Este documento presenta información sobre flujo en canales abiertos, incluyendo clasificación de flujos, ecuaciones para flujo uniforme y variado, número de Froude, curva de remanso, y salto hidráulico. La profesora Carmen Zarzuelo ofrece tutorías sobre cálculos hidráulicos los martes y miércoles en la universidad.

1. Carmen Zarzuelo Romero – Dpto. Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos
czarzuelo@us.es ET1 (al lado de la 104)
Tutorías:
Martes 12:00 - 14:00
Miércoles 10:00 - 14:00
Cálculos hidráulicos
Canales: Flujo en lámina libre estacionario

2. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Preguntas de partida
1. En qué se diferencia un fluido que circula en un canal de uno que circula por una
tubería
2. Clasificación de los flujos
3. Diferencia entre flujo laminar y turbulento
4. En flujo uniforme estacionario, qué formulación sigo
5. Cuál es la ecuación de Energía
6. Qué es el número de Froude
7. En flujo variado, cuáles son las ecuaciones de partida
8. Cuáles son las curvas que determinan el movimiento del flujo variado
9. Cuándo hay resalto hidráulico

3. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Movimiento con superficie libre
Hipótesis:
• La superficie libre no está confinada
• La distribución de presiones depende de la gravedad
• No hay deformación del lecho y las márgenes
• Las variaciones en el movimiento se producen en la dirección longitudinal
Aunque en la realidad è distribuciones de velocidad sobre la superficie libre es variable

4. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Clasificación de los flujos
Tiempo
• Flujo estacionario (Qcte)
• Flujo no estacionario (Qvariable)
Espacio
• Flujo uniforme (Acte)
• Flujo no uniforme (Avariable)

5. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Clasificación de los flujos
Tiempo
• Flujo estacionario (Qcte)
• Flujo no estacionario (Qvariable)
Espacio
• Flujo uniforme (Acte)
• Flujo no uniforme (Avariable)
• Flujo estacionario uniforme
• Flujo estacionario no uniforme
• Flujo no estacionario uniforme
• Flujo no uniforme no estacionario

6. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Clasificación de los flujos

7. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Características de los canales
• Profundidad/calado (y)
• Área (A)
• Perímetro mojado (P)
• Radio hidráulico (Rh=A/P)
• Ancho superficial o
espejo de agua (T)
• Profundidad hidráulica (D=A/T)

8. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Características de los canales
• Profundidad/calado (y)
• Área (A)
• Perímetro mojado (P)
• Radio hidráulico (Rh=A/P)
• Ancho superficial o
espejo de agua (T)
• Profundidad hidráulica (D=A/T)

9. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Flujo laminar y turbulento
• Fuerzas inerciales + Fuerzas viscosas
• Número de Reynolds: Re =(ρRHV)/μ=(RHV)/ν
• Recanales=Retubería/4
• Flujo laminar (Re bajos (<500)): predominan las fuerzas viscosas
• Flujo turbulento (Re altos (>1000)): predominan las fuerzas inerciales

10. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Flujo uniforme
• Fuerza de gravedad = Fuerza de fricción
• Fuerza de gravedad=ρgLAsinθ
• Fuerza de fricción = τ0PL
• Fórmula de Chèzy: V=C*sqrt(S0RH); C=(1/n)*RH
1/6
• Ecuación de Manning: V=(1/n) RH
2/3S0
1/2

11. Canales: Flujo en lámina libre estacionario

12. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Energía en canales abiertos: Flujo crítico
Vista Lateral Sección Transversal
Hipótesis:
• Flujo gradualmente variado
• Canal de pendiente baja
• Coeficiente de energía para la sección igual a la unidad y constante en profundidad
Ec. Bernoulli: H=z + p/ρg + V2/2g è Energía específica: E= p/ρg + V2/2g

13. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Energía en canales abiertos: Flujo crítico
Buscar: El calado para el cual se transporta un cierto caudal con un gasto mínimo
Pasos:
1. dE/dy
2. dE/dy=0
3. Número de Froude
1. Régimen subcrítico
2. Régimen supercrítico
3. Régimen crítico è Calado crítico (yc), velocidad crítica (Vc), energía crítica (Ec)

14. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Flujo variado
Características:
• Cambio de las características geométricas y morfológicas è cambio en el régimen è
variaciones en el calado y la velocidad
• Gradualmente o rápidamente
• P=Phid
• Ec. Conservación de Energía + Ec. Cantidad de Movimiento
• Ec. de Aceleración-Remanso è H(x)=z(x)+y(x)+V2(x)/2g è dH/dx
o Interpretación de la curva de remanso (pendientes (S0-SC), calados (yN-yC),
numerador, denominador): puntos singulares

15. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Flujo variado

16. Canales: Flujo en lámina libre estacionario

17. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Flujo variado
Características:
• Cambio de las características geométricas y morfológicas è cambio en el régimen è
variaciones en el calado y la velocidad
• Gradualmente o rápidamente
• P=Phid
• Ec. Conservación de Energía + Ec. Cantidad de Movimiento
• Ec. de Aceleración-Remanso è H(x)=z(x)+y(x)+V2(x)/2g è dH/dx
o Interpretación de la curva de remanso (pendientes (S0-SC), calados (yN-yC),
numerador, denominador): puntos singulares
o Sf tiende a S0 è Flujo uniforme
o Sf tiende a 0 è Lámina horizontal (remanso)
o F tiende a 1+ è Salto hidráulico
o F tiende a 1- è Caída

18. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Flujo variado

19. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Salto hidráulico
Suponemos canal rectangular D=y
Características:
• Flujo inicialmente rápido è Desaceleración brusca è Aumento del calado
• Régimen supercrítico è Régimen subcrítico
• Ecinéticaè Epotencial è Pérdida de energía; calor y ruido è Disipadores de
energía
Onda propagándose sobre la superficies libre
1. Onda de altura dy y velocidad c
2. Ecuación de continuidad
3. Ecuación de conservación de cantidad de
movimiento
3.1. Fuerza hidrostática
3.2. Cantidad de movimiento neta

20. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Salto hidráulico
Salto hidráulico:
1. Onda que se genera en superficie libre è Si es estacionaria v=c
2. Balance entre dos secciones (y2,y1)
Tipos de salto hidráulico:
1. Según el número de Froude:
1. Ondulante
2. Débil
3. Oscilante
4. Permanente
5. Fuerte

21. Canales: Flujo en lámina libre estacionario
Salto hidráulico