Canal hidràulic

De Viquipèdia
Salta a: navegació, cerca
Canal a la ciutat d'Horten, Noruega.

En enginyeria, un canal hidràulic és una construcció destinada al transport de fluids —generalment utilitzada per dur aigua— i que, a diferència de les canonades, és oberta a l'atmosfera. També s'usen com a vies artificials de navegació. La descripció del comportament hidràulic dels canals és una part fonamental de la hidràulica i el seu disseny pertany al camp de l'enginyeria hidràulica, una de les especialitats de l'enginyeria civil.

El coneixement empíric del funcionament dels canals es remunta a diversos mil·lennis. En l'antiga Mesopotàmia es feien servir canals de reg,[1] en la Roma imperial s'abastien d'aigua mitjançant canals construïts sobre grans aqüeductes, i els habitants del Perú dels Inques construïren en alguns llocs dels Andes canals que encara funcionen. El coneixement i estudi sistemàtic dels canals s'inicia al segle XVIII, amb Chézy, Bazin i d'altres.

Tipus[modifica | modifica el codi]

Canals naturals 
Depressió natural en l'escorça de la Terra, alguns tenen poca fondària i altres en tenen més depenent de si es troben a la muntanya o a la planura. Alguns d'aquesta canals poden permetre la navegació fins i tot sense necessitat de dragar.
Canals de reg 
Vies fetes per conduir l'aigua fins a les zones on es necessita fer-ne una aportació que complementi la precipitació natural.
Canals de navegació 
Es tracta d'una via artificial que connecta llacs, rius o oceans.

Elements geomètrics de la secció del canal[modifica | modifica el codi]

Els elements geomètrics són propietats d'una secció del canal que pot definir-se completament per la geometria de la secció i la profunditat del flux. Tals elements són molt importants per a calcular l'escorriment.

  • Profunditat del flux, calat: la profunditat del flux (h) és la distància vertical del punt més baix de la secció del canal a la superfície lliure.
  • Amplada superior: l'amplada superior (T) és l'amplada de la secció del canal en la superfície lliure.
  • Àrea mullada: l'àrea mullada (A) és l'àrea de la secció transversal del flux normal a la direcció del flux.
  • Perímetre moll: el perímetre moll (P) és la longitud de la línia de la intersecció de la superfície mullada del canal amb la secció transversal normal a la direcció del flux.
  • Radi hidràulic: el radi hidràulic (R) és la relació entre l'àrea mullada i el perímetre moll, s'expressa com:
  • Profunditat hidràulica: la profunditat hidràulica (D) és la relació de l'àrea mullada amb l'amplada superior, s'expressa com:
  • Factor de la secció: el factor de la secció (Z), per a càlculs d'escorriment o flux crític és el producte de l'àrea mullada amb l'arrel quadrada de la profunditat hidràulica, s'expressa com:
El factor de la secció, per a càlculs d'escorriment uniforme és el producte de l'àrea mullada amb la potència 2/3 del radi hidràulic, s'expressa com:

Característiques geomètriques i hidràuliques d'un canal[modifica | modifica el codi]

Les característiques geomètriques són la forma de la secció transversal, les seves dimensions i el pendent longitudinal del fons del canal. Les característiques hidràuliques són la profunditat de l'aigua (h, en m), el perímetre moll (P, en m), l'àrea mullada (A, en m2) i el radi hidràulic (R, en m), totes funció de la forma del canal. També són rellevants la rugositat de les parets del canal, que és funció del material amb el que ha estat construït, l'ús al qual s'ha destinat i del manteniment, i el pendent de la línia d'aigua, que pot ser o n o paral·lel al pendent del fons del canal. El radi hidràulic es defineix com:

essent i l'àrea i el perímetre moll.

Tipus de flux en un canal[modifica | modifica el codi]

Comportament d'un salt hidràulic
Flux permanent 
Un flux permanent és aquell en el qual les propietats fluides romanen constants en el temps, encara que poden no ser constants en l'espai. Les característiques del flux, com són: Velocitat (V), cabal (Q), i calat (h), són independents del temps, si bé poden variar al llarg del canal, essent x l'abscissa d'una secció genèrica, es té que:
V = fv(x)
Q = fq(x)
h = fh(x)
Flux transitori o no permanent 
Un flux transitori presenta canvis en les seves característiques al llarg del temps per al qual s'analitza el comportament del canal. Les situacions de transitorietat es poden donar tant en el flux subcrític com en el supercrític. Les característiques del flux són funció del temps; en aquest cas es té que:
V = fv(x, t)
Q = fq(x, t)
h = fh(x, t)
Flux uniforme 
És el flux que es dóna en una canal recta, amb secció i pendent constant, a una distància considerable (20 a 30 vegades la profunditat de l'aigua en la canal) d'un punt singular, és a dir un punt on hi ha un canvi de secció transversal ja sigui de forma o de rugositat, un canvi de pendent o una variació en el cabal. En el tram considerat, si les funcions mencionades més amunt assumeixen la forma:
V = fv(x) = Constant
Q = fq(x) = Constant
h = fh(x) = Constant
Flux gradualment variat 
El flux és variat: si la profunditat de flux canvia al llarg de la canal. El flux variat pot ser permanent o no permanent. Donat que el flux uniforme no permanent és poc freqüent, el terme "flux no permanent" es farà servir d'aquí en endavant per a designar exclusivament el flux variat no permanent. El flux variat pot classificar-se a més com ràpidament variat o gradualment variat. El flux és ràpidament variat si la profunditat de l'aigua canvia de manera abrupta en distàncies comparativament curtes; d'altra manera és gradualment variat. Un flux ràpidament variat també es coneix com fenomen local; alguns exemples són el ressalt hidràulic i la caiguda hidràulica.
Flux abruptament variat 
Flux subcrític o flux lent
El nivell efectiu de l'aigua en una secció determinada està condicionat a la condició de contorn situada aigües avall.
Flux supercrític o flux veloç
El nivell de l'aigua efectiu en una secció determinada està condicionat a la condició de contorn situada aigües amunt.

Bibliografia[modifica | modifica el codi]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Murakami, Masahiro. «Managing water for peace in the Middle East» (en anglès). United Nations University (UNU) Press, 1995. [Consulta: 25 octubre 2009].

Vegeu també[modifica | modifica el codi]