Flujo gradualmente variado, método estándar.

Summary

Este video explica el proceso de cálculo del perfil hidráulico de un canal trapezoidal dividido en dos tramos. Se calcula la profundidad normal y crítica en cada tramo utilizando la ecuación de Manning, teniendo en cuenta el gasto, la pendiente y la rugosidad del canal. El proceso incluye la determinación iterativa de estas profundidades a través de cálculos de energía específica y flujo, aplicados mediante la herramienta Buscar Objetivo en Excel. Finalmente, se genera una gráfica del perfil del canal, mostrando cómo varían las profundidades a medida que avanza el flujo a lo largo del canal.

Takeaways

• 😀 El objetivo del ejercicio es calcular el perfil de un canal compuesto por dos tramos, utilizando la metodología estándar.
• 😀 Se utilizan parámetros como el ancho de la plantilla (4 metros), el coeficiente de rugosidad (0.015), y el gasto de 20 metros cúbicos por segundo.
• 😀 El cálculo del tirante normal es fundamental en este ejercicio, y se realiza mediante la ecuación de Manning, considerando área, perímetro, y radio hidráulico.
• 😀 Se emplea el método de 'buscar objetivo' en Excel para encontrar el valor del tirante normal que satisface las condiciones del flujo.
• 😀 Para calcular el tirante crítico, se utiliza una ecuación que depende del gasto, la gravedad, el área y el ancho de la superficie.
• 😀 El perfil se calcula de forma iterativa, comenzando desde el tirante crítico y avanzando hacia el tirante normal a lo largo de los tramos.
• 😀 En el primer tramo, el flujo comienza desde el tirante crítico y se calcula hacia aguas arriba hasta alcanzar el tirante normal.
• 😀 En el segundo tramo, el flujo comienza desde el tirante crítico y se calcula hacia aguas abajo, con el objetivo de llegar al tirante normal.
• 😀 La sección del canal se modela como trapezoidal, lo que requiere el cálculo de área y perímetro de cada sección para determinar la velocidad y la energía específica.
• 😀 El ejercicio finaliza con la creación de una gráfica que muestra el comportamiento del perfil del canal, utilizando los resultados obtenidos de los cálculos.

Q & A

¿Cuál es el objetivo principal del ejercicio descrito en el guion?

El objetivo principal es calcular el perfil de un canal dividido en dos tramos, utilizando métodos hidráulicos para determinar los tirantes normales y críticos y luego calcular el perfil a lo largo de estos tramos.

¿Qué parámetros iniciales se mencionan para el cálculo del perfil del canal?

Los parámetros iniciales incluyen el ancho del canal de 4 metros, el coeficiente de rugosidad de 0.015, un gasto de 20 metros cúbicos por segundo, y un tirante inicial de 2 metros.

¿Cómo se calcula el tirante normal en el ejercicio?

El tirante normal se calcula utilizando la ecuación de Manning, que depende del área, perímetro, y radio hidráulico de la sección del canal, así como la pendiente y el coeficiente de rugosidad.

¿Qué es el tirante crítico y cómo se calcula?

El tirante crítico es la profundidad en la que el flujo cambia de subcrítico a supercrítico. Se calcula usando una fórmula que involucra el gasto de agua, la gravedad, el área y el ancho de la superficie del canal.

¿Qué herramienta de Excel se utiliza en el proceso de cálculo y para qué se utiliza?

Se utiliza la herramienta 'Búsqueda de Objetivo' de Excel, que permite encontrar los valores de tirante que satisfacen las ecuaciones hidráulicas al modificar las profundidades propuestas hasta que se cumpla la condición de cero en los cálculos.

¿Por qué se realiza el cálculo del perfil hacia aguas arriba y aguas abajo?

El cálculo hacia aguas arriba se realiza para el primer tramo, comenzando con el tirante crítico, y hacia aguas abajo en el segundo tramo para verificar cómo el flujo se normaliza y llega al tirante normal.

¿Qué se espera al llegar al tirante normal en el cálculo?

Se espera que, al llegar al tirante normal, el flujo se haya estabilizado, es decir, que el flujo haya alcanzado un estado en el que el tirante ya no cambie de manera significativa a lo largo del tramo.

¿Qué ocurre si el flujo no se normaliza después de un tramo determinado?

Si el flujo no se normaliza, significa que el flujo aún está en un régimen inestable, lo cual se observa cuando el tirante continúa cambiando incluso después de avanzar una distancia considerable, como en el segundo tramo del canal.

¿Qué tipo de sección se asume en los cálculos de este ejercicio?

Se asume una sección trapezoidal para el cálculo del área y perímetro del canal, lo que es fundamental para aplicar las ecuaciones hidráulicas necesarias para determinar los tirantes.

¿Cómo se obtiene el perfil completo del canal al final del cálculo?

El perfil completo del canal se obtiene calculando las distancias a las que se presentan los diferentes tirantes a lo largo de cada tramo y graficando los resultados, lo que permite visualizar cómo varía el tirante a medida que el flujo avanza.