Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 1 INDICE 1.OBJETIVO ........................................................................................................................... 4 2.MEMORIA DESCRIPTIVA ................................................................................................ 4 UBICACIN GEOGRFICA: ................................................................................................ 4 3.MARCOTERICO ........................................................................................................... 4 4.TIPOS DE FLUJOS ........................................................................................................... 5 5.CONSIDERACIONES DE DISEO DE CANAL TRAPEZOIDAL ............................. 8 6.DISEO DEL CANAL CON UN FLUJO CRITICO:.................................................... 15 7.ENERGIA ESPECIFICA Y CAUDAL MAXIMO: ......................................................... 17 8.CONCLUSIONES ............................................................................................................. 19 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................ 20 ANEXOS .................................................................................................................................... 21 Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 2 INDICE DE TABLAS TABLA 1: Tipos de flujos de acuerdo al nmero de Reynolds. ................................... 7 TABLA 2: Numero froudede acuerdo al flujo ................................................................. 8 TABLA 3: Velocidades mximas recomendadas en funcin de las caractersticas de los suelos ................................................................................................................................... 10 TABLA 4: Pendiente admisible en funcin del tipo de suelos ........................................... 11 TABLA 5: taludes recomendados en funcin del material ......................................... 11 TABLA 6: Ancho de solera en funcin al caudal ................................................................. 12 TABLA 7: Bordo libre en relacin al caudal .......................................................................... 13 TABLA 8: En relacin con el ancho de solera. .................................................................... 13 TABLA 9: Recomendaciones en canales construidos en varias clases de materiales . 14 Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 3 INTRODUCCION En el presente informe se tiene como enfoque el diseo de canales abiertos para la conduccin de agua, deberemos adaptarnos a la geomorfologa del relieve.Unadelosprincipalescondicionantesesladiferenciadecotaoel desnivel,entre elprincipioyelfinal delcanalencuestin.Siestedesnivel espequeohabrproblemasdepocavelocidaddelaguay,portanto,de capacidad del canal para llevar un caudal determinado; se deber disponer grandes secciones, reducir al mnimo la rugosidad de las paredes, disponer curvaslomsabiertasposible,etc.Si,porelcontrario,tenemosungran desnivel,elproblemaserlaexcesivavelocidaddelaguaylaerosindel canal que ello conlleva reduccin de la vida til del canal. EnlaCiudadUniversitariadePaturpampadeldepartamentode Huancavelica se realiza un estudio para la elaboracin de un canal abierto, que conduzcaun caudal 200 l/s con una extensin de 350 m. Seoptpordividireltrazadoentramosconpendiente moderada,conello se consigue que la velocidad del agua sea moderada en la mayor parte de lalongituddelcanalyseconcentranlasbajasvelocidadesy,portanto prolonga la vida til del canal. Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 4 1.OBJETIVO RealizareldiseodeuncanalabiertoenlaCiudadUniversitariade Paturpampa. 