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• Maria Gabriela Fermin

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Flujo de Fluidos en Superficies Libres. CANALES

FLUJO DE FLUIDOS EN SUPERFICIE LIBRE Los líquidos son transportados de un lugar a otro usando estructuras de conducción naturales o artificiales, distinguiéndose los conductos cerrados de los abiertos. El flujo en un canal o un conducto cerrado, pero que tiene una superficie libre en contacto con el aire, se denomina flujo a superficie libre y en ese sentido se distingue del flujo a presión que ocurre usualmente en las tuberías. En este sentido, los canales son superficies donde el agua circula debido a la acción de su propio peso sin estar sometida a más presión que la atmosférica; es decir la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera.

Tipos de secciones de un canal

Un estudio hidráulico se orienta en forma principal a los canales superficiales, las secciones transversales puede ser muy diversa pero por lo general se fija en aquellas que presenta una mayor estabilidad que sea de fácil construcción y que su costo sea menor, la forma más utilizada son los siguientes: -

Canal de forma Trapezoidal

Este tipo de canales son los más utilizados debido a la facilidad de su construcción, sea en canales sin revestimiento donde es obligatorio como en los revestidos. -

Canal de forma rectangular

La sección rectangular se le puede considerar como una variante del canal de forma trapezoidal.

Flujo de Fluidos en Superficies Libres. CANALES

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Canal de forma circular

Este tipo de canal es una de las más usadas en redes de alcantarillado, conductos subterráneos y túneles. En un canal circular el flujo se desplaza por efecto de una presión y un canal circular por acción de la gravedad. -

Canal de forma semicircular

Este tipo de sección semicircular es la que posee mayor eficiencia hidráulica.

Caracterización del fluido en conducción de superficies libres

Las fuerzas determinantes de los estados de flujo de un canal son las fuerzas de gravedad, los esfuerzos cortantes producidos por la viscosidad y por ultimo las fuerzas de inercia. Estos son factores característicos del fluido en una conducción libre. Entre ellos encontramos como es el comportamiento de los fluidos a través de dichas características, como por ejemplo: -

Flujo Laminar y Flujo Turbulento en canales: Número de Reynols, que establece la relación que existe entre las fuerzas de inercia a la fuerza de rozamiento producida por la viscosidad, según esta relación el flujo será laminar y turbulento. Para el caso de canales se tiene:

Donde:

Flujo de Fluidos en Superficies Libres. CANALES

V= Velocidad L= Dimensión Lineal pero L= R radio hidráulico ∂ = Viscosidad Cinética

Curvas De Remanso

Se conoce como curvas de remanso o ejes hidráulicos, a los perfiles longitudinales que adquieren la superficie libre del líquido en un canal cuando se efectúa un escurrimiento bajo las condiciones del flujo gradualmente variado. La forma depende de las condiciones de tirante y pendientes que se tenga en cada caso. En las curvas de remanso actúan diferentes tipos de variantes, las cuales tenemos: Tipos de Pendiente de Fondo (So) -

Pendiente suave: la pendiente del canal es suave cuando,

para las condiciones hidráulicas (Q) y características del canal (b, T, n, So) dadas se generan un tirante normal (a n) mayor que el crítico (ac) an > ac o So > Sc. - Pendiente critica: es aquella pendiente de fondo en el que el tirante normal es igual al tirante crítico, a n = ac , So = Sc, Sc se calcula:

Flujo de Fluidos en Superficies Libres. CANALES

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Pendiente fuerte o Súper Crítico: es aquella en que se

produce un tirante normal menor que el crítico a n < ac o So < Sc, se les conoce como curvas “S”. Las corrientes naturales de pendiente

fuerte,

en

las

que

existen

resaltos

y

otras

irregularidades, son llamadas torrentes. - Pendiente horizontal: El So = 0 y como consecuencia el tirante normal se hace infinito, es decir por formula por Maning:

Pendiente Adversa: Es aquella en la cual el liquido trabaja en contra de la gravedad, ya que el fondo del canal en comparación con un plano horizontal aumenta en el sentido del flujo, es decir la pendiente es negativa. El tirante normal an.