Disseny i contrucció d'un canal hidrodinàmic

DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN
CANAL HIDRODINÀMIC
G au en Enginye ia Mecànica
Au o : Ma c Villamón Salgue o
Tu o : Jo di Vi es Cos a
Cu s: 2024-2025
En ega: 10 de gene de 2025
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
1
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Ag aïmen s
Vull exp essa el meu més since ag aïmen al Jo di Vi es pe la se a guia i
supo du an el desen olupamen d’aques T eball de Fi de G au. També, ull
mos a el meu ag aïmen al Col·legi d’Enginye s G adua s i d’Enginye s Tècnics
Indus ials de la Ca alunya Cen al (CETIM) pe ha e inança aques p ojec e i
e possible la eali zació d’aques T eball de Fi de G au.
D’al a banda, ull ag ai a o es les emp eses que han pa icipa en aques
T eball de Fi de G au ja que han eali za un eball excepcional, especialmen
els eballado s de Puliacabados Bages que han ingu un ac e amb mi mol
p ope i ha sigu mol lexibles a l’ho a de e modi icacions en o momen .
G àcies pe compa i els os es coneixemen s i expe iència amb mi.
Finalmen , ull ag ai a la me a amília i amics pel seu supo incondicional du an
o a la me a ajec ò ia acadèmica, en especial als meus pa es que semp e han
es a al meu cos a quan els he necessi a , pe dona -me ànims i demos a -me
la se a plena con iança en mi. Semp e ag ai é ha e compa i aques eco egu
amb osal es.
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
2
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Resum del p ojec e
Aques eball de inal de g au é com a objec iu el disseny i la cons ucció d’un
canal hid odinàmic, que se à ins al·la a la Uni e si a Poli ècnica de Ca alunya.
Aques canal se i à com a eina pe eali za p àc iques a l'assigna u a de
Dinàmica de Fluids, p opo cionan als es udian s l’opo uni a d’obse a de
mane a p àc ica i isual com es compo a un luid al ansi a pe un canal obe
de 2,5 me es de longi ud. A a és d’aques a expe iència, els es udian s pod an
expe imen a enòmens hid odinàmics d’una mane a mol més di ec a i
in e ac i a, la qual cosa acili a à una comp ensió més p o unda dels concep es
eò ics es udia s a classe.
El disseny del canal es à concebu pe pe me e la modi icació del penden i
gene a obs uccions en el pas del luid, la qual cosa pe me à es udia enòmens
hid odinàmics d’in e ès, com el essal hid àulic. Aques enomen es p odueix
quan un lux a g an eloci a , en ègim supe c í ic, es oba amb una obs ucció
que p o oca una disminució de la eloci a i una ansició del lux a un ègim
subc í ic. Aques ipus de p àc iques con ibui à al e o ç dels coneixemen s
adqui i s a les classes eò iques i b inda à als es udian s una expe iència isual
i p àc ica que acili a à la se a comp ensió dels p incipis onamen als de la
dinàmica de luids.
Al lla g d’aques eball es de allen les di e en s ases de disseny i cons ucció
del canal, des de la concepció inicial de la idea ins a la implemen ació inal del
sis ema. En p ime lloc, s’abo da la plani icació del disseny, on es de ineixen les
ca ac e ís iques i uncionali a s que ha de compli el canal, com la capaci a
d’ajus a el penden i obs ui el lux. Pos e io men , es desc iuen els aspec es
elaciona s amb el dimensionamen de les di e en s pa s del sis ema i la
cons ucció dels componen s, com el canal de me ac ila i els supo s me àl·lics
que l’uni an amb la aula. A més, es de allen les solucions als desa iamen s
ècnics so gi s du an el p océs de cons ucció, com l’es abili zació del sis ema i
el e o ç de l’es uc u a me àl·lica de la aula.
Finalmen , aques eball de i de g au inclou alguns exemples d’expe imen s que
es poden eali za amb el canal hid odinàmic, pe mos a les possibili a s que
o e eix el canal hid odinàmic a l’ho a eali za p àc iques expe imen als
in e esan s i en e ingudes elacionades amb la dinàmica de luids.
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
3
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Abs ac
This inal deg ee p ojec aims o design and cons uc a hyd odynamic es
channel, which will be ins alled a he Poly echnic Uni e si y o Ca alonia. This
channel will se e as a ool o conduc ing expe imen s in he Fluid Dynamics
cou se, p o iding s uden s wi h he oppo uni y o p ac ically and isually obse e
how a luid beha es when lowing h ough an open channel o 2.5 me e s in
leng h. Th ough his expe ience, s uden s will be able o expe imen wi h
hyd odynamic phenomena in a much mo e di ec and in e ac i e way, which will
help hem gain a deepe unde s anding o he heo e ical concep s s udied in
class.
The design o he channel is concei ed o allow modi ica ions o he slope and o
c ea e obs uc ions in he low pa h, enabling he s udy o hyd odynamic
phenomena o in e es , such as he hyd aulic jump. This phenomenon occu s
when a high-speed low, in a supe c i ical egime, encoun e s an obs uc ion ha
causes a dec ease in eloci y and a ansi ion o a subc i ical low egime. These
ypes o expe imen s will ein o ce he knowledge acqui ed in heo e ical classes
and p o ide s uden s wi h a isual and p ac ical expe ience ha will acili a e hei
unde s anding o he undamen al p inciples o luid dynamics.