2.MEMORIA DESCRIPTIVA UBICACIN GEOGRFICA: REGIN : HUANCAVELICADEPARTAMENTO: HUANCAVELICAPROVINCIA: HUANCAVELICA DISTRITO: HUANCAVELICA 3.MARCOTERICO 3.1. Canales: Los canales son conductos en la que el agua circula debido a la accin de la gravedad y sin ninguna presin, pues la superficie libre del lquido est en contacto con la atmosfera. 3.2. Secciones transversales a)Secciones Abiertas. Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 5 a.Seccin Trapezoidal Se usa siempre en canales de tierra y en canales revestidos. b.Seccin Rectangular Seempleaparaacueductosdemadera,paracanales excavadas en rocay para canales revestidos. c.Seccin Triangular Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, tambin en canales de tierra pequeos. d.Seccin Parablica Se emplea a veces para canales revestidosy es la forma que toman muchos canales naturales y canales viejos en tierra. b)Secciones Cerradas Seccin Circular y Seccin de Herradura Seusancomnmenteparaalcantarillasyestructurashidrulicas importantes. 3.3. Flujo Sedefinecomoflujoaunfluidoenmovimientopuedesergaseosoo lquido. 3.4. Lnea de corriente Esunalneacontinuatrazadaatravsdeunfluidosiguiendo trayectorias definidas en la direccin del vector velocidad en cada punto. 3.5. Caudal Eslacantidaddefluido,medidoenvolumen,quesemueveenuna unidad de tiempo. 4.TIPOS DE FLUJOS 4.1.Flujo permanente o transitorio: Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 6 Se dice que el flujo en un canal abierto es permanente si la profundidad del flujo no cambia o puede suponerse constante durante el intervalo de tiempo en consideracin.(1) 4.2. Flujo no permanente: Enestetipodeflujoengenerallaspropiedadesdeunfluidoylas caractersticas mecnicas del mismo sern diferentes de un punto a otro dentrodesucampo,ademssilascaractersticasenunpunto determinadovarandeuninstanteaotrosedicequeesunflujono permanente.(1) 4.3. Flujo uniforme: Esteeselquesedaenuncanalrecto,cuyaseccinesdependiente constante, y se encuentra a una distancia considerable de los puntos en queserealizanlasmudanzasdeseccintransversal,puedeserde forma,derugosidad,cambiodelapendienteoenunavariacindel caudal.(1) 4.4. Flujovariado: El flujo es variado si la profundidad de flujo cambia a lo largo del canal. Elflujovariadopuedeserpermanenteonopermanenteespoco frecuente, el trmino "FLUJO NO PERMANENTE" se utilizara de aqu en adelanteparadesignarexclusivamenteelflujovariadono permanente.(2) a)FlujoGradualmenteVariado:Cuandolaprofundidaddeflujo cambia a travs de la longitud del canal. Este puede ser permanente o no permanente.(1) b)FlujoRpidamenteVariado:Elflujoesrpidamentevariadosila profundidaddelaguacambiademaneraabruptaendistancias compartidamente cortas.4.5. Flujolaminar: Silasfuerzasviscosassonmuyfuertesenrelacinconlasfuerzas inerciales, de tal manera que la viscosidad juega un papel importante en determinar el comportamiento del flujo. En el flujo laminar, las partculas Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 7 deaguasemuevenentrayectoriassuavesdefinidasolneasde corriente, y la capa de fluido con espesor infinitesimal parecen deslizare sobre capas adyacentes.(3) 4.6. Flujo turbulento: Si las fuerzas viscosas son dbiles en relacin con las fuerzas inerciales. Enflujoturbulento,laspartculasdelaguaemuevenentrayectorias irregulares,quenosonsuavesnifijas,peroqueenconjuntotodava representan el movimiento hacia delante de la corriente entera.(3) 4.7. Flujo transicional: Ocurreentrelosestadodeflujolaminaryturbulento.Elefectodela viscosidadenrelacinconlainerciapuederepresentarsemedianteel nmero de Reynolds, definido por: TABLA 1: Tipos de flujos de acuerdo al nmero de Reynolds. 4.8. Flujosupercrtico: Enesteestadoelpapeljugadoporlasfuerzasinercialesesms pronunciadopresentaunavelocidaddeflujomuyalta,unaprofundidad de flujo baja y se genera en condiciones dependiente alta. 4.9. Flujocrtico: Rgimen de flujo intermedio, se caracteriza por generar alta inestabilidad en el flujo, no es recomendable para el diseo. N REYNOLDSFLUJO Nr< 500 SUBCRITICO 500 1000SUPERCRITICO =

Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 8 4.10. Flujosubcrtico: Enesteestadoelpapeljugadoporlasfuerzasgravitacionalesesms pronunciadoporlotantosepresentaunavelocidaddeflujobaja,tiene unaprofundidaddeflujoaltaysegeneraencondicionesdebaja pendiente. TABLA 2: Numero froudede acuerdo al flujo 5.CONSIDERACIONES DE DISEO DE CANAL TRAPEZOIDAL Lo ms generalizado es encontrarnos con canales de seccin trapezoidal Eldiseodeuncanalimplicadarlevalornumricoalassiguientes especificaciones tcnicas.(2) N FROUDEFLUJO f< 1SUBCRTICO f= 1CRTICO f> 1SUPERCRITICO y gVFr y v1 Q S1 Flujo Supercrtico v Q Flujo Crtico y v2 Q S1 Flujo Subcrtico Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 9 Q=caudal (m3/s). V=Velocidad Media del agua en m/s. S=pendiente en m/m. N= coeficiente de rugosidad. Z= Talud. B=Ancho de solera en m. Y=Tirante en m. A=rea hidrulica en m2. B.L=H-y Bordo libre en m. H=Profundidad Total desde la corona al fondo del canal en m. C= Ancho de corona en m. 5.1. CAUDAL Paraeldiseodelcanalanivelparcelario,elcaudaltienequeserun dato de partida, que se pueda calcular con base en el mdulo de riego (l/s/Ha), la superficie que se va regar (Ha) y el caudal que resulta de las perdidas por infiltracin durantela conduccin.(1) En el caso de que el canal sirva para evacuar excedentes de las aguas pluviales,elcaudaldediseosecalculatomandoencuentalas consideraciones hidrolgicas.(1) Encualquieradelosdoscasos,porlogeneral,loquesebuscaes encontrarlasdimensionesdelcanal,paraconducirelcaudal determinado de acuerdo con las necesidades de uso del proyecto, sea para riego, drenaje, hidroelctrico, o uso poblacional.(1) 5.2. VELOCIDAD MEDIA DELOS CAUDALES Lavelocidadmediasepuededeterminarpormediodelafrmulade Manning. Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 10 = 1

2/3 1/2 Lavelocidadenloscanalesvaradeunmbitocuyoslmitesson:la velocidadmnima(quenoproduzcadepsitodesolidosdemateriales slidosensuspensin),ylamxima(quenoproduzcaerosinenlasparedesyelfondodelcanal).Lasvelocidadessuperioresmximas permisibles,modificanlasrasantesycreandificultadesenel funcionamientoenlasestructurasdelcanal.Alinversa,las sedimentacin debida a velocidades muy bajas, provoca problemas por embancamientoyladisminucindelacapacidaddelaconducciny originamayoresgastosdeconservacin.Sehanencontradomuchos resultadosexperimentadossobreestoslmites,paracanalesalojados en tierra generalmente se hayan comprendidos entre 0,3 y 0,9 m. TABLA 3: Velocidades mximas recomendadas en funcin de las caractersticas de los suelos Caractersticas del SueloVelocidades Mximo Canales en tierra franca. Canales en tierra arcillosa. CanalesRevestidasconpiedraymezcla simple Canalesconmamposteradepiedrasy concreto Canales Revestidas con concreto. Canales en roca: Pizarra. Areniscas Consolidadas. Roca Dura, granito, etc. 0.6 0.90 1.00 2.00 3,00 1.25 1.50 3 a 5 Pendiente Admisible en Canales de Tierra (S) Lapendientegeneral,debeserlamximaquepuedadominarlamayor superficie posible de tierra a la vez, d valores para la velocidad que no Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 11 causenlaerosindelmaterialenelqueestalojadoelcanal,ni favorezca el depsito de azolve. Lapendientemximaadmisibleparacanalesdetierravaransegnla textura;enlatabla2.2semuestranlaspendientesmximas