Flujo de Fluidos en Canales Abiertos. EL SALTO HIDRAULICO

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica De la Fuerza Armada

U.N.E.F.A

Sede: Chuao

Mecánica de Fluidos 5to semestre D03

Flujo de Fluidos en Canales Abiertos

Profesor:                                                Elaborado por:

Jimmy Guzmán                        Michelle A. León V. C.I 23.609.097

                                            Dayana L. Jaimes A. C.I 26.645.490

Caracas, mayo del 2016

INDICE

                                                                                               Pág.

INTRODUCIÓN…………………………………………………………………………………..…3

ECUACIÓN DE CHEZY……………………………………………………………………………4-5

COEFICIENTE DE CHEZY………………………………………………………………………..5-6

FLUJO LAMINAR Y UNIFORME EN CANALES………………………………………………..6-10

CONSIDERACIONES SOBRE EL RADIO HIDRAULICO……………………………………10-11

ENERGIA ESPECIFICA………………………………………………………………………….11-12

PROFUNDIDAD CRITICA Y PENDDIENTE CRITICA………………………………….…….12-16

CANALES RECTANGULARES ANCHOS….………………………………………………….17-20

CANALES NO RECTANGULARES…………………………………………………………….20-21

FLUJOS VARIDOS EN CANALES……………………………………………………………...21

EL SALTO HIDRAULICO………………………………………………………………………...21-29

CONCLUSION………………………………………………………………………………….…30

BIBLIOGRAFIA……………..……………………………………………………………………..31

Introducción

  El siguiente documento a presentar, expondrá de manera muy clara y muy específica el análisis del flujo de agua en canales, el cual es sumamente importante para el diseño de los mismos. El diseño de un canal consiste en la selección de la forma y dimensionamiento de la sección transversal de manera que cumpla con todos los requisitos de funcionamiento hidráulico.

  Por tal motivo, es que se han estudiado a mayor profundidad y aprovecharlo, al igual que otros elementos esenciales en la investigación y cada uno de los cálculos que se realicen, como lo son las ecuaciones mejor conocidas y mayormente utilizadas como la ecuación de chezy, también los distintos tipos de flujos, dependiendo también de su forma geométrica.

Flujo Laminar y Uniforme en canales, la Energía especifica Se define como la cantidad de energía por unidad de peso en cualquier sección, medida siempre con respecto al fondo de un canal abierto. Cuando la profundidad del flujo es mayor que la profundidad crítica, la velocidad será menor que la velocidad crítica, y el flujo se denomina suscritico, o flujo lento. También Se denomina pendiente crítica al valor particular de esta que produce flujo uniforme y crítico, la profundidad crítica es la  profundidad en la cual un determinado caudal transita por un canal con el mínimo de energía específica. 

Para un flujo supercrítico en un canal horizontal rectangular, la energía del flujo se disipa progresivamente a través de la resistencia causada por la fricción a lo largo de las paredes y del fondo del canal, resultando una disminución de velocidad y un aumento de la profundidad en la dirección del flujo. El salto hidráulico es un fenómeno de la ciencia en el área de la hidráulica que es frecuentemente observado en canales abiertos como ríos y rápidos.

Ecuación de chezy

A lo largo de la historia se ha desarrollado y estudiado una extensa cantidad de ecuaciones prácticas de flujo uniforme, las ecuaciones más conocidas y usadas son la ecuación de chezy donde nos enfocaremos más en ella y la otra es la ecuación de Manning.

El ingeniero francés antoine chezy en el año 1769 desarrolla primeramente la ecuación de flujo uniforme, que es la ecuación de chezy que por lo general se expresa de esta manera:

[pic 2]

Y cada una de sus variables representa definiciones específicas:

• [pic 3] = velocidad media del agua en m/s
• [pic 4] = radio hidráulico
• [pic 5] = simboliza la pendiente longitudinal de la solera o fondo del canal en m/m
• [pic 6] = coeficiente de Chézy. Una de las posibles formulaciones de este coeficiente se debe a Bazin.

De esta ecuación puede suponer matemáticamente partiendo de dos hipótesis, La primera fue realizada por chezy, donde se establece que la fuerza que resiste el flujo por unidad de área del cauce de la corriente es proporcional al cuadrado de la velocidad, es decir, esta fuerza es igual a KV2, donde K es una constante de proporcionalidad. La superficie de contacto del flujo con el lecho de la corriente es igual al producto del perímetro mojado y la longitud del tramo del canal. Entonces la fuerza total que resiste al flujo es igual a KV2PL.

Como segunda deducción que se estableció por primera vez por Brahms en el año 1754 el cual viene siendo el principio básico de flujo uniforme. Ésta establece que en el flujo uniforme el elemento efectivo de la fuerza gravitacional que causa el flujo debe ser igual a la fuerza total de resistencia. La componente efectiva de la fuerza gravitacional es paralela al fondo del canal e igual a wALsenq =wALS, donde w es el peso unitario del agua, A es el área mojada, que es el ángulo de la pendiente y S es la pendiente del canal. Entonces, wALS=KV2PL; como A/P=R, y si el radical   se reemplaza por un factor C, la ecuación anterior se reduce a la ecuación de Chézy o       [pic 7][pic 8]

El razonamiento de Chezy se enfoca a definir cuál es el valor de la fuerza de la fuerza de fricción = Ff y sugiere que esta depende:

1)        De la rugosidad del material de excavación o de revestimiento de las paredes del canal. Este supuesto es correcto para materiales muy rugosos y radio hidráulico R de pequeños a medianos.

2)        Del área de rozamiento = Ar. Este supuesto es correcto.

3)        Del cuadrado de la velocidad = V de la corriente de agua. Este supuesto es la gran incógnita de la formula.

Coeficiente de Chezy

 Como se mencionó anteriormente sobre la fórmula de Chezy y que el creador de ella fue el ingeniero Antoine de Chezy, quien es uno de los colaboradores en la hidráulica de los canales abiertos, es la primera ecuación que se conoce de fricción, Se denomina coeficiente de Chézy al coeficiente   utilizado en la fórmula de Chézy para el cálculo de la velocidad del agua en canales abiertos, dicha fórmula permite obtener la velocidad media en la sección de un canal y establece que:

Formula:

[pic 9]

donde:

• [pic 10] = velocidad media del agua en m/s, que es función del tirante hidráulico h
• [pic 11] = radio hidráulico, en m, función de h
• [pic 12] = la pendiente de la línea de agua en m/m
• [pic 13] = coeficiente de Chézy.

Una de las posibles formulaciones de este coeficiente se debe a Henri Bazin:

[pic 14]

donde:

• [pic 15] es un parámetro que depende de la rugosidad de la pared

Aplicando la formulación de Bazin para el coeficiente de Chézy, la velocidad del agua en canales se calcula según la fórmula siguiente:

[pic 16]

Flujo Laminar y Uniforme en canales

Flujo laminar en Canales

Cuando entre dos partículas en movimiento existe gradiente de velocidad, o sea que una se mueve más rápido que la otra, se desarrollan fuerzas de fricción que actúan tangencialmente a las mismas.

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