Flujo en canales abiertos

Propedéutico de Hidráulica

FLUJO DE CANALES ABIERTOS

Características de los canales abiertos:

Los canales son conductos en los que el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera. Los canales pueden ser naturales como los ríos o arroyos o artificiales que son los construidos por el hombre.También existen los canales como conductos cerrados que trabajan parcialmente llenos como en un alcantarillado.

Los canales artificiales usualmente se diseñan con formas geométricas regulares, las más comunes son las siguientes:

• Sección trapezoidal: se usa siempre en canales de tierra y en canales revestidos.

• Sección rectangular: se emplea para acueductos de madera, paracanales excavados en roca y para canales revestidos.

• Sección triangular: se unas para cunetas revestidas en las carreteras, en canales de tierra pequeños, fundamentalmente por la facilidad de trazo.

Distribución de las velocidades:

En el estudio de las velocidades en los canales abiertos, se consideran dos secciones:

• Sección transversal:

La resistencia ofrecida por lasparedes y por el fondo, reduce la velocidad. En la superficie libre, la resistencia ofrecida por la atmósfera y por los vientos también influye sobre la velocidad. La velocidad máxima se da al centro de la sección transversal en un punto un poco más debajo de la superficie libre.

• Sección longitudinal:

Las velocidades en la sección longitudinal varían según la profundidad, como muestrala siguiente figura:

[pic]

Generalmente la velocidad a los seis décimos de la profundidad, es la que más se aproxima a la velocidad media.

Radio hidráulico:

El radio hidráulico es la relación entre el área de la sección transversal y el perímetro mojado. Este último es la frontera sólida en contacto con el flujo.

Perímetro mojado (P.M)

Rh = A /P.M

área

Clasificación de flujo:
El flujo en canales abierto puede clasificarse en muchos tipos y distribuirse de diferentes maneras. La siguiente clasificación se hace de acuerdo con el cambio en la profundidad del flujo con respecto al tiempo y al espacio.
• Flujo permanente: tiempo como criterio. Se dice que el flujo en un canal abierto es permanente si la profundidad delflujo no cambia o puede suponerse constante durante el intervalo de tiempo en consideración.
• Flujo no permanente: si la profundidad no cambia con el tiempo. En la mayor parte de canales abiertos es necesario estudiar el comportamiento del flujo solo bajo condiciones permanentes. Sin embargo el cambio en la condición del flujo con respecto al tiempo es importante, el flujo debe tratarse como nopermanente, el nivel de flujo cambia de manera instantánea a medida que las ondas pasan y el elemento tiempo se vuelve de vital importancia para el diseño de estructuras de control. Para cualquier flujo, el caudal Q en una sección del canal se expresa por Q=VA. Donde V es la velocidad media y A es el área de la sección transversal de flujo perpendicular a la dirección de este, debido a que lavelocidad media está definida como el caudal divido por el área de la sección transversal.

• Flujo uniforme y flujo variado: espacio como criterio. Se dice que el flujo en canales abiertos es uniforme si la profundidad del flujo es la misma en cada sección del canal. Un flujo UNIFORME puede ser permanente o no permanente, según cambie o no la profundidad con respecto al tiempo. El flujouniforme permanente es el tipo de flujo fundamental que se considera en la hidráulica de canales abiertos. La profundidad del flujo no cambia durante el intervalo de tiempo bajo consideración. El establecimiento de un flujo uniforme no permanente requeriría que la superficie del agua fluctuara de un tiempo a otro pero permaneciendo paralela al fondo del canal.

El flujo es variado si la profundidad...