flujo y canales

1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIOR
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO “SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSION BARINAS
7MO SEMESTRE SECCION ZA
FENOMENO DE TRANSPORTE
ALUMNO:
CHELLY SARMIENTO
CI 17575013
BARINAS, AGOSTO 2017

2. 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).

3. RESALTO HIDRÁULICO
Ocurren cuando hay un conflicto entre los controles que se encuentran aguas arriba y
aguas abajo, los cuales influyen en la misma extensión del canal. Este puede producirse en cualquier
canal, pero en la practica los resaltos se obligan a formarse en canales de fondo horizontal, ya que el
estudio de un resalto en un canal con pendiente es un problema complejo y difícil de analizar
teóricamente.
Puede tener lugar ya sea, sobre la superficie libre de un flujo homogéneo o en una
interfase de densidad de un flujo estratificado y en cualquiera de estos casos el salto hidráulico va
acompañado por una turbulencia importante y una disipación de energía.

4. EN FUNCIÓN DEL NÚMERO DE FROUDE DEL FLUJO AGUAS ARRIBA DEL SALTO
 Para F1 = 1,0: el flujo es crítico, y no se forma ningún salto.
 Para F1 > 1,0 y < 1,7: la superficie del agua muestra ondulaciones, y el salto es llamado salto ondular.
 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.
 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.
 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 %.
 Para F1 = 9,0 o mayor: se produce el llamado salto fuerte. El chorro de alta velocidad choca con
bloques de agua intermitentes que circulan aguas abajo, generando ondas aguas abajo, y puede
prevalecer una superficie áspera. La efectividad del salto puede llegar al 85 %.
CLASIFICACIÓN DE RESALTOS HIDRAULICOS

5. Un flujo uniforme es aquél en el cual la
profundidad, y, el área mojada, A, y la velocidad del flujo, v ,
son constantes a lo largo del canal. El flujo uniforme puede
ser: permanente, laminar, turbulento, crítico, subcrítico o
supercrítico.
El flujo uniforme no-permanente no es
físicamente posible, debido a que, para que ocurra, se
requiere que la superficie libre se levante o caiga, de un
instante a otro, en forma paralela al fondo del canal.
ESTUDIO DEL FLUJO UNIFORME EN CANALES

6. LA ECUACIÓN DE MANNING
En 1889 el ingeniero irlandés Robert
Manning presentó una ecuación, la cual modificó más
adelante hasta llegar a su conocida forma actual
donde V es la velocidad media, R es el radio
hidráulico, S es la pendiente de la línea de energía y n es el
coeficiente de rugosidad, específicamente conocido como n
de Manning. Esta ecuación fue desarrollada a partir de siete
ecuaciones diferentes, basada en los datos experimentales de
Bazin y además verificada mediante 170 observaciones.
Debido a la simplicidad de su forma y los resultados
satisfactorios que arroja en aplicaciones prácticas, la
ecuación de Manning se ha convertido en la más utilizada de
todas las ecuaciones de flujo uniforme para cálculos en
canales abiertos.

7. LA ECUACIÓN DE CHÉZY
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 (figura 1).
Entonces la fuerza total que resiste al flujo es igual a KV2PL.

8. LA ECUACIÓN DE BAZIN

9. La velocidad media de flujo en un canal se
determina por medio de la fórmula
desarrollada por Chézy:
Donde:
v Velocidad media de flujo en m/s
C Coeficiente de Chézy
R Radio hidráulico en m
I Pendiente hidráulica
El diseño de un canal requiere del análisis de las
velocidades medias de flujo, de manera que no se presente
sedimentación ni erosión; en el primer caso nos referimos a
la velocidad mínima o velocidad "que no sedimenta" vn.s y
en el segundo a la velocidad máxima o "velocidad no
erosiva" vn.e.
Entre los primeros intentos para encontrar las
relaciones hidráulicas de canales sin erosión ni
sedimentación, se puede mencionar al profesor inglés R.G.
Kennedy, que presentó en 1895 una fórmula basada en el
estudio del funcionamiento hidráulico de 22 canales de riego
en la India, la misma que se expresa de la siguiente manera:
Donde:
v0 Velocidad media de flujo que no ocasiona ni sedimentación ni erosión, en pies/s
y Tirante de agua, en pies
C Coeficiente que depende de la firmeza del material que conforma el canal, que King asocia al grado de
finura de las partículas del suelo
VELOCIDAD PERMISIBLE

