Carina Resumen Ven Te Chow

UNIVERSIDAD SAN PEDRO
CURSO:
MECÁNICA DE FLUIDOS II
DOCENTES:
ING. LUIS ALBERTO SEGURA TERRONES
ING. DANTE SALAZAR SANCHEZ
TRABAJO:
RESUMEN DEL LIBRO HIDRAULICA DE CANALES DE VEN TE CHOW
CAPITULOS 1, 2, 3, 4
ALUMNA:
MORALES MALDONADO CARINA
CÓDIGO:
1112101124
CICLO: VI
GRUPO: A
RESUMEN HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS VEN T. CHOW
CAPÍTULO I
FLUJO EN CANALES ABIERTOS Y SU CLASIFICACIÓN
1.1. Descripción
 Los flujos en canal abierto y el de tubería se diferencian en que el primero

debe tener una superficie libre, y el de tubería no la tiene.
 Una superficie libre está sometida a la presión atmosférica y el flujo en

tubería sino a la presión hidráulica.
 Las condiciones de flujo en canales abiertos se complican por el hecho de

que la posición de la superficie libre puede cambiar con el tiempo y con el
espacio.
 Y por el hecho que la profundidad de flujo, el caudal y las pendientes del

fondo del canal y de la superficie libre son interdependientes.
 En un canal abierto puede ser de cualquier forma, desde circular hasta las
formas irregulares de las corrientes naturales.
 La rugosidad en un canal abierto varia con la posición de la superficie libre,

por lo que la selección de los coeficientes de fricción implica una mayor
incertidumbre
 El tratamiento del flujo en canales abiertos es más empírico que el

correspondiente a flujo en tuberías.
 El método empírico es el mejor método en el presente, y puede producir

valores de valor práctico.
 Un conducto cerrado con superficie libre puede clasificarse como flujo en

canal abierto. Ejemplo: un alcantarillado de aguas de lluvias.
1.2. Tipos de flujo
Esta clasificación se hace de acuerdo con el cambio en la profundidad de flujo con

respecto al tiempo y al espacio.
Flujo permanente: Es si la profundidad de flujo no cambia o puede suponerse

constante durante el intervalo de tiempo en consideración.
MECANICA DE FLUIDOS II 1
Flujo no permanente: Si la profundidad cambia con el tiempo.
La mayor parte de los problemas de canales abiertos es necesario estudiar el

comportamiento bajo condiciones permanentes.
Para cualquier lujo, el caudal se expresa: Q= V A
V= velocidad media
A= Área de la sección transversal del flujo
Como el flujo es continuo (Ecuación de Continuidad): Q= V1 A1 = V2 A2
La ecuación de continuidad para flujo continuo no permanente debe incluir el

elemento tiempo como una de sus variables.
Flujo Uniforme: Si la profundidad es la misma en cada sección del canal
Flujo uniforme permanente: La profundidad del flujo no cambia durante el

intervalo de tiempo bajo consideración.
Flujo uniforme no permanente: La superficie del agua fluctuara de un tiempo a

otro pero permaneciendo paralela al fondo del canal. Condición prácticamente
imposible.
Por lo que el termino flujo uniforme se utilizará para designar el flujo uniforme
permanente.
Flujo Variado: Si la profundidad de flujo camba a lo largo del canal.
Flujo rápidamente variado: La profundidad del agua cambia de manera abrupta

en distancia cortas.
Flujo gradualmente variado: conocido como fenómeno local (resalto hidráulico

y caída hidráulica)
1.3. Estado de Flujo
Gobernado por la viscosidad y gravedad en relación a las fuerzas inerciales del

flujo.
Efecto de viscosidad: lamiar, turbulento o transicional.
Laminar:
 Fuerza viscosa muy fuerte en comparación con fuerzas inerciales.

 Las partículas de agua se mueven en trayectorias suaves definidas o líneas
de corriente, y las capas parecen deslizarse sobre capas adyacentes.
Turbulento:
 Fuerzas viscosas son débiles en relación a las fuerzas inerciales.

