Clase 7_FLUJO EN CANALES

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Hidráulica Aplicada
Flujo en Canales
Clase 01 de Octubre de 2020
•El flujo de agua en un conducto puede ser flujo en canal 
abierto o flujo en tubería. Estas dos clases de flujos son 
similares en diferentes en muchos aspectos, pero estos se 
diferencian en un aspecto importante.
•El flujo en canal abierto debe tener una superficie libre, en 
tanto que el flujo en tubería no la tiene, debido a que en este 
caso el agua debe llenar completamente el conducto.
•Las condiciones de flujo en canales abiertos se complican por 
el hecho de que la composición de la superficie libre puede 
cambiar con el tiempo y con el espacio, y también por el hecho 
de que la profundidad de flujo el caudal y las pendientes del 
fondo del canal y la superficie libre son interdependientes.
• 
• En estas la sección transversal del flujo, es fija debida a que esta 
completamente definida por la geometría del conducto. La 
sección transversal de una tubería por lo general es circular, en 
tanto que la de un canal abierto puede ser de cualquier forma 
desde circular hasta las formas irregulares en ríos. 
• Además, la rugosidad en un canal abierto varia con la posición 
de una superficie libre. Por consiguiente la selección de los 
coeficientes de fricción implica una mayor incertidumbre para el 
caso de canales abiertos que para del de tuberías, en general, el 
tratamiento del flujo en canales abiertos es mas que el 
correspondiente a flujo en tuberías. El flujo en un conducto 
cerrado no es necesariamente flujo en tuberías si tiene una 
superficie libre, puede clasificarse como flujo en canal abierto.
• 
Tipos de flujo
La siguiente clasificación se hace de acuerdo con el cambio en la profundidad del flujo con respecto al tiempo y al espacio.
• FLUJO PERMANENTE Y NO PERMANENTE: tiempo como criterio. Se dice que el flujo en un canal abierto es 
permanente si la profundidad del flujo no cambia o puede suponerse constante durante el intervalo de tiempo en 
consideración.
• EL FLUJO ES NO PERMANENTE si la profundidad 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 permanente, 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. El flujo uniforme permanente es el tipo de flujo 
fundamental que se considera en la hidráulica de canales abiertos. La profundidad del flujo no cambia durante el 
intervalo de tiempo bajo consideración. El establecimiento de un flujo uniforme no permanente requeriría que la 
superficie del agua fluctuara de un tiempo a otro pero permaneciendo paralela al fondo del canal.
• El flujo es VARIADO si la profundidad de flujo cambia a lo largo del canal. El flujo VARIADO PUEDE SER 
PERMANENTE O NO PERMANENTE es poco frecuente, el termino "FLUJO NO PERMANENTE" se utilizara de aquí 
en adelante para designar exclusivamente el flujo variado no permanente.
• El flujo variado puede clasificarse además como rápidamente varia o gradualmente variado. El flujo es rápidamente 
variado si la profundidad del agua cambia de manera abrupta en distancias muy cortas; de otro modo, es gradualmente 
variado. Un flujo rápidamente variado también se conoce como fenómeno local; algunos ejemplos son el resalto 
hidráulico y la caída hidráulica.
FLUJO PERMANENTE UNIFORME (constante 
en tiempo y espacio)
El flujo uniforme, en hidráulica, tiene las siguientes características:
• La profundidad de la corriente, el área mojada, la velocidad y el 
caudal en cada sección del tramo del canal son constantes; y,
• La línea de energía, superficie del agua y el fondo del canal son 
todas paralelas, o en otras palabras, sus pendientes son todas 
iguales.
 
En corrientes naturales, en ríos o arroyos y corrientes en estado 
natural raramente se experimentan la condición estricta de flujo 
uniforme. A pesar de estas desviaciones, la condición de flujo 
uniforme es frecuentemente asumida en el cálculo del flujo en aguas 
naturales
 
Características del flujo permanente
Estimación del la velocidad: Fórmula de Chézy (desarrollada por el 
ingeniero francés Antoine de Chézy, 1769) 
 
 
 
V: Velocidad del canal (m/s)
R: Radio Hidráulico
S: Gradiente de energía (pendiente) (m/m)
C: Coef. de Chézy
 
 
Radio Hidráulico
El radio hidráulico, es un parámetro importante en el dimensionado de canales, tubos y otros componentes de 
las obras hidráulicas, generalmente es representado por la letra R, y expresado en m es la relación entre:
El área mojada (A, en m²).
El perímetro mojado (P, en m).
 
 
Calcular el radio hidráulico para:
a) Un canal rectangular
b) Un tubo circular lleno
c) Un canal trapezoidal
Radio Hidráulico
Ejemplo de Aplicación
• La cuneta de Ho de un camino tiene una sección 
trapezoidal, con 50 cm de ancho y 50 cm de alto, 
con talud lateral 1:1. Si la pendiente longitudinal de 
la ruta es 2.5%. Suponer C=54
• a) Cuanto es la máxima velocidad que puede 
alcanzar el agua?
• b) Cuanto es la capacidad de la cuneta?
Qué valor de C utilizamos?
Fórmula de Manning (para calculo de velocidad)
Ingeniero irlandés Robert Manning (1889)
 
 
 
V: Velocidad del canal (m/s)
R: Radio Hidráulico
S: Gradiente de energía (pendiente) (m/m)
n: Coef. de Manning
 
Ejercicios
1- Un canal rectangular de cemento pulido, con ancho de base igual a 
2m, tiene una pendiente S=0.0015 m/m.
a) calcular el caudal que conduce para y=1.5 m
b) En que % aumenta el caudal si se duplica el ancho del canal?
c) En que % aumenta el caudal si se duplica la altura del canal?
• 
2- Se tiene un canal trapezoidal recién excavado en tierra. De 10 m de ancho, 
y 5 m de altura., talud 1:1. Con pendiente longitudinal igual a 0.8 %.
 
a) Graficar una curva de velocidades en función al nivel de agua, para
Y agua = 0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 y 3.0, 3.5, 4.0, 4.5 y 5.0 m.
 
b) Calcular los caudales para esos niveles de agua.
c) 
c) El suelo en el que fue excavado el canal tiene propiedades arcillosas y es 
erosionable a velocidades mayores a 1.8 m/s. Con que caudal se alcanza 
este valor?
 
d) Graficar una curva H-Q : Altura (m) – Caudal (m3/s)
e) 
Obs: Se recomienda utilizar excel.