Hidraulica de canales S3 s1

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HIDRAULICA DE CANALES
CALCULO EN CANALES- MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA 
Mg. Giovene Pérez Campomanes
Logro específico de aprendizaje:
Al término de la unidad, el estudiante diseñara canales en
condiciones normales, con distintas secciones
transversales y borde libre.
3
INVESTIGACIONES
El modelado CFD bidimensional y tridimensional se utiliza el programa FLUENT. El Naver
Stokes promediado por Reynolds las ecuaciones se clasifican utilizando un método de
volumen de control y se resuelven utilizando el SIMPLE algoritmo. Las iteraciones continúan
hasta que la suma de los residuos normalizados es menor que 10-3.
Los resultados de un modelo numérico se emplean para estimar los perfiles de velocidades
para canal principal aguas abajo en la unión de 90 ° con el flujo completamente turbulento.
Se ha realizado entre resultados numéricos y velocidades experimentales medidas con
diferentes relación de descarga. Las comparaciones indican que la simulación 2D captura la
mayoría de acuerdo de tendencias. El estudio demuestra que un modelo 3D robusto puede
complementar los estudios experimentales en la comprensión del campo de flujo complejo en
90 ° abierto cruce de canal (Musa Habib Al-Shammary, 2009).
Los resultados de nuestro estudio han establecido que el aumento
del radio del círculo que forma el segmento conduce a una
disminución de la velocidad del flujo. Además, la velocidad del flujo
aumenta con el aumento de la profundidad.
El aumento del área de flujo resulta en una disminución de la
velocidad del flujo. Adicionalmente, un aumento en el coeficiente
de rugosidad da como resultado una disminución en la velocidad del
flujo(Marangu PK, Mwenda E and Theuri DM,2016).
Los resultados experimentales se compararon con los valores del mejor modelo
CFD. El error relativo fue inferior al 10%. Se utilizó un modelo CFD validado para
analizar la influencia de la rugosidad del lecho en la distribución de
velocidades en tubería. La velocidad disminuye mientras aumenta la rugosidad
del lecho, particularmente en la región de la superficie libre. Además, se investigó
la distribución del esfuerzo cortante límite con diferentes caudales y lechos
alturas de rugosidad. La distribución se vuelve más uniforme a medida que
aumenta el caudal y menos uniforme mientras aumentando la rugosidad del
lecho. El esfuerzo cortante sobre el lecho rugoso es mayor que el sobre el lecho
liso. Los resultados mostraron que el modelo CFD podría simular
razonablemente el flujo en canales abiertos bajo diferentes condiciones de
borde(M. Alihosseini, P.U. Thamsen,2018)
En el diseño de las mejores secciones trapezoidales hidráulicas para
canales abiertos que emplean hojas de cálculo, su uso es eficiente,
preciso, fácil y simple.
Además, es obvio que este diseño puede implementarse gobernando la
velocidad del agua para que esté dentro del rango requerido para evitar
la socavación y sedimentación en canales de riego y desagües de
proyectos de riego.
SE puede aplicar la misma técnica para obtener las mejores secciones
hidráulicas para circulares y otras secciones para canales abiertos
.
TOMAR EN CUENTA
ELEMENTOS BASICOS
EN EL DISEÑO:
Debemos conocer los
siguientes datos:
• Caudal de agua que se ha de
conducir (Q).
• Probable longitud del canal.
• Datos climatológicos de la zona .
• Limitaciones económicas para la
construcción del canal.
• Planos topográficos o
catastrales.
• Probables formas de captación
de la fuente.
• Tipo de canal (conducción o
distribución).
ELEMENTOS BASICOS EN
EL DISEÑO:
• Estudios geológicos, salinidad,
suelos, hidrología, vegetación.
• Trabajo en el gabinete el trazo
preliminar.
• El replanteo en el campo, y con los
ajustes necesarios se obtiene el
Trazo definitivo.
Los trabajos
topográficos, teniendo
las siguientes fases:
a) 
Reconocimiento 
del terreno. 
b) Trazo 
preliminar.
c) Trazo 
definitivo.
• Se realiza después que se ha
construido la plataforma, de
acuerdo a las especificaciones
técnicas.
