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FLUJO UNIFORME

Es aquel con profundidad y velocidad constantes. Es el equivalente de un flujo en un canal abierto en tuberías, totalmente desarrollado. El flujo uniforme sólo puede ocurrir en un canal prismático recto, con una pendiente constante en el fondo. Cuando el líquido entra al área del canal, existe una región de desarrollo de flujo gradualmente variado, llamada zona transitoria; lafuerza de gravedad excede la de la pared y el flujo se acelera. La mayor velocidad aumenta el esfuerzo cortante en la pared. Si el canal es lo suficientemente largo, al final se presenta una condición de equilibrio entre la fuerza de gravedad y la fuerza de la pared, y el flujo se vuelve uniforme. Muchos canales se diseñan para la condición de un flujo uniforme. La profundidad correspondiente a unflujo uniforme en un canal particular se denomina profundidad normal. Aún cuando el flujo en el canal no sea uniforme, la profundidad normal es un parámetro de diseño importante.

Este tipo de flujos son poco comunes y ocurren cuando el vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado o expresado matemáticamente:Donde el tiempo se mantiene constante y s es un desplazamiento en cualquier dirección.

CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO UNIFORME

1. La profundidad, el perímetro mojado, la velocidad y el caudal en cada sección del canal son constantes.

2. La línea de energía, la superficie del agua y el fondo del canal son paralelos; es decir, sus pendientes son todas iguales, o if = iw = i0 = i.

Parapropósitos prácticos, el requerimiento de una velocidad constante puede interpretarse libremente como el requerimiento de que el flujo posea una velocidad media constante. Sin embargo, en rigor, esto significaría que el flujo posee una velocidad constante en cada punto de la sección del canal dentro del tramo del flujo uniforme. En otras palabras, la distribución de velocidades a través de la seccióndel canal no se altera dentro del tramo. Este patrón estable de la distribución de velocidades puede obtenerse cuando la llamada “capa limite" se encuentra desarrollada por completo.

Se considera que el flujo uniforme es solo permanente, debido a que el flujo uniforme no permanente prácticamente no existe. En corrientes naturales, aun el flujo uniforme permanente es raro, debido a que en ríos ycorrientes en estado natural casi nunca se experimenta una condición estricta de flujo uniforme.
A pesar de esta desviación de la realidad, a menudo se supone una condición de flujo uniforme para el cálculo de flujo en corrientes naturales. Los resultados obtenidos a partir de esta suposición son aproximados y generales, pero ofrecen una solución relativamente simple y satisfactoria para muchosproblemas prácticos.

Nótese que el flujo uniforme no puede ocurrir a velocidades muy altas, a menudo descritas como ultra rápidas. Esto se debe a que, cuando el flujo uniforme alcanza una cierta velocidad alta, se vuelve muy inestable generándose ondas en su superficie. A velocidades mas altas el flujo eventualmente atrapara aire y se volverá inestable.

ESTABLECIMIENTO DEL FLUJO UNIFORMECuando el flujo ocurre en un canal abierto, el agua encuentra resistencia a medida que fluye aguas abajo. Esta resistencia por lo general es contrarrestada por las componentes de fuerzas gravitacionales que actúan sobre el cuerpo de agua en la dirección del movimiento, (ver figura 2). Un flujo uniforme se desarrollara si la resistencia se balancea con las fuerzas gravitacionales.

La magnitud dela resistencia, cuando otros factores físicos del canal se mantienen constantes, depende de la velocidad de flujo. Si el agua entra al canal con lentitud, la velocidad y por consiguiente, la resistencia son pequeñas, y la resistencia es sobrepasada por las fuerzas de gravedad, dando como resultado una aceleración de flujo en el tramo de aguas arriba.

La velocidad y la resistencia se...
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