Th oughou his wo k, he di e en phases o design and cons uc ion o he
channel a e de ailed, om he ini ial concep ion o he idea o he inal
implemen a ion o he sys em. Fi s , he design planning is add essed, whe e he
cha ac e is ics and unc ionali ies ha he channel mus ul ill a e de ined, such
as he abili y o adjus he slope and obs uc he low. Nex , aspec s ela ed o
he sizing o he di e en pa s o he sys em and he cons uc ion o componen s,
such as he ac ylic channel and he me al suppo s ha will connec i o he able,
a e desc ibed. Addi ionally, solu ions o he echnical challenges ha a ose du ing
he cons uc ion p ocess a e de ailed, such as s abilizing he sys em and
ein o cing he me al s uc u e o he able.
Finally, his inal deg ee p ojec includes examples o expe imen s ha can be
conduc ed wi h he hyd odynamic channel o showcase he possibili ies i o e s
o pe o ming in e es ing and engaging expe imen al p ac ices ela ed o luid
dynamics.

DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
4
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Índex
1. In oducció ......................................................................................................................... 5
2. Fonamen s eò ics ........................................................................................................... 7
2.1. Concep es eò ics bàsics ....................................................................................... 7
2.1.1. Tipus de lux ...................................................................................................... 7
2.1.2. Tipus de ègims de lux .................................................................................. 9
2.2. Ressal hid àulic ..................................................................................................... 11
2.2.1. Relació de p o undi a s, 𝒚𝟐𝒚𝟏 . ................................................................... 12
2.2.2. Càlcul de la longi ud d’un essal hid àulic, LRH. .................................... 13
2.2.3. Càlcul de l’ene gia dissipada al essal hid àulic, ΔE. ......................... 13
2.2.4. Càlcul de l’e iciència del essal hid àulic, 𝛈 . ........................................ 13
3. Disseny del canal hid odinàmic ................................................................................. 14
3.1. Desc ipció del disseny del canal hid odinàmic ............................................. 14
3.1.1. Disseny del canal hid odinàmic. ................................................................ 14
3.1.2. Disseny de la modi icació de l’es uc u a de la aula ........................... 17
3.1.3. Disseny del e o ç i els supo s del canal ............................................... 19
3.1.4. Disseny del ci cui hid àulic ........................................................................ 24
4. Es udi Econòmic ............................................................................................................ 25
5. Cons ucció del canal hid odinàmic ......................................................................... 26
6. Exemple d’una possible p àc ica a eali za pels alumnes ................................. 34
6.1. P àc ica elacionada amb el essal hid àulic a eali za pels alumnes .. 34
7. Conclusions ..................................................................................................................... 37
8. Bibliog a ia ....................................................................................................................... 38
9. Annexes ............................................................................................................................ 39
9.1. Plànols del canal hid odinàmic .......................................................................... 39
9.2. Plànols de les peces a ab ica ........................................................................... 41
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
5
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
1. In oducció
La dinàmica de luids és una disciplina essencial en mol s camps de l’enginye ia,
com el disseny de sis emes de anspo de luids, la hid àulica, l’ae oespacial,
en e d’al es. Aques p ojec e con ibueix a la o mació dels es udian s en o e i
una eina p àc ica que complemen a els coneixemen s eò ics adqui i s a classe,
pe me en una comp ensió més p o unda i isual de concep es clau dins
d’aques a amplia disciplina.
La mo i ació pe a aques T eball de Fi de G au so geix del meu in e ès pe
eali za un eball més en oca en el disseny i la cons ucció d’algun elemen
angible abans que un eball bibliog à ic i que eque ís una ex ensa ece ca.
També ha es a una g an mo i ació el e de p opo ciona als es udian s una eina
p àc ica que complemen i els coneixemen s eò ics adqui i s a classe. Al lla g de
la ca e a, aig iden i ica la necessi a d'o e i expe iències més isuals i
in e ac i es pe a en end e enòmens que són complexos de comp end e només
a a és de la eo ia. El canal hid odinàmic dissenya , pe me à als es udian s
obse a di ec amen aques s enòmens en un en o n con ola , acili an la se a
comp ensió.
Aques p ojec e é una cla a elle ància en el con ex acadèmic pe què millo a
les eines disponibles ac ualmen pe a l’ensenyamen de la dinàmica de luids. A
ni ell p o essional, la capaci a de dissenya i cons ui un sis ema hid odinàmic
és aluosa en di e ses b anques de l’enginye ia, com el disseny de sis emes de
anspo de luids o la ges ió d’aigua, apo an coneixemen s di ec amen
aplicables a la esolució de p oblemes en aques s camps. A més, aques p ojec e
em se i à pe ap end e a esold e si uacions semblan s a les que em pod ia
oba com a enginye du an la me a ida labo al.
L'objec iu p incipal d’aques T eball de Fi de G au és dissenya i cons ui un
canal hid odinàmic in e ac iu que pe me i als es udian s de la Uni e si a
Poli ècnica de Ca alunya obse a i expe imen a de mane a p àc ica els
enòmens hid odinàmics es udia s a l'assigna u a de Dinàmica de Fluids. Aques
canal se à una eina didàc ica que acili a à la comp ensió isual i expe imen al
de concep es com, els ègims del lux subc í ic i supe c í ic, el essal hid àulic i
al es compo amen s dels luids en un canal obe , ajudan a e o ça els
coneixemen s eò ics adqui i s a classe.
L'idea és c ea un sis ema que pe me i la modi icació del penden del canal i la
c eació d’obs uccions pe simula di e en s escena is de lux, de mane a que els
es udian s puguin obse a di ec amen els can is en les condicions del lux i
comp end e millo els mecanismes que els egeixen.
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
6
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Aques T eball de Fi de G au es à es uc u a en sis capí ols p incipals:
1. In oducció: Es p esen a el ema del eball, la mo i ació pe escolli -lo,
els objec ius p incipals i la elle ància del p ojec e en el con ex acadèmic
i p o essional.
