1.1 flujo uniforme canales

8/16/2019 1.1 Flujo Uniforme Canales

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UNIDAD 1Flujo Uniforme

Hidráulica de

Canales1ª presentación

Ingeniería Civil - VI Semestre

Enero 2016


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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%


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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%


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AN%&C&D&N%&

Comparación entre los fujos en tuberías a presión y en canales


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AN%&C&D&N%&

Características generales del fujo asupercie libre

E*em$los de

secciones

transversales de

canales a#iertos%


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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%


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&,&)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


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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"#


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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


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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


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Antecedentes


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.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


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Antecedentes


:

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


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Antecedentes


;

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


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Antecedentes


<

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%


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Antecedentes


=

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>


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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


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%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


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%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


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'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


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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


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&,&)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


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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


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)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


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*ección +rea &mojado R& Hco&

B t 7 d l l #i t


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-a sección circular

"a forma circular


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4NO ++E@O

4NO A!C/+PE@4E ++E@O



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.tras !ormas


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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



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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%



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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



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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

1.1 flujo uniforme canales

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