Republica Bolivariana de Venezuela

Instituto Universitario Politécnico

«Santiago Mariño»

Ingeniería Civil

Mecánica de Fluidos II

Prof. Julián Carneiro

Unidad II: Flujo en Canales Abiertos

Realizado por:

Flores Rosemary

C.I.: 25.030.120

Maracaibo, Octubre de 2015

El flujo de canales abiertos tiene lugar cuando los

líquidos fluyen por la acción de la gravedad y solo están

parcialmente envueltos por un contorno sólido. En el

flujo de canales abiertos, el líquido que fluye tiene

superficie libre y sobre él no actúa otra presión que la

debida a su propio peso y a la presión atmosférica. El

flujo en canales abiertos también tiene lugar en la

naturaleza, como en ríos, arroyos, etc., si bien en

general, con secciones rectas del cauce irregulares. De

forma artificial, creadas por el hombre, tiene lugar en

los canales, acequias, y canales de desagüe.

De acuerdo con su origen un canal puede ser natural o artificial.

Los canales NATURALES influyen todos los tipos de agua que existen de manera

natural en la tierra, lo cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en

zonas montañosas hasta quebradas, arroyos, ríos pequeños y grandes, y

estuarios de mareas. Las corrientes subterráneas que transportan agua con una

superficie libre también son consideradas como canales abiertos naturales.

Las propiedades hidráulicas de un canal natural por lo general son muy

irregulares. En algunos casos pueden hacerse suposiciones empíricas

razonablemente consistente en las observaciones y experiencias reales, de tal

modo que las condiciones de flujo en estos canales se vuelvan manejables

mediante tratamiento analítico de la hidráulica teórica.

Los canales ARTIFICIALES son aquellos construidos o desarrollados mediante el

esfuerzo humano: canales de navegación, canales de centrales hidroeléctricas,

canales y canaletas de irrigación, cunetas de drenaje, vertederos, canales de

desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras etc..., así como

canales de modelos de laboratorio con propósitos experimentales las

propiedades hidráulicas de estos canales pueden ser controladas hasta un nivel

deseado o diseñadas para cumplir unos requisitos determinados.

La aplicación de las teorías hidráulicas a canales artificiales producirán, por

tanto, resultados bastantes similares a las condiciones reales y, por

consiguiente, son razonablemente exactos para propósitos prácticos de diseños.

El flujo en canales abierto puede clasificarse en muchos tipos y distribuirse de

diferentes maneras. La siguiente clasificación se hace de acuerdo con el

cambio en la profundidad del flujo con respecto al tiempo y al espacio.

Flujo Permanente

• Es permanente si la profundidad del flujo no cambia o puede suponerse constante durante un intervalo de tiempo.

Flujo no Permanente

• Es no permanente si la profundidad cambia con el tiempo, es decir, los parámetros cambian con respecto al tiempo

Flujo Uniforme

• El flujo es uniforme si los parámetros no cambian con respecto al espacio, es decir, en cualquier sección del canal los elementos permanecen constantes

Flujo Variado

• Si los parámetros varían de una sección a otra el flujo se le llama no uniforme o variado

Sección trapezoidal:

Se usa siempre en canales de tierra y canales revestidos

Sección Rectangular:

Se emplea para acueductos de madera, para

canales excavados en rocas y para

canales revestidos

Sección Triangular:

Se usa para cunetas revestidas en las carreteras,

en canales de tierra pequeños y

como alcantarillado de

las carreteras

Sección Parabólica:

Se emplea a veces para canales

revestidos y es la forma que toman aproximadamente

muchos canales naturales y canales

de tierra viejos

El Diseño de un caudal implica darle valor numérico a los siguientes datos:

• Q= Caudal en m3/s • v= Velocidad media del agua en m/s

• S= pendiente en m/m • n= Coeficiente de rugosidad

• Z= Talud • b= ancho de la solera en m

• y= tirante en m • A= Area hidraulica en m2

• H= profundidad total desde la corona al fondo del canal en m

La dimensión característica de los

canales abiertos es el radio hidráulico,

definido como la relación del área

transversal neta de una corriente al

perímetro mojado de la sección. Es decir:

𝑹 =𝑨

𝑷𝑴=

Á𝒓𝒆𝒂

𝑷𝒆𝒓í𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝒎𝒐𝒋𝒂𝒅𝒐

Al perímetro mojado se le

define como la suma de la

longitud de las fronteras

solidas de la sección que

entran en contacto con el

fluido (es decir, éste las moja).

• Conservación de la masa:

La masa que entra al volumen es igual a la que sale

• Conservación de la energía:

La energía por unidad de peso en cualquier punto es la suma de

El resalto o salto hidráulico es un fenómeno local, que se presenta en el flujo

rápidamente variado, el cual va siempre acompañado por un aumento súbito del tirante

y una pérdida de energía bastante considerable (disipada principalmente como calor),

en un tramo relativamente corto. Ocurre en el paso brusco de régimen supercrítico

(rápido) a régimen subcrítico (lento), es decir, en el resalto hidráulico el tirante, en un

corto tramo, cambia de un valor inferior al crítico a otro superior a este.