Canal (ingeniería) para niños
En el mundo de la ingeniería, se llama canal a una construcción que sirve para llevar líquidos, como el agua. A diferencia de las tuberías, los canales están al aire libre y no están cerrados. También se usan como rutas artificiales para que los barcos puedan navegar. Entender cómo se comportan los líquidos en los canales es muy importante en la rama de la hidráulica, que es parte de la ingeniería que se centra en el agua. El diseño de los canales es tarea de la ingeniería hidráulica, que es una especialidad dentro de la ingeniería civil e ingeniería agrícola.
Cuando un líquido se mueve a través de una tubería que no está completamente llena, se dice que tiene una parte expuesta al aire, por lo que se comporta como un canal.
Contenido
Historia
En la antigüedad, la gente ya usaba canales para diferentes propósitos. En Mesopotamia, se empleaban canales para el riego, mientras que en la Roma Imperial, construían canales sobre grandes acueductos para abastecerse de agua. En el antiguo Perú, en los Andes, construyeron canales notables, como los de Cumbe Mayo. El estudio sistemático de los canales comenzó en el siglo XVIII con personas como Chézy y Bazin.
Históricamente, los canales fueron cruciales para el comercio y el desarrollo de las civilizaciones. Por ejemplo, el Canal de Castilla en España, inicialmente utilizado para transportar trigo, ahora se usa para riego. Los canales fueron esenciales para el crecimiento económico y la industrialización, permitiendo el transporte de materias primas como el carbón y minerales.
En Egipto, los canales se usaban para fertilizar campos con agua del Nilo. En Mesopotamia, el Éufrates y el Tigris estaban conectados por un canal. Los griegos y romanos también tenían proyectos para canales, como el Canal de Corinto, que finalmente se construyó mucho más tarde en 1881-1893. Jerjes, durante su expedición contra Grecia, hizo abrir el Canal de Jerjes para evitar navegar por una zona peligrosa.
Los canales eran vitales para la historia, el comercio y el desarrollo, siendo una parte esencial de muchas civilizaciones antiguas.
En tiempos antiguos, Plutarco cuenta que Mario, acampado cerca del Ródano, abrió un canal de unas ocho leguas entre el mar y el río para proveer a su ejército de alimentos. Druso Nerón, para movilizar rápidamente su ejército contra los caucos y los frisios, conectó el Rin con el Isel mediante un canal alrededor del año 712 de Roma, utilizado luego por Germánico en el año 16 de nuestra era. Corbulon, bajo órdenes de Claudio, hizo un canal de unas 22 millas para conectar el río Mosa con el Rin durante una expedición interrumpida contra los chancos.
Los romanos, al igual que los egipcios y otros pueblos, construyeron canales no solo para fines militares, sino también para la irrigación de campos. Catón y otros escritores antiguos valoraban enormemente la tierra que podía regarse. Cicerón destacaba que el riego era clave para la fertilidad de los campos, y Vitruvio hablaba extensamente sobre la construcción de canales.
En China, los canales han sido una parte importante desde tiempos antiguos. El canal más famoso es el Yun-leang, construido por el emperador Chi-tsou en el año 1289, que se extiende alrededor de 140 leguas.
La competencia de ferrocarriles y carreteras en los siglos XIX y XX hizo que muchos canales británicos quedaran en desuso, excepto el Canal Manchester Ship y el canal Aire y Calder. En Estados Unidos, los canales aumentaron en tamaño durante el siglo XIX, conectando los Grandes Lagos y Canadá. El Canal Erie, por ejemplo, abrió una conexión crucial desde el noreste hasta los Grandes Lagos en 1825. Estos canales facilitaron el acceso a mercados, reduciendo las diferencias de precios entre regiones y permitiendo un comercio más barato. En Canadá, se construyeron canales como el Welland y el canal Lachine con propósitos comerciales, mientras que el Canal Rideau se construyó por motivos militares tras la Guerra de 1812.
En Francia, en 1879, se impulsó la conexión de los sistemas fluviales (Rin, Ródano, Saona y Sena) con el Mar del Norte mediante el ancho de vía Freycinet. En el siglo XX, se completaron notables canales marinos como el Canal de Suez (1869) y el Canal de Kiel (1897), mientras que el Canal de Panamá se inauguró en 1914.
