Flujo en Canales Abiertos. Unidad II

1. FLUJO EN CANALES
ABIERTOS
Realizado Por:
Carlos Daniel Rodríguez Bracho
C.I: 19.442.129
Profesor: Julián Carneiro
Republica Bolivariana de Venezuela
Ministerio de Educación Superior
Instituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
Ingeniería Civil
Mecánica de los Fluidos II

2. Contenido
• Historia de los Fluidos
• Diferencia Entre Flujo en Tuberías y en Canales Abiertos
• Flujo en Canales Abiertos
• Número de Froude
• Flujo Permanente y Uniforme
• Geometría del Canal
• Eficiencia en Canales Abiertos
• Energía en Canales Abiertos
• Energía Específica y Cantidad de Movimiento
• Resalto Hidráulico o Salto Hidráulico
• Flujo no Uniforme de Variación Gradual
• Ecuación Diferencial de Flujo de Variación Gradual

3.  Historia de los Fluidos en la Humanidad
La urgencia de disponer de agua para satisfacer necesidades básicas corporales y domésticas;
la utilización de vías marítimas o fluviales para el transporte y cruce de ellas; la irrigación de
cultivos; la defensa contra las inundaciones y el aprovechamiento de la energía de corrientes ha
forzado al hombre desde los tiempos más antiguos a relacionarse con el agua.
De aquí el interés de someter la hidráulica a un examen retrospectivo, para descubrir cómo su
evolución paulatina pasó a través de perplejidades y tropiezos, errores y aciertos; propuestas,
aceptación y rechazo de hipótesis; transitoriedad y permanencia de teorías; para llegar a poseer
casi las características de una ciencia exacta.
La forma en que fueron descubriéndose efectos, principios y leyes en muchos casos sólo puede
imaginarse, pues existe una laguna en cuanto a los protagonistas y sus condiciones sociales,
económicas y culturales. La humanidad ha vivido siempre con fluidos. Cómo y cuándo aprendió
a usarlos sólo puede adivinarse.
Una historia no es sólo una secuencia de nombres, fechas, hechos y las anécdotas que los
conectan. Es más bien una explicación e interpretación de éstos a partir de hipótesis
fundamentadas y basadas en patrones globales del comportamiento.

4. La contribución de Newton a los fluidos fue múltiple y a niveles muy diferentes. Abarcó desde sus
fundamentos, en forma indirecta, hasta los meticulosos experimentos que llevó a cabo sobre
vórtices (remolinos) y viscosidad (fricción interna).
Desde el punto de vista general, el marco teórico, el aparato matemático y las leyes físicas que
Newton estableció, fueron, y siguen siendo, los ingredientes esenciales de la teoría de los fluidos.
Estos elementos fueron una aporte fundamental, aunque indirecto, para el establecimiento final de
la teoría que realizó la notable generación que le siguió, formada por Euler, dos de los Bernoulli,
D'Alambert y Lagrange.
A la muerte de Newton, en plena ilustración, tres brillantes hombres empiezan a dominar, extender
y perfeccionar las herramientas analíticas nuevas y, al mismo tiempo, a explotar su utilidad en el
campo fértil y abierto de los fluidos. Daniel Bernoulli (1700-1782) y Leonhard Euler (1707-1783),
formados en matemáticas por Johann Bernoulli, padre del primero, elaboran una serie de trabajos
que, junto con los desarrollados por Jean le Rond d'Alambert (1717-1783), culminan con la
formulación explícita de los principios generales y las ecuaciones básicas de la mecánica de los
fluidos.