2. Fonamen s ò ics: En aques capí ol es e isen els concep es eò ics
clau de la dinàmica de luids des de concep es bàsics ins a enòmens
més complexes que es pod an es udia de o ma con olada g àcies al
canal hid odinàmic.
3. Disseny del canal hid odinàmic: Es de alla el disseny ècnic del canal,
incloen les ca ac e ís iques i uncionali a s del sis ema. S'expliquen les
decisions p eses en quan al disseny de cada elemen i de sis emes que
acili en la modi icació del penden i les obs uccions en el lux.
4. Es udi econòmic: S'anali zen els cos os associa s amb el p ojec e,
incloen -hi els ma e ials, la cons ucció i els ecu sos necessa is. Aques
capí ol p opo ciona una isió gene al sob e la iabili a econòmica del
p ojec e.
5. Cons ucció i esolució de p oblemes ècnics: Es desc iuen els passos
segui s en la cons ucció del canal, la selecció dels ma e ials i els
p ocessos de ab icació. També s'abo den els p oblemes ècnics que an
so gi du an la cons ucció i les solucions implemen ades.
6. Exemples d’expe imen s i aplicacions: Es p esen en di e sos
expe imen s que es poden eali za amb el canal hid odinàmic pe mos a
les possibles aplicacions del p ojec e. S'explica com aques s expe imen s
poden ajuda els es udian s a comp end e millo els enòmens de
dinàmica de luids en un en o n p àc ic.
Aques a es uc u a acili a la comp ensió del p océs comple , des de l’explicació
d’alguns concep es bàsics de la dinàmica de luids i el disseny inicial ins a la
implemen ació p àc ica del canal, així com les se es possibles aplicacions
pedagògiques.
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
7
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
2. Fonamen s eò ics
Els onamen s eò ics de la dinàmica de luids cons i ueixen la base concep ual
pe en end e el compo amen dels luids en mo imen . Aques apa a p esen a
els onamen s eò ics, que abas en des de concep es bàsics de la dinàmica de
luids ins a nocions més conc e es, especí icamen o ien ades a la eali zació
d’aques eball de i de g au. Un cop e isa s els concep es bàsics, els aspec es
més especí ics se an més àcils d'en end e.
2.1. Concep es eò ics bàsics
En l’es udi del compo amen d’un luid en un canal obe , és onamen al en end e
com in e ac uen di e en s a iables que a ec en el seu lux com poden se les
p opie a s ísiques del luid, la g a e a o la geome ia del canal.
En e les p opie a s ísiques del luid, la iscosi a juga un pape mol impo an .
Aques a p opie a a e e encia a la esis ència in e na que o e eix un luid al
mo imen . Els luids amb al a iscosi a , com l’oli, o e eixen més esis ència al
lux, men e que els de baixa iscosi a , com l’aigua, lueixen amb més acili a .
En un canal obe , la iscosi a in lueix en la mane a en què el luid es desplaça
al lla g del canal, a ec an an el ipus de lux com el seu compo amen gene al.
La g a e a ambé é un impac e signi ica iu, ja que és la o ça que impulsa el
luid al lla g del canal. En canals obe s, la g a e a p o oca que el luid es
desplaci penden a all. C ean una inclinació majo o meno , es po in lui
di ec amen en la eloci a i la u bulència del lux.
Així ma eix, la o ma geomè ica del canal y les ca ac e ís iques de la se a
supe ície in e na enen una g an impo ància en el compo amen del lux. Un
canal amb una secció ans e sal es e a i lla ga po a a o i la eloci a del luid,
men e que un canal més ample po p o oca una dis ibució di e en de la
eloci a i la p essió. Les pa e s del canal ambé in lueixen en la ugosi a , la qual
po augmen a la u bulència en el lux. La o ma del canal, així com la se a
inclinació, de e mina el lux de massa i les condicions pe al ipus de lux que es
p odueix.
2.1.1. Tipus de lux
El lux en un canal obe es po classi ica en dos ipus p incipals: lux lamina
i lux u bulen .
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
14
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
3. Disseny del canal hid odinàmic
Pe al disseny del canal hid odinàmic, es comença à pe dissenya o s els
componen s ísics, com a a la p opi canal i els supo s que pe me an la se a
unió amb la aula. Un cop es able es les dimensions del canal i de l’es uc u a,
s'ins al·la an al es elemen s com una bomba cen í uga, un dipòsi i un sis ema
de canonades, ajus a s a les ca ac e ís iques que eque eixi el canal dissenya .
Amb la ins al·lació d’aques s componen s, es c ea à un ci cui anca que
pe me à anspo a l’aigua des de la so ida del canal ins a l'en ada no amen ,
g àcies a la o ça de la bomba.
Finalmen , un cop dissenya el canal i el sis ema de canonades, només al a à
c ea un mecanisme que pe me i modi ica el penden del canal, pe al
d'accele a el luid i e -lo can ia de ègim en unció de les necessi a s del
disseny. A més, se à necessa i dissenya elemen s addicionals, com a a
obs acles a la pa inal del canal i compo es a la pa supe io , que impedeixin
el pas del luid i modi iquin el seu compo amen . Aques s elemen s pe me an
eali za les p àc iques expe imen als i e i ica els concep es eò ics exposa s
p è iamen .
3.1. Desc ipció del disseny del canal hid odinàmic
3.1.1. Disseny del canal hid odinàmic.
El p ime disseny que es eali za à se à el disseny del p opi canal pe de e mina
com hau an de se les mides d’al es componen s a dissenya pos e io men .