 Las partículas se mueven en trayectorias irregulares, pero en conjunto
representan un movimiento delante de la corriente entera.
Entre ambos estados (laminar y turbulento) existe un estado mixto o transicional.
El efecto de viscosidad en relación con Inercia se representa mediante el número

de Reynolds, definido por:
Flujo laminar si Re es pequeño

Flujo turbulento si Re es muy grande
También se aplica la ecuación de Darcy-Weisbach
Re (entre 750 y 25000)
Re (mayores)
( √ )
√
Para propósitos prácticos el rango para la zona de transición para Re en flujos en

canales abiertos puede suponerse desde 500 hasta 2000.
Los datos para flujo laminar obtenidos en la Universidad de Minnesota se

muestran en el diagrama para flujo en canales rugosos
El diagrama ilustra lo siguiente:
a. En la región laminar el valor de K es generalmente mayor que en canales

lisos y varía entre 60 y 33, indicando la influencia de la rugosidad en el
factor de fricción.
b. En la región turbulenta la forma del canal tiene un efecto pronunciado en el

factor de fricción. Se cree que podría deberse al desarrollo de un flujo
secundario, el cual es más pronunciado en flujos rectangulares que en
triangulares. (flujo secundario es el movimiento de partículas en sección
transversal al canal).
c. Cuando Re es muy alto alcanzan un estado de flujo conocido turbulencia

completa. En este estado el valor de f es independiente del Re y depende
solo de la rugosidad, Radio hidráulico y la forma del canal.
d. Los datos de Varwick son inconclusos y parece que son necesarios más
estudios experimentales para sustentarla.
En la mayor parte de los canales abiertos el flujo ocurre con muy poca frecuencia.
El hecho de que la superficie de una corriente aparezca lisa y transparente a un

observador no indica que el flujo es laminar; mas probablemente, esto indica que
la velocidad superficial es menor que la requerida para la formación de ondas de
capilaridad.
El efecto de la gravedad sobre el estado de flujo se representa por la relación

entre las fuerzas inerciales y las fuerzas gravitaciones. Esta relación esta dad por
el número de Froude
Cuando F=1, Flujo en estado crítico y
Si F˂1 el flujo es sub-crítico
Si F˃1 el flujo es super-crítico
1.4. Regímenes del flujo
a. Sub crítico-laminar (F ˂1 y Re es laminar)
b. Supercrítico-laminar (F ˃1 y Re es laminar)
c. Supercrítico-turbulento (F ˃1 y Re es turbulento)
d. Sub crítico-turbulento (F ˂1 y Re es turbulento)
La relación profundidad-velocidad para los cuatro regímenes de flujo en un canal

abierto ancho puede ilustrarse mediante una gráfica logarítmica.
CAPÍTULO II
CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADES
2.1. Clases de canales abiertos
Es un conducto en el cual el agua fluye con una superficie libre.
Por su origen puede ser: natural o artificial
Canales Naturales:
- Todos los cursos de agua que existen de manera natural en la Tierra.
- Corrientes subterráneas con superficie libre también.
- Sus propiedades son muy irregulares.
- Son manejables mediante el tratamiento analítico de la hidráulica teórica.
- Este estudio es conocido como Hidráulica fluvial ya que requiere

conocimientos de otros campos como: hidrología, geomorfología,
transporte de sedimentos, etc.
Canales Artificiales:
- Construidos o desarrollados por esfuerzo humano.
- Canales como: de Navegación, de Centrales Hidroeléctricas, canales, canales

de irrigación, cunetas de drenaje, vertederos, de desborde, canaletas de
madera, cuneta a lo largo de carreteras, etc.
- Sus propiedades hidráulicas pueden ser controlados hasta un nivel deseado

o diseñadas para cumplir requisitos determinados.
Canal Artificial: Canal largo con pendiente suave construido sobre el suelo.
Canaleta: Canal de madera, de metal, de concreto o mampostería, soportado sobre

la superficie del terreno para conducir agua a través de una depresión.
Rápida: Canal que tiene altas pendientes.
Caída: Similar a una Rápida, pero el cambio de elevación se efectúa en distancia

corta.
Alcantarilla: fluye parcialmente llena, instalado para drenar el agua a través de

