Canales y tuberías
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Calculadora hidráulica
Geometría
Para rectangular, z se ignora.
Hidráulica
Resultado
Esquema de secciones
Recomendaciones rápidas
- Para canaletas de agua limpia, velocidades de 0,6 a 3,0 m/s suelen ser razonables como chequeo preliminar.
- Si Fr > 1, el flujo es supercrítico y puede requerir revisión de transiciones, saltos hidráulicos y disipación.
- El borde libre debe definirse por criterio de proyecto; esta app solo calcula el borde libre geométrico H - y.
- Para sólidos, relaves o escurrimientos con sedimentos se debe revisar velocidad mínima y abrasión.
Biblioteca de rugosidades
n de Manning [s/m⅓]. Valores orientativos: selecciona una referencia y ajusta según juntas, desgaste, vegetación y mantenimiento. Los valores de aplicación son elecciones iniciales dentro del rango, no una especificación del material.
| Material / condición | Referencia n | Aplicar n |
|---|
Rugosidad manual.
Fuentes: FHWA HDS-4, tablas 12 y 15; plástico liso: TxDOT, Hydraulic Design Manual 2019, tabla 4-9.
Ejemplos resueltos
Cada ejemplo muestra sus datos y resultado. «Cargar ejemplo» completa la calculadora para explorar cambios.
Formulación teórica
La ecuación de Manning estima el flujo permanente y uniforme. En estas condiciones, la pendiente de energía Sf se aproxima a la pendiente del fondo S. Se supone n constante en toda la sección.
V = Q/A · R = A/P
Dh = A/T · Fr = V/√(g Dh)
Q: caudal [m³/s]; V: velocidad media [m/s]; A: área mojada [m²]; P: perímetro mojado [m]; R: radio hidráulico [m]; T: ancho de superficie libre [m]; Dh: profundidad hidráulica [m], distinta del diámetro hidráulico 4R; g = 9,81 m/s²; S: pendiente [m/m]. Ejemplo: 0,5 % = 0,005 m/m.
Canales rectangulares y trapezoidales
Rectangular: A = by; P = b + 2y; T = b.
Trapezoidal: A = y(b + zy); P = b + 2y√(1 + z²); T = b + 2zy.
b es el ancho de fondo; y el tirante; z el talud horizontal por unidad vertical (2H:1V → z = 2). Borde libre geométrico = H − y. Si y supera H, el tirante corresponde a la prolongación teórica de la sección y se informa desborde.
Tubería circular parcialmente llena
A = D²(θ − sen θ)/8
P = Dθ/2 · T = D sen(θ/2)
θ en radianes; D es el diámetro interior; 0 < y ≤ D. A sección llena: A = πD²/4, P = πD y R = D/4. No se informa Froude a sección llena, pues no existe superficie libre.
Con n constante, el máximo caudal ocurre aproximadamente a y/D = 0,938 y equivale a 1,076 veces Q lleno. Entre Q lleno y Q máximo existen dos tirantes posibles: la app entrega el menor y muestra el superior como alternativa. Las condiciones de contorno determinan cuál puede establecerse.
Solución numérica y alcance
El tirante normal se obtiene por bisección de Q(y) − Q objetivo. En canales se amplía el intervalo hasta encerrar la solución; en tuberías se calcula primero el máximo y se buscan las raíces en cada rama.
Fr < 1 indica flujo subcrítico; Fr = 1, crítico; Fr > 1, supercrítico. Cerca de 1 se señala proximidad al régimen crítico. La referencia de velocidad y el umbral de borde libre son alertas preliminares ajustables o explicadas, no criterios normativos.
La app no calcula remansos, pérdidas locales, control de entrada/salida, transitorios ni redes a presión. Q lleno es una referencia de Manning bajo la pendiente indicada; para dimensionar una conducción a presión se requiere un balance de energía y un método apropiado como Darcy–Weisbach.
Referencias: FHWA, Introduction to Highway Hydraulics y EPA SWMM, Reference Manual Vol. II — Hydraulics.