View
297
Download
2
Category
Preview:
Citation preview
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
1/33
UNIDAD 1Flujo Uniforme
Hidráulica de
Canales1ª presentación
Ingeniería Civil - VI Semestre
Enero 2016
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
2/33
Antecedentes
… para refexionar
¿Qué entiendes por ujoa uper!cie "i#re$
• ¿Existen de manera natural?
• ¿Existen en nuestro mediourbano?
•¿Existe en nuestros hogares?
•¿Haz observado un canal deagua en Chetumal, qu uso
!"os # corrientes
Canales de agua $otable, drenes
$luviales, alcantarillas sanitarias,etc%
Canalizaciones $ara el agua delluvia, alba&ales sanitarios%
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
3/33
AN%&C&D&N%&
Una denición del fujo a supercielibre
Un canal
a#ierto' es unsistema deujo en el quela super!cie
superior deluido est' e(puesta a laatm(s)era%
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
4/33
AN%&C&D&N%&
Comparación entre los fujos en tuberías a presión y en canales
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
5/33
AN%&C&D&N%&
Características generales del fujo asupercie libre
E*em$los de
secciones
transversales de
canales a#iertos%
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
6/33
Flujo en canales a#iertos
Radio Hidráulico
+a dimensi(n caracter"stica de los canales abiertoses el )adio Hidráulico, denido $or la relaci(ndel 'rea neta transversal de una corriente al$er"metro mo*ado de la secci(n, o-
+a unidad de Rh es el metro, en el ./%+ $er"metro mo*ado se le dene como la suma dela lon*itud de las fronteras s+lidas de lasecci+n que entran en contacto con el uido es
decir, mo*adas3%
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
7/33
&,&)CICI- 1
Radio Hidráulico
C4/5/-
etermine el radiohidr'ulico de lasseccionesregularesmostradas, si-7 8 9 m,: 8 1 m # 8 2 m%
4iem$odis$onible, 10minutos3
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
8/33
AN%&C&D&N%&
Clasicación del fujo, stable Uni!orme
Flujo &sta#le Uniforme. Cuando la descarga ;asto oCaudal3, $ermanece constante en la secci(n de inters #la $ro)undidad tirante3 del uido en el canal no var"a% Paralograrlo, la sección del canal DEBE ser PRISMÁTICA (NO varía a lolargo de s longi!d"#
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
9/33
AN%&C&D&N%&
Clasicación del fujo, "ariado
Flujo &sta#le /ariado. Cuando la descarga ;asto oCaudal3, $ermanece constante, $ero la $ro)undidadtirante3 var"a a lo largo de la secci(n de inters, co$ocando el canal no es PRISMÁTICO#
Flujo Inesta#le /ariado. Cuando la descarga ;asto oCaudal3, cambia con el tiem$o, lo que origina cambios enla $ro)undidad tirante3 del uido a lo largo de la secci(nde inters, sea el canal PRISMÁTICO o no#
¿0at a 2
su vez, el Flujo /ariado se sub
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
10/33
Antecedentes
#lujos "ariados Rápida ó $radualmente
1
+a com$uerta de exclusa, es un dis$ositivo que$ermite que el uido u#a del de$(sito% +a6ariaci+n rápida del u*o ocurre cerca de la
com$uerta con)orme el uido acelera, con lo que es
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
11/33
Antecedentes
#lujos "ariados Rápida ó $radualmente
9
.i en esta $arte el canal es corto # su secci(ntransversal no var"a, entonces ocurre un ujo6ariado en forma *radual%
.i $or el contrario, esta secci(n tiene una longitud
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
12/33
Antecedentes
#lujos "ariados Rápida ó $radualmente
:
El u*o antes del salto es mu# r'$ido # de $oca$ro)undidad relativa% En el salto, el u*o se vuelvemu# turbulento # se disi$a una gran cantidad de
energ"a% es$us del salto, la velocidad del u*o es
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
13/33
Antecedentes
#lujos "ariados Rápida ó $radualmente
;
n vertedor es una obstrucci(n que se coloca ante lacorriente # que ocasiona un cambio brusco en lasecci(n transversal del canal% .e usan como
dis$ositivos de control o $ara medir el u*o% Es
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
14/33
Antecedentes
#lujos "ariados Rápida ó $radualmente
<
l igual que en la secci(n 2, si el canal es $rism'ticoel u*o aguas aba*o del vertedor var"a en )ormagradual, $or lo general%
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
15/33
Antecedentes
#lujos "ariados Rápida ó $radualmente
=
na ca"da hidr'ulica ocurre cuando la $endiente delcanal se incrementa en )orma re$entina con un'ngulo em$inado% El u*o acelera $or e)ecto de la
gravedad # entonces se da la 6ariaci+n rápida>
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
16/33
A n t e c
e d e n t e s
# l u j o s
" a r i a d o s
R á p i d a ó
$ r a d u a l m e n t e
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
17/33
Flujo en canales a#iertos
%o& de Reynolds
)
!ecordando, el @o% de !e#nolds $ara conductoscirculares llenos es
s" el u*o laminar se re$ortaba $ara ) D 2000, #el turbulento si ) 9000, # re$resenta los e)ectosde la viscosidad relativa en relaci(n con la inerciadel uido%!e#nolds $ara el u*o en un canal es
)Hechos ex$erimentales demuestran que en canalesabiertos el u*o laminar ocurre cuando ) D F00, #el turbulento $ara ) 2000, normalmente%
l j l #i
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
18/33
Flujo en canales a#iertos
%o& de Reynolds
!e#nolds ide( una
m'quina $ara estudiarlos u*os en conductoscerrados%
