1. Conceptos Básicos del Flujo En Canales.pdf

los conceptos basicos del flujo de canales

1. www.usco.edu.co
«Vigilada Mineducación»
HIDRÁULICA
Conceptos Básicos del Flujo En Canales.
M.ScNadia Brigitte Sanabria Méndez
Nombre: Facultad de Ingeniería, Ingeniería Agrícola

2. Hidráulica
Deacuerdoasusignificadoetimológico,
quevienedelgriegohydros(agua)aulos
(conducción)eicos(relativo),quiere
decirrelativoalaconduccióndelagua.
Sepuededefinircomolapartedela
físicaqueestudialasleyesnaturalesque
gobiernanlosfenómenosmecánicosde
loslíquidos,especialmenteelagua.

3. Hidráulica
Lasfinalidadesdelahidráulicasondos:Científicasyprácticas.
Lafinalidadcientíficaeslainvestigacióndefenómenosy
dispositivosrelacionadosconlamecánicadefluidos.
Lafinalidadprácticaeslaplaneación,diseño,construcción
operaciónymantenimientodeobrasyestructurasdeingeniería
paraalmacenamiento,conducción,manejodeaprovechamientos
fluvialesycontrolderíosavenidas,asícomolíquidosindustriales
segúnCamargoetal(Ref6).

4. Lahidráulicatambiéndenominadahidráulicaelementaloclásica,basa
suestudioenunlíquidoidealoperfectocuyascaracterísticasson:
1.Homogéneo:Notieneimpurezas
2.Incomprensible:soportagrandespresionessinmodificarsu
volumen
3.Continuo:quealtenermovimientosumasanovaría
4.Antiviscoso:Noofreceresistenciaalaaccióndeunafuerza.
5.Isotrópico:Poseelasmismaspropiedadesentodasdireccionesy
sentidos
Hidráulica

5. Breve historia de la hidráulica
•Enelaño3750A.C.enbabiloniasepresentólaprimera
manifestacióndelalcantarilladosanitario.
•Elprimersistemapúblicodeabastecimientodeaguadeque
setienenoticiaeselacueductodeJerwanenAsiria691A.C.
•Primerasmanifestacionesdedrenaje450A.C.sele
atribuyenaEmpédoclesenGrecia.
•En320A.C.Variosacueductosfueronconstruidosporlos
romanosendiferentespartesdelmundo.
•En250A.C.enGreciaalgunosprincipioshidrostáticos
fueronenunciadosporArquímedesensutratadosobre
cuerposflotantes.

6. Breve historia de la hidráulica
•DuranteelsigloXVI,enlosproyectosdeaguas
monumentalesenItalia,seencontrarondiversos
problemasqueexigieronlaatencióndevariosfilósofos.
•UnNuevotratadopublicadoporStevinen1586ylas
contribucionesdeGalileo,TorricelliyBernoulli
constituyeronlasbasesparalanuevaramacientífica.
•DuranteelsigloXVIIcincomatemáticosgeniales:
Clairaut,D’Alembert,Bernoulli,LagrangeyEulerhabían
elaboradoconelnacientecalculodiferencialeintegral
unasíntesishidrodinámicaperfecta,perosinhaber
obtenidogradesresultadosprácticos.

7. Hidráulica
Aplicada
•Urbana: Sistemas De abastecimiento de Agua,
Sistemas De Alcantarillado sanitario, Drenaje de
áreas.
•Rural o Agrícola: Canales para riego y drenaje.
•Fluvial: Ríos y Canales.
•Marítima: Puertos, Obras marítimas en general
•Instalaciones hidráulicas industriales
General o teórica
•Hidrostática
•Hidrodinámica

8. Diferencias entre canales y Tuberías
•Elcanalesunaestructurahidráulicaquetieneunasuperficielibrequeestá
encontactoconlaatmósfera(Estásometidaalapresiónatmosférica).
•Latuberíaesunductocerradoenelcualellíquidoestáconfinado,porlo
tanto,haypresiónejercidaporelfluidosobreelcontorno.Alestar
confinadonoestásometidoalapresiónatmosféricademaneradirecta,
sinoalapresiónhidrostática.