5. A + B + C = constante;
los sumandos corresponden a tres formas particulares de energía. El primero tiene que ver con
el estado de movimiento, el segundo con la altura a la que se encuentra y el tercero con la
presión. Bernoulli, con el sólido juicio de un científico de su estatura, además de subrayar la
"maravillosa utilidad" de su teorema, advertía del error que podría traer su abuso o el olvido de
sus limitaciones, las cuales eran si acaso intuidas.
Más técnicamente, los términos que aparecen en el teorema de Bernoulli son la energía
cinética (A), la energía potencial (B) y la entalpía (C). A depende de la velocidad, A = rv²/2 (r es
la densidad y v la velocidad); B depende del peso y su altura relativa, B = rgz (g es la
aceleración de la gravedad y z la altura relativa a un nivel de referencia) y C depende de la
presión, C = p, siendo p la presión.
Las contribuciones más importantes de Bernoulli aparecieron en el año de 1738 en su
libro Hydrodynamica, cuando se acuña el término. Entre ellas destaca el teorema que ahora
lleva su nombre y que fue la primera formulación del principio de la conservación de la energía
para el caso de los fluidos. En su versión moderna, cuya formulación general y correcta se debe
a Euler, establece que la suma de tres cantidades es igual a una constante:

6. Así, cuando una masa de agua desciende, disminuyendo la altura y por consiguiente el
sumando B, la velocidad aumenta de manera tal que el sumando A crece lo suficiente para
balancear la suma. De igual modo, en un tubo horizontal (Figura 1), puesto que en cada sección
del tubo (s1 y s2) la cantidad de fluido que pasa es la misma, en la región más estrecha (s2) la
velocidad debe ser mayor que en la más ancha (s1). De acuerdo con el teorema de Bernoulli, la
presión es menor en donde la velocidad es mayor, es decir, en la zona angosta
FIGURA 1. Tubo que se estrecha.

7. La atracción aparente, debida a la distinta distribución espacial de presiones, que es sencilla de
explicar invocando el teorema de Bernoulli, es el origen de múltiples fenómenos que de otra
manera parecen incomprensibles. Entre ellos destaca la atracción entre automóviles y barcos
que viajan paralelos.
FIGURA 2 (a) El Olympic alcanza al Hauk. (b)
Resultado de la atracción hidrodinámica.

8. Un caso conocido es el de los barcos Olympic y Hauk. El primero, un transatlántico de grandes
dimensiones, navegaba tranquilamente en mar abierto durante el mes de octubre de 1912. El
segundo era un acorazado, pequeño con relación al Olimpic, que navegaba con una velocidad
mucho mayor y en forma paralela (Figura 2 (a)).
Al encontrarse a una distancia de unos cien metros sucedió algo imprevisto, que no tuvo nada que
ver con saludos mutuos. El Hauk cambió de rumbo en forma intempestiva y se dirigió directo
al Olympic, sin que el timón sirviera para evitar la colisión (Figura 2(b)). La proa del acorazado se
hundió en el casco del gran buque, abriendo una aparatosa vía de agua. Al margen de la
incapacidad del tribunal marítimo que juzgó el caso y culpó al capitán del Olympic por no dar paso
al acorazado, lo que ocurrió fue precisamente un caso de atracción hidrodinámica. Entre los
barcos se formó un "canal" por donde el agua pasó más rápido que en la región exterior, esto en
ambos barcos, que se consideran fijos (Figura 2(a)). La diferencia de presiones entre la zona
interna y la zona externa produjo una fuerza que se puso de manifiesto en el barco más pequeño.
El teorema fue sólo una de las aportaciones de Bernoulli. El original enfoque que dio el
planteamiento y solución de diversos problemas fue de gran valor para el desarrollo de la naciente
disciplina y constituyó un vigoroso estímulo para las brillantes dotes de algunos de sus
contemporáneos y amigos.

