Tipos de Flujo en Canales Abiertos: Cálculo de Calados y Pendientes

Tipos de Flujo en Canales Abiertos: Un Estudio Detallado

Pendiente Fuerte (Superior al Crítico)

Cuando la pendiente es superior a la crítica, se presentan las siguientes características:

• y > yo, v < vo, I < Io, y > yc, v < vc, Fr < 1, dy/dx = +/+ = +.
• Los calados aumentan con x (distancia aguas abajo).
• Aguas arriba, al acercarse a yc, lo harán en perpendicular, pues se anula el denominador.
• Aguas abajo, tienden a la horizontal, pues al crecer x, v tiende a 0 y dy/dx tiende a Io.
• Ejemplo: Obstáculo en una pendiente abrupta.

Entre Uniforme y Crítico (Pendiente Fuerte)

En este caso, se observa:

• y > yo, v < vo, I < Io, y < yc, v > vc, Fr > 1, dy/dx = +/- = -.
• Los calados disminuyen hacia aguas abajo.
• Se aproximan a yo en tangente (numerador = 0) y a yc en perpendicular (denominador = 0).
• Ejemplo: Al pasar de una pendiente suave a una abrupta.

Inferior al Uniforme (Pendiente Fuerte)

Aquí, las características son:

• y < yo, v > vo, I > Io, y < yc, v > vc, Fr > 1, dy/dx = -/- = +.
• El calado aumenta con x.
• Aguas arriba, el calado inicial es finito (no puede empezar en 0).
• Aguas abajo, tiende asintóticamente a yo a medida que Io tiende a I y dy/dx tiende a 0.

Pendiente Suave

Superior al Uniforme (Pendiente Suave)

• y > yo, v < vo, I < Io, y > yc, v < vc, Fr < 1, dy/dx = +/+ = +.
• El calado aumenta con x.
• Aguas arriba, se acerca asintóticamente a yo con I = Io y dy/dx = 0.
• Aguas abajo, tiende a ser horizontal, pues al crecer x, dy/dx tiende a Io.

Entre Uniforme y Crítico (Pendiente Suave)

• y < yo, v > vo, I > Io, y > yc, v < vc, Fr < 1, dy/dx = -/+ = -.
• El calado disminuye con x.
• Aguas arriba, nace asintóticamente de yo en I = Io y dy/dx = 0.
• Aguas abajo, al acercarse a yc, lo hará perpendicularmente (denominador se anula).

Inferior al Crítico (Pendiente Suave)

• y < yo, v > vo, I > Io, y < yc, v > vc, Fr > 1, dy/dx = -/- = +.
• El calado aumenta con x.
• Aguas arriba, el calado inicial es finito.
• Aguas abajo, tiende al crítico (Fr = 1) y dy/dx tiende a infinito.
• Ejemplo: Si bajo una compuerta sale una corriente en régimen rápido, se formará un resalto hidráulico.

Pendiente Crítica

Superior (Pendiente Crítica)

• y > yo, v < vo, I < Io, y > yc, v < vc, Fr < 1, dy/dx = +/+ = +.
• El calado aumenta con x.
• Aguas arriba, nos acercamos a y = yo = yc, con Io tendiendo a I y Fr tendiendo a 1.
• Aguas abajo, tiende a la horizontal al crecer x, entonces dy/dx tiende a Io.

Inferior (Pendiente Crítica)

• y < yo, v > vo, I > Io, y < yc, v > vc, Fr > 1, dy/dx = -/- = +.
• El calado aumenta con x.
• Aguas arriba, el calado inicial es finito.
• Aguas abajo, nos acercamos a y = yc = yo, con I tendiendo a Io y Fr tendiendo a 1.

Pendiente Horizontal

Superior (Pendiente Horizontal)

• y < yo, v > vo, I > Io, y < yo, v > vc, Fr > 1, dy/dx = -/+ = -.
• El calado disminuye con x.
• Aguas arriba, proviene de una aportación de cota finita (embalse, canal).
• Aguas abajo, se acerca a yc perpendicularmente (denominador se anula).
• Corriente en régimen lento que llega a una pendiente fuerte.

Inferior (Pendiente Horizontal)

• y < yo, v > vo, I > Io = 0, y < yc, v > vc, Fr > 1, dy/dx = -/- = +.
• El calado aumenta con x.
• Aguas arriba, el calado inicial es finito.
• Aguas abajo, se acerca a yc perpendicularmente (denominador se anula).
• Ejemplo: Si bajo una compuerta sale una corriente en régimen rápido, se formará un resalto hidráulico.

Pendiente Adversa

Superior (Pendiente Adversa)

• El calado disminuye con x.
• Aguas arriba: Proviene de una cota finita (embalse o canal).
• Aguas abajo: Se acerca a yc perpendicularmente (el denominador se anula).

Inferior (Pendiente Adversa)

• Io < 0, y < yc, v > vc, Fr > 1, dy/dx = -/- = +.
• El calado aumenta con x.
• Aguas arriba, se inyecta una corriente de régimen rápido.
• Aguas abajo, se acerca a yc perpendicularmente (denominador se anula).
• Ejemplo: Si bajo una compuerta sale una corriente en régimen rápido, se formará un resalto hidráulico.