Hidraulica de canales abiertos.

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La distribución no uniforme de velocidades también afecta el cálculo del momentum en flujo en canales abiertos. A partir del principio de mecánica, el momentum de un fluido que pasa a través de una sección de canal por unidad de tiempo se expresa por , donde es conocido como coeficiente de momentum o coeficiente de Boussinesq. [pic 5][pic 6]

En hidráulica elemental se sabe que la energía total 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 elevación por encima del nivel de referencia, la altura de presión y la altura de velocidad. Cada línea de corriente que pasa a través de una sección de canal tendrá una altura de velocidad diferente, debido a la distribución no uniforme de velocidades en flujos reales.

Ecuación de energía de bernoulli.

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La energía específica en una sección de canal se define como la energía por libra de agua en cualquier sección de un canal medida con respecto al fondo de este.

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Lo que indica que la energía específica es igual a la suma de la profundidad del agua más la altura de velocidad. La curva para una energía especifica determinada, existen dos posibles profundidades, la profundidad baja y1 y la profundidad alta y2. La profundidad baja es la profundidad alterna de la profundidad alta, y viceversa. En los canales abiertos a menudo ocurre cambios en el estado de flujo subcrítico a supercrítico y viceversa. Tales cambios se manifiestan con un correspondiente cambio en la profundidad del flujo de una profundidad alta a una profundidad baja, o viceversa. Si el cambio ocurre con rapidez a lo largo de una distancia relativamente corta, el flujo es rápidamente variado y se conoce como fenómeno local.

Un resalto hidráulico se presenta cuando se da un cambio rápido en la profundidad de flujo es desde un nivel bajo a un nivel alto, a menudo el resultado es una subida abrupta de la superficie del agua. Si el resalto es bajo, el agua no subirá de manera abrupta y si es alto se involucra una pérdida de energía relativamente grande mediante la disipación en el cuerpo turbulento de agua dentro del resalto.

El estado crítico del flujo a través de una sección de canal se caracteriza por varias condiciones importantes: la energía especifica es mínima para un caudal determinado, el caudal máximo para una energía determinada, las fuerzas especificas mínimas para un caudal determinado, la altura de velocidad es igual a la mitad de la profundidad hidráulica en un canal de baja pendiente, el numero de froude es igual a la unidad y la velocidad de flujo en un canal de baja pendiente con distribución uniforme de velocidades es igual a la celeridad de pequeñas ondas gravitacional en aguas pocos profundas.

El caudal crítico puede calcularse .[pic 9]

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. El método algebraico para una sección geométrica simple de canal, el flujo crítico puede determinarse mediante un cálculo algebraico con las ecuaciones básicas. Método grafico, para la sección de canal complicada o natural, por lo general se emplea un procedimiento grafico para el cálculo de flujo crítico. Mediante este procedimiento se construye una curva de y Vs Z. luego se calcula el valor de ..[pic 10]

El control de flujo significa 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. 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.