FLUJO NO CONFINADO O CON SUPERFICIE LIBRE

FLUJO NO CONFINADO O CON SUPERFICIE LIBRE---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------UNIVERSIDAD RICARDO PALMAFACULTAD DE INGENIERIAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TRABAJO DE INVESTIGACION

CURSO: Ingeniera HidrulicaProfesor: Ing. Manuel Casas VillalobosAlumno: CHINCHAY ROJAS, Juan DiegoCdigo: 201010493 Sub-Grupo: 02Fecha: Martes, 07 de Abril de 2015

Surco-Lima

FLUJO NO CONFINADO O CON SUPERFICIE LIBRE

OBJETIVO:1. La prctica del laboratorio, ofrece la posibilidad de observar los diferentes regimenes de flujo que se presenta en una conduccin a superficie libre y permite realizar la medicin de velocidades, empleando flotadores.. FUNDAMENTO TERICO:Cuando el fluido se mueve dentro de un conducto se pueden presentar dos circunstancias diferentes: 1. Cuando el fluido llena totalmente el conducto, y se dice que el flujo es confinado.1. Cuando el fluido slo llena parcialmente el conducto se dice que es flujo a superficie libre o libreEl flujo libre implica una cara superior en contacto con un gas, usualmente la atmsfera, y por esta circunstancia slo es posible tener flujo libre en lquidos.En el flujo confinado el conducto debe ser cerrado, como ocurre con un tubo. En el flujo libre el conducto puede ser cerrado, como en una alcantarilla, o abierto por su parte superior, como en un canal.En el flujo confinado un aumento o disminucin de la presin en un punto del conducto se transmite a lo largo de ste como una onda de presin de alta velocidad y magnitud constante. En el flujo libre un aumento o disminucin de presin en un punto del conducto se transmite a lo largo de ste como una onda caracterizada por aumento o disminucin en el rea transversal del flujo y en su velocidad media.En el flujo confinado, cuando aumenta o disminuye el gradiente de la lnea de energa, la velocidad aumenta o disminuye, pero el rea transversal permanece constante.En el flujo libre, cuando vara el gradiente de la lnea de energa, varan las velocidades y el rea transversal. En ambos casos se pueden tener flujo laminar o turbulento.

CLASIFICACIN DEL FLUJO

Flujo turbulento: Este tipo de flujo es el que mas se presenta en la prctica de ingeniera. En este tipo de flujo las partculas del fluido se mueven en trayectorias errticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porcin de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero a una escala mayor.En este tipo de flujo, las partculas del fluido pueden tener tamaos que van desde muy pequeas, del orden de unos cuantos millares de molculas, hasta las muy grandes, del orden de millares de pies cbicos en un gran remolino dentro de un ro o en una rfaga de viento. Cuando se compara un flujo turbulento con uno que no lo es, en igualdad de condiciones, se puede encontrar que en la turbulencia se desarrollan mayores esfuerzos cortantes en los fluidos, al igual que las prdidas de energa mecnica, que a su vez varan con la primera potencia de la velocidad.Flujo laminar: Se caracteriza porque el movimiento de las partculas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresin de que se tratara de laminas o capas mas o menos paralelas entre si, las cuales se deslizan suavemente unas sobre otras, sin que exista mezcla macroscpica o intercambio transversal entre ellas.Flujo incompresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro son despreciables, mientras se examinan puntos dentro del campo de flujoFlujo compresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro no son despreciables.Flujo permanente: Llamado tambin flujo estacionario.Flujo no permanente: Llamado tambin flujo no estacionario. En este tipo de flujo en general las propiedades de un fluido y las caractersticas mecnicas del mismo sern diferentes de un punto a otro dentro de su campo, adems si las caractersticas en un punto determinado varan de un instante a otro se dice que es un flujo no permanenteFlujo no uniforme: Es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo de flujo se encuentra cerca de fronteras slidas por efecto de la viscosidad Flujo unidimensional: Es un flujo en el que el vector de velocidad slo depende de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidad transversales a la direccin principal del escurrimiento. Dichos flujos se dan en tuberas largas y rectas o entre placas paralelas.Flujo bidimensional: Es un flujo en el que el vector velocidad slo depende de dos variables espaciales.En este tipo de flujo se supone que todas las partculas fluyen sobre planos paralelos a lo largo de trayectorias que resultan idnticas si se comparan los planos entre si, no existiendo, por tanto, cambio alguno en direccin perpendicular a los planos. Flujo tridimensional: El vector velocidad depende de tres coordenadas espaciales, es el caso mas general en que las componentes de la velocidad en tres direcciones mutuamente perpendiculares son funcin de las coordenadas espaciales x, y, z, y del tiempo t.Este es uno de los flujos mas complicados de manejar desde el punto de vista matemtico y slo se pueden expresar fcilmente aquellos escurrimientos con fronteras de geometra sencilla.Flujo rotacional: Es aquel en el cual el campo rot v adquiere en algunos de sus puntos valores distintos de cero, para cualquier instante.Flujo irrotacional: Al contrario que el flujo rotacional, este tipo de flujo se caracteriza porque dentro de un campo de flujo el vector rot v es igual a cero para cualquier punto e instante.En el flujo irrotacional se excepta la presencia de singularidades vorticosas, las cuales son causadas por los efectos de viscosidad del fluido en movimiento. Flujo ideal: Es aquel flujo incompresible y carente de friccin. La hiptesis de un flujo ideal es de gran utilidad al analizar problemas que tengan grandes gastos de fluido, como en el movimiento de un aeroplano o de un submarino. Un fluido que no presente friccin resulta no viscoso y los procesos en que se tenga en cuenta su escurrimiento son reversibles.NUMERO DE FROUDEl numero de Froude V2/gl, multiplicando y dividiendo por A, da la relacin de la fuerza dinmica (o fuerza de inercia) al peso. En los movimientos con superficie libre de liquido, la naturaleza del movimiento (rpido o tranquilo) depende de si el numero de Froude es mayor o menor que la unidad. Es til en los clculos del resalto hidrulico, en el diseo de estructuras hidrulicas y en el diseo de barcos

