Mec. Fluidos 2 E.U.2

1. FLUJO EN UN CANAL
El flujo en un canal se produce principalmente por la acción de la
fuerza de gravedad y se caracteriza porque expone una superficie
libre a la atmósfera, siendo el fluido siempre un líquido, por lo
general agua.
El movimiento de un líquido a superficie libre se ve afectado por las
mismas fuerzas que intervienen en el flujo dentro de un tubo:
- La fuerza de gravedad como la más importante en el movimiento.
- La fuerza de resistencia ocasionada en las fronteras rígidas por las
fricción y la naturaleza casi siempre turbulenta del flujo.
- La fuerza producida por la presión que se ejerce sobre las
fronteras del canal particularmente en la zona donde cambia su
geometría.
- La fuerza debida a la viscosidad del líquido, de poca importancia
si el flujo es turbulento.

2. A éstas se agregan excepcionalmente las siguientes:
• La fuerza de tensión superficial, consecuencia directa
de la superficie libre.
• Las fuerzas ocasionales debidas al movimiento del
sedimento arrastrado.
S = tagɵ
ɵ = ángulo de inclinación del canal con respecto a la
horizontal
y = h cosɵ
h = es la perpendicular desde la superficie libre del agua
geometría del canal

3. Siempre que la superficie libre sea paralela a la plantilla o ɵ sea
pequeño
• Características geométricas

4. TIPOS DE FLUJO
a) Flujo Permanente: cuando la velocidad media en
una sección dada se mantiene constante
b) Flujo Uniforme
Efecto de la gravedad
Distribución de la velocidades

5. La máxima velocidad medida en canales normales
ocurre por debajo de la superficie libre a una
distancia de 0.05 a 0.25 de la profundidad.
Medida de la velocidad
a 0.6 de la profundidad o
a 0.2 y 0.8 de la profundidad

6. FLUJO NORMAL
Es el flujo uniforme y permanente y sucede en
canales artificiales. Son las condiciones bajo las
cuales se diseñan todos los canales artificiales.
Manning
Q =
A = área m²
R = m Chezy => Q =
I = m/m
ƞ = rugosidad Strickler =>
C = coeficiente de conductancia

7. Con el flujo normal se tienen las siguientes condiciones:
I = Pendiente del fondo del canal
i = Pendiente de la superficie libre del agua
J = Pendiente de la línea de energía

8. COEFICIENTES DE RUGOSIDAD DE MANING
ƞ= 0.014 para concreto perfectamente pulido
ƞ = 0.015 para concreto pulido
ƞ= 0.01 canales de arcilla
ƞ = 0.018 terreno arcilloso
ƞ = 0.02 terreno franco
ƞ = 0.025 con vegetación
ƞ = 0.04 con piedras y vegetación

10. Flujo uniforme
Características :
Y,A ,V, y Q = constantes en cada sección
i , J, I = son paralelos
I = pendiente del fondo del canal
i = pendiente de la superficie libre del agua
J = pendiente de la línea de energía

11. Fórmula de Chezy
c = coeficiente de fricción del canal
Fórmula de Manning

12. Flujo en tuberías
Flujo en canales

13. Ejemplo 2.5
Un canal rectangular tiene 2m de ancho y está revestido de
cemento con ƞ = 0.11. Calcular :
a) El caudal Q que conduce cuando el tirante normal
es de 1.50m y la pendiente 0.000126. b) el tirante normal
cuando Q = 4m³/s y s= 0.008. c) la pendiente normal
cuando y = 1.0m y Q = 3m³/s. d) la pendiente crítica límite
y el tirante normal cuando Q = 3m³/s. e) la pendiente
crítica cuando y = 1m y el caudal sea el que corresponda a
este tirante y pendiente.
Solución a): el área, el perímetro y radio hidráulico

14. de la ecuación de Manning se tiene que la velocidad
es

15. Solución b) => yn = ? Q = 4, I = 0.008, n = 0.011

19. EJERCICIOS RESUELTOS
1. Sea un canal de sección trapezoidal, construido en tierra, por el cual se quiere
transportar un gasto Q = 200m3/s, la pendiente de la plantilla es So= 0.0004, m
=2 y n =0.020. Determinar el ancho de la plantilla b y el tirante normal dn, si: d
=b/2
Solución:
Como la sección trapezoidal tenemos:
Reemplazando en la ecuación de Manning:

20. Qué caudal conducirá el canal de la figura el cual está trazado sobre una pendiente de 1m en
2000m y tiene una rugosidad iguala 0.017 y un talud igual a 1
DATOS
Pendiente I = 0.0005
Talud Z = 1
Rugosidad ƞ = 0.017
Área Rectangular = AR
Área Trapecio: ATR

21. Área Total = AT
Cálculo del perímetro (lado del trapecio)

22. Un canal tiene como sección transversal un triángulo isósceles con una base de 2.4m y una
altura de 1.8m. Calcular el tirante para un caudal de 5m3/s en este canal, si el mismo tiene
una pendiente de 0.01 y una rugosidad de 0.012
DATOS
Q = 5m3/s
b = 2.4m
Altura = 1.8
I = 0.01
Ƞ = 0.012

24. En un canal rectangular de b = 0.7m cuyo ƞ=0.014 y la pendiente =10m/km, Q=
350lt/s ¿Cuál es el tirante normal y el tirante crítico, calcular la pendiente critica.
Para condiciones normales

25. Para condiciones críticas

26. TIRANTE NORMAL
En un canal trapezoidal con base b=0.70m y talud Z=1 circula un caudal de 1.5m3/s, con una
velocidad de 0.8m/s, considerando un coeficiente de rugosidad ƞ=0.025. calcular la pendiente
normal y la pendiente crítica.

28. Un canal rectangular con un coeficiente de rugosidad de ƞ= 0.014 trazado con una pendiente
de 0.0064 transporta un caudal de Q = 0.664m3/s. En condiciones de flujo crítico, calcular el
ancho de la solera del canal
DATOS
Ƞ = 0.014
I = 0.0064
Q = 0.664m3/s
Se pide calcular el ancho b en condiciones de flujo crítico.
SOLUCIÓN:
En un canal rectangular para flujo crítico se cumple

29. Reemplazando 2 en 1
Resolviendo por tanteos b = 0.835m

30. Un canal trapezoidal excavado en tierra tiene un tirante de Yn=0.80 m, talud Z=1.5,
pendiente I= 0.001 y debe conducir un caudal Q=2.105m3/s. Calcular el ancho de la
solera y la velocidad media

32. Un canalrectangular con un coeficiente de rugosidad de 0.014 trazado
con una pendiente I=0.0064, conduce un caudal Q=0.664m3/s. En
condiciones de flujo critico indicar el ancho de la solera del canal