Este documento describe los conceptos básicos del flujo en canales abiertos. Explica que un canal abierto es un sistema de flujo con una superficie libre expuesta a la atmósfera. Describe tres tipos de flujo: estable uniforme, estable variado e inestable variado. También introduce conceptos como el radio hidráulico, los números de Reynolds y Froude, y la ecuación de Manning para calcular la velocidad en un canal.

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Flujo en canales abiertos
Un canal abierto es un sistema de flujo en el que la superficie superior del fluido está
expuesta a la atmosfera, o sea debe tener una superficie libre.
Este tipo de canales o sistemas están presentes en diversos ámbitos desde las
canaletas que se usan para drenar el agua de lluvia hasta los canales para fluidos
en la industria e incluso el ejemplo más fácil de recordar, un rio o arroyo.
Los canales tienen una sección transversal que puede tener cualquier forma
geométrica, cuando esta sección no cambia a lo largo de la longitud del canal se le
denomina canal prismático.
Tipos de flujo en canales abiertos
El flujo volumétrico en este tema se le conoce comúnmente como descarga.
El flujo en los canales abiertos tiene este régimen de clasificación
 Flujo estable uniforme.- Se presenta cuando el flujo volumétrico permanece
constante en la sección estudiada además de que la profundidad del fluido
en el canal no cambia. Si el canal es prismático se logra el flujo estable
uniforme junto con las dos características anteriores.
 Flujo estable variado.- Este flujo se observa cuando la descarga se mantiene
constante pero la profundidad del fluido varia a lo largo de la sección
estudiada. Esto es provocado por la presencia de un canal no primatico.
 Flujo inestable variado.- Aparece cuando el flujo volumétrico o descarga varia
a través del tiempo lo que origina que la profundidad del fluido se modifique

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a lo largo de la sección de interés. Este es indiferente a si es un canal
primatico o no.
El flujo variado se clasifica según el tipo de variación.
 Flujo que varía con rapidez.
 Flujo que varía gradualmente
Radio hidráulico
Es la dimensión característica de los canales abiertos, y es la relación entre el área
transversal neta de una corriente y el perímetro mojado de una sección del canal.
𝑅 =
𝐴
𝑃𝑀
=
Á𝑟𝑒𝑎
𝑃𝑒𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜

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Numero de Reynolds para canales abiertos
Como estudiamos en los temas de secciones transversales circulares llenas, se
utiliza el número de Reynolds que se enuncia.
𝑁 𝑅 =
𝑣𝐷
𝑉
Donde:
o V=velocidad promedio del flujo
o D=diámetro de la tubería
o V=viscosidad cinemática del fluido
Pero para canales abiertos se utiliza la dimensión característica que es el radio
hidráulico, entonces para este tipo de sistemas, el número de Reynolds para el flujo
en un canal abierto es.
𝑁 𝑅 =
𝑣𝑅
𝑉
Donde
o R= radio hidráulico.
En canales abiertos, Sí NR<500 el flujo es laminar, si NR>2000 el flujo es turbulento.
La zona de transición está en el rango de 500 a 2000.
El número de Reynolds nos servía para predecir si el flujo era laminar o si era
turbulento. Pero estos términos, a pesar de significar lo mismo que para el flujo en
tuberías, no son suficientes para caracterizar las clases de flujo en los canales
abiertos. Se deben tomar en cuenta la relación de las fuerzas inerciales vs. Las
gravitacionales, dada por el número de Froude NF.
𝑁 𝐹 =
𝑣
√ 𝑔𝑦ℎ
Donde yh es la profundidad hidráulica dada por
𝑦ℎ = 𝐴/𝑇
T es el ancho de la superficie libre expuesta a la atmosfera. Entonces

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o Cuando NF=1 el flujo se llama crítico
o Cuando NF<1 el flujo se llama subcrítico
o Cuando NF>1 el flujo se llama supercrítico
Clases de flujo
Subcrítico-laminar NR < 500 y NF < 1.0
Subcrítico-turbulento NR < 2000 y NF < 1.0
Supercrítico-turbulento NR < 2000 y NF >1.0
Supercrítico-laminar NR < 500 y NF > 1.0
En canales abiertos para indicar la pendiente se utiliza el símbolo S para la
pendiente de la plantilla del canal y SW para la pendiente de la superficie del fluido.
Para que el flujo sea estable S=SW y debe ser un canal prismático.
En el flujo estable la fuerza que impulsa al fluido es una componente del peso del
fluido.
Esta fuerza es 𝑊 sin 𝜃, el flujo no debe acelerar porque hay una fuerza que se opone
en este caso es la fuerza de fricción que depende de la rugosidad de la superficie,
forma y tamaño del canal.
Robert Manning al igualar la expresión de la fuerza impulsora con la que se opone
obtuvo una expresión para la velocidad promedio para el flujo uniforme, la ecuación
de Manning.

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𝑣 =
1.00
𝑛
𝑅2/3 𝑆1/2
Esta es consistente en unidades para su uso con unidades del SI.
El termino n es un factor de resistencia comúnmente llamado n de Manning,
depende de la condición de la superficie del canal.
En la siguiente tabla se muestran valores promedio de diseño de n para los
materiales más usados en la construcción de canales.
Descripción del canal N
Vidrio, cobre, plástico, superficies lisas 0.010
Acero liso sin pintar, madera plana 0.012
Acero pintado, hierro fundido revestido 0.013
Asfalto liso, arcilla, concreto con acabado, ladrillo vitrificado 0.013
Hierro fundido sin recubrimiento, hierro negro forjado, arcilla
vitrificada
0.014
Ladrillo en concreto cementado, concreto flotado con
acabado
0.015
Concreto colado, sin acabado, acero en espiral 0.017
Suelo suave 0.018
Suelo limpio excavado 0.022
Dren para avenidas, de metal corrugado 0.024
Canal natural con piedras y maleza 0.030
Canal natural con vegetación rala 0.050
Canal natural con arbustos grandes y juncos 0.060
Canal natural con vegetación espesa 0.100
Pendiente
La pendiente para se calcula como
𝑆 =
ℎ
𝐿
Siendo h y L como se muestra en la siguiente figura.

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Descarga
El flujo volumétrico en el canal se calcula de 𝑄 = 𝐴𝑣 sustituimos la Ecuación De
Manning
𝑄 = (
1.00
𝑛
) 𝐴𝑅2/3 𝑆1/2
Si despejamos de la siguiente manera tenemos del lado izquierdo términos que
dependen de la geometría del canal
𝐴𝑅2/3 =
𝑛𝑄
𝑆1/2
La ecuación de Manning para su uso con sistema inglés cambia un poco.
𝑣 =
1.49
𝑛
𝑅2/3 𝑆1/2
Y para calcular la descarga
𝑄 = (
1.49
𝑛
) 𝐴𝑅2/3 𝑆1/2
De igual forma para dejar un lado de la ecuación en términos de la geometría del
canal.
𝐴𝑅2/3 =
𝑛𝑄
1.49𝑆1/2
Otro concepto importante es el salto hidráulico. Cuando un fluido a altas velocidades
descarga a zonas de menores velocidades, se presenta una ascensión abrupta en
la superficie del fluido. Este fluido es frenado bruscamente e incrementa la altura de
su nivel, convirtiendo parte de la energía cinética inicial del flujo en energía potencial
y sufriendo una inevitable pérdida de energía en forma de calor. En un canal abierto,

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este fenómeno se manifiesta como el fluido con altas velocidades rápidamente
frenando y elevándose sobre sí mismo, de manera similar a como se forma una
onda-choque.
El fluido debe está en el rango supercrítico.