recomendadas en funcin del tipo del suelo. TABLA 4: Pendiente admisible en funcin del tipo de suelos Tipo de suelo Pendiente(S) (%) Suelos sueltos Suelos francosSuelos arcillosos 0.5-1.0 1.5-2.5 3.0-4.5 Talud (Z) Lostaludessedefinencomolarelacindeproyeccinhorizontalala vertical de la inclinacin de las paredes laterales. La inclinacin de las paredes lateralesdepende en cada caso particular devariosfactores,peromuyparticularmentedelaclasedeterrenoen donde estn alojados. Mientrasmsinestablessealamadera,menorserelngulode inclinacin de los taludes. TABLA 5: taludes recomendados en funcin del material Caractersticas de los suelosCanales poco profundos Canales profundos Roas con buenas condiciones Arcillas compactadas o conglomerados Limos arcillosos Limoso- arenosos Arenas sueltas Vertical 0.5:1 1:1 1.5:1 2:1 0.25:1 1:1 1.5:1 2:1 3:1 Coeficiente de rugosidad(n) Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 12 Enformaprctica,losvaloresdelcoeficientederugosidadqueseusa paraeldiseodecanalesalojadosentierraestncomprendidosentre 0.025y0.030,yparacamalesrevestidosdeconcretoseusanvalores comprendidos entre 0.013 y 0.015Ancho de solera (b) Resultamuytilparaclculosposterioresfijardeantemanounvalor para el ancho de solera, plantilla o base, con lo cual se pueden manejar con facilidad las frmulas para calcular el tirante. TABLA 6: Ancho de solera en funcin al caudal CAUDAL (m3/s)ANCHO DE SOLERA (m) Menor de 0.1000.30 Entre 0.100 y 0.2000.50 Entre 0.200 y 0.4000.75 Mayor de 0.4001 Tirante (y) Esladistanciaverticaldelpuntomsbajodelaseccindelcanalala superficie libre. rea hidrulica (A) Se obtiene usando la relacingeomtrica: = ( + ) Borde libre (B.L.) Enladeterminacindelaseccintransversaldeloscanales,resulta siempre necesario dejar cierto desnivel entre la superficie libre del agua paraeltirantenormalylacoronadelosbordescomomargende seguridad,afindeobservarlosnivelesextraordinariosquepuedan presentarse por encima del caudal de diseo del canal. . . = Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 13 Unaprcticacorrienteparacanalesentierra,esdejarunbordelibreo resguardado igual a un tercio del tirante, es decir: . . = 3 Mientras que para canales revestidos, el borde libre puede ser la quinta parte del tirante, es decir: . . = 5 Existentambin otros criteriosprcticos para designar el valor del borde libre.Enrelacin con el caudal se tiene. TABLA 7: Bordo libre en relacin al caudal Caudal Q (m3/s)Bordo libre (m) Menores que 0.50.3 Mayores que 0.50.4 TABLA 8: En relacin con el ancho de solera. Ancho de solera (m)Bordo libre en (m) Hasta 0.80.4 De 0.8 a 1.50.5 De 1.5 a 3 0.6 De 3.0 a 20.01 Profundidad total (H) Laprofundidaddelcanal,seencuentraunavezconocidoeltirantede agua y el bordo libre, es decir: = +. . Enformaprctica,parasuconstruccinestaprofundidadtotalsesuele redondear, asumiendo su variacin el valor del bordo libre. Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 14 Ancho de corona (C) El ancho de corona de los bordos delos canales en su parte superior, dependeesencialmentedelservicioqueestoshabrndeprestar.En canalesgrandessehacesuficientementeancho,6.5mcomomnimo, parapermitireltrnsitodevehculoyequiposdeconservacinafinde facilitar los trabajos de inspeccin y distribucin de agua. Encanalesmspequeos,elanchosuperiordelacoronapuede disearse aproximadamente igual al tirante de canal.En funcin al caudal sepuedeconsiderarunanchodecoronade0.6mparacaudales menores de 0.5 m3/s y 1m para caudales mayores.