9. En 1755 aparecen, una tras otra, las obras clásicas de Euler sobre los fundamentos de la mecánica de
los fluidos. El genio matemático más notable del siglo había asimilado por completo la obra
newtoniana y lo había plasmado en un lenguaje mucho más elegante y preciso. Formuló las
ecuaciones diferenciales de movimiento en su forma general, deduciendo a partir de ellas los
resultados previos ya conocidos, como el teorema de Bernoulli, dándoles su verdadera dimensión y
generalidad. Posteriormente, exploró un gran número de consecuencias y atacó múltiples problemas
de carácter práctico asociados a la maquinaria hidráulica, particularmente la turbina, la resistencia
sobre barcos y la propulsión.
La copiosa correspondencia entre Euler, D'Alambert y Lagrange, entre otros, permite entender el
interés que tenían las mejores mentes analíticas de la época por los problemas asociados a los
fluidos. D'Alambert, que gozó la cima de las matemáticas francesas, dedicó la segunda parte de su
vida a estudios de carácter experimental. Después de introducir diversos conceptos y métodos
analíticos en sus dos obras básicas sobre fluidos, demostró lo que se conoce como la paradoja de
D'Alambert. Como consecuencia de las ecuaciones de Euler, que ignoraban la existencia de la
viscosidad, resultaba que la fuerza que sufre un obstáculo inmerso en una corriente era nula; es decir,
el objeto no era arrastrado por el flujo. Para D'Alambert era claro que este resultado matemático
estaba en franca contradicción con sus observaciones y que el problema debía estar en alguna de las
premisas de la teoría. En forma consistente subrayó la primacía que el experimento debía tener sobre
la teoría. Argumentos diversos de Euler y de Lagrange, para aclarar la paradoja, no pudieron
convencerlo. La formulación matemática de la teoría hacía imposible que a un fluido en movimiento se
le pidiera adherirse a la superficie de un sólido en reposo.

10. Como consecuencia de haber ignorado la fricción interna de los fluidos se tenía el peculiar
resultado de que los fluidos no mojaban las paredes... ¡La hidrodinámica era el estudio del agua
seca!
Durante el siglo XVIII aparecieron, junto a las históricas obras de carácter teórico, una serie de
memorias clásicas de cuidadosos trabajos experimentales. Destacan el veneciano Giovanni
Poleni, el inglés John Smeaton y la escuela francesa, en particular Henri de Pitot, Antoine Chézy ,
Jean Charles de Borda, el mismo D'Alambert, Charles Bossut y Pierre Louis George DuBuat.
Los estudios que dejaron sobre la fuerza de flujos sobre obstáculos, sobre la salida de fluidos a
través de orificios, sobre el cauce de canales y ríos, ondas y olas, máquinas hidráulicas de la más
diversa índole y más, fueron el cimiento de las obras futuras. Sus experimentos fueron nuevos y
determinantes, como lo fue el análisis de los datos y su interpretación al usar conceptos originales
y más sencillos, abriendo así el panorama para las correctas e importantes generalizaciones que
establecieron.
El periodo de gestación asociado a los últimos cincuenta años del siglo XVIII no se limitó, desde
luego y antes bien al contrario, a los fluidos, a la parte académica o a la intelectual. La sociedad
estaba fraguando una lucha contra el hambre, contra la injusticia y por la libertad e igualdad.

11.  Diferencia entre Flujo en Tuberías y 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. 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.

12. 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.

13. El flujo de canales abiertos tiene lugar cuando los líquidos fluyen por la acción de la
gravedad y solo están parcialmente envueltos por un contorno sólido. En el flujo de canales
abiertos, el líquido que fluye tiene superficie libre y sobre él no actúa otra presión que la
debida a su propio peso y a la presión atmosférica. El flujo en canales abiertos también
tiene lugar en la naturaleza, como en ríos, arroyos, etc., si bien en general, con secciones
rectas del cauce irregulares. De forma artificial, creadas por el hombre, tiene lugar en los
canales, acequias, y canales de desagüe. E n la mayoría de los casos. Los canales tienen
secciones rectas regulares y suelen ser rectangulares, triangulares o trapezoidales.
También tienen lugar el flujo de canales abiertos en el caso de conductos cerrados, como
tuberías de sección recta circular cuando el flujo no es a conducto lleno. En los sistemas de
alcantarillado no tiene lugar, por lo general, el flujo a conducto lleno, y su diseño se realiza
como canal abierto.
 Flujo en Canales Abiertos

14. El numero de Reynolds y los términos laminar y turbulentos no bastan para caracterizar
todas las clases de flujo en los canales abiertos.
El mecanismo principal que sostiene flujo en un canal abierto es la fuerza de gravitación.
Por ejemplo, la diferencia de altura entre dos embalses hará que el agua fluya a través de
un canal que los conecta. El parámetro que representa este efecto gravitacional es el
Número de Froude, puede expresarse de forma adimensional. Este es útil en los cálculos
del resalto hidráulico, en el diseño de estructuras hidráulicas y en el diseño de barcos.
•L - parámetro delongitud [m]
•v - parámetro de velocidad [m/s]
•g - aceleración de la gravedad [m/s²]
 Numero de Froude

