Flujo a superficie en canales

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR
I.U.P. SANTIAGO MARIÑO
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
FLUIDOS II
FLUJO A SUPERFICIE EN
CANALES ABIERTOS
REALIZADO POR:
LEONARDO JOSÉ QUINTERO MONTILLA
C.I: 19176349

2. FLUJO ENCANALES ABIERTOS

3. El flujo en canales tiene lugar cuando los
líquidos fluyen por la acción de la gravedad y
sólo están parcialmente envueltos por un
contorno sólido. En el flujo de canales abiertos,
el líquido que fluye tiene superficie libre y sobre
el no actúa otra presión que la debida a su
propio peso y a la presión atmosférica.
FLUJO EN CANALES ABIERTOS

4.  El flujo en canales abiertos tiene lugar en la naturaleza
como en ríos arroyos, etc., si bien en general con
secciones rectas de cauce irregulares.
 De forma artificial creadas por el hombre, tiene lugar
en los canales acequias y canales de desagüe, en la
mayoría de los casos.
CARACTERÍSTICAS

5.  El conocimiento empírico del funcionamiento de los canales se
remonta a varios milenios. En la antigua Mesopotamia se usaban
canales de riego, en la Roma Imperial se abastecían de agua a
través de canales construidos sobre inmensos acueductos, y los
habitantes del antiguo Perú construyeron en algunos lugares de
los Andes canales que aún funcionan , Claro es el Ejemplo de los
canales de Cumbe Mayo , el centro hidráulico más importante de
los Andes El conocimiento y estudio sistemático de los canales se
remonta al siglo XVIII, con Chézy, Bazin y otros.
 Heródoto cuenta que los cnidios pueblos de la Caria en Asia
menor emprendieron cortar el istmo que une la isla de Cnido al
continente: pero abandonaron este trabajo por mandato de un
oráculo.
ORÍGENES

6.  En este caso podemos decir que la hidráulica es la
parte de la mecánica que estudia el equilibrio y el
movimiento de los fluidos, por eso se le denomina
mecánica de los fluidos. La hidráulica es la ciencia que
estudia el equilibrio y el movimiento de los líquidos y
sus aplicaciones prácticas. Por esta razón es muy
importante considerar que todo lo relacionado con el
flujo de los canales tiene que ver con este tema.
IMPORTANCIA DE SU ESTUDIO

7.  En hidráulica se sabe que la energía total del agua en
metros-kilogramos por kilogramos de cualquier línea
de corriente que pasa a través de una sección de
canal puede expresarse como la altura total en pies
de agua, que es igual a la suma de la elevación por
encima del nivel de referencia, la altura de presión y la
altura de velocidad.
ENERGIA EN CANALES ABIERTOS

8.  La energía específica en la sección de un canal se define
como la energía por peso de agua en cualquier sección de
un canal medida con respecto al fondo del mismo.
 La energía específica de una sección de un canal puede ser
expresada como:
Donde:
• d= profundidad a partir de la superficie libre del líquido o
espejo (SSL) hasta la plantilla o fondo del canal.
• O= ángulo medido a partir de la pendiente del canal
respecto a la horizontal.
LA ENERGÍA ESPECÍFICA

9.  La energía específica de una sección de un canal con
pendiente pequeña (θ≈0) puede ser expresada como:
 Por tanto, la energía total de una sección de un canal
(con z≠0), puede expresarse com
donde:
H = Energía total por unidad de peso.
E = Energía específica del flujo, o energía medida con respecto al fondo del canal.
V = velocidad del fluido en la sección considerada.
y = presión hidrostática en el fondo o la altura de la lámina de agua.
g = aceleración gravitatoria.
z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.
alpha = coeficiente que compensa la diferencia de velocidad de cada una de las
líneas de flujo también conocido como el coeficiente de Coriolis.

10.  La línea que representa la elevación de la carga total
del flujo se llama "línea de energía" . La pendiente de
esta línea se define como el "gradiente de energía".
 De acuerdo al principio de la conservación de la
energía, la energía total de una sección (A) deberá ser
igual a la energía total en una sección (B), aguas
abajo, más las perdidas de energía entre las dos
secciones (hf), para canales con una pendiente
pequeña.
Esta ecuación se llama ecuación de la energía

11.  Cuando:
 Y
Es la ecuación de Bernoulli

12.  Flujo uniforme. El flujo uniforme, es aquel que
tomando como criterio el espacio, las características
hidráulicas no cambian entre dos secciones separadas
una distancia “X”, es decir: (dv/dx) = 0
 Flujo no uniforme. Es aquel en el cual las
características hidráulicas cambian entre dos
secciones, es decir: (dv/dx) ≠ 0
CLASIFICACIÓN DEL FLUJO

13.  Flujo permanente. Es aquel en el que tomando como
criterio el tiempo, las características hidráulicas
permanecen constantes, es decir: (dv/dt) =0
 Flujo no permanente. Flujo en el cual las
características hidráulicas cambian en el
tiempo(figura 6), es decir: (dv/dt) ≠ 0

14.  Flujo rápidamente variado. Flujo en el cual las
características hidráulicas cambian rápidamente, en
un espacio relativamente corto
 Flujo gradualmente variado. Flujo en el cual las
características hidráulicas cambian de manera gradual
con la longitud.

15.  Cuando se examina la aplicación de la segunda ley de
Newton en los problemas básicos de flujo
permanente en canales abiertos, es conveniente
comenzar con el caso de un problema general, como
se muestra esquemáticamente el la figura 2.1. Dentro
del volumen de control definido en esta figura, hay
una perdida desconocida de energía o una fuerza
actuante sobre el flujo entre las secciones 1 y 2; el
resultado es un cambio en la cantidad de movimiento
lineal del flujo. En muchos casos, este cambio en la
cantidad de movimiento se asocia con un cambio en
el tirante de flujo.
CANTIDAD DE MOVIMIENTO QUE SE
DA DENTRO DE UN CANAL

16.  La fórmula de Manning es una evolución de la fórmula
de Chézy para el cálculo de la velocidad del agua en
canales abiertos y tuberías, propuesta por el
ingeniero irlandés Robert Manning, en 1889:
Siendo S la pendiente en tanto por 1 del canal.
Para algunos, es una expresión del denominado
coeficiente de Chézy C utilizado en la fórmula de Chézy
NIVELES DE FLUJO QUE PUEDEN
DARSE DENTRO DE UN CANAL

17.  La expresión más simple de la fórmula de Manning se
refiere al coeficiente de Chézy
 De donde, por sustitución en la fórmula de Chézy,
Ó
se deduce su forma más habitual:

18. Siendo:
 C = coeficiente de rugosidad que se aplica en la
fórmula de Chézy: V(h) = C {sqrt {R(h) * S}}
 R(h) = radio hidráulico, en m, función del tirante
hidráulico h
 n es un parámetro que depende de la rugosidad de
la pared
 V(h) = velocidad media del agua en m/s, que es
función del tirante hidráulico h
 S = la pendiente de la línea de agua en m/m
 A = área de la sección del flujo de agua
 Q(h) = Caudal del agua en m3/s