El índice de flujo gravitacional se calcula utilizando la ecuación de Manning, que se aplica al caudal 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 las tuberías. La velocidad 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 la tasa de flujo volumétrico Q debido a la gravedad: Q = A x V, donde A es el área de la sección transversal del flujo perpendicular a la dirección del flujo y V es la velocidad promedio de la sección transversal del flujo.
Usando una calculadora, determine la cruz -Área seccional A del sistema de canal abierto con el que está trabajando. Por ejemplo, si está tratando de encontrar el área de sección transversal de una tubería circular, la ecuación sería A = (? ÷ 4) x D², donde D es el diámetro interior 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 ft².
Escriba la fórmula para la velocidad promedio V del sección transversal: V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2, donde n es el coeficiente de rugosidad de Manning o constante empírica, Rh es el radio hidráulico, S es la pendiente inferior del canal y k es una constante de conversión, que depende del tipo de sistema de unidad que esté utilizando. Si está utilizando unidades habituales de EE. UU., 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 transversal y P es el perímetro mojado. Si está calculando el Rh para un tubo circular, entonces A será igual? x (radio de la tubería) ² y P será igual a 2 x? x radio de la tubería. Por ejemplo, si su tubería tiene un área A de 0.196 ft². y un perímetro de P = 2 x? x .25 ft = 1.57 ft, que el radio hidráulico es igual a Rh = A ÷ P = 0.196 ft² ÷ 1.57 ft = .125 ft.
Calcule la pendiente inferior S del canal usando S = hf /L, o usando la fórmula algebraica pendiente = subida dividida por corrida, representando la tubería como una línea en una cuadrícula xy. El aumento está determinado por el cambio en la distancia vertical y y el recorrido se puede determinar como el cambio en la distancia horizontal x. Por ejemplo, usted encontró el cambio en y = 6 pies y el cambio en x = 2 pies, entonces cuesta S =? Y ÷? X = 6 pies ÷ 2 pies = 3.
Determine el valor de Manning Coeficiente de rugosidad 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, usted encontró que el coeficiente de Manning de una tubería de metal completamente recubierta es 0.024 s /(m ^ 1/3) de la Tabla de Rugosidad Hidráulica.
Calcule el valor de la velocidad promedio V del flujo por conectando los valores que determinó para n, S y Rh en V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2. Por ejemplo, si encontramos S = 3, Rh = .125 pies, n = 0.024 yk = 1.486, entonces V será igual (1.486 ÷ 0.024s /(ft ^ 1/3)) x (.125 ft ^ 2 /3) x (3 ^ 1/2) = 26.81 ft /s.
Cálculo del caudal volumétrico Q debido a la gravedad: Q = A x V. Si A = 0.196 ft² y V = 26.81 ft /s , entonces el caudal gravitacional Q = A x V = 0.196 ft² x 26.81 ft /s = 5.26 ft³ /s de caudal volumétrico de agua que pasa por el tramo del canal.