15. El flujo se clasifica como:
Fr<1, Flujo subcrítico o tranquilo, tiene una velocidad relativa baja y la
profundidad es relativamente grande, prevalece la energía potencial.
Corresponde a un régimen de llanura.
Fr=1, Flujo critico, es un estado teórico en corrientes naturales y representa el
punto de transición entre los regímenes subcrítico y supercrítico.
Fr>1, Flujo supercrítico o rápido, tiene una velocidad relativamente alta y poca
profundidad prevalece la energía cinética. Propios de cauces de gran pendiente
o ríos de montaña.

16. El flujo uniforme permanente es el tipo de flujo fundamental que se considera en la hidráulica
de canales abiertos. La profundidad del flujo no cambia durante el intervalo de tiempo bajo
consideración. En el caso especial de flujo uniforme y permanente, la línea de alturas totales,
la línea de altura piezométricas y la solera del canal son todas paralelas, es decir, son todas
iguales sus pendientes.
 Flujo Permanente y Uniforme
La característica principal de un flujo permanente y uniforme en canales abiertos es que la
superficie del fluido es paralela a la pendiente del canal, es decir, dy/dx = 0 o la profundidad
del canal es constante, cuando la pendiente final (Sf) es igual a la pendiente inicial (So) del
canal. Estas condiciones se dan comúnmente en canales largos y rectos con una pendiente,
sección transversal y un revestimiento de las superficies del canal homogéneo, caso tipito en
regadíos. En el diseño de canales es muy deseable tener este tipo de flujo ya que significa
tener un canal con altura constante lo cual hace más fácil diseñar y construir. Las condiciones
de flujo permanente y uniforme solo se pueden dar en canales de sección transversal
prismáticas, es decir, cuadrada, triangular, trapezoidal, circular, etc. Si el área no es uniforme
tampoco lo será el flujo. La aproximación de flujo uniforme implica que la velocidad es
uniforme es igual a la velocidad media del flujo y que la distribución de esfuerzos de corte en
las paredes del canal es constante.

17. Bajo las condiciones anteriores se pueden obtener las siguientes relaciones, denominadas
relaciones de Chezy–Manning, para la velocidad V y el caudal Q:
Donde:
K: Valor constante según las unidades a utilizar.
Ac: Área de la sección del Canal.
Rh: Radio hidráulico de la sección.
So: Pendiente del Fondo del Canal.
n: Coeficiente de Mannig

19. En la tabla anterior se observan los valores para el coeficiente de Mannig (n) donde, como
se mencionó k vale 1.0 y 1.49 para el sistema internacional (SI) y el británico
respectivamente, n se denomina coeficiente de Manning y depende del material de la
superficie del canal en contacto con el fluido.
En muchos canales artificiales y naturales la rugosidad de la superficie del canal, y por lo
tanto el coeficiente de Manning, varia a lo largo del perímetro mojado de este. Este es el
caso, por ejemplo, de canales que tienen paredes de concreto armado y con un fondo de
piedra, el caso de ríos en épocas de bajo flujo la superficie es completamente de piedras
y en épocas de crecidas parte del rió fluye por la ladera del rió, compuesto generalmente
por piedras, arbustos, pasto, etc. Por lo tanto, existirla una rugosidad efectiva que debe
ser una combinación de las distintas rugosidades existentes. Una forma de solucionar
este tipo de problemas es dividir el canal tantas secciones como tipos de materiales de
pared existan y analizar cada división en forma aislada. Cada una de las secciones
tendría su propio perímetro mojado Pi, un área Ai y coeficiente de Manning ni. Los Pi no
deben incluir los límites imaginarios entre las distintas secciones generadas al dividir la
superficie original. Este método también es conocido como “Método de superposición
para perímetros no uniformes”.

