Comparación entre flujo en tuberías y flujo en canales abiertos

El flujo de agua en un conducto puede ser flujo en canal abierto o flujo en tubería. Estas dos clases de flujo son similares en muchos aspectos pero 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.

Una superficie libre está sometida a la presión atmosférica. El flujo en tubería, al estar confinado en un conducto cerrado, no está sometido a la presión atmosférica de manera directa sino sólo a la presión hidráulica.

El flujo de un fluido en un canal se caracteriza por la exposición de una superficie libre a la presión atmosférica. El agua que fluye en un canal se ve afectada por todas las fuerzas que intervienen en el flujo dentro de un tubo, con la adición de las fuerzas de gravedad y de tensión superficial que son la consecuencia directa de la superficie libre.

Las dos clases de flujo se comparan en la Figura 1.6. A la izquierda de ésta se muestra el flujo en tubería. Dos piezómetros se encuentran instalados en las secciones (1) y (2) de la tubería. Los niveles de agua en estos tubos se mantienen por acción de la presión en la tubería en elevaciones representadas por la línea conocida como línea de gradiente hidráulico.

La presión ejercida por el agua en cada sección del tubo se indica en el tubo piezométrica correspondiente, mediante la altura d de la columna de agua por encima del eje central de la tubería.

La energía total del flujo en la sección con referencia a una línea base es la suma de la elevación Z del eje central de la tubería, la altura piezométrica (d) y la altura de velocidad V²/2g, donde V es la velocidad media del flujo (aquí se supone que la velocidad del canal está uniformemente distribuida a través de la sección del conducto.

En la figura la energía está representada por la línea conocida como línea de energía. La pérdida de energía que resulta cuando el agua fluye desde la sección (1) hasta la sección (2) está representada por hf.

Un diagrama similar para el flujo en canal abierto se muestra en la parte derecha de la Figura 2-1. Se supone que el flujo es paralelo y que tiene una distribución de velocidades uniforme y que la pendiente del canal es pequeña.

En este caso, la superficie de agua es la línea de gradiente hidráulico, y la profundidad del agua corresponde a la altura piezométrica.

Comparación entre flujo en tuberías y flujo en canales abiertos

Figura 1.6 comparación entre flujo en tubería y flujo en canales abiertos.

Se considera que el flujo uniforme tiene las siguientes características principales:

  • La profundidad, el área mojada, la velocidad y el caudal en la sección del canal son constantes.
  • La línea de energía, la superficie del agua y el fondo del canal son paralelos; es decir, sus pendientes son todas iguales, o Sf = Sw = Sc = S

Se considera que el flujo uniforme es sólo permanente, debido a que el flujo uniforme no permanente prácticamente no existe. En corrientes naturales, aún el flujo uniforme permanente es raro, debido a que en ríos y corrientes en estado natural casi nunca se experimenta una condición estricta de flujo uniforme.

A pesar de esto, a menudo se supone una condición de flujo uniforme para el cálculo de flujo en corrientes naturales. El flujo uniforme no puede ocurrir a velocidades muy altas, ya que atrapa aire y se vuelve muy inestable.

 

Información adicional
Escrito por: Pedro Rodríguez Ruiz

Ingeniero Civil, que comparte información relacionado a esta profesión y temas Geek. "Si buscas resultados distintos, no hagas siempre lo mismo"

Comments (9)

  • Reply redo - 15 abril, 2011

    tienen buenos articulos quisiera que me ayuden a diseñqr canales de riego

  • Reply Jaime - 14 junio, 2011

    Le agradezco mucho a todos los que contibuyen con la adquisición de conocimiento sin egoismo.

  • Reply victor alfonso - 20 septiembre, 2011

    si consideramos que la ecuacion de bernoulli se basa en el principio de conservacion de la energia, no pdemos hablar de que existan perdidas de energia entre dos puntos donde fluye el agua, por eso al gradiente de energia tambien se le llama “linea de carga”, para poder decir que exite una perdida de “carga” o altura entre los dos puntos de analisis,que seria lo mas apropiado,porque la energia jamas se pierde solo se transforma, y precisamente esto ocurre al transfomarse parte de la energia en calor ( otra forma de energia)al friccionarse el agua en el conducto en el que circula,traduciendose en una perdida de carga,resumiendo habria de corregir todo texto de hidraulica a este respecto para llamar “transformaciones de enrgia” que producen “perdidas de carga” a lo que en textos se indica como perdidas de enerfgia, para no confundir, no creen?

  • Reply victor alfonso - 20 septiembre, 2011

    la linea de energía real seria la horizontal entre los dos puntos en estudio,actualmente a esta linea también se le conoce como gradiente de carga y/o gradiente de energía

  • Reply victor alfo - 7 octubre, 2011

    linea de presión, gradiente hidráulico, pendiente hidráulica, linea piezometrica, todos estos términos indican lo mismo, linea de energía, linea de carga, gradiente de carga o gradiente de energía, también son formas equivalentes de nominar la altura total de carga, que equivocadamente se considera como de energía, por lo ya comentado anteriormente. a redo y diseñar canales es relativamente fácil, solo tienes que estudiar un libro de flujo de agua en canales, conocer de mecánica de suelos, algo de materiales y procedimientos constructivos, flujo de agua en suelos, manejar adecuadamente la topografía, en fin solo son algunas materias que intervienen dependiendo del diseño que quieras efectuar, ahora si solo te refieres al diseño hidráulico, pues por lo pronto aplica un libro de flujo a superficie libre.

  • Reply victor alfo - 7 octubre, 2011

    perdón borre accidentalmente las ultimas letras de mi segundo nombre

  • Reply victor alfonso - 7 octubre, 2011

    y dale ! volvió a pasar!

  • Reply Octavio Moreno - 4 noviembre, 2017

    Me puedes decir de qué libro sacaste la información. Es urgente

  • Reply Curso de Cañerías Industriales (PIPING) | CivilGeeks.com - 28 marzo, 2019

    […] Diagramas de flujo […]

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