Flujo Uniforme y Energía Especifica guia de clase.pdf

Hidràulica de
Canales
U N I P O L I / I n g e n i e r í a C i v i l
6 ( B , C , D ) - M a r c o S a n t i a g o G l z .

UNIPOLI Ingeniería Civil Docente: Marco Santiago González Durango Dgo. Jun-18
Asignatura: Hidráulica de Canales - U2 Flujo Uniforme y Energía Específica
Flujo Uniforme y Energía Específica
“Todo fluye; Todo cambia; Nada permanece”. (Heráclito de Efeso)

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Docente: Marco Santiago González Durango Dgo Jun-18
UNIPOLI Ingeniería Civil
Introducción
El flujo de agua en un conducto puede ser flujo en canal abierto o flujo en tubería. El flujo en canal abierto
debe tener una superficie libre y está sometido a la presión atmosférica. El flujo en tubería, al ser conﬁnado
en un conducto cerrado, no está sometido a la presión atmosférica, sólo a la presión hidráulica.
Los canales son conductos en los que el agua circula debido a la acción de gravedad y sin ninguna presión,
pues la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera. Los canales pueden ser naturales (ríos
o arroyos) o artificiales (construidos por el hombre). Dentro de estos últimos, pueden incluirse aquellos
conductos cerrados que trabajan parcialmente llenos (alcantarillas, tuberías).

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Tipos de flujos en canales
La clasiﬁcación del flujo en un canal depende de la variable independiente de referencia que se considere:
Flujo permanente y no permanente
Esta clasiﬁcación obedece a la uWlización del tiempo como variable independiente. El flujo es permanente si los
parámetros (tirante, velocidad, etc.), no cambian con respecto al tiempo, es decir, en una sección del canal, en
todo el tiempo los elementos del flujo permanecen constantes. Matemáticamente se puede representar:
Si los parámetros (tirante, velocidad, etc.), cambian con respecto al tiempo, el flujo se llama no permanente, es
decir:
En la mayor parte de los problemas de canales abiertos es necesario estudiar el comportamiento del flujo solo
bajo condiciones de flujo uniforme y permanente.

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Flujo uniforme y variado
Esta clasiﬁcación obedece a la uWlización del espacio como variable independiente. El flujo es uniforme si los
parámetros (tirante, velocidad, área, etc.), no cambian con respecto al espacio, es decir, en cualquier sección
del canal los elementos del flujo permanecen constantes. Matemáticamente se puede representar:
Si los parámetros (tirante, velocidad, área, etc.) varían de una sección a otra, el flujo se llama no uniforme o
variado, es decir:
El flujo variado a su vez se puede clasificar en gradual y rápidamente variado.
El flujo gradualmente variado, es aquel en el cual los parámetros hidráulicos, cambian en forma gradual a lo
largo del canal, como es el caso de una curva de remanso, producida por la intersección de una presa en el
cauce principal
El flujo rápidamente variado, es aquel en el cual los parámetros varían instantáneamente en una distancia muy
pequeña, como es el caso del resalto hidráulico.

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Flujo uniforme permanente:
La profundidad del flujo no cambia durante el intervalo
de tiempo bajo consideración, es el tipo de flujo
fundamental que se considera en la hidráulica de
canales abiertos.
Flujo uniforme no permanente:
El establecimiento de un flujo uniforme no permanente
requeriría que la superficie del agua fluctuara de un
tiempo a otro pero permaneciendo paralela al fondo
del canal, esta es una condición prácticamente
imposible.

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Flujo rápidamente variado:
El flujo es rápidamente variado si la profundidad del
agua cambia de manera abrupta en distancias
comparativamente cortas, como es el caso del resalto
hidráulico.
Flujo gradualmente variado:
El flujo gradualmente variado es aquel en el cual los par
ámetros cambian en forma gradual a lo largo del canal,
como es el caso de una curva de remanso.

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Energía Específica
La Energía Específica en la sección de un canal se define como la energía por kilogramo de agua que fluye a
traves de la sección, medida con respecto al fondo del canal. De lo anterior, la ecuación de Bernoulli, para la secci
ón del canal es:
donde Z = 0 (ya que el nivel de referencia es el fondo del canal) obteniéndose la ecuación de la energía especifica:
Mediante la energía específica se pueden resolver los más complejos problemas de transiciones cortas en las que
los efectos de rozamiento son despreciables. Si consideramos 𝝰 = 1, se tiene:
Pero, de la ecuación de continuidad, para un canal de cualquier forma, se considera:
Finalmente se tiene:

9
Flujo Subcrítico: Son las condiciones hidráulicas en las que
los tirantes son mayores que los críticos, las velocidades
menores que las críticas y los números de Froude menores
que 1.Es un régimen lento, tranquilo, fluvial, adecuado
para canales principales o de navegación.
Flujo Crítico: Ha sido definido como la condición para la
cual el número de Froude es igual a la unidad. Una deﬁnici
ón más común es que este es el estado de flujo para el
cual la energía específica es mínima para un caudal
determinado.
Flujo Supercrítico: Son las condiciones hidráulicas en las
que los tirantes son menores que los críticos, las
velocidades mayores que las críticas y los números de
Froude mayores 1. Es un régimen rápido, torrencial, pero
perfectamente estable, puede usarse en canales
revestidos.
Flujos Subcrítico, Crítico, Supercrítico

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Referencias
Portada Referencia
Villón-Vejar. M.(2008), Hidráulica de Canales 2ª Edi., Editorial Tecnológica de Costa Rica ,
San José, Costa Rica.
Ponce V. E.(2018), Vlab, recuperado el 8 de junio del 2018 de:
https://ponce.sdsu.edu/canales/index.html

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