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• Denis Jaimes

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FLUJO EN CANALES ABIERTOS

UNIPAMPLONA 2020-I

Ing. Martha Latorre

CANAL ABIERTO Flujo abierto a la atmósfera Parcialmente llenos La velocidad máxima ocurre Debajo de la superficie

CLASIFICACIÓN DEL FLUJO • • • •

Estacionario Uniforme estable Estable variado Inestable variado • Variado con rapidez (FVR) • Variado gradualmente (FVG)

FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO • Número de Reynolds

• Flujo laminar Re < 500 • Flujo transitorio 500< Re < 2000 • Flujo turbulento Re > 2000

NÚMERO DE FROUDE Relaciona fuerzas inerciales con las gravitacionales Sirve para clasificar el flujo

NÚMERO DE FROUDE Movimiento de una pequeña alteración C, representa la velocidad a la que viaja una pequeña alteración sobre un líquido inmóvil.

El número de Froud también se puede expresar como la razón de velocidad del flujo respecto a la velocidad de onda Fr = V/c

GEOMETRÍAS COMUNES

Consideraciones sobre la energía Para secciones de canales con velocidades unidimensionales la ecuación de la energía entre dos puntos sería:

Dónde hL, es la pérdida de cabeza debida a efectos viscosos entre 1 y 2 y además la caída equivale a z1-z2 = So*L, si se considera que la presión es esencialmente hidrostática, entonces:

FLUJO ESTABLE UNIFORME Velocidad promedio y descarga para flujo uniforme:

Donde, So es la pendiente de la plantilla

FLUJO ESTABLE UNIFORME La línea de energía es horizontal

FLUJO ESTABLE UNIFORME – COEFICIENTES DE MANNING

ENERGÍA ESPECÍFICA Energía mecánica:

Entre dos puntos, con 1 aguas arriba y 2 aguas abajo:

La pérdida de carga viene siendo:

PROFUNDIDAD CRÍTICA Y PROFUNDIDADES ALTERNAS

FLUJO UNIFORME CRÍTICO

MEJOR SECCIÓN HIDRÁULICA Evalúa la mejor configuración de acarreo, donde el radio hidráulico es máximo y el perímetro mojado es mínimo

SECCIONES DE EFICIENCIA MÁXIMA PARA CANALES ABIERTOS

FLUJO GRADUALMENTE VARIADO

La pendiente del fondo y la de fricción son diferentes. La carga total del líquido en cualquier sección transversal es:

Es la pendiente de la línea de energía

Es la pendiente de la pendiente del fondo Derivando cada término de H con respecto a x, se tiene:

Al resolver para dy/dx se obtiene la relación deseada para la razón de cambio de la profundidad del flujo (o el perfil de la superficie) en flujo de variación gradual en un canal abierto:

FLUJO DE VARIACIÓN RÁPIDA

Ocurre normalmente cuando hay cambios de sección Tiene pérdidas altas debidas a agitación y turbulencia Salto hidráulico Vertederos de pared delgada y de pared gruesa Aforadores

SALTO HIDRÁULICO

De la ecuación de continuidad:

De la ecuación de la energía:

MEDICIÓN DEL FLUJO EN CANALES ABIERTOS VERTEDEROS DE PARED DELGADA

Canales rectangulares

Canales triangulares Ancho de corte:

MEDICIÓN DEL FLUJO EN CANALES ABIERTOS VERTEDEROS DE PARED GRUESA

Pendiente es de 0,2% Hallar el caudal si la profundidad es de 1,4ft

Pendiente es de 0,003 La descarga el canal es de 90 m3/s Diseñe la longitud L que debería tener el canal En su sección inclinada

Determine la descarga normal de un drenaje con sección transversal circular recubierto de arcilla. El drenaje se encuentra lleno hasta la mitad de su diámetro D = 0,2m. La pendiente de este drenaje desciende 1 m por cada 1000m de longitud. RTA 5,1832*10^-3 Se tiene un canal de concreto colado sin acabado, con una caída de altura de 0,1m por cada 100 m de longitud. Halle la descarga normal del canal. Halle el número de Froude para cuando la profundidad es de 1,5m Para la descarga hallada calcule la profundidad crítica.

Determine la mejor sección transversal para un canal trapezoidal que transporta agua a razón de 2m3/s Considere las superficies de asfalto y la pendiente de 0,001. Compare con un canal rectangular y uno triangular.

Para el canal mostrado, se sabe que tiene una sección transversal rectangular de 5ft de ancho. El fluido inicialmente tiene una profundidad de 2,5 ft. Determine cuál será la profundidad en el punto 2 y la elevación que alcanza la superficie libre en este mismo punto. La descarga es de 30 ft3/s. Halle la Energía especifica mínima.

Determine la profundidad del flujo en el punto 2,después de que ocurre el salto. Halle el número de froude antes y después del salto y la Potencia disipada en el salto.

Determine las pendientes de fondo en los tramos 1 y 2 para mantener los flujos uniformes antes y después del salto hidráulico que ocurre entre esos puntos del canal rectangular mostrado cuya base es bastante mayor que su altura. El canal es de madera aplanada. El número de froude aguas arriba es de 4 y la profundidad es de 0,2 ft. Considere el salto como un salto sobre superficie horizontal El agua fluye sobre un vertedero de 5 pies de ancho, rectangular, de cresta afilada que tiene un Pw de 4.5 pies de alto. Si la profundidad aguas arriba es de 5 pies, determine el caudal. Rta 5,85ft3/s El agua fluye desde un tanque de almacenamiento, sobre dos vertederos triangulares y hacia dos canales de riego, como se muestra. La altura de cada vertedero es de 0.4 pies, y el caudal en el canal alimentado por el vertedero con muesca de 90° debe ser el doble del caudal en el otro canal. Determine el ángulo para el segundo vertedero. https://www.youtube.com/watch?v=tRAq7L8bxiI French, R. H., Open Channel Hydraulics, McGraw-Hill Chow, V. T., Open Channel Hydraulics, McGraw-Hill Henderson, F. M., Open Channel Flow, Macmillan, New York