A continuación, en el siguiente estudio se trata de la utilidad de los conductores de flujos (específicamente agua) en canales a cielo abierto

2. Estados de flujo en canales
abiertos
Es posible tener flujo de agua en dos tipos de canales, los
abiertos y los cerrados; en el caso de canales abiertos se hace
uso de uno de estos parámetros adimensionales. Con base en
éste número es posible distinguir o encasillar el flujo en tres
fases, tipos o estados: el flujo crítico, el subcrítico y el
supercrítico. Este parámetro es el número de Froude y,
básicamente, relaciona dos tipos de fuerzas, las de gravedad
y las inerciales, que dependen de la masa. El
comportamiento del flujo se ve delimitado por dos
elementos, la viscosidad y la gravedad. El número de Froude
se usa cuando el estado de flujo se desea clasificar en función
de la acción que sobre él ejerce la gravedad.

3. Flujo Crítico
Este tipo de flujo presenta una combinación de fuerzas
inerciales y gravitacionales que lo hacen inestable,
convirtiéndolo en cierta manera en un estado
intermedio y cambiante entre los otros dos tipos de
flujo. Debido a esto es bastante inaceptable y poco
recomendable, usarlo en el diseño de estructuras
hidráulicas. Para éste tipo de flujo el número de Froude
es igual a 1 y en esta condición no se generan resaltos
hidráulicos (disipadores de energía).

4. Salto Hidráulico
El salto hidráulico fue investigado por primera vez experimentalmente por
Giorgio Bidone, científico italiano, en 1818. El salto hidráulico es conocido
también como una onda estacionaria.
Es un fenómeno local, que se presenta en el flujo rápidamente
variado, el cual va siempre acompañado por un aumento súbito del tirante
y una pérdida de energía bastante considerable (disipada principalmente
como calor), en un tramo relativamente corto. Este es frecuentemente
observado en canales abiertos (naturales o artificiales). Cuando un fluido a
altas velocidades descarga a zonas de menores velocidades, se presenta
una ascensión abrupta en la superficie del fluido. Este fluido es frenado
bruscamente e incrementa la altura de su nivel, convirtiendo parte de la
energía cinética inicial del flujo en energía potencial y sufriendo una
inevitable pérdida de energía en forma de calor. En un canal abierto, este
fenómeno se manifiesta como el fluido con altas velocidades rápidamente
frenando y elevándose sobre sí mismo, de manera similar a como se forma
una onda-choque.

5. Tipos de Salto Hidráulico
Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. Bureau of Reclamation, de la
siguiente forma, en función del número de Froude del flujo aguas arriba del salto (los límites
indicados no marcan cortes nítidos, sino que se superponen en una cierta extensión
dependiendo de las condiciones locales):
0 Para F1 = 1,0: el flujo es crítico, y no se forma ningún salto.
0 Para F1 > 1,0 y < 1,7: la superficie del agua muestra ondulaciones, y el salto es llamado salto
ondular.
0 Para F1 > 1,7 y < 2,5: tenemos un salto débil. Este se caracteriza por la formación de
pequeños rollos a lo largo del salto y una superficie lisa aguas abajo del salto. La pérdida de
energía es baja.
0 Para F1 > 2,5 y < 4,5: se produce un salto oscilante. Se produce un chorro oscilante entrando
al salto del fondo a la superficie una y otra vez sin periodicidad. Cada oscilación produce una
gran onda de período irregular que puede viajar varios kilómetros causando daños aguas
abajo en bancos de tierra y márgenes.
0 Para F1 > 4,5 y < 9,0: se produce un salto llamado salto permanente. La extremidad aguas
abajo del rollo de la superficie y el punto en el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar
el flujo ocurre prácticamente en la misma sección vertical. La acción y posición de este salto
son menos sensibles a la variación en la profundidad aguas abajo. El salto está bien
balanceado y el rendimiento en la disipación de energía es el mejor, variando entre el 45 y el
70 %.
0 Para F1 = 9,0 o mayor: se produce el llamado salto fuerte. El chorro de alta velocidad choca
con bloques de agua intermitentes que ciruclan aguas abajo, generando ondas aguas abajo, y
puede prevalecer una superficie áspera. La efectividad del salto puede llegar al 85 %.

