Transiciones en canales TRANSICIONES EN CANNALES

TRANSICIONES EN CANNALES

1 - Definición . Se puede definir una transición como todo cambio en la geometria de un canal, en dirección, pendiente, forma de la sección etc. Estos cambios geométricos producen cambios en el escurrimiento.

Algunas transiciones sólo producen cambios en una corta distancia próxima a dicha transición, pero existen otras que influencian largos tramos del canal. Las estructuras de transición son generalmente de corto desarrollo, sin embargo pueden afectar al escurrimiento en una gran longitud aguas arriba y/o aguas abajo de la sección donde se produce el cambio geométrico.

En la zona próxima al cambio geométrico, el flujo que se desarrolla presenta las características de un novimiento fuertemente variado, que como sabemos está asociado a dichos cambios geométricos. Sin embargo, frecuentemente, la transición desde el punto de vista hidráulico se completa con curvas de remanso interpuestas entre la sección de la transición y el escurrimiento normal de llegada o de salida.

Las est luctulas de CONTROL (compuertas, vertederos, placas orificios, etc.), son todas transiciones, sin embargo no todas las estructuras de transición actuan siempre como control del escurrimiento.

El comportamiento de estas estructuras varla grandemente con el tipo de escurrimiento que se esté desarrollando si éste es subcritico o supercritico. Esta diferenciación se relaciona no sólo por el diferente comportamiento de la superficie libre frente al mismo cambo geométrico, sino por un fenómeno asociado que es la formación de ondulaciones de la superficie libre. Estas ondulaciones en régimen permanente se denominan ondas estacionarias y producen importantes alteraciones de la superficie libre por encima de los niveles medios normales. Este fenómeno tiene relevancia para el caso de escurrimientos supercríticos y será desarrollado en próximos capitulos,

2 - Expansiones y contracciones. Este párrafo se refiere a ampliaciones o reducciones de la sección del canal. Son cambios geométricos usuales en el diseño de canales y dentro de la amplia varia dedad de posibilidades, interesa distinguir desde el punto de vista conceptual: las que se producen por una discontinuidad en la solera del canal y las que se deben a una modificación en

el ancho medio de la sección.

2-1 Discontinuidad de la solera del canal. Escalones de fondo.

Estas soluciones estructurales en el diseño de canales son frecuentes en la práctica. El resultado del comportamiento del flujo frente a un escalón positivo o negativo en la Solera permite asociar a estos cambios geométricos con contracciones y expansiones de la sección en un plano vertical longitudinal all es currimiento.

Para el caso de un escalón positivo abrupto, es decir un levantamiento de la cota del fondo del canal como el de la figura l, considerando una pérdida de energla local desppreciable por tratarse de un flujo convergente y una pendiente débil del canal, puede plantearse la ecuación de conservación de la energla,

2 2 21+ hl + Ul/2g - 22 + h2 + U2/2 g + J 1-2

2 - - - - - in de o no Foo - - donde J 1-2 es sólo pérdida localizada en A. el escalém ------------- ا --- سست ---- ;1 -.-------- عباس سس۔۔۔۔۔۔۔ ( “

V TIL :ת 之 丁一 。 ܠܬh .

4. r- - - - - - -- Si son conocidas las condiciones del es currimento aguas arriba, puede As 士. - - plantearse el cálculo de la sección aguas ---- = mم abajo de la transición. En ese caso, SSSSS l

2 2 2 2 hc h2 + Q/2g 1/N2 = (21-22) + hl + Q/2g l/Al ب - پ۔ --------------- ..................

. Aż siendo el segundo término función de hl, .السياسييييي كيييفي ーrー

i: /ங் h2 + Q/2 g 1/A2 = F(hl

Q/2g (hl) T - C to -

-l- si o iv ) r. c. d.

ー一ー、

Esta ecuación sólo podrá tener una solución explicita en h2 en el caso de una sección geométricamente sencilla, y con pérdidas de energ la despreciables. En el caso más general para secciones de formas variadas, inclusive la rectangular de ancho comparable al tirante, se deberá recurrir a soluciones por iteración. Para una sección rectamgular de ancho constante B, puede plantearse,

2 & 2 3 2 C1 = (Z1-22) + hl + Q/2gB l/hl -l- h2 - Cill h2 + C2 = 0 con, 2 2

C2 = Q/2g B

La ecuación -1-, es una ecuación de tercer grado que por consiguiente tiene tres soluciones posibles. Fisicamente dos de esas soluciones son reales y deben conducir a los tirantes conjugados posibles en el canal de salida los cuales cumplirán con la condición de energla propia constante en la sección 2. Por consiguiente existe una tercera solución real de la ecuación y ésta deberá ser negativa lo que no tiene realidad fisica en el escurrimiento.

El esquema planteado en la figura l, corresponde a un flujo subcrltico de 1legada y de salida de la transición. Si se combina el escalón con un cambio de pendiente del canal de salida, a supercritica por ejemplo, podrilla tenerse la segunda solución de la ecuación -1-, en régimen supercrítico Figura 2.

Si el flujo de llegada es supercritico, el análisis es idéntico y la ecuación -1- es por supuesto aplicable (Figura 3). En este último caso, si el canal de aguas abajo impone la condición, de escurrimiento subcrítico, habrá un cambio de régimen con un resalto en el canal de llegada y la transición se convierte en una de subcritico a subcrltico (Figura 4).

, και 2 m uru - m - - - ا... اس.س-.--

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figura 2 figura 3 figura 4

El análisis de la variación de la superficie libre en un escalón, puede realizarse sobre la curva de energla propia H = F(h). En particular para el caso de la Figura l, el escurrimiento de llegada es subcritico y la sección

حمي

l puede identificarse con el punto 1 de la curva H-h,

Considerando horizontal el tramo de h canal de llegada y salida afectado por la transición, puede plantearse la condición de Energia total constante entre la sección 1 y 2. El ascenso del fondo en una -

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