Hidraulica ii

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE APIZACO

INGENÍERIA CIVIL

HIDRÁULICA II

FLUJO UNIFORME

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1. FLUJO UNIFORME

1.1 ANTECEDENTES 1.1.1 Características generales del flujo a superficie libre El flujo de agua en un conducto puede ser: Flujo en canal. Flujo en tubería. Estas dos clases de flujo son similares en muchos aspectos, pero se diferencian en una característica importante: el flujo encanal presenta una superficie libre, en tanto que el flujo en tubería no la tiene, debido a que en este caso el agua debe llenar completamente el conducto. La superficie libre está expuesta a la atmósfera y, por lo tanto, a la presión que la misma ejerce (presión atmosférica). El flujo en tubería al estar confinado en un conducto cerrado, no está sometido a la presión atmosférica de maneradirecta, sino solamente a la presión manométrica. Las dos clases de flujo se comparan en la Figura 1; a la izquierda de ésta se muestra el flujo en tubería. Dos piezómetros se encuentran instalados en las secciones 1 y 2 de la tubería. Los niveles de agua en estos tubos se mantienen por acción de la presión de la tubería, en elevaciones representadas por la línea conocida como línea piezométrica. Lapresión ejercida por el agua en cada sección del tubo se indica en el piezómetro correspondiente, mediante la altura y de la columna de agua por encima del eje central de la tubería. La energía total del flujo en la sección, asociada a un plano de referencia, es la suma de la elevación z del eje central de la tubería, la altura piezométrica y la altura de velocidad αV2/2g. En la figura, la energíaestá representada por la línea conocida como línea de energía. La pérdida de energía que resulta cuando el agua fluye desde la sección1 hasta la sección 2, está representada por hf. Un diagrama similar para el flujo a superficie libre se muestra en la parte derecha de la Figura 1. Con propósitos de simplificación, se supone que el flujo es paralelo y que tiene una distribución de velocidadesuniforme y que la pendiente del canal es pequeña; de tal forma que: la superficie del agua corresponde con la línea piezométrica y la profundidad del agua corresponde a la altura piezométrica1. A pesar de las similitudes que existen entre estos dos tipos de flujo, es mucho más difícil resolver problemas de flujo en canales, que en tuberías. Las condiciones de flujo en canales se complican por el hecho deque la posición de la superficie libre puede cambiar con el tiempo y con el espacio, y también por que la profundidad del flujo, el caudal y la pendiente del fondo del canal y de la superficie libre son interdependientes. Las condiciones físicas de los canales varían mucho más que las de tuberías; en éstas, la
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Si el flujo fuera curvilíneo o la pendiente del canal fuera alta, la alturapiezométrica sería, de manera apreciable, diferente de la profundidad del flujo; como resultado, línea piezométrica no coincidiría con la superficie del agua.
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_______________________________________ ING. J. ALFONSO MARÍN BARRERA

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seccióntransversal del flujo es fija, debido a que está completamente definida por la geometría del conducto. La sección transversal de una tubería, por lo general, es circular. En tanto, que la de un canal puede ser de cualquier forma, desde circular hasta las formas irregulares de las corrientes naturales.

Figura 1 Flujo en tuberías y flujo en canales En las tuberías, la superficie interior por logeneral tiene rugosidades que varían, por ejemplo, desde aquellas correspondientes a tuberías nuevas de latón liso, por un lado, hasta las tuberías de acero viejas y corroídas, por el otro. En canales la superficie varía desde la correspondiente a metales pulidos, utilizados en canaletas de prueba, hasta la correspondiente a lechos rugosos e irregulares en ríos. Además, el valor de la rugosidad en...