BIFURCACIONESEl flujo en la bifurcacin de un canal (unin o separacin), es un fenmeno que envuelve numerosas variables, tal como los caudales, que escurren por ella, ngulo de interseccin, forma y pendiente de los canales, direccin y magnitud de los caudales, redondeo en el muro de unin o separacin, etc. A esto debe agregarse la posibilidad de rgimen subcrtico o supercrtico o de un cambio de rgimen. El problema es tan complicado que slo algunos casos simples y especficos han sido estudiados, y por lo mismo, sus resultados difcilmente pueden generalizarse; por lo que, es ms recomendable un estudio en modelo hidrulico para cada caso particular que una aproximacin terica del problema, cuando se desea seguridad y precisin en los resultados.

COMPORTAMIENTO GENERAL EN SEPARACIONESEl comportamiento del perfil de flujo en rgimen subcrtico depende de las condiciones de frontera de los canales secundarios; haciendo el clculo del perfil del agua en la direccin contraria al escurrimiento y hacia el punto de separacin. El caudal en el canal principal se distribuye hacia los secundarios, cumpliendo con la condicin de que se debe tener igual energa en el sitio de la separacin al considerar las prdidas de carga hidrulica. En la Figura 10-18 se muestran perfiles de flujo en una separacin a rgimen subcrtico, sin cambio de rgimen.

En rgimen supercrtico, el comportamiento del flujo queda determinado desde aguas arriba, es decir, desde el canal principal. Los caudales se dividen de acuerdo con la igualdad de energa (incluyendo prdidas) en el punto de separacin. En la Figura se muestran perfiles de flujo en una separacin a rgimen supercrtico, sin o con cambio de rgimen.

EN UNIONESEl comportamiento de uniones en rgimen subcrtico es similar al caso de separaciones. El clculo en direccin contraria a la del flujo permite llegar al punto de unin, manejando la zona de transicin de manera similar al de separacin y satisfaciendo la condicin de igual altura de energa (incluidas las prdidas) al principio del canal principal. Con esta condicin y el conocimiento de los caudales que se unen, se puede determinar el perfil del flujo en los canales secundarios. En ocasiones, la transicin de subcrtico a supercrtico se hace por medio de un salto hidrulico, ver Figura 10-20, con un comportamiento del flujo muy complejo. En rgimen supercrtico el clculo es en la direccin del flujo hasta el sitio de la unin. En la zona de transicin se aplica la ecuacin del impulso y cantidad de movimiento. En el canal principal se determina el perfil del flujo a partir del nivel de energa y los gastos conocidos. En s, el comportamiento del flujo es complicado y por ello se recurre a estudiarlo en un modelo hidrulico.

PRDIDAS DE ENERGA EN SEPARACIONESExisten pocas publicaciones que abordan el tema de la determinacin de la prdida de energa en bifurcaciones, en este inciso se describe lo que mas comnmente se utiliza. Mock realiz experimentos en separaciones de canales rectangulares, en rgimen subcrtico, Figura 10-21. Las prdidas correspondientes a cada canal secundario estn dadas por:

Donde:V es la velocidad en el canal antes de la bifurcacin.kB = prdida de carga hidrulica por bifurcacin.

Los resultados de Mock, Figura 10-22 obtenidos experimentalmente, permiten el clculo del coeficiente de prdida de carga en separaciones, en rgimen subcrtico, kB1 y kB2 como una funcin de la relacin de caudal Q1 / QTaylor, tambin determin experimentalmente el caso especfico de la separacin mostrada en la Figura 10-21, al correlacionar los parmetros adimensionales Q2/Q, y/y2, yl/y2 ykB = V2/(2gy). En el caso particular de una separacin a 90 las figuras 10-23 y 10-24, se pueden utilizar para determinar la reparticin de un caudal Q conocido, hacia los canales secundarios de igual ancho. La secuencia de clculo sera:a. Suponer un Q1 y con ello Q2 = Q Q1b. De las curvas tirantes-caudales de cada uno de los canales 1 y 2, se obtienen para los Q1 (supuestos) y Q2 (calculados); los valores de yl yy2. Las curvas mencionadas se obtienen a partir de las condiciones fijadas en la descarga de cada canal.

c. De la Figura 10-23, escogiendo una relacin y1/y2, el parmetro y/y2 se determina para cada valor de Q1 supuesto. d. Dibujar el parmetro Q2/Q contra y/y2, curva A de la Figura 10-24. La interseccin de esta curva con las curvas kB, proporciona las posibles combinaciones de las variables entre las cuales, un valor dekB corresponderan al caudal total Q del canal principal, asi como los valores de y/y2 y Q2/Q. e. A partir de la Figura 10-24, para cada uno de los valores kB, se obtienen las relaciones Q2/Q y y/y2. De Q2/Q, al conocer Q, se obtieneQ2. De la curva y2-Q2 del canal 2, se obtiene y2 al conocer Q2. De y/y2 al conocer y2, se obtiene y.f. Dibujar los valores de kB entre y obtenidos del inciso anterior, (lnea discontinua de la Figura 10-25; as como el valor de kB = V2/(2gy) contra y (lnea continua de la misma figura). La interseccin de ambas define los valores requeridos de kB y y.g. Con el valor de kB de la Figura 10-24, se obtiene la relacin Q2/Q, al conocer Q se determina Q2, y de Q1 = Q - Q2 el valor de Q1.

EN UNIONESTaylor determin tericamente el caso especifico de la unin que se muestra en la Figura 10-26, al considerar que la velocidad se distribuye uniformemente en los canales antes y despus de la unin, la fuerza de friccin es despreciable en comparacin con otras fuerzas y que los tirantes en los canales 1 y 2 son iguales. De la ley del impulso y cantidad de movimiento en la unin, para el componente en la direccin del canal 1 al principal, se obtiene:

tomando a Q2/Q como un parmetro, kB2 se puede graficar contra y2 / y para cada valor de B.La ecuacin 10-37 fue verificada experimentalmente en uniones, donde B es igual a 45 y 135, para el primero de los valores se encontr buena concordancia, pero no con el segundo. Esto ltimo probablemente se deba a la distorsin en la distribucin de velocidades despus de la unin y a que el flujo no permaneca paralelo a las paredes del canal.