En Japón, se construyeron canales como el canal Biwako y el canal Tone con ayuda de ingenieros de los Países Bajos. La conexión Atlántico-Pacífico a través de Centroamérica fue un desafío. La opción de un canal a nivel del mar en Nicaragua no se concretó debido a la inestabilidad política. La otra opción, el Canal de Panamá, se intentó en la década de 1880 pero fracasó. Estados Unidos retomó el proyecto en 1903, dividió Panamá y construyó el canal.
Hoy en día, muchos canales sirven a la industria del transporte de carga y grandes barcos. Los canales más pequeños han sido reemplazados por ferrocarriles y carreteras. El Gran Canal en China, de 1,794 km, sigue siendo el canal más largo y activo.
Clasificación de canales
Canales naturales
Los canales naturales son depresiones en la tierra, como arroyos, ríos y estuarios, que pueden variar en tamaño. Algunos son navegables sin necesidad de dragado. Estos canales influyen en varios tipos de agua en la tierra, desde pequeños arroyuelos hasta grandes ríos. Las corrientes subterráneas también son consideradas canales naturales. Las propiedades de estos canales son generalmente irregulares, pero en algunos casos, se pueden hacer suposiciones consistentes para comprender y analizar su flujo.
Canales de riego
Los canales de riego son vías construidas para dirigir el agua hacia áreas que necesitan complementar la precipitación natural. A lo largo de estos canales, se encuentran diversas estructuras, como obras de derivación que desvían el agua entre canales principales, secundarios y terciarios, equipadas con compuertas controladas manual o remotamente. También hay controles de nivel para mantener niveles adecuados, controles de seguridad automáticos, secciones de aforo para medir el flujo de agua y obras de cruce con otras infraestructuras, como canales de drenaje, drenes naturales, depresiones o vías. Estos elementos garantizan un sistema eficiente y seguro de distribución de agua para el riego, con medidas precisas y controles automáticos para evitar posibles fallas.
Los canales de navegación son vías acuáticas diseñadas para acomodar barcos en océanos, mares o lagos. Se distinguen de los canales para barcazas, destinados a embarcaciones fluviales. Los canales de barcos ofrecen aguas más profundas y permiten puentes más altos. Pueden ser construidos específicamente para barcos o ampliaciones de canales de barcazas. No hay dimensiones mínimas establecidas, dependen del tamaño de las embarcaciones. Estos canales se construyen para atajos, conexiones entre mares, acceso directo al mar desde ciudades del interior y como alternativas económicas.
Elementos geométricos de la sección del canal
Los elementos geométricos en hidráulica son cruciales para los cálculos del escurrimiento en canales. La profundidad del flujo (h) mide la distancia vertical desde el punto más bajo de la sección del canal hasta la superficie libre. El ancho superior (T) es la amplitud de la sección en la superficie libre. El área mojada (A) representa la sección transversal del flujo. El perímetro mojado (P) es la longitud de la intersección de la superficie mojada con la sección transversal. El radio hidráulico (R) relaciona el área mojada con el perímetro mojado. La profundidad hidráulica (D) muestra la relación entre el área mojada y el ancho superior. El factor de la sección (Z) se calcula para escurrimiento crítico y uniforme, siendo el producto del área mojada con la raíz cuadrada de la profundidad hidráulica o la potencia 2/3 del radio hidráulico, respectivamente.
Características geométricas e hidráulicas de un canal
Las características geométricas se refieren a la forma y dimensiones de la sección del canal, junto con la pendiente del fondo. Las características hidráulicas incluyen la profundidad del agua (h), el perímetro mojado (P), el área mojada (A) y el radio hidráulico (R). Estas medidas dependen de la forma del canal. Además, la rugosidad de las paredes del canal, influenciada por el material de construcción y el mantenimiento, y la pendiente de la línea de agua, que puede variar de la pendiente del fondo, también son relevantes. El radio hidráulico se calcula como el cociente del área y el perímetro mojado.
Tipos de flujo en un canal
El flujo permanente ocurre cuando las propiedades del líquido no cambian con el tiempo, aunque pueden variar a lo largo del canal. En el flujo transitorio, las características del flujo cambian con el tiempo. El flujo uniforme se da en un canal recto con sección y pendiente constantes, lejos de puntos singulares. En el flujo variado, la profundidad del agua cambia a lo largo del canal y puede ser permanente o no permanente. El flujo crítico ocurre cuando el número de Froude es 1. El flujo subcrítico tiene un nivel de agua condicionado aguas abajo, mientras que el supercrítico está condicionado aguas arriba.
