Clasificación del flujo en canales abiertos

El flujo en canales abiertos puede clasificarse en muchos tipos y describirse de varias maneras. La siguiente clasificación se hace de acuerdo con el cambio de los parámetros profundidad, velocidad, área etc. del flujo con respecto al tiempo y al espacio.

La clasificación 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 rápidamente variado

B. Flujo no permanente

1. Flujo uniforme no permanente (raro)
2. Flujo variado no permanente
   • a. Flujo gradualmente variado no permanente
   • b. Flujo rápidamente variado no permanente

a) Flujo permanente y flujo no permanente.

El flujo es permanente si los parámetros (tirante, velocidad, área, etc.), no cambian con respecto al tiempo, es decir, en una sección del canal en todos los tiempos los elementos del flujo permanecen constantes. Matemáticamente se pueden representar:

Si los parámetros cambian con respecto al tiempo el flujo se llama no permanente, es decir:

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 condición del flujo con respecto al tiempo es importante, el flujo debe tratarse como no permanente.

b) Flujo uniforme y flujo variado.

Esta clasificación obedece a la utilización del espacio como variable. El flujo es uniforme si los parámetros (tirante, velocidad, área, etc.), no cambian con respecto al espacio, es decir, en cualquier sección del canal los elementos del flujo permanecen constantes. Matemáticamente se pueden representar:

Si los parámetros varían de una sección a otra, el flujo se llama no uniforme o variado, es decir:

Un flujo uniforme puede ser permanente o no permanente, según cambie o no la profundidad con respecto al tiempo.

Flujo uniforme permanente:

La profundidad del flujo no cambia durante el intervalo de tiempo bajo consideración, es el tipo de flujo fundamental que se considera en la hidráulica de canales abiertos.

Figura 1.7 Profundidad del flujo uniforme permanente.

Flujo uniforme no permanente:

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, como esta es una condición prácticamente imposible, por lo tanto el flujo uniforme no permanente es poco frecuente (raro).

Figura 1.8 Flujo Uniforme no permanente

El flujo variado puede clasificarse como rápidamente variado o gradualmente variado.

Flujo rápidamente variado:

El flujo es rápidamente variado si la profundidad del agua cambia de manera abrupta en distancias comparativamente cortas, como es el caso del resalto hidráulico.

Figura 1.9 Flujo Rápidamente Variado.

Flujo gradualmente variado:

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

Figura 1.10 Flujo Gradualmente Variado.

Figura 1.11  Flujo Variado

Fig. 1.13 Flujo gradualmente acelerado

Fig. 1.12  Flujo gradualmente retardado

El flujo gradualmente variado puede ser acelerado o retardado. El primero se presenta cuando los tirantes en la dirección del escurrimiento van disminuyendo (figura 1.12) y el segundo, llamado también remanso (fig.1.13) existe cuando sucede el fenómeno contrario.

Un caso muy típico de remanso es aquel que se presenta aguas arriba de un vertedor o cualquier obstrucción semejante, como se indica en la (figura 1.14).

Figura 1.14 Canal con flujo de retraso gradual llamado curva de remanso.

 

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Escrito por: Pedro Rodríguez Ruiz