terraplenes de carreteras o vías férreas.
Túnel con flujo a superficie libre: Canal cubierto comparativamente largo, conduce
agua a través de una colina u obstrucción del terreno.
2.2. Geometría de canal
Canal Prismático: Canal construido con sección transversal invariable y pendiente

de fondo constante
Canal No-Prismático: un ejemplo es un vertedero de ancho variable y

alineamiento curvo.
Sección de Canal: Sección transversal de un canal tomada en forma perpendicular

a la dirección del flujo
Sección vertical de canal: es la Sección vertical que pasa a través del punto mas
bajo de la sección de canal.
Las secciones de canales naturales son irregulares, pudiendo tener una sección
principal y secciones laterales para caudales de desborde.
Los canales artificiales se diseñan con secciones de figuras regulares
- El trapecio, proveen las pendientes necesarias para estabilidad.
- Rectángulo, canales construidos con materiales estables (mampostería,

roca, metal, madera)
- Triangulo, para pequeñas acequias, cunetas en carreteras y trabajos de

laboratorio.
- Círculo, común para alcantarillados y alcantarillas de tamaño pequeño y

mediano.
- Parábola, como aproximación a secciones de canales naturales
- Rectángulo con esquinas redondeadas, modificación del rectángulo
- Triangulo con fondo redondeado, aproximación de parábola
- Secciones Cerradas: huevo, ovoides, semi-elípticas, forma de U, catenaria,

herradura, manija de canasto, etc.
Elementos geométricos de secciones de un canal
2.3. Elementos Geométricos de una sección de canal
Pueden expresarse matemáticamente en términos de la profundidad de flujo y

dimensiones de la sección.
Para secciones complejas, pueden prepararse curvas que representen la relación

entre estos elementos y la profundidad de flujo para uso de cálculos hidráulicos.
Profundidad de flujo: distancia vertical del punto más bajo de una sección del
canal hasta la superficie libre.
Nivel: es la elevación desde un nivel de referencia hasta la superficie libre.
Ancho superficial (T): es el ancho de la sección del canal en la superficie libre.
Área mojada (A): Área de la sección transversal del flujo perpendicular a la

dirección del flujo.
Perímetro mojado (P): es la longitud de la línea de intersección de la superficie de

canal mojado y de un plano transversal perpendicular a la dirección de flujo.
Radio Hidráulico (R): Relación del área mojada con respecto a su perímetro
mojado R=A/P
Profundidad Hidráulica (D): Relación entre área mojada y ancho en la superficie.
2.4. Distribución de velocidades en una sección de canal.
Las velocidades de un canal no están uniformemente distribuidas en su sección.
La máxima velocidad medida en canales normales a menudo ocurre por debajo de

la superficie libre a una distancia de 0.05 a 0.25 de la profundidad; cuanto más
cerca de las bancas, más profundo se encuentra este máximo.
La distribución de velocidades en una sección de canal depende de otros factores:
 Forma inusual en la sección
 Rugosidad del canal
 Presencia de curvas
 Viento en la superficie
2.5. Canales abiertos anchos
Los canales abiertos muy anchos han demostrado que la distribución de

velocidades en la región central de la sección es en esencia la misma que existiría
en un canal rectangular de ancho infinito.
Es decir que los lados del canal no tienen influencia en la distribución de

velocidades en la región central y el flujo puede considerarse como bidimensional
en el análisis hidráulico.
Se puede definir un canal abierto ancho puede definirse como un canal

rectangular cuyo acho es mayor que 10 veces la profundidad del flujo, este flujo
puede considerarse igual al flujo de un canal rectangular de ancho infinito.
2.6. Medición de velocidad
La suma de los caudales a través de las franjas es el caudal total.
La velocidad media de toda la sección es igual al caudal total dividido por el área
completa.
2.7. Coeficiente de distribución de velocidad
Coeficiente de energía o coeficiente de Coriolis (α), el valor varía entre 1.03 y 1.36
para canales prismáticos. El valor es alto para canales pequeños y bajo para
corrientes grandes con profundidad considerable.
Coeficiente del Momentum o Coeficiente de Boussinesq (β), el valor varía entre

