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• Eliseo Cordova

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TIPOS DE FLUJO EN CANALES. Se puede clasificar el flujo en canales de varias formas, las principales son: Uniforme: la velocidad del fluido no cambia ni en magnitud ni en dirección y la superficie del líquido es paralela al fondo del canal. Solo ocurre cuando la sección del canal es constante. No uniforme: la superficie del líquido no es paralela al fondo (también se llama variado). El cambio de profundidad puede ser brusco o suave y entonces tenemos dos subdivisiones: -Flujo variado rápido -Flujo variado gradual Permanente: la velocidad (profundidad) no varía con el tiempo. No permanente: la velocidad (profundidad) varía con el tiempo. Laminar Turbulento: en el número de Reynolds se toma como longitud característica la profundidad hidráulica media. En estas condiciones el Reynolds crítico es aproximadamente 600. Las fuerzas gravitatorias son muy importantes en flujos con superficie libre. Puesto que la presión en la superficie es constante, (generalmente atmosférica) las fuerzas gravitatorias son las únicas fuerzas que causan el flujo en régimen permanente. La relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas gravitatorias puede expresarse de forma adimensional mediante un grupo adimensional llamado número de Froude:

F=

√

donde: v: velocidad (media)del fluido y: profundidad del flujo Subcrítico o tranquilo: si el número de Froude es menor que 1 En este caso la velocidad del líquido es pequeña y una perturbación puede propagarse aguas arriba. Si F = 1 el flujo se denomina crítico. Supercrítico o rápido: si el número de Froude es mayor que 1. En este caso una perturbación no puede propagarse aguas arriba. El flujo más simple de tratar es el permanente uniforme, pues el flujo no cambia ni con la distancia ni con el tiempo) Los canales suelen tener una pendiente muy pequeña (1/1000) En la práctica el flujo variado se halla con más frecuencia. El flujo laminar raramente ocurre en casos de interés práctico: la sección tiene que ser muy pequeña, la velocidad muy pequeña o la viscosidad extremadamente alta.

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE ONDAS GRAVITATORIAS DE PEQUEÑA AMPLITUD. Considérese una perturbación en forma de una pequeña elevación de la superficie del líquido. Se va a calcular la velocidad de propagación de la misma, suponiendo despreciables los efectos del rozamiento. Se aplica la ecuación de continuidad al volumen de control de la figura:

( c-dv ) ( y-dy ) *b – c* y* b = 0 Despreciando términos de segundo orden: c dy = y dv Aplicando la ecuación de Bernoulli:

+ (y + dy) +

dy -

=

+

+y+

=0

gdy – cdv = 0 Entre ambas ecuaciones se llega a la expresión C=√

Esta velocidad es adicional a la velocidad del líquido en el canal. Cuando la velocidad de propagación iguala a la del líquido, y las dos tienen la misma dirección la velocidad total vale v + c; si el sentido es opuesto entonces el frente de onda es estacionario y aparece un fenómeno denominado resalto hidráulico. Cuando v < c el régimen es subcrítico, y si v > c el régimen es supercrítico.

FLUJO SIN ROZAMIENTO EN CANALES. En este caso, la ecuación de la energía para flujo estacionario sin rozamiento es:

Si las líneas de corriente son rectas y paralelas, la presión en cualquier punto depende de su profundidad (si el flujo fuese variado habría aceleración en la dirección perpendicular a las líneas de corriente, pues las líneas de corriente no serían paralelas); por tanto, se puede expresar: +Z=y Siendo y la profundidad del canal, con lo que la ecuación de la energía se puede expresar como: y+

= cte

En la práctica nunca hay una distribución uniforme de velocidad debido al contorno. Como los contornos pueden ser muy raros, cada canal tiene su distribución de velocidades particular. La velocidad máxima ocurre en un punto ligeramente por debajo de la superficie libre.

FLUJO POR DEBAJO DE OBSTÁCULOS. Se tiene una compuerta deslizante que está parcialmente abierta. Se va a estudiar cómo varía el caudal que sale de la compuerta en función de su abertura.

La compuerta no es un obstáculo que cambie la energía específica del flujo, sino que simplemente cambia la distribución de energía entre cinética y potencial.

RESALTO HIDRÁULICO. Cuando el flujo es supercrítico las perturbaciones no pueden desplazarse aguas arriba. Si las condiciones existentes aguas abajo hacen que un flujo supercrítico pase a subcrítico, como el cambio no puede transmitirse aguas arriba para que haya un proceso de cambio gradual a través del punto crítico, se produce una transición de forma brusca, pasando el flujo directamente de supercrítico a subcrítico. Esta transición abrupta es lo que se conoce como resalto hidráulico. Este fenómeno tiene lugar con una gran disipación de energía. Para analizar el resalto hidráulico se aplican las ecuaciones básicas del movimiento a un volumen de control que contenga al resalto (se supone un canal de ancho constante b)

BIBLIOGRAFIA

Escuela Politécnica Superior Guillermo Schulz Curso de Complementos de Ingeniero Geólogo

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

AREA DE MECANICA DE FLUIDOS HIDRÁULICA EPS: FLUJO EN CANALES