Clasificación y Tipos de Flujo en Canales: Una Mirada a la Hidráulica

Canales: Definición y Tipos

Los canales son conductos abiertos o cerrados en los cuales el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera. Esto quiere decir que el agua fluye por la presión atmosférica y su propio peso.

Clasificación de los Canales

De acuerdo a su origen, los canales se clasifican en:

a) Canales Naturales

Incluyen todos los cauces de agua que existen de manera natural en la Tierra, los cuales varían en tamaño, desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas, hasta quebradas, ríos pequeños y grandes, arroyos, lagos y lagunas. La sección transversal de un canal natural es generalmente de forma irregular y variable durante su recorrido, lo mismo que su alineación y la aspereza de los lechos.

b) Canales Artificiales

Son todos aquellos construidos mediante el esfuerzo del hombre, tales como canales de riego, de navegación, control de inundaciones, canales de centrales hidroeléctricas, alcantarillado pluvial, sanitario, canales de desborde, cunetas a lo largo de carreteras. Los canales artificiales usualmente se diseñan con una forma geométrica invariable y una pendiente de fondo constante; se conocen como canales prismáticos.

Clasificación de los Tipos de Flujo

El flujo en canales se puede clasificar según varios criterios:

• Según el tiempo: permanente, transitorio.
• Según el espacio: unidimensional, bidimensional, tridimensional.
• Según el esfuerzo: uniforme, variado (gradualmente, rápidamente, espacialmente variado).
• Según la rotación de las partículas: irrotacional, rotacional.
• Según las fuerzas viscosas: laminar, transición, turbulento.
• Según las fuerzas gravitacionales: lento o subcrítico, crítico, rápido o supercrítico.

Clasificación del Flujo en Canales Abiertos

Flujo Permanente

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

dA/dt = 0; dv/dt = 0; dd/dt = 0

Flujo Uniforme

El flujo es uniforme si los parámetros (tirante, velocidad, área) no cambian con respecto al espacio, es decir, en cualquier sección del canal, los elementos del flujo permanecen constantes.

Flujo Uniforme Variado

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.

Flujo Rápidamente Variado

Si la profundidad cambia de manera abrupta en distancias comparativamente cortas, como es el caso del resalto hidráulico.

Flujo Gradualmente Variado

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

Flujo Laminar

Si las fuerzas son muy fuertes en relación con las fuerzas inerciales, de tal manera que la viscosidad juega un papel muy importante en determinar el comportamiento del flujo. En este tipo de flujo, las partículas de agua se mueven en trayectorias suaves definidas o líneas de corriente, y las capas de fluido con espesor infinitesimal parecen deslizarse sobre capas adyacentes. Es decir, el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas, dando la impresión de que se trata de láminas o capas más o menos paralelas entre sí, las cuales se deslizan unas sobre otras. Re < 2000

Flujo Turbulento

Este tipo de flujo es el que más se presenta en la práctica de ingeniería. El flujo es turbulento si las fuerzas viscosas son débiles en relación con las fuerzas inerciales. En este, las partículas se mueven en trayectorias irregulares, que no son suaves ni fijas, pero que en conjunto todavía presentan el movimiento hacia delante de la corriente entera. Re > 4000