1.01 hasta 1.12
A menudo los coeficientes se suponen iguales a la unidad.
2.8. Determinación de los coeficientes de distribución de velocidad
Para valores aproximados, los coeficientes de energía y momentum pueden

calcularse utilizando las siguientes ecuaciones.
2.9. Distribución de presión en una sección de canal
 La presión en cualquier punto de la sección transversal del flujo en un canal

con pendiente baja puede medirse por medio de la altura de la columna de
agua en un tubo piezométrico.
 La Presión en cualquier punto del canal es directamente proporcional a la

profundidad del flujo debajo de la superficie libre e igual a la presión
hidrostática correspondiente a esta profundidad.
 Es decir, la distribución es lineal y puede representarse mediante una línea

recta AB
 Esto se conoce como ley hidrostática de distribución de presiones,
 En problemas reales un flujo uniforme es prácticamente un flujo paralelo.
 Si la curvatura de las líneas de corriente es sustancial, el flujo es conocido

como flujo curvilíneo.
 En el flujo convexo la fuerzas centrifugas actúan hacia arriba en contra de

la gravedad por lo que la presión resultante es menos que la presión
hidrostática de un flujo paralelo
2.10. Efecto de la pendiente en la distribución de presiones
Como la pendiente de los canales normales es mucho menos que 1 en 10, la

corrección por efecto de la pendiente a menudo puede ignorarse con seguridad.
Pero cuando la pendiente del canal es grande (canal de pendiente alta) sus efectos
se vuelven apreciables, debiendo hacerse corrección si se desea calculo precisos.
En canales de pendiente alta la velocidad de flujo por lo general es grande y mayor

que la velocidad crítica y el agua atrapa aire produciendo hinchamiento en el
volumen y un incremento en la profundidad.
CAPÍTULO III
PRINCIPIO DE ENERGÍA Y MOMENTUM
3.1. Energía del flujo en canales abiertos
En hidráulica elemental se sabe que la energía total del agua en pies-libra por
libra 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.
3.2. Energía especifica
La energía que libra el agua en cualquier sección de un canal medida con respecto
al fondo de este.
Si el caudal cambia, existiría un cambio correspondiente en la energía específica.

Las curvas A’B’ y A”B” representan posiciones de la curva de energía especifica
cuando el caudal es menor o mayor, que el caudal utilizado para construcción de
la curva AB
3.3. Criterios para el estado crítico de flujo.
El estado crítico es la condición para el cual el número de Froude es igual a la

unidad.
Es el estado del flujo para el cual la energía específica es mínima para un caudal
determinado.
El número de Froude puede definirse como:
El coeficiente α varia con la profundidad.
3.4. Interpretación de fenómenos locales.
Si lo cambios de estado de flujo subcrítico a supercrítico y viceversa ocurren muy

rápidos en una distancia corta, el flujo es rápidamente variado y se conoce como
fenómeno local.
Caída hidráulica: Causado por un cambio abrupto en la pendiente del canal.
Caída Libre: cuando existe discontinuidad en el fondo de un canal plano.
Resalto Hidráulico: Cuando el cambio rápido en la profundidad de flujo es desde

un nivel bajo a un nivel alto, y da como resultado una subida abrupta de la
superficie de agua.
Ocurre en frecuencia en un canal por debajo de una compuerta deslizante de

regulación, en la parte aguas debajo de un vertedero o en el sitio donde un canal
con alta pendiente se vuelve casi horizontal de manera súbita.
CAPÍTULO IV
FLUJO CRÍTICO: SU CALCULO Y APLICACIONES
4.1.- Flujo crítico.
El estado crítico del flujo a través de una sección de canal se caracteriza por
varias condiciones importantes. En resumen, éstas son: a) la energía especifica es
mínima para un caudal determinado; b.) el caudal es máximo para una
determinada energía especifica; c) la fuerza específica es mínima para un caudal
determinado; d) la altura de velocidad es igual a la mitad de la profundidad
hidráulica en un canal de baja pendiente; e) el número de Fronde es igual a la
unidad; y f) la velocidad de flujo e n un canal de baja pendiente con distribución
uniforme de velocidades es igual a la celeridad de pequeñas ondas gravitacionales
en aguas poco profundas causadas por perturbaciones locales.
El caudal crítico puede calcularse con siguiente ecuación:
O mediante la ecuación:
Donde
 z: factor de sección
 g: gravedad
4.2.- Cálculo del flujo critico
El cálculo del flujo crítico comprende la determinación de la profundidad crítica y

