsx

EJEMPLO

En canales naturales la superficie de nivel

inicial o punto inicial de la superficie de control puede ser desconocida, gracias a este método podemos suponer una elevación inicial los suficientemente lejos del punto de control de tal manera que dicha elevación se vuelva mas correcta en cada paso del calculo

CANALES NATURALES

Calcular el perfil de flujo en el rio Missouri

para un caudal de diseño de 431,000 ft^3/sSolución En campo se determinaron los siguientes

elementos geométricos para las secciones trasversales en un rango de elevaciones esperadas; para otras elevaciones los elementos geométricos deben estimarse a partir de estos datos

EJEMPLO

FLUJO ESPACIALMENTE

VARIADO

Se presenta cuando el flujo tiene un caudal no uniforme como consecuencia de la adición o disminución de agua a lo largo del curso de flujo

Para obtener las ecuaciones de flujo espacialmente variado es necesario hacer una serie de hipótesis a fin de simplificar el análisis, la mayoría de esas hipótesis no son limitativas ,es factible hacer la corrección necesaria cuando las condiciones de flujo se aparten de la hipótesis aceptada

A. el flujo es unidimensional B. la distribución de velocidades en la sección trasversal del

canal es constante y uniforme de manera que los coeficientes de corrección son α=β=1

C. el flujo en la dirección del movimiento general mantiene líneas de corriente paralelas o de curvatura despreciable, por lo que la distribución de presiones sigue la ley hidrostática

D. la pendiente del canal es relativamente pequeña, de manera que su efecto sobre la carga de presión no es importante

E. el efecto del arrastre de aire es despreciable

el momentum que pasa por la sección 1 por

unidad de tiempo es:

El caudal que pasa por la sección 2 es

En donde el caudal agregado dQ es

FLUJO CON CAUDAL CRECIENTE

Sea W el peso de agua contenido entre las secciones. La componente de W en la dirección de flujo es:

La pendiente de fricción puede representarse mediante manning como:

La fuerza friccional a lo largo de las paredes del canal es equivalente a la presión debida a la altura de fricción multiplicada por el área promedio:

La presión hidrostática resultante que actúa en el cuerpo de agua entre las secciones 1 y 2 es:

Al igualar el cambio de momentum del cuerpo de agua a la suma de todas las fuerzas externas que actúan en el cuerpo:

Al no considerar dV/dQ y al sustituir en la ecuación anterior todas las expresiones para las fuerzas externas dadas anteriormente:

Como V=Q/A y V+ dV = (Q+dQ)/(A+dA), la ecuación anterior se convierte en:

α coeficiente de energía Si se considera una distribución de velocidades no uniforme en la sección del canal D es la profundidad hidráulica q* es el caudal por unidad de longitud q= dQ/dx

=

Al no considerar el término dA en el denominador y el término dA dQ en el numerador y al simplificar:

FLUJO CON CAUDAL DECRECIENTE

Para flujo con caudal creciente

Al resolver y simplificar

C es una constante de integración que puede determinarse cuando x=L; y=yo

PERFIL DE FLUJO

En un canal rectangular A=b*y , So=Sf=0, V=Q/A=q*x/b*y

La ecuación se convierte en

Donde el cual tiene la forma de numero de froude a la salida; en flujo critico Fo=1 luego

Análisis similares pueden hacerse para canales con paredes paralelas con fondos irregulares y para canales con paredes laterales inclinadas, pero para canales con lechos pendientes no puede obtenerse una ecuación para el perfil de flujo; si no se produce resalto hidráulico dicho perfil puede obtenerse por integración numérica Li desarrollo dicho análisis dando como resultado la siguiente grafica

este diagrama indica la relación entre el numero de froude Fo y el valor de G (SoL/yo) esta compuesto por 4 regiones que representan 4 condiciones de flujo

Para canales con paredes laterales paralelas se utiliza el siguiente diagrama

GRACIAS