FLUJO EN CANALES ABIERTOSUn canal abierto es una conduccin abierta a la atmsfera en el que el lquido fluye sometido a la presin atmosfrica y movido por la pendiente del propio canal, los canales estarn definidos por una serie de caractersticas que le son propias, que son las que se citan a continuacin:Clasificacin de los canales.De acuerdo con su origen los canales se clasifican en:a) Canales naturales: Incluyen todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra, los cuales varan en tamao desde pequeos arroyuelos en zonas montaosas, hasta quebradas, ros pequeos y grandes, arroyos, lagos y lagunas. Las corrientes subterrneas que transportan agua con una superficie libre tambin son consideradas como canales abiertos naturales. b) Canales artificiales: Los canales artificiales son todos aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo de la mano del hombre, tales como: canales de riego, de navegacin, control de inundaciones, canales de centrales hidroelctricas, alcantarillado pluvial, sanitario, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras, cunetas de drenaje agrcola y canales de modelos construidos en el laboratorio.Los canales artificiales usualmente se disean con forma geomtricas regulares (prismticos), un canal construido con una seccin transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismtico. El trmino seccin de canal se refiere a la seccin transversal tomado en forma perpendicular a la direccin del flujo.Las secciones transversales ms comunes son las siguientes:

Elementos geomtricos de los canales: Los elementos geomtricos son propiedades de una seccin de canal que pueden ser definidos por completo por la geometra de la seccin y la profundidad del flujo. Estos elementos son muy importantes y se utilizan con amplitud en el clculo de flujo. Para secciones de canal regulares y simples, los elementos geomtricos pueden expresarse matemticamente en trminos de la profundidad de flujo y de otras dimensiones de la seccin. La forma ms conocida de la seccin transversal de un canal es la trapecial.

Tirante de agua o profundidad de flujo d: Es la distancia vertical desde el punto ms bajo de una seccin del canal hasta la superficie libre, es decir la profundidad mximadel agua en el canal.Ancho superficial o espejo de agua T: Es el ancho de la superficie libre del agua, enm.Talud m: Es la relacin de la proyeccin horizontal a la vertical de la pared lateral (sellama tambin talud de las paredes laterales del canal). Es decir m es el valor de la proyeccin horizontal cuando la vertical es 1, aplicando relaciones trigonomtricas. Es la cotangente del ngulo de reposo del material ( ) , es decir m=x/d y depende del tipo de material en que se construya el canal, a fin de evitar derrumbes. Por ejemplo, cuando se dice que un canal tiene talud 1.5:1, quiere decir que la proyeccin horizontal de la pared lateral es 1.5 veces mayor que la proyeccin vertical que es 1, por lo tanto el talud m = 1.5, esto resulta de dividir la proyeccin horizontal que vale 1.5 entre la vertical que vale 1.Coeficiente de rugosidad (n): depende del tipo de material en que se aloje el canal.Pendiente (S): es la pendiente longitudinal de la rasante del canal.rea hidrulica (A): es la superficie ocupada por el agua en una seccin transversal normal cualquiera, se expresada en m2.Permetro mojado (P): es la longitud de la lnea de contorno del rea mojada entre el agua y las paredes del canal, expresado en m.Radio hidrulico (R): es el cociente del rea hidrulica y el permetro mojado. , en m.Ancho de la superficial o espejo del agua (T): es el ancho de la superficie libre del agua,expresado en m.Tirante medio (dm): es el rea hidrulica dividida por el ancho de la superficie libre del agua, se expresa m.Libre bordo (Lb): es la distancia que hay desde la superficie libre del agua hasta la corona del bordo, se expresa en m.Gasto (Q): es el volumen de agua que pasa en la seccin transversal del canal en la unidad de tiempo, y se expresa en m3/s.Velocidad media (v): es con la que el agua fluye en el canal, expresado en m/s.

La frmula de Chezy. La frmula de Chezy nos permite obtener la velocidad del fluido en rgimen permanente encanales, esta expresin es la siguiente:

En donde C es un coeficiente que se puede calcular mediante las frmulas que se presentan acontinuacin:

Donde n y m son coeficientes que aparecen tabulados y que dependen del material con el queest construido el canal.