6. Ecuaciones de Manning
En el año 1889, el ingeniero irlandés Robert Manning, presentó por primera
vez la ecuación durante la lectura de un artículo en una reunión del Institute of
Civil Engineers de Irlanda. La ecuación en principio fue dada en una forma
complicada y luego simplificada a V = C*R2/3*S1/2, donde V es la velocidad
media, C el factor de resistencia al flujo, R el radio hidráulico y S la pendiente.
Esta fue modificada posteriormente por otros y expresada en unidades
métricas como V = (1/n)*R2/3*S1/2 (siendo n el coeficiente de rugosidad
Manning). Más tarde, fue convertida otra vez en unidades inglesas, resultando
en V = (1.486/n)*R2/3*S1/2.
La ecuación de Manning es el resultado del proceso de un ajuste de curvas, y
por tanto es completamente empírica en su naturaleza. Debido a su simplicidad
de forma y a los resultados satisfactorios que arroja para aplicaciones
prácticas, la fórmula Manning se ha hecho la más usada de todas las fórmulas
de flujo uniforme para cálculos de escurrimiento en canal abierto.

7. Ecuaciones de Chezy
En 1769 el ingeniero francés Antoine Chézy desarrolla probablemente la primera ecuación de flujo
uniforme, la famosa ecuación de Chézy, que a menudo se expresa como
donde V es la velocidad media, R es el radio hidráulico, S es la pendiente de la línea de energía y C es un
factor de la resistencia al flujo, conocido como C de Chézy.
La ecuación de Chézy puede deducirse matemáticamente a partir de dos suposiciones. La primera
suposición fue hecha por Chézy. Ésta establece que la fuerza que resiste el flujo por unidad de área del
lecho de la corriente es proporcional al cuadrado de la velocidad, es decir, esta fuerza es igual a KV2,
donde K es una constante de proporcionalidad. La superficie de contacto del flujo con el lecho de la
corriente es igual al producto del perímetro mojado y la longitud del tramo del canal o PL. Entonces la
fuerza total que resiste al flujo es igual a KV2PL.
La segunda suposición es el principio básico de flujo uniforme, el cual se cree que fue establecido por
primera vez por Brahms en 1754. Ésta establece que en el flujo uniforme la componente efectiva de la
fuerza gravitacional que causa el flujo debe ser igual a la fuerza total de resistencia. La componente
efectiva de la fuerza gravitacional es paralela al fondo del canal e igual a wALsenq =wALS, donde w es
el peso unitario del agua, A es el área mojada, q es el ángulo de la pendiente y S es la pendiente del
canal. Entonces, wALS=KV2PL; como A/P=R, y si el radical se reemplaza por un factor C, la ecuación
anterior se reduce a la ecuación de Chézy o

8. Ecuaciones de Bazy
Se conoce como fórmula de Bazin o expresión de Bazin,
denominación adoptada en honor de Henri Bazin, a la definición,
mediante ensayos de laboratorio, que permite determinar el
coeficiente C o coeficiente de Chézy que se utiliza en la
determinación de la velocidad media en un canal abierto y, en
consecuencia, permite calcular el caudal utilizando la fórmula de
Chézy.
La formulación matemática es:
𝐶 =
87
1 +
𝑚
𝑅
donde:
m = parámetro que depende de la rugosidad de la pared
R = radio hidráulico

9. Rugosidad Hidráulica
La rugosidad de las paredes de los canales y tuberías es
función del material con que están construidos, el
acabado de la construcción y el tiempo de uso. Los
valores son determinados en mediciones tanto de
laboratorio como en el campo. No es significativa, como
se puede ver a continuación, la variación de este
parámetro es fundamental para el cálculo hidráulico
por un lado, y para el buen desempeño de las obras
hidráulicas por otro.

10. Velocidad Mínima Permisible
Esta es la menor velocidad que no permite el inicio de
sedimentos y que impide el crecimiento de musgo o de
plantas acuáticas. Este valor no es encontrado con
facilidad, además de ser un valor incierto. Para aguas
que no tengan limos o para flujos previamente
decantados, este factor es prácticamente despreciable,
excepto por su efecto en el crecimiento de plantas. En
general se recomiendan adoptar una velocidad media
de 2 a 3 piz/s