Flujo en canales abiertos

1. FLUJO EN CANALES ABIERTOS
ALBERTO VILLALOBOS 25.189.616

2.  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,
consecuciones rectas del cauce irregulares. De forma artificial, creadas
por el hombre, tiene lugar en los canales, acequias, y canales de desagüe.
En la mayoría de los casos. Los canales tienen secciones rectas regulares
y suelen ser rectangulares, triangulares o trapezoidales. También tienen
lugar el flujo de canales abiertos en el caso de conductos cerrados, como
tuberías de sección recta circular cuando el flujo no es a conducto lleno.

3. ORIGEN.
 El conocimiento empírico del funcionamiento de los canales se remonta
a varios milenios. En la antigua Mesopotamia se usaban canales de riego
en la Roma Imperials Se abastecían de agua a través de canales
construidos sobre inmensos acueductos, y los habitantes del antiguo
Perú construyeron en algunos lugares de los Andes canales que aún
funcionan , Claro es el Ejemplo de los canales de Cumbe Mayo , el centro
hidráulico más importante de los Andes El conocimiento y estudio
sistemático de los canales se remonta al siglo XVIII, con Chézy, Bazin y
otros.

4. CLASIFICACIÓN.
EL FLUJO ES NO PERMANENTE si la profundidad no cambia
con el tiempo. En la mayor parte de canales abiertos es
necesario estudiar el comportamiento del flujo solo bajo
condiciones permanentes. Sin embargo el cambio en la
condición del flujo con respecto al tiempo es importante, el
flujo debe tratarse como no permante, el nivel de flujo
cambia de manera instantánea a medida que las ondas
pasan y el elemento tiempo se vuelve de vital importancia
para el diseño de estructuras de control.
FLUJO UNIFORME Y FLUJO
VARIADO: espacio como
criterio. Se dice que el flujo en
canales abiertos es uniforme si
la profundidad del flujo es la
misma en cada sección del
canal. Un flujo UNIFORME
puede ser permanente o no
permanente, según cambie o
no la profundidad con respecto
al tiempo

5. CANALES ABIERTOS Y SUS
PROPIEDADES.
 Clases de canales abiertos. Un canal abierto es un conducto en el cual el agua, fluye con una superficie
libre. 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.

6. GEOMETRIA DEL CANAL.
Un canal con una sección transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como
canal prismático. De otra manera, el canal es no prismático; un ejemplo es un vertedero de ancho
variable y alineamiento curvo. Al menos que se indique específicamente los canales descritos son
prismáticos.
El trapecio es la forma mas común para canales con bancas en tierra sin recubrimiento, debido a que
proveen las pendientes necesarias para la estabilidad.
El rectángulo y el triangulo son casos especiales del trapecio. Debido a que el rectángulo tiene lados
verticales, por lo general se utiliza para canales construidos para materiales estables, como
mampostería, roca, metal o madera. La sección transversal solo se utiliza para pequeñas asqueas,
cunetas o a lo largo de carreteras y trabajos de laboratorio. El círculo es la sección más común para
alcantarillados y alcantarillas de tamaño pequeño y mediano.

7. CARACTERISTICAS.
 En un canal abierto del flujo en un ducto cerrado. En el canal existe una
superficie libre la cual se encuentra a una presión constante.
 LA IMPLICANCIA FUNDAMENTAL DE ESTA CARACTERÍSTICA ES QUE EL
MOVIMIENTO DEL FLUIDO SE ORIGINA EN EL PESO DEL FLUIDO (FUERZA
GRAVITATORIA) Y NO LA EXISTENCIA O NO DE UNA DIFERENCIA DE
PRESIONES, COMO ES EL CASO DE UN DUCTO CERRADO. La distribución de
presiones en un canal abierto es por lo general hidroestática, es decir,
depende solo de la profundidad del fluido. Las otras fuerzas de importancia
en el estudio de canales abiertos, son la fuerza de inercia y la fuerza
originada por la fricción.

8. FLUJO UNIFORME EN CANALES
 Se dice que un flujo es uniforme cuando su velocidad del flujo en la
profundidades constante. En el diseño de canales abiertos seria ideal que
se tuvieran flujos uniformes por que se tendría un canal con una altura
constante. Se le llama profundidad normal (Yn) a la profundidad del flujo en
flujos uniformes y velocidad de flujo uniforme V a la velocidad promedio del
flujo. Para que el flujo permanezca uniforme es necesario tener una
pendiente, las sección transversal y su rugosidad en la superficie no presente
ningún cambio y si la pendiente del fondo aumentase y a su vez aumentase
la velocidad inmediatamente disminuirá su profundidad.

9. CANALES ABIERTOS ANCHOS
 Observaciones hechas en canales muy anchos han mostrado que la
distribución de velocidades en la distribución central en esencial es la misma
que existiría en un canal rectangular de ancho infinito. En otras palabras bajo
esta condición, los lados del canal no tienen prácticamente ninguna
influencia en la distribución de velocidades en la distribución central y, por
consiguiente el flujo en esta región central puede considerarse como
bidimensional en el análisis hidráulico. LA MEDICION DE LA VELOCIDAD: la
sección transversal del canal se divide en franjas verticales por medio de un
numero de verticales sucesivas y las velocidades medias en las verticales se
determinan midiendo las velocidades a 0.6 de la profundidad en cada vertical
o tomando las verticales promedio a 0.2 y a 0.8 de la profundidad cuando se
requieren resultados mas confiables.