(2) TABLA 9: Recomendaciones en canales construidos en varias clases de materiales Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 15 6.DISEO DEL CANAL CON UN FLUJO CRITICO: Calculo en Excel: DISEO DEL CANALTRAMO UBICACINDEPARTAMENTO: HUANCAVELICAPROVINCIA: HUANCAVELICADISTRITO: HUANCAVELICAESPECIFICAR PATURPAMPADATOS OBTENIDOS DE CAMPO:N DESCRIPCION ABREBIATURA VALOR UNIDADES1 caudal Q 0.2 m3/s2 tal ud Z 1 -3 pendi enteS 0.00035 m/m4 rugosi dad n 0.014 -LA BASE SE REDONDEA A MULTIPLO DE 5 ENTONCES, ASUMIMOSb= 0.5A=by+zy^2P=b+2ZYUTILIZANDO LA CONDICION PARA UN REGIMEN CRITICO: UTILIZANDO LA ECUACION DE MANNING Y LA FORMULA DE CONTINUIDAD:f(Y)= 0.00407747POR TABULACIONES POR TABULACIONESy f(y) y0.1676 0.00168 0.10000.1776 0.00204 0.15000.1876 0.00245 0.20000.1976 0.00293 0.22000.2076 0.00346 0.22300.2176 0.00407 RESULTADO FINAL DEL PRIMER TRAMO 0.2345b 0.500 m Z 1.000 -y 0.218 m S 0.00035 -A 0.156 m^2 T 0.935 mP 1.115 m BL 0.300 mR 0.140 m Be o Bi 1.000 mF=1 V 1.281 m/s FLUJO CRITICOINGIENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIAUNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICAAREATIRANTEQ^(2)/g=A^(3)/T INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 16 Segn HCANALES: Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 17 7.ENERGIA ESPECIFICA Y CAUDAL MAXIMO: UNIDADESCAUDAL Q 0.2 m3/segTALUD Z 1BASE DE SOLERAb 0.5 mA=0.5y+y^2y E0.100 0.6660.150 0.3640.200 0.3040.218 0.3010.300 0.3350.350 0.3730.400 0.4160.500 0.5080.600 0.605 0.2180.700 0.703 0.301UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICAINGIENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIATIRANTE CRTICOENERIA MNIMAASI OBTENEMOS EL VALOR DEL Yc y el E minCOMO YA CONOCEMOSLOS VALORES b y Z,REEEMPLAZAMOS EN LA FORMULA DE AREA:REEMPLAZANDO EL VALOR DEL AREA EN LA ECUACION DE LA ENERGIACALCULAMOS LOS VALORES NUMERICOS DE E PARA DIFERENTES VALORES DE yMECANICADEFLUIDOS IICURVA DE ENERGA ESPECFICARGIMEN CRTICO DE TODO EL CANALDATOSMECANICADEFLUIDOS II0.1000.1500.2000.2180.3000.3500.4000.5000.6000.7000.00.10.20.30.40.50.60.70.80.0 0.2 0.4 0.6 0.8CURVA DE ENERGIA ESPECIFICACURVA DE ENERGIAESPECIFICAASINDOTAE minY c Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 18 UNIDADESENERGIA ESPECIFICAE 0.301 m-Kg/KgTALUD Z 1BASE DE SOLERAb 0.5 mA=0.5y+y^2Y Q0.300 0.0370.218 0.2000.200 0.1970.150 0.1680.100 0.1190.050 0.0610.250 0.1880.100 0.119 0.2180.000 0.000 0.200COMO YA CONOCEMOSLOS VALORES b y Z,REEEMPLAZAMOS EN LA FORMULA DE AREA:ASI OBTENEMOS EL VALOR DEL Yc y el E minTIRANTE CRTICOCAUDAL MAXIMOREEMPLAZANDO EL VALOR DEL AREA EN LA ECUACION DE LA ENERGIA Y DESPEJANDO EL CAUDALCALCULAMOS LOS VALORES NUMERICOS DE Y PARA DIFERENTES VALORES DE QMECANICADEFLUIDOS IICURVA DE LA RELACIN ENTRE Q Y EL RGIMEN CRTICO DE TODO EL CANALDATOS0.3000.2180.2000.1500.1000.0500.2500.1000.000 0.00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5CAUDAL MXIMOCURVA PARA ELCAUDAL MAXIMOASINDOTAQmaxY c Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 19 8.CONCLUSIONES Se ha logrado realizar el diseo de un canal de flujo crtico teniendo como base las consideraciones de canales revestidosde concreto. Elflujoespermanenteyuniforme,debidoalosparmetros:tirante, velocidad,caudal;nocambiarespectoaltiempoyespacio respectivamente. SerealizlacomparacindedatossegnlahojadeExcely Hcanales los cuales resultaron similares. Se dise el grafico de energa especfica y caudal mximo Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 20 BIBLIOGRAFIA 1. SHAMES IH. Mecnica de Fluidos. segunda ed. Colombia: McGraw-Hill ; 1995. 2. Mximo VV. Hidraulica de canales. Segunda ed. lIMA: Villon; 2007. 3. Bruce MR. Fundamentos de Mecnica de Fluidos Mexico: Grupo Noriega ; 2003. 4. David. PCMyWC. Mecnica de Fluidos. segunda ed. Mxico: International Thomson Editores; 2002. Universidad Nacional de Huancavelica Diseo de canal abierto de flujo critico 21 ANEXOS