Chezy

HIDRAULICA APLICADA HEC RAS

FLUJO UNIFORME Y PERMANENTE EN CANALES ABIERTOS

HIDRAULICA DE CANALES ABIERTO • El flujo de agua en canales presenta una superficie libre en que actúa la presión atmosférica. • El área de la sección transversal de flujo cambia con la profundidad del agua, por lo que resulta más complicada la solución de problemas en canales que en tuberías. • En las tuberías laforma de la sección transversal es generalmente circular mientras que en canales hay mayor diversidad de formas. • En general, la rugosidad de las tuberías es única para cada material utilizado, en cambio en canales la rugosidad varia tanto con el material, como con la profundidad de flujo (particularmente en canales naturales).

COMPARACION DE LOS FLUJOS A PRESION Y EN CANALES ABIERTOFLUJO UNIFORME Y PERMANENTE
• El flujo uniforme permanente es tipo de flujo en un canal abierto más sencillo de analizar, aunque en la práctica no ocurre con la frecuencia que podría suponerse al principio. Este flujo implica: a. Que la profundidad del flujo, el área y forma de la sección viva del flujo, el perímetro mojado, radio hidráulico y otras características del flujo deben de ser constante alo largo del canal. b. Que la rasante de energía (Sf ), la superficie del agua (Sa) y la pendiente del fondo del canal (So ) son paralelo por lo tanto sus pendientes son iguales, o sea que podemos citar la ecuación del movimiento uniforme permanente como:

ECUACIONES DEL FLUJO UNIFORME
• Los parámetros hidráulicos del flujo (velocidad, profundidad) permanecen constantes a lo largo delconducto. El flujo de líquidos en canales de sección constante y gran longitud se considera uniforme.

• El flujo en un canal es el resultado de la acción de las fuerzas de gravedad (peso) que actúan como fuerzas impulsoras, y de las fuerzas de fricción que actúan como fuerzas retardadoras. • Cuando ambas fuerzas son iguales la aceleración del flujo es nula y por lo tanto el flujo es uniforme. • Por lotanto, las pérdidas de energía hL en la ecuación de Bernuolli se producen solamente a consecuencia de la disminución de la cota zi en dirección del flujo

ECUACIONES DEL FLUJO UNIFORME
• La pendiente del fondo del canal en el flujo uniforme en canales, obligatoriamente la pendiente del canal debe ser positiva (S0>0)

Z1  Z 2 So   seno  L
• En general el flujo uniforme ocurre únicamenteen canales prismáticos (constituidos con una sección transversal constante y con la misma pendiente del canal a lo largo de su longitud) muy largos y rectos.

ECUACIONES DEL FLUJO UNIFORME
• Para interpretar el coeficiente de rugosidad del canal, se aplicaría la ecuación de momentum, donde la aceleración del flujo en el canal es cero, o sea:

ECUACIONES DEL FLUJO UNIFORME
Para una fuerzaneta cero en la dirección del movimiento, la resistencia total debe equilibrar exactamente la componente del peso W, o sea:

 o PL = W sen  = AL sen 
A  o = sen P
Por lo tanto

 o = R H gS f
En casi en todos los casos de interés práctico, el número de Reynolds del flujo en un canal abierto es suficientemente alto para que las condiciones correspondan a la de la "zona del flujorugoso" (ver diagrama de Moody) en la cual los efectos viscosos simples son despreciables.

ECUACIONES DEL FLUJO UNIFORME
Esfuerzo es proporcional al cuadrado de la velocidad promedio, o sea

Igualando las ecuaciones de los esfuerzos cortantes en el canal, obtendría la ecuación de CHEZY:

V = C R H S0
Donde:

C=

8g



C = f(


RH

,R=

VR H



)

ECUACIONES DEL FLUJOUNIFORME
• Para evaluar el coeficiente C de Chezy diversos autores o investigadores han propuestos varias fórmulas empíricas en resultados experimentales.
• La mas utilizable por su simplicidad es el coeficiente de rugosidad de Manning.
1 1 C = RH 6 n

• Si esta ecuación se introduce en la ecuación de Chezy, se obtendría la expresión conocida en el medio, como la ecuación de Manning, donde...