GRUPO 6 - SEMANA 10

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Integrates:
Carlos Villareal, Bill
Hernández Calderón, Jesús
Nobile Zegarra, Renato Alexander
Nuñez Pereyra, Alex Daniel
Ortiz Samaniego, Joseph Christian
Sosa Romani, Maite
Mamani Castro, Reyneiro Francisco
Flores Ticuña, Arnold Fracisco
Profesor:
Ing. Velarde Villar, Oscar Fernando 
Curso:
Mecánica de fluidos II.
Diseño de canales no erosionables
DEFINICIÓN
Los canales abiertos se pueden clasificar en dos tipos según su origen, es decir naturales y artificiales. Los canales artificiales a su vez se pueden clasificar en no erosionables (canales revestidos) y erosionables (canales de tierra).
La mayoría de los canales terminados y construidos pueden resistir la erosión satisfactoriamente y se consideran entonces no erosionables.
Los factores a ser considerados en el diseño son: la clase de material que conforma el cuerpo del canal el cual determina el coeficiente de rugosidad, la velocidad mínima permitida, la pendiente del fondo del canal y las pendientes laterales ,la altura libre.
Los materiales de revestimiento pueden ser de arcilla, suelo-cemento, ladrillo, losas de concreto simple o reforzada, etc,
Criterios de diseño para canales no erosionables.
Velocidad mínima permitida: Es la menor velocidad que no iniciara sedimentación y no inducirá el crecimiento de plantas acuáticas y musgo. Esta velocidad es muy incierta y su valor exacto no pude ser fácilmente determinado. 
Pendientes del canal:
La Pendiente longitudinal (S○) La pendiente longitudinal del fondo de un canal esta gobernada generalmente por la topografía y la carga de energía requerida para el flujo de agua. En muchos casos, la pendiente puede depender también del propósito del canal. Por ejemplo, los canales utilizados para propósitos de distribución de agua, tales como los usados en irrigación, suministro de agua, excavación hidráulica, y proyectos de hidropotencia, requieren un nivel alto en el punto de entrega; entonces, una pequeña pendiente es deseable con el objeto de mantener a un mínimo la perdida en elevación. 
 Las pendientes laterales (m) de un canal dependen principalmente de la clase de material otros factores que deben considerarse para determinar las pendiente laterales son el método de construcción, la condición de perdidas por infiltración, los cambios climáticos, el tamaño del canal.
Borde libre: El borde libre de un canal es la distancia vertical desde la parte superior del canal a la superficie del agua en la condición de diseño. Esta distancia debería ser suficiente para prevenir que las olas o fluctuaciones en la superficie del agua desborde los lados. Este factor se hace importante en él diseño de canaletas elevadas, ya que la subestructura de la canaleta puede ser dañada por cualquier desborde. No existe una regla universal aceptada para el calculo del borde libre, debido a que la acción de las ondas o fluctuaciones en la superficie del agua puede crearse por muchas causas como el movimiento del viento y la acción de las mareas, también pueden inducir ondas altas que requieren una consideración en el diseño
Una practica corriente para canales en tierra, es dejar un borde libre o resguardo igual a un tercio del tirante: B.L.= d/3
Mientras en los canales revestidos, el borde libre puede ser la quinta parte del tirante.
 B.L.= d//5
VELOCIDAD PERMISIBLE 
Velocidad permisible en tuberías
La velocidad de un fluido a través de una tubería es algo que se debe analizar pues si esta es demasiado alta se presentan problemas de desgaste de las paredes por fricción la cual puede destruir la película de inhibidor que en algunos casos protege la pared de la tubería dejándola expuesta a la corrosión o si la fricción es muy alta se puede presentar desgaste de la tubería por abrasión ; por otra parte si la velocidad es demasiado baja se pueden presentar problemas de deposición de solidos y esto reduce el tamaño de la tubería .
Velocidad permisible en tuberías
- Las velocidades límite del escurrimiento tienen por finalidad, por una parte, evitar la
sedimentación y azolvamiento de la tubería y por la otra, evitar la erosión de las paredes
del conducto. A estas velocidades se les llama mínima y máxima, respectivamente. 
- A tubo parcialmente lleno, la velocidad mínima permisible es de 60 cm/s.
- Cuando el flujo es a tubo lleno, la velocidad mínima permisible es de 90 cm/s. 
- La velocidad máxima permisible varia de 3 a 5 m/s, e incluso más dependiendo de la
resistencia del material de la tubería.
- En casos excepcionales, en tramos aislados de tubería, se pueden presentar velocidades
de hasta 8 m/s. 