20. Un canal con una sección transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce
como canal prismático. De otra manera, el canal es no prismático; un ejemplo es un vertedero de
ancho variable y alineamiento curvo. Al menos que se indique específicamente los canales descritos
son prismáticos.
El trapecio es la forma mas común para canales con bancas en tierra sin recubrimiento, debido a
que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad.
El rectángulo y el triangulo son casos especiales del trapecio. Debido a que el rectángulo tiene lados
verticales, por lo general se utiliza para canales construidos para materiales estables, como
mampostería, roca, metal o madera. La sección transversal solo se utiliza para pequeñas asqueas,
cunetas o a lo largo de carreteras y trabajos de laboratorio. El círculo es la sección más común para
alcantarillados y alcantarillas de tamaño pequeño y mediano.
Los elementos geométricos de una sección de canal son propiedades que estarán definidas por
completo por la geometría de la sección y la profundidad del flujo del canal. Estos elementos son
muy importantes para el estudio de los flujos en canales abiertos y las expresiones mas
características son las siguientes:
 Geometría del Canal

21. Rh= Ac/P
Donde Rh es el radio hidráulico en relación al área mojada (Ac) con
respecto su perímetro mojado (P).
Yc = Ac/b
La profundidad hidráulica D es relación entre el área mojada y el ancho de
la superficie.

22. Se conoce que los sistemas de canales abiertos se diseñan con el fin de trasportar
líquidos desde un lugar determinado hasta otro con una altura de cota menor a la inicial,
manteniendo un caudal o una razón de flujo constante bajo la influencia de la gravedad al
menor precio posible. Debido a que no es necesario la aplicación de energía al sistema el
costo de construcción se traduce al valor inicial una vez comenzados los trabajos,
traduciéndose en el tamaño físico de la obra, por tal razón para una longitud establecida
el perímetro de la sección representara también el costo del sistema; por lo cual debe
mantenerse al mínimo para no incrementar los costos y los tamaños de la sección.
Debido a lo anteriormente mencionado, la eficiencia de un canal tiene relación con
encontrar un área de paso (Ac) mínima para transportar un caudal (Q) dado, con una
pendiente del canal (So) y coeficiente de Manning (n) dados.
 Eficiencia en Canales Abiertos
Por lo cual, escribiendo el radio hidráulico como Rh = Ac/P la ecuación de caudal se
puede reescribir de la siguiente forma:

23. Despejando el área (A)
donde la cantidad entre paréntesis es
constante. La ecuación anterior indica que un
área de paso mínima esta asociada a un
perímetro mojado mínimo y por lo tanto las
necesidades de excavación como de
material, para cubrir las superficies del canal,
son mínimas, influyendo directamente en los
costos de construcción como se menciono
anteriormente.
La forma con el perímetro mínimo por unidad
de área es el círculo, por lo tanto tomando en
cuenta la mínima resistencia del flujo en esta
sección, la mejor sección transversal para un
canal abierto es el semicírculo. Sin embargo
en el campo de la construcción resulta más
económico construir un canal con lados rectos
como las secciones trapezoidales o
rectangulares en vez de un semicírculo, lo que
lleva a analizar cual de las diferentes
secciones a utilizar es la más conveniente
para el sistema.

24. Secciones Rectangulares
Criterio para mejor sección transversal hidráulica (para canal rectangular):
Canales Trapezoidales
Para canales
trapezoidales se toman los
mismos criterios para la
sección hidráulica más
eficiente:

25. Como conclusión se puede decir que la mejor sección transversal hidráulica para un canal
abierto es la que tiene el máximo radio hidráulico o, proporcionalmente, la que tiene menor
perímetro mojado para una sección transversal especifica.

26. En hidráulica se sabe que la energía total d el agua en metros-kilogramos por kilogramos 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.
Energía de un flujo gradualmente variado en canales abiertos.
 Energía en Canales Abiertos

27. Por ejemplo, con respecto al plano de referencia, la altura H de una sección 0 que
contiene el punto A en una línea de corriente del fluido de un canal de pendiente alta,
puede escribirse como:
De acuerdo con el principio de conservación de energía, la altura de energía total en la
sección 1 localizada aguas arriba debe de ser igual a la altura de energía total en la
sección 2 localizada aguas abajo más la pérdida de energía hf entre las dos secciones,
ver figura.

