Canal (ingeniería)

En ingeniería se denomina canal a una construcción destinada al transporte de

fluidos —generalmente utilizada para agua— y que, a diferencia de las tuberías,

es abierta a la atmósfera. También se utilizan como vías artificiales de navegación.

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.

Cuando un fluido es transportado por una tubería parcialmente llena, se dice que

cuenta con una cara a la atmósfera, por lo tanto se comporta como un canal.

Índice

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2 Clasificación de canales

o 2.1 Canales naturales

o 2.2 Canales de riego

o 2.3 Canales de navegación

3 Elementos geométricos de la sección del canal

4 Características geométricas e hidráulicas de un canal

5 Tipos de flujo en un canal

o 5.1 Flujo permanente

o 5.2 Flujo transitorio o No permanente

o 5.3 Flujo uniforme

o 5.4 Flujo gradualmente variado

o 5.5 Flujo subcrítico

o 5.6 Flujo supercrítico

Clasificación de canales[editar]

Canales naturales[editar]

Artículo principal: Canal natural

Se denomina canal natural a las depresiones naturales en la corteza terrestre,

algunos tienen poca profundidad y otros son más profundos, según se encuentren

en la montaña o en la planicie. Algunos canales permiten la navegación,

generalmente sin necesidad de dragado. Los canales naturales influyen todos los

tipos de agua que existen de manera natural en la tierra, lo cuales varían en

tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas hasta quebradas,

arroyos, ríos pequeños y grandes, y estuarios de mareas. Las corrientes

subterráneas que transportan agua con una superficie libre también son

consideradas como canales abiertos naturales. Las propiedades hidráulicas de un

canal natural por lo general son muy irregulares. En algunos casos pueden

hacerse suposiciones empíricas razonablemente consistentes en las

observaciones y experiencias reales, de tal modo que las condiciones de flujo en

estos canales se vuelvan manejables mediante tratamiento analítico de la

hidráulica teórica.

Canales de riego[editar]

Artículo principal: Canal de riego

Éstos son vías construidas para conducir el agua hacia las zonas que requieren

complementar el agua precipitada naturalmente sobre el terreno.

Los canales de riego tienen la función de conducir el agua desde la captación

hasta el campo o huerta donde será aplicado a los cultivos. Son obras de

ingeniería importantes, que deben ser cuidadosamente pensadas para no

provocar daños al ambiente y para que se gaste la menor cantidad de agua

posible. Están estrechamente vinculados a las características del terreno,

generalmente siguen aproximadamente las curvas de nivel de este, descendiendo

suavemente hacia cotas más bajas (dándole una pendiente descendente, para

que el agua fluya más rápidamente y se gaste menos líquido).

La construcción del conjunto de los canales de riego es una de las partes más

significativas en el costo de la inversión inicial del sistema de riego, por lo tanto su

adecuado mantenimiento es una necesidad imperiosa.

Las dimensiones de los canales de riego son muy variadas, y van desde grandes

canales para transportar varias decenas de m3/s, los llamados canales principales,

hasta pequeños canales con capacidad para unos pocos l/s, son los llamados

canales de campo.

Partes de un canal de riego[editar]

Obra de derivación en construcción.

A lo largo de un canal de riego se sitúan muchas y variadas estructuras, llamadas

"obras de arte", estas son, entre otras:

obras de derivación, que como su nombre lo indica, se usan para derivar el agua

(utilizando partidores), desde un canal principal (ej. una acequia) a uno secundario

(ej. un brazal), o de este último hacia un canal terciario, o desde el terciario hacia

el canal de campo y el cañón de boquera. Generalmente se construyen en

hormigón, o en mampostería de piedra, y están equipadas con compuertas,

algunas simples, manuales (también denominadas tablachos, y otras que pueden

llegar a ser sofisticadas, p.e. manejadas a control remoto;

controles de nivel, muchas veces asociadas a las obras de derivación, son

destinadas a mantener siempre, en el canal, el nivel de agua dentro de un cierto

rango y, especialmente en los puntos terminales, con una inclinación descendente;

controles de seguridad, estos deben funcionar en forma automática, para evitar

daños en el sistema, si por cualquier motivo hubiera una falla de operación

(alguien decía alguna vez, que no puede ser que si una vaca decide acostarse en

el canal a tomar el fresco, todo el sistema, en cascada se autodestruya), esto que

parece una broma es tomado muy en serio por los proyectistas de los sistemas de

riego. Existen básicamente dos tipos de controles de seguridad: los vertederos, y

los sifones;

secciones de aforo, destinadas a medir la cantidad de agua que entra en un

determinado canal, en base al cual el usuario del agua pagará, por el servicio.