• Verificar las características
geométricas del canal en recta
y curva.
• Trazar la base inferior y
superior del canal, teniendo en
cuenta si va ser o no revestido.
• Replantear las medidas
trazadas con las
especificaciones.
Criterios
para el
trazado:
Se debe estudiar la 
posibilidad de rectificar la 
alineación acortando su 
longitud.
Es necesario 
comparar el costo 
de las distintas 
alternativas.
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Canal La Mora
Canal Lacramarca
Los túneles se construyen cuando
representan una solución mas económica o
mas estable que un canal abierto(*).
Diseño de canales:
Los factores a considerar en el
diseño de canales son:
Material
• Pendiente
• Talud
• Borde libre
• Velocidad mínima y máxima permisible
1. Material:
• Nos permite 
determinar: Rugosidad del 
canal, n o K
Angulo 
natural de 
reposo, Ø.
Velocidad máxima
no erosiva, Vmax .
• El tipo de material:
los canales
erosionables y no
erosionables.
2 Velocidad mínima permisible:
Es la más baja velocidad para la
cual no se inicia la sedimentación
de partículas y/o crecimiento de
plantas acuáticas y musgo.
Se puede adoptarse una
velocidad mínima de 0.60 a 0.90
m/s cuando la presencia de
sedimentos finos es pequeña.
Una velocidad no menor a 0.75
m/s evitará el crecimiento de
vegetación.
Casos a considerar:
Canales erosionables y no erosionables
Canales no erosionables: Son aquellos revestidos
o excavados en roca.
Canales erosionables: Son aquellos excavados
en material natural.
Su diseño se efectúa por alguno de los siguientes
métodos:
• Velocidad máxima permisible.
• Fuerza tractiva.
En forma resumida, algunos valores usuales de Vmax son los
siguientes:
Material Vmax (m/s)
Arcilla dura 1.15
Grava fina 0.75
Grava gruesa 1.25
Cascajo 1.55
En canales
sinuosos: Es
necesario
reducir las
velocidades
admisibles
según Lane:
Canales
ligeramente
sinuosos: 5%.
Canales
moderadament
e sinuosos:
13%.
Canales muy
sinuosos:
22%.
Método de la velocidad máxima permisible se
resume en los siguientes pasos:
Fijar la pendiente longitudinal del canal.
Estimar la rugosidad, seleccionar el talud y
adoptar un valor de la velocidad máxima
permisible, tomando en cuenta el tipo de
material que conforma el canal.
Determinar el radio
hidráulico (R).
Calcular el área de la
sección (A), (V)
(normalmente V =
Vmax).
Aplicando la ecuación
de continuidad.
Determinar el
perímetro mojado
mediante la relación: P
= A/R.
• Usando las siguientes expresiones relativas a la sección del
canal:
• Determinar los valores de las dos incógnitas existentes (“b” y
“y”).
• Disponer un margen libre adecuado
2zybyA +=
212 zybP ++=
Máxima eficiencia hidráulica:
El cumpliendo para la misma área y pendiente la conducción del
mayor caudal posible, dado que ésta condición está referida a un
perímetro húmedo mínimo, la ecuación que determina la sección
de máxima eficiencia hidráulica.
Sección Hidráulica Optima :
Para la misma área y pendiente
conduce el mayor caudal, ésta
condición está referida a un
perímetro húmedo mínimo, y se
obtiene con la ecuación:
Mínima Infiltración: 
Cuando se quiere obtener la menor pérdida posible de agua por
infiltración en canales de tierra, esta condición depende del tipo de suelo
y del tirante del canal, la ecuación que determina la mínima infiltración
Determinación de mínima
infiltración:
Esta condición depende del tipo de
suelo y del tirante del canal, la
ecuación que determina la mínima
infiltración es:
La siguiente tabla presenta estas condiciones,
además del promedio el cual se recomienda:






=
2
*4

tg
y
b
Relación plantilla vs. tirante para, máxima eficiencia,
mínima infiltración y el promedio de ambas.