Con un tubo de vidrio de 6 mm de GA?C, con entrada abocinada en A #una llave en C, sumergido en unde$(sito%dicional coloc( un reci$iente con tintaen D, $rovisto de un tubo &F que
terminaba en una angosta boquillac(nica que $enetraba en el centro dela boca A, # ten"a una v'lvula decontrol en @%
> # descubri(loscom$ortamient
l j l #i
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
19/33
Flujo en canales a#iertos
'irante Hidráulico y %o& de #roude
FEl n=mero de roude cobra m's im$ortancia en el lu*oa .u$% +ibre%
!e$resenta los e)ectos de )uerzas inerciales enrelaci(n con la )uerza gravitatoria%
roude es un n=mero que nos $ermiteclasicar el u*o%F." 8 1, entonces es un u*o cr"tico, D 1, se clasica como subcr"tico #
1, es s=$ercritico
8
F
4
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
20/33
F
l u j o
e n C
a n a l e s A # i e r t o s
% ( m e r o d
e # r o u d e
&,&)CICI- 1
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
21/33
&,&)CICI- 1a
Reynolds y #roude en un fujo
C4/5/-
Aara la secci(nmostrada, calcule losn=meros de )enolds
# Froude, # clasiqueel u*o, si se consideraque se trata de unaalcantarilla 8 2 m3,
de una industria querecibe agua a J0KCcon-• viscosidad
cinem'tica
B t 7 d l l #i t
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
22/33
Beometr7a de los canales a#iertos
)as comunes
"a forma de
trapecio
+as )ormas que se utilizan con m's )recuencia $ara los canalesabiertos son la circular, rectangular, tra$ezoidal # triangular%
1% Aor ser hidr'ulicamente eciente, #a que da un 'reade u*o grande en relaci(n con el $er"metro mo*ado%
2% +os lados inclinados son convenientes $ara aquellos
canales que se excavan%
L% +a $endiente de los lados queda dena $or la variableB z o Bdeclive, que es la distancia horizontal quecorres$onde a una unidad de distancia vertical% +os
canales excavados en )orma tra$ezoidal en lar'ctica utilizan valores de z de 1%0 a L%0
Es la m's $o$ular $or varias razones-
B t 7 d l l #i t
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
23/33
Beometr7a de los canales a#iertos
)as comunes
"a formarectan*ular
1% Es )recuente que los canales construidos con concreto
colado tengan esta )orma%
Es un caso es$ecial del tra$ecio, $ero con $endientes en suslados de M0K ( z 8 0%
"a formatrian*ular1% Con )recuencia las canaletas sencillas en tierra
ado$tan esta )orma%
Es un caso es$ecial del tra$ecio, $ero con ancho de $lantilla b 80%
B t 7 d l l #i t
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
24/33
Beometr7a de los canales a#iertos
*ección +rea &mojado R& Hco&
B t 7 d l l #i t
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
25/33
Beometr7a de los canales a#iertos
-a sección circular
"a forma circular
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
26/33
Beometr7a de los canales a#iertos
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
27/33
Beometr7a de los canales a#iertos
-a sección circular
4NO ++E@O
4NO A!C/+PE@4E ++E@O
Beometr7a de los canales a#iertos
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
28/33
Beometr7a de los canales a#iertos
-a sección circular
Beometr7a de los canales a#iertos
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
29/33
Beometr7a de los canales a#iertos
.tras !ormas
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
30/33
F
l u j o
e n C
a n a l e s A # i e r t o s
* e c c i o n e
s H i d r á u l i c a m e n t e
/ p t i m a s
Beometr7a de los canales a#iertos
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
31/33
Beometr7a de los canales a#iertos!ecto de la pendiente en la
distribución de presiones
corde con 5E@ 4E CHO7% El $eso del elemento de agua sombreado delongitud es igual a % +a $resi(n debida a este $eso es % +a $resi(n unitaria es,$or consiguiente igual a , # la altura es
(donde 8 Aro)% medida $er$endicularmente desde la su$ercie%
Beometr7a de los canales a#iertos
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
32/33
Beometr7a de los canales a#iertos!ecto de la pendiente en la
distribución de presionesEs notorio que a $artir de la geometr"amostrada, la ecuaci(n no se a$lica demanera estricta, en $articular cuandoes mu# grande, en tanto que laecuaci(n a=n es a$licable%+a ecuaci(n , establece que la altura de$resi(n en cualquier $ro)undidad
vertical es igual a esta $ro)undidadmulti$licada $or un )actor de correcci(n%Obviamente, si el 'ngulo es $eque&o,este )actor no ser' mu# di)erente de launidad%
e hecho, el )actor de correcci(n tiendea disminuir la altura de $resi(n en unacantidad in)erior al 1Q en tanto seamenor que 6K, o sea, una $endiente dealrededor de 1 en 10%Como la $endiente de los canales
normales es mucho menor que 1 en 10,la correcci(n or e)ecto de la endiente
Beometr7a de los canales a#iertos
8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales
33/33
Beometr7a de los canales a#iertos!ecto de la pendiente en la
distribución de presionesEn adelante, un canal con $endientema#or que 1 en 10, se llamar' deahora en adelante C@+ EAE@/E@4E +4%
menos que se mencione lo contrario,
todos los canales descritos de aqu" enadelante se consideran C@+E. EAE@/E@4E NR, en los cuales el e)ectode la $endiente es insignicante%
.eg=n el r% Humberto ;arda 5illegas
@P 2011' s+lo cuando seamaor de 1E mu# com=n en canalesde descarga en las obras deexcedencias3, debe e)ectuarse lacorrecci(n%
En general el proectista es el
Recommended