la velocidad cuando se conocen el caudal y la sección de canal. Se presentan tres
métodos:
A.- Método algebraico
Para una sección geométrica simple de canal, el flujo crítico puede determinarse
mediante un cálculo algebraico con las ecuaciones básicas.
B.- Método gráfico
Para una sección de canal complicada o natural, por lo general se emplea un

procedimiento gráfico para el cálculo del flujo crítico, mediante este
procedimiento se construye una curva de y versus Z, Luego se calcula el valor de
Q/ g1/2.
C. Método de caudal de diseño
El cuadro de diseño para determinar la profundidad crítica puede utilizarse con

gran rapidez.
4.3.- Control de flujo
El Control de flujo es el establecimiento de una condición definitiva de flujo en un

canal o más específicamente, una relación definitiva entre el nivel y el caudal del
flujo. Corno la sección de control mantiene una relación nivel-caudal definitiva,
siempre es un lugar adecuado para una estación de aforo y para el desarrollo de
una curva de calibración de caudales, la cual es una curva que representa la
relación profundidad-caudal en la estación de aforo
Una sección de flujo crítico es una sección de control.
Condiciones de flujo en un clan prismático largo.
La localización de la sección de control en un canal prismático por lo general está

gobernada por el estado de flujo, el cual a su vez se determina mediante la
pendiente del canal. Tómese como ejemplo un canal prismático recto largo en el
cual se crea un embalse mediante una presa a través del canal y el agua fluye por
encima de la presa a través de un vertedero de rebose. Se muestra tres
condiciones de flujo en el canal, que representan los flujos subcrítico, crítico y
supercrítico, respectivamente, Las pendientes del canal en los tres casos son,
suave o subcrítico, critica y empinada o supercrítica, de manera equivalente.
Cuando el canal tiene una pendiente subcritica, una sección de control en el

extremo de aguas abajo puede ser una sección critica, como la creada en la parte
superior de un vertedero de rebose. En una pendiente supercrítica, la sección de
control en el extremo de aguas arriba también puede ser una sección crítica, tal
como se muestra en la figura. Una compuerta deslizante, o un orificio o cualquier
otra estructura de control también pueden utilizarse para crear una sección de
control. Nótese que si la pendiente del canal es crítica, subcritica o supercrítica,
dependerá no sólo de la medida de la pendiente real, sino también del caudal o en
la profundidad de flujo.
4.4.- medición del flujo
En la sección anterior se mencionó que, en una sección crítica de Control la

relación entre la profundidad y el caudal es definitiva, independiente de la
rugosidad del canal y de otras circunstancias no controlables. Tal relación. nivel-
caudal definitiva da una base teórica para la medición del caudal en canales
abiertos.
Con base en el principio del flujo crítico, se han desarrollado varias estructuras
rara la medición del flujo. En tales estructuras, a menudo la profundidad critica se
crea mediante la construcción de una pequeña elevación en el fondo del canal, tal
como un vertedero, o mediante una contracción en la sección transversal, tal como
en una canaleta de flujo crítico. El uso de un vertedero es un método simple, pero
causa unas pérdidas de altura relativamente altas. Si el agua contiene partículas
en suspensión, algunas se depositarán en el embalse de aguas arriba formado por
el vertedero, dando como resultado un cambio gradual en el coeficiente de
descarga. Sin embargo, estas dificultades pueden resolverse, al menos
parcialmente, mediante el uso de una canaleta de flujo crítico.
La canaleta de flujo crítico, también conocido como canalera Venturi, ha sido

diseñada de varias formas, por lo general se opera con una condición no
sumergida o de flujo libre, que tiene la profundidad critica en la sección contraída
y un resalto hidráulico en la sección de salida.
Una de las canaletas de flujo crítico utilizadas con mayor amplitud es la canaleta
Parshall, la cual fue desarrollada en 1920 por R. L. Parshall. Las relaciones
profundidad-caudal para canaletas Parshall de diferentes tamaños, tal como se
calibraron empíricamente, se representa mediante las siguientes ecuaciones:
Donde Q es el caudal en pies3/s, W es el ancho de la garganta en pies y Ha es la

lectura dela mira de aforo en pies.
Planta, elevación y dimensiones de una canaleta Parshall.

