REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR

I.U.P. SANTIAGO MARIÑOESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

FLUIDOS II

FLUJO A SUPERFICIE EN CANALES ABIERTOS

REALIZADO POR:LEONARDO JOSÉ QUINTERO MONTILLA

C.I: 19176349

FLUJO ENCANALES ABIERTOS

El flujo en canales tiene lugar cuando los líquidos fluyen por la acción de la gravedad y sólo están parcialmente envueltos por un contorno sólido. En el flujo de canales abiertos, el líquido que fluye tiene superficie libre y sobre el no actúa otra presión que la debida a su propio peso y a la presión atmosférica.

FLUJO EN CANALES ABIERTOS

El flujo en canales abiertos tiene lugar en la naturaleza como en ríos arroyos, etc., si bien en general con secciones rectas de cauce irregulares.

De forma artificial creadas por el hombre, tiene lugar en los canales acequias y canales de desagüe, en la mayoría de los casos.

CARACTERÍSTICAS

El conocimiento empírico del funcionamiento de los canales se remonta a varios milenios. En la antigua Mesopotamia se usaban canales de riego, en la Roma Imperial se abastecían de agua a través de canales construidos sobre inmensos acueductos, y los habitantes del antiguo Perú construyeron en algunos lugares de los Andes canales que aún funcionan , Claro es el Ejemplo de los canales de Cumbe Mayo , el centro hidráulico más importante de los Andes El conocimiento y estudio sistemático de los canales se remonta al siglo XVIII, con Chézy, Bazin y otros.

Heródoto cuenta que los cnidios pueblos de la Caria en Asia menor emprendieron cortar el istmo que une la isla de Cnido al continente: pero abandonaron este trabajo por mandato de un oráculo.

ORÍGENES

En este caso podemos decir que la hidráulica es la parte de la mecánica que estudia el equilibrio y el movimiento de los fluidos, por eso se le denomina mecánica de los fluidos. La hidráulica es la ciencia que estudia el equilibrio y el movimiento de los líquidos y sus aplicaciones prácticas. Por esta razón es muy importante considerar que todo lo relacionado con el flujo de los canales tiene que ver con este tema.

IMPORTANCIA DE SU ESTUDIO

En hidráulica se sabe que la energía total del agua en metros-kilogramos por kilogramos de cualquier línea de corriente que pasa a través de una sección de canal puede expresarse como la altura total en pies de agua, que es igual a la suma de la elevación por encima del nivel de referencia, la altura de presión y la altura de velocidad.

ENERGIA EN CANALES ABIERTOS

La energía específica en la sección de un canal se define como la energía por peso de agua en cualquier sección de un canal medida con respecto al fondo del mismo.

La energía específica de una sección de un canal puede ser expresada como:

 Donde:• d= profundidad a partir de la superficie libre del

líquido o espejo (SSL) hasta la plantilla o fondo del canal.

• O= ángulo medido a partir de la pendiente del canal respecto a la horizontal.

LA ENERGÍA ESPECÍFICA

La energía específica de una sección de un canal con pendiente pequeña (θ≈0) puede ser expresada como:

Por tanto, la energía total de una sección de un canal (con z≠0), puede expresarse com

donde:

H = Energía total por unidad de peso.E = Energía específica del flujo, o energía medida con respecto al fondo del canal.V = velocidad del fluido en la sección considerada.y = presión hidrostática en el fondo o la altura de la lámina de agua.g = aceleración gravitatoria.z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.\alpha = coeficiente que compensa la diferencia de velocidad de cada una de las líneas de flujo también conocido como el coeficiente de Coriolis.

La línea que representa la elevación de la carga total del flujo se llama "línea de energía" . La pendiente de esta línea se define como el "gradiente de energía".

De acuerdo al principio de la conservación de la energía, la energía total de una sección (A) deberá ser igual a la energía total en una sección (B), aguas abajo, más las perdidas de energía entre las dos secciones (hf), para canales con una pendiente pequeña.

Esta ecuación se llama ecuación de la energía

Cuando: Y

Es la ecuación de Bernoulli

Flujo uniforme. El flujo uniforme, es aquel que tomando como criterio el espacio, las características hidráulicas no cambian entre dos secciones separadas una distancia “X”, es decir: (dv/dx) = 0

Flujo no uniforme. Es aquel en el cual las características hidráulicas cambian entre dos secciones, es decir: (dv/dx) ≠ 0

CLASIFICACIÓN DEL FLUJO

Flujo permanente. Es aquel en el que tomando como criterio el tiempo, las características hidráulicas permanecen constantes, es decir: (dv/dt) =0

Flujo no permanente. Flujo en el cual las características hidráulicas cambian en el tiempo(figura 6), es decir: (dv/dt) ≠ 0

Flujo rápidamente variado. Flujo en el cual las características hidráulicas cambian rápidamente, en un espacio relativamente corto

Flujo gradualmente variado. Flujo en el cual las características hidráulicas cambian de manera gradual con la longitud.

Cuando se examina la aplicación de la segunda ley de Newton en los problemas básicos de flujo permanente en canales abiertos, es conveniente comenzar con el caso de un problema general, como se muestra esquemáticamente el la figura 2.1. Dentro del volumen de control definido en esta figura, hay una perdida desconocida de energía o una fuerza actuante sobre el flujo entre las secciones 1 y 2; el resultado es un cambio en la cantidad de movimiento lineal del flujo. En muchos casos, este cambio en la cantidad de movimiento se asocia con un cambio en el tirante de flujo.

CANTIDAD DE MOVIMIENTO QUE SE DA DENTRO DE UN CANAL

La fórmula de Manning es una evolución de la fórmula de Chézy para el cálculo de la velocidad del agua en canales abiertos y tuberías, propuesta por el ingeniero irlandés Robert Manning, en 1889:

Siendo S la pendiente en tanto por 1 del canal. Para algunos, es una expresión del denominado coeficiente de Chézy C utilizado en la fórmula de Chézy

NIVELES DE FLUJO QUE PUEDEN DARSE DENTRO DE UN CANAL

La expresión más simple de la fórmula de Manning se refiere al coeficiente de Chézy

De donde, por sustitución en la fórmula de Chézy,

Ó

se deduce su forma más habitual:

Siendo: \ C = coeficiente de rugosidad que se aplica

en la fórmula de Chézy: V(h) = C {\sqrt {R(h) * S}}

\ R(h) = radio hidráulico, en m, función del tirante hidráulico h

\ n es un parámetro que depende de la rugosidad de la pared

\ V(h) = velocidad media del agua en m/s, que es función del tirante hidráulico h

\ S = la pendiente de la línea de agua en m/m \ A = área de la sección del flujo de agua \ Q(h) = Caudal del agua en m3/s