tipo de perfiles

PERFILES DE FLUJO VARIADO

En el análisis de flujo en canales abiertos es necesario predecir el comportamiento de los perfiles de la lámina de agua. Esto se puede hacer con un análisis del comportamiento de la pendiente de la superficie del agua en función de las variables geométricas e hidráulicas del flujo, como se analizará a continuación.
Figura X.2 Variables hidráulicas en flujogradualmente variado.
En cualquier sección transversal la energía total H está dada por la expresión: …(X1)
En donde:
H : Energía total. V : Velocidad de flujo.Y : Energía de presión (P/ ). Z : Posición respecto al plano de referencia.
Derivando la ecuación (X.1) con ladistancia longitudinal y considerando un sistema de referencia (x,Y) con incrementos positivos hacia la derecha y hacia arriba respectivamente, se obtiene:
…(X2)
En donde:
B : Ancho de la superficie libre del agua. A : Area mojada.=-Sf : Es el cambio de energía respecto a la distancia x, es decir la pendiente de fricción; siempre negativa para el sistema de referencia especificado.
: Es el cambio en la energía cinética respecto a la distancia.
: Es el cambio de elevación del fondo del canal con respecto a la distancia, o pendiente delfondo; para el sistema de referencia especificado es negativa cuando decrece en el sentido de flujo.
: Número de Froude.

: Profundidad hidráulica.

Sustituyendo en la ecuación (X.2) y despejando para el cambio en la profundidad con la distancia se tiene:
…(X3)
que describe la variación de la profundidad de flujo en un canal de forma arbitraria como función de
Para el cálculo delos perfiles de flujo es útil determinar la relación entre las pendientes de fondo (S0), de fricción (Sf) y del número de Froude FR. Por las características del flujo uniforme se tiene que Y=Yn, S0= Sf y en la condición de flujo crítico FR=1. De lo anterior y un análisis del comportamiento y la interacción de las variables hidráulicas se puede establecer el siguiente juego de desigualdades.
Sf> S0 corresponde a Y < Yn y Sf < S0 corresponde a Y > Yn.
F > 1 corresponde a Y < Yc y R F < 1 corresponde a Y > Yc.
Estas desigualdades dividen el canal en tres secciones en la dimensión vertical como se puede observar en la Figura X.3. Por convención, estas zonas se numeran del 1 al 3 empezando por la porción superior. Los perfiles en canales con pendientes menores que la crítica, sedenominan perfiles de pendiente suave (M); los perfiles en canales de pendiente mayor que la crítica se denominan de pendiente fuerte (S); los perfiles en canales con pendiente igual a la pendiente crítica se llaman (C), los perfiles en canales con pendiente negativa se denominan adversos (A) y los perfiles en canales horizontales se denominan (H). Para cada zona y para cada tipo de pendiente del canal,la pendiente del nivel del agua puede ser positiva o negativa, presentándose flujo retardado o acelerado respectivamente.
Por ejemplo para un canal de pendiente suave o subcrítica:
Zona 1: Y>Yn>Yc ; S0>Sf, FR Y>Yc ; S0Y; S01; por tanto se forma remanso, perfil M3.

Con un análisis similar al anterior para cada zona y cada pendiente se tienen diversas situaciones, presentadas en la Figura...