Subcrítico o tranquilo (F < 1)
Clasificación del flujo Supercrítico o rápido (F > 1) Crítico (F = 1)
SECCIÓN DE CONTROL DEL FLUJO Es aquella sección en la que se conoce la relación entre el calado del flujo, o de alguna variable que permite obtenerlo, y el caudal. (Gp:) Sección de control en caída (Gp:) yc
(Gp:) Sección de control en vertedor (Gp:) He (Gp:) P
CARACTERÍSTICAS DE LA SECCIÓN DE CALADO CRÍTICO:
dy / dx = F = 1 El valor del calado crítico (yc) es independiente de la pendiente de fondo del canal. Es decir, es una propiedad de la sección transversal, del caudal y de g. (Gp:) Línea de calado crítico
CALADO CRÍTICO
Siendo: De la definición geométrica de Zc: Régimen turbulento El cálculo de yc se puede realizar resolviendo el sistema de ecuaciones 1 y 2 anteriores o, hallando la raíz “yc”de la ecuación 3: (Gp:) 1
(Gp:) 2
(Gp:) 3
El cálculo del calado crítico para una sección rectangular simple se reduce a:
EJEMPLO PRÁCTICO Determinar el calado “crítico” de un canal rectangular revestido con cemento (“n” = 0.013), pendiente de fondo del 2% y 80 cm de ancho, para un caudal de 200 l/ s. Considere ? =1.
Solución: Zc = by 3/2 = 0.8*y 3/2 ……………………………..(1) Zc = Q/ g 1/2 = 0.2/ (9.8) 1/2 = 0.064……….(2) El valor del calado que satisface que (1) = (2) es:
yc = 18,5 cm
CALADO NORMAL.
Pendiente de la rasante de pérdidas de carga según Manning-Strickler:
(Gp:) =
(Gp:) J1 (Gp:) J3 (Gp:) J2 (Gp:) J1 ? J2 ? J3 ? 0 (Gp:) Línea de calado normal
(Gp:) Tipo de superficie
(Gp:) Valores de “n”
(Gp:) Madera cepillada
(Gp:) 0.012
(Gp:) Madera sin cepillar
(Gp:) 0.013
(Gp:) Mortero de cemento
(Gp:) 0.012 a 0.013
(Gp:) Hormigón
(Gp:) 0.014 a 0.016
(Gp:) Piedra labrada
(Gp:) 0.014 a 0.015
(Gp:) Ladrillo con mortero de cemento
(Gp:) 0.013 a 0.016
(Gp:) Grava
(Gp:) 0.029
(Gp:) Superficie de cascote
(Gp:) 0.030 a 0.033
(Gp:) Superficie de cascote con cemento
(Gp:) 0.020 a 0.025
(Gp:) Canalón semicircular metálico y liso
(Gp:) 0.012 a 0.013
(Gp:) Canal excavado en roca, liso y uniforme
(Gp:) 0.030 a 0.033
(Gp:) Idem, rugoso e irregular
(Gp:) 0.040 a 0.045
(Gp:) Tubo de hierro fundido sin recubrir
(Gp:) 0.013 a 0.015
(Gp:) Tubo de hierro fundido recubierto
(Gp:) 0.012 a 0.013
(Gp:) Tubo de hierro negro, forjado
(Gp:) 0.013 a 0.015
(Gp:) Tubo de hierro forjado, galvanizado
(Gp:) 0.014 a 0.017
(Gp:) Tubo de acero en espiral
(Gp:) 0.015 a 0.017
(Gp:) Tubo vitrificado para alcantarillas
(Gp:) 0.013 a 0.017
(Gp:) Tierra
(Gp:) 0.020 a 0.025
(Gp:) Tierra con piedras o hierbas
(Gp:) 0.033 a 0.040
VALORES DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD “n” Ejemplo: n = 0.014 a 0.016
Cálculo del calado “normal”: El cálculo de yn se puede realizar resolviendo el sistema de ecuaciones 1 y 2 anteriores o, hallando la raíz “yn”de la ecuación 3: 3 (Gp:) 1
(Gp:) 2
Ejemplo práctico 1: Se desea proyectar una fuente que consta de una canal de sección rectangular que conecta dos estanques de agua. Determinar el calado “normal” del canal si n = 0.014. (Gp:) Q = 60 l/ s (Gp:) J 0 = 0.002
(Gp:) b = 60 cm (Gp:) L = 100 m
Respuesta: yn = 0.15 m.
Ejemplo práctico 2: Determine el calado normal de circulación en un canal trapezoidal para los datos siguientes: Q = 16 m3/ s, b = 4. 5 m, z1 = 0.50, z2 = 0.70, J0 = 0.0030 y n = 0.030. yn es la raíz de la ecuación:
La raíz de la ecuación yn se puede obtener mediante una calculadora de mano, hoja electrónica (Maple, Mathcad, etcétera), con una Hoja Excel o similar o programas como HEC- RAS, FLOWMASTER, etcétera . Respuesta: yn = 1. 57 m
Solución del ejemplo anterior con auxilio de una programación en Hoja Excel:
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