Hidraulica de Canales

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Primera Parte del Modulo de Hidraulica de Canales

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Hidraulica de Canales

  1. 1. HIDRAULICA DE CANALES
  2. 2. HIDRAULICA DE CANALESCANALESUn canal es en general un conducto que conduce un líquidoen contacto permanente con la atmósfera a través de unaporción de su contorno denominado superficie libre.Los cursos de agua naturales, ríos o torrentes constituyencasos típicos de escurrimientos en canales.Pueden existir movimientos permanentes y no permanentes.El movimiento permanente puede ser a su vez uniforme ovariado según sus secciones transversales sean iguales odiferentes entre si.
  3. 3. Escurrimiento Permanente Sobre un volumen de control, en el movimiento del agua se manifiestan las mismas fuerzas de la mecánica clásica Fuerza de fricción ---- Rozamiento del agua con las paredesFuerza de la gravedad ---- Peso del aguaFuerza erosiva ---- Erosión del canal
  4. 4. Velocidad y el Caudal Ecuaciones de energía E1 – Jf = E2 como ∆H = Jf Del Equilibrio Hidrodinámico en la dirección del escurrimiento Fuerza motora = F de rozamientoWpc = γ ⋅ Ω ⋅ L.sen α = γ ⋅ Ω ⋅ L ⋅ i Gravitacional (1) Fr = k ⋅ v 2 ⋅ a = k ⋅ v 2 ⋅ χ ⋅ L Rozamiento (2) Esta ultima función del área de contacto entre las paredes y el liquido
  5. 5. Velocidad – Ecuación de ChezyIgualando la ecuación (1) con la (2) obtenemos: Wp = Fr γ Ω γ ⋅ Ω ⋅ L ⋅ i = k ⋅ v2 ⋅ χ ⋅ L ⇒ v = ⋅ ⋅i k χ ΩDenominando Radio Hidráulico a la relación χ = R γ Resulta que la velocidad V es V= ⋅ R ⋅i = C ⋅ R ⋅i kdonde C es el coef. de Chezy función de la rugosidad i es la pendiente del fondo del canal
  6. 6. Caudal Q = V.Ω Q = Ω ⋅C ⋅ R ⋅i el coeficiente C de la experiencia de Manning, es igual a 1 16 1 2 3 12 C = ⋅ R ⇒ V = ⋅ R ⋅i n n 1 2 3 12 y el caudal ⇒ Q = Ω ⋅ ⋅ R ⋅ i nConsideraciones en la valoración del Coeficiente n de Manninga.- Rugosidad de la superficie (tamaño y formas de los granos delmaterial)b.- Vegetación ( arbustos y plantas)c.- Irregularidad del canal (cambios bruscos de sección)d.- Alineamiento del Canal ( curvaturas, meandros, grado de tortuosidad)e.- Depósitos y socavaciones (erosión y transportes)f.- Obstrucción (troncos y puentes)
  7. 7. CARACTERÍSTICAS DE LA SECCIÓN DE ESCURRIMIENTO: Denominaremos Ω = superficie transversal h= tirante R = radio hidráulico χ= perímetro mojado, es el contacto entre el líquido y las paredes del canalSecciones rectangulares y trapeciales: χ = Bf + 2 h h.B f R= B + 2h f m=talud χ = Bf + 2 ⋅ h ⋅ 1 + m2 Ω = h ⋅( Bf + m ⋅ h)
  8. 8. Ecuaciones de CalculoCASO 1 – Sección TrapecialDatos conocidos: Q, i, n , h y m(de acuerdo al tipo de pared)Incógnita Bf =? El caudal Q = V.Ω Q = Ω ⋅C ⋅ R ⋅i 1 1 2 3 1 2 ⇒ Q = i 2 ⋅ Ω 5 3 ⋅ χ −2 3 como el caudal ⇒ Q = Ω ⋅ ⋅ R ⋅ i n η resulta 1 5 −2 i 2  B f  2   B f 3 2   3 Q= ⋅  + m  ⋅ h  ⋅  + 2 ⋅ 1 + m  ⋅ h η  h    h  
  9. 9. REAGRUPANDO Y ADIMENSIONANDO 5 −2   3   3     Q⋅n 1 1 =  + m  ⋅  + 2 ⋅ 1 + m2  i 2 ⋅ h 3  h   h  1 8  B   B    f   f Los términos del primer miembro son conocidosResulta una ecuación con una incógnita de única soluciónSe resuelve iterativamente o con un Solver de Excel paradeterminar el ancho Bf
  10. 10. Energía Total y Energía Especifica o Propia 2 v1 E1 = z1 + h1 + 2⋅ g v2 E2 = z2 + h2 + 2 2⋅ gLa energía perdida o disipada a causa de la resistencia hidráulica será: J1-2Se denomina Energía Especifica o Energia Propia a la suma de: v2 Q2 H =h + o tambien H = h + (3) 2⋅ g 2⋅ g ⋅Ω 2 Es la energía referida al fondo del canal
  11. 11. Curva de Energía Especifica o Propia de un CanalPara un determinado caudal Q, la ec. (3) puede escribirse como: Q2 H =h+ (4) 2 ⋅ g ⋅ Ω2Si se traza el diagrama de “Energía Especifica” Q2 h → ∞; = 0; H → ∞ 2 ⋅ g ⋅ Ω2 Q2 h → 0; = ∞; H → ∞ 2 ⋅ g ⋅ Ω2 El Hmin es el mínimo contenido de energía de la corriente para que el gasto Q pueda escurrir Para un mismo caudal se presentan 2 tirantes H1 y h2 son los tirantes congujados.
  12. 12. TIPOS DE CANALES Según la cubierta del agua:  Abiertos  Cerrados Según el material  Natural sin Revestir  Hormigón en masa, hormigón prefabricado y de H° Armado  Plásticos: PVC, PE, PRFV  Materiales asfálticos , etc.  Otros Según la sección  Rectangulares  Trapezoidales  Circulares  Tolva  Octogonal cerrado  Otros
  13. 13. PRÓXIMA CLASEEn la próxima Clase veremos, dentro del tema IX “Canales-Flujos Gradualmente Variado y Obras de Arte de Control”, los aspectos siguientes: 1. Generalidades. 2. Tipos y características. 3. Ejemplos prácticos.
  14. 14.   CLASIFICACIÓN DEL FLUJO LIBRE  Uniforme (I) (tirante y velocidad constantes)Clasificacióndel flujo Gradualmente variado (II) Variado (tirante y velocidad variables) Rápidamente variado (III)(I) (II) (I) (III) (I)

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