Flujo Gradualmente Variado

FLUJO ESPACIALMENTE VARIADO
El flujo especialmente (gradualmente) variado, como se definió antes, tiene un caudal no
uniforme como resultado de la adición o disminución de agua a lo largo del curso del flujo.
El agua agregada o extraída causará perturbaciones en el contenido de energía o de
momentum del flujo. Como resultado, el comportamiento hidráulico de un flujo
espacialmente variado esmás complicado que el de un flujo con caudal constante.
Además, el comportamiento hidráulico del flujo espacialmente variado con caudal
creciente es en ciertos aspectos, diferente del flujo similar con caudal decreciente. Por
consiguiente, los dos tipos de flujo espacialmente variados se estudiarán por separado.
A. Flujo con caudal creciente. En este tipo de flujo espacialmente variado, unaparte
apreciable de la pérdida de energía se debe a la mezcla turbulenta del agua agregada y
del agua que fluye a través del canal. En la mayor parte de los casos esta mezcla es de
una magnitud e incertidumbre relativamente alta. Debido al resultado de pérdidas altas e
inciertas la ecuación de momentum es más conveniente para la solución de este problema
que la ecuación de energía. Desde unpunto de vista práctico, la alta pérdida de energía
hace que los canales diseñados para flujo espacialmente variado sean hidráulicamente
ineficientes, pero algunas veces las circunstancias físicas hacen que el uso de estas
estructuras sea más conveniente.
Una forma sustancialmente correcta de la ecuación diferencial fundamental para flujo
espacialmente variado con caudal creciente tal vez fueestablecida por primera vez por
Hinds para el diseño de vertederos de canal lateral. Los métodos desarrollados por Hinds y
Favre son aplicables a cualquier canal, prismático y no prismático, pero en el
procedimiento se requiere un cálculo por pasos con aproximaciones sucesivas.
B. Flujo con caudal decreciente. En lo fundamental, este tipo de flujo espacialmente
variado puede tratarse como unadesviación de flujo donde el agua desviada no afecta la
altura de energía. Este concepto ha sido verificado mediante teoría y experimentos. Por
consiguiente, se encontrará que el uso de la ecuación de energía es más conveniente para
resolver este problema.
La teoría del flujo espacialmente variado con caudal decreciente tal vez fue empleada por
primera vez en el diseño de vertederos lateraleso vertederos de pared delgada laterales.
En la deducción de la ecuación de flujo espacialmente variado que se hace en la siguiente
sección se harán las siguientes suposiciones:
1. El flujo es unidireccional. En realidad, existen corrientes transversales fuertes en forma
de flujo espiral, en particular en canales de vertederos laterales. Los efectos de estas
corrientes y su acompañante“turbulencia” no pueden evaluarse con facilidad, pero se
incluirán en los cálculos si se utiliza el principio de momentum. El desnivel lateral de la
superficie de agua, como resultado de las corrientes transversales, puede ignorarse.
2. La distribución de velocidades a través de la sección del canal es constante y uniforme,
es decir, los coeficientes de distribución de velocidades se toman iguales ala unidad. Sin
embargo, pueden introducirse valores apropiados para los coeficientes, si es necesario.
3. La presión en el flujo es hidrostática, es decir, el flujo es paralelo. Sin embargo, el flujo
a la salida puede ser curvilíneo y puede desviarse sustancialmente de la suposición de
flujo paralelo si ocurre una caída hidráulica. En tales casos, pueden introducirse valores
apropiados paralos coeficientes de distribución de presiones, si es necesario.
4. La pendiente del canal es relativamente pequeña, entonces sus efectos en la altura de
presión y en la fuerza en las secciones del canal son insignificantes. Sí la pendiente es
apreciable, pueden aplicarse correcciones para estos efectos.
5. Se utiliza la ecuación de Manning para evaluar las pérdidas por fricción debidas al...