FPU Y Dise O De Canales

FLUJO PERMANENTE Y
UNIFORME Y DISEÑO DE
CANALES
Manuel E. García-Naranjo Bustos
mgarcianaranjo@gmail.com
mgarcianaranjo@hydroconsultsac.com

Marzo 2015

F.P. y U. EN CANALES
INTRODUCCION
El flujo en conductos abiertos (cursos
naturales,
canales,
etc.)
se
caracteriza por la presencia de una
superficie
libre,
esto
es,
una
interfase entre la superficie del
líquido y la atmósfera.

F.P. y U. ENCANALES
INTRODUCCION (Cont.)
La fuerza motivadora del flujo es
esencialmente la componente de la
fuerza de gravedad en la dirección de
la pendiente del canal o curso
natural.
Sin embargo, pueden
también estar presentes fuerzas de
presión e inercia.

F.P. y U. EN CANALES
INTRODUCCION (Cont.)
El flujo en un canal puede ser
Permanente o No Permanente, según
que
las
condiciones
de
flujo
permanezcaninvariables o cambien
con el tiempo. Ejemplos:
Flujo P: la conducción de un caudal
constante en un canal de irrigación
Flujo no P: la descarga de un huaico

F.P. y U. EN CANALES
INTRODUCCION (Cont.)
El flujo permanente puede ser
uniforme o variado, dependiendo de si
la velocidad y el tirante permanecen
constantes o cambian con la posición.
El F.P. y U. se produce cuando las
fuerzas
motivadoras
delflujo
(gravitatorias) y las de resistencia
(fricción) son iguales y opuestas.

F.P. y U. EN CANALES
Una
característica
del
flujo
permanente y uniforme en canales es
que la línea de energía es paralela a
la superficie libre y ésta es paralela
al fondo del canal.
De esta manera, la pérdida de
energía está directamente relacionada
con la pendiente del canal:
hf = So x L

F.P. y U. EN CANALES
FlujoUniforme:

Fuente: http://www.engineeringcivil.com/wpcontent/uploads/2007/03/32.JPG

F.P. y U. EN CANALES
Flujo No Uniforme:

Fuente: http://www.engineeringexcelspreadsheets.com/wpcontent/uploads/2011/07/Non-unif-flow-parameters1.jpg

F.P. y U. EN CANALES
GEOMETRIA DE
TRAPEZOIDAL

UNA

h

SECCION

1

t
b

A  bh  th
2
P  b  2h 1  t
2

F.P. y U. EN CANALES
Un canal queda totalmente descritocuando se conoce las siguientes seis
variables que lo caracterizan:
Q – caudal
S – pendiente longitudinal
n ó Ks – rugosidad característica de
la sección

F.P. y U. EN CANALES
b – ancho en la base
h – tirante de agua
t – talud lateral
Las fórmulas existentes para analizar
el flujo permanente y uniforme en
canales permiten hallar una de las
variable anteriores, siempre y cuando
se conozca todas lasdemás.

FORMULAS PARA EL ESTUDIO
DEL F.P y U. EN CANALES
• FORMULA DE MANNING
Es la mayormente utilizada para el
cálculo hidráulico de canales.
La
fórmula de Manning establece lo
siguiente:
R 2 / 3 S1/ 2
V
n

donde:

FORMULAS PARA EL ESTUDIO
DEL F.P y U. EN CANALES
•
•
•
•

V - velocidad media en el canal
R - radio hidráulico (R=A/P)
S - pendiente longitudinal del canal
n - coeficiente derugosidad
Equivalentemente, si se considera que
V=Q/A y R=A/P, la fórmula de
Manning puede escribirs como sigue,
en términos del caudal:

FORMULAS PARA EL ESTUDIO
DEL F.P y U. EN CANALES
5 / 3 1/ 2

A S
Q  2/3
P n

donde todos los términos tienen el
significado usual.
En cuanto a valores de la rugosidad
“n”, el cuadro siguiente presenta
algunos valores característicos.

FORMULAS PARA EL ESTUDIO
DELF.P y U. EN CANALES

FORMULAS PARA EL ESTUDIO
DEL F.P y U. EN CANALES

FORMULAS PARA EL ESTUDIO
DEL F.P y U. EN CANALES
En forma resumida, algunos valores
usuales de “n” son los siguientes:

FORMULAS PARA EL ESTUDIO
DEL F.P y U. EN CANALES

FORMULAS PARA EL ESTUDIO
DEL F.P y U. EN CANALES
• FORMULA DE CHEZY
Es mayormente utilizada en el estudio
de
los
problemas
asociados
al
transporte desedimentos. La fórmula
de Chezy establece lo siguiente:

V  C RS

FORMULAS PARA EL ESTUDIO
DEL F.P y U. EN CANALES
El coeficiente “C” se conoce como
coeficiente de Chezy y se determina
a partir de la siguiente expresión:
12R
C  18 log
Ks  0.3

donde:

FORMULAS PARA EL ESTUDIO
DEL F.P y U. EN CANALES
R - radio hidráulico
Ks - rugosidad absoluta
 - espesor de la subcapa laminar. Se
evalúa...