9. Comparación entre flujo en tuberías y flujo en
canales abiertos.
Fuente: Curso Hidráulica Básica de Lamina Libre e Hidrología Urbana. Universidad Politécnica de Valencia

10. Ecuación de la Energía
•Laecuacióndeladelaenergíaseobtienealaplicaralflujo
fluidolaleydelaconservacióndelaEnergía.
•Laenergíaqueposeeunfluidoenmovimientoestáintegrada
porlaenergíainternaylaenergíadebidaalapresión,ala
velocidadyasuposiciónenelespacio.(EcuacióndeBernoulli).
��=��+��
�−�
??????
??????
+
??????
�
�
��
+??????
�=
??????
??????
+
??????
�
�
��
+??????
�+��
�−�

11. Energía Total en una Sección de Canal

12. Tipos de flujo
Teniendoencuentaeltiempocomocriterio
•Flujopermanente:Cuandolaprofundidaddelflujonocambia(constante)
duranteelintervalodetiempoenconsideración.
•
�??????
��
=0;
�??????
��
=0;
�??????
��
=0
•Flujonopermanente:Silaprofundidadcambiaconeltiempo.
•
�??????
��
≠0;
�??????
��
≠0;
�??????
��
≠0
•Paracualquierflujo,elcaudalQenunaseccióndelcanalseexpresa:
�(
??????
3
��??????
)=??????
??????
��??????
??????(??????
2
)E. Continuidad flujo permanente

13. Tipos de flujo
Enlamayorpartedelosproblemasdecanalesabiertosesnecesarioestudiarel
comportamientodelflujosólobajocondicionespermanentes,sinembargosielcambioenlas
condicionesdelflujoconrespectoaltiemposonimportanteselflujodebetratarsecomono
permanente.(Crecientesyoleadas).Elnivelcambiademanerainstantáneaamedidaquela
ondapasa.
Teniendoencuentaelespaciocomocriterio
•Flujouniforme:laprofundidaddelflujoeslamismaencadaseccióndelcanal,unflujo
uniformepuedeserpermanenteonopermanentesegúncambieonosuprofundidadcon
respectoaltiempo.
�??????
�??????
=0;
�??????
�??????
=0;
�??????
�??????
=0
•Flujouniformepermanente:Flujofundamentalconsideradoenlahidráulicadecanales
abiertos.Laprofundidaddelflujonocambiaduranteelintervalodetiempobajo
consideración.
•Flujouniformenopermanente:requeriríaquelasuperficiedelaguafluctuaradeun
tiempoaotroperopermaneciendoparalelaalfondodelcanal.

14. Tipos de flujo
•Flujovariado:silaprofundidaddelflujocambiaalolargodelcanal,este
flujopuedeserpermanenteonopermanente.Puedeclasificarsecomo
rápidamentevariadoogradualmentevariado.
�??????
�??????
≠0;
�??????
�??????
≠0;
�??????
�??????
≠0
•Flujorápidamentevariado:silaprofundidaddelaguacambiade
maneraabruptaendistanciascortas,delocontrarioserágradualmente
variado.Enéstetipodeflujolosparámetrosvaríaninstantáneamenteen
unadistanciamuypequeña.Ej.:ResaltoHidráulico.
•FlujoGradualmentevariado:Esaquelenelcuallosparámetros
hidráulicos,cambianenformagradualalolargodelcanal.Ej.:Curvade
Remanso,producidaporlainterseccióndeunapresaenelcauce
principal.

15. Clasificación del flujo en canales
abiertos
Flujo
Permanente
•Flujo Uniforme
•Flujo Variado
•Flujo Gradualmente Variado
•Flujo Rápidamente Variado
Flujo No
Permanente
•Flujo Uniforme no permanente
•Flujo Variado no Permanente
•Flujo Gradualmente Variado no permanente
•Flujo Rápidamente Variado no permanente

16. Clasificación del flujo en canales
abiertos
F.G.V Flujo Gradualmente variado
F.R.V Flujo Rápidamente variado

17. Clasificación del flujo en canales
abiertos

18. Estado de Flujo
Elestadoocomportamientodelflujoestágobernadoporlosefectosdela
viscosidadylagravedadenrelaciónalasfuerzasinercialesdelflujo.
Elefectodelaviscosidadclasificaelflujoen:laminar,turbulentosytransicional.
•Flujolaminar:silasfuerzasviscosassonmuyfuertesenrelaciónconlas
fuerzasinerciales.Laspartículasdeaguasemuevenentrayectoriassuaves
definidasolíneasdecorriente.??????&#3627408518;<500
•Flujoturbulento:silasfuerzasviscosassondébilesenrelaciónconlas
fuerzasinerciales.Laspartículasdeaguasemuevenentrayectorias.??????&#3627408518;>
2000
•Flujotransicional:Estadointermedioentreelflujolaminaryturbulento.
500<??????&#3627408518;<2000