Existen diversos tipos de secciones de aforo, algunas muy sencillas, constan de

una regla graduada que es leída por el operador a intervalos pre establecidos,

hasta sistemas complejos, asociados con compuertas autorregulables, que

registran el caudal en forma continua y lo trasmiten a la central de operación

computarizada;

obras de cruce del canal de riego con otras infraestructuras existentes en el

terreno, pertenecientes o no al sistema de riego. Estas a su vez pueden ser de:

o cruce de canal de riego con un canal de drenaje del mismo sistema de riego;

o cruce de un dren natural, con el canal de riego, a una cota mayor que este último

o cruce de canal de riego con una hondonada, o valle;

o cruce de canal de riego con una vía.

Canales de navegación[editar]

Artículo principal: Canal de navegación

Un canal de navegación es una vía de agua hecha por el hombre que

normalmente conecta lagos, ríos u océanos.

Un canal de navegación es una vía de agua, a menudo de origen artificial, que

normalmente conecta lagos, ríos u océanos. Se utilizan para el transporte, a

menudo surcados por barcazas en los canales fluviales y por barcos en los

canales que conectan océanos.

Los canales interiores precedieron el desarrollo del ferrocarril durante la

Revolución Industrial y algunos de ellos fueron posteriormente secados y

utilizados como pasos libres para construir vías férreas.

El estudio de la utilización de los canales se ha desarrollado a lo largo de los

siglos por Leonardo da Vinci y muchos genios dedicado mucha energía para su

mejoramiento. Entre otras cosas ha aportado varias ideas para el desarrollo de los

canales que circundan Milán, (los llamados “Navigli”) totalmente artificiales, estos

conectan la ciudad con los ríos Tesino, y Adda. A través de estos últimos,

indirectamente se podía llegar por vías fluviales hasta el lago Mayor hacia el norte,

utilizando el río Po, hasta el mar Adriático al este. Utilizando estas vías fluviales,

relativamente pequeñas y poco profundas, el trasporte de mercaderías se hacía

por medio de barcazas de fondo casi plano, por este medio se transportó en gran

medida los materiales de construcción que se utilizaron para la construcción de la

ciudad.1

Entre los ejemplos de grandes canales que han cambiado en gran medida la

economía de enteros continentes están ciertamente el Canal de Suez y el Canal

de Panamá. Con la apertura de estas grandes obras de ingeniería, los tiempos de

transporte intercontinentales se redujeron drásticamente y marcaron un

crecimiento exponencial del comercio de occidente con el Extremo Oriente.

Otro tipo de canal muy característico es el que permite la navegación al interior de

las ciudades. Un ejemplo de canales navegables internos a la ciudad pueden ser

los canales de Taranto, donde los canales permiten el acceso de los buques de

guerra hasta el Arsenal Militar Marítimo, en la ciudad. Pero el mejor ejemplo es

naturalmente el de Venecia: si bien que otras ciudades (por ejemplo Ámsterdam)

poseen varios kilómetros de vías navegables en su interior, Venecia es el único

ejemplo en el mundo de una ciudad en la cual el único modo de moverse, además

del peatonal, es a través de su intrincada red de canales.

Índice

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1 Algunos canales conocidos mundialmente

2 En Europa

3 Usos distintos de los canales

4 Véase también

5 Referencias

6 Enlaces externos

Algunos canales conocidos mundialmente[editar]

Canales congelados en Brujas (Brugge), Bélgica (1 de enero del 2008).

Canal de Alsacia

Canal de Corinto

Canal de Kiel , comunica el mar del Norte con el mar Báltico en Alemania

Canal de Panamá , comunica el océano Atlántico y el océano Pacífico en Panamá

Canal Rin-Meno-Danubio

Canal de la Mancha , comunica Francia con Inglaterra

Canal Beagle , comunica Argentina con Chile

Canal de Suez , comunica el mar Mediterráneo con el mar Rojo

Canal Volga-Don

Canal Esclusas San Antonio, en Uruguay (en proyecto)

En Europa[editar]

Canal de Castilla

Canal del Duero

Canal de Isabel II

Canal Imperial de Aragón

Elementos geométricos de la sección del canal[editar]

Los elementos geométricos son propiedades de una sección del canal que puede

ser definida enteramente por la geometría de la sección y la profundidad del flujo.

Estos elementos son muy importantes para los cálculos del escurrimiento.

