El documento presenta una introducción al flujo de agua en canales abiertos. Explica que el diseño de canales requiere seleccionar la forma y dimensiones de la sección transversal para cumplir con los requisitos hidráulicos. También describe los principios fundamentales del flujo de fluidos como la conservación de masa, energía y cantidad de movimiento. Finalmente, clasifica los diferentes tipos de flujo en canales abiertos.

1. HIDRAULICA II
Flujo en canales abiertos
Clase I

2. Introducción
• El análisis del flujo de agua en canales es
sumamente importante para el diseño de los mismos.
• El diseño de un canal consiste en la selección de la
forma y dimensionamiento de la sección transversal de
manera que cumpla con todos los requisitos de
funcionamiento hidráulico.
•
•

3. Introducción
• El diseño hidráulico de canales consiste en realizar el dimensionamiento y
la forma geométrica del canal en función al caudal que transporta de acuerdo
a la demanda de agua requerida por el sistema de riego.
• El diseño comprende la ingeniería de trazo: alineamiento, pendiente de
fondo, secciones transversales, así como la forma y dimensiones de la
sección del canal, su revestimiento y la determinación de las características
hidráulicas como la velocidad y el tirante que permiten establecer el régimen
del flujo de agua en el canal.
• El diseño hidráulico trata principalmente al cálculo del tirante normal que es
el que corresponde para cada descarga en un canal con pendiente de
fondo,sección,seccióntransversalyrugosidaddeparedesestablecidas.
•

4. Canal abierto (Definición)
• Un canal abierto es aquél en el que la
superficie libre del fluido está en contacto con
la atmósfera o medio similar.

5. Flujo en canales
• El flujo en canales abiertos tiene lugar cuando
los líquidos fluyen por la acción de la Gravedad y
solo están parcialmente envueltos por un contorno
solido.
• En el flujo de canales abiertos, el liquido que fluye
tiene superficie libre y sobre el no actúa otra
Presión que la debida a su Propio Peso y la
Presión Atmosférica.

6. • El flujo en canales abiertos tiene lugar en la Naturaleza
en Ríos, Arroyos, etc.
• De forma artificial(construida por el hombre) tiene lugar en los
canales, acequias y canales de desagüe.
• En la mayoría de los casos, los canales tienen secciones
regulares, y sueles ser rectangulares, triangulares o
trapezoidales.
• El flujo en canales abiertos también tiene lugar en el caso de
Conductos Cerrados (como en tuberías de sección recta
circular) cuando el flujo No es a conducto lleno.
• En sistemas de alcantarillado por lo general, no se presenta el
flujo a Conducto lleno y su diseño se realiza como Canal
Abierto.
•

7. Tipo de flujo
• El flujo se puede clasificar tomando como referencia los
parámetros de tiempo y espacio; con el tiempo como
referencia el flujo puede ser permanente y variado (no
permanente);
• y con el espacio, el flujo puede ser uniforme y variado (no
uniforme).
Para el estudio de la hidráulica de canales abiertos se
consideran tramos de canal largos y de sección constante por lo
que se analiza únicamente el flujo uniforme considerando
además que es permanente, se revisa el análisis del régimen
de flujo de acuerdo con su velocidad, y como caso particular el
flujo crítico.

8. Diferencia entre Flujo
en tuberías y en canales
• El flujo de agua en un conducto puede ser Flujo en Canal abierto
o Flujo en Tubería.
• - Las dos clases de flujo son similares en muchos aspectos pero
se diferencias en un aspecto muy importante: el flujo en canales
Debe tener una Superficie libre, mientras que de las tuberías no
la tiene dado que el agua debe llenar el conducto
completamente.
• - Una superficie libre esta sometida a la presión atmosférica
• - De la tubería esta sometida a la presión hidrostática

