HIDRAULICA

HIDRAULICAFLUJO EN CANALES ABIERTOS SU CLASIFICACINY PROPIEDADESPROPIEDADES DE LOS FLUIDOSPara emprender el estudio de la hidrulica es conveniente, tener un conocimiento claro de los principios fundamentales de la fsica. A continuacin se presentan algunos de estos conceptos:Fuerza de Gravedad: se refiere a la fuerza gravitacional entre la tierra y los objetos situados en su superficie o cerca de ella. Se mide de acuerdo a la aceleracin que proporciona a un objeto en la superficie de la tierra. El valor que suele aceptarse internacionalmente para la aceleracin de la gravedad en clculos que no requieran mucha precisin es de 9,81 m/s2PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSFsica Mecnica: describe los efectos de fuerza en cuerpos (materia) en movimiento o reposo.Esttica: estudia la materia en reposo y las fuerzas que actan sobre ella.Cinemtica: Estudia la materia en movimiento, sin tomar en cuenta las causas que lo producen Dinmica: Estudia el movimiento de la materia y las causas que lo producen.La materia se puede encontrar en cualquiera de los siguientes estados:Slidos Fluidos: Lquidos y Gases.Fluidos. Estado de la materia que no presenta resistencia a la deformacin. Bajo esta categora se agrupan los lquidos y los gasesCANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADESUn Canal Abierto es un conducto en el cual el agua fluye con una superficie libre. De acuerdo con su origen un canal puede ser natural o artificial.Las propiedades hidrulicas de un canal natural por lo general son muy irregulares. Un estudio completo sobre el comportamiento del flujo en canales naturales requieren el conocimiento de otros campos , como hidrologa, geomorfologa, etc.Los canales artificiales son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano: canales de navegacin, canales de centrales hidroelctricas, cunetas de drenaje, vertederos, canales de desborde, cunetas a lo largo de carreteras, etc.CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADESLas propiedades hidrulicas de estos canales pueden ser controladas hasta un nivel deseado o diseadas para cumplir unos requisitos determinados.

La aplicacin de las teoras hidrulicas a canales artificiales producirn, por tanto, resultados bastante similares a las condiciones reales y, por consiguiente, son razonablemente exactos para propsitos prcticos de diseo.GEOMETRA DE CANALESLos canales artificiales usualmente se disean con forma geomtrica regulares (prismticos), un canal construido con una seccin transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismtico. El termino seccin de canal se refiere a la seccin transversal tomado en forma perpendicular a la direccin del flujo. Las secciones transversales mas comunes son las siguientes:

TIPOS DE SECCIONES

SECCIONES TRANSVERSALESSeccin trapezoidal: se usa en canales de tierra debido a que proveen las pendientes necesarias para estabilidad, y en canales revestidos.Seccin rectangular: debido a que el rectngulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza para canales construidos con materiales estables, acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos.Seccin triangular: se usa cunetas revestidas en las carreteras, tambin en canales de tierra pequeos, fundamentalmente por facilidad de trazo. Tambin se emplean revestidas, como alcantarillas de las carreteras. SECCIONES TRANSVERSALESSeccin parablica: se emplea en algunas ocasiones para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canales viejos de tierra.Seccin circular: (secciones cerradas) el crculo es la seccin ms comn para alcantarillados y alcantarillas de tamaos pequeos y medianos.Seccin parablica: (secciones cerradas) se usan comnmente para alcantarillas y estructuras hidrulicas importantes.

SECCIONES TRANSVERSALESLa seccin de la forma determinada de la seccin transversal, depende del tipo de canal por construir; as, la trapecial es muy comn en canales revestidos, la rectangular en canales revestidos con material estable como concreto, mampostera, tabique, madera, etc., la triangular en canales pequeos como las cunetas y contracunetas en las carreteras, y la circular en alcantarillas, colectores y tneles. ELEMENTOS GEOMTRICOS DE LOS CANALES Los elementos geomtricos son propiedades de una seccin de canal que pueden ser definidos por completo por la geometra de la seccin y la profundidad del flujo. Estos elementos son muy importantes y se utilizan con amplitud en el clculo de flujo.Para secciones de canal regulares y simples, los elementos geomtricos pueden expresarse matemticamente en trminos de la profundidad de flujo y de otras dimensiones de la seccin. La forma mas conocida de la seccin transversal de un canal es la trapecial.ELEMENTOS GEOMTRICOS DE LOS CANALES Profundidad de flujo de la seccin, d: la profundidad de flujo de la seccin es la profundidad de flujo perpendicular a la direccin de este, o la altura de seccin del canal que contiene el agua . El nivel es la elevacin o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre. Si el punto mas bajo de la seccin de canal se escoge como el nivel de referencia, el nivel es idntico a la profundidad de flujo.ELEMENTOS GEOMTRICOS DE LOS CANALES El ancho superficial, T: es el ancho de la seccin del canal en la superficie libre. El rea mojada, A: es el rea de la seccin transversal del flujo perpendicular a la direccin del flujo.El permetro mojado, P: es la longitud de la lnea de interseccin de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccin de flujo.El radio hidrulico, R: es la relacin del rea mojada con respecto a su permetro mojado: R= A/PELEMENTOS GEOMTRICOS DE LOS CANALES La profundidad hidrulica D: es la relacin entre el rea mojada y el ancho en la superficie. D= A/TEl factor de seccin para el clculo de flujo crtico Z : es el producto del rea mojada y la raz cuadrada de la profundidad hidrulica, Z= A D = A A/TEl factor de seccin para el clculo de flujo uniforme AR2/3 es el producto del rea mojada y el radio hidrulico elevado a la potencia 2/3.