28. Esta ecuación es apli cable a flujos paralelos o gradualmente variados. Para un canal de
pendiente pequeña, esta se convierte en

29. La energía específica en una sección
de canal se define como la energía de
agua en cualquier sección de un canal
medida con respecto al fondo de este.
 Energía Específica
O, para un canal de pendiente pequeña
y =1, la ecuación se convierte en
La cual indica que la energía específica es igual a
la suma de la profundidad del agua más la altura
de velocidad. Para propósitos de simplicidad, el
siguiente análisis se basará en un canal de
pendiente pequeña. Como V=Q/A, puede
escribirse como E=y+Q2/2gA2. Puede verse que,
para una sección de canal y caudal Q
determinados, la energía específica en una
sección de canal sólo es función de la profundidad
de flujo.

30. Cuando la profundidad de flujo se gráfica contra la energía para una sección de canal y un
caudal determinados, se obtiene una curva de energía específica, como se muestra en la
siguiente figura. Esta curva tiene dos ram as, AC y BC. La rama AC se aproxima
asintóticamente al eje horizontal hacia la derecha. La rama BC se aproxima a la línea OD a
medida que se extiende hacia arriba y hacia la derecha. La línea OD es una línea que pasa
a través del origen y tiene un ángulo de inclinación. Para un canal de pendiente alta, el
ángulo de inclinación de la línea OD será diferente de 45°. En cualquier punto P de esta
curva, la ordenada representa la profundidad y la abscisa representa la energía específica,
que es igual a la suma de la altura de presión "y" y la altura de velocidad V2/2g. Ven Te
Chow (1994).

31. Curva de energía especifica
La curva muestra que, para una energía específica determinada, existen dos posibles profundidades, la
profundidad baja y1 y la profundidad alta y2. La profundidad baja es al profundidad alterna de la
profundidad alta, y viceversa. En el punto C, la energía específica es mínima. Por consiguiente, en el
estado crítico es claro que las dos profundidades alternas se convierten en una, la cual es conocida
como profundidad crítica yc. Cuando la profundidad de flujo es mayor que la profundidad crítica, la
velocidad de flujo es menor que la velocidad crítica para un caudal determinado y, por consiguiente, el
flujo es subcrítico. Cuando la profundidad de flujo es menor que la profundidad crítica, el flujo es
subcrítico. Por tanto, y1 es la profundidad de un flujo supercrítico y y2 es la profundidad de un flujo
supercrítico. Ven Te Chow (1994)

32. El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal
abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada
velocidad. Este fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene
lug ar un cambio violento del régimen de flujo, de supercrítico a subcrítico.
Este involucra una pérdida de energía relativamente grande mediante disipación en el
cuerpo turbulento de agua dentro del resalto. En consecuencia, el contenido de energía
en el flujo después del resalto es apreciablemente menor que el de antes del mismo.
 Resalto Hidráulico o Salto Hidráulico

33. La profundidad antes del resalto es siempre menor que la profundidad después del
resalto. La profundidad antes del resalto se conoce como profundidad inicial y1, y
después del resalto se conoce como profundidad final y2.
Para flujo supercrítico en un canal horizontal, la energía de flujo se disipa a través de la
resistencia a la fuerza de fricción a lo largo del canal, dando como resultado un descenso
en la velocidad y un incremento en la profundidad en la dirección del flujo. El resalto
hidráulico se formará en el canal si el número de Froude F1 del flujo, la Profundidad de
flujo y1 y la profundidad y2 aguas abajo satisfacen la ecuación de razón de
profundidades:
El número de Froude siempre es mayor que la
unidad antes del resalto y menor que la unidad
después de él.

