Hidráulica de Canales

Antecedentes
El flujo de agua en un conducto puede ser flujo en canal abierto o flujo en tubería. Estas dos clases de flujos son similares en diferentes en muchos aspectos, pero estos se diferencian en un aspecto importante.
El flujo en canal abierto debe tener una superficie libre, en tanto que el flujo en tubería no la tiene, debido a que en este caso el agua debe llenar completamente elconducto.
Las condiciones de flujo en canales abiertos se complican por el hecho de que la composición de la superficie libre puede cambiar con el tiempo y con el espacio, y también por el hecho de que la profundidad de flujo el caudal y las pendientes del fondo del canal y la superficie libre son interdependientes.
En estas la sección transversal del flujo, es fija debida a que esta completamentedefinida por la geometría del conducto. La sección transversal de una tubería por lo general es circular, en tanto que la de un canal abierto puede ser de cualquier forma desde circular hasta las formas irregulares en ríos. Además, la rugosidad en un canal abierto varia con la posición de una superficie libre. Por consiguiente laselección de los coeficientes de fricción implica una mayorincertidumbre para el caso de canales abiertos que para del de tuberías, en general, el tratamiento del flujo en canales abiertos es mas mas que el correspondiente a flujo en tuberías. El flujo en un conducto cerrado no es necesariamente flujo en tuberías si tiene una superficie libre, puede clasificarse como flujo en canal abierto.

Tipos de flujo
Se puede clasificar el flujo en canales de variasformas, las principales son:
Uniforme: la velocidad del fluido no cambia ni en magnitud ni en dirección y la superficie del líquido es paralela al fondo del canal. Solo ocurre cuando la sección del canal es constante.
No uniforme: la superficie del líquido no es paralela al fondo (también se llama variado). El cambio de profundidad puede ser brusco o suave y entonces tenemos dos subdivisiones:-Flujo variado rápido
-Flujo variado gradual
Permanente: la velocidad (profundidad) no varía con el tiempo.
No permanente: la velocidad (profundidad) varía con el tiempo.
Laminar Turbulento: en el número de Reynolds se toma como longitud característica la profundidad hidráulica media.
En estas condiciones el Reynolds crítico es aproximadamente 600.
Las fuerzas gravitatorias son muyimportantes en flujos con superficie libre. Puesto que la presión en la superficie es constante, (generalmente atmosférica) las fuerzas gravitatorias son las únicas fuerzas que causan el flujo en régimen permanente.
La relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas gravitatorias puede expresarse de forma adimensional mediante un grupo adimensional llamado número de Froude:

donde:
v:velocidad (media)del fluido
y: profundidad del flujo
Subcrítico o tranquilo: si el número de Froude es menor que 1 En este caso la velocidad del líquido es pequeña y una perturbación puede propagarse aguas arriba.
Si el número de Froude es igual a 1 el flujo se denomina crítico.
Supercrítico o rápido: si el número de Froude es mayor que 1. En este caso una perturbación no puede propagarse aguasarriba.
El número de Froude, clasifica el flujo en un canal, en función de la relación entre la velocidad media de la corriente y la velocidad de una perturbación superficial. En una determinada sección, la velocidad media, puede ser menor, igual o mayor a la velocidad de una perturbación en la superficie libre.
El flujo más simple de tratar es el permanente uniforme, pues el flujo no cambia nicon la distancia ni con el tiempo.
Los canales suelen tener una pendiente muy pequeña (1/1000)
En la práctica el flujo variado se halla con más frecuencia.
El flujo laminar raramente ocurre en casos de interés práctico: la sección tiene que ser muy pequeña, la velocidad muy pequeña o la viscosidad extremadamente alta.
Una forma de medir ésta velocidad media es mediante el tubo de Pitot...