Tabla de velocidades permisibles en tuberías
	TIPO DE TUBERÍA	VELOCIDAD MÁXIMA (m/s) 
	Concreto simple hasta 45 cm de diámetro	3
	Concreto reforzado de 61 cm diámetro o mayores 	3.5
	Fibrocemento	5
	Poli (cloruro de vinilo) PVC 	5
	Polietileno de alta densidad	5
Velocidad Mínima permisible 
La velocidad mínima permisible es la más baja velocidad para la cual no se inicia sedimentación de partículas y/o crecimiento de plantas acuáticas y musgo. Cuando el agua no conduce finos, este factor tiene poca importancia, excepto por su efecto en el crecimiento de plantas
 En general, puede adoptarse una velocidad mínima de 0.60 a 0.90 m/s cuando la presencia de finos es pequeña. Una velocidad no menor a 0.75 m/s evitará el crecimiento de vegetación. La velocidad mínima permisible puede también determinarse mediante la siguiente relación:
Velocidad Máxima Permisible 
Debe señalarse en primer lugar que la velocidad máxima permisible corresponde a la más alta velocidad media que no causa erosión en el canal. Tentativamente puede considerarse, de acuerdo al material que conforma el canal, las velocidades máximas permisibles que se presentan en la tabla siguiente:
VELOCIDAD MÁXIMA PERMISIBLE
VELOCIDAD MÁXIMA PERMISIBLE		
                          Fuerza tractiva critica
La fuerza ejercida por el agua sobre el área mojada de un canal es llamada “fuerza tractiva. se concluye que “el promedio de la fuerza tractiva unitaria es el promedio del esfuerzo cortante”, dado por:
Sin embargo, el esfuerzo cortante del contorno           no es uniformemente distribuido. La distribución varía un poco más con la forma del canal pero no con el tamaño.
 Distribución del esfuerzo cortante sobre el contorno
Entonces de la imagen anterior, el esfuerzo cortante en la solera del canal          será: 
El esfuerzo cortante máximo en los taludes laterales del canal          será igual a:
Reemplazando:
Diseño de canales abiertos
El esfuerzo cortante en la solera y los taludes laterales del canal debe ser mantenido de bajo de aquel valor crítico (τ c ) que causará que el material del canal se mueva. entonces el canal será estable. la fuerza tractiva crítica (τ c ) de una partícula del material es la fuerza tractiva unitaria que no causará erosión del material sobre una superficie horizontal. el material sobre los taludes del canal es sujeto, además del esfuerzo cortante debido al flujo del agua, también a la fuerza de la gravedad debido a la inclinación de los lados. y se ha demostrado que si (τ cb) es la fuerza tractiva crítica, el máximo esfuerzo cortante crítico debido al flujo del agua sobre los lados del canal es:
Ecuación 1
Ecuación 2
Seguidamente igualamos las ecuaciones 1 y 2; y despejando R tenemos:
El primer valor de h puede ser asumido mediante la suposición que R = h.
Con el valor de h y mediante un proceso de prueba y error podemos obtener el valor de b , utilizando la siguiente ecuación:
Siendo: 
Ecuación 3
Es la fórmula para el cálculo práctico de flujos uniformes en canales abiertos
Obteniendo la ecuación siguiente:
Para que finalmente calculemos el valor de R mediante la siguiente expresión:
Ecuación 4
SEGUNDA SESIÓN
Sección de máxima eficiencia hidráulica
máxima eficiencia hidráulica en conductos abovedados
detallesde diseño
SECCÓN DE MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA (SME)
Ecuación de Manning
Ecuación de Continuidad
Ley de Continuidad:
Digamos que tengo:
b = 1m
h = 5m
4m
1.25m
5m
1m
P = 11m
P = 6.5m
P = 7m
b
y
z
Despejando b de la ecua. del área:
Por otro lado:
1
Digamos que tengo:
b = 3.16m
h = 1.58m
P = 6.32m
Calcular: 
b, y, P, Rh
MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA en conductos abovedados
 
MAXIMA ENFICIENCIA EN CONDUCTOS ABOVEDADOS:
En un conducto abovedado a partir de un cierto punto la relación entre el tirante y descarga no es directamente proporcional, sino a la inversa.
Conducto abovedado
VELOCIDAD MAXIMA:
Relación que debe cumplir A y P para obtener la velocidad máxima.
Q MAXIMO:
Relación que debe cumplir A y P para obtener máximo caudal.
CONDUCTOS CERRADOS:
Los cálculos en un conducto cerrado se realizan con las formulas de flujo uniforme, cuando la superficie del agua esta en contacto con la presión atmosférica, es decir cuando presenta una superficie libre.
Los conductos cerrados pueden ser prismáticos (rectangulares o cuadrados) circulares o abovedados.
CARACTERISTICAS GEOMETRICAS DE UNA SECCION CIRCULAR:
Espejo de agua
Área hidráulica
Perímetro mojado
Radio Hidraulico
Sección circular 
CARACTERISTICAS GEOMETRICAS DE UN CONDUCTO ABOVEDADO:
La sección de un conducto abovedado se calcula por partes, como por ejemplo se pone el caso de la figura, aquí se ha seccionado en 3 partes con geometría conocida.