Secciones De Maxima Eficiencia Hidraulica

Curso: Hidráulica

Ingeniería Agrícola

SECCIONES DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA Uno de los factores que intervienen en el costo de construcción de un canal es el volumen por excavar; este a su vez depende de la sección transversal. Mediante ecuaciones se puede plantear y resolver el problema de encontrar la menor excavación para conducir un caudal dado, conocida la pendiente. La forma que conviene dar a una sección de magnitud dada, para que escurra el mayor caudal posible, es lo que se ha llamado “sección de máxima eficiencia hidráulica”. Considerando un canal de sección constante por el que debe pasar un caudal máximo, bajo las condiciones impuestas por la pendiente y la rugosidad; de la ecuación del caudal:

Dónde: n, A y S son constantes; luego, la ecuación del caudal puede expresarse como:

Siendo K una constante. En la segunda ecuación observamos que el caudal será máximo si el radio hidráulico es máximo, o sea que R = A / P es máximo

De esta ecuación como A es constante, R será máximo si P es mínimo, es decir Q es máximo si P es mínimo, para A constante

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RELACIONES GEOMETRICAS Sección trapezoidal 1) Considerando un talud Z conocido (constante)

Sabemos que:

Sabemos que Qmax si Pmin, y:

Luego, derivando en función del tirante, se tiene:

Sustituyendo: Integrantes: Fernández Félix Erick Fernando Julca Vega Jairo Marcos

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2) Calculo de

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en función de θ:

De la figura:

θ = ángulo de inclinación de las paredes del canal con la horizontal Luego:

Expresando en función del ángulo mitad, se tiene:

Luego, sustituyendo las dos últimas expresiones resulta:

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3) Relación entre el ancho de solera y el tirante Reemplazando:

La cual representa la relación entre el ancho de solera y el tirante en un canal trapezoidal para una sección de máxima eficiencia hidráulica. Para el caso particular de un canal rectangular, se tiene

4) Relación entre el radio hidráulico y el tirante Sabemos que:

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Sustituyendo resulta:

Lo que indica que en una sección de máxima eficiencia hidráulica de forma trapezoidal o rectangular (para cualquier valor de Z), el radio hidráulico es igual a la mitad del tirante 5) Condición de máxima eficiencia hidráulica para talud variable En este caso se busca de todas las secciones trapezoidales variables, cual es el talud más eficiente, para ello y se considera constante De:

Finalmente:

Los elementos geométricos para seis secciones hidráulicas óptimas se muestran en la siguiente tabla, pero no siempre esas secciones son prácticas, debido a dificultades en la construcción y en el uso de material. En general, una sección de canal debe diseñarse para cumplir una eficiencia hidráulica óptima pero debe modificarse para tener en cuenta aspectos constructivos. La sección hidráulica Integrantes: Fernández Félix Erick Fernando Julca Vega Jairo Marcos

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óptima es la sección que de un área mínima para un caudal determinado pero no necesariamente la mínima excavación. El principio de la sección hidráulica óptima se aplica solo al diseño de canales no erosionables. Para canales erosionables, debe utilizarse el principio de la fuerza tractiva para determinar una sección eficiente.

Aplicación: diseñar un Canal Trapezoidal revestido de máxima eficiencia Hidráulica. Datos: Área = 750Has, M.R. = 1lt/seg/Has, S = 1.25% (0.0125), Z=

(θ = 60°, Para

máxima eficiencia) n = 0.015 (Libro: Pedro Rodríguez Ruiz, Hidráulica II, Tabla 6. Valores del coeficiente “n” de Manning – Canal Revestido con Concreto) Solución:

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Observación: Los valores determinados con el Software Hcanales V 3.0 (Máximo Villón Béjar) nos arrojaron datos coincidentes en tirante y la base a nuestros cálculos, con la diferencia que nosotros deducimos facilitando el fin constructivo como requiere la práctica y la experiencia.

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