Profundidad del flujo, calado o tirante: la profundidad del flujo (h) es la distancia

vertical del punto más bajo de la sección del canal a la superficie libre.

Ancho superior: el ancho superior (T) es el ancho de la sección del canal en la

superficie libre.

Área mojada : el área mojada (A) es el área de la sección transversal del flujo

normal a la dirección del flujo.

Perímetro mojado : el perímetro mojado (P) es la longitud de la línea de la

intersección de la superficie mojada del canal con la sección transversal normal a

la dirección del flujo.

Radio hidráulico: el radio hidráulico (R) es la relación entre el área mojada y el

perímetro mojado, se expresa como: R = A / P

Profundidad hidráulica: la profundidad hidráulica (D) es la relación del área

mojada con el ancho superior, se expresa como: D = A / T

Factor de la sección: el factor de la sección (Z), para cálculos de escurrimiento o

flujo crítico es el producto del área mojada con la raíz cuadrada de la profundidad

hidráulica, se expresa como: Z = A. SQRT (D)

El factor de la sección, para cálculos de escurrimiento uniforme es el producto del

área mojada con la poténcia 2/3 del radio hidráulico, se expresa como: A. R^(2/3)

Características geométricas e hidráulicas de un canal[editar]

Las características geométricas son la forma de la sección transversal, sus

dimensiones y la pendiente longitudinal del fondo del canal.

Las características hidráulicas son la profundidad del agua (h, en m), el perímetro

mojado (P, en m), el área mojada (A, en m 2) y el radio hidráulico (R, en m), todas

función de la forma del canal. También son relevantes la rugosidad de las paredes

del canal, que es función del material en que ha sido construido, del uso que se le

ha dado y del mantenimiento, y la pendiente de la línea de agua, que puede o no

ser paralela a la pendiente del fondo del canal.

El radio hidráulico se define como:

donde y son el área y el perímetro mojado.

Véase también: Radio hidráulico

Tipos de flujo en un canal[editar]

Flujo permanente[editar]

Un flujo permanente es aquel en el que las propiedades fluidas permanecen

constantes en el tiempo, aunque pueden no ser constantes en el espacio.

Las características del flujo, como son: Velocidad (V), Caudal (Q), y Calado (h),

son independientes del tiempo, si bien pueden variar a lo largo del canal, siendo x

la abscisa de una sección genérica, se tiene que:

V = fv(x)

Q = fq(x)

h = fh(x)

Flujo transitorio o No permanente[editar]

Un flujo transitorio presenta cambios en sus características a lo largo del tiempo

para el cual se analiza el comportamiento del canal. Las características del flujo

son función del tiempo; en este caso se tiene que:

V = fv(x, t)

Q = fq(x, t)

h = fh(x, t)

Las situaciones de transitoriedad se pueden dar tanto en el flujo subcrítico como

en el supercrítico.

Flujo uniforme[editar]

Es el flujo que se da en un canal recto, con sección y pendiente constante, a una

distancia considerable (20 a 30 veces la profundidad del agua en el canal) de un

punto singular, es decir un punto donde hay una mudanza de sección transversal

ya sea de forma o de rugosidad, un cambio de pendiente o una variación en el

caudal. En el tramo considerado, se las funciones arriba mencionadas asumen la

forma:

V = fv(x) = Constante

Q = fq(x) = Constante

h = fh(x) = Constante

Flujo gradualmente variado[editar]

El flujo es variado: si la profundidad de flujo cambia a lo largo del canal. El flujo

variado puede ser permanente o no permanente. Debido a que el flujo uniforme no

permanente es poco frecuente, el término “flujo no permanente” se utilizará de

aquí para adelante para designar exclusivamente el flujo variado no permanente.

El flujo variado puede clasificarse además como rápidamente variado o

gradualmente variado. El flujo es rápidamente variado si la profundidad del agua

cambia de manera abrupta en distancias comparativamente cortas; de otro modo

es gradualmente variado. Un flujo rápidamente variado también se conoce como

fenómeno local; algunos ejemplos son el resalto hidráulico y la caída hidráulica.

Flujo Crítico Cuando Froude vale uno o cuando la velocidad es igual que la raíz

cuadrada de la gravedad por la profundidad.

Flujo subcrítico[editar]

En el caso de flujo subcrítico, también denominado flujo lento, el nivel efectivo del

agua en una sección determinada está condicionado al nivel de la sección aguas

abajo.

Flujo supercrítico[editar]

En el caso de flujo supercrítico, también denominado flujo veloz, el nivel del agua

efectivo en una sección determinada está condicionado a la condición de contorno

situada aguas arriba