10. La velocidad mínima permisible, vn.s., que evite
la sedimentación de partículas sólidas, puede determinarse
utilizando la fórmula empírica de I.I. Levy:
Donde:
w Velocidad de caída de una partícula de diámetro dav en
mm/s
dks Diámetro característico de las partículas en suspensión
en mm.
R Radio hidráulico del canal en m.
n Coeficiente de rugosidad del perímetro mojado del canal.
VELOCIDAD PERMISIBLE

11. Girshkan propone la siguiente fórmula:
Donde:
F Coeficiente igual a: 0.33 para w = 1.5 mm/s
0.44 Para w = 1.5 - 3.5 mm/s
0.55 Para w > 3.5 mm/s
Q Caudal en m3/s
La velocidad límite o velocidad mínima que debe adquirir el flujo para evitar la
sedimentación en un canal, puede entenderse también como las capacidad del flujo de transportar una
determinada cantidad de sólidos suspendidos en el agua. Bajo este concepto se aconseja utilizar la
fórmula semi-empírica de E.A. Zamarín.
m Concentración de sedimento en kg/m3 de agua
v Velocidad de flujo en m/s
w Velocidad de sedimentación en mm/s
R Radio hidráulico en m.
I Pendiente hidráulica
VELOCIDAD PERMISIBLE

12. El coeficiente de rugosidad
(n) expresa la resistencia a la corriente de
agua creada por los lados y el fondo de un
canal. Cuanto mayor es el valor de n, mayor
es la rugosidad de las paredes del canal y
mayor es la dificultad encontrada por el agua
para deslizarse por el canal.
RUGOSIDAD PERMISIBLE
CONDICIONES DEL CAUDAL DE AGUA n 1/n
CANALES DE TIERRA SIN REVESTIR
Tierra limpia y uniforme; canales recién ultimados 0.017 58.82
Curvatura suave, en légamo o arcilla sólidos, con
depósitos de fango, sin crecimiento de vegetación, en
condiciones normales
0.025 40.00
Hierba corta, pocas malezas 0.024 41.67
Malezas densas en aguas profundas 0.032 31.25
Suelo accidentado con piedras 0.035 28.57
Mantenimiento escaso, malezas tupidas en lodo la altura
del caudal
0.040 25.00
Fondo limpio, arbustos en los taludes 0.070 14.29
CANALES REVESTIDOS
Ladrillos de mortero de cemento 0.020 50.00
Hormigón, piezas prefabricadas, sin terminar, paredes
rugosas
0.015 66.67
Hormigón, acabado con paleta, paredes lisas 0.013 76.92
Ladrillos, paredes rugosas 0.015 66.67
Ladrillos, paredes bien construidas 0.013 76.92
Tablas, con crecimiento de algas/musgos 0.015 66.67
Tablas bastante derechas y sin vegetación 0.013 76.92
Tablas bien cepilladas y firmemente fijadas 0.011 90.91
Membrana de plástico sumergida 0.027 37.04
CONDUCCIONES
ELEVADAS/CANALETAS/ACUEDUCTOS
Hormigón 0.012 83.33
Metal liso 0.015 66.67
Metal ondulado 0.021 47.62
Madera y bambú (lisos) 0.014 71.43
En el cuadro se resumen los
valores del coeficiente de rugosidad en
diversas condiciones. Se indica también, para
su utilización en ulteriores cálculos, su valor
recíproco (1 ÷ n)