34. Si F1 > 1 Flujo Supercrítico
Si F2 <>

35.  Flujo no Uniforme de Variación Gradual
Los Flujos en un canal se caracterizan por la
velocidad media, aun cuando exista un perfil de
velocidad en una sección dada. El flujo se clasifica en
una combinación de continuo o discontinuo, y de
uniforme o no uniforme.
Los flujos no uniforme de variación rápida que
sucede en tramos relativamente cortos o en
transiciones de canales abiertos y Los flujos no
uniforme de variación gradual, donde la superficie del
agua se mantiene continuamente tranquila, la
diferencia entre los dos es que en el flujo de variación
rápida, las perdidas son a menudo son ignoradas si
consecuencias severas, mientras que en el flujo de
variación gradual, es necesario incluir las perdidas
provocadas por esfuerzos cortantes distribuidos a lo
largo del canal. El esfuerzo cortante es el mecanismo
que ofrece mayor resistencia al flujo.
En tramos relativamente cortos, llamados
transición, es cuando hay un cambio rápido de
profundidad y de velocidad este tipo de flujo se
denomina flujo de variación rápida, pero
también a lo largo de tramos mas extensos de
un canal es posible que la velocidad y la
profundidad no varíen con rapidez, sino más
bien que cambien lentamente. En este caso la
superficie se considera como continua y el
régimen se llama flujo de variación gradual,
algunos ejemplo de este tipo de flujo son el
agua de rechazo creada por un dique colocado
en un río, y el abatimiento de una superficie de
agua conforme se aproxima a una catarata.

36.  Ecuación Diferencial Para Flujo de Variación Gradual
El flujo de variación gradual es un tipo de flujo continuo no uniforme en el cual lavelocidad (v) y la
profundidad (y), no sufren cambios rápidos o repentinos, sino que varían tan gradualmente que la
superficie del agua se puede considerarse continua. Por consiguiente es posible desarrollar una
ecuación diferencial que describa la variación incremental de la profundidad (y) con respecto a la
distancia (L) a lo largo del canal. Un análisis de esta relación permite predecir las diversas tendencias
que el perfil de la superficie de agua asume basado en la geometría del canal, la magnitud de la
descarga y las condiciones limites conocidas.
A lo largo de la distancia incremental L, se sabe que la profundidad (y) la velocidad (v) cambian
lentamente. La pendiente de la línea de energía se designa como S, en contraste con el flujo
uniforme, las pendientes de la línea de energía, la superficie del agua y el fondo del canal ya no son
paralelas. Como los cambios de profundidad (y) y velocidad (v) son graduales, la perdida de energía a
lo largo de la longitud incremental.

37. La ecuación de energía se aplica del lugar 1 al lugar 2, con el término de perdida hL. Si la
energía total en el lugar 2 se expresa como la energía en el lugar 1 más el cambio de energía
incremental a lo largo de la distancia o mejor dicho que para estudiar el flujo no uniforme en
canales abiertos se debe desarrollar una ecuación que relacione la longitud, la energía y la
pendiente.
Aplicando la ecuación de la energía entre las secciones 1 y 2 en la dirección del flujo, tomando como
referencia la sección inferior a la solera del canal, se obtiene
(y1+z1+v1
2/2g) – hL = (y2+z2+v2
2/2g)
La pendiente de la línea de alturas totales S es hL/L: entonces hL=SL. La pendiente de la solera del canal
So es (z1 – z2)/L: z1 – z2 = SoL,
reagrupando y sustituyendo.
SoL + (y1 – y2 ) +(v1
2/2g – v2
2/2g)= SL
Despejando L, se obtiene

38. Para sucesivos tramos donde los
cambios de profundidad son
aproximadamente los mismos el
gradiente de energía S puede
escribirse así:
S= (nV media /R2/3 medio)2 o
V2media/C2R medio
Los perfiles superficiales para
condiciones de flujo gradualmente
variable en canales rectangulares
anchos pueden analizarse empleando
la expresión
dy = So – S
dL (1 - V2 /gy)
Esta es la ecuación diferencial para
flujo de variación gradual y es valida
para cualquier canal de forma
regular.
El termino dy/dL representa la
pendiente de la superficie libre del
agua en relación con la solera del
canal, así pues dy/dL es positivo, la
profundidad aumenta aguas abajo.