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MORALES MALDONADO CARINA

FLUJO EN CANALES ABIERTOS Y SU CLASIFICACIÓN

 Los flujos en canal abierto y el de tubería se diferencian en que el primero

 Una superficie libre está sometida a la presión atmosférica y el flujo en

 Las condiciones de flujo en canales abiertos se complican por el hecho de

 Y por el hecho que la profundidad de flujo, el caudal y las pendientes del

 La rugosidad en un canal abierto varia con la posición de la superficie libre,

 El tratamiento del flujo en canales abiertos es más empírico que el

 El método empírico es el mejor método en el presente, y puede producir

 Un conducto cerrado con superficie libre puede clasificarse como flujo en

1.2. Tipos de flujo

Esta clasificación se hace de acuerdo con el cambio en la profundidad de flujo con

Flujo permanente: Es si la profundidad de flujo no cambia o puede suponerse

Flujo no permanente: Si la profundidad cambia con el tiempo.

La mayor parte de los problemas de canales abiertos es necesario estudiar el

Para cualquier lujo, el caudal se expresa: Q= V A

A= Área de la sección transversal del flujo

Como el flujo es continuo (Ecuación de Continuidad): Q= V1 A1 = V2 A2

La ecuación de continuidad para flujo continuo no permanente debe incluir el

Flujo Uniforme: Si la profundidad es la misma en cada sección del canal

Flujo uniforme permanente: La profundidad del flujo no cambia durante el

Flujo uniforme no permanente: La superficie del agua fluctuara de un tiempo a

Flujo Variado: Si la profundidad de flujo camba a lo largo del canal.

Flujo rápidamente variado: La profundidad del agua cambia de manera abrupta

Flujo gradualmente variado: conocido como fenómeno local (resalto hidráulico

1.3. Estado de Flujo

Gobernado por la viscosidad y gravedad en relación a las fuerzas inerciales del

Efecto de viscosidad: lamiar, turbulento o transicional.

 Fuerza viscosa muy fuerte en comparación con fuerzas inerciales.

 Fuerzas viscosas son débiles en relación a las fuerzas inerciales.

Entre ambos estados (laminar y turbulento) existe un estado mixto o transicional.

El efecto de viscosidad en relación con Inercia se representa mediante el número

Flujo laminar si Re es pequeño

Re (entre 750 y 25000)

Para propósitos prácticos el rango para la zona de transición para Re en flujos en

Los datos para flujo laminar obtenidos en la Universidad de Minnesota se

El diagrama ilustra lo siguiente:

a. En la región laminar el valor de K es generalmente mayor que en canales

b. En la región turbulenta la forma del canal tiene un efecto pronunciado en el

c. Cuando Re es muy alto alcanzan un estado de flujo conocido turbulencia

El hecho de que la superficie de una corriente aparezca lisa y transparente a un

El efecto de la gravedad sobre el estado de flujo se representa por la relación

Cuando F=1, Flujo en estado crítico y

Si F˂1 el flujo es sub-crítico

Si F˃1 el flujo es super-crítico

1.4. Regímenes del flujo

a. Sub crítico-laminar (F ˂1 y Re es laminar)

d. Sub crítico-turbulento (F ˂1 y Re es turbulento)

La relación profundidad-velocidad para los cuatro regímenes de flujo en un canal

CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADES

2.1. Clases de canales abiertos

Es un conducto en el cual el agua fluye con una superficie libre.

Por su origen puede ser: natural o artificial

- Todos los cursos de agua que existen de manera natural en la Tierra.

- Corrientes subterráneas con superficie libre también.