LABORATORIO DE HIDRÁULICA TRANSICIÓN EN FLUJO SUBCRÍTICO
Enviado por osma90 • 27 de Marzo de 2016 • Trabajos • 1.589 Palabras (7 Páginas) • 680 Visitas
LABORATORIO DE HIDRÁULICA
TRANSICIÓN EN FLUJO SUBCRÍTICO
PRESENTADO POR:
KAREN MELISSA CASTAÑEDA VILLAMARIN 2123042
CARLOS MARIO GÓMEZ PATIÑO 2121736
IVÁN FERNANDO BAYONA GÓMEZ 2113167
PRESENTADO A:
JULY CRUZ CRUZ
ASIGNATURA:
HIDRÁULICA
17 DE JUNIO DE 2015
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
BUCARAMANGA
INTRODUCCIÓN
Un trabajo que frecuentemente deben realizar los ingenieros civiles, consiste en el diseño de una transición entre dos canales de diferente sección transversal, o entre un canal y una galería o un sifón. Como criterios para el dimensionamiento hidráulico se pueden mencionar:
- Minimización de las pérdidas de energía por medio de estructuras económicamente justificables.
- Eliminación de las ondulaciones grandes y de los vórtices (por ejemplo, los vórtices de entrada con el consecuente peligro de introducción de aire.
- Eliminación de zonas con agua tranquila o flujo muy retardado (por ejemplo: las zonas de separación traen consigo e! riesgo de depósito de material en suspensión).
Estos criterios se cumplen para el caso de flujo subcrítico, si se le confiere a la estructura de transición una forma hidrodinámica con la ayuda de relaciones derivadas del fenómeno de la formación de ondas. El problema de la formación de ondas no se restringe a las estructuras con flujo supercrítico. También en flujo sub-crítico se forman ondas permanentes si hay cambios bruscos de dirección o cambios fuertes de nivel del fondo del canal. En este último caso puede llegar a presentarse un cambio de régimen con salto hidráulico, si no se pone atención en el diseño de la estructura.
MARCO TEÓRICO
Una transición es definida como el cambio en el régimen de flujo (profundidad y velocidad) causado por las estructuras hidráulicas. Hay dos tipos de problemas de diseño causados por las transiciones. Primero, es el caso donde se conoce de antemano la profundidad de flujo (tirante) en la transición, como por ejemplo en el cálculo del flujo bajo una compuerta.
El segundo caso del problema de transición es el cual la profundidad no es especificada inicialmente, pero debe ser calculada del conocimiento de algún cambio de la sección transversal. Un ejemplo de este caso es en el cual hay una contrición en el paso del flujo. Asumiendo que el paso del flujo por la contrición es lo suficientemente suave para asumir las pérdidas de energía despreciables, se puede escribir la ecuación de la energía entre las secciones 1 y 2 como:
[pic 4] (2.3)
donde Y2 y V2 son incógnitas, y todas las otras variables son conocidas.
Introduciendo el concepto de descarga unitaria, como el caudal por unidad de ancho del canal, q = Q/b = V2 Y2 y el cual será el mismo en las secciones 1 y 2,
[pic 5] ó [pic 6] (2.4)
Se define la energía específica, E, como la energía referida al fondo (base) del canal tomado como nivel de referencia; esto es,
[pic 7] (2.5)
Si definimos q = Q / b = VY como la descarga por unidad de ancho del canal, la ecuación (2.5) se puede rescribir en la forma,
[pic 8] ó [pic 9] (2.6)
Ahora consideremos como E varia con Y para un valor constante de “q”, esto es construir un gráfico con la ecuación (2.6) en el plano E-Y.
La curva tiene asíntotas E-Y=0 y Y=0. Una sección de la curva se encuentra en el primer cuadrante dentro de un ángulo de 45º; la otra sección de la curva es mostrada con una línea invisible ya que no tiene interés practico pues da una solución negativa para Y. Para valores
de E y de q tres soluciones de la parábola cúbica son claramente detectados trazando una vertical para un valor de E, solamente dos soluciones son físicamente posibles las cuales son llamadas profundidades alternas. Igualmente, hay dos regímenes de flujo: uno subcrítico el cual es lento y profundo sobre el limbo superior de la curva, y otro supercrítico caracterizado por ser rápido y de poca profundidad en el limbo inferior, el punto “c” de la gráfica une los dos en la cresta. Otras curvas pueden ser dibujadas para diferentes valores de q, así que para valores de Y dados, E se incrementa con q y las curvas con valores mayores de q se desplazan hacia la derecha de loa que tienen menor valor.
[pic 10] |
Con la ayuda de la figura 2.3 es posible ver lo involucrado en el problema de la transición mostrado en la figura 2.2. Supóngase que el flujo aguas arriba del escalón (sección 1) está representado por el punto A sobre la curva, también asúmase que el ancho del canal no cambia (constante) por lo tanto q permanece constante sobre el escalón. Así que el punto que representa el flujo sobre el escalón (sección 2) podría también estar sobre la curva. Su posición es fácilmente localizada porque E2 = E1 + Dz, puesto que la energía total debe permanecer la misma en las secciones 1 y 2. Habiendo obtenido
OBJETIVOS
- Caracterizar el tipo de flujo antes y después del obstáculo.
- Identificar y estudiar el comportamiento del agua durante la transición del flujo sub-crítico a flujo super-crítico.
- Hallar la velocidad, energía, energía, número de Froude, antes y después de la grada.
Datos registrados en la práctica
H Spillway | 1,5 |
1,6 | |
1,5 | |
Q(m3/s) | 0.002043754 |
n | 0,012 |
Lc(m) | 8,3 |
B(m) | 0,412 |
DeltaZ(cm) | 15 |
N | Abs(cm) | Y1(cm) | Abs(cm) | Y2(cm) |
1 | 0 | 20 | 150 | 1,1 |
2 | 10 | 19,9 | 140 | 1,2 |
3 | 20 | 19,8 | 130 | 1,4 |
4 | 30 | 19,8 | 120 | 1,5 |
5 | 40 | 19,8 | 110 | 2 |
6 | 50 | 19,9 | 100 | 15,5 |
7 | 60 | 19,3 | 90 | 17,6 |
8 | 70 | 19,5 | 80 | 17,8 |
Q(m3/s) | 0,002043754 |
Delta Z(cm) | 15 |
q(m3/s*m) | 0,004960567 |
Yc(m) | 0,013587239 |
Ec(m) | 0,020380859 |
Delta Zmáx(cm) |
|
CÁLCULOS TIPO
Caudal por unidad de base [q]
[pic 11]
Y crítica [Yc]
[pic 12]
Energía crítica [Ec]
[pic 13]
Velocidad 1
[pic 14]
Velocidad 2
[pic 15]
Energía 1
[pic 16]
Energía 2
...