CALCULO DE LAS RELACIONES GEOMTRICAS PARA UNA SECCINRECTANGULAR

RECTANGULAR rea Hidrulica A= base * alturaA= b*yDonde; A: rea hidrulica del canal en m2 b: ancho de plantilla del canal en m.y: tirante del agua en el canal en m.P : permetro mojadoR: radio hidrulico

Permetro mojado P = b + 2yRadio Hidrulico R = rea = A/P permetroR = b*y b + 2y

RECTANGULAR Ancho de la superficie o espejo de agua TT = bProfundidad hidrulica DD = y Factor de friccin ZZ = A* D Z = b * y 1,5

CALCULO DE LAS RELACIONES GEOMTRICAS PARA UNA SECCINTRAPEZOIDAL

TRAPEZOIDALrea Hidrulica A= (b + zy)*yDonde; A: rea hidrulica del canal en m2 z: Talud de las paredes del canal o ngulo de reposo.y: tirante del agua en el canal en m.P : permetro mojadoR: radio hidrulico

Permetro mojado P = b + (2*y*1 + z2)Radio Hidrulico R = rea = A/P permetroR = (b + zy)*y b + (2*y*1 + z2)

TRAPEZOIDALAncho de la superficie o espejo de agua TT = b + 2*z*yProfundidad hidrulica DD = (b + zy)*y D= A/T b + 2zyFactor de friccin ZZ = A* D Z = [(b+zy)y]1,5 b+2zy

CALCULO DE LAS RELACIONES GEOMTRICAS PARA UNA SECCINTRIANGULAR

TRIANGULARrea Hidrulica A= zy2Donde; A: rea hidrulica del canal en m2 z: Talud de las paredes del canal o ngulo de reposo.y: tirante del agua en el canal en m.P : permetro mojadoR: radio hidrulico

Permetro mojado P = 2y 1 + z2Radio Hidrulico R = rea = A/P permetroR = zy 2 1 + z2

TRIANGULARAncho de la superficie o espejo de agua TT = 2 zyProfundidad hidrulica DD = 1/2 y D= A/TFactor de friccin ZZ = A* D Z = 2 zy2,5 2

CALCULO DE LAS RELACIONES GEOMTRICAS PARA UNA SECCINCIRCULAR

CIRCULARrea Hidrulica A= ( sen) d28Donde; A: rea hidrulica del canal en m2 d: dimetro del circulo : ngulo de aperturay: tirante del agua en el canal en m.P : permetro mojadoR: radio hidrulico

Permetro mojado P = D / 2Radio Hidrulico R = rea = A/P permetroR = 1 - sen *( d/4)

CIRCULARAncho de la superficie o espejo de agua TT = (sen /2) d T= 2y(d-y)Profundidad hidrulica DD= A/TD = ( sen ) * d/8 (sen /2)Factor de friccin ZZ = A* D

CALCULO DE LAS RELACIONES GEOMTRICAS PARA UNA SECCINPARABLICO

CIRCULARrea Hidrulica A= 2/3 Ty

Donde; A: rea hidrulica del canal en m2 y: tirante del agua en el canal en m.P : permetro mojadoR: radio hidrulico

Permetro mojado P = T + 8y2 3T Radio Hidrulico R = rea = A/P permetroR = 2 T2 y 3 T + 8y2

CIRCULARAncho de la superficie o espejo de agua TT = 3A / 2yProfundidad hidrulica DD= A/TD = A D = 2/3 y 3/2 A/yFactor de friccin ZZ = A* D Z = 2/9 * 6 * T* y1,5