hidraulica

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NOCIONES HIDRÁULICAS
REFERIDAS A
CONDUCTOS A GRAVEDAD

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CONDUCTOS LIBRES O CANALES. FLUJO UNIFORME
Los conductos libres están sujetos a la presión atmosférica, por lo menos en un punto de
su área hidráulica.Generalmente, tales conductos presentan una superficie libre, en contacto con el aire
(Figura 1).
En (c) está indicado el caso limite de un conducto libre, si bien el conducto funciona
completamente lleno, en su parte superior interna actúa una presión igual a la
atmosférica. En (d) está representado un conducto forzado.
Pa
Pa

Pa

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 1
Los cursos de aguanatural constituyen el mejor ejemplo de conductos libres, además
funcionan como conductos libres las cañerías de desagües cloacales y pluviales,
alcantarillas, canaletas y en algunos casos acueductos.
ÁREA

HIDRÁULICA Y PERIMETRO MOJADO

Como los conductos libres pueden presentar las formas más variadas, pudiendo aún
funcionar parcialmente llenos, se hace necesaria la introducción de dosnuevos
parámetros para su estudio.
Se denomina área hidráulica de un conducto al área de escurrimiento en una sección
transversal. Se debe distinguir por lo tanto, S, sección de un conducto (total), y A, área
hidráulica (sección de flujo).
El perímetro mojado es la línea que limita al área hidráulica junto a las paredes y al
fondo del conducto. No abarca, por lo tanto la superficie libre delagua. Se denota por P.
ECUACIÓN

GENERAL DE RESISTENCIA

Considerándose en un tramo de extensión unitaria. Siendo el movimiento uniforme, la
velocidad se mantiene a costa de la pendiente del fondo del canal, pendiente ésta que
será la misma para la superficie libre del agua. Siendo γ el peso específico de la masa
líquida, la fuerza que produce el movimiento será:

F = γ ⋅ A ⋅ senα

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horizontal

A

L=1

Figura 2

Para que el movimiento sea uniforme, debe haber equilibrio entre la fuerzas aceleradoras
y retardadoras, de modo que la fuerza F debe contrarrestar la resistencia opuesta al flujo
por la resultante debida a la fricción. Esta resistencia al flujo puede ser consideradaproporcional a los siguientes factores:
a) peso específico del líquido
b) perímetro mojado
c) extensión del canal (=1)
d) a una cierta función γ (V) de la velocidad media

Re s = γ ⋅ Pϕ ⋅ (V )
Igualando (1) con (2)

γ ⋅ A ⋅ senα = γ ⋅ Pϕ ⋅ (V )
A ⋅ senα = Pϕ ⋅ (V )
En la práctica, generalmente la pendiente de los canales es relativamente pequeña;

α < < 10°
permitiendo que se tomesenα ≅ tan α = S ( pendiente)
resultando

A
⋅ S = ϕ (V )
P
La relación A/P es denominada radio hidráulico se denota RH

RH = R =

área ⋅ hidráulica
perímetro ⋅ mojado

RH ⋅ S = ϕ (V )

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Ecuación general de resistencia
La pendiente en este caso, corresponde a la pérdida de carga unitaria (Sf) delos
conductos forzados.
Además de la ecuación de resistencia, se tiene la ecuación de continuidad,

Q = A⋅ V
Estas ecuaciones permiten resolver los problemas prácticos de manera análoga a la de
los conductos forzados; conocidos dos elementos es siempre posible determinar los otros
dos.

FÓRMULA

DE

CHEZY

En 1775 Chézy propuso una expresión de la siguiente forma:

V = C ⋅ RH ⋅ SEl valor de C se suponía ene esa época, independiente de la rugosidad de las paredes. Es
interesante notar que para un conducto de sección circular, funcionando con la sección
llena,

RH =

D
4

Tomándose S= Sf y realizándose las sustituciones en la fórmula de Chézy resulta,

D⋅ Sf
4

= ⋅

V2
C2

D f = ϕ (V )
Expresión análoga de Darcy, en que el exponente de D es la unidad y...