Calculadora de Tirante Crítico en un Canal Rectangular — Online y Gratis
El tirante crítico es la profundidad de agua exacta a la que el número de Froude vale 1, el punto límite entre el flujo subcrítico y el supercrítico para un caudal determinado.
Esta calculadora obtiene el tirante crítico de un canal rectangular a partir del caudal total y el ancho del canal, un valor de referencia obligatorio para diseñar transiciones, vertederos y cualquier estructura donde el flujo pueda pasar de un régimen a otro.
Conocer este valor permite anticipar dónde es probable que ocurra un resalto hidráulico o una caída libre en el perfil del canal.
Caudal unitario: q = Q / b
Tirante crítico: yc = (q²/g)1/3
¿Qué es Tirante Crítico en Canal Rectangular?
Para un caudal dado, existe un único tirante en el que la energía específica del flujo es mínima: ese es el tirante crítico. Por debajo de ese valor, el flujo es supercrítico (rápido, con Froude mayor a 1); por encima, es subcrítico (tranquilo, con Froude menor a 1).
¿Por qué esta profundidad tiene tanta importancia práctica? Porque el flujo tiende a pasar por el tirante crítico en puntos muy específicos: la cresta de un vertedero, la entrada a una pendiente pronunciada, o la salida de una compuerta con descarga libre. Detectar dónde ocurre el tirante crítico ayuda a predecir estos cambios de régimen y a diseñar las transiciones necesarias para controlarlos, en vez de dejar que ocurran de forma descontrolada y generen turbulencia excesiva o erosión.
El tirante crítico depende únicamente del caudal y de la geometría del canal, nunca de la pendiente ni de la rugosidad, a diferencia del tirante normal que sí depende de esos dos factores.
Fórmulas utilizadas
Donde Q es el caudal total que transporta el canal (m³/s) y b es el ancho del canal rectangular (m). El caudal unitario q es el caudal por metro de ancho (m³/s por metro). El resultado yc es el tirante crítico (m), válido específicamente para canales de sección rectangular; en otras geometrías la fórmula cambia.
Ejemplo resuelto paso a paso
Para un canal con Q = 5 m³/s y ancho b = 3 m:
q = 5 / 3 ≈ 1.667 m³/s/m
yc = (1.667² / 9.81)1/3 ≈ 0.657 m
¿Cuándo usar esta calculadora?
Se usa en el diseño de canales, vertederos y estructuras de control de nivel, para predecir dónde va a ocurrir un cambio de régimen de flujo y diseñar la transición adecuada en ese punto. También sirve como referencia para verificar en qué régimen está trabajando realmente un canal existente, comparando el tirante normal medido contra este tirante crítico calculado. ¿Ya calculaste también el número de Froude de tu flujo? Si tu tirante real es igual al crítico obtenido aquí, el número de Froude debe dar exactamente 1, una buena forma de verificar ambos cálculos.
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