MECÁNICA DE LOS FLUIDOS Canales Abiertos (10%)

1. Responder los siguientes planteamientos (1,0 pto. cada una)

a) ¿Qué es un canal abierto?b) ¿Cómo se clasifican los canales según su origen y de dos (2) ejemplos de cada uno?c) Para qué valores del número de Reynold se considera un flujo laminar y un flujo turbulento en un

canal?d) ¿Qué es el Radio hidráulico de un canal?e) ¿Cuál es la ecuación basada en el numero de Manning que se utiliza para calcular el flujo(Q)

uniforme en un canal? Descrina el significado de cada término

2.- Calcular el calado (profundidad) normal y el calado (profundidad) crítico del canal de la figura sabiendo que n=0,014, que la pendiente es del 1 por mil, que el caudal vale 20,95 m3/s y que la base mide 3 m.

Determina de igual manera la pérdida de carga en 2000 metros de canal.

4

2

3 m

( 5 ptos)

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA ANTONIO JOSE DE SUCRE Ext. Barquisimeto

Respuestas:

1:

Es un conducto por el cual circula un flujo, que tiene una superficie libre expuesta a la atmósfera. Esta superficie es esencialmente una interface entre dos fluidos de diferente densidad. En el caso de la atmósfera, la densidad del aire es mucho menor que la densidad del agua´.

2:

Flujo permanente y no permanente: tiempo como criterio. Se dice que el flujo en un canal abierto es permanente si la profundidad del flujo no cambia o puede suponerse constante durante el intervalo de tiempo en consideración.

El flujo es no permanente si la profundidad no cambia con el tiempo. En la mayor parte de canales abiertos es necesario estudiar el comportamiento del flujo solo bajo condiciones permanentes. Sin embargo el cambio en la condición del flujo con respecto al tiempo es importante, el flujo debe tratarse como no permite, el nivel de flujo cambia de manera instantánea a medida que las ondas pasan y el elemento tiempo se vuelve de vital importancia para el diseño de estructuras de control. Para cualquier flujo, el caudal Q en una sección del canal se expresa por Q=VA. Donde V es la velocidad media y A es el área de la sección transversal de flujo perpendicular a la dirección de este, debido a que la velocidad media está definida como el caudal divido por el área de la sección transversal.

Flujo uniforme y flujo variado: espacio como criterio. Se dice que el flujo en canales abiertos es uniforme si la profundidad del flujo es la misma en cada sección del canal. Un flujo UNIFORME puede ser permanente o no permanente, según cambie o no la profundidad con respecto al tiempo. El flujo uniforme permanente es el tipo de flujo fundamental que se considera en la hidráulica de canales abiertos. La profundidad del flujo no cambia durante el intervalo de tiempo bajo consideración. El establecimiento de un flujo uniforme no permanente requeriría que la superficie del agua fluctuara de un tiempo a otro pero permaneciendo paralela al fondo del canal.

Estado de flujo. El estado o comportamiento del flujo en canales abiertos está gobernado básicamente por los efectos de viscosidad y gravedad con relación con las fuerzas inerciales del flujo.

Efecto de viscosidad. El flujo puede ser laminar, turbulento o transaccional según el efecto de la viscosidad en relación de la inercia.

El flujo es laminar: si las fuerzas viscosas son muy fuertes en relación con las fuerzas inerciales, de tal manera que la viscosidad juega con un papel muy importante en determinar el comportamiento del flujo. En el flujo laminar, las partículas de agua se mueven en trayectorias suaves definidas o en líneas de corriente, y las capas de fluido con espesor infinitesimal parecen deslizarse sobre capas adyacentes.

Efecto de la gravedad. El efecto de la gravedad sobre el estado del flujo representa por relación por las fuerzas inerciales y las fuerzas gravitacionales.

Regímenes de flujo: en un canal el efecto combinado de la viscosidad y la gravedad puede producir cualquiera de 4 regímenes de flujo, los cuales son:

1. subcritico-laminar

2. súper critico-laminar

3. subcritico-turbulento

4. supercrítico-turbulento

Ejemplos:

Flujo uniforme y flujo variado: los ríos ya que pueden cambiar o no la profundidad con respecto al tiempo.

Flujo laminar: la regadera o ducha ya que las partículas de agua se mueven en trayectorias suaves o definidas

3:

La importancia de este parámetro radica principalmente en el hecho de permitir

Definir si el flujo es laminar o turbulento. Esto ya que muchos estudios empíricos

Han permitido estimar, en función del número de Reynolds, el tipo de flujo que se

Tiene. Es así por ejemplo que se sabe que para números de Reynolds pequeños

(Re<2000 en tuberías o Re<1500 en un canal abierto, considerándose Re=2300

Como el punto de transición) se tendrán flujos laminares, en cambio si se tienen

Números de Reynolds grandes por ejemplo 3000 se tendrán flujos turbulentos.

4:

Es un parámetro importante en el dimensionado de canales, tubos y otros componentes de las obras hidráulicas, generalmente es representado por la letra R, y expresado en m es la relación entre:

El área mojada (A, en m²). El perímetro mojado (P, en m). La fórmula del radio hidráulico es:

Dónde:

R = Radio hidráulico, expresado en m.

S = Superficie de la sección mojada, expresado en m2.

P = Perímetro mojado, expresado en m.

5:

La ecuación basada en el número de manning que se utiliza para calcular el flujo (Q) es

Flujo laminar: Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido. Se llama flujo laminar o corriente laminar, al movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. 

flujo turbulento: o corriente turbulenta se le llama al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, (no coordinados) como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.