Figu a 3.1: Canal hid odinàmic en SolidWo ks

DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
15
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
El canal ind à una longi ud o al de 2,5 me es i una secció ans e sal de 100 x
300 mm. Les pa e s la e als i la base del canal se an de 5 mm d'espesso . Aques
espesso esul a insu icien pe supo a els es o ços que gene a l'aigua en cas
que el canal s'ompli pe comple . Pe an , se à necessa i dissenya un sis ema
de supo que inco po i e o ços es uc u als dis ibuï s a in e als egula s pe al
de ga an i que, an la base com les pa e s la e als del canal, puguin esis i
adequadamen la cà ega. Aques s e o ços se an imp escindibles pe e i a que
la base i els la e als del canal es de o min o es egin a ec a s pe l'e ec e del pes
de l'aigua acumulada, man enin així la se a in eg i a es uc u al.
Amb la inali a d'op imi za els cos os de ab icació, s’ in eg a à di ec amen les
en ades i so ides de luid al ma eix canal, e i an componen s addicionals. Pe
aconsegui -ho, es a an dos o a s a la base del canal, un a cada ex em, pe
acili a l'en ada i so ida de l'aigua. Aques a solució pe me à simpli ica el
disseny, eduin així els cos os associa s a la cons ucció i man enimen del
sis ema, sense a ec a el uncionamen gene al del canal.
Pel que a al compo amen del luid dins del canal, és onamen al aconsegui
que el lux sigui el més lamina possible, al com s'ha exposa p è iamen en
l'apa a de onamen s eò ics. Un lux lamina és essencial pe a la eali zació de
mesu amen s p ecisos, ja que un lux u bulen pod ia in e e i en la in e p e ació
de les dades. Pe això, es dissenya an di e ses mesu es o ien ades a edui la
u bulència i a ga an i un lux uni o me i con ola al lla g de o a la longi ud del
canal.
En p ime lloc, es de e mina à que el diàme e de la canonada d'en ada sigui el
més g an possible pe minimi za la eloci a de l'aigua a l'en ada del canal, de
mane a que el lux es man ingui el menys u bulen possible. Tenin en comp e
les dimensions del canal, el diàme e màxim iable pe a la canonada d'en ada
és de 90 mm. Aques a mida pe me à una en ada de luid més len a, eduin la
p obabili a de o mació de u bulències al momen d'in odui -se al canal.
A més, pe aconsegui una educció addicional de la eloci a de l'aigua i e i a
l'impac e di ec e de l'aigua que en a al canal, s'inco po a à un sis ema
d'esmo eïmen a la zona d'en ada. Aques sis ema cons a à d'una secció
ec angula de goma unida a un passado , i el seu uncionamen es basa à en el
mo imen e ical de la goma, el qual edui à la eloci a d’en ada del luid pel
pes de la p òpia goma.
Finalmen , pe assegu a que el lux man ingui la se a na u alesa lamina al lla g
del canal, s'inco po a à un il e si ua a la zona p incipal del canal. El il e se à
de o ma ec angula i disposa à de o a s ci cula s de 7,5 mm de diàme e.
Aques il e ajuda à a uni o mi za el lux de l'aigua i a elimina possibles
i egula i a s que es pod ien gene a du an el pas del luid pel canal. La se a
unció se à essencial pe ga an i que el lux que a ibi a la zona de eball es igui
p ou es abili za i sigui adequa pe ob eni esul a s p ecisos en les mesu es.
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
16
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Aques conjun de mesu es i dissenys pe me à op imi za el compo amen del
lux dins del canal, aconseguin un lux lamina es able que se à essencial pe al
bon desen olupamen de les p àc iques expe imen als. A més, les solucions
adop ades pe a la esis ència es uc u al i la educció de u bulències
con ibui an a la segu e a , e iciència i iabili a del sis ema en conjun .
Pe col·loca aques il e, s’hau à d’a egi uns so in s al canal que impedeixin el
mo imen del il e. Aques s, ind an una secció quad ada de 5 mm de cos a que
so i an de les pa e s la e als i a an que el il e quedi ben ixa .
A la següen ima ge es po eu e com queda el disseny de l’en ada del canal
desp és de o el que hem comen a an e io men .
En ada de luid
Espai pel il e
Passado pe la goma
Figu a 3.2: Fil e en SolidWo ks
Figu a 3.3: Vis a de de all de l’en ada del canal
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
17
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
A la pa inal del canal, jus abans de la so ida, s’inco po a à un sis ema
semblan al que he implemen a a l’en ada pe pode col·loca una peça solida
que impedeixi el pas del luid. Això p o oca à que el luid es eni a la so ida i es
pugui p odui una di e encia de eloci a s. Aques e a à que es pugui obse a
el enomen del essal hid àulic que hem comen a a l’apa a de onamen s
eò ics ja que el lux passa à a un ègim subc í ic a la so ida degu a aques
dec emen de eloci a que hau à p o oca aques obs acle.
3.1.2. Disseny de la modi icació de l’es uc u a de la aula
Pel que a a la aula que s’u ili za à com a supo pe al sis ema, es ac a d’una
aula que ja es oba a a la uni e si a i que es enia p e is llença . Aques a opció
pe me à aconsegui un es al i subs ancial en els cos os, ja que es eu ili za à
un elemen disponible. No obs an això, pe al que la aula s’adap i a les
necessi a s especí iques del p ojec e, se à imp escindible eali za una sè ie de
modi icacions a l’es uc u a me àl·lica o iginal.
Figu a 3.4: Vis a de de all de la so ida del canal
Figu a 3.5: Es a inicial de la aula
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
18
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
La p ime a modi icació consis i à en e i a la po a cen al de la aula i subs i ui -
la pe dues no es po es, que es si ua an enca a al cen e de la aula, pe ò una a
cada cos a . Aques a no a disposició de les po es p opo ciona à una dis ibució
més equilib ada del pes, millo an així l’es abili a global de la aula.
