Flujo en Conductos: Tipos, Regímenes y Cálculo de Caudal

Flujo en Conductos: Tipos y Características

Corrientes con Superficie Libre

Cuando un líquido que circula no llena completamente el tubo que lo transporta o bien el agua es conducida por un canal, el líquido está a la presión atmosférica. En estos casos, se dice que el conducto está trabajando como canal. Este tipo de flujo se conoce como Flujo en Canales y Alcantarillados, Flujo sin Presión o Flujo por Gravedad, también llamado Flujo Libre.

Corrientes con Superficie Forzada

Cuando el líquido llena completamente un conducto de sección transversal circular y ejerce una cierta presión sobre las paredes de la tubería, se dice que el conducto está trabajando como conducto a presión. Este tipo de flujo se conoce como Flujo por Tuberías, Flujo a Presión o Flujo Forzado. En este caso, el movimiento del líquido se debe a la presión presente en el interior del ducto.

Regímenes de Flujo

Flujo Laminar

En el flujo laminar, cada elemento del fluido se mueve en la misma dirección y con la misma velocidad que todos los demás elementos, creando líneas de corriente. Las trayectorias de dos partículas son siempre paralelas entre sí y paralelas a la velocidad del fluido.

Flujo Turbulento

En un flujo turbulento, no todos los elementos se mueven en la misma dirección y con la misma velocidad, existiendo movimiento a través de las líneas de corrientes. De esta forma, se crean círculos erráticos (remolinos) llamadas corrientes secundarias. Estas corrientes generan mayor fricción interna (rozamiento) que el flujo laminar.

Clases de Canales

Un canal abierto es un conducto en el cual el agua fluye con una superficie libre. De acuerdo con su origen, un canal puede ser natural o artificial.

Canales Naturales

Los canales naturales incluyen todos los tipos de aguas corrientes que existen de manera natural en la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos hasta grandes ríos, y estuarios de mareas. Las corrientes subterráneas que transportan agua con una superficie libre también son consideradas como canales abiertos naturales.

Canales Artificiales

Los canales artificiales corresponden a aquellas obras de distintos materiales y tamaños, construidos o desarrollados por el hombre para propósitos específicos, tales como: canales de navegación, canales de centrales hidroeléctricas, canales de irrigación, cunetas de drenaje a lo largo de carreteras, vertederos, canales de desborde, etc.

Las propiedades hidráulicas de estos canales pueden ser controlados hasta un nivel deseado o diseñados para cumplir requisitos determinados. Los ductos de alcantarilla también son considerados como canales ya que presentan una superficie libre.

Caudal (Q)

El caudal (Q) es el cociente entre el volumen de un líquido (V) que pasa por una sección (S), y el tiempo (t) que emplea en pasar.

Relación entre Velocidad y la Sección

Cuanto menor es la sección del conducto, mayor es la velocidad del líquido, asumiendo el mismo caudal, pasando por ambas secciones.

Si ambos caudales son los mismos: S₁ * v₁ = S₂ * v₂

La altura h puede calcularse si se admite que es la misma altura a que llega un cuerpo lanzado hacia arriba con velocidad v: h=v²/2g