19. Númerode Reynolds
Elefectodelaviscosidadenrelaciónconla
inerciapuederepresentarseconelnúmerode
Reynolds.
??????&#3627408518;=
??????????????????
??????
Donde:
??????=eslavelocidaddelflujo(
??????
??????
)
&#3627408453;=radiohidráulicoR.
??????=eslaviscosidadcinemáticadelagua(
??????
2
??????
),la
viscosidadcinemáticaesigualalaviscosidad
dinámicadivididaporladensidaddelfluido.
Fuente:https://elearn-hm250-es.gunt.de/flujo-en-
tuber%C3%ADa/flujo-laminar-y-turbulento

20. Efecto de la Gravedad
Elefectodelagravedadsobreelestadodelflujoserepresentaporla
relaciónentrelafuerzasinercialesylafuerzagravitacional.Estarelación
estadadaporelnúmerodeFroudedefinidacomo:
??????=
??????
????????????
Donde:
??????=Eslavelocidadmediadelflujo(
??????
??????
)
??????=Aceleracióndelagravedad(
??????
??????
2
)
&#3627408491;=Profundidadhidráulica(D)(??????)

21. Efecto de la Gravedad
Profundidaddeflujo(D):
??????=
??????
??????
Donde:
??????=profundidadhidráulica
??????=Areatrasversalperpendicularaladirecciónflujo
??????=Anchodelasuperficielibre

22. Efecto de la Gravedad
Fuente: https://elearn-hm250-es.gunt.de/canales-
abiertos/n%C3%BAmero-de-froude-y-descarga-
cr%C3%ADtica

23. Efecto de la Gravedad
CuandoFesiguala1Sedicequeelflujoestáenestadocríticoylaecuación
deFroudeseconvierteen→→→→??????=????????????
siFesmenoralaunidadelflujoessubcrítico
??????<????????????
Elpapeldelasfuerzasgravitacionalesesmaspronunciado,elflujotieneuna
velocidadbajaysedescribecomotranquiloydecorrientelenta.
siFesmayoralaunidadelflujoessupercrítico
??????>????????????
Enesteestadolasfuerzasinercialessevuelvendominantes;elflujotieneuna
altavelocidadysedescribeusualmentecomorápidoultrarrápidootorrencial.

24. Tipos del flujo en canales abiertos
Fuente: https://elearn-hm250-es.gunt.de/canales-abiertos/n%C3%BAmero-de-froude-y-descarga-cr%C3%ADtica

25. Regímenes de flujo
Enuncanalabiertoelefectocombinadodela
viscosidadylagravedadpuedenproducircualquierade
estoscuatroregímenes:
1.Subcríticolaminar:CuandoFesmenorquela
UnidadyRestáenelrangodelaminar.
2.Supercrítico-laminar:CuandoFesmayorquela
unidadyRestáenelrangodelaminar.
3.Supercrítico-Turbulento:CuandoFesmayorquela
unidadyRestáenelrangodeturbulento.
4.subcrítico-Turbulento:CuandoFesmenorquela
unidadyRestáenelrangodeturbulento.

26. Literatura citada
•Arteaga Tovar, R. E. (1993).Hidráulica elemental(No. 532 A79). UACH.
Departamento de Irrigación.
•Arteaga Tovar, R. E., Paz, M. A., & Vazquez, J. F. (2006).Hidraulica de los
sistemas de conduccion. Universidad AutonomaChapingo, Chapingo
(Mexico).
•CHOW, V. (1994).Hidráulica de canales abiertos(No. TC175. C6818
1994.). CALIFORNIA SPANISH BOOKS.
•Duarte, C. A., & Niño, J. R. (2004).Introducción a la mecánica de fluidos.
Univ. Nacional de Colombia.
•Rocha, A. (2007).Hidráulica de tuberías y canales. Universidad Nacional
de Ingeniería. Facultad de Ingeniería Civil.