A més d'aques a modi icació es uc u al, es p ocedi à a a egi e o ços
ho i zon als en e les po es, amb l'objec iu de millo a la igidesa de la aula i
augmen a la se a esis ència. Aques s e o ços se an ba es de e o que
ind an el ma eix pe il que les po es de la aula, i se an soldades pe ga an i una
ixació sòlida i segu a. Aques s e o ços no només inc emen a an la esis ència
de la aula, sinó que ambé se i an com a base pe a la col·locació d'una planxa
me àl·lica. Aques a planxa s’u ili za à pe si ua -hi el dipòsi i la bomba,
componen s essencials pe al uncionamen del sis ema, assegu an una
dis ibució adequada del pes i una majo es abili a du an les ope acions.
Pe úl im s’inco po a an odes a la pa in e io a egin unes pla ines pe pode
ca gola -les. Això acili a à el anspo del canal pel labo a o i en cas de que es
ulgui can ia d’ubicació en un u u .
Aques conjun de modi icacions pe me à adap a una aula exis en a les
exigències del p ojec e, assegu an una base sòlida, esis en i econòmica.
Figu a 3.6: Nou disseny de l’es uc u a de la aula
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
19
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
3.1.3. Disseny del e o ç i els supo s del canal
Un cop comple a s els dissenys del canal i de l’es uc u a de la aula, el següen
pas se à desen olupa una es uc u a addicional que ac uï com a e o ç pe al
canal, alho a que uncioni com a elemen d’unió ísica en e el canal de me ac ila
i la aula sob e la qual s’assen a à. Aques a ase del disseny és onamen al pe
ga an i l’es abili a del sis ema en el seu conjun i pe assegu a que el canal
quedi ixa de mane a segu a a la aula, man enin la se a co ec a posició i
uncionali a du an les ope acions.
En aques apa a , es conside a an dues pa s p incipals: en p ime lloc, el e o ç
me àl·lic que pe me à l’encaix del canal de me ac ila , i en segon lloc, els supo s
que pe me an uni aques a es uc u a e o çada amb la aula i p opo ciona una
alçada adequada al canal.
El e o ç me àl·lic es a à compos pe una xapa de 3 mil·líme es d’espesso , amb
un pe il en o ma de H. Aques disseny se i à pe encaixa el canal a la pa
supe io de la xapa, e i an que aques es desplaci la e almen o es deses abili zi
quan s’apliqui una inclinació al sis ema. El pe il en H pe me à una ixació e ma
i obus a, ga an in que el canal no s’escapi ni es mogui, ins i o en condicions
d’ús que impliquin mo imen s o ajus amen s de l’angle d’inclinació.
Figu a 3.7: Re o ç me àl·lic en SolidWo ks

DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
20
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Tal com es po obse a a la ima ge an e io , s'han inco po a e o ços e icals a
les can onades i als la e als del canal amb l'objec iu de p e eni de o macions
del me ac ila causades pel pas de l'aigua pel seu in e io . Aques es
modi icacions són essencials pe ga an i l'es abili a es uc u al del canal i
man eni la se a in eg i a du an el uncionamen del sis ema.
Els e o ços e icals col·loca s a les pa e s la e als del canal ind an el ma eix
espesso que la es a de l'es uc u a e o çada, amb una amplada de 25
mil·líme es i una alçada de 300 mil·líme es, pe al que coincideixin amb l'al u a
o al del canal de me ac ila . Aques a dis ibució p opo ciona à una igidesa
uni o me a o a l'es uc u a, e i an de o macions du an el pas de l'aigua a al a
eloci a .
Els e o ços de les can onades es dissenyen amb les ma eixes especi icacions
d'espesso i alçada pe ga an i la cohe ència del conjun es uc u al. Tind an una
amplada de 10 mil·líme es pe cos a , mesu an a pa i de les can onades del
canal, assegu an així una ixació e ec i a en aques es zones c í iques, on la
ensió es uc u al és més ele ada.
Un aspec e elle an del disseny és que els e o ços no ind an base als ex ems,
pe me en l'en ada i so ida de les canonades d'aigua, la qual cosa acili a la
connexió del sis ema de ci culació del luid amb el canal. A més, pe ga an i una
es abili a òp ima del canal, es p e eu a egi pun s de ecolzamen a les
can onades de la base, millo an la esis ència de l'es uc u a i man enin el canal
en la posició co ec a du an les ope acions.
En el disseny, s'ha op a pe una o ma de L pe a les can onades pe e i a
in e e ències en el pas de les canonades, man enin així el lux del luid sense
obs uccions. Aques a solució pe me una in eg ació més e icien dels
componen s. No obs an això, un dels aspec es que gene a dub es és la
esis ència d'aques s pe i s e o ços, ja que, malg a la se a unció, la se a mida
po sembla insu icien pe supo a les cà egues que poden gene a -se du an
les ope acions.
Pe aques a aó, es p oposa comen a aques aspec e amb les emp eses
esponsables de la ab icació de la pa de pe ila ia pe al e o ç i els supo s,
pe al d'ob eni assesso amen sob e la iabili a i esis ència d'aques es pe i es
pa s. Això pe me à assegu a que el disseny inal sigui p ou esis en i du ado
pe a l'ús p e is .
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
21
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Un cop anali za el disseny del e o ç me àl·lic pe al canal, es p ocedeix al
disseny dels supo s esmen a s an e io men . L'objec iu p incipal és c ea dos
ipus de supo s, un lla g i un més cu , pe gene a una di e ència d'al u a en e
els dos pun s de ecolzamen del canal i, d'aques a mane a, es abli un penden
que pe me i con ola la eloci a del luid que ci cula pel seu in e io .
