Este documento describe diferentes conceptos relacionados con el flujo de agua en canales, incluyendo la energía específica, curvas de energía específica, tipos de flujo (permanente, transitorio, uniforme, gradualmente variado), flujo crítico, flujo subcrítico y supercrítico. También presenta fórmulas como las de Chézy, Manning y Bazin para calcular la velocidad del agua en canales.

1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO
SANTIAGO MARINO
EXTENSION BARINA
ENERGIA ESPECIFICA EN CANALES
ARIANNA GONZALEZ
19.324.801
BARQUISIMETO, JUNIO-2014

2. La energía específica se define como la cantidad de energía por unidad de
peso en cualquier sección, medida siempre con respecto al fondo de un canal
abierto. La energía específica solo depende de la profundidad de flujo.
También se puede escribir en términos de caudal de la siguiente forma:
Descripción de la curva de energía específica
Curva de energía específica. Se puede observar que uno de sus tramos es
asintótica con la recta de 45 grados.
La curva de energía específica tiene forma de una parábola que abre hacia la
derecha. La región subcrítica tiende asintóticamente a una recta de 45°. Las
curvas de energía específica son útiles para resolver 3 tipos de problemas:
problemas de continuidad, de elevaciones o presiones del fondo de un canal,
o de contracciones. Se puede observar que con excepción de la profundidad
crítica, para cada valor de energía corresponden dos valores de profundidad,
una subcrítica (mayor que la profundidad crítica) y una supercrítica (por
debajo de la profundidad crítica). A medida que el caudal aumenta, la curva
se desplaza hacia la derecha.

3. Curva de energía específica. Se
puede observar que uno de sus
tramos es asintótica con la recta de
45 grados.
Fuerza específica y cantidad de movimiento

4. TIPOS DE FLUJO EN UN CANAL
FLUJO PERMANENTE
Un flujo permanente es aquel en el que las propiedades fluidas permanecen
constantes en el tiempo, aunque pueden no ser constantes en el espacio.
Las características del flujo, como son: Velocidad (V), Caudal (Q), y Calado (h), son
independientes del tiempo, si bien pueden variar a lo largo del canal, siendo x la
abscisa de una sección genérica, se tiene que:
V = fv(x)
Q = fq(x)
h = fh(x)
FLUJO TRANSITORIO O NO PERMANENTE
Un flujo transitorio presenta cambios en sus características a lo largo del tiempo
para el cual se analiza el comportamiento del canal. Las características del flujo son
función del tiempo; en este caso se tiene que:
V = fv(x, t)
Q = fq(x, t)
h = fh(x, t)
Las situaciones de transitoriedad se pueden dar tanto en el flujo subcrítico como en
el supercrítico.

5. FLUJO UNIFORME
Es el flujo que se da en un canal recto, con sección y pendiente constante, a una
distancia considerable (20 a 30 veces la profundidad del agua en el canal) de un
punto singular, es decir un punto donde hay una mudanza de sección transversal
ya sea de forma o de rugosidad, un cambio de pendiente o una variación en el
caudal. En el tramo considerado, se las funciones arriba mencionadas asumen la
forma:
V = fv(x) = Constante
Q = fq(x) = Constante
h = fh(x) = Constante
FLUJO GRADUALMENTE VARIADO
El flujo es variado: si la profundidad de flujo cambia a lo largo del canal. El flujo
variado puede ser permanente o no permanente. Debido a que el flujo uniforme
no permanente es poco frecuente, el término “flujo no permanente” se utilizará
de aquí para adelante para designar exclusivamente el flujo variado no
permanente.

6. Flujo Crítico Cuando Froude vale uno o cuando la velocidad es igual que la
raíz cuadrada de la gravedad por la profundidad.
Flujo subcrítico
En el caso de flujo subcrítico, también denominado flujo lento, el nivel efectivo
del agua en una sección determinada está condicionado al nivel de la sección
aguas abajo.
Flujo supercrítico
En el caso de flujo supercrítico, también denominado flujo veloz, el nivel del
agua efectivo en una sección determinada está condicionado a la condición de
contorno situada aguas arriba.

7. Las fórmulas para el flujo permanente y uniforme turbulento, en tuberías y
canales son las siguientes:
La fórmula de Chézy, desarrollada por el ingeniero francés Antoine de
Chézy, conocido internacionalmente por su contribución a la hidráulica de
los canales abiertos, es la primera fórmula de fricción que se conoce. Fue
presentada en 1769. La fórmula permite obtener la velocidad media en la
sección de un canal y establece que:
donde:
= velocidad media del agua en m/s
= radio hidráulico
= la pendiente longitudinal de la solera o fondo del canal en m/m
= coeficiente de Chézy. Una de las posibles formulaciones de este coeficiente
se debe a Bazin.

8. La fórmula de Manning[ es una evolución de la formula de Chézy para el
cálculo de la velocidad del agua en canales abierto 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
utilizado en la formula de Chézy

9. Se conoce como fórmula de Bazin o expresión de Bazin, en honor de Henri
Bazin, a la definición, mediante ensayos de laboratorio, que permite
determinar el coeficiente 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:
donde:
m = parámetro que depende de la rugosidad de la pared
R = radio hidráulico