Secciones de Maxima Eficiencia Hidraulica

Curso: Hidráulica Ingeniería Agrícola

Integrantes:Fernández Félix Erick FernandoJulca Vega Jairo Marcos

SECCIONES DE MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA

Uno de los factores que intervienen en el costo de construcción de un canal es el volumenpor excavar; este a su vez depende de la sección transversal. Mediante ecuaciones sepuede plantear y resolver el problema de encontrar la menor excavación paraconducir un caudal dado, conocida la pendiente. La forma que conviene dar a unasección de magnitud dada, para que escurra el mayor caudal posible, es lo que se hallamado “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 delcaudal:

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 hidráulicoes 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



RELACIONES GEOMETRICAS Sección trapezoidal1) Considerando un talud Z conocido (constante)

Sabemos que:

Sabemos que Qmax si Pmin, y:

Luego, derivando en función del tirante, se tiene:

Sustituyendo:



2) Calculo de en función de θ:De la figura:

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

Expresando en función del ángulo mitad, se tiene:

Luego, sustituyendo las dos últimas expresiones resulta:



3) Relación entre el ancho de solera y el tiranteReemplazando:

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 tiranteSabemos que:



Sustituyendo resulta:

Lo que indica que en una sección de máxima eficiencia hidráulica de forma trapezoidalo rectangular (para cualquier valor de Z), el radio hidráulico es igual a la mitad deltirante

5) Condición de máxima eficiencia hidráulica para talud variableEn este caso se busca de todas las secciones trapezoidales variables, cual es el taludmás eficiente, para ello y se considera constanteDe:

Finalmente:

Los elementos geométricos para seis secciones hidráulicas óptimas se



muestran enla siguiente tabla, pero no siempre esas secciones son prácticas, debido adificultades en la construcción y en el uso de material. En general, una sección decanal debe diseñarse para cumplir una eficiencia hidráulica óptima pero debemodificarse para tener en cuenta aspectos constructivos. La sección hidráulica



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





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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