El p ime supo se à el supo lla g, si ua al cos a de l'en ada del canal. En
aques cas, el canal es ecolza à simplemen sob e aques supo , man enin
l'al u a cons an en aques pun .
El segon supo se à més cu i es col·loca à al cos a de la so ida del canal.
Aques supo es a à dissenya pe inco po a un sis ema d’ele ació que pe me i
ajus a el penden del canal. D'aques a mane a, es pod à augmen a o edui la
eloci a del luid que ci culi pel canal, en unció de les necessi a s del disseny
expe imen al.
Figu a 3.8: Vis a de de all can onades de la base
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
22
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Els supo s se an ab ica s amb ubs d'ace de secció quad ada, amb una secció
de 40 mil·líme es de cos a i un espesso de 2 mil·líme es. Aques es dimensions
són su icien s pe esis i el pes de l'es uc u a, ga an in la se a es abili a . Els
supo s inclouen ambé una base d’espesso de 3 mil·líme es, dissenyada pe
pe me e la se a ixació a la aula mi jançan ca gols, assegu an una ixació
sòlida i segu a.
Com es po obse a , en e els dos canals hi ha una di e ència d'al u a de 150
mil·líme es. Aques a di e ència se à su icien pe gene a el penden necessa i
pe accele a el luid ins a un ègim supe c í ic.
Pe pe me e ajus a el penden del canal en cada momen , s'inco po a à un
sis ema d’ele ació al supo cu . Aques sis ema es a à basa en un ca gol de
bola, que ans o ma à el mo imen de o ació gene a , pe exemple mi jançan
un olan , en un mo imen lineal. Aques mo imen lineal se à el que ajus a à
l'al u a del supo cu , c ean la di e ència d'al u a eque ida pe es abli el
penden necessa i pe al lux del luid.
Figu a 3.9: Supo s en SolidWo ks
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
23
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Fixan la emella a la pa supe io del supo cu , s'aconsegui à que sigui el p opi
supo el que aguan i el pes de l’es uc u a. A més, a egin un olan a la pa
in e io del ca gol, es gene a à un pa ell que es con e i à en una o ça axial.
Aques a o ça empen a à el canal cap amun , pe me en egula l'al u a de la
so ida i ajus an així el penden del canal.
Pe comple a el disseny, s'han c ea dues peces en o ma de U pe uni el supo
lla g i el sis ema d’ele ació amb el e o ç me àl·lic del canal. Aques es peces
se an de 3 mil·líme es d’espesso i comp a an amb un o a osca pe pe me e
la unió amb els supo s. A més, ind an dos o a s passan s a la pa supe io pe
ixa -les al e o ç me àl·lic del canal, ga an in així una connexió es able i esis en
en e els componen s.
Figu a 3.10: Sis ema d’ele ació
Figu a 3.11: Peça U supo en SolidWo ks
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
30
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Pe úl im, s’inco po a à un pa ell d’anelles ixades a la aula, una a cada cos a
del dipòsi , pe e -hi passa una cin a amb la qual es lliga à el dipòsi pe e -lo
més es able i assegu a que no es po desplaça en el cas de que s’hagi de
mou e la aula de lloc.
Ap o i an que la bomba i el dipòsi es an col·loca s a la se a posició es calcula
la lla gada que hau à de e la canonada que els uneix. Fen se i una cola
especial pe canonades de PVC s’uneix la canonada amb la educció de la
so ida del dipòsi i la e minal mix a de l’en ada de la bomba.
Un cop s’ha eali za el mun a ge de o el que ha d’ana a la pa de in e io de
la aula, es p ocedeix a e el mun a ge de o s els elemen s de la pa supe io .
El p ime que es mun a à se à els supo s, que an ca gola s di ec amen a la
us a de la aula. Com que els o a s que es a an se i pe ca gola -la ja es an
e s, en aques cas només se à necessa i col·loca els supo s a la se a posició
i ca gola -los. Pe e -ho es a à se i ca gols M8 jun amb olande es pe
assegu a una majo ixació i pe no e malbé les peces que s’acaben de pin a .
Figu a 5.4: Posicionamen bomba i dipòsi
Figu a 5.3: Sis ema hid àulic en e el dipòsi i la bomba

DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
31
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
També es pa a se i unes emelles au oblocan s pe assegu a que no es an
a luixan amb la ib ació amb el pas del emps.
Un cop col·loca s els supo s, s’ins al·la el sis ema d’ele ació que a col·loca
di ec amen sob e el supo cu . Pe e -ho, s’ha solda uns passado s me àl·lics
que son de la ma eixa mesu a que els o a s de la emella del ca gol que es a à
se i pe dona penden al canal.
Finalmen , pe acaba amb la pa mecànica del mun a ge, es col·loca el e o ç
me àl·lic del canal. Aques e o ç ani à ca gola a la pa supe io del supo lla g
i a la pa supe io del sis ema d’ele ació ins al·la a la pa supe io del supo
cu . Es a an se i uns ca gols M10 amb olande es i emelles au oblocan s de
la ma eixa mane a que amb els ca gols emplea s pe la ixació dels supo s.
Un cop mun a el supo del canal a la se a posició, el següen pas es col·loca
el canal al seu lloc i així es pod à comença a e la ins al·lació del ci cui hid àulic.
El p ime que es a à se à l’en ada i la so ida del canal. Es a à se i canonades
de 90 mil·líme es de diàme e ex e io com ja s’ha comen a a l’apa a de
disseny del canal. La canonada de l’en ada inco po a à es i olles eduïdes
pe pode passa d’un diàme e d’una polzada que és la mida de o es les
canonades del ci cui ins a els 90 mil·líme es de la canonada d’en ada.