Donde: V: es la velocidad media del flujo. y: es la profundidad o tirante hidrulico del flujo. g: aceleracin de la gravedad.

F < 1: indica rgimen lento o de ro.F > 1: indica rgimen rpido o de torrente.F = 1: indica rgimen crtico.

Un mtodo sencillo y prctico de aforo de una corriente consiste en el uso de flotadores que permiten medir la velocidad superficial Vs.Para determinar la velocidad media del flujo V se puede emplear la formula de Bazin:

Donde:

V= Velocidad media del flujo. Vs= Velocidad superficial o en la superficie. R= Radio hidrulico en metros. y = Coeficientes de Coriolis y Bousinessq

respectivamente que varan segn la naturaleza de las paredes del canal.

Descripcin

Canales de paredes muy lisas0.000150.0000045

Canales de paredes lisas0.000190.0000133

Canales con paredes poco lisas0.000240.00006

Canales con paredes de tierra0.000280.00035

Canales y ros con fondo de guijarros y gravas0.000400.0007

Canales en tierra con vegetacin0.000460.0007

EQUIPO UTILIZADO:1. Canal de pendiente variable1. Cronometro1. Wincha1. Muestras de tecnopor (flotadores) para verificar la velocidad de dicha partcula en el canal.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO:

4. Se verifica que todos los equipos de trabajo estn calibrados (puesta en cero).4. Se procedi tomar la pendiente para cada ensayo,4. Se tomo una longitud L de 6.33 m del tramo del canal para realizar nuestro ensayo4. Observar el movimiento del fluido.4. Enseguida se tomo los datos del tirante del canal para cada ensayo4. Determinar el caudal de prueba4. Medir el tiempo que tarda los flotadores, en el recorrido L4. Medir la profundidad de escurrimiento del agua4. Repetir la experiencia 3 veces, variando el caudal de prueba en cada caso

TOMA DE DATOS: L=6.33m

b=0.3m

Q=55m3/H

=0.00015

=0.0000045

Q=0.0152778m3/s

DatosS0 ()ProfundidadTiempo

Y1Y2Y3Y4Y5YpromT1T2T3Tprom

10.1250.1130.1150.1050.1100.1050.1107.707.908.307.97

20.5000.0920.0900.0870.0850.0860.0889.208.709.209.03

30.7500.0870.0890.0840.0840.0830.08511.6012.0011.9011.83

CLCULOS Y RESULTADOS

V. Sup m/sArea Mojada (m2)Radio Hidraulico (m)bVelocidad media m/sNFroudeEstado

0.79460.03290.06330.0002210.65770.6343Subcritico

0.70070.02640.05550.0002310.57780.6218Supercritico

0.53490.02560.05440.0002330.44080.4816Supercritico

CONCLUSIN

Vemos segn nuestro grafico que a medida que aumenta el tirante la velocidad tambin aumenta pero en una proporcin menos, pero de todas maneras los valores de los tirantes dependen de la velocidad.

Los valores de los coeficientes de corri lis y boussinesq estn entre los valores permitidos como esta en la teora inicialmente, para el caso de corri lis nos vemos que alfa es mayor que beta y si es permitido

LABORATORIO DE HIDRAULICA

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