10. FLUJOS LAMINARES Y TURBULENTOS
Un flujo laminar es el liquido que
se desplaza con una suave
velocidad (orden).Un flujo
turbulento es cuando el
comportamiento del flujo es
caótico y difícil de controlar,
adicionalmente causa daños en las
tuberías (desorden).Un flujo en
transición seria un flujo que alterna
entre laminar y turbulento. Estos
dependen del valor del número
de Reynolds.

11. LA FÓRMULA DE CHEZY.

12. FÓRMULA DE MANNING. DETERMINACIÓN DE
CAUDALES EN CANALES ABIERTOS.
 De todas las fórmulas utilizadas para la
determinación del coeficiente C, la que
aparece marcada como fórmula de Manning
es la que más se usa en la práctica, si
sustituimos dicha expresión en la fórmula de
Manning.

13. FORMULA DE BAZIN.

14. NUMERO DE FROUDE
 El numero de Reynolds y los términos laminar y turbulentos no bastan
para caracterizar todas las clases de flujo en los canales abiertos.
El mecanismo principal que sostiene flujo en un canal abierto es la fuerza
de gravitación. Por ejemplo, la diferencia de altura entre dos embalses hará
que el agua fluya a través de un canal que los conecta. El parámetro que
representa este efecto gravitacional es el Número de Froude, puede
expresarse de forma adimensional. Este es útil en los cálculos del resalto
hidráulico, en el diseño de estructuras hidráulicas y en el diseño de barcos.

15. EFICIENCIA EN CANALES
ABIERTOS
 Se conoce que los sistemas de canales abiertos se diseñan con el
fin de trasportar líquidos desde un lugar determinado hasta otro
con una altura de cota menor a la inicial, manteniendo un caudal
o una razón de flujo constante bajo la influencia de la gravedad
al menor precio posible. Debido a que no es necesario la
aplicación de energía al sistema el costo de construcción se
traduce al valor inicial una vez comenzados los trabajos,
traduciéndose en el tamaño físico de la obra, por tal razón para
una longitud establecida el perímetro de la sección representara
también el costo del sistema; por lo cual debe mantenerse al
mínimo para no incrementar los costos y los tamaños de la
sección. Debido a lo anteriormente mencionado, la eficiencia de
un canal tiene relación con encontrar un área de paso (Ac)
mínima para transportar un caudal (Q) dado, con una pendiente
del canal (So) y coeficiente de Manning (n) dados.

16. ENERGIA EN LOS CANALES ABIERTOS.
En hidráulica se sabe que la energía total d el agua en metros-kilogramos por
kilogramos de cualquier línea de corriente que pasa a través de una sección de
canal puede expresarse como la altura total en pies de agua, que es igual a la
suma de la elevación por encima del nivel de referencia, la altura de presión y la
altura de velocidad.
Energía de un flujo gradualmente variado en canales abiertos.

17. RESALTO HIDRAULICO O SALTO
HIDRAULICO
El resalto hidráulico es el ascenso
brusco del nivel del agua que se
presenta en un canal abierto a
consecuencia del retardo que sufre
una corriente de agua que fluye a
elevada velocidad.
Este fenómeno presenta un estado
de fuerzas en equilibrio, en el que
tiene lugar un cambio violento del
régimen de flujo, de supercrítico a
subcrítico. Este involucra una
pérdida de energía relativamente
grande mediante disipación en el
cuerpo turbulento de agua dentro
del resalto. En consecuencia, el
contenido de energía en el flujo
después del resalto es
apreciablemente menor que el de
antes del mismo.

18. PERFILES DE SUPERFICIE LIBRE.
Los flujos con superficie libre
probablemente sea el fenómeno de
flujo que con mas frecuencia se
produce en la superficie de la tierra.
Las olas de los océanos, las corrientes
de los ríos y las corrientes de agua de
lluvia son ejemplos que suceden en la
naturaleza. Las situaciones inducidas
por los humano incluyen flujos en
canales y alcantarillas, escurrimientos
sobre materiales impermeables, tales
como techos, lotes de estancamiento y
el movimiento de las olas en los
puertos.
En todas las situaciones el
flujo se caracteriza por una
interfaz entre el aire y la
capa superior del agua, la
cual se denomina superficie
Libre. En la superficie libre,
la presión es constante y en
casi todas las situaciones,
ésta es la atmosférica.
Para diseñar y construir un sistema de
canal hay que basarse en la profundidad
del flujo proyectada a lo largo del canal,
para ello es necesario tener en cuenta la
profundidad del flujo y la geometría del
canal, así como también conocer las
características generales de los perfiles
de superficie para flujos de de variación
gradual que no solo dependen de la
pendiente del fondo si no que también
de la profundidad del flujo, por lo tanto
un canal abierto incluye secciones de
distintas pendientes de fondo.

19. CALCULAR LA ENERGÍA ESPECIFICA.

20. CANTIDAD DE MOVIMIENTO QUE SE DA
DENTRO DE UN CANAL.

21. ANEXOS