La tasa de flujo gravitacional se calcula utilizando la ecuación de Manning, que se aplica a la tasa de flujo uniforme en un sistema de canal abierto que no se ve afectado por la presión. Algunos ejemplos de sistemas de canales abiertos incluyen arroyos, ríos y canales abiertos hechos por el hombre, como tuberías. la tasa de flujo depende del área del canal y la velocidad del flujo. Si hay un cambio en la pendiente o si hay una curva en el canal, la profundidad del agua cambiará, lo que afectará la velocidad del flujo.
escriba la ecuación para calcular el caudal volumétrico q debido a la gravedad: q = axv, donde a es el área transversal del flujo perpendicular a la dirección del flujo y v es la velocidad promedio del flujo transversal.
usando una calculadora, determine el área de sección transversal a del sistema de canal abierto con el que está trabajando. por ejemplo, si está tratando de encontrar el área de la sección transversal de una tubería circular, la ecuación sería a = (? ÷ 4) x d², donde d es el diámetro interno de la tubería. si el diámetro de la tubería es d = .5 pies, entonces el área de la sección transversal a = .785 x (0.5 pies) ² = 0.196 pies².
escriba la fórmula para la velocidad media v de la sección transversal: v = (k ÷ n) x rh ^ 2/3 xs ^ 1/2, donde n es el coeficiente de rugosidad de la dotación o la constante empírica, rh es el radio hidráulico, s es la pendiente inferior del canal yk es una constante de conversión, que depende del tipo de sistema de unidad que esté utilizando. si nos está utilizando unidades usuales, k = 1.486 y para unidades si 1.0. Para resolver esta ecuación, necesitará calcular el radio hidráulico y la pendiente del canal abierto.
calcule el radio hidráulico rh del canal abierto usando la siguiente fórmula rh = a ÷ p, donde a es el área de flujo de la sección transversal y p es el perímetro humedecido. si está calculando la rh para una tubería circular, entonces a será igual? x (radio de la tubería) ² y p será igual a 2 x? Radio x de la tubería. por ejemplo, si su tubería tiene un área a de 0.196 pies². y un perímetro de p = 2 x? x .25 pies = 1.57 pies, que el radio hidráulico es igual a rh = a ÷ p = 0.196 pies² ÷ 1.57 pies = .125 pies.
calcule la pendiente inferior s del canal usando s = hf / l, o usando la fórmula algebraica pendiente = subida dividida por corrida, al representar la tubería como una línea en una cuadrícula xy. el aumento está determinado por el cambio en la distancia vertical y y la carrera se puede determinar como el cambio en la distancia horizontal x. por ejemplo, encontraste el cambio en y = 6 pies y el cambio en x = 2 pies, entonces la pendiente s =? y ÷? x = 6 pies ÷ 2 pies = 3.
determine el valor del coeficiente de rugosidad de dotación n para el área en la que está trabajando, teniendo en cuenta que este valor depende del área y puede variar en todo el sistema. la selección del valor puede afectar en gran medida el resultado computacional, por lo que a menudo se elige de una tabla de constantes establecidas, pero se puede volver a calcular a partir de mediciones de campo. por ejemplo, descubrió que el coeficiente de dotación de una tubería de metal totalmente recubierta es 0.024 s / (m ^ 1/3) de la tabla de rugosidad hidráulica.
calcule el valor de la velocidad promedio v del flujo conectando los valores que determinó para n, sy rh en v = (k ÷ n) x rh ^ 2/3 xs ^ 1/2. por ejemplo, si encontramos s = 3, rh = .125 pies, n = 0.024 yk = 1.486, entonces v será igual a (1.486 ÷ 0.024s / (ft ^ 1/3)) x (.125 pies ^ 2 / 3) x (3 ^ 1/2) = 26.81 pies / s.
calcular el caudal volumétrico q debido a la gravedad: q = ax v. si a = 0.196 pies² yv = 26.81 pies / s, entonces el caudal gravitacional q = axv = 0.196 pies² x 26.81 pies² / s = 5.26 pies³ / s de caudal volumétrico de agua que pasa a través del tramo del canal.