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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL BOLIVARIANA

Integrantes: José Miguel Silva Méndez José Andara

San Felipe, Mayo del 2018

INTRODUCCION

El flujo en canales abiertos es quizá el fenómeno más común producido en la superficie de la tierra. Se puede dar de manera natural, como las olas de los océanos o las corrientes de los ríos, o de manera artificial, como los flujos en alcantarillas y canales. Sin importar cuál sea el caso. en todas las situaciones el flujo se caracteriza por tener una interfaz entre el aire y la capa superior de fluido, la cual se denomina superficie libre. En esta superficie la presión es generalmente la atmosférica. En la práctica, el fluido más comúnmente transportado en canales abiertos es el agua, aunque los principios teóricos desarrollados para este caso son aplicables a otros fluidos.

FLUJOS EN CANALES ABIERTOS El flujo de canales abiertos tiene lugar cuando los líquidos fluyen por la acción de la gravedad y solo están parcialmente envueltos por un contorno sólido. En el flujo de canales abiertos, el líquido que fluye tiene superficie libre y sobre él no actúa otra presión que la debida a su propio peso y a la presión atmosférica. El flujo en canales abiertos también tiene lugar en la naturaleza, como en ríos, arroyos, etc., si bien en general, con secciones rectas del cauce irregulares. De forma artificial, creadas por el hombre, tiene lugar en los canales, acequias, y canales de desagüe.

TIPOS DE FLUJO El flujo en canales abierto puede clasificarse en muchos tipos y distribuirse de diferentes maneras. La siguiente clasificación se hace de acuerdo con el cambio en la profundidad del flujo con respecto al tiempo y al espacio. FLUJO PERMANENTE: Se dice que el flujo en un canal abierto es permanente si la profundidad del flujo no cambia o puede suponerse constante durante el intervalo de tiempo en consideración. EL FLUJO ES NO PERMANENTE: Si la profundidad no cambia con el tiempo. En la mayor parte de canales abiertos es necesario estudiar el comportamiento del flujo solo bajo condiciones permanentes. Sin embargo, el cambio en la condición del flujo con respecto al tiempo es importante, el flujo debe tratarse como no permanente, el nivel de flujo cambia de manera instantánea a medida que las ondas pasan y el elemento tiempo se vuelve de vital importancia para el diseño de estructuras de control. Para cualquier flujo, el caudal Q en una sección del canal se expresa por Q=VA. Donde V es la velocidad media y A es el área de la sección transversal de

flujo perpendicular a la dirección de este, debido a que la velocidad media esta definida como el caudal divido por el área de la sección transversal. FLUJO UNIFORME: Se dice que el flujo en canales abiertos es uniforme si la profundidad del flujo es la misma en cada sección del canal. Un flujo UNIFORME puede ser permanente o no permanente, según cambie o no la profundidad con respecto al tiempo. El flujo uniforme permanente es el tipo de flujo fundamental que se considera en la hidráulica de canales abiertos. La profundidad del flujo no cambia durante el intervalo de tiempo bajo consideración. 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. El flujo es VARIADO si la profundidad de flujo cambia a lo largo del canal. El flujo VARIADO PUEDE SER PERMANENTE O NO PERMANENTE es poco frecuente, el término "FLUJO NO PERMANENTE" se utilizará de aquí en adelante para designar exclusivamente el flujo variado no permanente. El flujo variado puede clasificarse además como rápidamente varia o gradualmente variado. El flujo es rápidamente variado si la profundidad del agua cambia de manera abrupta en distancias cortas; de otro modo, es gradualmente variado. Un flujo rápidamente variado también se conoce como fenómeno local; algunos ejemplos son el resalto hidráulico y la caída hidráulica.

FLUJO LAMINAR Si las fuerzas viscosas son muy fuertes en relación con las fuerzas inerciales, de tal manera que la viscosidad juega con un papel muy importante en determinar el comportamiento del flujo. En el flujo laminar, las partículas de agua se mueven en trayectorias suaves definidas o en líneas de corriente, y las capas de fluido con espesor infinitesimal parecen deslizarse sobre capas adyacentes.