Barcos
Los canales a menudo requieren barcos diseñados específicamente para ellos. Por ejemplo, los barcos estrechos británicos fueron construidos para los canales de Midland, limitados por el tamaño de las esclusas. En el canal de Panamá, los barcos Panamax tuvieron restricciones de tamaño hasta que esclusas más grandes se abrieron en 2016. En el Canal de Suez, los barcos Suezmax tienen un límite de calado de 16 m. Algunos canales, como el Canal Budese, limitan embarcaciones debido a la capacidad de sus planos inclinados o elevadores. La altura también puede ser limitada por puentes o túneles en la mayoría de los canales.
Frases célebres sobre canales
- "Los canales son venas de la tierra, conectando corazones y llevando vida a lo largo de sus aguas."
- "En los canales, el tiempo fluye suavemente, llevando consigo historias de viajes y encuentros."
- "Los canales son la red de la naturaleza, tejiendo conexiones entre ciudades y paisajes."
- "Navegar por los canales es como leer un libro encantador, donde cada curva revela una nueva página de la historia del lugar."
- "Los canales son espejos líquidos que reflejan la belleza de las ciudades que abrazan sus orillas."
- "A lo largo de los canales, los barcos son pinceles que pintan paisajes acuáticos en la tela de la naturaleza."
- "Los canales son testigos silenciosos del flujo constante de la vida, llevando sueños y esperanzas en cada corriente."
- "Explorar los canales es sumergirse en un mundo donde el ritmo tranquilo del agua revela la verdadera esencia de la calma."
- "Cada canal cuenta una historia, desde antiguas rutas comerciales hasta modernos caminos de escape urbanos."
- "Los canales son el eco acuático de la historia, sus aguas susurran los relatos de aquellos que una vez navegaron por ellas."
Datos de interés
- Venecia sin autos: Venecia, Italia, es famosa por sus canales y es única en el sentido de que no tiene carreteras transitables para automóviles. Los canales son la principal vía de transporte en esta ciudad.
- Canal de Suez: El Canal de Suez, que conecta el Mar Mediterráneo con el Mar Rojo, es uno de los canales artificiales más importantes del mundo. Fue inaugurado en 1869 y ha sido ampliado y modernizado desde entonces.
- Canal de Panamá y su expansión: El Canal de Panamá es una maravilla de ingeniería que conecta el Océano Atlántico con el Océano Pacífico. Ha sido crucial para el comercio mundial. Una expansión significativa, completada en 2016, permite el paso de barcos más grandes y aumenta la capacidad del canal.
- Los canales más largos: El Gran Canal de China es uno de los canales más largos del mundo, con más de 1,700 kilómetros. Además, el Canal de Rideau en Canadá es el canal navegable más largo del mundo con fines recreativos, con una longitud de aproximadamente 202 kilómetros.
- Canal de Ámsterdam y sus bicicletas: Ámsterdam es conocida por sus canales, pero también por sus bicicletas. Se estima que hay más bicicletas que habitantes en la ciudad, y muchas de ellas terminan en los canales cada año.
- Canal de Corinto: El Canal de Corinto en Grecia es un canal estrecho que conecta el Golfo de Corinto con el Mar Egeo. Es notable porque, a diferencia de muchos otros canales, es bastante estrecho y solo permite el paso de barcos más pequeños.
- Ciudades en el agua: Algunas ciudades, como Bangkok en Tailandia y Ámsterdam en los Países Bajos, se construyeron sobre zonas pantanosas y utilizan intrincados sistemas de canales para el drenaje y transporte.
- Canales antiguos: Los antiguos romanos fueron pioneros en la construcción de canales. Construyeron el Foss Dyke en Inglaterra en el año 120 d.C., que todavía está en uso hoy en día.
- Canales en Marte: Se ha sugerido la posibilidad de que ciertas características en la superficie de Marte sean antiguos canales, lo que llevó a la especulación sobre la existencia de agua en el planeta rojo en el pasado.
- Canales en la literatura: Los canales han inspirado obras literarias, como la novela "El Regreso" de Joseph Conrad, que trata sobre un viaje a lo largo del Canal de Suez.
Galería de imágenes
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Mapa del canal Corbulo, copia del de la Antigua Roma.
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Una familia navega por uno de los canales de Ámsterdam.
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Canal de Nules y acequia El Bras. Marjal de Nules.
Véase también
En inglés: Canal Facts for Kids
- Canal de navegación
- Canal de riego
- Curva de un canal
- Ecuaciones de Saint-Venant en 1D
- Formula de Manning
- Tubería
- Régimen de flujo
