ybTRectangularyTriangularTrapecialybTz1yParablicoFLUJO DE AGUA EN CANALES (HIDRAULICA DE CANALES)IntroduccinEl anlisis del flujo de agua en canales es sumamente importante para el diseo de losmismos. El diseo de un canal consiste en la seleccin de la forma ydimensionamientodelaseccintransversal demaneraquecumplacontodoslosrequisitos de funcionamiento hidrulico.Algunas de las consideraciones importantes que se deben considerar son:a El canal se divide en tramos con flujo uniforme para su diseo.b !a velocidad del agua en el canal debe ser suficientemente alta para evitar lasedimentacin de part"culas en suspensin o en el fondo.c !a velocidad del agua en el canal debe ser lo suficientemente baja para evitarla erosin de las paredes y el fondo del canal.d !as dimensiones iniciales del diseo deben ajustarse en algunos casos# parahacerlas ms convenientes en la prctica# por lo que primero se determinan lasdimensiones siguiendo las leyes de $!%&' %(I$')*E y luego se definen lasdimensiones definitivas.e !as dimensiones finales del diseo deben evitar tener profundidades del flujopr+imasalaprofundidadotirantecr"tico# por loquesedebeanali,ar el$!%&' -)./I-'.%n canal es un conducto a trav0s del cual circula el agua# 0ste puede ser cerrado oabierto# artificialo natural. !a caracter"stica principalde un canales que elagua semueve con $!%&' !I1)E# es decir# por accin e+clusiva de la gravedad y el l"quido seencuentra parcialmente envuelto por un contorno slido. !as secciones transversalesms comunes en canales son: trapecial# triangular# rectangular y parablico.

y = tirante (m)b = plantilla (m)T = ancho de superfcie libre del agua (m)z = componente horizontal del talud/ipos de $lujo$lujo %niformeEl flujouniformeencanalessepresentacuandolasfuer,asdefriccingeneradasentre el fluido y la superficie slida del canal se equilibran con la componente del pesodel agua en la direccin de flujo# manteniendo la velocidad constante. !as fuer,as defriccin generan una resistencia al flujo 2fuer,as de resistencia# las cuales soncontrarrestadaspor lasfuer,asquelagravedadejercesobreel pesodel cuerpo2fuer,as gravitacionales# en el flujo uniforme debe e+istir un equilibrio entre las fuer,asde resistencia 2friccin y las fuer,as gravitacionales 2peso del cuerpo.Algunas caracter"sticas del flujo uniforme son:a !a profundidad de la lmina de agua es constante a lo largo delcanaly lasl"neas correspondientes al fondo del canal# superficie libre del agua y l"nea deenerg"a son paralelas y sus pendientes iguales 2so 3 s4 3 sf 3 sb !as p0rdidas de carga por friccin para un tramo dado son iguales aldecremento en la cota del fondo del canal.hf 3 cota inicial 5 cota finalEntoncesLfinal a inicial aLhfsfcot cot = = donde ! es la longitud# cuando se utili,a el valor de la pendiente del fondo delcanal2soen forma fraccional# se est considerando eldesnivele+istente en677 metros de longitud del tramo.c El gradientedeenerg"aopendientedefriccin2sf es igual al gradientepie,om0trico y a la pendiente del fondo del canal.d 8arapendientespequeasdel fondodel canal so967:osi el ngulodeinclinacin delfondo de un nivelde referencia respecto a la hori,ontal2 esmayor que67;# seconsideraquelaalturapie,om0trica2d es igual alaprofundidad del agua medida verticalmente 2tirante# y.y? es la profundidad del agua medida verticalmente 2tirante.Enel flujouniformeesposibleidentificar algunascaracter"sticashidrulicascomo son el tirante normal 2yn# la velocidad normal2vn# la pendiente normal2sn# el rea hidrulica ptima y la profundidad hidrulica 2@.a /irante normal 2yn: Es la profundidad que se obtiene al aplicar la ecuacinde*anningenlasolucindecanalesA demanerasimilar seobtienelavelocidad normal 2vn.b 8endiente normal 2sn: -onocidos el caudal B# la rugosidad n y laprofundidad o tirante normal yn# se obtiene la pendiente normal con base enla ecuacin de *anning.c Crea hidrulica pitma: Es el rea hidrulica con el menor per"metro mojadoque conduce el caudal m+imo.d 8rofundidadhidrulica2@: Es larelacinentreel reahidrulicaunaseccin yel ancho de la superficielibre delagua2espejodeagua en laseccin. Equivale a la profundidad que tendr"a el agua si la seccin fuerarectangular y conservara tanto el rea como el ancho en la superficie.$%(-I'( '1&E/ID' 8A)A -A!-%!A) E! /I)A(/E (')*A! 2yn8arael clculodelascaracter"sticashidrulicasdeuncanal conflujouniformeseutili,a la ecuacin de *anning. de prueba y error?. Elm0todo iterativo consiste en:6 8roponer un valor para el tirante normal 2ynG -alcular el rea hidrulica 2A con el tirante propuesto 2yn y el radio hidrulico2)h. !a ecuacin para calcular el rea hidrulica 2A y el radio hidrulico 2)hdependedelageometr"adel canal# enel ane+oal final deesteapuntesemuestrandiferentesseccionesdecanal ylasecuacionescorrespondientespara calcular sus caracter"sticas hidrulicas.H @e la ecuacin 2F.6.I se calcula el valor de la relacin hidrulica BnE)h6EG.I @e la ecuacin 2F.6.I se calcula el valor del factor de seccin del canal A)hGEH.J El valor calculado en el punto H debe ser igual al valor calculado en el punto IAsi no es as"# se comien,a nuevamente con el punto 6# proponiendo un nuevovalor para yn. As" sucesivamente hasta que la igualdad de la ecuacin 2F.6.Ise cumpla.El proceso iterativo puede ser largo debido a la falta de e+periencia del alumno paraproponer el primer valor. En la prctica el proceso es sumamente rpido gracias a laayuda de los procesadores matemticos con que cuentan las computadoras actuales. -omo apoyo al estudiante se ha desarrollado una hoja de clculo en E+cel# donde loKnico que tiene que hacer el alumno es proponer un valor para yn# la hoja de clculohace las operaciones necesarias y arroja todos los parmetros hidrulicos necesarios#el alumno Knicamente tiene que observar en la casilla correspondiente para verificary ycy ycque la condicin de la ecuacin 2F.6.I se cumpla# si no se cumple# se debe teclear unnuevo valor para yn# esto facilita el clculo del tirante cr"tico y el tirante normal para eldiseo de canales.)0gimen de $lujoEl r0gimen de flujo en un tramo de canal se clasifica en funcin del (Kmero de $roude2($# el cual esunarelacinadimensional entrefuer,asdeinerciayfuer,asdegravedad# dada por la velocidad normal y la velocidad cr"tica del flujo. @e acuerdo conel (Kmero de $roude# el flujo puede supercr"tico# cr"tico y subcr"tico.El (Kmero de $roude se calcula con la siguiente ecuacin:gDvF =2F.6.J@onde g es la aceleracin de la gravedadA v es la velocidad del flujo y @ es la relacinentre elrea hidrulica de una seccin de canal2A y elancho de la superficie delagua 2/. $lujo