9. • Tubería: los niveles de agua en piezómetros se mantienen por acción de la
• presión en la tubería en elevaciones representadas por la Línea de
gradiente Hidráulico.
• La Energía total del flujo en la sección con referencia a una línea base es la
Suma de la elevación Z del eje central de la tubería, la Altura piezométrica Y y la
altura de velocidad V2/2g, donde V es la velocidad media.
• La energía se representa con la Línea de Energía, la pedida de energía es hf
Diferencia entre Flujo en tuberías y en canales

10. • Tubería: los niveles de agua en piezómetros se mantienen por acción de la
• presión en la tubería en elevaciones representadas por la Línea de gradiente
Hidráulico.
• La Energía total del flujo en la sección con referencia a una línea base es la Suma de la
elevación Z del eje central de la tubería, la Altura piezométrica Y y la altura de velocidad
V2/2g, donde V es la velocidad media.
• La energía se representa con la Línea de Energía, la pedida de energía es hf
• Canales: se supone el flujo es paralelo y con distribución de velocidades uniforme y la
pendiente del canal es pequeña.
• En este caso, la superficie del agua es la Lines de gradiente hidráulico, la profundidad de
agua corresponde a la Altura piezométrica
Diferencia entre Flujo en tuberías y en canales

11. Fundamentos del flujo de fluidos
Los 3 principios fundamentales que se aplican
al flujo de fluidos son:
• El principio de la Conservación de masa, a
partir del cual se establece la ecuacion de
Continuidad
• El principio de Energía
• El principio de la cantidad de movimiento

12. Ecuación de Continuidad
• La ecuación de la continuidad es la consecuencia del
Principio de conservación de la masa. Para un flujo continuo
permanente, el caudal que atraviesa cualquier sección de
una corriente de fluido es Constante.
• La cantidad de liquido que entra en la sección A1 es
igual a la que sale por A2: γ1*A1*V1= γ2*A2*V2
•Si se considera el liquido Incompresible:γ1 = γ2
Q= γ1 *A1*V1= γ2*A2*V2 =cteQ=AV
•Q = caudal, (m3/s)
•V = Velocidad media en la sección (m/s)
•A = Área de la sección de flujo (m2)

13. Esta ecuación (Q=AV) no es valida para el
caudal de un flujo permanente No Uniforme
a lo largo del canal, cundo parte del agua sale o entra a lo
largo del curso del flujo.
El flujo espacialmente variado o Discontinuo se presenta en
cunetas o a lo largo de las carreteras, en vertederos de canal
lateral, en canaletas de agua de lavado de filtros, en canales
de efluentes alrededor de tanques de PTAR y en canales
principales de riego y drenaje de irrigación.
La ley de continuidad para flujo No permanente requiere la
consideración del tiempo.
La ecuación de continuidad para flujo continuo No
permanente debe incluir el elemento TIEMPO como una de
sus variables.

14. En cualquier línea de corriente que atraviesa una sección de
un canal se define como ENERGIA TOTAL a la suma de
las energías de Posición, Presión y la Velocidad:
E=Z+y+α
𝑽 𝟐
𝟐𝒈
=Cte
E- Línea de energía en la sección
Z- Línea de energía posición
y –El tirante
V- Velocidad media del flujo en la sección
α –Coeficiente de Coriolis para la sección
Ecuación de Energía (Bernoulli)

15. Ecuación de Energía (Bernoulli)
• hf1-2 es la disipación de energía en el tramo

16. Ecuación de La cantidad de
Movimiento o Momentum
En una sección de un canal en la cual pasa un caudal Q con la
velocidad V, la cantidad de movimiento en la unidad de
tiempo, se expresa por:
Cantidad de movimiento= βδQV
Donde β - coeficiente de Bussinesq
Q - Caudal
V - Velocidad media
δ - Densidad del fluido

17. Ecuación de La cantidad de Movimiento o
Momentum
Consideremos un tramo de un canal p.e. donde se produce el salto
hidráulico y el volumen de control limitado por la sección 1-2
La variación de la cantidad de movimiento entre secciones 1-2
será(ec. De momentum)