Frmula de Manning. Determinacin de caudales en canales abiertosDe todas las frmulas utilizadas para la determinacin del coeficiente C, la que aparecemarcada como frmula de Manning es la que ms se usa en la prctica, si sustituimos dicha expresin en la frmula de Manning, obtenemos para la velocidad la siguiente expresin:

En donde la pendiente I ha de ser expresada en tanto por uno. El coeficiente n es el coeficientede rugosidad de Manning que depende del material con el que se halla construido el canal y seencuentra tabulado tal y como se muestra en el siguiente grfico:

En cuanto a la distribucin vertical de velocidades, sta est determinada por el calado, esdecir, la velocidad en funcin de la altura y respecto de la solera del canal vendr dada por lassiguiente expresiones:

Estudio energtico de un canal Consideramos un canal en el que se produce un flujo permanente e uniforme. Considerando unpunto cualquiera situado en la solera, la energa especfica ser debido a la cota respecto del punto de referencia a la que se le aadir la altura de presin y velocidad, dando lugar a diversas lneas que se pueden trazar y que son caractersticas de un canal:

Al igual que en una tubera o conduccin, en un canal se producir una prdida de carga debidoa la friccin del fluido con las paredes del canal, esta prdida por friccin, se puede calcular usando la ecuacin de Bernoulli. Si expresamos la energa especfica de un canal en funcin del caudal, podemos escribir quedicha energa vendr dada por:

Si en un determinado canal, el caudal permanece fijo, la energa depende nicamente del calado, pudiendo escribir la siguiente expresin para la energa especfica del canal:

En los canales la prdidas de carga unitarias coinciden con la pendiente del canal, por lo quepodemos escribir que:

Crisis en un canal. Nmero de Froude Se define el calado crtico de un canal como aquel que hace mnima la energa especfica delmismo, derivando la expresin anterior e igualando a cero obtenemos la siguiente expresin muy til para poder calcular el caudal en un canal cuando conocemos el calado crtico.

Esta frmula nos permite adems calcular el caudal que se descarga a travs de un vertedero decualquier forma. El nmero de Froude es un nmero adimensional que nos indica el rgimen en el que seencuentra un fluido en el interior de un canal. Dicho nmero se puede calcular como:

CLASIFICACIN DEL FLUJO EN CANALES ABIERTOS.El flujo en canales abiertos puede clasificarse en muchos tipos y describirse de varias maneras. La siguiente clasificacin se hace de acuerdo con el cambio de los parmetros profundidad, velocidad, rea etc. del flujo con respecto al tiempo y al espacio.La clasificacin del flujo en canales abiertos se resume de la siguiente manera:A. Flujo permanente 1. Flujo uniforme 2. Flujo variado a. Flujo gradualmente variado b. Flujo rpidamente variadoB. Flujo no permanente 1. Flujo uniforme no permanente (raro) 2. Flujo variado no permanente a. Flujo gradualmente variado no permanente b. Flujo rpidamente variado no permanentea) Flujo permanente y flujo no permanente.El flujo es permanente si los parmetros (tirante, velocidad, rea, etc.), no cambian con respecto al tiempo, es decir, en una seccin del canal en todos los tiempos los elementos del flujopermanecen constantes. En la mayor parte de los problemas de canales abiertos es necesario estudiar el comportamiento del flujo solo bajo condiciones permanentes. Sin embargo, si el cambio en la condicin del flujo con respecto al tiempo es importante, el flujo debe tratarse comono permanente.b) Flujo uniforme y flujo variado.Esta clasificacin obedece a la utilizacin del espacio como variable. El flujo es uniforme si los parmetros (tirante, velocidad, rea, etc.), no cambian con respecto al espacio, es decir, en cualquier seccin del canal los elementos del flujo permanecen constantes. Si los parmetros varan de una seccin a otra, el flujo se llama no uniforme o variado.Un flujo uniforme puede ser permanente o no permanente, segn cambie o no la profundidad con respecto al tiempo.

Flujo uniforme permanente: La profundidad del flujo no cambia durante el intervalo de tiempo bajo consideracin, es el tipo de flujo fundamental que se considera en la hidrulica de canales abiertos.

Flujo uniforme no permanente: El establecimiento de un flujo uniforme no permanente requerira que la superficie del agua fluctuara de un tiempo a otro pero permaneciendo paralela al fondo del canal, como esta es una condicin prcticamente imposible, Flujo uniforme no permanente es poco frecuente (raro).

El flujo variado puede clasificarse como rpidamente variado o gradualmente variado.Flujo rpidamente variado: El flujo es rpidamente variado si la profundidad del agua cambia de manera abrupta en distancias comparativamente cortas, como es el caso del resalto hidrulico.

Flujo gradualmente variado: El flujo gradualmente variado es aquel en el cual los parmetros cambian en forma gradual a lo largo del canal, como es el caso de una curvade remanso.

El flujo gradualmente variado puede ser acelerado o retardado. El primero se presenta cuando los tirantes en la direccin del escurrimiento van disminuyendo (figura 1.12) y el segundo, llamado tambin remanso (fig.1.13) existe cuando sucede el fenmeno contrario. Un caso muy tpico de remanso es aquel que se presenta aguas arriba de un vertedor o cualquier obstruccin semejante, como se indica en la (figura 1.14).

REGIMENES DE FLUJO: en un canal el efecto combinado de la viscosidad y la gravedad puede producir cualquiera de 4 regmenes de flujo.

Leer ms:http://www.monografias.com/trabajos14/canales-abiert/canales-abiert.shtml#ixzz3Wlc82BE6