Pe e -ho es a à se i no amen la cola especial pe PVC pe uni cada una de
les i olles eduïdes. P ime s’ha d’uni la i olla eduïda de 32-63 mil·líme es
amb la de 63-75 mil·líme es. Un cop unides aques es dues i olles s’ha de segui
Figu a 5.5: Sis ema d’ele ació del canal
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
32
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
el ma eix p ocedimen pe uni -les amb la i olla de 75-90 mil·líme es i s’ob é el
esul a que es mos a a la Figu a 5.6.
Un cop e a aques a unió de i olles, el p òxim pas a segui és alla la canonada
de 90 mil·líme es de diàme e que es a à se i pe l’en ada, i uni -la p ime
amb les i olles i seguidamen , quan es igui o sec i en ixa , amb el canal de
me ac ila . Aques es dues unions es eali za an mi jançan la ma eixa cola que
s’ha u ili za pe la unió de o s els elemen s de PVC.
Desp és d’uni la canonada d’en ada amb el canal de me ac ila es segui à el
ma eix p ocedimen amb la canonada de so ida. En aques cas la canonada
només es a à unida al canal ja que se à una baixada di ec a i sense unions ins
a l’en ada del dipòsi .
El següen pas en el mun a ge del ci cui hid àulic se à e la ins al·lació de les
canonades d’una polzada que uneixen la so ida de la bomba amb la àl ula i
pos e io men amb les i olles de l’en ada del canal. Pe uni la so ida de la
bomba amb la àl ula, s’ins al·la à dos ams de canonades unides amb un colze
de 90º. El p ime am, se à una canonada e ical que eco e à l’espai que hi
ha en e la so ida de la bomba i la pa supe io de la aula, a a es del o a de
50 mil·líme es de diàme e que s’ha e a la us a de la aula p è iamen . El segon
am se à una canonada ho i zon al que eco e à la us a de la aula ins supe a
la posició del supo lla g, on ani à ins al·lada la àl ula.
Pe uni la àl ula amb la canonada es a à se i una e minal mix a de 1 polzada
pe encola la canonada a un cos a i osca la àl ula a l’al e. Un cop unida la
àl ula amb la canonada p oceden de la bomba, s’ins al·la una no a e minal
mix a pe epe i el ma eix p océs amb la canonada que uneix la àl ula amb la
i olla eduïda de l’en ada del canal.
Figu a 5.6: Vi olles unides
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
33
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
En aques cas s’u ili za una canonada lexible pe e la unió en e la àl ula i la
i olla eduïda. Aques canonada pe me à que el canal es pugui inclina sense
que la ins al·lació hid àulica pa eixi ensions i es pugui a iba a eu e a ec ada
pe aques mo imen del canal.
Un cop e a aques a unió, el ci cui hid àulic ja es a à o almen ins al·la .
Pe acaba amb la cons ucció del canal l’úl im acció a eali za se à col·loca el
il e que a posiciona a l’en ada i que s’ha mos a a la ase de disseny. Aques
il e ha es a cons uï amb la imp esso a 3D de la uni e si a .
Figu a 5.7: Sis ema hid àulic en e la bomba i l’en ada del canal
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
34
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
6. Exemple d’una possible p àc ica a eali za pels alumnes
Aques apa a mos a les possibili a s que o e eix el canal hid odinàmic a l’ho a
eali za p àc iques expe imen als in e esan s i en e ingudes elacionades amb
la dinàmica de luids.
G àcies al canal hid odinàmic que es dissenya à i cons ui à, du an la eali zació
d’aques eball de i de g au, es pod à p o oca un essal hid àulic con ola .
Amb aques essal hid àulic i amb l’equip del labo a o i, es pod à e una sè ie
de mesu es i càlculs expe imen als pe compa a -los pos e io men amb els
esul a s eò ics.
A con inuació, es mos a l’es uc u a que hau ia de eni una p àc ica de labo a o i
i càlculs i mesu es que es pod à eali za de mane a expe imen al un cop es igui
ope a iu el canal hid odinàmic.
6.1. P àc ica elacionada amb el essal hid àulic a eali za pels
alumnes
Du an la eali zació d’aques a p àc ica s’es udia an els següen s concep es i
enòmens elaciona s amb la dinàmica de luids.
• Flux lamina , u bulen i el Nomb e de Reynolds.
• Tipus de ègims del lux (subc í ic, c í ic i supe c í ic), la p o undi a c í ica
i el Nomb e de F oude.
• Fenomen del essal hid odinàmic.
L’es uc u a de la p àc ica ha de se la següen es uc u a i inclou e els següen s
apa a s:
1. In oducció
1.1. Objec ius
1.2. Concep es onamen als
2. Reali zació expe imen al
2.1. Ma e ial u ili za
2.2. P ocedimen
2.3. Mesu es expe imen als p eses.
3. Elabo ació de esul a s
4. Anàlisi de esul a s
5. Conclusions
6. Bibliog a ia
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
35
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Reali zació expe imen al
P ime amen , s’ha de e un iden i icació de o el ma e ial necessa i pe eali za
la p àc ica. Un cop iden i ica el ma e ial, el p ime pas és col·loca el canal a la
posició inicial, és a di , a 0º d’inclinació en se i olan pe dona inclinació.
Seguidamen , s’ha de e el càlcul de la p o undi a c í ica. Pe e -ho s’ha de
calcula les dimensions del canal i e se i un alo de cabal conegu que es
pod à egula amb la àl ula. (p.e. 35x10-3 m3/s, la mei a de la capaci a de la
bomba)
L’equació pe e el càlcul de la p o undi a c í ica és la següen :
𝑦𝑐=√𝑄2
𝑔·𝑏2
3
On Q és el cabal que ci cula pel canal i b l’amplada del canal.