18. La clasificación del flujo se
puede resumir
• A. Flujo permanente
• Flujo uniforme
• Flujo Variado
• Flujo gradualmente variado
• Flujo Rapidamente variado
• B. Flujo no permanente
• Flujo uniforme no permanente
• Flujo Variado no permanente
• Flujo gradualmente variado no permanente
• Flujo Rapidamente variado no permanente

19. Tipo de flujo
• L es la longitud del canal.
•

20. Los flujos en canales abiertos pueden ser:
• – Estacionarios y no estacionarios
• – Unidimensionales
• – Velocidad variable en la sección
• Velocidad nula
• (condición no
• deslizamiento)

21. Los flujos en canales abiertos pueden ser:
– Uniformes o no uniformes
• Se dice que el flujo es uniforme si la profundidad del flujo
y la velocidad promedio se mantienen constantes
• Cuando un canal abierto tiene pendiente la velocidad del
fluido aumenta hasta un límite en que las fuerzas viscosas se
igualan a las inerciales debidas a la caída de elevación.
• Cuando el fluido alcanza su velocidad límite el flujo es
UNIFORME
• El flujo se mantiene
uniforme si la
pendiente rugosidad
o caudal no cambian.

22. Los flujos en canales abiertos pueden ser:
– Uniformes o no uniformes
• • La presencia de obstáculos en el canal provoca
• cambios en la profundidad del flujo, lo que
• ocasiona que el flujo se torne
• NO UNIFORME O VARIADO.
• • El flujo variado puede ser de VARIACIÓN RÁPIDA
• o de VARIACIÓN GRADUAL

23. Efecto de viscosidad

24. Efecto de viscosidad

25. Efecto de viscosidad

26. • El número de Froude establece la relación
• entre las fuerzas de inercia y las
gravitatorias.
• L: longitud característica (profundidad del
• flujo en canales rectangulares anchos)
Efecto de la Gravedad
(Numero de Froude)

27. Flujo crítico, subcrítico y
supercrítico
• El número de Froude permite establecer si
• el flujo es crítico, subcrítico o supercrítico

28. Regímenes de Flujo
Según F y R

29. Número de Froude y número de
Mach

30. Ejemplo de Problemas 1

31. Ejemplo de Problemas 1

32. Ejemplo de Problemas 2

33. Ejemplo de Problemas 2

34. Ejemplo de Problemas 3

35. Ejemplo de Problemas 3

36. Preguntas conceptuales
I. A pesar de la similitud entre flujos es mucho mas difícil resolver
problemas de Flujo en Canales abiertos que en Tuberías Presión
porque:
a) La posición de la superficie libre puede cambiar con el tiempo
y con el espacio.
b) La posición de la superficie libre puede cambiar con el tiempo
y con el espacio y por que la profundidad del flujo, el caudal y
las pendientes del fondo del canal y de la superficie libre son
independientes
c) Se necesita de otras disciplinas como geomorfología, la
hidrología y mecánica del transporte de sedimentos

37. Preguntas conceptuales
II. En el flujo a través de canales abiertos:
a) La línea de carga piezométrica es siempre paralela a la línea de
cargas totales
b) La línea de cargas totales coincide con la superficie libre del
liquido.
c) Las líneas de carga piezométrica y de las cargas totales
coinciden
d) La línea de carga piezométrica coincide con la superficie libre
III. La ecuación de cantidad de movimiento es una ecuacion:
a) Unidimensional b)Vectorial c) Escalar d) nAdimensional

38. Preguntas conceptuales
IV. Explicar la clasificación del flujo en canales abiertos
dando un ejemplo de cada uno de ellos
V. Para el flujo uniforme y flujo variado el criterio es:
a) El Tiempo
b) El Espacio.
c) El Fenómeno local

39. • Canal Artificial
•
• Canal Natural

40. Geometría del canal

41. Secciones Abiertas
Secciones
cerradas

43. Componentes de un canal

44. Sección hidráulica del canal

45. ECUACIONES
Q= γ1 *A1*V1= γ2*A2*V2 =cteQ=AV