DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL CANALES ABIERTOS

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO[pic 1]

“SANTIAGO MARIÑO”

EXTENSIÓN BARINAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

CANALES ABIERTOS

Autor: Leonardo Toro García

Curso: Mecánica de Fluidos II

Profesor: Ing. Pedro Luis Guédez Rojas

El Tocuyo, Julio del 2017

RESUMEN

El flujo en canales abiertos es quizá el fenómeno más común producido en la superficie de la tierra. Se puede dar de manera natural, como las olas de los océanos o las corrientes de los ríos, o de manera artificial, como los flujos en alcantarillas y canales. Sin importar cuál sea el caso.

     En todas las situaciones el flujo se caracteriza por tener una interfaz entre el aire y la capa superior de fluido, la cual se denomina superficie libre. En esta superficie la presión es generalmente la atmosférica. En la práctica, el fluido más comúnmente transportado en canales abiertos es el agua, aunque los principios teóricos desarrollados para este caso son aplicables a otros fluidos.

     En este ensayo se presentan las generalidades sobre los canales abiertos, y las condiciones y principios de la física que determinan el flujo del fluido por estas estructuras, que han sido utilizadas desde siglos atrás para el beneficio humano en diferentes campos de aplicación.

INTRODUCCION

Después del aire que respiramos, el agua es el elemento más esencial para el hombre, sin el agua sería imposible la vida animal y vegetal en él planeta. También es un medio eficiente de transferencia de calor y energía y es el solvente más universal que se conoce.

Desde hace por lo menos 5000 años el hombre ha inventado y construido obras para el aprovechamiento del agua que incluyen sistemas de riego, sistemas para abastecimiento de agua y hasta la creación de canales de navegación artificial para reducir distancias.

Civilizaciones antiguas de los viejos y nuevos continentescomo los griegos, egipcios, romanos, chinos,mesopotamos, aztecas y mayas, entre otros,incorporaban canales para llevar el agua de un lugar a otro.

Para aquellas épocas se tenía un conocimiento empírico sobre el funcionamiento de los canales, siendo hasta el siglo XVIII cuando se emplea el conocimiento sistemático de los canales en base a los estudios de investigadores como Chazy, Bazin y otros más.

     La descripción del comportamiento hidráulico de los canales es una parte fundamental de la hidráulica y su diseño pertenece al campo de la ingeniería hidráulica, una de las especialidades de la ingeniería civil.

DEFINICION DE CANALES

En el mundo de la ingeniería, se conoce como canal a “toda aquella construcción destinada a transportar fluidos; generalmente agua, y que, a diferencia de una tubería, estos son abiertos a la atmósfera. En algunos casos, los canales se utilizan como vías artificiales para la navegación.”1

Los canales son conductos abiertos o cerrados en los cuales el fluido circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera; esto quiere decir que el agua fluye impulsada por la presión atmosférica y por su propio peso. [pic 2]

                Figura 1. Conducto abierto y cerrado.

En el diseño de canales para conducción de fluidosse debe aprovechar al máximo la topografía del terreno con el fin de garantizar la conducción por gravedad, con un costo económico.Cuando la diferencia de cotas entre los puntos inicial y final del canal es muy pequeña el diseño resulta en estructuras de grandes secciones con velocidades bajas y peligro de sedimentación.

Por otra parte, diferencias muy grandes de nivel ocasionan un trazado degran pendiente que amenaza con la erosión del canal debido a la velocidad del fluido, o requerimiento de estructuras de caída entre tramos de baja pendiente.

1Rodriguez, Pedro, “Conceptos y elementos de un canal”,URL:http://civilgeeks.com/2010/11/10/conceptos-y-elementos-de-un-canal/, 2010.

CLASIFICACIÓN DE LOS CANALES

     Atendiendo al origen de estos, existe una primera clasificación para los canales, los cuales pueden ser naturales o artificiales:

Canales naturales: 

Incluyen todos los cursos de agua que existen de manera natural en la superficie terrestre, en toda su amplia gama de tamaños; es decir desde los arroyos más pequeños hasta los ríos más grandes y caudalosos. La sección transversal de un canal natural es generalmente de forma muy irregular y variable durante su recorrido, lo mismo que su alineación y las características y aspereza de los lechos.

El estudio de estos canales le corresponde a la rama de la hidráulica aplicada conocida como Hidráulico de ríos o Ingeniería de Ríos.

Canales artificiales:

Los canales artificiales son todos aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo de la mano del hombre, tales como: canales de riego, de navegación, control de inundaciones, canales de centrales hidroeléctricas, alcantarillado pluvial, sanitario, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras, cunetas de drenaje agrícola y canales de modelos construidos en el laboratorio.  

     Por la visibilidad del fluido en el canal, estos se clasifican como abiertos ó descubiertos,y cerrados. Son canales cerrados los canales de alcantarillados, los canales de drenajes urbanos y algunos de drenajes agrícolas, los tramos de los canales de conducción en túneles, algunos tramos de los canales de conducción con fines de protección. Todos los demás canales son descubiertos.

     Por la sección transversal del canal se pueden clasificar como prismáticos y no prismáticos, llamados prismáticos a todo aquel canal construido con sección transversal constante y con pendiente de fondo también constante. De no ser así, el canal es no prismático.

     Entre las secciones transversales más comunes para la construcción de canales se tienen las siguientes:

Sección trapezoidal: Se usa en canales excavados, de tierra sin revestir, debido a que proveen las pendientes necesarias para estabilidad de las paredes, y en canales revestidos.

Sección rectangular: Debido a que el rectángulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza para canales construidos con materiales estables, acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos.

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