Secciones de Maxima Eficiencia Hidraulica

Curso: Hidráulica Ingeniería Agrícola

Integrantes: Fernández Félix Erick Fernando Julca Vega Jairo Marcos

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



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:



2) Calculo de 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:



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:



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



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:



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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