Hidraulica

Departamento de Ingenier
a Civil

Facultad de Ciencias F
sicas y Matematicas
Universidad de Chile

Apuntes de Clases

Flujo Uniforme

por Marcos Contreras

Julio 1999

Flujo uniforme y altura normal
Caracter
sticas del ujo uniforme

Para el r
gimen de ujo uniforme se considera que posee las siguientes caracter
sticas e
principales, ver gura 1: 1. La profundidad,el per
metro mojado, la velocidad y el caudal en cada secci
n del canal
o son constantes. 2. La linea de energ
a, la super cie del agua y el fondo del canal son paralelos; es decir,
sus pendientes son todas iguales, o if = iw = i0 = i. Para prop
sitos pr
cticos, el requerimiento de una velocidad constante puede interpretarse o a libremente como el requerimiento de que el ujo posea unavelocidad media constante. Sin embargo, en rigor, esto signi car
a que el ujo posee una velocidad constante en cada punto
de la secci
n del canal dentro del tramo del ujo uniforme. En otras palabras, la distribuci
n o o de velocidades a trav
s de la secci
n del canal no se altera dentro del tramo. Este patr
n e o o estable de la distribuci
n de velocidades puede obtenerse cuando la llamadacapa l
mite" se o
encuentra desarrollada por completo. Se considera que el ujo uniforme es s
lo permanente, debido a que el ujo uniforme no o permanente pr
cticamente no existe. En corrientes naturales, a
n el ujo uniforme permanente a u es raro, debido a que en r
os y corrientes en estado natural casi nunca se experimenta una
condici
n estricta de ujo uniforme. A pesar de estadesviaci
n de la realidad, a menudo se o o supone una condici
n de ujo uniforme para el c
lculo de ujo en corrientes naturales. Los o a resultados obtenidos a partir de esta suposici
n son aproximados y generales, pero ofrecen o una soluci
n relativamente simple y satisfactoria para muchos problemas pr
cticos. o a N
tese que el ujo uniforme no puede ocurrir a velocidades muy altas, a menudodescritas o como ultra r
pidas. Esto se debe a que, cuando el ujo uniforme alcanza una cierta velocidad a alta, se vuelve muy inestable gener
ndose ondas en su super cie. A velocidades m
s altas el a a ujo eventualmente atrapar
aire y se volver
inestable. a a

Establecimiento del ujo uniforme

Cuando el ujo ocurre en un canal abierto, el agua encuentra resistencia a medida que uye aguasabajo. Esta resistencia por lo general es contrarrestada por las componentes de fuerzas gravitacionales que act
an sobre el cuerpo de agua en la direcci
n del movimiento, u o ver gura 2. Un ujo uniforme se desarrollar
si la resistencia se balancea con las fuerzas a gravitacionales. La magnitud de la resistencia, cuando otros factores f
sicos del canal se mantienen cons
tantes, depende de lavelocidad de ujo. Si el agua entra al canal con lentitud, la velocidad y, por consiguiente, la resistencia son peque~as, y la resistencia es sobrepasada por las fuerzas n de gravedad, dando como resultado una aceleraci
n de ujo en el tramo de aguas arriba. o 2

La velocidad y la resistencia se incrementar
n de manera gradual hasta que se alcance un a balance entre las fuerzas de resistencia y degravedad. A partir de este momento, y de ah
en
adelante, el ujo se vuelve uniforme. El tramo de aguas arriba que se requiere para el establecimiento del ujo uniforme se conoce como zona transitoria. En esta zona el ujo es acelerado y variado. Si el canal es m
s a corto que la longitud transitoria requerida para las condiciones dadas, no puede obtenerse ujo uniforme. Hacia el extremo deaguas abajo del canal, la resistencia puede ser excedida de nuevo por las fuerzas gravitacionales y el ujo nuevamente se vuelve variado. A modo de una explicaci
n gr
ca, en la gura 1 se muestra un canal largo con tres o a pendientes diferentes: subcr
tica, cr
tica y supercr
tica.



Flujo variado Zona transitoria Flujo uniforme Flujo variado Zona transitoria

hn

hc
Pendiente...