Talud Angulo Máxima 
eficiencia
Mínima infiltracion Promedio 
Vertical 90°00´ 2 4 3
1 / 4 : 1 75°58´ 1.56 3.12 2.34
1 / 2 : 1 63°26´ 1.23 2.47 1.85
4 / 7 : 1 60°15´ 1.16 2.32 1.74
3 / 4 : 1 53°08´ 1 2 1.50
01:01 45°00´ 0.82 1.65 1.24
1 ¼ : 1 38°40´ 0.70 1.40 1.05
1 ½ : 1 33°41´ 0.601.21 0.90
02:01 26°34´ 0.47 0.94 0.70
03:01 18°26´ 0.32 0.64 0.48
Ejercicio 01
Un canal de sección rectangular con revestimiento de concreto de acabado
normal tiene sección de máxima eficiencia y debe transportar un gasto Q = 20
/s con un tirante normal , y n =0.013. Calcule:
a) calcule pendiente necesaria para obtener las condiciones que se enuncian.
b) Si ¿cuál es el nuevo gasto?
c) calcule el gasto con la pendiente que se obtuvo en el inciso a y con un
ancho de plantilla b = 6m.
Ejercicio 02
Se desea transportar un gasto Q = 100 /s por un canal trapecial con velocidad
V = 16m/s, revestido con concreto (n = 0.014) y talud m = 0.25. Calcular:
a) Calcule el ancho de la plantilla b, y el tirante normal para la sección máxima
eficiencia hidráulica y la pendiente longitudinal del canal
b) si b = 6m y con la calculada en el inciso anterior, ¿Qué gasto puede llevar la
nueva sección de máxima eficiencia?
Ejercicio 03
En la figura se muestra una tubería parcialmente llena que transporta 10
pies3/s. si el n de Manning es 0.015, ¿Cuál es la pendiente necesaria para un
flujo normal de 50 pie3/s?
INSTRUMENTO DE EVALUACIÓN
CRITERIO DESCRIPCIÓN NL EP L COMENTARIO PTJE
Trabajo colaborativo Colaboran entre 4 o 5 estudiantes para el diseño y elaboración 
de la propuesta de sesión de clase.
0 2 4
Gestión de la información
Presenta información relevante de manera clara y precisa.
0 3 6
Redacción
Redacta la información de manera legible y cuidando las reglas 
ortográficas.
0 2 4
Material de apoyo Presenta material o recurso adicional de manera creativa.
0 2 4
Puntualidad La entrega del trabajo cumple con los plazos establecidos
0 1 2
• Al finalizar la sesión de aprendizaje los estudiantes cuentan con la capacidad para evaluar el
diseño de canales, aplicando el concepto de máxima eficiencia hidráulica, las mismas que
son importantes para las precipitaciones máximas probable y la aplicación, a traves de
ejercicios prácticos, demostrando, orden, información precisa , redacción legible y
puntualidad.
CONCLUSIONES FINALES:
Conclusiones:
Tomar el conocimiento del concepto de Máxima eficiencia
hidráulica(MEH), para su aplicación en el calculo para el diseño de
canales circulares y no circulares en un flujo internos y externos.
Aprender su aplicación a traves de la ejecución y desarrollo de
ejercicios.
BIBLIOGRAFIA
N° Referencias Bibliográficas
Naudascher, E. (2013). Hidráulica de canales: diseño de estructuras. (1° ed.). México: 
Limusa. 
Autoridad Nacional del Agua. (2010). Manual: Criterios de diseños de obras hidráulicas 
para la formulación de proyectos hidráulicos multisectoriales y de afianzamiento hídrico. 
Dirección de Estudios de Proyectos Multisectoriales.
Pérez, G (2016). Manual de obras hidráulicas.
https://civilgeeks.com/2016/03/12/manual-de-obras-hidraulicas-ing-giovene-perez-
campomanes/
Villón, M. (2007). Hidráulica de Canales. (2° ed.). Editorial Villón. 
Saldarriaga, J. (2007). Hidráulica de Tuberías. Universidad de los Andes. Editorial 
Alfaomega. 
Chow Ven Te. Open Channels Hydraulics, Editorial Diana
EMAIL:
C18640@utp.edu.pe
Web: http://es.slideshare.net/gioveneperezcampomanes/edit_my_uploads
PREGUNTAS
Gracias
Docente: Mg. Ing. Giovene Pérez Campomanes.