RADIO HIDRAULICO El radio hidráulico, es un parámetro importante en el dimensionado de canales, tubos y otros componentes de las obras hidráulicas, generalmente es representado por la letra R, y expresado en m es la relación entre:

El área mojada (A, en m²). El perímetro mojado (P, en m).

Formula:

𝑅=

𝐴 𝑃 Cálculo según la sección del canal

PROFUNDIDAD CRITICA Se entiende por profundidad crítica, en hidráulica, a la profundidad en la cual un determinado caudal transita por un canal con el mínimo de energía específica.

Cuando la profundidad del flujo es mayor que la profundidad crítica, la velocidad será menor que la velocidad crítica, y el flujo se denomina subcrítico, o flujo lento. En un canal con flujo subcrítico las condiciones del mismo son comandadas desde aguas abajo. Cuando la profundidad del flujo es menor que la profundidad crítica, la velocidad será mayor que la velocidad crítica, y el flujo se denomina supercrítico, o flujo rápido, o veloz. En un canal con flujo supercrítico las condiciones del mismo son comandadas desde aguas arriba. Formula:

𝑉2 𝑦𝑐 = 𝑔𝐴𝑐 2 Y > Yc : Subcrítico o tranquilo Y = Yc: Critico Y < Yc: Supercrítico o rápido

PENDIENTE CRITICA En el perfil de superficie se presenta el balance entre el peso del líquido, la fuerza de fricción y los defectos inerciales. A los perfiles superficiales de líquido a diferentes pendientes se les designa una letra indicando le pendiente del canal y un número que denota la profundidad del flujo relativa a las profundidades critica (yc) y normal (yn). La pendiente del canal se clasifica en suave (M), critica(C), profunda (S), horizontal (H) y adversa (A) cuando yn. > yc, la pendiente del canal es suave, y si yn. < 0, (pendiente negativa).

Cuando un canal abierto tiene pendiente adversa el líquido fluye cuesta arriba

En los perfiles de superficiales de líquido hay que tener en cuenta que la clasificación de un tramo del canal depende tanto de la razón del flujo, como de la sección transversal del canal y la pendiente del flujo del canal.

Antes de evaluar la pendiente se necesita calcula la profundidad crítica yc y a la profundidad normal yn, así tener en cuenta que muchas situaciones se presentan que cuando un tramo del canal que se clasifica por tener una pendiente suave para cierto flujo, puede tener una pendiente profunda para otro.

FORMULA DE CHEZY La fórmula de Chézy, desarrollada por el ingeniero francés Antoine de Chézy, conocido internacionalmente por su contribución a la hidráulica de los canales abiertos, es la primera fórmula de fricción que se conoce.

Fue presentada en 1769. La fórmula permite obtener la velocidad media en la sección de un canal y establece que:

𝑉 = 𝐶√𝑅. 𝑆 siendo:

V = velocidad media del agua en m/s; R = radio hidráulico en m; S = la pendiente longitudinal de la solera o fondo del canal en m/m; C = coeficiente de Chézy. Una de las posibles formulaciones de este coeficiente ‘’C’’ se debe a Henri Bazin en 1865: 𝐶=

87 1+

𝑚 √𝑅

donde: ‘’m’’ es un parámetro que depende de la rugosidad de la pared.

NUMERO DE FROUDE

El número de Froude en canales abiertos nos informa del estado del flujo hidráulico. Se define como:

𝐹𝑟 =

𝑉 √𝑔. 𝐷ℎ

Siendo: V: Velocidad media del canal ‘’m/s’’ g: aceleración de la gravedad ‘’m/s²’’ Dh: Profundidad hidráulica ‘’m’’, donde es el cociente del área de la sección transversal del flujo entre el ancho de la lamina libre. En el caso de que: Sea Fr >1: el régimen del flujo será supercrítico Sea Fr=1: el régimen del flujo será crítico Sea Fr