Un cop calculada la p o undi a c í ica, es po encend e la bomba ob in
l’in e up o e mell.
Un cop encesa la bomba l’aigua comença à a ci cula pe el canal. Quan ho aci,
s’hau à de comp o a si el lux es a en ègim subc í ic (pe sob e de la p o undi a
c í ica) o supe c í ic (pe so a de la p o undi a c í ica). En cas de que el lux es
obi pe sob e de la p o undi a c í ica s’ha de dona inclinació al canal ins a iba
a la p o undi a c í ica.
Un cop ob ingu un ègim del lux supe c í ic, s’ha de e se i les compo es pe
e que l’aigua pe di eloci a al inal del canal i es p odueixi així el enomen del
essal hid àulic. Un cop ob ingu un essal hid àulic, es p end à les següen s
mesu es: p o undi a del lux p è ia al essal hid àulic (y1), p o undi a del
lux passa el essal hid àulic (y2) i longi ud del essal hid àulic (LRH).
Amb els alo s ob ingu s ompli la aula de la pa in e io .
Un com p eses aques es mesu es, s’hau à de dona al canal la màxima inclinació
possible i o na a p end e les ma eixes mesu es. Amb els alo s ob ingu s ompli
la aula de la pa in e io .
Inclinació (º)
y1 (mm)
Y2 (mm)
LRH (mm)
1
2

DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
36
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
Elabo ació de esul a s
Un cop omple a la aula, oca à e els càlculs pe als dos casos es udia s. Pe
e els càlculs és necessa i sabe quines ó mules usa .
P ime amen , es pod à comp o a si la mesu a p esa del alo de LRH es co ec a
mi jançan la següen equació pel càlcul de LRH:
𝐿=9.75𝑦1(𝐹𝑟1−1)1.01
On F 1 és el nomb e de F oude i es calcula de la següen mane a:
𝐹𝑟=𝑄
𝑏·√𝑔·𝑦13
Seguidamen , es eali za à el càlcul de l’ene gia dissipada du an el essal
hid àulic. Pe e -ho se à necessa i e se i la següen equació:
ΔE=(𝑦2−𝑦1)3
4·𝑦1·𝑦2
Pe úl im, es calcula à l’e iciència del essal hid àulic degu a la pè dua d’ene gia
en la ans o mació de l’ene gia cinè ica en ene gia po encial. Pe eali za aques
càlcul se à necessa i e se i la següen equació:
η=𝐸2
𝐸1=(1+8𝐹𝑟12)3/2−4𝐹𝑟12+1
8𝐹12(2+𝐹𝑟12)
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
37
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
7. Conclusions
En conclusió, el disseny i la cons ucció d’aques canal hid odinàmic in e ac iu
ha es a una asca de g an alo an a ni ell acadèmic com p o essional. Aques a
eina didàc ica pe me à als es udian s de la Uni e si a Poli ècnica de Ca alunya
obse a de mane a p àc ica enòmens que, o i se onamen als pe a la
Dinàmica de Fluids, so in esul en di ícils d’en end e només mi jançan l’es udi
eò ic. Aques p ojec e ha comple l'objec iu de p opo ciona una eina p àc ica i
in e ac i a que complemen a la eo ia, con ibuin a una comp ensió més
p o unda dels p ocessos hid odinàmics.
A més, m’ha pe mès desen olupa compe ències impo an s a ni ell
p o essional, com el disseny de sis emes hid àulics i la esolució de p oblemes
p àc ics en el camp de l’enginye ia.
A ni ell pe sonal, aques p ojec e ha es a una opo uni a pe posa en p àc ica
els coneixemen s adqui i s du an la me a o mació acadèmica, en on an -me
als ep es que p esen a el disseny i la cons ucció de sis emes complexos. A
a és d’aques p océs, he pogu consolida compe ències que se an
onamen als en la me a u u a ca e a com a enginye .
En esum, aques canal hid odinàmic in e ac iu no només ep esen a una
apo ació aluosa pe a l'ensenyamen de la dinàmica de luids, sinó ambé un
pas impo an en el meu desen olupamen p o essional i pe sonal.
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
38
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
8. Bibliog a ia
• San Diego S a e Uni e si y (2016). Clasi icación de los egímenes de lujo
en canales. Recupe a de
h ps://ponce.sdsu.edu/clasi icacion_de_los_ egimenes_de_ lujo_en_can
ales.h ml
• Wikipedia (n.d.). Es ado de lujo hid áulico. Recupe a de
h ps://es.wikipedia.o g/wiki/Es ado_de_ lujo_hid %C3%A1ulico
• Yepes, V. (2023, ene o 17). El adio hid áulico y el pe íme o mojado de
una sección. Recupe a de
h ps:// ic o yepes.blogs.up .es/2023/01/17/el- adio-hid aulico-y-el-
pe ime o-mojado-de-una-seccion/
• GUNT Ge ä ebau (n.d.). Flujo en canales abie os. Recupe a de
h ps://www.gun .de/images/download/open-channel_ low_spanish.pd
• Palacios, G. (2022). Hid áulica de canales. Recupe a de
h p://www.gpalacios.es/pd /hid a_canales.pd
• Uni e sidad Nacional de Colombia (2005). Pa e 10. Concep os
undamen ales de hid áulica. Recupe a de
h ps:// eposi o io.unal.edu.co/bi s eam/handle/unal/21725/3353962.200
5.Pa e%2010.pd
• Figu a 2.1: Ressal hid àulic. Recupe a de
h ps://www.cue adelci il.com/2011/03/ esal o-hid aulico.h ml
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
39
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA
9. Annexes
9.1. Plànols del canal hid odinàmic
DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN CANAL HIDRODINÀMIC
46
ESCOLA POLITÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA DE MANRESA